Herramientas para prevenir daños con un golpe de ariete PDF

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Las medidas de protección que deben instalarse para reducir los efectos de un golpe de ariete hasta alcanzar valores admisibles son diversas y están adaptadas a cada caso.Estas medidas actúan, o bien ralentizando la modificación de la velocidad del flujo, o limitando el exceso de presión con respect...

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Herramientas para prevenir daños con un golpe de ariete El fenómeno hidráulico conocido como golpe de ariete, tiene sin duda un efecto devastador si no es previamente estudiado para prevenir y mitigar sus efectos. El golpe de ariete se presenta cuando hay cambios bruscos de velocidad del caudal del fluido, típicamente se da cuando hay paros no programados de los sistemas de bombeo, como cuando se presenta un fallo en el suministro de energía eléctrica, o bien, cuando se cierran de manera súbita válvulas de seccionamiento. Las sobrepresiones del golpe de ariete obligan a proyectar tuberías con mayor resistencia (timbraje) que tienen un mayor coste. Para evitar esto se instalan unos mecanismos que reducen total o parcialmente el golpe de ariete. Las medidas de protección que deben instalarse para reducir los efectos de un golpe de ariete hasta alcanzar valores admisibles son diversas y están adaptadas a cada caso.Estas medidas actúan, o bien ralentizando la modificación de la velocidad del flujo, o limitando el exceso de presión con respecto a la depresión.El usuario debe determinar el grado de sobrepresión y de depresión que puedan deberse a un golpe de ariete y decidir, según el tipo de canalización, qué medidas de protección son las más adecuadas:     

Bomba Tanque de oscilación Volante de inercia Calderín Válvulas anticipadoras de onda

3.4 BOMBA Una bomba es una máquina hidráulica que transfiere energía mecánica a un fluido, es decir, aumenta la carga disponible para lograr el desplazamiento del fluido en una tubería (véase figura 2).

En sistemas de abastecimiento de agua potable, por lo general se emplean dos tipos de bombas: las centrífugas y las sumergibles.

Es recomendable utilizar bombas únicamente en la conducción (de ser necesario), en la distribución debe de tratarse que el flujo sea por gravedad. Si en la tubería se incrementa el flujo lentamente hasta llenar los espacios de aire suavemente, evitamos los problemas de arranque de las bombas. Si se mantienen bajas las velocidades del agua en la tubería, logramos reducir las oscilaciones hidráulicas. 3.5 TANQUE DE OSCILACIÓN En proyectos hidroeléctricos que utilizan tanques de orificio restringido para proteger la conducción aguas arriba, parte de la onda de presión debida a los efectos elásticos se transmite hacia aguas arriba. Si la onda de presión alcanza una superficie libre, ésta es completamente reflejada, y contrarresta ondas subsecuentes. De esta manera es posible proteger parte de una conducción colocando un tanque de oscilación que suministre una superficie de reflexión. Sin embargo, dependiendo de las características geométricas del tanque y de su forma de conexión con la conducción, la onda de sobrepresión no es totalmente reflejada, por lo que parte de ésta continúa hacia aguas arriba. La porción de sobrepresión transmitida depende de la relación de áreas del orificio, la conducción y el tanque; del nivel de agua en el tanque; y del tiempo de cierre (Mosony and Seth 1975, Bernhart 1976). El uso de un tanque de oscilación con orificio permite reducir las dimensiones del mismo con respecto a un tanque simple. Su desventaja es que la presión bajo el orificio aumenta más rápidamente que el nivel en el tanque, por lo que la sobrepresión transmitida al túnel (o conducción de baja presión) es mayor que en el caso de un tanque sin orificio. Por lo tanto, un diseño adecuado de este tipo de tanque requiere determinar el tamaño mínimo del orificio que no ocasione sobrepresiones excesivas en el conducto de baja presión. Es decir, el tanque actúa como liberador de presión y almacena el líquido excesivo, evitando la expansión de la pared de la tubería y la compresión del fluido. El tanque de oscilación es conocido también como chimenea de equilibrio, pozo de oscilación o torre piezométrica. La presión transmitida se ha estudiado tanto teórica como experimentalmente (Mosonyi y Seth 1975; Bernhart 1976), aunque la aplicación de sus resultados es limitada a los casos relacionados con las condiciones experimentales particulares consideradas en dichos trabajos. Además, los resultados que presentan estos autores se refieren a la transmisión de la primera onda que alcanza el tanque, y no se dan detalles de lo que ocurre subsecuentemente. 3.6 VOLANTE DE INERCIA Otra vía de actuación es controlar el efecto del transitorio intentando disminuir y ralentizar los cambios de velocidad con lo que también disminuimos las oscilaciones de presión actuando directamente sobre el transitorio. En este caso, los volantes de inercia son una buena solución, aunque su coste económico y su instalación desaconsejan su utilización. La desconexión eléctrica del motor de arrastre de un grupo de bombeo, sea ésta accidental o programada, ocasiona que el rodete de la bomba continúe girando por Inercia, a velocidades de rotación decrecientes, hasta su parada total. Durante este proceso, y debido a que la curva característica de la bomba va descendiendo al disminuir la velocidad de rotación, el caudal impulsado a la salida de la bomba desciende por debajo del valor de régimen, lo cual da origen a un transitorio en la tubería de impulsión y al correspondiente efecto de golpe de ariete por parada de bomba, efectuándose el cierre de la válvula de retención en un momento determinado. Los sucesivos valores

de velocidad de rotación que va adoptando la bomba en los instantes posteriores a la desconexión del motor, los cuales condicionan el efecto de golpe de ariete en la tubería de impulsión, están directamente relacionados con el momento de inercia de las masas rodantes, siendo éstas principalmente las que corresponden al rotor del motor de arrastre y rodete de la bomba. En definitiva, cuanto mayor sea el momento de inercia de las masas giratorias del grupo motor-bomba, más lenta será la parada del grupo y, en consecuencia, más suaves serán los cambios de velocidad, lo que a la postre se traduce en sobrepresiones y depresiones más discretas en el sistema hidráulico. Por tanto, la solución de aumentar la inercia del grupo elevador contribuirá de manera muy notable, en determinadas ocasiones, a disminuir los efectos no deseados de un transitorio hidráulico 3.7 CALDERÍN Se trata de un depósito acoplado a la tubería (figura 4.7 a), totalmente cerrado y en el cual penetra agua formando un colchón de aire. Cuando se produce sobrepresión el agua penetra en el depósito comprimiendo el aire y perdiendo energía, cuando se produce una depresión el agua del depósito sale a la tubería produciéndose vacío en el depósito, este aporte de agua disminuye la depresión en la tubería. El sistema no es práctico por necesitar grandes depósitos cuando la instalación de riego es de cierto tamaño, además el inconveniente de que el aire confinado en su interior se va gastando tanto por disolución como por arrastre; en consecuencia, la instalación de un calderín incluye un compresor que reponga y mantenga dentro una cantidad de aire sensiblemente constante. Una solución lógica consiste en encerrar el aire dentro de una vejiga (figura 4.7 b), con lo que el aire y el agua ya no están en contacto, no necesitando la instalación de un compresor. Los calderines antiariete suponen la mejor protección para el golpe de ariete ya que además de una actuación inmediata, actúan tanto sobre las depresiones (presiones negativas) como sobre las sobrepresiones (presiones positivas). 3.8 VÁLVULAS ANTICIPADORAS DE ONDA La Válvula Anticipadora de Golpe de Ariete es indispensable para la protección de bombas, equipo de bombeo y todas las líneas a las que se aplica una presión peligrosa de transitorios ocasionados por cambios repentinos en la velocidad del flujo dentro de la línea. Cuando un sistema de bombeo enciende y apaga gradualmente, no ocurren transitorios dañinos. Pero cuando existe un fallo de energía que produce un paro repentino de la bomba, provoca transitorios peligrosos en el sistema que pueden causar daños severos en los equipos. El fallo de energía en una bomba usualmente resulta en una baja transitoria en la presión, seguida por un incremento transitorio de presión. El control de

alivio abre con la onda baja de presión inicial, desviando el regreso de la onda de presión alta del sistema. *En consecuencia, la válvula se ha anticipado al regreso de la onda de presión alta y se ha abierto para disipar el daño que causa el transitorio. La válvula cerrara lentamente sin generar mas transitorios futuros. 

Operación válvula Modelo 735-M:

La súbita parada de la bomba es seguida por una caída de presión mientras la columna de agua, con su momento inherente, sigue desplazándose a lo largo de la línea y generando una grave baja presión. Cuando la columna de agua pierde momento, retorna en dirección a la bomba. Si la columna golpeara la válvula de retención cerrada, se crearía una onda perjudicial de muy alta presión que se desplazaría por el sistema a velocidades de hasta 4 Mach. Ninguna válvula de alivio puede reaccionar con la rapidez suficiente para eliminarla. La eliminación de esa onda requiere anticiparla y actuar de antemano El piloto de baja presión (LP) [1] percibe la caída de presión inicial y se abre. Esta respuesta inmediata permite que la presión que queda en la línea abra rápidamente la válvula principal. La válvula Modelo 735-M, ya abierta, libera la columna de agua que retorna, minimizando así la subida de presión en la línea. Si el grado de alivio fuera insuficiente, y la presión superara el ajuste del piloto de alta presión (HP) [2], el piloto se abriría inmediatamente para abrir aun más la válvula principal. Cuando la presión en el sistema se estabiliza en el nivel de presión estática, los dos pilotos se cierran y la válvula principal empieza a cerrarse. Si la presión en la línea sube durante el cierre de la válvula principal, el piloto de alta presión HP detiene brevemente el proceso para evitar que la presión siga elevándose. El cierre manual [3] limita al caudal de alivio para evitar la separación de la columna y conservar la presión de cierre. La llave [4] sirve para seleccionar la fuente de operación y percepción: n Directamente de la línea de descarga principal - Recomendada (ver “Aplicaciones típicas”) n De la entrada de la válvula Modelo 735-M 

BIBLIOGRAFÍA

http://blog.valvulasarco.com/por-que-se-produce-un-golpe-de-ariete https://www.academia.edu/17820549/Protección_de_conducciones_mediante_tanques_de_oscilación_ con_orificios http://www.antiariete.com/tecnologia.html http://ocwus.us.es/ingenieria-agroforestal/hidraulica-y-riegos/temario/Tema%203.Golpe %20ariete/tutorial_17.htm http://www.cla-val.com/images/SE5203_Spanish.pdf https://www.construmatica.com/archivos/28051/documentacion_tecnica/04_valvulas_y_control/05_vent osas.pdf}...