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DOROT Control Valves - Technical Support - Export Department
Tel +972-8-6808899 / 848 Fax +972-8-6808751 - [email protected] - www.dorot.com
BOLETIN TECNICO #15
A partir de apuntes tomados en capacitaciones dictadas por Giora Heimann Technical Consultant E-Mail: [email protected]
ANTICIPADORA DE ONDA - ANTIARIETE
Parte 1 – anticipadora de onda de disparo hidráulico
Es mucho lo que se puede decir sobre el golpe
de ariete y son muchos los dispositivos y mecanismos que se pueden utilizar para su
control. De hecho, Dorot dispone de varios mecanismos que actúan en una u otra circunstancia.
En los siguientes tres boletínes, intentaremos explicar el abc de la válvula Dorot
ANTICIPADORA DE ONDA - ANTIARIETE.
Introducción
Bajo el nombre de “transitorio”, se conocen y estudian los fenómenos
relacionados con la variación en la presión, ocurridos dentro de una conducción
presurizada.
Las variaciones en la presión están relacionadas con variaciones en la velocidad del
fluido. El “golpe de ariete” podría ser entendido como un transitorio de gran magnitud.
El Golpe de Ariete, Golpe de Presión, u Onda de Presión (Water Hammer), puede ser
definido como la variación en la presión, (valores muy superiores y muy inferiores a los
esperables en condiciones normales de operación), producto de un
cambio brusco en la velocidad del agua
En el mismo, el agua que viaja a cierta velocidad por la conducción, detiene
instantáneamente la velocidad, transformando la energía de movimiento en energía de
presión.
La sobrepresión generada, llamada onda de alta presión, viaja por la conducción.
Seguida de esta, se produce una segunda fase de depresión, llamada onda de baja
presión.
ENERGIA CINETICA ENERGIA DE PRESION
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El ciclo de onda de alta presión seguido de una de baja presión se repite una y otra
vez, viajando las ondas dentro de la conducción y en ambos sentidos, pudiendo
ocasionar graves daños a la tubería.
El golpe de ariete se verifica tanto en acueductos gravitacionales como en impulsiones
y afecta a tubos, accesorios, bombas,
elementos de medición, etc.
En la fase de ALTA, las tuberías se rompen
por superar la presión máxima.
En la fase de BAJA, las tuberías se rompen o
dañan por colapso o aplastamiento.
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Donde y como se puede originar un golpe de ariete? Cada vez que se produzca un cambio brusco en la velocidad del fluido, se corre el
riego de generar un golpe de ariete.
A saber:
• Rápida apertura ó cierre de válvulas (de todo tipo…)
• Arranque o detención del bombeo en forma no controlada
• Llenado de tuberías vacías, a alta velocidad ( sinónimo de alto caudal)
• Violento aumento o reducción de la demanda o consumo
• Cierre violento del flotante de ciertas válvulas de aire
• En acueducto gravitacionales, cierre violento de válvulas de control de nivel
• Etc.
En una impulsión cuesta arriba, ante una detención súbita del bombeo, el agua por inercia continúa ascendiendo. Cuando regresa en sentido inverso encuentra la válvula de retención cerrada. El flujo se detiene violentamente (cambio de velocidad…) y se genera un golpe de presión.
En una impulsión presurizada (sea por gravedad o por bombeo), el cierre brusco de una válvula seccionadora detiene violentamente el flujo (cambio de velocidad…) y se genera un golpe de presión.
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Una tubería vacía es llenada en forma descontrolada (alto caudal, alta velocidad). Al completarse el llenado se detiene violentamente el flujo (cambio de velocidad…) y se genera un golpe de presión.
En ciertas circunstancias, el cierre de algunas válvulas de aire (el cierre del flotante...), ubicadas en determinados sitios, puede detener violentamente el flujo (cambio de velocidad…) y se generará un golpe de presión.
En acueductos gravitacionales, el cierre de algunas válvulas de control de nivel, puede detener violentamente el flujo (cambio de velocidad…) y se generará un golpe de presión.
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Como se puede evitar un golpe de ariete?
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Esto que se dice ligeramente, a veces puede ser llevado a la práctica y otras
veces no:
− Las operaciones de maniobra de válvulas, deben realizarse lentamente,
permitiendo que la conducción tenga oportunidad de asimilar la variación en el
flujo (recordar que las válvulas de seccionamiento de tipo mecánico como mariposas,
compuertas, esclusas, etc., presentan una curva de cierre “no proporcional”, es decir que la real
restricción en el flujo, se da en las últimas vueltas de cierre). − Durante el llenado de las tuberías, mantener baja velocidad de circulación (por
ejemplo 0.3 – 0.5 m/seg)
− Para las estaciones de bombeo, adoptar dispositivos que permitan que la
entrada y salida de régimen sea hecha en forma controlada (como la válvula de
Control de Bombeo Dorot BC). Ver Boletín #13.
− Evitar la formación de presiones sub-atmosféricas, dimensionando y
posicionando correctamente las válvulas de aire Dorot DAV. Ver Boletín #07.
− En los lugares donde puede existir un cierre brusco del flotante de la válvula de
aire, equipar a las mismas con dispositivo “limitador de onda” SA – Surge Arrest
de Dorot. Ver Boletín #08.
− Para el caso de impulsiones “cuesta arriba”, analizar la necesidad de incorporar
la VALVULA ANTICIPADORA DE ONDA – ANTIARIETE.
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0.0 Bar(-)
(+)
Presión dinámica
Presión estática
TIEMPOsegundos
PRESIONBar
PRESIONES SUB-ATMOSFERICASRiesgo de colapso
SOBRE-PRESIONESRiesgo de rotura
Que pasa en una impulsión “cuesta arriba” durante un
transitorio SIN PROTECCION?
- Ante una salida de servicio
no programada de la
impulsión (por ejemplo un
corte en el suministro
eléctrico), la masa de agua
que viene viajando a 1, 2 ó
3 m/seg, inercialmente lo seguirá haciendo, por lo que la presión en la estación de
bombeo descenderá (no solo por debajo de la presión estática, sino inclusive a
valores negativos).
- en una segunda etapa, el flujo de agua regresa, la válvula de retención se cierra
rápidamente y se genera un importante aumento en la presión.
Esta secuencia se repite en varias oportunidades hasta que la energía es disipada
por fricción ó si las altas presiones alcanzadas son superiores a la presión de
rotura de la tubería, la misma se romperá.
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Válvula ANTICIPADORA DE ONDA DE DISPARO HIDRAULICO
La válvula Dorot anticipadora de onda de disparo hidráulico modelo RE es un
dispositivo DE SEGURIDAD, la cual va a trabajar activamente solo durante la
ocurrencia de un
transitorio.
La misma se instala EN
DERIVACION, en la
descarga de la bomba,
aguas abajo de la válvula
de retención.
Es totalmente
HIDRAULICA y se utiliza
en bombeos “cuesta arriba”.
La válvula RE de disparo hidráulico posee doble piloto: piloto de BAJA presión y piloto
de ALTA presión.
El piloto de BAJA presión, es quien
dispara la apertura de la válvula (se
“anticipa” a la onda de alta presión).
El mismo se calibra por debajo de la
presión estática.
El piloto de ALTA presión trabaja
durante el golpe de ariete y también
trabaja durante la operación normal
(como válvula de alivio).
El mismo se calibra por arriba de la
máxima presión dinámica en
operación normal.
Es un dispositivo ANTIARIETE, que busca evacuar el agua que regresa hacia el bombeo.
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SECUENCIA DE FUNCIONAMIENTO
Bajo un régimen de operación normal, no hay motivo por el cual la presión sea
inferior a la presión estática. Si así lo fuera, es porque la conducción se encuentra en
la “fase de baja presión” del transitorio. Y ese es un buen momento para abrir la
válvula Dorot RE antiariete…
La válvula Dorot RE antiariete se anticipa a la “fase de alta presión” del transitorio (de
allí su denominación de ANTICIPADORA DE ONDA).
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BOMBEO
PRESION DINAMICA- motor encendido- válvula de retención abierta- tubería cargada - válvula Dorot RE cerrada
BA
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Veamos, la interpretación de un golpe de ariete mediante un modelo matemático, con
y sin protección de la válvula anticipadora de onda (presión vs. tiempo).
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Nota: la válvula anticipadora de onda, es solo
uno de los elementos de seguridad que se pueden y/o
deben utilizar contra el golpe de ariete. La misma necesariamente debe ser
complementada con válvulas de aire, las cuales al permitir el reingreso del aire,
evitan las presiones sub-atmosféricas y el consiguiente colapso de la tubería.
BOMBA
VALV. DE RETENCION
VALV. ANTICIPADORA
Válvula de aire junto a válvula anticipadora de onda.
Permite el re-ingreso de aire durante la fase de baja presión del golpe de ariete, evitando así la formación de presiones sub-atmosféricas .