1. Comparación de resultados
CÁLCULO Y SIMULACIÓN DE TRANSITORIOS HIDRÁULICOS A PRESIÓN MEDIANTE EL PROGRAMA ALLIEVI 4. DISPOSITIVOS ANTIARIETE
Enrique Cabrera Marcet Valencia, junio de 2016
Vicent Espert Alemany ITA
Universitat Politècnica de València
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INTRODUCCIÓN
1. Comparación de resultados Dispositivos antiariete
¿QUÉ CONOCIMIENTOS VAMOS A ADQUIRIR EN ESTE BREVE CURSO?
El catálogo
1. ¿Qué es un transitorio hidráulico? 2. ¿Qué tipos de transitorios se contemplan? 3. Estrategias para modelar los transitorios 4. ¿Cómo establecer las fronteras entre los modelos? 5. ¿Qué conceptos y parámetros son relevantes? 6. ¿Qué ecuaciones los modelan? Balances fundamentales 7. Una introducción a las soluciones numéricas Ya visto 8. ¿Qué papel juega el aire atrapado en un transitorio? 9. ¿Qué es la resonancia hidráulica? 10. ¿Qué es la intrusión patógena? 11. Otras campos de interés para el estudio de transitorios 12. Conocer el funcionamiento de los distintos dispositivos antiariete. Lo que 13. Saber escoger bien el antiariete que convenga a cada caso sigue 14. ¿Cómo estudiar un problema concreto con ALLIEVI? 15. Conocer BIEN las posibilidades que ALLIEVI ofrece 16. ¿Cómo interpretar adecuadamente los resultados? 17. Y EJEMPLOS, MUCHOS EJEMPLOS,… En síntesis, CONCEPTOS FÍSICOS E HIDRAULICOS (y no tanto matemáticos) 2
1. Comparación de resultados Dispositivos antiariete
UNA PRIMERA PANORÁMICA
Para seleccionar el sistema de protección que más conviene al caso, es necesario un análisis de la topología de la instalación. También un análisis físico de los resultados de una simulación previa aconsejará muy bien el tipo de protección más adecuado. Un dispositivo de protección es como una medicina que hay que administrar al sistema para que se comporte adecuadamente. Las “enfermedades” pueden ser muy diversas, por lo que el tratamiento también lo debe ser.
Las dos trasparencias que siguen, proporcionan una panorámica general de los dispositivos más utilizados. El catálogo Posteriormente se describen con algo más de detalle cada uno de estos dispositivos.
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1. Comparación de resultados Dispositivos antiariete
UNA PRIMERA PANORÁMICA
Para seleccionar el sistema de protección que más conviene al caso, es necesario un análisis de la topología de la instalación. También un análisis físico de los resultados de una simulación previa aconsejará muy bien el tipo de protección más adecuado. Un dispositivo de protección es como una medicina que hay que administrar al sistema para que se comporte adecuadamente. Las “enfermedades” pueden ser muy diversas, por lo que el tratamiento también lo debe ser.
Las dos trasparencias que siguen, proporcionan una panorámica general de los dispositivos más utilizados. El catálogo Posteriormente se describen con algo más de detalle cada uno de estos dispositivos.
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1. Comparaciรณn de resultados Dispositivos antiariete
UNA PRIMERA PANORร MICA
El catรกlogo
Boulos y col., 2005
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UNA PRIMERA PANORร MICA
El catรกlogo Boulos y col., 2005 6
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UNA PRIMERA PANORÁMICA
• El volante de inercia actúa de manera directa sobre la causa que origina el transitorio, limitando tanto depresiones como sobrepresiones.
• La chimenea de equilibrio y el calderín actúan frente a depresiones en un primer momento, limitando el valor de las mismas y, como consecuencia, el de las sobrepresiones subsiguientes. Es posible también disipar mas energía en el sistema para limitar aun mas las sobrepresiones generando perdidas de carga en el flujo de llenado de estos dispositivos.
• La instalación de bypass en los bombeos puede ser eficiente tanto en casos de bajo desnivel de la impulsión y carga suficiente en la aspiración, para limitar las depresiones haciendo que la caida del caudal sea menos brusca, como en rebombeos, para limitar las depresiones aguas abajo y las sobrepresiones aguas arriba de los mismos. • Los tanques unidireccionales y las ventosas limitan las depresiones en el sistema, si bien los primeros tienen una clara ventaja, que inyectan agua al sistema, mientras que las ventosas permiten la entrada de aire que mas tarde deberá ser expulsado, con los problemas que ello puede ocasionar.
El
• Las válvulas de retención impiden el flujo inverso sobre las bombas pero incrementan las sobrepresiones en el sistema, por lo que hay que tener en cuenta sus características dinámicas de funcionamiento y plantear alternativas como puede ser el cierre controlado de las mismas. Colocadas en puntos intermedios de la catálogo conducción pueden ser efectivas siempre que se instale un bypass en paralelo con ellas. • Finalmente, las válvulas de alivio solo son capaces de actuar frente a las sobrepresiones. En el caso de las válvulas anticipadoras de onda, la protección puede ser muy efectiva si el momento de apertura y la velocidad con la que se efectúa la maniobra se eligen adecuadamente, pero pueden generar problemas en la instalación si la apertura se produce en la fase depresiva de la onda, al producir un incremento de las depresiones.
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VOLANTE DE INERCIA
El catálogoRalentiza el transitorio,…,pero también el arranque. Tara vez se utiliza.
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CHIMENEA DE EQUILIBRIO
El catรกlogo Soluciรณn perfecta (eficiente y sin mantenimiento), salvo por su impacto visual y costo.
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CHIMENEA DE EQUILIBRIO LAP mรกxima
Chimenea
Z
LAP
DCHI
A
El catรกlogo Zb
Ksal
Kent
QCHI
Zu Q1
Dr, Lr, ฮตCHI 1
ACHI
2
Q2
Onda incidente negativa
A
ACHI
Onda reflejada positiva
ACHI
Zona no perturbada por la onda
A
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CALDERINES DE AIRE
Aire o N2
Aire o N2
Agua Agua
Aire o N2
D
Agua
(volumen aire)
Z
ElMembrana catálogo con agua
Restringir entrada de Agua (amortiguamiento de sobrepresiones)
Facilitar entrada de agua a la tubería (limitar depresiones)
a (volumen agua)
Membrana con gas
Contacto directo gas-agua
T (volumen total)
Zb Ksal
QC
Kent D r, L r, ε CHI
Zu
A Q1
1
2
Q2
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1. Comparación de resultados Dispositivos antiariete
CALDERINES DE AIRE
El catálogo Solución excelente,…, aunque cara. Existe abundante información sobre dimensionado óptimo de un calderín.
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CALDERINES DE AIRE
El catálogo Solución excelente,…, aunque cara. Existe abundante información sobre dimensionado óptimo de un calderín.
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1. Comparaciรณn de resultados Dispositivos antiariete
BY PASS EN BOMBEO (tanque unidireccional en cabecera)
El catรกlogo Excelente para controlar depresiones junto a la bomba 14
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BY PASS EN BOMBEO (tanque unidireccional en cabecera)
El catรกlogo
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1. Comparación de resultados Dispositivos antiariete
TANQUE UNIDIRECCIONAL
El catálogo Excelente para controlar depresiones en puntos elevados de la tubería 16
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TANQUE UNIDIRECCIONAL
LAP ATU A Onda incidente negativa
El catálogo
ATU A
Onda transmitida negativa
Onda reflejada positiva
ATU A
Excelente para controlar depresiones en puntos elevados de la tubería 17
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TANQUE UNIDIRECCIONAL
El catálogo Excelente para controlar depresiones en puntos elevados de la tubería 18
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VENTOSAS
Doble objetivo. 1.- Evitar depresiones y 2.- Permitir purgar el aire
El catálogo Ante una rotura, la ventosa evita el colapso de la tubería 19
VENTOSAS
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El catรกlogo
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VALVULAS DE RETENCIÓN
1. Comparación de resultados Dispositivos antiariete
Concepto clave: VELOCIDAD DE RETORNO (con portazo, -slam-) Infinidad de tuberías se han roto en España por desconocer este efecto. Se instalan por razones funcionales. Jamás por ser un elemento antiariete. Como mucho podemos aspirar a que no lo genere ¡¡Jamás instalarlas en serie como en este gráfico!! El catálogo
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VALVULAS DE RETENCIร N
1. Comparaciรณn de resultados Dispositivos antiariete
El catรกlogo Mal menor: instalarlas con un by pass
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VALVULAS DE RETENCIร N
1. Comparaciรณn de resultados Dispositivos antiariete
El catรกlogo
VELOCIDAD DE RETORNO
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VALVULAS DE RETENCIÓN
Colector de aspiración
Qtotal = 3Qb
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Hb
Qb Qb
Colector de impulsión
Hb
Qtotal = 3Qb
Q b Hb
El catálogo
By-passcon válvula de retención
Ojo con el tipo de VR en una estación de bombeo, con bombas en paralelo 24
VALVULAS DE RETENCIร N
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El catรกlogo
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VÁLVULAS DE ALIVIO
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Válvula de aislamiento
El catálogo
Válvula de alivio
ACCIÓN DIRECTA
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VÁLVULAS DE ALIVIO
El catálogo
CON MUELLE
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Evolución de la presión (sin y con válvula de alivio) 27
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VÁLVULA ANTICIPADORA DE ONDA
El catálogo
El concepto: ¿por qué no comenzar a actuar antes?
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Vร LVULA ANTICIPADORA DE ONDA
El catรกlogo
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Vร LVULA ANTICIPADORA DE ONDA
El catรกlogo Vรกlvulas de alivio anticipadoras 30
CONCLUSIÓN
1. Comparación de resultados Dispositivos antiariete
Análisis de riesgo = probabilidad de ocurrencia por daño asociado
Hay que minimizar la probabilidad de ocurrencia, pero al menos coste posible Laminar el impacto del golpe de ariete puede realizarse de dos maneras bien distintas.
La primera actuando directamente ralentizando la brusquedad del transitorio (p.e., cerrando la válvula más lentamente o instalando un volante de inercia). Es decir actuando sobre la CAUSA.
La segunda minimizando el efecto es decir, actuando de manera indirecta. Son la mayoría de elementos de protección vistos, instalados en paralelo. El catálogo Lo que importa es, garantizando la fiabilidad, optar por la solución más sencilla y, si además es la más económica, aún mejor. Solo conociendo la física del fenómeno, tocaremos la tecla que toca.
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