3 dispositivos de protección

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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1. Comparaciรณn de resultados Dispositivos antiariete

UNA PRIMERA PANORร MICA

El catรกlogo Boulos y col., 2005 6

1. Comparación de resultados Dispositivos antiariete

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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1. Comparación de resultados Dispositivos antiariete

VOLANTE DE INERCIA

El catálogoRalentiza el transitorio,…,pero también el arranque. Tara vez se utiliza.

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1. Comparaciรณn de resultados Dispositivos antiariete

CHIMENEA DE EQUILIBRIO

El catรกlogo Soluciรณn perfecta (eficiente y sin mantenimiento), salvo por su impacto visual y costo.

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1. Comparaciรณn de resultados Dispositivos antiariete

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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1. Comparación de resultados Dispositivos antiariete

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

1. Comparaciรณn de resultados Dispositivos antiariete

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

1. Comparación de resultados Dispositivos antiariete

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

1. Comparación de resultados Dispositivos antiariete

TANQUE UNIDIRECCIONAL

El catálogo Excelente para controlar depresiones en puntos elevados de la tubería 18

1. Comparación de resultados Dispositivos antiariete

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

1. Comparaciรณn de resultados Dispositivos antiariete

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

1. Comparación de resultados Dispositivos antiariete

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

1. Comparaciรณn de resultados Dispositivos antiariete

El catรกlogo

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VÁLVULAS DE ALIVIO

1. Comparación de resultados Dispositivos antiariete

Válvula de aislamiento

El catálogo

Válvula de alivio

ACCIÓN DIRECTA

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VÁLVULAS DE ALIVIO

El catálogo

CON MUELLE

1. Comparación de resultados Dispositivos antiariete

Evolución de la presión (sin y con válvula de alivio) 27

1. Comparación de resultados Dispositivos antiariete

VÁLVULA ANTICIPADORA DE ONDA

El catálogo

El concepto: ¿por qué no comenzar a actuar antes?

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1. Comparaciรณn de resultados Dispositivos antiariete

Vร LVULA ANTICIPADORA DE ONDA

El catรกlogo

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1. Comparaciรณn de resultados Dispositivos antiariete

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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