LAS ESTACIONES DE BOMBEO AUTOMÁTICAS

SERVOMECANISMO, SEGURIDAD, VÁLVULAS DE FUNCIONES MÚLTIPLES Giles Combes Ingeniero Senior colaborador de EINAR, S.A. Las estaciones de bombeo sujetas a las necesidades de una red de distribución, sin la existencia de una balsa o depósito de seguridad ni otra de regulación, son cada vez más numerosas. El equipamiento de estas estaciones debe garantizar que: 1º - Se restablecerá el servicio de una red, por ejemplo después de una parada accidental debida a una avería en la corriente (con un eventual llenado de las conducciones resultantes), sin provocar incidentes en las bombas o en la red. 2º Las fluctuaciones de caudal de los usuarios no dará lugar a variaciones de demasiada importancia en la presión de la red. 3º Las roturas eventuales en la red no provocarán la parada o la limitación del caudal bombeado. Estas tres condiciones serán comentadas a continuación: 1. – SEGURIDAD DE LA PUESTA EN SERVICIO Este punto debe ser realizado con especial cuidado. Se sabe, en efecto, que un gran número de los accidentes (rupturas de canalización, o desgaste del material) más típicos de las redes se producen en el momento de la puesta en servicio. La secuencia de las operaciones a realizar debe ser cuidadosamente respetada, lo que implica la presencia de personal cualificado o bien la automatización de las maniobras, con un material bien adaptado. Exceptuando en las estaciones de bombeo muy grandes, aquellas explotaciones que no puedan garantizar en el momento preciso el personal necesario, deberán confiar el arranque de la estación a un autómata de excelente fiabilidad. ¿Qué problemas se plantean al realizar una puesta en servicio? Generalmente después de una avería en el bombeo, la red se vaciará total o parcialmente, los grifos o bocas de los puntos de utilización se quedan abiertos; por lo tanto habrá que evacuar el aire sin que se creen excesos de presión y para que esto sea posible han de cumplirse dos condiciones:

La red debe de estar convenientemente equipada, en particular con purgadores de aire adaptados a las tuberías.

El rellenado debe efectuarse con un caudal reducido, la relación Qr / Qmax de este caudal con el caudal máximo de la red depende del equipamiento de la red y de su perfil en longitudinal.

Hay dos razones principales para esta limitación de caudal durante la fase del rellenado:

Un débil funcionamiento de las bombas con presión de impulsión entraña el funcionamiento de las maquinas a un caudal superior a su caudal nominal, lo que puede engendrar una cavitación peligrosa.

Si el caudal de llenado es elevado, la velocidad de propagación de las bolsas de aire hacia su punto de evacuación será importante y esto, unido a la elasticidad de estas bolsas, puede ocasionar peligrosas pulsaciones de presión.

Señalaremos también que ciertos elementos colocados en las conducciones (válvulas por ejemplo) pueden sufrir un choque brutal de un frente de agua.

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Si HG es la altura geométrica del borne de distribución más elevada y ∆h la perdida de carga debida al caudal de rellenado. Si Qr es generalmente débil frente al Qmax, ∆hr será débil frente a HG; la presión de la estación debe por lo tanto permanecer, durante la fase de rellenado, próxima a HG.

P= Bomba centrífuga

R= Compuerta de autorregulación

C= colector de impulsión

Fig. 1.- Estación de bombeo suministrando sobre la red. Así la consigna de funcionamiento debe ser de Qr en tanto que la presión en A no sobrepase HG y después acabar la puesta en servicio a un caudal más elevado.

Un medio simple para realizar las funciones anteriormente señaladas es colocar aguas abajo de las bombas, sobre el colector de impulsión; una válvula automática de regulación (R) que mantendrá, durante la fase de llenado, una presión constante Hr inmediatamente aguas arriba (en B). Se realizará una comprobación de las presiones en B y en A.

Al poner en marcha la estación, si la red está vacía y en ausencia de la compuerta R, el caudal podría alcanzar el valor Qm (punto característico O’).

P: Bomba centrífuga R= válvula de autorregulación C= Colector de impulsión

Fig. 2: Características altura/caudal de las bombas y de la red

La bomba debe arrancar con la válvula cerrada (punto característico 0), después ordenar la apertura de la válvula y su posición ajustada a la presión en B de manera que Hs = Hr, por tanto Q= Qr (punto característico 1). Durante el llenado, HA aumenta y la válvula se abre progresivamente para mantener Hr y Qr : la parábola representativa de la apertura de la válvula pasa de (I) a (II) y el punto característico permanece en 1. Cuando HA alcanza el valor de consigna HG la válvula se abre automáticamente de manera que el caudal llega a su valor nominal Qr (punto característico 2). Este procedimiento puede fracasar si se han quedado abierto un gran número de grifos o bocas. Aunque estas bocas funcionen con una carga débil durante el llenado, su caudal total puede ser

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superior a Qr y la red no alcanzará la presión necesaria. Este defecto se puede remediar poniendo en funcionamiento la siguiente secuencia de automatismo: La compuerta R permanecerá un tiempo t1 en regulación aguas arriba: regulada la presión Hr, n bombas en servicio, caudal Qr. Al cabo de t1 si la presión en A no ha sobrepasado HG, una (n+1)e bomba será puesta en servicio y la válvula R permanecerá en regulación aguas arriba durante un lapso de tiempo t1. Si al cabo del tiempo 2 t2 la presión A sobrepasa HG’ la válvula se abrirá por completo (con una velocidad de maniobra razonable). Esta se cerrará automáticamente o no cuando la estación este averiada o cuando la presión disminuya en la red. Hay que señalar que la diferencia de presión en los bornes del órgano de regulación H – HA puede ser importante durante estas fases de rellenado; esta debe estar comprendida entre los valores H – HG y Hr, el resultado será un valor pequeño del número de cavitación (HA abs – tr) / HB – HA. Esta debilidad del valor del número de cavitación “disponible” necesitará un órgano concebido para un número de cavitación “requerido” lo más pequeño posible. 2. - REGULACIÓN DE LA PRESIÓN EN LA RED El mantenimiento de la presión sensiblemente constante, sean cuales sean las variaciones de caudal requeridas, puede asegurarse de tres maneras diferentes:

Jugando con el número de bombas en funcionamiento. Modificando la velocidad de rotación de las bombas. Creando una perdida de carga en la impulsión de las bombas.

Existen numerosos dispositivos para la regulación de las estaciones de bombeo que utilizan o combinan estos procedimientos. En caso de que el número de horas de funcionamiento de la estación sea lo suficientemente baja como para que no resulte rentable la regulación de la velocidad de rotación de las bombas, se puede disponer una válvula reguladora a la salida de la estación que mantendrá la presión constante en A sea cual sea el caudal. Incluso en el caso de que se hallan instalado bombas de velocidad variable, puede ser interesante completar el ajuste de la presión en la red con una perdida de carga de regulación automática, es decir colocar en R un órgano de presión constante aguas abajo . Puede tratarse del mismo regulador que el señalado anteriormente para el llenado con la condición de que puede pasar de una función “presión constante aguas arriba” a otra “presión constante aguas abajo”. Cuando el caudal disminuye, la perdida de carga del regulador aumenta automáticamente para compensar este ascenso de la presión debido a las características H (Q) de las bombas. Este sistema puede combinarse con la modificación del número de bombas en servicio. 3.- LIMITACION DE LAS CONSECUENCIAS DE LOS ACCIDENTES Si se produjese una fuga de agua importante en la red, la presión bajaría y el caudal que saliese de la estación de bombeo podría sobrepasar el caudal nominal de las bombas. El usuario puede solicitar que cuando se sobrepase el caudal nominal, por ejemplo en un 5% (sea Q1 este caudal), la estación se pare. Pero en algunos casos, y para no arriesgarse a que la red se vacíe, en particular si se teme que las conducciones puedan oxidarse, se puede pedir una limitación en Q1 del caudal de la estación sin interrumpir la impulsión. Este caso puede también presentarse cuando la estación constituye un punto de aprovisionamiento para un gran consumidor: El

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proveedor puede desear en ese caso que, sea cual sea la presión en la red del abonado, el caudal de la bomba no sobrepase el valor máximo contractual. Nos encontramos así pues con la necesidad de colocar en R un limitador de caudal. Puede ser el mismo órgano que el que se previó para el llenado, es decir un regulador de presión constante, la presión en A estando por lo tanto regulada para que el caudal de las bombas no sobrepase el valor Q1 deseado. De este modo las bombas conservan un correcto funcionamiento, se limita el caudal, la presión baja en la red y se da la alarma. Hace falta que haya una temporización de unos segundos para evitar que cuando Q1 sea sobrepasado durante unos pocos segundos, a causa de un régimen transitorio, entre en funcionamiento la secuencia de seguridad. 4.- DESCRIPCION DE UN EQUIPAMIENTO QUE CUMPLA ESTAS CONDICIONES Hemos visto en el texto precedente, que las condiciones de seguridad y regulación descritas podrían cumplirse colocando en el colector de impulsión en R , un único órgano de funciones múltiples, el “Sainar” por ejemplo, que permitiría:

Asegurar según el momento cada una de las funciones I, II y III. Medir el caudal y el volumen bombeado. Poder estar conectado a un autómata situado en la estación o integrado en un sistema de

gestión centralizada.

. S = SAINAR Captador de posición Mando para poner en funcionamiento Captador de presión aguas abajo Captador de presión diferencial

Fig. 3: Principio de funcionamiento en regulación de presión, medida y regulación d Este equipo combina una válvula multichorro MULTINAR, de un rendparticularmente interesante, con un servomotor y con un calculador – reguladasegura las funciones de regulación de la presión, la medición del caudal válvula multichorro permite disipar la energía sin ruido y con un mínimo de cavfuncione con una gran diferencia de presión entre A y B. La asociación de un regulador de presión a un caudalímetro de diafragmas múeste último conserve la misma precisión ya sea con pequeños o grandes caudde las presiones aguas arriba y aguas abajo necesarias para la medición y lhacerse en proximidad inmediata (a menos de dos diámetros) de la válvula supone una gran ventaja en las estaciones de bombeo donde a menudo es dlongitudes rectas de 15 ó 20 diámetros. En el momento de la puesta en marcha de la red, el SAINAR funciona como presión ajustable regulada, de manera que limita el caudal de las bombas

S

e caudal.

imiento hidráulico or programado que y su limitación. La itación aún cuando

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llenado. La seguridad del proceso se completa con la imposibilidad de que las bombas entren en funcionamiento antes de que la válvula MULTINAR no se haya cerrado y este lista para regular. Durante el funcionamiento normal de la red, la MULTINAR funciona con una presión aguas abajo constante, completando el sistema de abastecimiento las bombas según la demanda requerida. En fin, en caso de haber algún incidente en la red ( una llamada anormal de caudal), el SAINAR juega el papel de limitador de caudal. El paso de una función a la otra se efectúa automáticamente gracias a la presencia de dos captadores de presión colocados en una parte y otra del órgano en A y en B. El conocimiento de estas dos presiones y del grado de apertura de la válvula multichorro permite además al microprocesador calcular y registrar el caudal. CONCLUSION El automatismo de las estaciones de bombeo es fácil de asegurar siempre que estas no estén sometidas a interrupciones inopinadas. Pero cuando hace falta volver a poner en marcha una estación después de un incidente que haya vaciado total o parcialmente la red, debe tomarse precauciones particulares. Si esta bien concebido, el equipamiento de la estación, puede responder, también en este tipo de funcionamientos, con una seguridad al menos tan grande como si interviniese la mano del hombre. Les hemos dado las especificaciones a las que debe responder este tipo de equipamientos y les hemos descrito una válvula automática que permite asegurar a la vez un funcionamiento hidráulico correcto en regímenes normales y excepcionales, las funciones de regulación de la presión y de seguridad , y si se desea, la función de contador.

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