válvulas de aire-dorot08

8/11/2019 Vlvulas de Aire-dorot08

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BOLETIN TECNICO #08

A partir de apuntes tomadosen capacitaciones dictadas porGiora HeimannTechnical Consu ltantE-Mail:[email protected]

EL AIRE Y LAS VALVULAS DE AIRE EN LAS

CONDUCCIONES - PARTE 2

Algo sobre el golpe de ariete

El Golpe de Ariete, Golpe de Presin, u Onda de Presin (Water Hammer), es unfenmeno que se da en las conducciones y puede ser definido como la variacin en la presin,(valores muy superiores y muy inferiores a los esperables en condiciones normales de

operacin), producto de un cambio brusc o en la velocidad del agua .En el mismo, el agua que viaja a cierta velocidad por la conduccin, detiene instantneamentela velocidad, transformando la energa de movimiento en energa de presin.

La sobrepresin generada, llamada onda de alta presin , viaja por la conduccin. Seguida deesta, se produce una segunda fase de depresin, llamada onda de baja presin .El ciclo de onda de alta presin seguido de una de baja presin se repite una y otra vez,

viajando las ondas dentro de la conduccin y en ambos sentidos, pudiendo ocasionar gravesdaos a la tubera.El golpe de ariete se verifica tanto en acueductosgravitacionales como en impulsiones y afecta atubos, accesorios y bombas.En la fase de ALTA las tuberas se rompen porsuperar la presin mxima.En la fase de BAJA, las tuberas se rompen por

colapso o aplastamiento.

Nota: existen distintos dispositivos de seguridad y control para limitar el golpe de ariete: vlvula

anticipadora de onda RE , vlvula de control de bombeo BC , vlvula de pozo profundo DW, vlvula de

apertura en dos etapas TO , vlvula de alivio rpido QR , etc. Para cada situacin hidrulica podr

seleccionar uno o varios de los mismos. Dorot cuenta con un experimentado y reconocido

Departamento Tcnico, especializado en el estudio y solucin del mencionado fenmeno.

ENERGIA CINETICA ENERGIA DE PRESION


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BOLETIN TECNICO #08

Puede el aire provocar o colaborar en un Golpe de Ariete? Nadie discute la importancia de las vlvulas de aire en las conducciones y acueductos.

Pero este dispositivo tan importante para permite el intercambio de aire entre la conduccin yla atmsfera, puede transformarse en un elemento peligroso.Veamos un par de ejemplos donde las vlvulas de aire pueden jugar en contra.

Ejemplo #1. Vlvula de aire en picos altos intermedios

Etapa 1. ACUEDUCTO PRESURIZADO El acueducto esta lleno de agua y funcionando normalmente, bajo presin. El flotante de la vlvula de aire esta en el extremo superior y no sale ni entra aire, excepto el

que pueda sacar el orificio de purga en su funcin de mantenimiento.


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Etapa 2. DETENCIN SUBITA NO PROGRAMADA DEL BOMBEO

Se genera un corte elctrico y se detiene el bombeo. En los puntos altos intermedios se generan presiones sub-atmosfricas y se corta la

columna de agua. Interviene la funcin cintica-vaco de la vlvula permitiendo el reingreso de grandes

cantidades de aire. Las presiones negativas nunca alcanzan valores peligrosos.

Etapa 3. RETORNO DEL FLUJO DE AGUA HACIA LA VALVULA DE AIRE Las masas de agua regresan hacia la vlvula de aire. Las masas de aire que haban ingresado previamente, son empujadas por el agua a salir por

la vlvula de aire. El aire sale a gran velocidad y el agua se mueve a gran velocidad.

Separacin de la columna de aguaVlvula de aire en funcin CINETICA VACIO

Detencin sbitadel bombeo

NUEV A LINE A DEPRE SIO N DIN AMIC A

A los pocos segund os de ladete nci n del bombe o

N U E VA L I N EA

D E P R E S I O N

D I NA M I CA

A l o s p o c o s s e

g u n d o s d e l a d

e t e n c i n d e l b

o m b e o

SALIDA DE GRANDESMASAS DE AIRE

INGRESO DE GRANDESMASAS DE AIRE


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1 0 0 m.

IMPULSIONCUESTA ARRIBA

VALVULA DERETENCION CERRADA

VALVULA

DE AIRE

BOMBA(profunda)

Tubera vaca.Gran cantidad

de aire es

liberado por lavlvula de aire.

El aguaasciende a gran

velocidad.

La vlvula deretencin esta

cerrada.

Etapa 4. CHOQUE DE LAS MASAS DE AGUA. GOLPE DE ARIETE

Las masas de agua que viajaban a gran velocidad (alta carga de ENERGIA CINETICA) seencuentran, generando una alta carga de ENERGIA DE PRESION GOLPE DE ARIETE.

Ejemplo #2. Vlvula de aire a la salida de una bomba de pozo profundo

Bomba de pozo profundo, situadaa gran profundidad.

Impulsin cuesta arriba. Vlvula de retencin cerrada. Presin esttica importante. Tubera de elevacin vaca.

Etapa 1. ARRANQUE DE LABOMBA

Se inicia el bombeo. Dado que el tubo de subida esta

vaco, la bomba impulsa ALTOCAUDAL de agua a MUY BAJAPRESION.

La vlvula de aire permite la salidade gran cantidad de aire y el aguaascienda a ALTA VELOCIDAD.

CHOQUE DE MASASDE AGUA A AL TA VELOCIDAD

SALIDA DE GRANDESMASAS DE AIRE


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IMPULSIONCUESTA ARRIBA

VALVULA DE RETENCIONTODAVIA CERRADA

VALVULADE AIRE

BOMBA(profunda)

Tubera llena.La vlvula deaire se cierrabruscamente.La vlvula deretencintodava estacerrada.Hay un golpede presin.

Etapa 2. SE LLENA EL TUBO DE SUBIDA. SE CIERRA LA VALVULA DE AIRE Se llena el tubo de subida. La vlvula de aire se

cierra bruscamente. La vlvula de retencin

permanece cerrada. La masa de agua que

viajaba a gran velocidad

(alta carga de ENERGIACINETICA) es detenidainstantneamentegenerando una altacarga de ENERGIA DEPRESION GOLPEDE ARIETE.

CHOQUE DE MASADE AGUA A AL TA VELOCIDAD

Conclusiones que s e pueden sacar de los ejemplos:

La vlvula de aire es un excelente dispositivo para dejar escapar el aire que esta

siendo empujado por el agua. Si el agua no tiene ninguna restriccin, adquiere alta velocidad. Cuando la vlvula de aire se cierra bruscamente obliga al agua a detenerse

instantneamente. La detencin brusca del agua, transforma la energa cintica en energa de presin. Se genera un GOLPE DE ARIETE.


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Orificio cintico. Alto caudal de aire.

Orificios menores. Menor caudal de aire.

Se puede hacer algo para evitar el Golpe de Ariete?

Si la salida del aire es demorada, tambin ser demorado el avance del agua.Una disminucin en la velocidad del agua diminuir la ENERGIA CINETICA y por ende laENERGIA DE PRESION.La idea es utilizar el aire como una suerte de cojn o bolsa de aire (air-bag).

a menor menor menor

Que es el dispositivo SA limitador de onda de las vlvulas

DAV M?

El SA es un dispositivo que se instala en cualquier vlvulade aire de la serie DAV-M, el cual esta provisto de un disco de

PEAD. El mismo limita la velocidad de salida del aire. Si el aire esta saliendo de la vlvula a velocidad

normal, lo har por el orificio cintico principal. Eldispositivo SA no cumplir ninguna funcin. El discoestar en la posicin inferior.

Si el aire esta saliendo a velocidad excesiva, el discodel SA asciende y cierra el orificio cintico . El airese ver obligado a salir por el/los orificio/s

menor/es . El caudal de aire ser menor.

La cantidad de orificios menores que se dejen abiertos es variable y puede ser calculado.Consulte al Departamento Tcnico de Dorot sobre el dimensionamiento vinculado con el SA -

limitador de onda.

VELOCIDADDE SALIDADEL AIRE

VELOCIDADDE AVANCEDEL AGUA

ENERGIA DEPRESION

DEL AGUA


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Orificio

menor

EE ll dd iiss pp oo ss iitt iivv oo SS A A ss oo lloo aa cc tt aa cc uu aa nn dd oo ee ss tt aa ss aa lliiee nn dd oo aa iir r ee aa aa lltt aa vv ee lloo cc iidd aa dd ..

SALIDA DE AIRE A VELOCIDAD NORMAL

Flotante principal y flotante

superior, ambos en posicin inferior

Disco del dispositivo SA en posicin

inferior

Salida de grandes caudales de aire.

SALIDA DE AIRE A MUY ALTA VELOCIDAD

Flotante principal y flotante superior,

ambos en posicin inferior

Disco del dispositivo SA en posicin

superior

Salida de pequeos caudales de aire.

LA VELOCIDAD DEL AGUA ES LIMITADA POR EL AIRE

Disco del SA enposicin inferior

Disco del SA enposicin superior

ALTO CAUDAL DE AIRE

Disco del SA

BAJO CAUDAL DE AIRE


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Donde se deben ubicar las vlvulas de aire con dispositivo

SA limitador de onda? SA - limitador de onda.

Al disminuir el caudal de salida deaire, disminuye la velocidad del agua.

A LA SALIDA DE BOMBAS DE POZO PROFUNDO,

EN IMPULSIONES CUESTA ARRIBA,

CON PRESENCIA DE VLVULA DE RETENCIN

EN PICOS ALTOS INTERMEDIOS

DONDE EXISTA LA POSIBILIDAD DE RUPTURA

DE LA VENA LQUIDA Y RIEGO DE GOLPE DE ARIETE

SA - limitador de onda.Al disminuir el caudal de salida de

aire, disminuye la velocidad del agua.


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FINALES DE TUBERIAS

SA - limitador de onda.Al disminuir el caudal de salida de

aire, disminuye la velocidad del agua.


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AirCAD , el software de para dimensionamiento y

posicionamiento de las vlvulas de aire en conducciones.

El AirCAD es una herramienta que ayuda a los tcnicos a dimensionar las vlvulas deaire y determinar su ubicacin en acueductos y conducciones.El mismo no reemplaza el criterio del profesional.

Que informacin necesita AirCAD para operar:

Perfil topogrfico de la conduccin. A partir de una polilnea de Autocad o bien de unaplanilla de Excel con 2 columnas: progresiva / altimetra(*).Datos de la tubera: material, dimetro, espesor.Caudal.Presencia de bombas, vlvulas de retencin, cisternas, etc.

Que parmetros permite el AirCAD que el tcnico modifique:

La distancia mxima-mnima entre cada vlvula de aire.

Que result ados arroja el AirCAD:

Cantidad y tipo de vlvulas de aire.Ubicacin de las vlvulas de aire.

Como presenta los resultados el AirCAD:

Como archivo dxf de Autocad(*).Como archivo de Excel.

(*) AirCAD, adems de ser una excelente herramienta para el dimensionamiento y posicionamiento delas vlvulas de aire, como beneficio adicional, si la informacin original proviene de un archivo Excel latransforma en una polilnea de Autocad.


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INGENIERIA DEL AirCAD. Algunos aspectos tenido s en cu enta por el software:

Las vlvulas de aire deben drenar el aire de la conduccin durante el llenado y por cada m3 de agua que ingrese, debepoder salir un m3 de aire.Las vlvulas de aire deben permitir el reingreso de aire durante el vaciado, y por cada m3 de agua que salga, debe poderingresar un m3 de aire.Las vlvulas de aire deben drenar las burbujas de aire acumuladas en las partes altas en forma automtica, con laconduccin presurizada.Para calcular el caudal de aire que fluye a travs del orificio de la vlvula se utiliza la ecuacin de Bernoulli

V=sqrt (2g*k/(k-1)*P1/ *sqrt {[(P2/P1) (2/k)]-[( P2/P1)^[(k+1)/k]}

V= velocidad del flujo del aire comprimidok- Coeficiente de expansin del gas (aire= 1.4) = densidad del aire comprimido (depende de la presin)P2/P1= relacin de presin a travs del orificio

El resultado obtenido ser afectado por el coeficiente de eficiencia de la vlvula. Si bien en base a pruebas y ensayos Dorotdetermin que el coeficiente de eficiencia de sus vlvulas es de 0.73, a los efectos de la utilizacin del AirCAD ha adoptado0.60.El caudal de aire obtenido por Bernoulli y afectado por la eficiencia de la vlvula es la base para el dimensionamiento deltamao del orificio de la vlvula de aire.El orificio debe ser tal que permita la entrada o salida del aire a una tasa equivalente al flujo de agua generando

un h de 2 mca. Esto genera un flujo de aire a travs del orificio a una velocidad de 35 m/seg.

Lista de vlvulas de aire =========================Tubera: 1.

Estacin Dis tanc ia Elev ac in Tipo Opcin A Opcin B

100,00 52,00 KA DAV- MS- 4- KA DAV- MH- 3- KA350,00 250,00 59,00 KA DAV- MS- 4- KA DAV- MH- 3- KA950,00 600,00 61,00 KA DAV- MS- 4- KA DAV- MH- 3- KA

1250,00 300,00 64,00 KA DAV- MS- 4- KA DAV- MH- 3- KA

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