La mayoría de los ingenieros involucrados en la planificación de los sistemas de bombeo están familiarizados con los términos "transitorios hidráulicos", "presión de sobretensión" o, en aplicaciones de agua, "martillo de agua". La pregunta de si un análisis de flujo transitorio o un análisis de aumento es necesario durante la fase de planificación o no se responde menos fácilmente. En circunstancias desfavorables, el daño debido al martillo de agua puede ocurrir en tuberías que miden más de cien metros y transmiten solo varias décimas de litro por segundo. Pero incluso las tuberías muy cortas y no compatibles en las estaciones de bombeo pueden dañarse por vibraciones resonantes si no están debidamente ancladas. Por el contrario, el fenómeno no es muy común en los sistemas de servicios de construcción, por ejemplo, en las tuberías de suministro de agua potable, que generalmente tienen una longitud corta y tienen una pequeña sección transversal.
Los propietarios u operadores de sistemas afectados por el martillo de agua generalmente son reacios a transmitir información sobre cualquier daño de aumento sufrido. Pero estudiar las fotos tomadas de algunos "accidentes" (Figs. 1-A, 1-B, 1-C) Una cosa es clara: el daño causado por el martillo de agua excede el costo del análisis preventivo y las medidas de control de sobretensiones.
La capacidad de proporcionar equipos de control de sobretensiones diseñados de manera confiable, como un recipiente aéreo o acumulador, volante de volante y válvula de aire, ha sido durante mucho tiempo de última generación. El folleto de instrucciones técnicas W 303 "Cambios de presión dinámica en los sistemas de suministro de agua" publicado por la Asociación Alemana del Sector de Gas y Agua establece claramente que los transitorios de presión deben considerarse al diseñar y operar sistemas de suministro de agua, porque pueden causar daños extensos. Esto significa que se debe realizar un análisis de aumento de los estándares de la industria para cada sistema de tuberías hidráulicas en riesgo del martillo del agua. El software dedicado está disponible para este propósito, una herramienta importante para que el analista de sobretensiones especializadas lo use. Los consultores y los diseñadores de sistemas se enfrentan a las siguientes preguntas.
- ¿Cómo podemos saber si existe un riesgo de martillo de agua o no?
- ¿Qué tan significativas son las fórmulas de aproximación para calcular el martillo de agua?
- ¿Se puede utilizar el análisis de aumento de un sistema de tuberías como base para sacar conclusiones para sistemas similares?
- ¿Qué parámetros se requieren para un análisis de sobretensión?
- ¿Qué cuesta un análisis de aumento?
- ¿Qué tan confiable es el equipo de control de sobretensión disponible y cuánto cuesta operarlo?
- ¿Qué tan confiable es un análisis computarizado?
El diseñador de sistemas y el analista de sobretensiones tienen que trabajar juntos de cerca para ahorrar tiempo y dinero. El martillo de agua es un fenómeno complejo; El propósito de este folleto es impartir un conocimiento básico de sus muchos aspectos sin simplificarlos demasiado.
Flujo constante e inestable en una tubería
Al discutir la presión de un fluido, se debe hacer una distinción entre la presión por encima de la atmosférica [barra P], la presión absoluta [P Bar (a)] y la cabeza de presión H [M]. La cabeza de presión h denota la altura de una columna líquida homogénea que genera una cierta presión p. Los valores para "h" siempre se remiten a un dato (por ejemplo, el nivel medio del mar, la línea central axial de la tubería y la corona de tuberías, etc.).
Como regla general, los diseñadores de sistemas comienzan determinando las presiones operativas de estado estacionario y las tasas de volumen de flujo. En este contexto, el término estadía2 significa que las tasas de volumen de flujo, las presiones y las velocidades de la bomba no cambian con el tiempo. La figura 2.1-A muestra un perfil de flujo estable típico:
Con un diámetro de tubería constante y una rugosidad de la superficie constante de las paredes internas de la tubería, la curva de cabezal de presión será una línea recta. En casos simples, el punto de operación de estado estacionario de una bomba se puede determinar gráficamente. Esto se hace determinando el punto donde la curva de la bomba se cruza con la característica de la tubería.
Un sistema de bombeo nunca se puede operar en condiciones de estado estacionario todo el tiempo, ya que comenzar y detener la bomba solo cambiará las condiciones de servicio. En términos generales, cada cambio en las condiciones de funcionamiento y cada perturbación causan presión y variaciones de flujo o, por lo que hace que las condiciones de flujo cambien con el tiempo. Las condiciones de flujo de este tipo se conocen comúnmente como inestables o transitorias. Refiriéndose específicamente a las presiones, a veces se llaman cambios de presión dinámica o transitorios de presión. Las principales causas de las condiciones de flujo transitorio son:
- El viaje de la bomba como resultado de apagar la fuente de alimentación o una falla de energía.
- Comenzar o detener una o más bombas mientras otras bombas están en funcionamiento.
- Cierre o apertura de válvulas de cierre en el sistema de tuberías.
- Excitación de vibraciones resonantes por bombas con una curva H/Q inestable.
- Variaciones del nivel de agua de entrada.
La figura 2.1-B puede servir como un ejemplo representativo que muestra la envoltura de presión3 con y sin un recipiente de aire después del viaje de la bomba.
hestable En la Fig. 2.1-B es la curva de cabezal de presión estacionario. Sobres de la cabeza de presión Hminwk y Hmaxwk se obtuvieron de una instalación con, Hmin y Hmax de una instalación sin recipiente aéreo. Mientras que Hminwk y Hmaxwk están dentro del rango de presión permitido, Hmin proporciona evidencia de presión de vapor (macro cavitación) sobre una distancia de tubería de 0 m a aproximadamente 800 m. Casi a lo largo de toda la longitud de la tubería, el valor de Hmáximo excede la presión nominal máxima permitida de la tubería PN 16 (curva marcada "tubería PN") y, por lo tanto, es inadmisiblemente alta. Como regla general, la presión de vapor es un fenómeno más indeseable. Puede tener los siguientes efectos dañinos:
- Abolladuras o pandeo de tuberías de acero de paredes delgadas y tubos de plástico.
- Desintegración del revestimiento de cemento de la tubería.
- El agua sucia se arrastra en las tuberías de agua potable a través de los enchufes de conexión.
Continuaremos estas publicaciones técnicas y también volveremos al tema de la macro-cavitación, es decir, la separación de la columna líquida, en las siguientes partes.
Ref: KSB Know-how, Volumen 1
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