Elementos auxiliares de una red de abastecimiento

Válvulas La operación de un sistema de tuberías exige la inclusión de elementos que permitan seccionar-regular los caudales, o bien proteger el sistema frente a transitorios.

Válvulas reductoras de presión (versiones máximas y mínimas de la casa ROSS)

El coste global de las válvulas en una instalación no es muy elevado (aprox.

5% del coste de la instalación) y proporcionan ahorros importantes en los costes de implantación y de funcionamiento.

En cambio, los costes indirectos que se pueden generar a raíz de sus pérdidas de carga pueden no ser despreciables.

En general, cualquier gestor de red “desea” disponer en su sistema de este tipo de elementos, cuantos más mejor !!!!!!!!!!!!!

Obras de abastecimiento y saneamiento ITOP 3º

Válvulas de control Válvulas reductoras de presión (VRP)

Su función es imponer una presión máxima predeterminada en un punto concreto de la instalación, aguas abajo de la válvula, independientemente de los cambios de presión y/o caudal que puedan producirse en la conducción.

Válvulas de compuerta a ambos lados de la válvula reductora de presión para poder aislarla en caso de avería

Seguridad en las válvulas reductoras de presión (protección)

Son válvulas caras (conviene la colocación de filtros previos a la VRP)

Una amplia cámara de válvulas facilitará las labores de mantenimiento

Aplicaciones prácticas de las válvulas reductoras de presión

1.- Población con zonas altas y bajas, estando alimentada la red de abastecimiento por una toma en la zona alta. Esto puede provocar una presión excesiva en la zona baja, con los consiguientes peligros de rotura en las tuberías, lo que nos obligaría a utilizar tuberías de alto timbraje. Si colocamos una válvula reductora en la conducción que une ambas zonas, conseguiremos evitar las sobrepresiones en la zona baja y no será necesario utilizar más que tuberías con timbraje normal, con el consiguiente ahorro en el coste de la instalación.

2.- Conducción principal de alta presión de la cual salen derivaciones a 2 núcleos y a una fábrica. Los dos núcleos necesitan el agua a una determinada presión, y la fábrica a otra. Colocando una válvula RP en cada una de las derivaciones se logra reducir la alta presión a los niveles adecuados según los usos.

3.- Población cuya red de distribución es alimentada por un embalse situado a una cota más elevada. En el caso de que la conducción tenga varios Km de longitud y la diferencia de cota entre embalse y población sea muy grande, puede ser necesaria la instalación de varias válvulas reductoras a lo largo de la tubería principal.

De esta manera se logra que la red de distribución de la población sólo tenga que soportar presiones para timbrajes normales, evitando así costosas roturas.

4.- Población con zonas situadas a distintas cotas y en la cual nos interesa controlar, a lo largo del día, la presión en cada una de las zonas. Para ello, se coloca una válvula reductora con control a distancia mediante accionamiento eléctrico, y otra en base a comunicación por ondas.

5.- Combinación de situaciones: - Punto 2: dos poblaciones unidas por una conducción donde nos interesa controlar la presión, y que el agua pueda circular en ambos sentidos. Entonces lo más conveniente es una válvula reductora que permita el paso del agua en sentido contrario cuando la presión aguas abajo sea mayor que aguas arriba. - Punto 3: la fábrica se encuentra a una cota más baja

5.- Combinación de situaciones: - punto 4: conducción que alimenta la fábrica desde una tubería de alta presión. Se pone una reductora que sólo deje pasar agua cuando la presión aguas arriba sobrepase un mínimo establecido. Sustituye a depósitos mantenedores de carga.

5.- Combinación de situaciones: - punto 5: válvula reductora que actúa como válvula de retención para evitar el flujo en sentido contrario, y además sólo deje pasar cuando la presión aguas arriba sobrepase un límite preestablecido.

5.- Combinación de situaciones: - punto 8: red que debe ser alimentada con dos condiciones de presión distintas, dependiendo de la hora del día. Se coloca una reductora con dos pilotos, lo que permite cambiar entre dos condiciones de presión distintas, dependiendo de la hora del día, sin interrumpir el flujo de agua.

Instalación dual

Válvulas sostenedoras de presión (VSP)

Su función es imponer una presión mínima predeterminada en un punto concreto de la instalación, aguas arriba de la válvula .

Estas válvulas garantizan una presión mínima en un segmento de la tubería, frente a consumos excesivos en puntos aguas abajo de la misma.

Permiten priorizar los consumos.

Otros usos evidentes son todos aquellos en que es preciso mantener una presión mínima (llenado de depósitos, garantía de presión en sifones, etc…).

Válvulas limitadoras de caudal

Imponen un caudal máximo. Funcionan en modo activo si el caudal que pasa a válvula abierta supera un caudal de consigna. Son válvulas unidireccionales (no permiten el flujo inverso).

Válvulas de control de depósitos

A partir de una señal de altitud, que puede ser mecánica (boya) o analógica (sensor de presión, nivel, …) la válvula correspondiente se cierra (depósito lleno).

Válvula llenado de depósito

Válvula llenado de depósito

Válvulas para protección de bombeos Las maniobras de arranque y paro de una bomba generan transitorios que pueden ser importantes.

Cambio de presiones del golpe de ariete

Resultado al colocar una válvula

Esquemas de montaje de las válvulas de alivio de sobrepresiones

Válvulas de protección Son elementos de respuesta automática, que actúan en general a partir de la energía hidráulica de la propia conducción, evitando funcionamientos no deseados. Tipos: Válvulas de retención Sólo permiten el paso del agua en un sentido, cerrándose de modo automático ante un gradiente adverso de presión. Por ejemplo, evitan el vaciado de segmentos de tubería. La tipología más simple la constituyen las clapetas.

Válvula de retención

Válvula de retención doble plato

Válvula de retención a clapeta

Válvula de retención a bola

(se ponen aguas abajo del bombeo para asumir el flujo inverso)

Válvula de retención de bola

Válvulas de alivio Válvulas taradas a una cierta presión, que se abren vertiendo a la atmósfera si se supera la presión de consigna.

Válvula de alivio anti-golpe de ariete

Válvulas antiinundaciones Cierran de modo total si se detecta una rotura en la tubería (caudal alto o presión baja, según la consigna). Su rearme solo se puede hacer manualmente con la intervención de un operario. Se controlan bien por medidas de caudal o más frecuentemente de presión.

Al producirse una rotura se provoca un aumento considerable del caudal (aumento de velocidad); Esto provoca que la pérdida de carga entre la entrada de la válvula y la salida también aumente (por el incremento de la velocidad) Esta diferencia provoca una descompensación entre fuerzas internas de la válvula; el contrapeso ya no puede mantener la válvula abierta y se produce el cierre irreversible de la válvula.

Válvulas de regulación Tienen su fundamento en aprovechar la relación entre la pérdida de carga que generan al estar parcialmente abiertas y su influencia sobre las variables fundamentales (caudal y presiones).

Las válvulas de compuerta no son muy adecuadas debido a que sólo ejercen una regulación importante con grados de cierre muy importantes. Las válvulas de mariposa y las de asiento plano suelen dar una mejor regulación, sobre todo estas últimas, siempre que la pérdida de carga a válvula abierta no sea un problema en el sistema. En cualquier caso, en las posiciones de pequeñas aperturas se producen fuertes velocidades que generan cavitaciones en la zona de la compuerta o lenteja y se puede producir un rápido deterioro de las mismas.

En general, las válvulas de compuerta o mariposa son válvulas diseñadas para apertura o cierre total, por tanto se desaconseja su uso para realizar funciones de regulación.

Hay que huir de válvulas que deban trabajar muy cerca de su cierre total. Las válvulas soportan grandes esfuerzos y se producen elevadas velocidades que pueden dar lugar a fenómenos de cavitación, lo que irá en detrimento de su vida útil.

Si se requieren altas pérdidas de carga, es más adecuado reducir el diámetro de la conducción y operar una válvula más pequeña en la zona media de su carrera de cierre. Si esto provoca pérdidas de carga excesivas a válvula abierta, se puede colocar un sistema tipo by-pass, con un ramal de gran diámetro y otro de diámetro menor, y operar uno y otro según las necesidades.

lenteja

Válvula de mariposa

Válvula de compuerta de cierre elástico

Válvula de bola

Válvulas de compuerta

Detalle dado de hormigón como anclaje a los codos de 90º

Válvulas de operación Funcionamiento todo o nada, por tanto, las más habituales son las de compuerta y de mariposa.

Diámetro < 300 mm

Válvula de mariposa (>300 mm diámetro)

Arquetas para maniobra Sección y planta de arqueta de hormigón para válvulas de tipo mariposa en conducción principal

Cámara de abastecimiento en alta (junto al aeropuerto de Alvedro_Coruña_Emalcsa)

Ventosas Evitan que el aire se acumule en los puntos altos de las conducciones Purgan el aire que ha entrado en el sistema durante el llenado Admiten aire en el vaciado Purgan aire en presión con la conducción en carga

Ofrecen también un control de presiones por debajo de la atmosférica

Tipos: Monofuncionales: - admiten aire dentro de la tubería cuando tiende a formarse un vacío “Ó” - permiten la salida de aire cuando se está llenando (purgador)

Bifuncionales (ventosa normal): - admiten aire dentro de la tubería cuando tiende a formarse un vacío “y” - permiten la salida de aire cuando se está llenando

Trifuncionales (modelo universal): - aireación durante el vaciado - expulsión de aire durante el llenado - expulsión de aire bajo presión

Purgador

Ventosa

Curso 06/07

Obras de abastecimiento y saneamiento ITOP 3º

Ubicación

La ubicación exacta de los distintos tipos de ventosas es una labor en la que se requiere mucha experiencia.

En principio habría que colocarlas en:

- PUNTOS ALTOS - algunos quiebros de la tubería - al cambiar la sección de los tubos - junto a algunas válvulas - tramos horizontales - tramos en bajada - tramos en subida con poca pendiente - en algunas subidas con pendiente fuerte

Filtros - coladores Por las tuberías el agua puede arrastrar materiales extraños que pueden quedar atascados en las válvulas, codos, estrechamientos, y que entorpecen el normal funcionamiento de los mecanismos, además de disminuir el caudal y/o la presión. Resulta muy recomendable la instalación de filtros coladores antes de cualquier válvula reductora de presión, llenado de depósitos, etc., ya que la acumulación de sólidos en su interior causa la disfunción de la válvula con el consiguiente perjuicio para la instalación.

La 1ª piedra interceptada puede amortizar el coste del filtrocolador.

ELEMENTOS PARA LA MEDIDA DE LA VELOCIDAD, PRESIÓN Y CAUDAL EN LOS CONDUCTOS

MEDIDA DE LA VELOCIDAD Molinete La corriente hace girar la hélice tanto más rápidamente cuanto mayor es su velocidad. Este mismo principio se aplica a los correntímetros de hélice, que miden y registran la velocidad de las corrientes marinas.

Bombeo al depósito elevado de Eirís (A Coruña)

Grupo de presión

Cámara de llaves de depósitos (Penamoa, A Coruña)

Se realiza una medida directa de la velocidad de una pequeña hélice que se enfrenta al flujo.

Caudalímetro de hélice

El principio es el de inducción electromagnética. El flujo de agua (conductor eléctrico), a través de una espira, que forma el cuerpo de sensor, y su mayor o menor velocidad, induce una señal que es interpretada por el aparato.

Se trata de un sensor no intrusivo y de gran precisión, aunque tiene el inconveniente de quedar fijo en una posición y de su gran tamaño.

Caudalímetro electromagnético

Medida del caudal en lámina libre Caudalímetro área-velocidad Obtienen una velocidad promediada en una zona amplia, con lo que el registro de velocidad obtenido es relativamente representativo de la velocidad media. Estos aparatos suelen constar de un sensor de nivel (en general de ultrasonidos, o de presión), y de una sonda de velocidad promedio, con lo que, fijada una geometría, ya calculan directamente el caudal. Suelen contar con un pequeño desarrollo electrónico para facilitar la introducción de las secciones y de las propiedades del agua.

Sensor de nivel por ultrasonidos

Caudalímetro Sigma 950

Sensor de nivel (ultrasonidos) y de medición de la velocidad (doppler)

MEDIDA DE LA PRESIÓN En los conductos cerrados en los que se establece flujo a presión, la medida de ésta es fundamental como ya sabemos. El método clásico es el piezómetro o el manómetro, que permite una medida puntual (visual) de la presión. Su principio de funcionamiento es hidráulico (manómetros de mercurio) o bien analógico, a través de la respuesta de un muelle (ley de Hooke).