Prevención del golpe de ariete en tuberías mediante el uso de diferentes diseños de válvulas de liberación de aire.

Hola y bienvenidos a Controlling Water, un espacio para hablar sobre caudalímetros y perspectivas interesantes sobre la industria del agua. En cada episodio conversamos con profesionales del sector especializados en todo lo relacionado con válvulas, caudalímetros y las mejores prácticas en la industria del agua. Hoy estamos con Colin Kirkland, de BERMAD Australia, quien es uno de los ingenieros de BERMAD AU.

Tiene más de 30 años de experiencia en la industria, trabajando en tuberías que pueden estar sujetas a golpes de ariete. Colin, estoy muy entusiasmado de hablar contigo hoy sobre el golpe de ariete. Es un término que escuchamos mucho. Es un problema muy común. Puede tener consecuencias significativas a lo largo de una tubería en una amplia variedad de escenarios, así que es muy emocionante que podamos conversar en profundidad sobre esto hoy.

Antes de entrar en algunos de los escenarios, y sé que incluso tengo una anécdota de golpe de ariete para contarte, ¿qué es realmente el golpe de ariete? ¿Cómo lo describirías?

Bueno, el golpe de ariete es un fenómeno que ocurre en cualquier tubería de suministro de agua donde se observa un aumento rápido del caudal, muy por encima de lo que normalmente estaría actuando, generalmente causado por un cambio rápido en el flujo. Así que si vemos un cambio rápido en el flujo, donde alguien cierra una válvula muy rápidamente, tendemos a ver un aumento muy brusco de la presión, que luego se refleja de nuevo en el sistema.

Ahora bien, este golpe de ariete puede viajar a velocidades sorprendentes. Si una tubería está completamente llena de agua y estamos circulando, por ejemplo, a través de una tubería de acero, viajará hasta un kilómetro por segundo, mil metros por segundo.

Vaya.

Pero si se tratara de una tubería más flexible y de menor presión, como el polietileno, la onda podría viajar a trescientos o cuatrocientos metros por segundo, pero sigue siendo una onda de presión que viaja muy rápido a través de la red, causada por el cierre de una válvula. Entonces, ¿qué es el golpe de ariete? Es un cambio rápido o un aumento repentino de presión más allá de las condiciones normales de operación, generado por un cambio rápido en el caudal.

Tan interesante. Tan interesante. Y además, con ese cambio de presión, también produce un sonido increíble.

Puedes hacerlo, sí. También da un poco de miedo.

Sí, puede ser, ¡puede ser! Recuerdo que solía vivir en un edificio de departamentos y tuvimos problemas con el golpe de ariete. Era un edificio muy antiguo, hermoso, con tuberías viejas también. Y apareció el golpe de ariete y era tan molesto, ocurría a cualquier hora del día y de la noche, completamente impredecible, y uno pensaba que todo estaba tranquilo y de repente empezabas a escuchar el golpeteo y pensabas, no, otra vez no.

Sí. Esa situación sucede a menudo. Todavía recuerdo a mi hijo, que solía trabajar en el turno de noche, y llegaba a casa, se duchaba por la noche, cerraba la ducha y se escuchaba un bang, bang, bang todas las noches, ¿sabes? Así que sí, ocurre tanto en el ámbito doméstico como, como en tu caso, probablemente Sarah era alguien que abría y cerraba las válvulas muy rápido. Porque si lo piensas, hace muchos años no solíamos tener llaves de palanca. Así que cuando íbamos al fregadero, teníamos una llave que se abría y cerraba girándola, lo que tomaba más tiempo. Antes no teníamos tanto golpe de ariete, pero hoy en día estamos generando muchas cosas que provocan cambios rápidos de caudal. Eso es exactamente lo que es. Así que probablemente en tu caso, pudo haber sido alguien abriendo y cerrando algunas válvulas. También pudo haber sido que había algo de aire en el sistema de agua caliente que se estaba comprimiendo. Podría ser una multitud de cosas, pero es común. Está en todas partes. Nunca va a desaparecer, pero podemos manejarlo y podemos solucionarlo.

Me alegra escuchar eso. Entonces, ¿cómo reduce una válvula de liberación de aire en una tubería los efectos del golpe de ariete?

Buena pregunta. Incluso si vuelvo a la pregunta que hiciste sobre tu edificio de apartamentos, casi todos los ingenieros hidráulicos siempre intentan tener un sistema. Si hay suministro de agua, buscan que solo haya agua; no queremos aire en él porque, si hay aire en una tubería de agua, es compresible. Entonces, si es compresible y abrimos una válvula para permitir el flujo de agua, y luego la cerramos instantáneamente, puede crearse un efecto de rebote donde las tuberías vibran y ocurre todo tipo de cosas.

Lo mismo sucede en una instalación comercial muy grande, en una mina o en un sistema de riego; funcionan exactamente igual. ¿Cómo se integra una nueva válvula de alivio en esto? Una válvula de alivio de aire está diseñada para liberar automáticamente cualquier aire atrapado, si está presente, del producto o de la tubería. Así que solo hay agua en el sistema, lo que puede tener un impacto importante.

Ese es solo un aspecto. El otro aspecto es que puedes usar válvulas de alivio de aire para la prevención del golpe de ariete. Por ejemplo, si llenara la tubería a una velocidad demasiado rápida, podría generar un golpe de ariete. Si instalo una válvula anti-golpe de ariete, puedo controlar la velocidad de llenado. Así, el agua sale a una velocidad controlada y se evita el golpe de ariete.

Por lo tanto, las válvulas de alivio de aire pueden utilizarse en una multitud de aplicaciones diferentes en cualquier red de agua para asegurarnos de minimizar el golpe de ariete, sin duda.

En un momento te voy a preguntar sobre el anti-golpe de ariete, pero antes de eso, mencionaste este tipo de vacío al tener aire en una tubería. ¿Existen problemas al romper el vacío?

Sí. Entonces, idealmente, como decía antes, no queremos aire en la tubería. Pero bajo ciertas condiciones, si te doy la aplicación más básica, imagina que tenemos una bomba en un punto bajo que impulsa agua cuesta arriba sobre una colina y, al bajar por el lado opuesto, el agua fluye hacia un tanque. Si apagamos la bomba, el agua que sube hacia la cima de la colina se detiene, pero el agua en la cima de la colina se va hacia el tanque. En ese momento, se genera una separación de columna. Es un fenómeno en el que la presión en la tubería cae por debajo de la presión atmosférica y el aire es aspirado hacia la tubería.

Ahora, cuando ese aire es aspirado y la columna luego vuelve a unirse, si se libera demasiado rápido, se genera un golpe de ariete. Ese es el problema de la separación de columna. Así que podemos instalar una ventosa que permita la entrada de aire muy rápido, pero que lo libere muy lentamente y de forma controlada para evitar el golpe de ariete. Y eso es, como mencionaste antes, lo que hace una válvula anti-golpe de ariete.

Hmm. Interesante. Muy interesante. Entonces, parece que las válvulas de alivio de aire en realidad pueden generar golpe de ariete de alguna manera.

Me entristece mucho decir que… así que sí pueden, sí.

Actualmente hay mucho software de modelado disponible, que los ingenieros utilizan para diseñar tuberías y analizar los aspectos relacionados con el golpe de ariete, y realmente pueden modelar situaciones en las que ocurre esa separación de columna. Y contar con una válvula diseñada específicamente para la separación de columna de agua, como una Fox RFP, que llamamos válvula de prevención de llenado rápido o válvula de aire tipo anti-golpe de ariete, como decía, permite la entrada de aire muy rápido, pero a una velocidad controlada, y permite su liberación. Y sabemos que eso es efectivo. Y la cuestión es que hoy en día hay mucha más información sobre cómo podemos utilizar estos dispositivos y, si tienes los criterios adecuados, los introduces en el software de modelado y puedes ver que los resultados son realmente muy buenos.

Así que es seguro y está comprobado hoy en día. Hace 15-20 años, prácticamente no se conocía. Pero hoy, a medida que todo avanza y la tecnología progresa, es una muy buena manera de utilizar un producto para minimizar el golpe de ariete, y una válvula de alivio de aire, en el esquema general, es un componente muy pequeño. Normalmente representa un porcentaje muy, muy pequeño del costo de toda una red, pero puede ser enormemente efectivo. Y para algunas personas piensan, bueno, no es lo suficientemente caro, pero si lo introduces en el software y ves los resultados, está comprobado.

Interesante. Interesante. Y este software realmente parece que puede mitigar parte del riesgo y algunas de las complicaciones que pueden ocurrir con el golpe de ariete, y realmente entender cómo será tu situación al verlo simulado.

Lo estás viendo en tiempo real, Sarah.

Entonces, lo que estás viendo es: apaguemos la bomba en cinco segundos, luego apaguémosla en diez segundos, apaguémosla en veinte segundos y veamos cómo opera realmente la onda de presión. Veamos cómo funcionan los componentes en esa situación. Y sí, elimina o reduce el riesgo, que es lo más importante, porque simula, con suerte, lo que va a suceder, siempre y cuando ingreses la información correcta. Y eso es lo que en Bermad sabemos muy bien: cómo ayudar a los usuarios de esos productos para asegurarnos de que estén siendo modelados correctamente y así obtener los resultados adecuados.

Tan valioso.

Sí.

Tomemos un breve descanso antes de volver a conversar sobre cómo minimizar el golpe de ariete en instalaciones complejas con topografías variables.

Estás escuchando Controlando el Agua, el pódcast de Bermad. Tu fuente principal de información sobre todo lo relacionado con tecnología del agua, válvulas y medidores. Para obtener más información sobre cualquiera de los productos o temas tratados en este episodio, además de una amplia gama de recursos y artículos diseñados para apoyarte como profesional del agua, visita https://www.bermad.com.au.

Ahora, volvamos al programa.

Soy consciente de que ya hemos hablado sobre algunos de los programas de modelado en otro episodio sobre golpe de ariete. Agregaremos esos detalles a las notas del programa de este episodio, lo cual es emocionante.

¡Genial!

Maravilloso.

Entonces, quiero plantearte un escenario, Colin. Supongamos que el diseño de tu tubería es realmente complicado, o que se encuentra en una topografía muy empinada. ¿Cuáles serían las posibles soluciones que se te ocurren para minimizar el golpe de ariete en esta situación?

Exactamente. Así es, Sarah, existen multitud de soluciones diferentes, posiblemente. En topografías empinadas, normalmente tenemos lo que llamamos presiones estáticas altas. Es decir, cuando las bombas no están funcionando, seguimos teniendo una presión muy alta en la tubería, pero cuando las bombas arrancan, aumentamos esa presión para permitir el flujo de agua. Así que algunas de las soluciones potenciales, dependiendo de los resultados, podrían ser lo que llamamos un vaso de sobrepresión o un tanque de sobrepresión unidireccional. Estos son recipientes muy grandes de un tamaño específico, que tienen una vejiga interna o presión de aire, lo que ayuda a absorber la onda de retorno y también asegura que no entre aire en la red. Rellenan el vacío si hay separación de columna, es una tecnología muy buena y comprobada, costosa, muy grande, realmente buenas soluciones, pero en algunos casos prácticos, no es viable.

Por ejemplo, si estuviéramos en una ciudad importante y tuviéramos una gran estación de transferencia y tuviéramos que colocar dos tanques de 20,000 litros junto a una carretera, no sería práctico. Entonces, ¿cuáles son algunas de las otras soluciones? Podría haber válvulas de alivio de presión, es decir, válvulas de alivio de acción muy, muy rápida que pueden eliminar instantáneamente esa sobrepresión. O podríamos tener ventosas que permitan la entrada de aire y controlen su descarga. O incluso podríamos tener un producto que se acopla a una bomba para decir: vamos a evitar que esa bomba se apague demasiado rápido; y eso se llama control de bomba. Básicamente, a medida que la bomba arranca, vamos a dejar que la válvula se abra muy lenta y gradualmente y que el agua llene la red poco a poco. Y cuando se apague, bueno, antes de que se apague, vamos a cerrar esta válvula de manera muy suave y gradual, y luego apagarla una vez que el caudal sea casi cero. Así que hay muchas soluciones para diferentes aplicaciones, para distintas calidades de agua, diferentes segmentos de mercado, que permiten crear el precio adecuado, la solución y la respuesta práctica para el problema que pueda surgir.

Fascinante, así que cambiemos un poco el escenario.

Claro.

Supongamos que tienes una topografía plana. ¿Qué soluciones serían apropiadas?

Sí. Así que hay dos situaciones muy diferentes. Tomemos un ejemplo práctico de una finca en una zona rural muy plana, donde hay una red de tuberías muy larga que llega hasta los rociadores, por ejemplo. Cuando no se tiene mucha presión estática, o sea, la presión que hay cuando las bombas están apagadas, existe una probabilidad muy alta de separación de columna. Básicamente, eso ocurre cuando la presión de la tubería cae por debajo de cero, se aspira aire y entra una gran cantidad. Y luego, por supuesto, cuando ese aire está en la tubería, al ser comprimible, puede generar golpe de ariete. Por eso necesitamos productos que realmente puedan mitigar eso y liberar el aire a una velocidad controlada.

Así que, aunque cosas como los vasos de búsqueda serían ideales en esa situación, pueden ser tan grandes y tan costosos que no resulta práctico para un productor agrícola de riego comprarlos.

Correcto.

Pero si se tratara de una autoridad del agua, podrían decidir, bueno, no, tenemos el terreno, tenemos el espacio. Podríamos decidir hacerlo. Así que depende de lo que sea práctico para cada instalación. No es que uno sea mejor que el otro, sino lo que sea adecuado para el trabajo correcto.

Definitivamente. Definitivamente. ¿Y hay opciones de bajo coste disponibles?

Sí.

¿Eso existe?

Absolutamente. Bueno, las ventosas de aire son un caso clásico de esto, porque una ventosa en una tubería de cinco kilómetros puede ser solo una inversión de $5,000 en una infraestructura de $10 millones. Pero la efectividad de ese producto para funcionar realmente y controlar la descarga de aire puede ser sorprendente y está comprobada. Se puede modelar. Se puede observar. Y hoy en día, la tecnología que ha evolucionado para mostrar realmente estos productos funcionando bien y de manera eficaz está comprobada. Así que estamos muy orgullosos de estar asociados con ese tipo de producto, pero no se trata solo de tener un producto, sino de saber que lo colocas en la aplicación correcta, en la ubicación adecuada, y que puede modelarse correctamente y se ve que opera tal como fue diseñado para su propósito.

Definitivamente. Parece que realmente evaluar y comprender todos los factores involucrados es fundamental para encontrar la solución adecuada. Así que me gustaría hablar sobre las válvulas anti-golpe de ariete.

¿Cuáles son los diferentes diseños de ventosas dentro de las válvulas anti-golpe de ariete que previenen el golpe de ariete?

Absolutamente. En Australia, Sarah, existe toda una subsección que describe cuáles son las diferentes funciones. Y probablemente hay unos cuatro o cinco tipos clave de diseños que muchos fabricantes incorporan, pero normalmente se reducen a dos funciones principales. Una de ellas básicamente dice, y es comúnmente conocida en la industria como RFP, prevención de llenado rápido. Lo que eso significa generalmente es: permitiré que el aire se descargue a una velocidad controlada y segura, pero si pasa a un nivel no controlado, es decir, si la velocidad de salida de la válvula es demasiado alta y se va a generar golpe de ariete, te voy a frenar.

Correcto.

Así que dice que es adecuado para su propósito. Bien. Dejo que la válvula se llene y eso está realmente bien. Y permite que grandes cantidades de aire regresen a la tubería, pero es seguro. La otra situación que tenemos es lo que llamamos una ventosa anti-golpe de ariete, que está diseñada para cuando tenemos un problema de golpe de ariete. Esto ocurre cuando hay separación de columna. Es cuando grandes cantidades de aire entran muy rápido en la tubería para evitar el vacío. Luego tenemos un orificio muy pequeño que descarga el aire a una velocidad muy, muy lenta y controlada. Así que utiliza esa bolsa de aire dentro de la tubería para comprimir y hacer que las dos partes de agua se unan nuevamente de manera muy suave.

De ahí el término anti-golpe de ariete.

¡Anti-golpe de ariete! Exactamente, así es, porque aunque me cueste admitirlo, las ventosas pueden generar golpe de ariete. Pero las ventosas anti-golpe de ariete están diseñadas para evitarlo.

Fantástico. Muy interesante. Entonces, si un diseño de orificio de descarga fija, como el anti-golpe de ariete, es el mejor, ¿deberíamos usar este tipo de ventosa a lo largo de toda la tubería?

Mira, se puede hacer, Sarah, en general está bien pero no es práctico porque la mayoría de las tuberías permanecen completamente llenas durante la mayor parte de su vida útil. Realmente solo se vacían durante el mantenimiento o cuando ocurre algún evento importante. Pero dicho esto, hay muchas tuberías, por ejemplo, las líneas de impulsión de aguas residuales que arrancan y se detienen 300 veces al día y llenan y drenan parcialmente una tubería todos los días.

Así que si colocamos válvulas anti-golpe de ariete en cada ubicación, como tienen un orificio pequeño y limitado para la descarga de aire, podría tardar demasiado en llenarse esa tubería. Por lo tanto, generalmente no es práctico instalarlas en todas las ubicaciones a menos que la tubería permanezca completamente llena todo el tiempo. Así que normalmente consideraríamos la válvula anti-golpe con orificio fijo en ubicaciones estratégicas donde sea crítico: en una estación de bombeo, en un punto donde se haya modelado la separación de columna, o tal vez antes de una válvula principal de sección, que cuando se cierra físicamente una válvula muy grande, solo queremos asegurarnos de que la separación de columna se cierre muy lentamente. Así que es más bien una válvula estratégica diseñada para un problema de golpe de ariete.

Y parece que, volviendo a la experiencia que tiene Bermad y al software de modelado del que hablábamos, poder tomar esas decisiones estratégicas sobre dónde colocar este tipo particular de válvula se vuelve fundamental.

Y eso es precisamente lo que un software de modelado puede hacer con precisión, algo que yo no puedo. Tengo una buena intuición de dónde va a ocurrir, pero el software te lo indica específicamente en ese lugar. Y a veces miras el informe y piensas que no parece correcto, pero esos son los hechos. Por eso, a veces, cuando se están instalando, la gente pregunta y dice que no sabe por qué no está colocado aquí, pero de todos modos, eso es lo que vamos a hacer. Pero el software realmente lo identifica.

Fantástico, interesante. Colin, gracias por acompañarme hoy. Ha sido una excelente charla sobre el golpe de ariete. He aprendido muchísimo.

Es un placer. Gracias.

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