Prevención de golpe de ariete en estaciones de bombeo bajo condiciones de falla de energía.

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

Con más de 30 años de experiencia en la industria, Colin nos acompaña hoy para hablar sobre la prevención del golpe de ariete en estaciones de bombeo bajo condiciones de falla eléctrica. Anteriormente, hemos hablado sobre los métodos para controlar el golpe de ariete durante los arranques y paradas regulares de bombas, y algunas de las soluciones eficientes disponibles.

En el episodio de hoy, vamos a profundizar en lo que sucede en caso de una falla eléctrica en una estación de bombeo y cuáles son las consecuencias. Colin, eres un experto en este tema. ¿Podrías ampliar sobre cómo es una falla eléctrica y cuáles podrían ser las consecuencias?

En episodios anteriores, Sarah, hemos hablado sobre la minimización del golpe de ariete en las estaciones de bombeo utilizando válvulas motorizadas que abren y cierran lentamente para evitarlo.

El gran problema con un corte de energía en una estación de bombeo es que, si pensamos en las estaciones de bombeo típicas, se utilizan para el suministro de agua, riego, minería en edificios, todas cumplen un papel fundamental. Y toda la ingeniería detrás de la estación de bombeo, la tubería y todo lo demás, debe ser segura y adecuada para su propósito bajo todas las condiciones de operación. Eso incluye arranques normales de la bomba, paradas normales, pero también en caso de fallo de energía o parada instantánea. El efecto neto es que, si no hay control cuando la bomba básicamente se detiene, esa agua que ha estado bombeando cuesta arriba o hacia el edificio tiene mucha energía. Y cuando paramos de golpe, esa energía va a regresar rápidamente hacia la estación de bombeo y genera un fuerte golpe de ariete.

Quiero compartir una historia real de hace muchos años, cuando me llamaron para ir a una estación de bombeo en Nueva Gales del Sur y tenían un serio problema de golpe de ariete en esa estación. Los operadores me llevaron al edificio de la estación de bombeo y me estaban explicando dónde estaba el problema y me preguntaron, y dijeron: Colin, antes de que demostremos el golpe de ariete, ¿podemos movernos hacia un lado?

Y yo les dije que sí. Entonces apagaron la bomba y hubo un golpe de ariete considerable. Bajó y produjo mucho ruido. Les pregunté por qué me pidieron que me moviera y me dijeron que, en el pasado, el golpe de ariete había sido tan severo que, cuando la válvula de retención se cerró, uno de los brazos de las válvulas se desprendió y atravesó la parte trasera del edificio, justo donde yo estaba parado.

Así que esta fue una situación real. No se trata solo de proteger el activo, la estación de bombeo y todo lo demás, sino que fue un evento poco común que pudo haber tenido consecuencias terribles. Me alegré mucho de que me pidieran que me moviera a un lado.

Sí, definitivamente.

Así que, hablando en serio, puede ser bastante aterrador si te encuentras en una estación de bombeo muy grande y esto sucede, porque viene acompañado de mucho ruido. La tubería y las estaciones de bombeo están sometidas a una presión excesiva, ya sabes, al punto de que puede mover las bombas de su base y poner bajo tensión la tubería y todos los componentes. Por eso, cuando diseñas algo así, tienes que considerar qué sucede en caso de un corte de energía.

Si eso significa que la presión se va a duplicar o triplicar, entonces tengo que dimensionar todos los componentes y la tubería para un grado de seguridad mucho mayor. Y eso normalmente no es muy práctico. Así que muchos diseñadores e ingenieros lo analizan y dicen, bueno, ¿qué hacemos en caso de una falla de energía? ¿Y qué cosas debemos hacer para asegurarnos de que va a ser seguro?

Entonces, ¿cuáles son los efectos netos si la energía falla? Supongo que esta es una preocupación importante para la mayoría de las estaciones de bombeo.

Sí, así es. Entonces, lo clave aquí es que ante una caída repentina de energía, vamos a ver sobrepresiones considerables, golpe de ariete y ruido. Y cada bomba tendrá lo que llamamos su propia inercia, lo que significa que cuando la bomba se detiene por un corte de energía, no se va a detener instantáneamente. Puede continuar girando durante un corto período. Así que obtenemos una reducción gradual, dependiendo del diseño de la bomba.

Pero, en resumen, aquí vamos a experimentar golpe de ariete y tenemos que asegurarnos de diseñar el sistema para que sea adecuado para su propósito. Normalmente, el esfuerzo que esto va a generar en todo es el más alto posible. Por lo tanto, la ingeniería debe hacerse muy bien y con precisión, para que realmente podamos planificar lo que necesitamos hacer a continuación.

Por supuesto. Colin, ¿cuáles dirías que son algunos de los aspectos que un diseñador debería considerar para ayudar a mitigar las consecuencias que pueden ocurrir en un evento tan poco común?

Es una muy buena pregunta, Sarah, porque todo se trata de planificación. En Bermad, contamos con un software específico en el que podemos ingresar muchas de las características del diseño de la tubería y de las estaciones de bombeo. De hecho, podemos planificar esto modelando cómo serán los efectos. Así, podemos ver que si detenemos la bomba a los cinco segundos, obtendremos este resultado. Si la detenemos en 4, 3, 2, veremos cuáles serán los resultados.

Así que el mejor consejo que puedo darles a todos es que obtengan buenos reportes y realicen análisis sobre lo que saben que va a suceder. Ahora bien, la mayoría del software actual cuenta con muchos, muchos años de experiencia. Disponemos de software limitado que nos brinda una imagen muy, muy clara. Y debo recalcar que lo que ofrecemos en BERMAD AU no es un análisis completo de sobrepresión, pero sí es una imagen bastante buena y precisa de lo que creemos que vamos a observar. Por eso, el mejor consejo es obtener buena información antes de que esto ocurra, para poder planificar los productos adecuados.

Entonces, parece que esto es algo que Bermad suministra a los posibles usuarios. ¿Es muy complicado?

No es muy complicado. Básicamente hay una serie de unas 8-10 preguntas que haremos a las personas que buscan utilizarlo. Son cosas relacionadas principalmente con la velocidad de la bomba, la velocidad del motor, el material de la tubería, su longitud y su presión nominal. Hay varias cosas que preguntaríamos, pero una vez que reunimos esa información, podemos ver cómo será la posible sobrepresión.

Y realmente hay una multitud de opciones diferentes que podemos utilizar para intentar mitigar eso. Así que se trata de obtener la información correcta. Sabemos cuáles son las preguntas adecuadas que debemos hacer, que es lo importante.

Tomemos un breve descanso. Si tienes alguna pregunta que te gustaría que respondiéramos durante este pódcast, no dudes en ponerte en contacto con nosotros a través de nuestro sitio web https://www.bermad.com.au o envíanos un correo electrónico a info.au@bermad.com y Colin se asegurará de responderlas. Ahora, volvamos al programa.

Entonces, supongamos que recibiste este informe de sobrepresión. ¿Cuáles son las soluciones que puedes ofrecer para reducir los efectos del golpe de ariete?

Lo que hacemos básicamente es analizar los resultados para empezar. Existen soluciones que pueden variar desde muy económicas hasta infraestructuras sumamente costosas para hacer frente a esto. Así que hay entre tres y cuatro soluciones clave que podemos ofrecer. La primera es que, al revisar este informe de sobrepresión, lo que buscamos es entender qué tan rápido va a regresar la onda de sobrepresión a la estación de bombeo y en qué lapso de tiempo ocurrirá.

También observamos con claridad cuál será la presión en la estación de bombeo. En muchos casos, si tenemos una estación de bombeo que no genera mucha presión y está en un terreno relativamente plano, podemos ver separación de columna, y la separación de columna ocurre cuando la bomba se detiene y la presión en la tubería principal cae a presión atmosférica.

Si tuviéramos una ventosa en ese punto, es ahí donde la ventosa permitirá que grandes volúmenes de aire sean aspirados hacia el interior de la tubería. Luego, cuando la columna regresa a la estación de bombeo, esa ventosa liberará el aire. Si hay separación de columna y lo vemos reflejado en el informe, la forma más simple, fácil y efectiva de solucionarlo es con lo que llamamos una ventosa anti-golpe de ariete. Hemos hablado de estas en episodios anteriores, donde se usan en la tubería, pero también pueden utilizarse en la estación de bombeo. Y lo que hace la ventosa anti-golpe de ariete, de manera muy simple y sin necesidad de energía o potencia, es que cuando la bomba se detiene y la presión cae a cero, grandes volúmenes de aire son aspirados hacia la tubería. Así que ahora tenemos una gran burbuja de aire dentro de la tubería. Y a medida que la columna regresa hacia la estación de bombeo, esa burbuja de aire ahora quiere salir rápidamente.

Una ventosa anti-golpe de ariete permite que el aire salga a una velocidad muy lenta y controlada, por lo que en realidad estamos utilizando el aire que fue aspirado hacia la tubería para que salga muy lentamente. Así que básicamente se libera a una velocidad muy lenta y controlada. Es sumamente efectiva y ha demostrado su eficacia en multitud de aplicaciones durante muchos años. Y lo más importante es que puede modelarse en software y demás para asegurar que será adecuada para el propósito y segura.

Por lo tanto, las ventosas anti-golpe de ariete son una muy buena opción solo si existe separación de columna.

Bien, entonces si no hay separación de columna pero la presión se mantiene positiva, ¿hay una solución alternativa?

Sí, así que las ventosas anti-golpe de ariete en una ubicación como esa no van a tener ningún efecto. Entonces, lo que vamos a experimentar en esas condiciones es que, cuando la bomba se detiene, exactamente como dijiste, la presión va a bajar, pero seguirá manteniéndose en modo positivo. Pero lo que vamos a ver es que, cuando esa columna de agua regrese hacia la estación de bombeo y comprima toda esa energía, veremos un pico rápido allí.

Desde nuestra perspectiva, hay tres soluciones clave que podemos ofrecer. Una de ellas se llama válvula de alivio de presión de acción rápida. Por ejemplo, si tuviéramos una tubería muy corta, de solo 800 metros de longitud, y estuviéramos experimentando que esta onda de retorno regrese en 0,8 segundos; entonces tenemos válvulas de alivio de acción muy rápida que disiparán instantáneamente esa energía a medida que supere la condición normal.

Para nosotros, esa es la válvula de alivio de acción directa VRCA, que es simple, muy efectiva y funciona muy bien en ese tipo de condición. Si se tratara de una tubería más larga y estuviéramos experimentando tal vez una onda de retorno que regresa en 3, 4 o 5 segundos, podríamos usar una válvula llamada válvula anticipadora de onda. Esta es una tecnología que tenemos en Bermad desde hace muchos años. Está realmente comprobada y es muy efectiva, y básicamente lo que hace es anticipar esta onda de retorno, siendo una válvula anticipadora de onda. Así que en realidad se abre cuando detectamos una onda de baja presión, y luego, cuando la onda de retorno regresa, esa energía se disipa a través de la válvula de alivio, y luego la válvula se cierra lentamente.

Se llama válvula anticipadora de onda, así que hay muchas formas de configurarla, pero es muy segura. Básicamente es como un fusible hidráulico en la tubería, que simplemente va a asegurarse de que anticipemos esa onda de retorno, la liberemos y cerremos lentamente a una velocidad muy controlada para asegurarnos de que no se genere una onda secundaria. Y es una característica muy comprobada de cómo superar ese problema.

La tercera forma podría ser que estemos experimentando un ligero aumento de presión, y que regrese muy lentamente porque la tubería puede ser de PVC o polietileno, así que la onda podría regresar a la estación de bombeo en 60-70 segundos. Y entonces tenemos la posibilidad de instalar una válvula de alivio de presión estándar, que para nosotros se abrirá tanto como sea necesario para eliminar esa energía y cerrará muy lentamente y suavemente solo para amortiguar ese golpe de ariete.

Así que para nosotros, hay 3-4 soluciones clave que son razonablemente económicas. Sabemos que funcionan de manera comprobada y que pueden modelarse e integrarse en programas para anticipar los efectos de cómo van a funcionar. Y, por supuesto, todo se basa en la experiencia y en saber cómo diseñarlas e instalarlas también.

Así que estas son algunas soluciones muy comprobadas para el golpe de ariete que ciertamente hemos utilizado.

Definitivamente. Entonces, si entiendo bien, esta válvula hidráulica de la que hablabas no está conectada a la electricidad ni tiene un suministro de respaldo por batería. ¿Es correcto?

Absolutamente. Una de las cosas clave que es realmente importante aquí, Sarah, es que estamos asumiendo que ha habido una caída de rayo, un corte de energía y no hay electricidad. Queremos una solución hidráulica que funcione específicamente bajo esas condiciones.

Ahora bien, en algunas tuberías muy complejas, a veces realmente instalamos un respaldo de batería y también colocamos un solenoide en la válvula. Hacemos esto si sabemos que vamos a ver ondas secundarias que regresan, porque a veces, en tuberías muy complejas, esta búsqueda no es una respuesta simple o de solución rápida, puede ser bastante complicada. Pero en general, no requerimos ningún respaldo de energía. Así que, desde nuestra perspectiva, generalmente es una solución puramente hidráulica.

Fantástico. Colin, parece que la válvula anticipadora de golpe de ariete es un diseño flexible y eficiente que puede reducir el efecto del golpe de ariete en cualquier condición de la estación de bombeo. ¿Es esta tecnología comprobada y confiable para que los ingenieros y diseñadores la consideren?

Definitivamente, Sarah. Esta tecnología existe desde hace mucho tiempo. Durante muchos, muchos años, he trabajado con válvulas anticipadoras de onda y válvulas de alivio de presión. Y lo más importante de esto es que no se trata simplemente de abrir un catálogo y sugerir un producto aquí. Es entender realmente lo que significa el informe de sobrepresión. Y si realmente comprendes el alcance y el momento en que estas sobrepresiones van a regresar hacia la estación de bombeo, y has hecho las preguntas correctas desde el principio, y cuentas con todas esas herramientas, realmente puedes diseñar cómo se instala la válvula y cómo disipa el agua, porque en muchos casos, podemos deshacernos de esa agua. Pero si no la eliminamos lo suficientemente rápido, entonces no reacciona lo suficientemente rápido y se produce un pico.

Todavía puedo recordar una situación en la que teníamos una válvula anticipadora de onda y el agua salía por nuestra válvula a través de una tubería de descarga grande, unos 50 metros más abajo, hacia el río. Y cuando la válvula realmente estaba cerrando, cuando la sobrepresión se había disipado, creamos tanto vacío en la tubería aguas abajo que colapsó la tubería. Así que eso se puede evitar muy fácilmente colocando un mitigador de vacío y realizando muchos diseños diferentes para garantizar que sea seguro. El punto que quiero destacar es que la experiencia lo es todo.

Tenemos muchísima experiencia haciendo esto y haciéndolo bien. La diferencia con Bermad es que, no solo vamos a diseñar y fabricar el producto adecuado para el propósito, sino que también vamos a ayudar al diseñador a asegurarse de que lo instale correctamente, coloque las válvulas de aislamiento asociadas correctas, la tubería, los bloques de anclaje y todo lo demás para garantizar que, cuando esto funcione, funcione de manera confiable. Porque el efecto neto es que, si lo haces mal, vas a romper algo.

Aprendemos de nuestros errores, y no digo que no hayamos cometido errores antes, pero ciertamente intentamos no cometerlos una segunda vez.

Buena reflexión. Es una buena reflexión. Bueno, sin duda parece que tú y el equipo de Bernard tienen una gran experiencia en la mitigación del golpe de ariete en estaciones de bombeo, Colin, especialmente en condiciones de fallo de energía. Ha sido sumamente esclarecedor. Muchas gracias por conversar conmigo. Espero con interés la próxima vez.

Para aprender más sobre la industria del agua, incluyendo productos, consejos, instalaciones, operación y técnicas de mantenimiento, visita https://www.bermad.com.au y suscríbete a nuestro boletín del sector. Te unirás a más de 3000 profesionales del sector y aprenderás del experimentado equipo de especialistas de Bermad.

Gracias por acompañarnos en este episodio de Controlling Water. Para más episodios, recursos y tutoriales, visita hoy mismo https://www.bermad.com.au.