Válvula de purga Son válvulas instaladas lateralmente, en todos los puntos bajos del trazado, (no deben ubicarse en tramos planos), como se indica en la figura 2, donde haya posibilidad de obstrucción de la sección de flujo por acumulaciones de sedimentos, facilitando así las labores de limpieza de la tubería. La derivación se hace por medio de una te cuyo diámetro mínimo es de 2” (5cm). En la tabla 2 se indican los diámetros de dicha derivación según el diámetro de la tubería principal, la cual se basa en el criterio de ¼ de diámetro principal. Tabla 2 Diámetro de la válvula de purga
Tubería principal Diámetro (plg)
Purga Diámetro (Plg)
3-10 12-14 16-20 24-30 32-38 40
2 3 4 6 8 10 Tubería principal
Derivación Caja Válvula de purga
Fig. 1. Válvula de purga.
Ventosas (Válvula de aire) Las ventosas son válvulas de expulsión o admisión de aire, de funcionamiento automático, que deben ubicarse en los puntos altos de la conducción, siempre que la presión en dicho punto no sea muy alta o menor que la presión atmosférica.
Ventosa Ventosa Desarenador
Piezométrica sin ventosa con purga cerrada
Purga
Piezométrica normal con purga cerrada
Tubería principal
Flotador
Ø nominal
Tanqu e
Fig. 2. Ubicación de la ventosa y detalle de la válvula. Estas válvulas tienen varias funciones: 1) expeler el aire de dentro de la tubería durante su llenado; 2) expulsar el aire que tiende a acumularse en los puntos altos, y 3) admitir aire en el caso de operación de una válvula de purga que pueda crear presiones negativas en la tubería (ver figura 9). Como criterio general, el diámetro de la ventosa es ½ del diámetro de la tubería principal y en todo caso mayor de ½”.
Válvulas de control Además de los elementos vistos anteriormente, se deberán instalar válvulas de control al comienzo de la conducción, al final y cada 1000 metros. Mediante estas válvulas se podrán aislar tramos de tubería en caso de rotura de ésta.
a) Cámara de válvula de aire. El aire acumulado en los puntos altos provoca la reducción del área del flujo del agua, produciendo un aumento de pérdida de carga y una disminución del gasto. Para evitar esta acumulación es necesario instalar válvulas de aire automáticas (ventosas) o manuales
b) Cámara de válvula de purga. Los sedimentos acumulados en los puntos bajos de la línea de conducción con topografía accidentada, provocan la reducción del área de flujo del agua, siendo necesario instalar válvulas de purga que permitan periódicamente la limpieza de tramos de tuberías.
GOLPE DE ARIETE
El golpe de ariete se origina debido a que el fluido es ligeramente elástico (aunque en diversas situaciones se puede considerar como un fluido no compresible). En consecuencia, cuando se cierra bruscamente una válvula o un grifo instalado en el extremo de una tubería de cierta longitud, las partículas de fluido que se han detenido son empujadas por las que vienen inmediatamente detrás y que siguen aún en movimiento. Esto origina una sobrepresión que se desplaza por la tubería a una velocidad que puede superar la velocidad del sonido en el fluido. Esta sobrepresión tiene dos efectos: comprime ligeramente el fluido, reduciendo su volumen, y dilata ligeramente la tubería. Cuando todo el fluido que circulaba en la tubería se ha detenido, cesa el impulso que la comprimía y, por tanto, ésta tiende a expandirse. Por otro lado, la tubería que se había ensanchado ligeramente tiende a retomar su dimensión normal. Conjuntamente, estos efectos provocan otra onda de presión en el sentido contrario. El fluido se desplaza en dirección contraria pero, al estar la válvula cerrada, se produce una depresión con respecto a la presión normal de la tubería. Al reducirse la presión, el fluido puede pasar a estado gaseoso formando una burbuja mientras que la tubería se contrae. Al alcanzar el otro extremo de la tubería, si la onda no se ve disipada, por ejemplo, en un depósito a presión atmosférica, se reflejará siendo mitigada progresivamente por la propia resistencia a la compresión del fluido y a la dilatación de la tubería. Si el cierre o apertura de la válvula es brusco, es decir, si el tiempo de cierre es menor que el tiempo que tarda la onda en recorrer la tubería ida y vuelta, la sobrepresión máxima se calcula como.
Donde: C es la velocidad de la onda (velocidad relativa respecto al fluido) de sobrepresión o depresión, Vo es la velocidad media del fluido, en régimen, 2 g = 9.81m / s es la aceleración de la gravedad. A su vez, la velocidad de la onda se calcula como:
Donde:
K es el módulo elástico del fluido, ro es la densidad del fluido,
E es el módulo de elasticidad (módulo de Young) de la tubería que naturalmente depende del material de la misma, e es el espesor de las paredes de la tubería, D es el diámetro de la tubería.
Para el caso particular de tener agua como fluido:
ro = 1000kg / m3
K = 2.074E + 09N / m2
Esta expresión se llega a la fórmula de Allievi:
Donde se introduce una variable (lambda) que depende del material de la tubería, y a modo de referencia se da el siguiente valor:
λacero = 0.5
El problema del golpe de ariete es uno de los problemas más complejos de la hidráulica, y se resuelve generalmente mediante modelos matemáticos que permiten simular el comportamiento del sistema. Las bombas de ariete funcionan gracias a este fenómeno.
SIFON Un sifón está formado por un tubo, en forma de "U" invertida, con uno de sus extremos sumergidos en un líquido, que asciende por el tubo a mayor altura que su superficie, desaguando por el otro extremo. Para que el sifón funcione el orificio de salida debe estar más abajo de la superficie libre (h2 debe ser mayor a h1 en la figura) pues funciona por gravedad, y debe estar lleno de líquido ya que esa conectividad permite que el peso del líquido en la rama del desagüe sea la fuerza que eleva el fluido en la otra rama.
