Ejemplo de cálculos de la conducción de agua desde un manantial-depósito hasta un depósito secundario

Cuando se conectan un manantial o dos depósitos a alturas muy distintas, hay que poner especial atención a los sistemas de cierre y al control de velocidades de la conducción.

Los datos de esta instalación son caudal de 27/l seg. A partir de aquí con los datos facilitados calculamos según la tubería existente y su longitud, las pérdidas de carga, presión dinámica y presión estática.

Vemos aquí ya tres cosas a destacar:

Según estos caudales y el tubo instalado (PE DN 160-10/ 6 Atms), la pérdida de carga teórica rondaría los 96,6 m.c.a. lo que con los 98,2 mts de desnivel nos dejaría una presión dinámica de 1,6 m.c.a. Esto sin contar las pérdidas de carga en las piezas.
Aparecen Varios tramos con presiones negativas. ¿Habremos de compensarlas mediante la aducción de aire a través de ventosas?
Aunque la presión negativa no llegará a colapsar la tubería, habremos de poner cuidado con las compactaciones, ya que al sumarse a la depresión interna la carga por aplastamiento, crearíamos un punto vulnerable.

¿Nos podemos imaginar cómo podría ser el golpe de ariete de una tubería que cae desde los 96 m.c.a. hasta 1,6 m.c.a. cuando yo cierre la válvula de llenado del depósito? . Vamos a hacer unos números.

Cálculo de golpe de ariete por cierre de válvula:

Puesto que la válvula cerrará comandada por solenoides y sondas eléctricas, es muy importante conocer los efectos que el tiempo de cierre puedan producir en la instalación, por lo que realizaremos varias simulaciones.

Cierre de compuerta a mano: Según varias pruebas, a un ritmo normal se produciría el cierre en 12 segundos. Veamos los efectos.

Observamos importantes depresiones producidas al inicio y final del tramo y una sobrepresión, con respecto a la dinámica de unos 100 m.c.a. y 200 m.c.a. respecto de la depresión teórica. Con esta variación, el riesgo de rotura es enorme. La sobrepresión excede el timbraje del tubo, tanto en el tramo de PN 6 como en el de PN 10.

Segundo planteamiento. Dado a que el operario está bien formado, y es plenamente consciente de la peligrosidad que supone un cierre rápido, realizará el cierre en unos 30 segundos.

Por este motivo recomendaremos una válvula de alivio para el caso que se produzca un cierre lento.

2. En el caso de un cierre por válvula flotador en 30 ‘’ (cierre normal), el efecto sería:

Aunque se mejora el funcionamiento en la parte final del tramo, existen presiones negativas en gran parte del tramo inicial, presiones de hasta 87 m.c.a. en tramos PN 6 Atm y de 129 m.c.a en tramos 10 Atm.

Atención especial a las ventosas, que necesitarán ser capaces de aportar aire en el primer tramo, que tendrá que sacar después y dimensionar adecuadamente ventosas y desagües.

Realizamos de forma concienzuda el cálculo de las ventosas, para garantizar el aporte y evacuación de aire, calculándolas además bajo el supuesto de una rotura parcial de un 30% de la sección útil del tubo. (el capítulo de ventosas lo consideraremos en un artículo aparte).

Solución mediante válvulas hidráulicas.

Las válvulas a instalar para garantizar el buen funcionamiento y evitar roturas de la red serán:

Válvula de alivio en derivación DN 50 colocada en la transición del PN 6 al PN 10 (punto más vulnerable), con elementos de control y cierre en acero inoxidable.
Válvula de llenado hidráulico de flotador modulante y sostenedora capaz de controlar la velocidad de apertura y cierre de la válvula y restringir la caída de presión de la conducción (regulando así la velocidad del fluido y tiempo de llenado) y tarar el punto óptimo de apertura para el máximo caudal. Siempre que sea posible este sistema y garantice tiempo de cierre aprox 120 seg, al que añadiremos además una placa calibrada aguas debajo de la válvula, para evitar pasar directamente de una presión muy alta a presión atmosférica, lo que comportaría daños severos por cavitación.

En caso de no ser posible el empleo de este tipo de boya hidráulica por la distancia, o se el depósito pequeño y producirse un cierre más rápido, recurriremos a un cierre/ apertura, mediante solenoides y se procurará un sistema de cierre lento mediante calderín.