Para garantizar la eficacia y proteger las tuberías presurizadas de los golpes de ariete, deben instalarse respiraderos en puntos elevados y a distancias regulares para permitir la entrada y salida de aire durante las operaciones de llenado y vaciado y en situaciones críticas, como fenómenos transitorios o roturas de tuberías.
En el caso de salas y sumideros con riesgo de inundación, existe la posibilidad de que entre agua contaminada en la tubería a través de los respiraderos cuando se produzcan condiciones de presión negativa.
Los respiraderos de la serie SUB de CSA, disponibles en versiones para obras hidráulicas, alcantarillado e industria, están equipados con una salida roscada que puede conectarse a una tubería externa para evitar la posible entrada de contaminantes. El modelo SUB también permite evacuar cualquier salpicadura o derrame de agua cuando el respiradero se cierra rápidamente.
Es importante que los proyectistas sean plenamente conscientes de la necesidad de proteger las tuberías de agua y alcantarillado de la presión negativa generada en caso de vaciado o rotura y de los fenómenos transitorios asociados a los cambios bruscos de caudal (causados, por ejemplo, por el cierre de órganos de seccionamiento o paradas de bombas) si los respiraderos están subdimensionados o mal colocados.
De hecho, la presión negativa puede ser tan perjudicial como un aumento incontrolado y provocar la entrada de agua contaminada en la red, el colapso de tuberías, la cavitación o el desprendimiento de venas.
Para evitar que se produzcan presiones negativas, es necesario instalar respiraderos correctamente dimensionados en puntos altos, cambios de pendiente, tramos largos horizontales o inclinados y en cualquier punto donde haya riesgo de desprendimiento de vena.
Para evitar errores y riesgos graves, la elección de un respiradero debe hacerse siempre teniendo en cuenta la capacidad de flujo de aire indicada por el fabricante (que depende de las secciones de paso internas) en lugar del tamaño de la brida de conexión, que puede inducir a error.
Las siguientes imágenes muestran, a título meramente ilustrativo, el uso de dos purgadores de alcantarilla, ambos con brida DN 150 mm. El modelo CSA SCF de paso total de la imagen de la derecha, con un caudal de aire de entrada de unos 5000 m3/h y una Dp de 0,5 bar, es adecuado para su instalación en tuberías con DN de hasta 700/900 mm, mientras que el respiradero visible a la izquierda, con un paso muy pequeño en la parte superior, tiene un caudal inferior a 300 m3/h y, por tanto, provocará inevitablemente presiones negativas si se instala en tuberías con un diámetro superior a 150/200 mm.
El siguiente vídeo muestra los efectos destructivos del vacío como recordatorio de cuáles pueden ser las consecuencias de instalar respiraderos de tamaño insuficiente o mal colocados.
El software de dimensionamiento CSA AVS se ha desarrollado como herramienta para ayudar a los diseñadores en la selección y colocación de los venteos, considerando también los casos de vaciado y rotura de la tubería. Los modelos de cálculo del software AVS pueden utilizarse después para realizar otras simulaciones y análisis del fenómeno transitorio con el programa de análisis de golpes de ariete CSA, que es totalmente compatible con el primero.
El depósito A.V.A.S.T., de nuevo desarrollo, se ha diseñado para evitar los golpes de ariete, más concretamente los problemas de movimiento variable resultantes de la depresión tras el cierre repentino de los órganos de elevación, tanto en las conducciones de agua como en las de aguas residuales. El dispositivo, totalmente automático, es una solución muy fiable e innovadora gracias a la ausencia de compresores, órganos electromecánicos o membranas con precarga. A.V.A.S.T. es la solución ideal para evitar daños, a veces irreparables, en los sistemas debido a depresiones y sobrepresiones incontroladas.
El siguiente vídeo presenta la simulación de un fenómeno transitorio generado en una tubería cuyo perfil está representado por las dos líneas rojas, con una estación elevadora en el extremo izquierdo. El programa muestra la evolución de la línea piezométrica durante el transitorio y las variaciones de presión en los puntos críticos del sistema, indicados por las líneas verticales. En caso de parada repentina de las bombas (por ejemplo, debido a un corte de corriente), en ausencia de dispositivos de golpe de ariete o venteos, es evidente que la presión alcanza valores negativos y luego sube de forma incontrolada en la segunda fase
La imagen inferior muestra las envolventes de los valores mínimos de presión (línea rosa), que alcanza valores negativos muy bajos, y máximos (verde) obtenidos durante la simulación.
Gracias al uso de AVAST CSA (patentado), el sistema está protegido de las variaciones incontroladas de presión. El segundo vídeo (abajo) muestra los efectos del fenómeno transitorio en la misma tubería en presencia de un depósito antigolpes de ariete AVAST CSA instalado en las bombas y de purgadores antigolpes CSA a lo largo del perfil. La función del dispositivo AVAST es impedir que la presión alcance valores negativos tras la parada de las bombas y limitar su aumento en la segunda fase gracias al sistema patentado de control del caudal de salida CSA.
La imagen siguiente muestra las envolventes de los valores de presión mínimo (curva rosa) y máximo (verde) obtenidos durante la simulación. La eficacia de la solución elegida para evitar que se produzcan presiones negativas o excesivas queda patente en la comparación con el caso anterior, en el que no había protección.
Tecnología RFP de CSA
La tecnología RFP de CSA puede considerarse una especie de bolsa de aire en hidráulica. Garantiza un caudal de entrada de aire, y por tanto un grado de protección contra las fases de presión negativa, al vaciar la tubería o parar las bombas, igual al de un purgador normal de dos o tres funciones. El mecanismo RFP se activa en caso de salida excesiva durante el llenado de la tubería, para evitar que la válvula se cierre demasiado bruscamente. Los purgadores RFP pueden utilizarse en cualquier lugar, excepto en aquellos puntos de la tubería donde se produzca la separación de la columna de agua y altas presiones negativas.
El primero de los gráficos siguientes muestra (línea azul) la evolución de la presión en una tubería sometida a un llenado rápido. Son visibles los picos de presión generados por el cierre de los venteos combinados normales. La línea azul muestra la presión cuando se utiliza un respiradero CSA 3F RFP.
Mira la animación sobre cómo funcionan los respiraderos RFP:
Tecnología AS de CSA
La tecnología AS, introducida por primera vez en el mercado por CSA, consiste en un mecanismo formado por un disco metálico, un eje y un muelle, colocados en la parte superior del venteo para evitar el contacto con el agua y facilitar el mantenimiento. En cuanto se genera una presión negativa en la tubería, la placa baja y el aire pasa por el orificio principal como en un respiradero normal; cuando termina la fase de vacío, el muelle devuelve la placa AS a la posición cerrada. Entonces, la salida de aire sólo es posible a través de los orificios ajustables cortados en el disco; esto ralentiza el flujo de aire y, por tanto, la velocidad de la columna de agua al llenar la tubería, evitando el golpe de ariete.
El primero de los gráficos siguientes muestra (línea azul) la tendencia de la presión en una tubería sometida a golpes de ariete debidos a los ciclos de arranque y parada de la bomba. La línea azul muestra la presión en la misma tubería cuando se utiliza un venteo CSA 3F AS, que resuelve el problema.
Ver animación sobre el funcionamiento de los respiraderos AS:
La cavitación, un fenómeno habitual en válvulas e instalaciones de tuberías a presión, tiene aspectos acústicos, hidrodinámicos, físicos y químicos. Sus efectos, a menudo destructivos para las válvulas de control, incluyen ruido, vibraciones y erosión de los componentes. Gracias a un avanzado CFD, instalaciones de ensayo y años de experiencia en este campo, CSA ha desarrollado una serie de dispositivos para evitar la cavitación y garantizar la máxima estabilidad de sus válvulas, incluso con caudales bajos.
En la imagen superior, las válvulas CSA de las series XLC 300 y 400.
Existen las siguientes versiones del bloque móvil, intercambiables en la misma válvula:
Versión estándar de soporte de junta y asiento de junta
Versión LF para estabilidad a caudales bajos
La versión LF, con un soporte de junta (1b) que permite la apertura progresiva, garantiza la estabilidad incluso con caudales extremadamente bajos.
Versión CA para bajo caudal y resistencia a la cavitación
El sistema de CA incorpora un dispositivo de apertura progresiva (1c) para garantizar la estabilidad a caudales bajos y la resistencia al fenómeno de cavitación.
Versión CP para máxima resistencia a la cavitación
El sistema CP incorpora una disipación de energía de doble etapa (1d, 2d) para una resistencia máxima contra la cavitación.
Disponemos de animaciones detalladas para comprender el funcionamiento de las válvulas de control CSA, equipadas con el exclusivo dispositivo de regulación GR.I.F.O., fabricado totalmente en acero inoxidable, con filtro incluido, que permite ajustar de forma independiente las velocidades de cierre y apertura y el tiempo de reacción de la válvula.