Nuestro equipo de ingenieros se especializa en el estudio de proyectos hidráulicos abarcando el estudio de acueductos, impulsiones y redes de agua y saneamiento, y demás sistemas de transporte de fluidos en diversos campos de aplicación. Contamos con una extensa experiencia en consultoría para la ingeniería de proyectos hidráulicos en las diferentes áreas de actividad de las que participamos: agua, saneamiento, desalación, irrigación, minería, industria, presas, centrales hidroeléctricas. En la última década hemos participado de centenares de proyectos locales, regionales e internacionales, nuestra trayectoria nos convierte en la firma idónea para asistirlo en proyectos con grados de complejidad variables.
Nos especializamos desde hace una década en el diseño de acueductos, bombeos y redes; control de fluidos; y modelación de transitorios hidráulicos para el diseño de dispositivos de protección anti ariete. A continuación describimos nuestros principales servicios.
PROTECCIÓN ANTI GOLPE DE ARIETE
EN QUE CONSISTE LA PROTECCIÓN ANTI GOLPE DE ARIETE ?
La protección anti golpe de ariete conciste en realizar en primera instancia un estudio de golpe de ariete de la impulsión (u otro sistema de transporte de fluidos mediante tuberías presurizadas) para evaluar el tipo de dispositivo de protección anti ariete más adecuado (tanque anti ariete con membrana, tanque anti ariete con compresor, chimenea de equilibrio, tanque unidireccional, válvula anticipadora de ondas, válvulas de aire anti golpe de ariete, etc.) , esta evaluación se realiza mediante modelación matemática del sistema en regimen impermanente.
Luego de definir el dispositivo de protección anti ariete más idoneo, se lo debe dimensionar (en el caso de tanques hidroneumáticos se deben definir el volumen total, volumen de gas, diámetro de conección, presión de diseño, etc.), y realizar una modelación final con la protección anti ariete incluida para evaluar las presiones máximas y minimas resultantes en todos los puntos del sistema, en el intervalo de tiempo analizado.
Dependiendo de las características del perfil de la tubería (o red de tuberías) se pueden combinar dispositivos de protección anti ariete con el objetivo de mantener la protección anti ariete requerida pero reduciendo los costos asociados a la misma. También es posible presentar distintas alternativas de protecicón anti ariete para un mismo sistema, mostrando los niveles de protección obtenidos junto a los costos estimados de los mísmos.
Por ultimo, pero no menos importante, para un determinado tipo de dispositivo de protección anti ariete seleccionado (i.e. tanque anti ariete con membrana intrerna) se puede presentar una tabla comparativa de resultados (envolventes de presiones máximas y mínimas) para distintas dimensiones del dispositvo de protección anti ariete seleccionado (i.e. volumen total). De esta manera se puede observar la relación existente entre la variable modificada y los resultados obtenidos. Esto se llama Analisis de Sensibilidad, y se recomienda su inclusión en los estudios de golpe de ariete.
CONSECUENCIAS DE UNA INADECUADA IMPLEMENTACIÓN DE LA PROTECCIÓN ANTI GOLPE DE ARIETE
Las principales consecuencias de los transitorios hidráulicos son: altas presiones, presiones negativas, separación de la columna de agua llegando inclusive a valores de cavitación, riesgo sanitario asociado a la intrusión de contaminantes como consecuencia de las presiones negativas, y como consecuencia de lo anterior rotura de la tubería o fatiga de la misma a lo largo del tiempo.
IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DEL GOLPE DE ARIETE
El análisis de los transitorios hidráulicos es más crítico que el análisis del sistema en régimen permanente. Las presiones durante el transitorio serán mayores cuando los cambios de velocidad son más bruscos o repentinos, como por ejemplo durante el cierre de una válvula o una parada de bombas.
Estas perturbaciones pueden ser causadas por la operación del sistema –por ejemplo cierre de válvula- o por accidentes –por ejemplo parada de bombas por corte de energía-, y en ambos casos generan ondas de presión de gran magnitud que se suman a las condiciones de presión ya existentes como consecuencia de la operación del sistema en régimen permanente; y pueden fácilmente exceder la resistencia de la tubería.
ADECUADA PROTECCIÓN ANTI GOLPE DE ARIETE Y LA CALIDAD DEL AGUA POTABLE
El efecto del golpe de ariete sobre la calidad del agua se manifiesta de dos maneras diferentes, ambas con consecuencias para la salud:
Con el paso del tiempo en las paredes internas de las tuberías se forma una película muy delgada de micro organismos. Durante los transitorios hidráulicos, cuando los cambios de presión son importantes, esta fina película se desprende de la pared de la tubería y permanece en suspensión afectando la calidad del agua.
Las uniones de tuberías con aro de goma (anillo o ‘ring) han sido diseñadas para soportar únicamente presiones positivas, cuando aparecen presiones negativas durante los transitorios hidráulicos la unión pierde estanqueidad y elementos que están fuera de la tubería -como el suelo- ingresan dentro de la tubería. Y si además el nivel de la napa freática está por encima del nivel de la tubería, ésta ingresa a la tubería cuando la presión es negativa. En ambos casos contaminando el agua de consumo.
PROTECCIÓN ANTI GOLPE DE ARIETE, MÁS...
PROTECCIÓN ANTI GOLPE DE ARIETE: CAUSAS DEL GOLPE DE ARIETE
En acueductos, redes, y demás sistemas de transporte de fluidos, las principales causas de los transitorios hidráulicos son:
-Parada o arranque de bombas
-Apertura o cierre de válvulas
-Cambios de nivel en tanques y reservorios
-Cambios bruscos de demanda
-Rotura de tuberías
-Llenado y vaciado de tuberías
MODELACIÓN HIDRÁULICA PARA UNA ADECUADA PROTECCIÓN ANTI GOLPE DE ARIETE
A lo largo del tiempo se han desarrollado distintos métodos gráficos y numéricos para resolver transitorios hidráulicos. Actualmente los dos métodos de cálculo más relevantes son el Método de las Características (resolución de ecuaciones diferenciales) y el Método de la Onda Característica (cálculo y seguimiento de ondas de presión en el sistema).
Ambos métodos obtienen los mismos resultados, el segundo necesita menos pasos para llegar a la solución y por lo tanto es más rápido. Debido a la alta capacidad de procesamiento de las computadoras personales actuales, esta diferencia en el tiempo de resolución se hace evidente en sistemas con gran cantidad de nodos y dispositivos incorporados (por ejemplo válvulas de aire).
DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN ANTI GOLPE DE ARIETE
Se recomienda que la protección anti ariete dependa de dispositivos confiables que eviten las presiones negativas y las sobrepresiones, y que sean de larga vida útil y escasa necesidad de mantenimiento. La selección y dimensionado de cualquier tipo de dispositivo de protección anti ariete se realiza mediante modelación matemática del transitorio hidráulico.
Las ventosas o válvulas de aire prestan un necesario servicio durante el vaciado, llenado y purga de la tubería cuando ésta trabaja en régimen permanente. Pero como son un dispositivo susceptible de falla y necesitan mantenimiento, se utilizan como elemento de protección auxiliar o secundario. Las ventosas o válvulas de aire que mejor respuesta brindan como dispositivos de protección anti ariete son las de tipo anti golpe con áreas de orificio de entrada y salida disimétricos. Existen también ventosas con disco anti golpe de ariete que si bien brindan una mejor respuesta que las válvulas de aire tradicionales, son inferiores a las disimétricas.
La válvula anticipadora de ondas -SAV del inglés Surge Anticipating Valve- es un dispositivo útil en sistemas donde el perfil es netamente ascendente ya que solo pueden disipar presiones positivas, pero no tienen ningún efecto sobre las peligrosas presiones negativas presentes en la mayoría de los sistemas, por lo que su campo de utilización es limitado.
Los tanques hidroneumáticos pueden ser con compresor, con membrana, o híbridos (ARAA). Los dos primeros cumplen la misma función hidráulica, son dispositivos con capacidad de almacenar energía por lo tanto pueden eliminar tanto presiones negativas como positivas. Respecto a la membrana o vejiga, su función es simplificar el método de regulación; la diferencia esencial radica en el hecho de que el agua y el aire comprimido están separados y no se produce disolución como ocurre en los tanques convencionales, que deben estar vinculados a compresores para compensar la pérdida por disolución del aire comprimido. El tanque hidroneumático híbrido, o de tubo de inmersión, o ARAA por sus siglas del Francés, tiene una conexión a la atmosfera y su funcionamiento específico le permite operar sin necesidad de membrana ni de compresor. Solo puede ser utilizado en sistemas donde se producen paradas programadas de bombas al menos una vez al día.
Otros dispositivos disponibles son las chimeneas de equilibrio y los tanques unidireccionales, ambos son abiertos a la atmosfera, tienen una limitada capacidad de almacenar energía, y en algunos sistemas pueden ser utilizados como dispositivo de protección principal o auxiliar en combinación con alguno de los dispositivos mencionados. También se puede en algunos casos utilizar un by-pass como dispositivo de protección. Es la modelación matemática del impermanente la que permite seleccionar el dispositivo más adecuado.
Existen otros dispositivos menos comunes como los volantes de inercia, discos de ruptura, etc. Tienen limitaciones operativas y económicas.