Certified ISO 9001:2015
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Cuando en una impulsión ocurre la detención brusca de las bombas, por ejemplo, debido a un corte de energía, la presión cae rápidamente en la planta elevadora propagándose aguas abajo de la impulsión, hasta llegar al estanque de descarga. La fase de caída de presión inicial es la más crítica, pues conforme a la forma del perfil longitudinal de la impulsión, la tubería puede quedar sometida en algunos tramos a subpresiones (ver Fig. 1) que pueden hacer colapsar la tubería. En el caso de que ésta resista, puede haber una separación de la columna líquida que luego, en la fase de sobrepresión, produciría fuertes aumentos de presión.
Fig. 1
Por otra parte, después de que la onda de presión es reflejada hacia las bombas en la misma intensidad que la caída de presión, la tubería puede quedar sometida a sobrepresiones que pueden colapsarla. De acuerdo al análisis anterior, podemos inferir que para proteger una impulsión contra el golpe de ariete, hay que controlar fundamentalmente la caída de presión.
En la gran mayoría de los casos, el elemento más apropiado a instalar es un estanque hidroneumático junto a las bombas, porque inmediatamente después que se produce la detención de éstas, el hidroneumático introduce agua a la impulsión (no aire), producto de la expansión del aire a presión contenido en su interior. Esto provoca el amortiguamiento de la caída de presión y, por consecuencia, controla la sobrepesión. Posteriormente, la sobrepresión reducida es nuevamente amortiguada debido a la compresión del mismo aire que se encuentra a presión dentro del estanque (ver Fig. 2).
Fig. 2
“Cuanto mayor es la caída de presión, mayor será el aumento de presión”
Hay que recordar que el aumento de presión es una consecuencia de la caída de presión, que es lo que sucede primeramente. Por lo tanto, es necesario atacar fundamentalmente la causa, es decir, controlar lo máximo posible la caída de presión.
Si la caída de presión es fuerte, esto puede producir subpresión en algunos tramos de la tubería de impulsión o bien, en todo su recorrido, lo que puede provocar el colpaso de la tubería, aún si ésta es de acero. En caso de que la tubería resistiese la subpresión, de igual forma se producirá posteriormente un fuerte aumento de presión, que también puede provocar problemas. De aquí se desprende que es impropio instalar válvulas anticipadoras de golpe de ariete que controlan y restringen los aumentos de presión, ya que en la primera fase se produce la caída de presión y ninguna válvula es capaz de controlar esta situación eliminando agua. Aún las válvulas supresoras de ondas que, al verter agua, controlan la caída de presión en el lugar de las bombas, producirán fuertes caídas de presión aguas abajo de la válvula (esto es, a lo largo de toda la línea), llegando a valores muy inferiores de presión en el resto de la tubería en comparación con el caso en que no hubiese ningún elemento protector del golpe de ariete.
Aún en el caso de que la tubería soporte subpresiones y no se rompa por el posterior aumento de presión, se formarán bolsones de aire en tramos de la tubería que producirán separación de la columna de agua. Esta separación, mediante aire embolsado, se romperá en la fase posterior del golpe de ariete (aumento de presión) a valores altísimos, lo que es muy difícil de cuantificar. Queda claro entonces que se debe controlar primeramente la caída de presión en una impulsión, y el elemento más adecuado para ello es cualquiera que inyecte fluido o agua hacia la tubería. Siendo así, lo más indicado son los estanques hidroneumáticos, y entre ellos, el HYDROPLATE®.
Las variaciones bruscas de presión pueden producir graves daños en las impulsiones, si estas últimas no son debidamente diseñadas y protegidas. Los transientes hidráulicos no sólo generan subpresiones y sobrepresiones que pueden romper la impulsión, sino que también producen ruidos excesivos, desgaste acelerado debido a la cavitación, problemas de porteo de caudal y, en algunos casos, fallas en la operación de los circuitos de control. También, la entrada en resonancia del período de vibración inherente a algunos sistemas de tuberías, pueden destruir un sistema hidráulico.
Los golpes de ariete en impulsiones no solamente generan subpresiones y sobrepresiones que pueden dañar la tubería, sino que también producen desgaste excesivo debido a la cavitación, lo cual puede provocar problemas de conducción del agua por la tubería disminuyendo el caudal de diseño y, en algunos casos, fallas en la operación de los circuitos de control. También las vibraciones en elementos de la casa de bombas (válvulas, flanges, etc.), a causa de un fuerte golpe de ariete sin amortiguamiento, pueden volverse muy peligrosas, produciendo fugas, incluso roturas.
La experiencia muestra que más del 90% de las estaciones de bombeo necesitan la protección adecuada provista por un estanque hidroneumático instalado, generalmente, junto a las bombas para proteger la impulsión contra el golpe de ariete. Regla de oro para proteger un impulsión contra este fenómeno: “En lo posible, siempre inyecte agua y no aire a la tubería de impulsión”.
Teniendo en mente la secuencia de las variaciones de presión explicada anteriormente, es decir, la ocurrencia primera de una caída de presión y posteriormente, como consecuencia de esto, un aumento de presión, queda claro que instalar en una estación de bombeo solamente válvulas anticipadoras de golpe de ariete o válvulas de alivio constituye un serio error conceptual para proteger la tubería, ya que ninguna válvula puede ayudar a controlar la caída de presión eficazmente.
Sólo en algunos limitados este tipo de válvulas podría ser útil, como cuando se desee controlar la sobrepresión sin tener que aumentar mucho el volumen del hidroneumático, o bien, en los contados casos en que la sobrepresión sea un problema, pero no la subpresión.