UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL
PROYECTO ESPECIAL
MAGÍSTER EN INGENIERÍA CIVIL
ESTUDIO SOBRE ESTRUCTURAS DE CONTROL PARA
QUIEBRE Y REDUCCIÓN DE PRESIÓN EN SISTEMAS DE
ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE
PRESENTADO POR:
ING. DIANA EUGENIA MARTÍNEZ RUIZ
ASESOR:
m. Sc. Juan G. Saldarriaga
BOGOTÁ D.C., ENERO DE 2012
Universidad de los Andes
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA
Estudio sobre Estructuras de Control para Quiebre y Reducción de Presión en Sistemas de Abastecimiento de
Agua Potable.
Diana Eugenia Martínez Ruiz
ii
Dedicado a Dios, quien se ha
convertido en el patrocinador
de mis sueños, a mi familia,
amigos, profesores y a todas
aquellas
personas
que
contribuyeron a hacer realidad
este proyecto.
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iii
TABLA DE CONTENIDO
1
INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS ............................................................................... 1
1.1
INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 1
1.2
OBJETIVOS ........................................................................................................ 2
1.2.1
OBJETIVO GENERAL .................................................................................. 2
1.2.2
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................... 3
2
MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 4
2.1
FUNDAMENTOS DEL FLUJO (Tullis, 1989) ........................................................ 4
2.1.1
Ecuación de Continuidad .............................................................................. 4
2.1.2
Ecuación de la Energía ................................................................................. 5
2.1.3
Fenómeno de Cavitación .............................................................................. 7
2.2
ESTRUCTURAS PARA QUIEBRE DE PRESIÓN: CÁMARAS ............................ 8
2.2.1
Modelo USBR (United States Department of the Interior - Bureau of
Reclamation, 1978) .................................................................................................... 8
2.2.1.1
Generalidades ....................................................................................... 8
2.2.2
Modelo Universidad de Medellín ................................................................. 23
2.2.2.1
Descripción (Camargo Gómez, 1999) .................................................. 24
2.2.2.2
Dimensiones propuestas (Camargo Gómez, 1999) ............................. 26
2.2.3
Modelos Empíricos ..................................................................................... 28
2.3
ESTRUCTURAS PARA REDUCCIÓN DE PRESIÓN: VÁLVULAS Y PLATINAS
31
2.3.1
Válvulas Reductoras de Presión ................................................................. 31
2.3.1.1
Descripción (Mateos de Vicente, 2006) ............................................... 31
2.3.1.2
Partes VRP (Corcho Romero & Duque Serna, 2005) ........................... 32
2.3.1.3
Funcionamiento (Corcho Romero & Duque Serna, 2005) .................... 33
2.3.1.4
Diseño VRP ......................................................................................... 34
2.3.1.5
Estación Reductora de Presión (Corcho Romero & Duque Serna, 2005)
36
2.3.1.6
Innovaciones en VRP .......................................................................... 39
2.3.2
Placa de Orificios ........................................................................................ 39
2.3.2.1
Descripción .......................................................................................... 40
2.3.2.2
Diseño Placa de Orificios ..................................................................... 40
3
CRITERIOS DE SELECCIÓN: ESTRUCTURAS DE QUIEBRE Y/O REDUCCIÓN DE
PRESIÓN ........................................................................................................................ 47
3.1
CÁMARAS DE QUIEBRE .................................................................................. 49
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iv
4
CASO DE APLICACIÓN: CÁMARAS DE QUIEBRE Y VÁLVULAS REDUCTORAS
DE PRESIÓN................................................................................................................... 51
4.1
CASO HONDA .................................................................................................. 53
5
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................ 59
6
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................ 62
7
ANEXOS .................................................................................................................. 64
7.1
ANEXO I: CATÁLOGO VÁLVULAS TECVAL. ................................................... 64
7.2
ANEXO II: PLANTA PERFIL ADUCCIÓN RIO MEDINA. ................................... 64
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Alturas de presión máxima según tipo de válvula de Manguito. ......................... 15
Tabla 2. Características de tanques de quiebre de presión............................................. 27
Tabla 3. Accesorios cámaras de quiebre empíricas. ........................................................ 30
Tabla 4. Valores velocidad máxima recomendados en válvulas....................................... 35
Tabla 5. Valores Cv máximo recomendados en válvulas. ............................................... 36
Tabla 6. Valores recomendados de velocidad, presión y nivel de complejidad ................ 50
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Ecuación de continuidad entre dos secciones. .................................................... 4
Figura 2. Línea de gradiente hidráulico y de energía. ........................................................ 6
Figura 3. Efecto de la cavitación en la LGH, ...................................................................... 7
Figura 4. Disposición básica. ............................................................................................. 9
Figura 5. Disposición alterna. ........................................................................................... 10
Figura 6. Disposición horizontal. ...................................................................................... 11
Figura 7. Válvula de Manguito estándar. .......................................................................... 12
Figura 8. Válvula de Manguito estándar. .......................................................................... 13
Figura 9. Válvula de manguito con orificios (Multichorro). ................................................ 13
Figura 10. Válvula de Manguito con orificios (Multichorro). .............................................. 14
Figura 11. Fuerza de empuje en el codo. ......................................................................... 16
Figura 12. Refuerzos horizontales y verticales. ................................................................ 17
Figura 13. Altura de presión. ............................................................................................ 18
Figura 14. Orificio de válvula de manguito. ...................................................................... 19
Figura 15. Coeficiente de pérdidas para la válvula de manguito estándar. ....................... 20
Figura 16. Nomograma para cálculo de dimensiones de la cámara de aquietamiento. .... 21
Figura 17. Válvula de Manguito típica con cámara de aquietamiento. .............................. 22
Figura 18. Modelo cámara de quiebre
– Universidad Medellín. ........................................ 24
Figura 19. Modelo cámara de quiebre
– Empírico. ........................................................... 29
Figura 20. Modelo cámara de quiebre
– Empírico (2). ..................................................... 30
Figura 21. Sección y lista de componente de VRP
– Acción directa. ............................... 34
Figura 22. Modelo de estación reguladora de presión. ..................................................... 38
Figura 23. Jaula Anticavitatoria. ....................................................................................... 39
Figura 24. Placa de orificios. ............................................................................................ 40
Figura 25. Flujo a través de la placa de orificios. ............................................................. 40
Figura 26. Localización municipio Honda. ........................................................................ 54
Figura 27. Perfil Línea de aducción río Medina
– Planta de tratamiento........................... 56
Figura 28. Cámara de quiebre propuesta. ........................................................................ 61
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ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS
Fotografía 1. Cámara de quiebre en mampostería. .......................................................... 51
Fotografía 2. Válvula de flotador con fugas. ..................................................................... 52
Fotografía 3. Válvula de flotador con fugas (2)................................................................. 52
Fotografía 4. Válvula de flotador dañada. ........................................................................ 53
Fotografía 5. Explosión tubería río Medina
– Honda. ....................................................... 57
Fotografía 6. Explosión tubería río Medina (2)
– Honda. .................................................. 57
Fotografía 7. Explosión tubería río Medina (3)
– Honda. .................................................. 58
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1
INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
1.1
INTRODUCCIÓN
En la visión integral de sistemas de abastecimiento se conceptualizan componentes
importantes como la captación, aducción, conducción, tratamiento, redes de distribución y
válvulas y accesorios complementarios. En la práctica, se entiende por sistema de
abastecimiento, el conjunto de tuberías y estructuras que se disponen de tal manera que
puedan transportar en forma segura y continua el agua hasta una planta de tratamiento, y
de ahí distribuirla a las edificaciones.
El origen de los sistemas de acueducto se remonta a tiempos antiguos con civilizaciones
como Grecia y Roma, donde se construyeron canales para transportar las aguas hacia la
ciudad. Cuando la población y las ciudades fueron creciendo, se hizo necesario, mejorar
las condiciones de los sistemas; así empiezan a usarse tuberías, sistemas de tratamiento
y estructuras especiales para controlar el flujo. En los últimos siglos se ha visto la
necesidad de utilizar elementos para reducir la presión en las tuberías, como cámaras de
quiebre, válvulas reductoras y placas de orificio.
En la actualidad no existe una metodología clara de selección y diseño de las estructuras
para reducción de presión. En el caso de las cámaras de quiebre, no existe un modelo
establecido. Todo esto, además de malas prácticas de ingeniería, que han llevado a
estructuras poco funcionales.
A través del presente estudio, se espera, que los diseñadores sean conscientes de las
limitaciones de los modelos para reducción de presión; para tal, se realiza un estado del
arte de este tipo de estructuras y se muestran casos prácticos de fallas.
El contenido de este documento se encuentra organizado de la siguiente manera:
El capítulo 1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS, presenta los aspectos más relevantes,
además de los objetivos generales y específicos del presente estudio.
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2
El capítulo 2. MARCO TEÓRICO, explica los modelos utilizados para quiebre de presión,
a saber, Bureau, Universidad de Medellín y modelo empírico. Además, las válvulas
reductoras de presión y las placas de orificio.
El capítulo 3. CRITERIOS DE SELECCIÓN, establece recomendaciones para selección
de la estructura a utilizar, además de valores límites de aplicabilidad de los modelos de
cámaras de quiebre de presión.
El capítulo 4. CASO DE APLICACIÓN: CÁMARAS DE QUIEBRE Y VÁLVULAS
REDUCTORAS DE PRESIÓN, muestra reportes de fallas en estas estructuras,
estudiando el caso específico del municipio de Honda, Tolima.
El capítulo 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES, presenta los aspectos más
relevantes de acuerdo con el estudio realizado y las recomendaciones para futuras
investigaciones sobre este tema.
El capítulo 6. BIBLIOGRAFÍA, se muestran los documentos utilizados para el presente
estudio.
En los ANEXOS, se adjuntan el manual de válvulas reductoras de presión de marca
TECVAL
®
. Además del plano planta perfil de la línea de aducción del río Medina del
acueducto regional de Honda.
1.2
OBJETIVOS
1.2.1 OBJETIVO GENERAL
Estudiar el comportamiento de sobrepresión en sistemas de abastecimiento de agua
potable y las diferentes estructuras propuestas para controlar tal situación.
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1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Como el objetivo general es de gran alcance, se especifican los siguientes objetivos,
acordes con el presente estudio.
Realizar un estado del arte de las estructuras, tales como cámaras y válvulas,
propuestas para quebrar la presión en sistemas de acueducto.
Verificar el comportamiento de las estructuras más utilizadas en nuestro medio
para quebrar la presión en sistemas de abastecimiento.
Establecer rangos de operación de las estructuras que se consideren adecuadas
para controlar la presión en sistemas de abastecimiento.
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2
MARCO TEÓRICO
En los sistemas de abastecimiento de agua es común que por condiciones topográficas y
de operación, se requiera reducir la presión hasta límites que el sistema pueda soportar
sin riesgos Para tal fin se utilizan cámaras de quiebre de presión, válvulas reductoras y
placas de orificio.
2.1
FUNDAMENTOS DEL FLUJO (TULLIS, 1989)
La solución de la mayoría de los problemas de fluidos generalmente involucra la
aplicación de una o más de las tres ecuaciones básicas: continuidad, momentum y
energía.
2.1.1 Ecuación de Continuidad
La forma más simple de la ecuación es para flujo permanente, unidimensional e
incompresible. Aplicando continuidad entre dos secciones dadas (Ver Figura 1):
𝐴
1
𝑉
1
= 𝐴
2
𝑉
2
= 𝑄
Ecuación 1
donde,
A= Área de la sección de la tubería.
V: Velocidad Promedio
Q: Caudal.
Figura 1. Ecuación de continuidad entre dos secciones.
Fuente: (Física en la Guía 2000).
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La Ecuación 1 es válida para cualquier conducto rígido, de cualquier tamaño, siempre y
cuando no haya adición o pérdida de líquido entre las dos secciones.
Si el fluido es compresible, la Ecuación 1, debe ser afectada por la densidad.
𝜌
1
𝐴
1
𝑉
1
= 𝜌
2
𝐴
2
𝑉
2
= 𝑄
Ecuación 2
2.1.2 Ecuación de la Energía
La primera ley de la termodinámica es que el cambio de la energía interna de un sistema
es igual a la suma de la energía del fluido y el trabajo hecho por el mismo. Una forma
general de la ecuación de energía para flujo incompresible, suponiendo perfil de
velocidades uniforme, es,
𝑃
1
𝜌
+ 𝑔𝑧
1
+
𝑉
1
2
2
=
𝑃
2
𝜌
+ 𝑔𝑧
2
+
𝑉
2
2
2
− 𝑊
𝑝
+ 𝑊
𝑡
+ 𝑊
𝑓
Ecuación 3
Las unidades de cada término son energía por unidad de masa. Los dos primeros
términos a ambos lados de la ecuación son la energía potencial, el tercer término es la
energía cinética,
𝑊
𝑝
es la energía de la bomba agregada al sistema,
𝑊
𝑡
es la energía de
la turbina removida del sistema y
𝑊
𝑓
representa la fricción y otras pérdidas menores de
energía. La Ecuación 3 es aplicable a flujo permanente e ignora energía nuclear, eléctrica,
magnética, y tensión superficial.
Una forma alternativa de la ecuación de la energía se obtiene al dividir todos los términos
por la gravedad. Las unidades son energía por unidad de peso de líquido: feet-lb/lb ó N-
m/m, que se reducen a feet ó m, respectivamente, después de una simplificación. Así, la
forma de la ecuación es,
𝑃
1
𝛾
+ 𝑧
1
+
𝑉
1
2
2𝑔
=
𝑃
2
𝛾
+ 𝑧
2
+
𝑉
2
2
2𝑔
− 𝐻
𝑝
+ 𝐻
𝑡
+ 𝐻
𝑓
Ecuación 4
Los tres primeros términos a ambos lados de la ecuación son altura de presión
(𝑃 /𝛾),
altura de elevación (
𝑧 ) por encima de algún nivel de referencia, y altura de velocidad
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6
(𝑉
2
/2𝑔). Los tres últimos términos del lado derecho son la altura dinámica total agregada
por una bomba (
𝐻
𝑝
) o removida por una turbina (
𝐻
𝑡
) y la altura de pérdidas menores y por
fricción (
𝐻
𝑓
). Si no hay bombas o turbinas y si las pérdidas por fricción son despreciables,
los tres últimos desaparecen y la Ecuación 4, se reduce a la ecuación de Bernoulli.
La energía es una cantidad escalar y la ecuación de energía es una función de punto, es
decir, cuando se compara la energía en dos puntos cualesquiera en un sistema, cualquier
camino que se tome del punto 1 al 2, produce la misma energía en el punto 2. Este es el
principio básico usado en análisis de redes de tuberías.
La línea que conecta puntos de energía total, es llamada línea de gradiente de energía
(EGL). La línea que conecta puntos de elevación más presión, es llamada línea de
gradiente hidráulico (HGL) (Ver Figura 2).
La altura de la EGL por encima del datum de referencia, se conoce como altura total, y la
altura de la HGL por encima del datum es llamada altura piezométrica.
Figura 2. Línea de gradiente hidráulico y de energía.
Fuente: (Tullis, 1989).
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2.1.3 Fenómeno de Cavitación
La cavitación es un criterio de diseño importante en el diseño y operación de sistemas de
tuberías y válvulas. Es necesario determinar si existe el riego de presencia de cavitación.
La cavitación es causada por la vaporización y condensación rápida de un líquido. Esto
origina vacíos y pequeñas burbujas que contienen gas y vapor que forman un núcleo para
la vaporización. Si estas burbujas son sometidas a la presión de vapor, ellas crecen
rápidamente y si la presión circundante es mayor que la presión de vapor, ellas llegan a
ser inestables y colapsan bruscamente. Las bajas y altas presiones necesarias para que
se presente la cavitación causan rompimiento y frecuentemente están asociadas con la
formación de turbulencias en las capas límite o regiones de separación. Estas
turbulencias han sido identificadas como la causa primaria de disipación de energía de
perturbaciones locales (pérdidas menores) (Ver Figura 3). La baja presión en el centro de
estas turbulencias, causadas por su alta velocidad rotacional, combinadas generalmente
con la presión baja de las regiones de separación, pueden causar cavitación. El
rompimiento de estas cavidades puede causar ruido, fluctuaciones de presión, vibraciones
y posible daño de erosión. Cuando la cavitación llega a ser severa, la gran cantidad de
vapor puede causar peligro de erosión o reducir la eficiencia del equipo hidráulico y
mecánico.
Figura 3. Efecto de la cavitación en la LGH,
Fuente: (Tullis, 1989).
La cavitación debe ser incluida como un importante parámetro de diseño que afecta la
selección y operación de bombas, válvulas y otros elementos de control. Este es uno de
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los problemas hidráulicos que causan costosas reparaciones y en algunos casos
consecuencias catastróficas en las estructuras hidráulicas.
El número de cavitación, σ, es el parámetro adimensional para evaluar la intensidad de
cavitación en diferentes condiciones de flujo y se calcula a partir de la Ecuación 5.
𝜍 =
𝑃
1
− 𝑃
𝑣𝑔
Δ𝑃
Ecuación 5
donde:
P
1
: Presión justo aguas arriba de la placa de orificio.
Pvg: Presión de vapor del medio a la temperatura de funcionamiento.
ΔP: Caída de presión en la placa de orificio.
2.2
ESTRUCTURAS PARA QUIEBRE DE PRESIÓN: CÁMARAS
Las cámaras de quiebre son estructuras o pequeños depósitos que se colocan
generalmente a lo largo de la conducción cuando las presión estática es mayor que la
presión de trabajo de la tubería. La cámara de quiebre permite disipar la energía del fluido
hasta la presión atmosférica a la salida de la cámara. No existe una metodología de
diseño clara para este tipo de estructuras; sin embargo se han propuesto varios modelos,
que se detallan a continuación.
2.2.1 Modelo USBR (United States Department of the Interior - Bureau of
Reclamation, 1978)
2.2.1.1 Generalidades
El modelo propuesto por el USBR es conocido como cámara de aquietamiento con
válvula de manguito vertical. El desarrollo de este modelo da inicio durante la década de
1960, cuando el desarrollo de las ciudades impulsó cambios en algunos requerimientos
hidráulicos de los sistemas de distribución y se hizo necesario encontrar estructuras que
permitieran disipar energía desde una presión de entrada de 450 feet (137.20 m) hasta
una presión de salida cercana a la atmosférica, sin que se presentaran los inconvenientes
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típicos de este tipo de estructuras. Hasta ese momento se utilizaban para tal fin las
válvulas de manguito con cono horizontal y orificios, comúnmente llamadas Howell-
Bunger, Sin embargo, estas válvulas presentaban problemas de ruidos, formación de
spray y posible riesgo de cavitación. Es así, como se inician investigaciones apoyadas
en modelos físicos de laboratorio, que llevan a proponer la cámara de aquietamiento con
válvula de manguito vertical como estructura óptima de disipación de energía. Los
primeros resultados son publicados por Johnson en 1970.
2.2.1.1.1 Descripción
La cámara de aquietamiento con válvula de manguito es capaz de disipar hasta 243 mca.
Una válvula de compuerta es usualmente requerida inmediatamente aguas arriba de la
válvula de manguito para efectos de mantenimiento y operación.
Estudios de campo y laboratorio han contribuido al desarrollo de criterios de diseño para
una disipación óptima de energía de este tipo de cámaras. La estructura general es de
dos tipos, a saber:
Disposición Básica (Flujo descendiendo) Esta es la disposición usual, con el flujo
entrando por la parte superior de la cámara, donde un codo lo direcciona
verticalmente hacia abajo a través de la válvula de manguito. La disipación de
energía ocurre cuando el chorro vertical golpea el cono y luego el piso y las
paredes laterales del pozo (Ver Figura 4).
Figura 4. Disposición básica.
Fuente: (United States Department of the Interior - Bureau of Reclamation, 1978).
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Otras pérdidas ocurren a través de la fricción de las tuberías, cambios de dirección
y válvulas, entre otras.
Disposición Alterna (Flujo ascendiendo): De acuerdo con la superficie del terreno y
el perfil de la tubería, se propone otra configuración, con la tubería entrando
cercana al fondo y descargando hacia arriba a través de la válvula de manguito
(Ver Figura 5). La disipación de energía ocurre de manera similar que en la
disposición básica, excepto que el chorro inicial golpea un bafle en lugar del piso.
Este arreglo tiene la ventaja que el vástago de control de la válvula de manguito no
está sometido a las altas velocidades del flujo de entrada en la disposición básica,
permitiendo soportar altas velocidades sin vibración excesiva.
Figura 5. Disposición alterna.
Fuente: (United States Department of the Interior - Bureau of Reclamation, 1978).
Disposición Horizontal: Un tercer arreglo fue desarrollado por el Laboratorio de
Hidráulica del USBR, consiste de una válvula de manguito descargando en una
cámara horizontal. El concepto básico de este arreglo se ilustra en la Figura 6, el
flujo entra en la válvula de la izquierda y se descarga a través del cuerpo perforado
de la válvula en la cámara de aquietamiento. Un manguito cilíndrico, que se
encuentra dentro de la válvula, viaja a través de la sección perforada de la válvula,
controlando el flujo a través de los orificios, y por lo tanto, la descarga de la
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válvula. El flujo sale por la tubería inferior de la cámara de aquietamiento (United
States Department of the Interior - Bureau of Reclamation, 1980).
Figura 6. Disposición horizontal.
Fuente: (United States Department of the Interior - Bureau of Reclamation, 1980).
A fin de mejorar las características de disipación de energía de la cámara en el
arreglo básico, anteriores diseños usaban un pedestal en el piso de la cámara. El
pedestal además sirve como soporte y anclaje para la válvula. Experiencias
recientes indican que este elemento puede causar erosión en la cámara y que
funciona mejor un revestimiento de acero en el piso y paredes de la cámara.
2.2.1.1.2 Tipos de Válvula de Manguito Vertical
Dos tipos de válvulas de manguito vertical son utilizadas para controlar el flujo en este tipo
de estructuras.
Válvula de Manguito Estándar: Incluye dos diseños básicos, cada uno usando una
válvula simple (Sin orificios). El manguito puede ir adentro o afuera de la cámara
de la válvula. La mayoría de las válvulas incorporan un manguito interno fijado a
un vástago interno de la válvula que se prolonga a través de la tubería vertical y
del codo de 90º hasta la rueda de manejo.
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Turbulencia, vibración, ruido y cavitación se producen por la localización del
vástago en la zona de altas velocidades de flujo. Una modificación al diseño
interno del manguito disminuye este problema al incrementar el diámetro de la
tubería usada para la curva de 90º en una proporción de área de dos veces el
área de la tubería vertical.
Diseños posteriores han incorporado un manguito externo con vástago afuera de
la válvula y por tanto de la zona de altas velocidades (Ver Figura 7 y Figura 8).
Este diseño reduce notablemente la posibilidad de cavitación y vibración en la
válvula y suprime la necesidad de mayor área en la curva.
Figura 7. Válvula de Manguito estándar.
Fuente: (United States Department of the Interior - Bureau of Reclamation, 1978).
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Figura 8. Válvula de Manguito estándar.
Fuente: (Johnson, 1970).
Válvula de Manguito con Orificios (Multichorro): Este diseño se utiliza para disipar
mayor energía que la permitida para la válvula de manguito estándar. Estas
válvulas incorporan un cuerpo perforado con muchos orificios o ranuras de
tamaños y formas que dependen de las condiciones particulares del proyecto. El
flujo sale en pequeños chorros que se mezclan con el agua de la cámara,
disipando la energía con poca vibración, ruido o cavitación (Ver Figura 9 y Figura
10).
Figura 9. Válvula de manguito con orificios (Multichorro).
Fuente: (United States Department of the Interior - Bureau of Reclamation, 1978).
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Figura 10. Válvula de Manguito con orificios (Multichorro).
Fuente: (Johnson, 1970)
2.2.1.1.3 Aplicaciones del Pozo de aquietamiento con válvula de Manguito vertical.
La capacidad de la cámara de aquietamiento con válvula de manguito vertical para disipar
presiones altas es utilizada en las siguientes condiciones de diseño:
Canal de desfogue: El exceso de energía puede existir a la salida de una tubería
desde el embalse al canal.
Caída: en un canal o tubería puede ser necesario un cambio de pendiente fuerte.
Quiebre de presión: En varios casos como tubería de descarga de una bomba,
sifón o tubería a presión se requiere disipar exceso de energía.
Bypass de Central eléctrica.
2.2.1.1.4 Limitaciones
En el diseño del pozo de aquietamiento con válvula de manguito vertical, se deben tener
en cuenta las siguientes limitaciones:
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Altura y velocidad: La válvulas de manguito estándar han sido para disipar alturas
de presión de hasta 121.92 mca. Sin embargo, la experiencia indica que el peligro
por vibración excesiva del vástago de control de la válvula interna se presenta
cuando en la tubería vertical existen velocidades mayores que 9.14 m/s.
En la Tabla 1 se presentan recomendaciones, que son limitaciones flexibles de la
altura de presión máxima y velocidad en la válvula, para el caudal de diseño.
Tabla 1. Alturas de presión máxima según tipo de válvula de Manguito.
Altura de Presión Máxima
Recomendación
45.72 mca
Válvula de Manguito Estándar con vástago interno y
diámetro de tubería más grande para la curva. Velocidad
máxima: 9.14 m/s
121.92 mca
Válvula de Manguito estándar con vástago externo.
Velocidad máxima: 11.58 m/s
182.88 mca
Válvula de Manguito con orificios y diámetro de tubería
más grande para la curva. Velocidad máxima: 11.58 m/s
Fuente: (United States Department of the Interior - Bureau of Reclamation, 1978).
Investigaciones recientes demuestran que con optimizaciones a la válvula de
manguito con orificios, se podrían disipar hasta 243 mca de altura de presión.
Calidad del agua
La válvula de manguito estándar puede tolerar una pequeña cantidad de material
flotante, como hojas, basuras, entre otras, que usualmente se encuentran en
sistemas de irrigación abiertos. En el caso de la válvula de manguito con orificios,
ésta debe ser usada solamente cuando se transporte aguas claras con previo
cribado o filtro.
Limitaciones de Operación
Para evitar problemas con burbujas de aire dentro de la tubería de llegada a la
cámara de aquietamiento, la válvula de manguito debería ser operada de tal
manera que se garantice que la tubería funcione llena. Esto se puede simplificar
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con automatización de la apertura de la válvula. Cierres rápidos de la válvula
deberían evitarse, ya que se pueden presentar fenómenos de transientes o golpe
de ariete (water hammer), con posibles daños estructurales en la tubería.
2.2.1.1.5 Consideraciones de Diseño para válvula de manguito con esquinas fileteadas
en la cámara.
Condiciones de Entrada: Para minimizar ruido, vibración y cavitación, la válvula de
manguito estándar con manguito y vástago interno deben tener una entrada en la
curva con área transversal mayor, en cerca de dos veces el área de la tubería
vertical, lo cual reduce la velocidad en el cambio de dirección. Una reducción es
requerida para conectar el codo con la tubería vertical. La mínima longitud de
reducción es igual a
ΔD, que es la diferencia de diámetros.
Una fuerza de empuje en el codo de la tubería resulta por el cambio en la dirección
del flujo y debe ser equilibrada por una fuerza opuesta proporcionada por un
adecuado anclaje. La fuerza de empuje, Ft, tiene un componente vertical, Fty y
otro horizontal, Ftx, como se observa en la Figura 11. El componente, Ftx, debe
ser contrarrestado por refuerzos horizontales adecuados, tipo abrazadera,
mientras el componente, Fty, por patas fijas cerca de la base de la tubería vertical,
como se observa en la Figura 12.
Figura 11. Fuerza de empuje en el codo.
Fuente: (United States Department of the Interior - Bureau of Reclamation, 1978).
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Figura 12. Refuerzos horizontales y verticales.
Fuente: (United States Department of the Interior - Bureau of Reclamation, 1978).
Diseño de Válvula de Manguito: La válvula de manguito es a menudo diseñada
para operación manual con adaptación a operación eléctrica. La operación manual
se hace a través de una rueda de manejo ajustada al vástago.
-
Válvula de Manguito Estándar: La válvula de manguito usualmente se desliza
hacia abajo en un recorrido de distancia igual a la mitad del diámetro de la
válvula. El diámetro de la válvula debe ser lo suficientemente grande para que
permita la descarga del caudal de diseño cuando ésta se encuentre
completamente abierta. El cierre completo de la válvula debe cortar por
completo el flujo. Un cono truncado de acero es localizado en la parte baja
concéntrico a la válvula. El cono proporciona un colchón para los bordes
biselados del manguito y sella el flujo cuando la válvula está completamente
cerrada.
El diámetro de la válvula, la distancia de recorrido y el ángulo del cono pueden
variar de acuerdo con las condiciones específicas. Para el control de
velocidades de flujo para alturas de presión altas, el diámetro y el cono deben
ser de mayor tamaño.
-
Válvula de manguito con orificios: La válvula de manguito con orificios tiene
una válvula similar a la válvula de manguito estándar.
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Las válvulas han sido probadas con orificios de diferentes tamaños y formas.
Sin embargo, la mayoría de estos orificios son susceptibles a taponamiento.
Diferentes pruebas se hacen necesarias antes de encontrar la configuración
óptima de tamaño, forma y distancia desde la superficie de la cámara.
Parámetros Hidráulicos.
-
Altura de Presión: La altura,
ΔH, a ser disipada por la válvula de manguito es la
diferencia de presión, igual a H
1
– H
2
, como se muestra en la Figura 13. La
altura H
1
, es medida desde el centro de la tubería al gradiente hidráulico
inmediatamente aguas arriba del codo de la válvula. La altura, H
2
, es medida
desde el mismo centro de la tubería a la superficie del agua en la cámara.
Como la altura, H1, varia con el gradiente hidráulico y el caudal, la peor
condición debe resultar de un análisis hidráulico.
Figura 13. Altura de presión.
Fuente: (United States Department of the Interior - Bureau of Reclamation, 1978).
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-
Velocidad: A fin de reducir la cavitación en la válvula, la velocidad no debe
exceder 9.14 m/s cuando se usa un manguito interno y 11.58 m/s usando un
manguito externo.
-
Diámetro de la válvula de manguito: El diámetro de la tubería vertical y la
válvula de manguito deben ser determinados para el caudal de diseño máximo
cuando exista la altura mínima. Este diámetro no puede ser el mismo que el
diámetro de la tubería o el codo de la tubería.
-
Área de orificio (Válvula de manguito estándar): La válvula de manguito
estándar usualmente tiene una distancia de recorrido igual a Dv/2 medido
desde el fondo de la cámara (Ver Figura 14).
Por geometría, el área del orificio de la válvula se expresa de acuerdo con la
Ecuación 6.
𝐴
𝑜
= 0.707 𝑎 𝜋 𝐷
𝑉
−
𝑎
2
Ecuación 6
donde:
Ao= Área de orificio de la válvula de manguito.
Dv= Diámetro de la válvula de manguito.
a= Distancia de recorrido de la válvula de manguito.
Figura 14. Orificio de válvula de manguito.
Fuente: (United States Department of the Interior - Bureau of Reclamation, 1978).
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-
Coeficiente de descarga para válvula de manguito estándar: Estudios de
laboratorio indican que el coeficiente de descarga cuando la válvula está
abierta totalmente es:
𝐾 =
2 𝑔 (∆𝐻)
𝑉
2
= 1.84
Ecuación 7
donde:
ΔH= Diferencia de presión.
V= Velocidad en la tubería vertical.
La Figura 15 permite determinar el coeficiente de pérdidas, K, para los
diferentes escenarios de apertura de la válvula.
Figura 15. Coeficiente de pérdidas para la válvula de manguito estándar.
Fuente: (United States Department of the Interior - Bureau of Reclamation, 1978).
-
Dimensiones de la cámara: Son determinadas a partir de la Figura 16.
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Estudios del Laboratorio de Hidráulica del USBR han establecido que las
proporciones de profundidad
– ancho que han mostrado mejor desempeño son
de dw:1.5b y dw:2b.
Figura 16. Nomograma para cálculo de dimensiones de la cámara de aquietamiento.
Fuente: (United States Department of the Interior - Bureau of Reclamation, 1978).
donde,
Q= Caudal de diseño (cfs).
Dv= Diámetro de la válvula (feet).
′ =
𝑆𝑒𝑛 𝜃
Ecuación 8
Donde h’ es la distancia diagonal del canal a la superficie del agua
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b= Ancho de la cámara (feet). Como mínimo se requiere 3 feet (0.91 m) para
acceso.
d
w
= Profundidad de la cámara (feet).
En la Figura 17 se detallan cada una de los elementos anteriormente
descritos.
Figura 17. Válvula de Manguito típica con cámara de aquietamiento.
Fuente: (United States Department of the Interior - Bureau of Reclamation, 1978).
Las proporciones de profundidad
– ancho que han mostrado mejor
desempeño son de dw:1.5b y dw:2b, son válidas para una proporción de
profundidad aguas abajo de la cámara:
𝑑
𝑛
=
𝑏
2
Ecuación 9
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Después de determinar la profundidad y altura de la cámara con la Figura 16,
se debe corregir la profundidad, como se muestra a continuación,
Si
𝑑
𝑛
>
𝑏
2
, entonces la profundidad debe ser reducida en
𝑑
𝑛
−
𝑏
2
Si
𝑑
𝑛
<
𝑏
2
, entonces la profundidad debe ser incrementada en
𝑏
2
− 𝑑
𝑛
Las dimensiones de las esquinas fileteadas son determinadas a partir de
relaciones según las Ecuaciones 9 a 12. La nomenclatura puede verse en la
Figura 17.
𝐶 = 0.100 𝑏
Ecuación 10
𝐽 = 0.210 𝑏
Ecuación 11
𝐹 = 0.417 𝑏
Ecuación 12
𝑍 = 0.715
Ecuación 13
-
Platina de Acero: Para prevenir peligro de cavitación o erosión en el piso y las
paredes de la cámara de aquietamiento, éstos deben ser cubiertos por una
lámina de acero inoxidable de ½ pulgada de espesor; las paredes deben
cubrirse hasta una altura de 1.5 Dv.
La platina de acero debe ser soldada en las uniones y anclada al concreto con
pernos de acero inoxidable. Para evitar peligro de acción galvánica, se debe
prevenir el contacto entre el acero inoxidable y el refuerzo de acero.
2.2.2 Modelo Universidad de Medellín
Este modelo fue desarrollado por Jesús Alejandro Londoño y José María Estrada en
1987, en la Universidad Medellín. La experimentación se realizó sobre un modelo
construido en el Laboratorio de Hidráulica basado en similitud geométrica y similitud de
Froude. Esta última aplicada al caudal, la presión y las velocidades. Se evaluaron seis
tanques de quiebre de presión sobre el mismo modelo (Corcho Romero & Duque Serna,
2005).
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2.2.2.1 Descripción (Camargo Gómez, 1999)
En el modelo propuesto, la disipación de energía se da por dos flautas concéntricas en la
tubería de descarga. Este dispositivo ha presentado un buen funcionamiento, y entidades
como la Federación Nacional de Cafeteros lo han utilizado con éxito.
El modelo propuesto se muestra en la Figura 18.
Figura 18. Modelo cámara de quiebre
– Universidad Medellín.
Fuente: (Corcho Romero & Duque Serna, 2005).
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donde,
L: Longitud total interior del tanque (m).
a: Ancho total interior del tanque (m).
b: Distancia de la pared de entrada al vertedero interior (m).
c: Distancia del vertedero interior a la pared de salida (m).
H: Altura total interior del tanque (m).
h: Altura del vertedero interior (m).
p: Profundidad a la cual debe permanecer el agua para un adecuado funcionamiento. Se
logra mediante estrangulación de la válvula de salida (m).
e: Espesor del vertedero interior (m).
Di: Diámetro de la tubería interior del dispositivo de entrada (pulg.).
De: Diámetro de la tubería exterior del dispositivo de entrada (pulg.).
Li: Longitud de la tubería interior del dispositivo de entrada (m).
Le: Longitud de la tubería exterior del dispositivo de entrada (m).
Ni: Número de perforaciones que debe tener el tubo interior del dispositivo de entrada.
Ne: Número de perforaciones que debe tener el tubo exterior del dispositivo de entrada.
Si: Longitud en la cual se deben distribuir las perforaciones del tubo interior del dispositivo
de entrada (m).
Se: Longitud en la cual se deben distribuir las perforaciones del tubo exterior del
dispositivo de entrada (m).
θi: Diámetro de las perforaciones del tubo interior del dispositivo de entrada (pulg.).
θe: Diámetro de las perforaciones del tubo exterior del dispositivo de entrada (pulg.).
Ds: Diámetro de la tubería de salida (pulg.).
Dr. Diámetro de la tubería de rebose (pulg.).
Hr: Altura de la tubería de rebose (m).
Dentro de los elementos importantes para el buen funcionamiento de un tanque de
quiebre de presión se tienen los tubos perforados, que son los encargados de disipar la
energía. El tubo perforado interno, debe en todos los casos poseer un tapón en la parte
inferior, separado 5 cm del fondo para que exista una distribución uniforme del caudal a
través de los orificios. Esta separación junto con las dimensiones del flotador determina la
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longitud Li del niple interior de entrada. El tubo perforado externo, debe poseer en el fondo
un tapón o preferiblemente una platina, a fin de evitar la erosión que podría causar, las
altas turbulencias y velocidades que se presentan en ese sitio. En cuanto a las
perforaciones de ambos tubos es importante aclarar que los diámetros recomendados
pueden ser reemplazados por mayores o menores siempre y cuando se conserve la
misma área distribuida en igual longitud. Además es importante que sea concéntrico al
primero para que se pueda formar el colchón en forma de anillo.
En la tubería de salida del tanque es necesario colocar una válvula de contención, que
será la encargada de mantener el colchón de agua en las dos cámaras, evitando la
inclusión de aire en la conducción. La calibración se hace en las horas de máximo
consumo hasta obtener la altura de agua recomendada. Es necesario observar, al menos
durante media hora el nivel del agua a fin de verificar que se ha estabilizado
completamente.
En caso que el diseñador determine el uso de una válvula de flotador para restringir el
flujo, en aquellas horas donde no se presente mucho consumo en la red, es necesario
conocer de antemano el tipo de flotador que usará, para que de esta manera se determine
la altura de la tapa.
En la cámara de entrada es necesario ubicar una tapa de mínimo 0,5 x 0,5 m para darle
mantenimiento al tanque. Es importante proveer al tanque de desagües en ambas
cámaras para practicar limpieza.
2.2.2.2 Dimensiones propuestas (Camargo Gómez, 1999)
El objetivo inicial de este estudio era obtener parámetros de diseño para los tanques de
quiebre de presión, de tal forma que cualquier diseñador pueda obtener su propio tanque,
para las condiciones que su caso requiera con base en las recomendaciones, parámetros,
ecuaciones o cualquier otro tipo de información que se le suministre.
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Sin embargo, los resultados obtenidos de la experimentación, no permitieron generar una
formulación precisa que permita hacer diseños específicos, para las diferentes
condiciones de caudal y presión que en cada caso se puedan tener, pues no es posible
relacionar las diferentes variables con las que se han obtenido resultados favorables y
obtener unas recomendaciones únicas, aplicables a todas las situaciones, debido a que
no existe ninguna relación directa entre ellas.
Por lo tanto, los autores de este trabajo de grado, optaron por tomar las dimensiones y
condiciones que presentaron resultados satisfactorios y realizar varios diseños de tanques
que fueran óptimos tanto en funcionamiento como en economía, y a los cuales se les
pueda especificar las condiciones en que debe trabajar, de tal forma que el diseñador,
seleccione para cada necesidad el que mejor se adapte a sus requerimientos. Las
dimensiones típicas se determinan con base en el caudal y la presión de servicio en el
punto y se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2. Características de tanques de quiebre de presión.
TANQUE
1
2
3
4
5
6
Caudal Máximo (L/S)
42
25
17
7.50
4.50
3.00
Altura de Presión Máxima (mca.)
140
140
140
7
70
70
L (m)
1.40
1.20
1.0
0.70
0.60
0.50
a (m)
1.0
1.0
1.0
0.50
0.50
0.50
b (m)
0.80
0.60
0.40
0.40
0.30
0.20
c (m)
0.50
0.50
0.50
0.25
0.25
0.25
H (m)
1.20
1.20
1.10
0.60
0.60
0.50
h (m)
0.40
0.40
0.40
0.20
0.20
0.20
P (m)
0.80
0.80
0.70
0.40
0.40
0.35
e (m)
0.10
0.10
0.10
0.05
0.05
0.05
Di (pulg.)
4
4
3
2
2
1
De (pulg.)
8
8
4
4
3
Li (m)
0.675 0.675 0.575 0.375 0.375 0.325
Le (m)
1.00
1.00
0.90
0.50
0.50
0.45
Ni
36
35
38
36
35
38
Si (m)
0.30
0.50
0.24 15.00
0.25
0.12
Se (m)
0.40
0.50
0.40 20.00
0.25
0.20
θ
i (pulg.)
1.50
1.50
1.00
0.75
0.75
0.50
θ
e (pulg.)
1.50
1.50
1.00
0.75
0.75
0.50
Fuente: (Corcho Romero & Duque Serna, 2005).
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Tabla 2. (Continuación) Características de tanques de quiebre de presión.
TANQUE
1
2
3
4
5
6
Ds (pulg.)
6
4
4
3
2
2
Dr (pulg.)
6
4
4
3
2
2
Hr (pulg.)
0.90
0.90
0.80
0.50
0.50
0.45
Fuente: (Corcho Romero & Duque Serna, 2005).
2.2.3 Modelos Empíricos
Las cámaras de quiebre hoy en día, son utilizadas en muchos de los acueductos de
Colombia, en parte por la geografía quebrada y también por la creencia de diseño errónea
que entre más alta se coloque la captación es mejor, lo cual hace que sean necesarias
varias cámaras de quiebre a lo largo de la aducción.
Son diversos los modelos que se han diseñado e instalado en Colombia, pero la mayoría
tienen en común, los siguientes elementos:
1. Caja para válvula de cierre a la entrada y entrada y salida de la cámara de
quiebre. Esta puede ser en mampostería, con tapa de acceso en alfajor.
2. Válvula de flotador para control del caudal de entrada, además de inducir mayores
pérdidas al sistema,
3. Cámara de turbulencia y cámara de aguas tranquilas, separadas por un tabique
interior a media altura.
4. Accesorios de entrada, salida, rebose y limpieza.
5. Tapas de Acceso.
Un modelo típico, se muestra en la Figura 19 y la Figura 20.
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Figura 19. Modelo cámara de quiebre
– Empírico.
Fuente: Autor.
PLANTA
1
1
1
ESCALA:1:125
1
1
1
ESCALA:1:125
CORTE LONGITUDINAL
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Figura 20. Modelo cámara de quiebre
– Empírico (2).
Fuente: Autor.
La numeración de los accesorios de conexión de las cámaras anteriormente expuestas,
se detallan en la Tabla 3.
Tabla 3. Accesorios cámaras de quiebre empíricas.
No.
DESCRIPCIÓN
1
Adaptador macho PVC 0
2
Registro ERxER
3
Niple HG ERxER L=120 mm
4
Unión universal HG
5
Pasamuro HG ERxER=350 mm Z=175 mm
6
Válvula de flotador CLASE 125-175 PSI
7
Niples PVC L=250 mm
Fuente: Autor.
PLANTA-CUBIERTA TAPAS
1
1
1
ESCALA:1:125
CORTE TRANSVERSAL
1
1
2
ESCALA:1:125
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Tabla 3. (Continuación) Accesorios cámaras de quiebre empíricas.
No.
DESCRIPCIÓN
1
Adaptador macho PVC 0
2
Registro ERxER
3
Niple HG ERxER L=120 mm
4
Unión universal HG
5
Pasamuro HG ERxER=350 mm Z=175 mm
6
Válvula de flotador CLASE 125-175 PSI
7
Niples PVC L=250 mm
8
Codo PVC
9
Niple PVC L=500 mm
10
Pasamuro HG ELXER L=250 mm
1 1
Registro ERXER
12
Niple HG ERXER L=120mm
13
Adaptador hembra PVC
Fuente: Autor.
2.3
ESTRUCTURAS PARA REDUCCIÓN DE PRESIÓN: VÁLVULAS Y PLATINAS
2.3.1 Válvulas Reductoras de Presión
Las válvulas son un elemento muy importante en el diseño de tuberías. Son usadas para
regular el flujo y la presión, proteger las tuberías y bombas de sobrepresiones, ayudar a
prevenir fenómenos de transientes, prevenir contraflujos en las bombas, remover aire,
entre otras varias funciones. En general, pueden clasificarse en cuatro categorías, a
saber: válvulas de control, válvulas reguladoras de presión, válvulas de contención y
válvulas de control de aire. Como se observa, las válvulas son muy útiles dentro de un
sistema de abastecimiento, pero si no se seleccionan y operan adecuadamente, pueden
causar muchos problemas.
2.3.1.1 Descripción (Mateos de Vicente, 2006)
Las válvulas reductoras de presión (VRP) son aquellas válvulas que reducen la presión en
un punto de la red, mediante una regulación del paso de caudal. Cuando la presión de
salida sea la adecuada, se mantiene esa presión abriéndose automáticamente la válvula,
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cuando el caudal aumenta y cerrándose cuando éste disminuye. Para un caudal
constante la válvula queda estabilizada en una posición.
Básicamente, las válvulas reductoras pueden clasificarse en dos grupos:
Las que proporcionan una presión constante a la salida, calibrada previamente,
con independencia de las fluctuaciones en la presión aguas arriba. Es decir, la
presión a la salida de la válvula es siempre la misma.
Las que regulan una presión de salida en función proporcional a la presión aguas
arriba.
Conviene aclarar que las válvulas reductoras de presión, a veces se les llaman válvulas
reguladoras de presión. Esta denominación puede llevar a confusión, pues válvulas
reguladoras son las que mantienen una presión aguas arriba, o las que regulan la presión
manteniéndolas por debajo de un máximo. Así, es mejor que se identifiquen por alguno de
los siguientes nombres: válvulas reductoras de presión, válvulas reguladoras reductoras
de presión, y válvulas mono reductoras.
Las válvulas, dependiendo a la forma de operarlas, se pueden clasificar en válvulas
reductoras de acción directa y válvulas reductoras de mando por piloto externo. Ambas
pueden ser de pistón o diafragma.
2.3.1.2 Partes VRP (Corcho Romero & Duque Serna, 2005)
2.3.1.2.1 Válvula reductora
Está constituida por los siguientes elementos (Ver Figura 21):
Cuerpo: Parte mayor de la válvula en cuyo interior está colocado el conjunto móvil.
Conjunto móvil: Consta de un eje o vástago alrededor del cual está montado un
émbolo doble, un diafragma y un resorte. También contiene los anillos de sellado.
Cubierta: Instalada sobre el cuerpo unida a éste mediante pernos.
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2.3.1.2.2 Válvula Piloto
Censa continuamente la presión aguas abajo de la válvula principal y la mantiene en un
valor constante. Se encuentra ubicada aguas abajo de la válvula principal.
2.3.1.2.3 Válvula de Aguja
Evita los golpes de ariete generados por el cierre rápido de válvulas de control. Esta
válvula controla la velocidad en válvulas de control hidráulico. Se encuentra ubicada
aguas arriba de de la válvula principal.
2.3.1.2.4 Accesorios Opcionales
Para el correcto funcionamiento de las VRP, se hacen necesarios accesorios, tales como,
filtros, ventosas, indicador de alza en la válvula principal, entre otros.
2.3.1.3 Funcionamiento (Corcho Romero & Duque Serna, 2005)
La válvula reductora de presión está controlada por una válvula piloto (control reductor de
presión). El control contiene un resorte ajustable el cual se coloca en un punto que
garantice una presión constante de descarga de acuerdo con la presión de salida.
Cuando la presión de salida comienza a superar el punto de presión establecido, el
control se mueve hacia la posición de cerrado, estrangulando el flujo por el canal que
comunica el control con la válvula principal, lo que hace incrementar la presión en la
cámara superior de la válvula, cerrándose ésta un poco hasta encontrar el punto que
garantice la presión preseleccionada para la salida.
Si la presión de salida disminuye por debajo del límite, el control se mueve hacia la
posición de abierta aumentando el flujo por el canal que comunica el control con la válvula
principal, lo que origina una pérdida de presión en la cámara superior de la válvula
principal, abriéndose ésta un poco para mantener la presión de salida constante igual a la
preseleccionada.
La válvula de cierre está regulada por una válvula de aguja ajustable y la velocidad de
apertura está regulada por un control de flujo ajustable.
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Figura 21. Sección y lista de componente de VRP
– Acción directa.
Fuente: (Mateos de Vicente, 2006).
2.3.1.4 Diseño VRP
El diseño se basa en seleccionar el diámetro de la VRP, verificando condiciones de
cavitación y velocidad máxima permitida. En la actualidad, se han desarrollo gráficas que
permiten simplificar la verificación del efecto de la cavitación, por lo que un análisis
extensivo no se hace necesario. Para tal efecto, se recomienda, estudiar este fenómeno
en (Tullis, 1989).
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Como datos de entrada se requieren:
P
1
: Presión a la entrada de la válvula
P
2
: Presión necesaria a la salida de la válvula (reducida)
V
máx
: Velocidad máxima en la válvula, generalmente es suministrada por el fabricante.
Q
min
: Caudal mínimo normal
Q
máx
: Caudal máximo normal.
Entre los pasos a seguir para el dimensionamiento de la válvula principal se tienen:
Cálculo del tamaño según velocidad
𝐷
𝑚í𝑛
=
𝑄
𝑚á𝑥
𝑉
𝑚á𝑥
× 0.64
Ecuación 14
donde:
Q
máx
: Caudal Máximo normal (GPM)
V
máx
: Velocidad máxima en la válvula (fps)
Tener en cuenta que la velocidad máxima debe ser menor a los valores máximos
recomendados, según el material de la válvula, como se ve en la Tabla 4.
Tabla 4. Valores velocidad máxima recomendados en válvulas.
MATERIAL
Vmáx
Hierro
18 fps
Acero
25 fps
Fuente: (Mateos de Vicente, 2006).
Cálculo del tamaño según Cv mínimo
El factor Cv es el caudal por unidad de tiempo que fluye a través de la válvula
cuando la pérdida de presión es unitaria. En el sistema internacional es el número
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de litros por segundo de agua a los 15ºC que fluye a través de la válvula cuando la
diferencia entre la presión de entrada y la presión de salida es de un kilo pascal.
𝐶𝑉
𝑚í𝑛
=
𝑄
𝑚á𝑥
𝑃1
𝑚í𝑛
− 𝑃2
𝑚á𝑥
Ecuación 15
donde:
Q
máx
: Caudal Máximo normal (GPM).
P1
mín
: Presión de entrada de la válvula (psi).
P2
máx
: Presión de salida de la válvula (psi).
Con el valor de Cv min, determinar el diámetro, según Tabla 5.
Tabla 5. Valores Cv máximo recomendados en válvulas.
Diámetro (in)
3
4
6
8
10
CV
124
220
460
840
1250
Fuente: (Mateos de Vicente, 2006).
Seleccionar el diámetro que cumpla con Cv mín y que no exceda la velocidad
correspondiente al material escogido, es decir, escoger el mayor diámetro de los
cálculos según Cv mín y velocidad máxima.
2.3.1.5 Estación Reductora de Presión (Corcho Romero & Duque Serna, 2005)
Para un correcto funcionamiento de las válvulas reductoras de presión, estás necesitan
otras válvulas y accesorios que deben instalarse en una cámara, que se conoce como
estación reductora de presión.
Para efectos de mantenimiento, se instalan dos válvulas de cierre, pueden ser de
compuerta o mariposa, una aguas arriba y otra aguas abajo de la válvula reductora de
presión. Estas válvulas son del mismo diámetro de la VRP. Además deben proveerse dos
llaves de incorporación para la instalación de manómetros aguas arriba y aguas abajo
para el control de presiones.
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Es aconsejable instalar un filtro colador aguas arriba de la VRP, aún cuando el agua sea
filtrada, pues siempre hay arrastre de partículas que ocasionan desgaste a la válvula y
dificultan su correcto funcionamiento (Ver Figura 22).
Puede ocurrir que las variaciones de consumo sean tan grandes que no sea posible
obtener una válvula que satisfaga las necesidades de caudal mínimo y máximo, o que
exista gran incertidumbre en estos valores, que obliguen a emplear una estación
reductora de presión con dos válvulas en paralelo, una de diámetro mayor para los
caudales mayores y otra de menor diámetro para los caudales menores.
La instalación de dos VRP en paralelo permite conservar el servicio en forma
ininterrumpida cuando una de ellas se encuentre en operación.
Además, puede presentarse que la presión de entrada sea muy grande por lo que es
necesario instalar dos válvulas reductoras en serie.
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Figura 22. Modelo de estación reguladora de presión.
Fuente: (Corcho Romero & Duque Serna, 2005).
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2.3.1.6 Innovaciones en VRP
Las válvulas reductoras de presión sólo pueden reducir una parte de la presión de
entrada; generalmente, la presión de salida es la tercer parte de la presión de entrada,
así se garantiza el buen funcionamiento de la válvula, dentro de los límites de velocidad
máxima y que no se presente cavitación o en su defecto cavitación moderada. Esta
restricción ha llevado a la creación de estructuras complementarias, como es el caso de
jaulas anticavitatorias, que entre otras empresas las comercializa TECVAL
®
. Estos
elementos van dentro de la válvula reductora de presión y consta de un cuerpo con
orificios, que se determinan de acuerdo con las características propias del proyecto (Ver
Figura 23).
Figura 23. Jaula Anticavitatoria.
Fuente: TECVAL
®
.
2.3.2 Placa de Orificios
Las placas de orificios son disipadores eficientes de energía que han sido usados
principalmente en proyectos hidroeléctricos y que consisten en variaciones súbitas de la
sección transversal. Estos elementos han sido usados debido a su simplicidad,
construcción conveniente y alto porcentaje de disipación (Ver Figura 24).
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Figura 24. Placa de orificios.
Fuente: (Jianhua, Wanzheng, & Qi, 2010).
2.3.2.1 Descripción
La placa de orificios es básicamente una lámina plana circular con un número
determinado de orificios. Los parámetros a tener en cuenta son el diámetro de los orificios
(d), diámetro de la tubería (D), espesor de la placa de orificio (T), la longitud de
recirculación y el número de Reynolds (Re) (Ver Figura 25).
Figura 25. Flujo a través de la placa de orificios.
Fuente: (Jianhua, Wanzheng, & Qi, 2010).
2.3.2.2 Diseño Placa de Orificios
Cuando se coloca una placa de orificio en una tubería, al igual que cualquier otro
obstáculo, se produce una disminución local de la presión.
Un procedimiento de diseño fue propuesto por Jianhua, Wanzheng & Qi en 2010 como
función de la proporción de diámetros (d/D), proporción del espesor de la placa (T/D) y del
número de Reynolds de aproximación. Sin embargo, en esta metodología el análisis de
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cavitación se hace muy ligero, por lo que el diseño propuesto en se realizará con base en
Tullis (1989).
La cavitación produce ruido, fluctuaciones de la presión, erosión, y en avanzados estados
de la misma, puede reducir considerablemente la efectividad de la placa de orificio. El
nivel aceptable de cavitación para una válvula o placa de orificio, varía con el tipo de
elemento. Por ejemplo, para una válvula de control que funcione de manera continua, lo
más recomendable es seleccionarla de forma que el nivel de cavitación sea el mínimo, de
forma que la erosión y el ruido y vibraciones sean aceptables.
2.3.2.2.1 Límites de cavitación
Una solución analítica al problema de cavitación, no ha sido aún encontrado. Así, los
esfuerzos se centran en experimentos de laboratorio que permitan encontrar relaciones
que determinen los diferentes niveles de cavitación.
A fin de tener una información adecuada para el análisis y diseño de placas de orificio y
válvulas, es necesario identificar y proporcionar datos experimentales para varios niveles
de la intensidad de cavitación. En principio se pueden definir cinco niveles de cavitación
que representan las posibles intensidades de cavitación:
Cavitación Incipiente: Se define como la condición del flujo en la que la cavitación
comienza a ser detectable. Usualmente se identifica con sonidos suaves e
intermitentes que pueden ser detectados por el oído humano o mediante la
asistencia de hidrófonos o acelerómetros.
Cavitación contante o Crítica: Este segundo límite de cavitación se define como la
situación del flujo en la que aparece cavitación continúa en un grado moderado.
Puede identificarse por medios de detección sonora (se caracteriza por ruidos de
intensidad inferior a 80 dB). La cavitación crítica no se considera generalmente un
problema y no debería producir daño o reducir la vida de servicio de la válvula.
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La cavitación crítica se debe considerar como el valor límite de diseño para
válvulas o elementos que requieren un funcionamiento continúo, en medios donde
algo de ruido de cavitación se puede tolerar, pero fuertes ruidos, intensas
vibraciones o daños quieren ser evitados.
Cavitación con daños incipientes: Se caracteriza, como su nombre indica, por el
comienzo de la erosión de los contornos de la válvula. Este nivel de cavitación no
es estable y es la antesala de la situación de bloqueo del caudal. La característica
principal de este nivel, aparte de los daños físicos, es la disminución del caudal
debido a la reducción de la sección de paso, ocupada por las burbujas gaseosas.
Cavitación con bloqueo: En este nivel extremo se bloquea el caudal circulante
debido a la obstaculización provocada por las burbujas. Llegados a este extremo,
el caudal no aumentará aunque se reduzca la presión a la salida de la válvula.
Máximo nivel de ruido y vibración
Para el cálculo y diseño de placas de orificio se toleran los tres primeros niveles. La
intensidad de cavitación incipiente consiste en ligeros e intermitentes sonidos de burbujas
estallando que son ligeramente perceptibles. La cavitación incipiente es por tanto un límite
de diseño muy conservador y su uso como límite de diseño se recomienda para casos
extremos cuando el ruido de la cavitación no es tolerable.
2.3.2.2.2 Metodología de Diseño Placa de Orificios
La metodología propuesta consiste básicamente en dos pasos: establecer la condición
límite de cavitación en la placa de orificio y luego estimar el área de orificios, a partir de
datos experimentales. Los datos experimentales se pueden obtener a través de tres
recursos:
Pruebas de laboratorio en la válvula real que reproduzcan condiciones similares
del sistema.
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Pruebas en una válvula modelo.
Datos provenientes de literatura.
En esta metodología se trabaja con datos provenientes de literatura, que son ajustados
por efecto de escala.
Como datos de entrada se necesitan:
Caudal de diseño, Q.
Presión de entrada, Pu.
Presión requerida aguas abajo, Pd.
Diámetro de la tubería, d.
Presión de vapor, Pvg.
Presión de vapor de referencia, Pvgo.
Los pasos a seguir se enumeran a continuación.
1. Establecer condición límite de cavitación.
2. Calcular velocidad como Q/A.
3. Calcular
σ (Ecuación 5).
4. Calcular coeficiente de descarga, Cd.
𝐶
𝑑
=
𝑉
2 𝑃
𝑢
−𝑃
𝑑
𝜌
+𝑉
2
Ecuación 16
5. Calcular índice de cavitación de referencia.
σ
i
= Cavitación incipiente.
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σ
c
= Cavitación Crítica.
σ
id
= Cavitación daño incipiente.
σ
ch
= Cavitación obstrucción incipiente.
𝜍
𝑖
= 0.62 + 4.4𝐶
𝑑
+ 6.6 𝐶
𝑑
2
+ 1.3 𝐶
𝑑
3
Ecuación 17
𝜍
𝑐
= 0.78 + 1.0 𝐶
𝑑
+ 7.9 𝐶
𝑑
2
+ 3.2 𝐶
𝑑
3
Ecuación 18
𝜍
𝑖𝑑
= −0.11 + 6.5 𝐶
𝑑
+ 7.6 𝐶
𝑑
2
+ 8.6 𝐶
𝑑
3
Ecuación 19
𝜍
𝑐
= 0.15 + 1.2 𝐶
𝑑
− 0.31 𝐶
𝑑
2
+ 3.3 𝐶
𝑑
3
Ecuación 20
6. Leer presión de referencia aguas arriba, Puo, de los valores del ensayo de
referencia, generalmente 90 psi.
7. Calcular presión aguas abajo para sistema de referencia, Pdo.
𝑃
𝑑𝑜
=
𝜍 × 𝑃
𝑢𝑜
+ 𝑃
𝑢𝑔𝑜
1 + 𝜍
Ecuación 21
8. Calcular efecto de escala por tamaño, SSE.
𝑆𝑆𝐸 =
𝐷
𝑑
𝑌
Ecuación 22
donde,
K: Coeficiente de pérdida de carga.
𝐾 =
1
𝐶
𝑑
2
− 1
Ecuación 23
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𝑌 = 0.3 𝐾
𝑖
−0.25
Ecuación 24
Para cavitación de daño incipiente,
σ
id
, SSE=1.
9. Calcular exponente para ajuste por efectos de escala, X.
Para cavitación de daño incipiente,
σ
id
, X=0.19.
Para otros valores, consultar (Tullis, 1989).
10. Calcular efecto de escala por presión, PSE.
𝑃𝑆𝐸 =
𝑃
𝑢
− 𝑃
𝑣𝑔
𝑃
𝑢𝑜
− 𝑃
𝑣𝑔𝑜
Ecuación 25
11. Calcular índice de cavitación de referencia ajustado, (Escogido en el paso 5).
𝜍
𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡 .
= 𝑃𝑆𝐸 × 𝑆𝑆𝐸 × 𝜍
𝑖,𝑐,𝑐
Ecuación 26
12. Relación de diámetros, do/D.
𝑑𝑜
𝐷
= 0.193 + 2.34 𝐶
𝑑
− 3.94 𝐶
𝑑
2
+ 2.73 𝐶
𝑑
3
Ecuación 27
13. Diámetro del Orificio (do).
𝑑𝑜 =
𝑑𝑜
𝐷
× 𝐷
Ecuación 28
14. Área del orificio, Ao.
𝐴𝑜 =
𝜋
4
× 𝑑𝑜
2
Ecuación 29
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15. Diámetro del agujero para la platina (supuesto), da.
16. Numero de Orificios.
#𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠 =
4 𝐴𝑜
𝜋 𝑑𝑎
2
Ecuación 30
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3
CRITERIOS DE SELECCIÓN: ESTRUCTURAS DE QUIEBRE Y/O REDUCCIÓN DE
PRESIÓN
Las estructuras de quiebre o reducción de presión se utilizan cuando por las condiciones
topográficas y de operación, se tiene una presión mayor a la presión de trabajo de la
tubería, o por condiciones de servicio, como en redes de distribución, cuando existe un
límite de la presión de entrega a las edificaciones.
Pero hoy en día estas estructuras se están utilizando por otras situaciones, que se deben
más a malas prácticas de ingeniería, a saber,
Por ahorro en el costo de las tuberías, se están usando tuberías con presiones de
trabajo bajas. El reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento
Básico, RAS
– 2000, deja a juicio del diseñador la relación diámetro espesor a
utilizar. Sin embargo para el caso de aducciones y conducciones, se debería fijar
como presión de trabajo mínima de 100 mca en zonas de pendientes abruptas.
Las captaciones se están localizando muy altas y alejadas del sitio de tratamiento
y distribución. Si bien con esta condición se quiere conseguir agua de mejor
calidad, debe existir un equilibrio en la relación costo - beneficio. Hay que tener
presente que entre más arriba se ubique la captación, hacia la parte alta de la
cuenca, menos cantidad de agua se puede captar. Además, aguas de mediana
calidad pueden mejorarse con una planta de tratamiento.
Si se tienen en cuenta las anteriores observaciones, muy seguramente serían menos las
estructuras a implementar a lo largo del país.
En la práctica, las cámaras de quiebre se utilizan generalmente en conducciones; las
válvulas reductoras de presión en aducciones, conducciones y redes de distribución.
Mientras las placas de orificios poco se utilizan, su uso se da más en conducciones de
diámetros grandes para reducir presión.
Para decidir qué estructura es mejor utilizar es necesario conocer las ventajas y
desventajas de cada una de ellas. Manuel Mateos en su libro Válvulas Reductoras de
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Presión, hace una comparación entre las válvulas reductoras y las cámaras de quiebre. A
continuación se numeran las más relevantes.
Cámaras de Quiebre
Ventajas
-
Reduce la presión de salida a cero.
-
No necesitan mucho mantenimiento.
Desventajas
-
La cámara de quiebre necesita generalmente una válvula de flotador o nivel,
que controle el llenado de la cámara e impida el desbordamiento.
-
Una válvula de flotador para presiones mayores a 30 mca, al verter a la presión
nula de la cámara de quiebre, puede sufrir efectos de cavitación.
-
La cámara de quiebre puede perder agua, difíciles de detectar por grietas en
su estructura o asentamiento del terreno.
-
El agua en una cámara de quiebre puede ser contaminada muy fácilmente.
Válvulas Reductoras de Presión
Ventajas
La válvula reductora de presión adapta su apertura para que pase solamente el
caudal necesario y así la presión aguas abajo se mantenga constante.
Desventajas
-
Las válvulas reductoras necesitan mantenimiento periódico.
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49
-
Costo inicial mayor que la cámara de quiebre.
-
No permite reducir la presión de salida a la atmosférica.
Algunos diseñadores consideran que para niveles de complejidad
1
medio alto y alto, no se
deberían construir cámaras de quiebre sino válvulas reductoras.
De acuerdo con las ventajas y desventajas, se puede establecer que para aducciones o
transporte de agua sin tratar donde se haga necesario reducir la presión hasta el valor de
presión atmosférica, se recomienda utilizar cámaras de quiebre de presión debido a que
el desperdicio de agua no es tan relevante y ante una eventual contaminación, el agua va
a un posterior tratamiento. Para el caso de conducciones o transporte de agua tratada y
de redes de distribución se recomienda utilizar válvulas reductoras de presión, por el
riesgo de contaminación y por el costo mayor del agua potable.
3.1
CÁMARAS DE QUIEBRE
Para establecer límites de aplicabilidad de los modelos de cámaras de quiebre
anteriormente estudiados, es necesario que éstos hayan sido probados en laboratorio y
se pueda cuantificar su eficiencia, así parámetros de diseño más relevantes.
De acuerdo con los modelos detallados en el Capítulo 2, se pueden establecer ciertos
rangos, que se constituyen una recomendación, y por tanto pueden variar según las
características propias del sistema.
Como parámetros de selección se tienen en cuenta variables hidráulicas como la
velocidad y la presión, y como variable técnica el nivel de complejidad, que generalmente
es un indicador del costo de producción y venta del agua en cada nivel.
1
Nivel de complejidad: Clasificación función del número de habitantes, de la capacidad económica y del grado
de exigencia técnica del sistema (Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico-
RAS, 2000).
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50
Si bien se acostumbra a utilizar como límite de presión 60 mca. para implementar una
cámara de quiebre, éste límite debería revaluado hasta 120 mca, que representa una
presión de trabajo que manejan los diferentes materiales utilizados hoy en día. La mayoría
de las veces, es más conveniente cambiar el RDE de la tubería, que optar por la
construcción de una cámara de quiebre.
La Tabla 6 muestra los valores recomendados de velocidad, presión y nivel de
complejidad para cada modelo estudiado.
Tabla 6. Valores recomendados de velocidad, presión y nivel de complejidad
para cámaras de quiebre.
Modelo
Velocidad(m/s) Presión (m) Nivel de complejidad
Modelo USBR
7
120
Alto, Medio Alto, Medio
Universidad de
Medellín
5
70
Medio, Bajo
Empírico
3
50
Bajo
Fuente: Autor.
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51
4
CASO DE APLICACIÓN: CÁMARAS DE QUIEBRE Y VÁLVULAS REDUCTORAS
DE PRESIÓN
Las cámaras de quiebre han sido las estructuras más utilizadas hasta el momento para el
quiebre y reducción de presión en sistemas de abastecimiento. El modelo que más se ha
implementado es el empírico.
Por las altas presiones a que es sometida la estructura, ésta debe ser construida en
concreto reforzado. Algunas veces, constructores optan por hacerla en mampostería, lo
cual puede causar erosión en la estructura y posibles fugas (Ver Fotografía 1).
Fotografía 1. Cámara de quiebre en mampostería.
Fuente: (Camargo Gómez, 1999).
Uno de los elementos que más daños sufre en las cámaras de quiebre de presión es el
flotador, debido a las altas presiones que soporta y que causan pueden causar cavitación.
A continuación se muestran algunas fotos donde se evidencia la poca confiabilidad de la
válvula flotador en este tipo de estructuras.
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Fotografía 2. Válvula de flotador con fugas.
Fuente: (Camargo Gómez, 1999).
Fotografía 3. Válvula de flotador con fugas (2).
Fuente: (Camargo Gómez, 1999).
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53
Fotografía 4. Válvula de flotador dañada.
Fuente: (Camargo Gómez, 1999).
4.1
CASO HONDA
El Municipio de Honda se encuentra ubicado al norte del Departamento del Tolima, en
límites con el Departamento de Caldas (Ve Figura 26).
En la actualidad, el municipio se abastece de la quebrada Padilla, la cual suministra la
mayor parte del tiempo el caudal necesario para los requerimientos del municipio. La
calidad del agua es buena dentro de los parámetros exigidos para una fuente de
abastecimiento.
Con fundamentos, y propósitos no muy claros, el municipio de Honda emprendió hace
mucho más de una década, la implementación de un proyecto para el transporte de agua
desde el río Medina, de la cuenca del río Gualí y en el ámbito territorial del municipio de
Mariquita, con la idea de conformar un acueducto regional integrado por los municipios de
Mariquita, Honda en el Tolima y el corregimiento de Puerto Bogotá, de Guaduas,
Cundinamarca.
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El proyecto carece de una conformación administrativa técnica y legal para constituir un
sistema regional. Sin embargo, su avance es de casi un 95%; hasta el momento están
construidas las estructuras de captación de fondo con presa vertedora, la aducción,
desarenador y la aducción desarenador
– planta de tratamiento. Sólo faltan algunas
conexiones y empalmes, además de superar la problemática propia de la puesta en
marcha para entrar en funcionamiento.
Figura 26. Localización municipio Honda.
La línea de aducción desarenador- planta de tratamiento tiene una longitud aproximada
de L= 17750 m (D18”-19.5%, D16”-36.5%, D14”-23.7%, D12”-20.3%) de material
policloruro de vinilo, PVC, en RDE 41, que soporta presiones máximas de 70 mca. La
diferencia de presión entre el desarenador y la planta de tratamiento es de más de 300 m,
por lo que se propusieron dispositivos de Quiebre de Presión (Ver Figura 27 y Anexo II).
Ilustraci
ón 1. Localización del Municipio de Honda
FUENTE: http://www.honda-tolima.gov.co/
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A la fecha, no existe un reporte de todos los estudios técnicos ni mucho menos el
presupuesto invertido en el acueducto regional. El último estudio contratado por el
municipio tiene por objeto el
análisis de ingeniería y costos para la
instalación de tubería
y accesorios para la terminación de la línea de conducción de agua potable del municipio
de Honda, elaborado por la Firma ESCALA en el año 2008. En éste se propuso la
instalación de 5 cámaras de quiebre de presión del modelo empírico, para un caudal de
160 L/s y en intervalos de 60 mca aproximadamente.
Al momento de la construcción, se decidió, sin ningún estudio previo, la implementación
de estaciones reductoras de presión, en vez de las cámaras de quiebre inicialmente
propuestas.
Las estaciones reductoras fueron instaladas hace más de 2 años y aún no entran en
funcionamiento. Según conversaciones con operarios y técnicos de la empresa
prestadora del servicio de acueducto y alcantarillado, EMPREHON, cuando han intentado
hacer pruebas en el sistema de aducción, las válvulas han presentado problemas, pues
sufren daños por elementos como hojas, y falta de calibración para el caudal de diseño.
Por esto, la mayoría de las veces les ha tocado bypasear el agua, lo cual a los pocos
metros, antes de llegar a la cámara de quiebre Nº 1, ha causado sobrecarga y posterior
explosión de la tubería, como se observa en la Fotografía 5, la Fotografía 6 y la
Fotografía 7.
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Figura
27. Perfil Línea de aducción río Medina
– Planta de tratamiento.
Fuente: (CONTELAC LTDA, 2011).
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Fotografía 5. Explosión tubería río Medina
– Honda.
Fuente: Autor.
Fotografía 6. Explosión tubería río Medina (2)
– Honda.
Fuente: Autor.
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Fotografía 7. Explosión tubería río Medina (3)
– Honda.
Fuente: Autor.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Las estructuras de quiebre o reducción de presión son de uso frecuente en los
sistemas de abastecimiento de agua debido a las condiciones topográficas y de
operación, cuando se presenta una presión mayor a la presión de trabajo de la
tubería; o por condiciones de servicio, como en redes de distribución, cuando
existe un límite de la presión de entrega en las edificaciones.
A fin de reducir la presión de entrada hasta la presión atmosférica, se utilizan las
cámaras de quiebre. Se estudiaron tres modelos, el del Bureau el cual se utiliza a
nivel mundial, pero en Colombia es poco conocido. Los más empleados en el país,
son el modelo de la Universidad de Medellín y un modelo empírico.
Las válvulas reductoras y las placas de orificio son utilizadas para reducir la
presión hasta límites de operación. Las primeras generalmente se implementan en
redes de de distribución de agua, y las segundas en conducciones de diámetros
grandes.
Del estado del arte realizado se concluye que muchas veces las estructuras para
quiebre y reducción de presión utilizadas en el país, soportan presiones por
encima de su rango de operación. Además, su implementación se ha visto
afectada por malas prácticas de ingeniería como colocar tuberías con presiones
de trabajo bajas y colocar la captación lo más alta posible sin que sea necesario.
El diseño de las estructuras de quiebre y presión, muchas veces se hace a la
ligera, sin estudiar los efectos de fenómenos como sobrepresión y la cavitación, lo
cual genera que las estructuras fallen a los pocos meses de instalación.
Se recomienda utilizar las cámaras de quiebre en aducciones y conducciones
donde se requiere reducir la presión hasta el valor de la presión atmosférica. Para
el caso de las redes de distribución, se recomienda utilizar en todo caso las
válvulas reductoras de presión. El uso de las placas de orificio se recomienda para
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reducción de presión y puede combinarse con las válvulas o cámaras de quiebre
para aumentar la eficiencia de estas estructuras.
Se recomiendan límites de operación para cada uno de los modelos de cámara de
quiebre, de acuerdo con la velocidad, presión y nivel de complejidad. Hay que
aclarar que estos son valores recomendados y que pueden variar de acuerdo con
características propias del sistema.
Tabla 6. Valores recomendados de velocidad, presión y nivel de complejidad.
Modelo
Velocidad(m/s) Presión (m) Nivel de complejidad
Modelo USBR
7
120
Alto, Medio Alto, Medio
Universidad de
Medellín
5
70
Medio, Bajo
Empírico
3
50
Bajo
Fuente: Autor.
Se propone un modelo con base en las ventajas de los modelos propuestos por la
USBR y la Universidad de Medellín. Básicamente, consiste en una tubería
perforada concéntrica dentro de una flauta, que llegan hasta el fondo de la cámara
y ahí se anclan al piso. Se complementa con un revestimiento en acero en la placa
inferior y las paredes laterales de la cámara (Ver Figura 28).
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Figura 28. Cámara de quiebre propuesta.
Fuente: Autor.
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BIBLIOGRAFÍA
Camargo Gómez, J. R. (1999). Criterios de Diseño de Cámaras de Quiebre de
Presión en Sistemas de Abastecimiento de Agua y Distritos de Riego- Estado del
Arte. Santafé de Bogotá.
COLOMBIA,Ministerio de Desarrollo Económico- Dirección de Agua Potable y
Saneamiento Básico. (2000). Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y
Saneamiento Básico-RAS. Santafé de Bogotá.
CONTELAC LTDA. (2011). Informe Diagnostico General del Sistema de Acueducto
del Municipio de Honda-Tolima. Santafé de Bogotá.
Corcho Romero, F. H., & Duque Serna, J. I. (2005). Acueductos, Teoría y Diseño.
Medellín: Sello Editorial. Universidad de Medellín.
Física en la Guía 2000. (s.f.). Recuperado el 8 de Enero de 2012, de
http://fisica.laguia2000.com/complementos-matematicos/ecuacion-de-continuidad
Jianhua, W., Wanzheng, A., & Qi, Z. (2010). Head Loss Coefficient of Orifice Plate
Energy Dissipator. Journal of Hydraulic Research, Vol. 48, No. 4 , 526
–530.
Jianhua, W., Wanzheng, A., & Qi, Z. (Vol. 48, No. 4 - 2010). Head Loss Coefficient
of Orifice Plate Energy Dissipator. Journal of Hydraulic Research , 526
–530.
Johnson, D. E. (1970). Sleeve Valves. Colorado: Institute on Control of Flow in
Closed Conduits, Colorado State University.
Mateos de Vicente, M. (2006). Válvulas Reeductoras de Presión. Madrid: Bellisco,
Ediciones Técnicas y Científicas.
Saldarriaga, J. (2007). Hidráulica de Tuberías. Santafé de Bogotá: Alfaomega.
Tullis, J. P. (1989). Hydraulics of Pipeline. Wiley - Interscience.
United States Department of the Interior - Bureau of Reclamation. (1978). Design
of Small Canal of Structures. Denver, Colorado: United States Goverment Printing
Office.
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United States Department of the Interior - Bureau of Reclamation. (1980). Hydraulic
Laboratory Techniques. Denver, Colorado: United States Goverment Printing
Office.
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ANEXOS
7.1
ANEXO I: CATÁLOGO VÁLVULAS TECVAL.
7.2
ANEXO II: PLANTA PERFIL ADUCCIÓN RIO MEDINA.