Calculo laterales

LLENADO DE TUBERÍAS CON AIRE ATRAPADO
Vicente S. Fuertes, Joaquín Izquierdo, Pedro L. Iglesias, Enrique Cabrera y Jorge García-Serra1
RESUMEN: Las conducciones con perfil irregular presentan una serie de particularidades que no pueden ser ignoradas, como puede ser la posible cavitación en los puntos
altos. Para evitar el colapso de la conducción se recurre a la instalación de ventosas, lascuales permiten la entrada de aire cuando la presión en el interior de la tubería es inferior
a la atmosférica. Pero el aire introducido en la conducción debe ser expulsado cuando se
vuelva a producir el llenado de la tubería, y ello debe hacerse de forma adecuada para
evitar sobrepresiones indeseables. La presencia de ventosas no siempre ofrece la
fiabilidad necesaria y puede llevar asituaciones más adversas de las que se pretendían
evitar. Incluso sin ventosas, el aire puede entrar en la conducción a través de las juntas,
válvulas, etc., durante las interrupciones temporales del suministro, situación muy
común en sistemas de riego pero que debería evitarse en abastecimientos urbanos. El aire
atrapado entre dos columnas de agua en una conducción a presión, con o sin ventosas,puede provocar importantes sobrepresiones cuando se proceda al arranque de la
instalación. En el presente artículo se pretende estudiar y modelizar el problema del llenado
de tuberías con aire atrapado para predecir el transitorio que se producirá y tratar de
evaluar los peligrosos picos de presión que pueden generarse. No se contempla la
presencia de ventosas por cuanto supone considerar laspeores condiciones y, en
consecuencia, la situación más desfavorable. Se utiliza el modelo rígido para analizar el
comportamiento de n bolsas de aire atrapado en tuberías de perfil irregular y se aplica
a un caso concreto, del cual se extraen interesantes conclusiones.

INTRODUCCIÓN
Las conducciones, con un perfil marcadamente irregular,
que transportan agua a presión presentan una serie desingularidades que no pueden ser ignoradas por los
ingenieros hidráulicos que las proyectan y/o mantienen. En
caso contrario, su buen funcionamiento y fiabilidad no
quedan plenamente garantizados. Los máximos relativos
de estas tuberías son, ciertamente, puntos muy sensibles a
las depresiones, especialmente durante los transitorios
que se generan al parar la instalación. Para evitar tanto elposible colapso de la conducción como la potencial
cavitación que toda depresión puede originar se recurre,
por lo general, a la instalación de ventosas en estos puntos.
Estas válvulas de aire, en su función de admisión,
impiden que la presión en el interior de la tubería sea muy
inferior a la atmosférica controlando, por tanto, de manera
eficaz aquellos potenciales problemas.
Ocurre, sinembargo, que el aire voluntariamente admitido
durante la parada de la instalación debe ser expulsado con
ocasión del nuevo llenado cuando la instalación es
rearmada. Y ello debe realizarse con la suficiente delicadeza como para que, durante este proceso, no aparezcan golpes de ariete indeseados. Estos pueden tener su
origen en:

El choque violento entre dos columnas de agua, antes
separadaspor una columna de aire atrapado que ha
sido purgada de la conducción con excesiva rapidez.
El choque de la columna de agua que avanza con la
propia ventosa que, al presentar al movimiento y expulsión del aire una resistencia muy inferior a la que
ofrecería a una columna análoga de agua, cierra bruscamente cuando el aire ya ha sido purgado en su totalidad.
Ambos hechos recomiendan seleccionarcuidadosamente la
ventosa, sobre todo por lo que a su misión de expulsión
de aire se refiere. Estas válvulas de aire, además de los
problemas derivados de un comportamiento no adecuado
a las necesidades de la instalación, incluyen elementos
móviles que requieren de un adecuado
mantenimiento preventivo que evite posibles agarrotamientos. La inaccesibilidad de muchos de los máximos...