Dispositivos de control de golpe de ariete

Dispositivos Supresores de Transitorios
Roberto Saldaña Granados

Un sistema hidráulico está protegido contra los efectos de los transitorios hidráulicos cuando la envolvente de cargas máximas se ubique por debajo de la línea de resistencia de la tubería, al mismo tiempo que la envolvente de cargas mínimas se ubique por encima del perfil de conducción, como lo muestra la figura 1.


Figura1. Envolventes de cargas extremas (1.0m3/s)

En aquellos casos en los que esto no suceda, como en el ejemplo de la figura 2, será necesario dotar al sistema de uno o más dispositivos de control de los transitorios hidráulicos. Estos dispositivos puedes ser simples accesorios, como una válvula de admisión y expulsión de aire (VAEA), o una válvula de alivio de golpe de ariete, o bien estructurascomplejas como una batería de cámaras de aire, integrada por tanques hidroneumáticos con un sistema de inyección de aire comprimido.


Figura 2. Envolventes de cargas extremas (2.0 m3/s)

En ocasiones bastará con un solo dispositivo para el control del transitorio hidráulico a lo largo de la conducción. Sin embargo, en algunos casos es necesario instalar dispositivos adicionales osecundarios para el control de transitorios, lo que es particularmente frecuente en líneas de conducción muy largas y con topografías relativamente planas.
En un sistema de bombeo normalmente se diseñan e instalan dispositivos de control que actúan sobre la onda negativa que se produce luego del paro accidental de los equipos de bombeo. Estos dispositivos evitan que se presente una falla por depresión ytiene la ventaja de que, al actuar sobre la onda negativa e impedir que ésta se propague en forma parcial o total hacia el extremo final de la conducción reducen también la magnitud de la onda positiva reflejada en ese punto, lo que disminuye considerablemente el riesgo de una falla por sobrepresión, es decir, el mismo dispositivo puede funcionar atenuar la onda de subpresión y la onda desobrepresión. Las figuras 3 y 4 muestran este tipo de fallas.


Figura 3. Falla por sobrepresión Figura 4. Falla por depresión (aplastamiento)

DEFINICION. Los dispositivos de control de transitorio (o supresores de transitorios) son estructuras para controlar las depresiones, sobrepresiones, burbujas de aire y demás perturbaciones en la conducción, ocasionadas por fenómenostransitorios.
Los dispositivos de control pueden clasificarse según su funcionamiento para atenuar la onda negativa o la onda positiva del transitorio
Para atenuar la onda negativa del transitorio: la torre de oscilación, la cámara de aire, el tanque unidireccional y la válvula de admisión y expulsión de aire (VAEA).
Para atenuar la onda positiva del transitorio: la válvula de alivio, cuyofuncionamiento es limitar las sobrepresiones en la conducción abriendo una conexión a la atmósfera cuando se rebasa una presión de calibración previamente seleccionada.

Otro dispositivo es el volante de inercia, cuya función es incrementar el momento polar de inercia de las masas rotatorias integradas por el rotor del motor, la flecha, el impulsor de la bomba y el fluido. Con este dispositivo, que tansólo es una gran masa acoplada a la flecha, se incrementa el tiempo en que se produce la caída de velocidad de giro del conjunto motor-bomba, de esta manera el disparo de la bomba ya no produce una interrupción brusca del flujo, sino que ésta se da en forma gradual. Evidentemente este dispositivo presenta la gran desventaja de requerir el sobredimensionamiento del motor eléctrico, por lo que esmuy poco utilizado en los sistemas de bombeo convencionales.
En el diseño de sistemas de bombeo es importante mantener una relación beneficio-costo óptima entre las especificaciones de la tubería, cuyo costo evidentemente se encarece para tuberías de mayor resistencia, y la instalación de dispositivos para el control de los transitorios hidráulicos. Así en sistemas de bombeo pequeños, con...