ES2322303T3 - Dispositivo de introduccion de aire en un deposito hidroneumatico. - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIVO DE INTRODUCCION DE AIRE 7 EN UN SISTEMA HIDRAULICO QUE COMPRENDE UN DEPOSITO HIDRONEUMATICO 3 MONTADO EN UNA CANALIZACION 1. EL DISPOSITIVO DE INTRODUCCION DE AIRE 7 ESTA MONTADO PARA INTRODUCIR AIRE EN UNA ZONA DE AGUA DEL SISTEMA DONDE LA PRESION P S ES, O BIEN INFERIOR, O BIEN LIGERAMEN TE SUPERIOR A LA PRESION ATMOSFERICA. EL DISPOSITIVO ESTA ACTIVO CUANDO SE HA DE RELLENAR LA FALTA DE AIRE EN EL DEPOSITO HIDRONEUMATICO.
Description
Dispositivo de introducción de aire en un
depósito hidroneumático.
El presente invento se refiere a un dispositivo
de introducción de aire en un depósito hidroneumático dotado de una
canalización hidráulica que puede ser, principalmente, una red de
distribución de agua potable o de riego, o una red de evacuación de
aguas usadas o de líquidos químicos.
Un depósito hidroneumático puede funcionar como
depósito de regulación (o hidróforo) para regular la presión de
bombeo y asegurar la continuidad del servicio en la canalización, en
un margen de presión entre un nivel alto y un nivel bajo. Al
sobrepasar el nivel alto de presión, la bomba (o una de las bombas)
de alimentación de la canalización se para. El depósito de
regulación realiza entonces un aporte de agua por la canalización.
Cuando se alcanza el nivel bajo, la bomba se vuelve a poner en
marcha para asegurar una presión y un caudal suficientes en la
canalización.
Un depósito hidroneumático puede igualmente ser
utilizado como depósito antiariete de una canalización hidráulica
con el fin de compensar los efectos de depresión y sobrepresión
provocados, por ejemplo, por la parada de una bomba o el cierre de
una válvula. El funcionamiento de dicho depósito se conoce
principalmente por la patente francesa nº 2 416 417 (ROCHE). El
documento EP 0617 227 describe por otra parte un sistema de
regulación de aire para un depósito hidroneumático.
El buen funcionamiento de un depósito
hidroneumático precisa que se mantenga una cantidad de aire lo más
constante posible en el interior de este. El depósito
hidroneumático contiene en efecto, durante su funcionamiento, agua
o un líquido cualquiera que fluye por la canalización, y aire
encerrado en el depósito hasta encima de la superficie del agua o
del líquido. Se puede producir una disolución del aire en el líquido
y crear así una variación de la cantidad de aire encerrado en el
depósito. Es pues necesario introducir aire en el depósito en caso
de ser insuficiente.
Para evitar el contacto entre el aire y el
líquido y evitar así una disolución del aire, se utilizan a veces
vejigas que presentan los inconvenientes de coste, incluso de
fragilidad, principalmente para las instalaciones de gran tamaño y
grandes presiones, de pérdida de carga durante el vaciado a causa de
la colocación de una rejilla destinada a prevenir la extrusión de
la vejiga, y la necesidad de control de inflado de aire del aparato.
Se puede igualmente citar la utilización de compresores de aire.
Sin embargo, éstos no están preconizados para las redes de agua
potable a causa del riesgo de presencia de aceite en el aire
inyectado, y son relativamente costosos.
El invento tiene como objeto remediar los
inconvenientes de los sistemas anteriormente citados proponiendo un
dispositivo de introducción de aire simple, poco costoso, con poco
consumo de energía y que no modifique el funcionamiento hidráulico
de la instalación.
El dispositivo de introducción de aire, según el
invento, está destinado a un sistema hidráulico que incluye un
depósito hidroneumático montado en una canalización. El dispositivo
de introducción de aire está montado de manera que introduzca aire
en una zona de agua del sistema donde la presión esté cercana a la
presión atmosférica, es decir inferior o ligeramente superior. El
dispositivo está activo únicamente cuando se constata una falta de
aire en el depósito hidroneumático. Así, la energía necesaria para
la introducción del aire es pequeña, incluso casi nula en algunos
casos.
El dispositivo incluye, en general, un tubo de
conducción de aire dotado de medios de control de la introducción
del aire.
En un modo de realización del invento, el
dispositivo de introducción de aire está montado en una canalización
entre una toma de agua y una bomba.
En otro modo de realización del invento, la
canalización está provista de un medio depresor aguas arriba del
depósito hidroneumático, estando conectado el tubo de conducción de
aire a dicho medio depresor.
En otro modo de realización del invento, el
dispositivo de introducción de aire incluye un tubo de derivación
conectado a una parte de agua del depósito hidroneumático, una bomba
auxiliar montada en el tubo de derivación, y un medio depresor
montado aguas abajo de la bomba auxiliar, estando el tubo de
conducción de aire conectado a dicho medio depresor.
Ventajosamente, el medio depresor incluye un
tubo de venturi. El tubo de venturi permite obtener una presión del
líquido localmente inferior a la presión atmosférica. Otros medios
depresores son posibles: diafragma, etc..
En un modo de realización del invento, el
dispositivo de introducción de aire incluye una válvula eléctrica y
un grifo de regulación o un limitador de caudal de introducción de
aire, dispuestos en el tubo de conducción de aire.
En un modo de realización del invento, el
dispositivo de introducción de aire está montado aguas arriba de
una bomba, desembocando el tubo de conducción de aire en la zona de
poca presión de la bomba. La zona de poca presión designa el lugar
de la bomba donde, durante su funcionamiento, se puede inyectar aire
y donde la presión de los filetes líquidos es mínima o próxima al
mínimo.
Como variación, el tubo de conducción de aire
puede desembocar en la alcachofa de entrada de la bomba.
El dispositivo de introducción de aire incluye
un pequeño sobrealimentador de aire montado en el tubo de conducción
de aire, cuando la presión P_{s} es superior a la presión
atmosférica. P_{s} es la presión absoluta en la zona de
introducción de aire y la alcachofa de bomba, zona de débil presión
de la bomba, canalización de aspiración aguas arriba de la bomba,
etc..
En un modo de realización preferido del invento,
la presión P_{s} es inferior a la presión atmosférica y el
sobrealimentador es inútil.
El invento tiene igualmente como objeto una
bomba dotada de un dispositivo de introducción de aire y un depósito
hidroneumático dotado de un dispositivo de introducción de
aire.
Gracias al invento, se puede introducir aire en
un depósito hidroneumático con un pequeño o muy pequeño consumo de
energía y utilizando un dispositivo de una gran simplicidad y de
poco coste.
Se comprenderá mejor el invento y aparecerán
otras ventajas con la descripción detallada de algunos modos de
realización dados a modo de ejemplo no limitativo e ilustrados por
los dibujos adjuntos en los que:
La figura 1 muestra esquemáticamente un sistema
hidráulico provisto con un dispositivo de introducción de aire
según el invento;
La figura 2 muestra esquemáticamente otro
sistema hidráulico con un dispositivo de introducción de aire
dispuesto en la entrada de una bomba;
La figura 3 muestra esquemáticamente un sistema
hidráulico provisto con una bomba sumergida, el dispositivo de
introducción de aire está montado en la bomba;
La figura 4 es una variante de la figura 3;
La figura 5 es otra variante de la figura 3;
La figura 6 muestra una variante de la figura
2;
La figura 7 muestra esquemáticamente un
dispositivo de introducción de aire con un sobrealimentador
sumergido.
La figura 8 es una vista lateral de alzado de un
depósito hidroneumático;
La figura 9 muestra esquemáticamente una
canalización dotada de un depósito de introducción de aire conforme
al invento;
Las figuras 10 y 11 muestran esquemáticamente un
depósito hidroneumático dotado de un dispositivo de introducción de
aire conforme al invento; y
La figura 12 muestra esquemáticamente una
variante en la que el dispositivo de introducción de aire está
dispuesto entre la canalización y el depósito hidroneumático.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se puede ver en la figura 1, el sistema
hidráulico incluye una canalización 1 provista de una bomba 2 y de
un depósito hidroneumático 3 dispuesto aguas abajo de la bomba 2 en
la canalización 1 y que sirve de depósito de regulación o de
depósito antiariete. La extremidad aguas arriba 1a de la
canalización 1 está dotada de una alcachofa 4 y de una válvula de
pie, no representada, para tomar agua o un líquido cualquiera de un
depósito 5.
En el caso de un uso como depósito de regulación
y únicamente considerando uno de los casos que pueden presentarse,
el depósito hidroneumático 3 permite adaptar el caudal de líquido en
la canalización 1 a las necesidades de los usuarios. Así, cuando el
líquido en el depósito hidroneumático 3 alcanza un nivel superior
6a, se para la bomba 2 y el depósito hidroneumático 3 se vacía
progresivamente suministrando líquido en la canalización 1. Cuando
el líquido en el depósito hidroneumático 3 alcanza el nivel inferior
6b, la bomba 2 se vuelve a poner en marcha para asegurar, por una
parte, el caudal en la canalización 1 y, por otra parte, el llenado
del depósito hidroneumático 3. Otro uso del depósito hidroneumático
es el empleo como depósito antiariete como ya se ha indicado.
El buen funcionamiento del depósito
hidroneumático 3 exige que una cantidad de aire relativamente
constante esté presente en su interior. Sin embargo el aire
presente en el depósito hidroneumático 3 tiene tendencia a
disolverse en el líquido.
Se prevé pues en la canalización 1 entre el
alcachofa 4 y la bomba 2, un dispositivo de introducción de aire 7
que incluye un tubo 8 cuya extremidad desemboca al aire libre y cuya
otra extremidad desemboca en la canalización 1, una válvula
eléctrica 9 y un órgano limitador de caudal de aire 10, por ejemplo
un grifo de regulación de introducción de aire, ambos dispuestos en
el tubo de conducción de aire 8. La válvula eléctrica 9 está unida
a un detector de falta de aire 11 dispuesto en el depósito
hidroneumático 3. El detector de falta de aire puede ser, por
ejemplo, un captador de nivel aunque son posibles otros
sistemas.
Únicamente cuando se tiene que rellenar una
falta de aire en el depósito hidroneumático 3 y la bomba 2 está en
funcionamiento, la válvula eléctrica 9 está abierta, lo que provoca
la introducción de aire por el tubo 8 en la canalización 1 aguas
arriba de la bomba 2. En efecto, la presión P_{s} que reina en la
porción de canalización 1 limitada por la bomba 2 y la alcachofa 4,
es inferior a la presión atmosférica a causa de la aspiración de la
bomba 2 y por el hecho de que esta está dispuesta encima del nivel
del plano de agua. El aire así introducido pasa después por la
bomba 2 y en el depósito hidroneumático 3.
Para no degradar las características de
funcionamiento de la bomba 2, se limita la cantidad de aire
introducida a una pequeña fracción, por ejemplo algunos por
cientos, del caudal de líquido en la canalización 1. Esta
regulación se efectúa gracias al grifo de regulación 10. Para
garantizar que todo el aire introducido en la canalización 1 pasa
al depósito hidroneumático 3, se puede prever una trampa de aire 12
dispuesta en la base del depósito hidroneumático 3. La trampa de
aire 12 puede consistir en una porción de canalización en pendiente
dirigida hacia abajo en el sentido aguas abajo.
Así, la introducción de aire es efectuada por
medio de un dispositivo simple, económico y cuyo único consumo de
energía es el necesario para el accionamiento de la válvula
eléctrica 9.
En la figura 2, el depósito 5 está dispuesto a
una altitud superior a la de la bomba 2. El dispositivo de
introducción de aire 7 está entonces dispuesto en proximidad
inmediata de la bomba 2, desembocando el tubo de conducción de aire
8 en la zona de poca presión de la bomba 2 para aprovechar el hecho
de que la presión P_{s} es inferior a la presión atmosférica.
En la figura 3, la bomba 2 es del tipo
sumergida. El dispositivo de introducción de aire 7 está aquí
también previsto con el tubo 8 desembocando en la zona de poca
presión de la bomba 2 para beneficiarse del hecho de que la presión
P_{s} es inferior a la presión atmosférica.
Por supuesto, el dispositivo de introducción de
aire funciona del mismo modo para una bomba o para una pluralidad
de bombas dispuestas en paralelo. Se puede prever un único
dispositivo para varias bombas, incluyendo entonces el tubo 8
ramificaciones hacia cada bomba después de la válvula eléctrica 9 y
el grifo de regulación 10 (figuras 1, 2, 3), o equipadas cada una
con una válvula eléctrica para evitar que el aire sobrealimentado no
llegue a las alcachofas de las bombas paradas (figuras 4 y 5 y
eventualmente 6).
En la figura 4, la bomba 2 está sumergida. El
tubo de conducción de aire 8 del dispositivo de introducción de
aire 7 desemboca en la alcachofa 4 de la bomba 2. La presión P_{s}
que reina en la alcachofa 4 es ligeramente superior a la presión
atmosférica. El dispositivo de introducción de aire 7 está pues
provisto de un sobrealimentador de aire 13 dispuesto aguas arriba
del grifo de regulación 10 y capaz de suministrar una ligera
sobrepresión respecto a la presión P_{s} que reina en la
alcachofa 4 menos la presión atmosférica y más las pérdidas de
carga en el dispositivo. Por ejemplo, puede ser necesaria una
sobrepresión de unas décimas de bar.
La figura 5 muestra una variante próxima de la
figura 4, en la que la bomba 2 es reemplazada por un grupo de
electrobomba sumergido provisto de una bomba 14 y de un motor de
arrastre 15. En el caso de las figuras 4 y 5, la válvula eléctrica
no es necesaria, ya que la introducción de aire está controlada por
el funcionamiento y la parada del sobrealimentador 13. En efecto,
el sobrealimentador 13 funciona únicamente cuando hace falta
compensar un déficit de aire en el depósito hidroneumático y cuando
la bomba funciona. Se puede dotar al tubo de conducción de aire 8
con una válvula 16.
La figura 6 muestra un sistema hidráulico
idéntico al de la figura 2, pero en el que el positivo de
introducción de aire es similar al de la figura 4 ya que P_{s} es
superior a la presión atmosférica. El dispositivo de introducción
de aire está provisto de un sobrealimentador 13 y su tubo 8
desemboca inmediatamente a la entrada de la bomba 2 o, lo que es
mejor, en la zona de poca presión de la bomba 2, lo que reduce el
valor de P_{s}. El sobrealimentador 13 puede estar dotado de una
botella-tampón, no representada, en el caso en el
que su caudal fuera demasiado importante. La válvula 16 o una
válvula eléctrica 9, es aquí indispensable para impedir un retorno
del líquido hacia el sobrealimentador 6, cuando la bomba 2 está
parada así como del sobrealimentador.
En la figura 7, el dispositivo de introducción
de aire 7 está provisto de un sobrealimentador 13 sumergido,
estando dispuesto el grifo de regulación 10 al aire libre, aguas
arriba del sobrealimentador 13 en el tubo de conducción de aire 8.
El tubo de conducción de aire 8 se conecta a una alcachofa o a la
zona de poca presión de una bomba sumergida, no representada.
En la figura 8, el depósito hidroneumático 3
está dispuesto en posición alargada y está unido a una porción de
canalización aguas arriba 1b y a una porción de canalización aguas
abajo 1c. Como las dos porciones de canalización 1b y 1c desembocan
directamente en el depósito hidroneumático 3 sin estar mutuamente
conectadas, se garantiza que el aire que llega por la porción de
canalización aguas arriba 1b permanece en el depósito
hidroneumático 3 y no es enviado a la porción de canalización aguas
abajo 1c. Un sistema equivalente puede dotar un depósito
hidroneumático en posición vertical, llegando entonces las porciones
de canalización 1b y 1c al fondo bombeado de este depósito.
Otros tipos de trampas de aire son posibles,
principalmente las que figuran en la patente europea nº 93 400 771,
7.
En algunos casos, principalmente para los
depósitos y hidroneumáticos instalados a gran distancia de una
bomba, y para introducir al aire mientras que se encuentran a una
presión superior a la presión atmosférica, se dispone de un sistema
depresor directamente en la canalización 1 o en derivación de manera
que se cree una zona donde la presión de servicio P_{s} es
inferior a la presión atmosférica.
En la figura 9, un tubo de venturi 17, que tiene
la forma de un estrechamiento, está dispuesto en la canalización 1.
El tubo de venturi 17 incluye una parte convergente 17a, una porción
cilíndrica 17b y una divergente 17c. La presión de servicio P_{s}
en la porción cilíndrica en 17b es ampliamente inferior a la presión
que reina en el resto de la canalización 1. El tubo de venturi 17
esta dimensionado para que la presión P_{s} sea inferior a la
presión atmosférica.
El dispositivo de introducción de aire 7 incluye
un tubo de conducción de aire 8 en comunicación con la porción
cilíndrica 17b, una válvula eléctrica 9 y un grifo de regulación 10.
Se logra así introducir aire en una canalización con fuerte presión
cuando la válvula eléctrica 9 está abierta.
Gracias al invento, se dispone de un dispositivo
de introducción de aire en un depósito hidroneumático adaptado a
sistemas hidráulicos de tipos variados, bombonas antiariete,
depósitos de regulación, de poco coste y de poco consumo de
energía.
Claims (9)
1. Dispositivo de introducción de aire (7) en un
sistema hidráulico que incluye una canalización (1), un depósito
hidroneumático (3) montado sobre la canalización, una toma de agua,
una bomba, y un tubo de conducción de aire, caracterizado
porque el depósito hidroneumático está montado en la canalización
entre una toma de agua y una bomba (2) de manera que se introduzca
aire cuando la bomba está en funcionamiento en una zona de agua del
sistema donde la presión absoluta P_{s} es o bien inferior, o bien
ligeramente superior a la presión atmosférica, estando activo el
dispositivo únicamente cuando se debe rellenar una falta de aire en
el depósito hidroneumático.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque incluye un tubo de conducción de aire
(8) dotado de medios de control de la introducción de aire.
3. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque la canalización está provista de un
medio depresor aguas arriba del depósito hidroneumático, estando
unido el tubo de conducción a dicho medio depresor.
4. Dispositivo según la reivindicación 3,
caracterizado porque el medio depresor incluye un tubo de
venturi (17).
5. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque incluye una
válvula eléctrica (9) y un órgano limitador de caudal (10) de
introducción de aire dispuestos en el tubo de conducción de
aire.
6. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque está montado aguas arriba de una bomba,
desembocando el tubo de conducción de aire en una zona de poca
presión de la bomba.
7. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque está montado aguas arriba de una bomba
sumergida, desembocando el tubo de conducción de aire en la
alcachofa (4) de entrada de la bomba.
8. Dispositivo según la reivindicación 6 ó 7,
caracterizado porque incluye un sobrealimentador de aire (13)
montado en el tubo de conducción de aire cuando la presión P_{s}
es superior a la presión atmosférica.
9. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la presión
P_{s} es inferior a la presión atmosférica.
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