ES2407908B1 - Sistema de eliminación de sobrepresiones en transitorios hidráulicos - Google Patents

Abstract

Sistema de eliminación de sobrepresiones en transitorios hidráulicos para su utilización en conducciones hidráulicas que incorpora una válvula antirretorno (1) y un bypass (2) que incluye una válvula limitadora de velocidad (3) para la amortiguación y supresión de las sobrepresiones inducidas en las conducciones hidráulicas por el efecto de los transitorios generados por paradas bruscas de los grupos de impulsión o por otras causas como son los cierres rápidos de válvulas, etc.

Description

SISTEMADE ELIMINACIÓN DE SOBREPRESIONESEN TRANSITORIOS HIDRÁULICOS5OBJETO DE LAINVENCIÓNLa presente patente de invención tiene por objeto presentar un nuevo sistema para la amortiguación y supresión de las sobrepresiones inducidas en las conducciones hidráulicas por el efecto de los transitorios generados por paradas 10bruscas de los grupos de impulsión o por otras causas como son los cierres rápidos de válvulas, etc.ANTECEDENTES DE LAINVENCIÓN15Hasta el momento, el control de las variaciones de presión por transitorios en sistemas hidráulicos de conducciones cerradas en presión, se realiza con elementos que aportan el flujo (agua, aire) en la fase de caída de la presión (depresiones) de régimen al producirse un efecto transitorio por parada de bombas y/o cierre brusco de válvulas, y el amortiguamiento de la onda de retorno mediante la absorción de 20volumen (chimenea de equilibrio) o compresión de aire (calderín).A modo de resumen citamos los más característicos:• Chimenea de equilibrio: amortigualas depresiones y las sobrepresiones. (agua)25• Tanque unidireccional: amortigua las depresiones. (agua)• Calderín: amortigua las depresiones y las sobrepresiones. (agua)• Ventosas: amortigua las depresiones. (aire)• Abductores: amortigua las depresiones. (aire)• Válvulas de alivio: amortigua las sobrepresiones. (agua)30• By-pass en bombas: amortigua las depresiones. (agua)Todos estos sistemas existentes amortiguan las depresiones o sobrepresiones pero no las eliminan como en el caso del sistema que sedescribe a continuación.35 DESCRIPCIÓN DE LAINVENCIÓNEl sistema de eliminación de sobrepresiones en transitorios hidráulicos para limitar las sobrepresiones derivadas de transitorios en una tubería a presión, se basa en la disposición de una válvula antiretorno (1) que permite el flujo normal en la 5conducción principal y un bypass (2) para el flujo inverso de retorno que comunica la parte posterior a la válvula antiretorno con la parte anterior y que incorpora una válvula de sobrevelocidad (3).La misión de cada elemento es la siguiente:10• La válvula antiretorno (1) Permite el paso del flujo normal (+) e impide el flujo de retorno (-)• El by-pass (2) permite el paso del flujo inverso de retorno. • La válvula de sobrevelocidad (3) Limita el valor de lavelocidad del flujo por el 15by-pass (2) a un valor fijo de tarado.JUSTIFICACIÓN TÉCNICO-MATEMÁTICATenemos en cuenta los siguientes principios:201)CONDICIÓN DE TRANSMISIÓN252)CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA 30a)Si Qo/Sa< Vlimite=> Pasa la totalidad del caudal de retorno por el bypass Q1=Qob)Si Qo/Sa≥ Vlimite=> Q1= Vo Sa. Igualando energías se obtiene que:5Poniendo las pérdidas en función de la altura de velocidad.Siendo Kt = ∑Ki de los componentes del by-pass10Por lo tanto:Ec. [1] piezométrica aguas abajo 15Siendo:V0= Q0/SVa = Q1/ SaV1= Q1/SMétodo de las carácteristicas: Se presenta a continuación el significado de los términos anteriores en la aplicación del método de las características.20Ecuación de continuidadConservación de la energíaSe obtienen al utilizar el caudal en vez de la velocidad como variable básica, y al 25despreciar la velocidad del fluido al valor de la celeridad “a” (v<<<<a). Esta simplificación es equivalente a no considerar las variaciones de energía cinética a lo largo del conducto durante los regímenes transitorios.30 5DESCRIPCION DE LOS DIBUJOSPara completar la descripción y para mejor comprensión de la invención que se reivindica se adjuntan las correspondientes figuras en las que se representa lo siguiente:10-Figura 1.-Se representa una vista del sistema con los diferentes componentes.-Figura 2.-Se representa la misma vista del sistema con los diferentes 15componentes y flujos así como la explicación de los diferentes parámetros.-Figura 3.-Se representa un cuadro con un gráfico resultante del cálculo mediante un programa de software para el cálculo de transitorios en el que se aprecian las sobrepresiones en un caso que no incorpore el sistema propuesto 20en la presente invención.-Figura 4.-Se representa un cuadro con un gráfico igual al anterior en un caso que incorpora el sistema de eliminación de sobrepresiones propuesto en la presente invención.25REALIZACIÓN PREFERENTE DE LAINVENCIONComo se puede observar en la figura 1, en la que se contempla básicamente el diseño de un equipo homogéneo, aunque el sistema puede ser instalado en un 30equipo compacto o no,que utilice una válvula antiretorno (1) para flujos directos y un by-pass (2) con una válvula limitadora de velocidad (3) para amortiguar y controlar los flujos inversos de retorno. La versatilidad es amplia, ya que conceptualmente permite una gran elasticidad en su aplicación práctica.35 En un caso práctico más concreto se considera una conducción compuesta por un bombeo de 320 m de altura geométrica y 329,75 m de altura manométrica para un caudal de 280 l/s con una tubería de Ø600 mm de 8370 m de longitud, siendo las características hidráulicas las siguientes:5 Celeridad = 1300 m/s Cota eje de la bomba = 330 m Cota del depósito de toma = 331 m Cota depósito de llegada = 651 m Incremento de longitud = 418,50 m10 Nº Manning = 0,0091 Altura geométrica = 320 mLa bomba tiene como ecuaciones características:15Hm = 463,3991-630,4681 Q + 540,7562 Q2Cr = 4,9083 Q –7,5727 Q2Se han dispuesto los siguientes sistemas de eliminación de sobrepresiones:20D.Origen Diámetro Long V.máx Cota Sistema 1, 5000.00 0.050 4.00 3.00 432.500Sistema 2, 6000.00 0.050 4.00 3.00 461.000Sistema 3, 7000.00 0.050 4.00 3.00 502.000Sistema 4, 8000.00 0.050 4.00 3.00 558.00025A continuación se ha realizado el cálculo mediante un programa de software para el cálculo de transitorios hidraúlicos en conducciones en dos hipótesis; A) Sin sistema eliminación de sobrepresiones B) Con 4 sistemas de eliminación de sobrepresiones de Ø50 mm y limitadores de velocidad de 3 m/s cuyos resultados se 30plasman en los gráficos representados en las figuras 3 y 4 respectivamente.Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como unaforma de llevarla a la práctica, solamente queda por añadir que dicha invención puede sufrir ciertas variaciones en forma y materiales, siempre y cuando 35 dichas alteraciones no varíen sustancialmente las características que se reivindican a continuación.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES1.-Sistema de eliminación de sobrepresiones en transitorios hidráulicos caracterizado por que consta de una válvula antiretorno (1) colocada en la tubería de flujo normal y un bypass (2) para el flujo inverso de retorno que comunica la parte 5anterior y posterior a la válvula antiretorno (1) que incorpora una válvula de sobrevelocidad (3).