El análisis del Golpe de Ariete en Tuberías utilizando Ariete puede ser extendido más allá de la obtención de resultados cuando la Aducción en estudio no posee dispositivos que permitan el control o la atenuación de los Efectos de este fenómeno.
De esta forma, el análisis del Golpe de Ariete en Tuberías que conducen agua puede ser complementado con la incorporación de dispositivos como Chimeneas de Equilibrio, Válvulas de Alivio y Tanques de Aire Comprimido. Inclusive, en el caso del estudio de una Aducción abastecida desde una Estación de Bombeo, es posible incluir tuberías de derivación (by-pass) a las bombas para controlar las depresiones generadas a su descarga por efecto de la desconexión accidental.
Contando con el Perfil Longitudinal y las condiciones de Contorno Aguas arriba y Aguas abajo de una Aducción definidas en un archivo de datos de Ariete, la inclusión de estos dispositivos de atenuación es tan sencilla como ubicar el punto de control o la progresiva en la cual éste será conectado y seleccionarlo desde la lista de dispositivos en el Diálogo Dispositivos en la Línea:
Luego, de acuerdo al dispositivo seleccionado, se presentará un diálogo para la introducción de los datos mínimos necesarios para realizar el Análisis del nivel de Atenuación obtenido en el Golpe de Ariete en Tuberías. Revisemos cada uno de los dispositivos incluidos en la versión actual de Ariete (Versión 1.0):
Chimenea Unidireccional
Una Chimenea Unidireccional es un tanque de almacenamiento (conformado por una tubería colocada verticalmente, la mayoría de las veces) y que generalmente es instalada en los puntos altos de la línea, teniendo como finalidad la incorporación del agua almacenada en ella hacia la Aducción cuando la presión en el Punto de Conexión es inferior a su altura de agua. De esta forma se controlan las depresiones que podrían conducir a presiones de vaporización del agua (Cavitación) con la consiguiente separación de la columna líquida.
El modelaje de las Chimeneas Unidireccionales en Ariete se realiza introduciendo los parámetros geométricos indicados en el siguiente diálogo:
Con estos datos el programa establece el volumen Inicial de la Chimenea Unidireccional en función del cual se realizará el análisis del Golpe de Ariete en Tuberías.
Chimenea Bidireccional
La Chimenea Bidireccional, de forma similar a la Unidireccional, es una tubería abierta a la atmósfera, con la particularidad de que permite el flujo desde ella hacia la Aducción y desde ésta hacia ella, restringiendo la transmisión de las ondas (sobrepresión y depresión) generadas por el Golpe de Ariete en Tuberías.
El modelaje de la Chimenea Unidireccional en Ariete considera que ésta es una tubería interconectada a la Aducción en el punto de control seleccionado y, para ello, se debe suministrar la información de Cotas de Fondo y Rebose, así como su Diámetro:
Una particularidad importante de la Chimenea Bidireccional es que ella se convierte en un dispositivo muy eficaz en la atenuación del Golpe de Ariete en Tuberías, cuanto más cerca de la fuente de perturbación transitoria en la Aducción sea colocada, evitando la transmisión de las ondas hacia aguas abajo de ella.
Tanque de Aire Comprimido
Un Tanque de Aire Comprimido, o Tanque Hidroneumático, es generalmente la opción alternativa al uso de Chimeneas de Equilibro en Aducciones, pues estos Tanques, utilizando la propiedad de compresibilidad del aire, evitan tener que recurrir a chimeneas muy altas que en cualquier caso serían sumamente costosas de construir (en el caso de que ésto sea posible).
En esencia es un Tanque hermético que contiene tanto aire como agua y el cual está conectado a la Aducción a través de un orificio diferencial el cual busca generar poca resistencia (bajas pérdidas) al paso del flujo desde el Tanque hacia el sistema, pero que, en el caso de flujo desde La Aducción hacia él, genere pérdidas apreciables con la consiguiente restricción del flujo. De esta forma se convierte en un dispositivo amortiguador de las ondas de sobrepresión.
Aun así, en Ariete, es posible colocarlo en cualquiera de los puntos de control de la Aducción.
Los parámetros necesarios para el modelaje del Tanque de Aire Comprimido en el programa se presentan en el diálogo del mismo nombre en Ariete:
Como se ve, entre la información necesaria están el volumen y la presión de aire en el Tanque al inicio de la simulación, de forma tal que Ariete pueda considerar apropiadamente su efecto en el cálculo del Golpe de Ariete en Tuberías.
Igualmente, para simular adecuadamente el orificio diferencial, es importante considerar la diferencia de magnitud entre los coeficientes de Pérdidas Localizadas para el flujo de salida desde el Tanque y el flujo entrada a éste, así como el diámetro de la tubería de conexión con la Aducción.
Válvula de Alivio
Una Válvula de Alivio es un dispositivo que, una vez la presión en el punto donde está conectada a la Aducción excede cierto valor preestablecido, se abre para descargar agua hacia la atmósfera. De esta forma se logra la transformación de la energía de presión generada por el Golpe de Ariete en las Tuberías en energía cinética para lograr así el alivio de las sobrepresiones.
De esta forma, seleccionado el punto de control en el que la válvula de Alivio se ubicará, sólo resta suministrarle a Ariete la información de su diámetro, coeficiente de pérdidas y la presión de apertura:
Válvula en la Línea
La última opción para colocar dispositivos en la Aducción bajo estudio con Ariete, es la de una Válvula en la línea con el mismo diámetro que la tubería y la cual tiene como finalidad simular dispositivos como válvulas de cierre (o apertura) controlado u orificios.
De esta forma se debe seleccionar entre tres tipos de válvulas en Ariete: de Compuerta, Mariposa y de Paso Anular, estableciéndose en cada caso los coeficientes de pérdidas localizadas de acuerdo al porcentaje de apertura:
Dispositivos de Atenuación en Estaciones de Bombeo
En el caso de estaciones de bombeo, en el diálogo Estación de Bombeo→ Ficha Dispositivos, veremos que es posible incluir directamente en esta condición de contorno, tres dispositivos: Válvula de Alivio, Tanque de Aire Comprimido y Derivación o By-pass a las Bombas:
Las especificaciones para los dos primeros son ya conocidas de los apartes previos, faltando sólo resaltar lo relativo a la Derivación o By-Pass a las bombas:
Derivación o By-Pass en Estación de Bombeo
La derivación a las bombas en una estación de bombeo consiste en una tubería que interconecta al Estanque de Succión con el Múltiple de Descarga de las Bombas, permitiendo únicamente el flujo desde dicho Estanque una vez la presión en el múltiple de descarga es inferior a la elevación del agua en él. En esta derivación está instalada una Válvula de Retención (o Válvula Check).
Con este dispositivo se logra controlar las depresiones que se suceden ante la detención (generalmente accidental) de las bombas, evitando la aparición de presiones negativas que podrían conducir a la aparición de Cavitación y separación de columna en la Aducción.
Cuando se selecciona el dispositivo Derivación para la Estación de Bombeo, sólo es necesario indicar el diámetro de la tubería y de la válvula de retención instalada en ella, especificando además el coeficiente de pérdidas en ella cuando está abierta:
Visualizando Resultados en los Dispositivos de Atenuación del Golpe de Ariete en Tuberías
Finalmente es importante destacar que, una vez seleccionado el o los dispositivos de atenuación y realizado el análisis en régimen transitorio, los resultados específicos de cada dispositivo pueden ser visualizados desde la lista de Gráficos y Tablas del panel Resultados de Ariete. Por ejemplo, en el caso del Tanque de Aire Comprimido se tienen las siguientes opciones, una vez es seleccionado el punto de control en donde éste se ubica:
Así, el análisis del Golpe de Ariete en Tuberías, así como el estudio del efecto de la instalación en la Aducción de dispositivos de Control o Atenuación de sus efectos, es realmente práctico utilizando Ariete.