Caracterización de elementos hidráulicos en banco de ensayos: aplicación en simulación de llenado-vaciado de conducciones

Las condiciones de funcionamiento de los elementos hidraulicos en las redes de abastecimiento dependen de sus caracteristicas tecnicas y de las condiciones hidraulicas presentes en la red. La caracterizacion en banco de ensayos permite determinar su modo de funcionamiento en unas condiciones controladas de presion y caudal, aprovechando los resultados para multitud de objetivos, como validar la aplicacion del elemento en cuestion en una instalacion, contrastar los datos experimentales con los ofrecidos por los fabricantes, comparar el funcionamiento de elementos similares de varios fabricantes, etc. Teniendo en cuenta los objetivos indicados, EMIMET (Global Omnium) en colaboracion con el Grupo ITA y otros investigadores de la Universidad Politecnica de Valencia, ha llevado a cabo el desarrollo, implantacion y puesta en marcha de un banco de ensayos con capacidad para caracterizar elementos hidraulicos hasta DN800, dotado con la instrumentacion necesaria para medir presion aguas arriba y aguas abajo del elemento, caudal circulante, potencia de bombeo, grado de apertura de elementos, etc., y con registro en tiempo real de las variables hidraulicas del proceso. El diseno de los ensayos tiene en cuenta lo prescrito en las normas UNE-EN del elemento a ensayar. Se realizaron ensayos de valvulas de tipo mariposa de varios diametros, valvulas de tipo compuerta funcionando como desague, valvulas hidraulicas y ventosas. En el caso de las ventosas tambien se realizaron mas de 150 ensayos en tres bancos de ensayo diferentes para verificar la repetitividad de las mismas. Se compararon los resultados obtenidos con los proporcionados por los fabricantes, obteniendo la curva presion-caudal en expulsion y admision de aire, determinando la presion que provoca, en algunos casos, el cierre dinamico de ventosa (cierre prematuro sin presencia de agua), asi como la presion que provoca el cierre del primer flotador en ventosas “non–slam”. De todo ello se concluyo la necesidad de incluir, en la proxima revision de la normativa de ventosas (UNE-EN 1074:2001. Valvulas para el suministro de agua. Requisitos de aptitud al uso y ensayos de verificacion apropiados. Parte 4: Purgadores y ventosas), el umbral de presion a partir del cual se produce el cierre dinamico, asi como la presion de subida del primer flotador en las ventosas “non–slam”. Asi mismo, los resultados obtenidos en los ensayos han facilitado el desarrollo de un modelo para simular el funcionamiento de las conducciones durante las operaciones de llenado y vaciado. El modelo de simulacion utiliza las ecuaciones de conservacion de la energia, la geometria de la tuberia, la ley de los gases perfectos, las ecuaciones que caracterizan el comportamiento de valvulas, desagues y ventosas, y no tiene en cuenta la inercia del fluido. De aplicacion a tramos de conduccion de pequena pendiente, es capaz de predecir la evolucion de presion y caudal en el interior de la tuberia, asi como los tiempos para completar el llenado o vaciado de la conduccion. Se ha comprobado la validez del modelo de simulacion con datos experimentales obtenidos en campo, obteniendo una discrepancia inferior al 12% entre los resultados experimentales y los teoricos ofrecidos por el modelo.