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< 350; Q × 2% = CAE (l/s) Página 6
PROYECTO DE MODERNIZACIÓN DE LOS REGADÍOS DE LA ZONA REGABLE DEPENDIENTE DEL CANAL DEL PÁRAMO BAJO. SECTOR VI DE RIEGO. FASE I. RED DE RIEGO Y TUBERÍA DE ABASTECIMIENTO (LEÓN). ANEJO Nº 08 CÁLCULO DE LAS VENTOSAS
350< 3500; Q x 1,5% = CAE (l/s) Donde Q es el caudal de circulación por cada conducción. El manual del AWWA M51 recomienda un 2% de CAE para todas las conducciones. Una vez determinado el CAE (caudal de aire a eliminar), se analiza para las diferentes presiones de trabajo con el fin de determinar cuál será el orificio adecuado, según la siguiente tabla.
Presión Diámetro del (bar) 1/32 3/64 1/16 5/64 3/32 7/64 1/8 9/64 3,5 0,3 0,6 1,1 1,7 2,5 3,4 4,5 5,7 7,0 0,5 1,1 2,0 3,1 4,5 6,1 8,0 10,0 10,5 0,7 1,6 2,9 4,5 6,5 8,8 11,5 14,5 14,0 0,9 2,1 3,8 5,8 8,4 11,5 15,0 19,0 17,0 1,2 2,6 4,7 7,2 10,4 14,1 18,5 23,3 21,0 1,5 3,3 5,6 8,7 12,4 16,9 22,0 27,8
4.4.
orificio (pulgadas) 5/32 3/16 1/4 5/16 7,0 10,1 18,0 27,8 12,4 17,8 32,1 49,5 17,9 25,7 46,2 71,0 23,3 33,9 60,0 93,0 28,8 41,5 74,0 115,0 34,4 49,5 88,0 137,0
3/8 7/16 1/2 40,5 55,0 72,0 72,0 97,0 127,0 104,0 140,0 184,0 135,0 184,0 240,0 115,0 166,0 226,0 198,0
5/8 111,0 199,0 279,0
Tablas de elección de válvulas de aireación, purgadores y anti-vacío Para la elección de las válvulas de aireación para los caudales de llenado y
vaciado, para los caudales de purga y la selección de las válvulas anti-vacío de ayuda a las válvulas de aireación. Se han elegido las válvulas de la casa VÁLVULAS ROSS, como referencia, aunque es posible encontrar válvulas de otras casas en condiciones de servicio comparables. Caudales comerciales de isión expulsión para válvulas de aireación
DN
QLLENADO (l/s)
Qvaciado (l/s)
Pulgadas
PD 1,5 mca
PD -3,5 mca
1/2"
19
28
1" Mistral 25 mm
42
71
2" Mistral 50 mm
152
311
3" Mistral 80mm
424
650
4" Mistral 100 mm
622
877
6" Mistral 150 mm
1.414
2.263
8" Mistral 200 mm
2.829
3.678
2×4 Mistral
1244
1754
2×6 Mistral
2828
4526
2×8 Mistral
5658
7356
10"
3.819
5.941
12"
5.658
8.488 Página 7
PROYECTO DE MODERNIZACIÓN DE LOS REGADÍOS DE LA ZONA REGABLE DEPENDIENTE DEL CANAL DEL PÁRAMO BAJO. SECTOR VI DE RIEGO. FASE I. RED DE RIEGO Y TUBERÍA DE ABASTECIMIENTO (LEÓN). ANEJO Nº 08 CÁLCULO DE LAS VENTOSAS 2×10
7638
11882
2×12
11316
16976
Los diámetros de los purgadores que se montan en las series ofertadas por la casa descrita son:
Modelo
orificio purga de 0-10 bar
Q(l/s)
AR
5/64"
4,5
Midget
1/16"
2,77
Silver 25 mm
1/4"
46,2
Silver 50 mm
5/16"
68,5
Silver 65 mm
7/16"
133
Silver 80 mm
1/2"
184
Silver 100 mm
5/8"
288
Los caudales de entrada de aire proporcionados por las válvulas anti-vacío de la casa indicada son los siguientes:
Válvulas anti-vacío Modelo DN
Caudal (l/s)
80
650
100
870
150
2100
200
3600
250
5800
300
8400
350
11600
Por ello la combinación de ventosas, purgadores y válvulas anti-vacio más adecuadas se da en la tabla siguiente. Para el colector de impulsión de la estación de bombeo hay que tener en cuenta que el by- a instalar DN 600 tiene una capacidad de 565,49 l/s (considerando una v = 2 m/s) que se aportarían en el caso de rotura de la tubería de impulsión. Teniendo en cuenta una rotura franca del 70% de la sección de dicha tubería (DN 1600 mm), tendríamos un caudal de rotura de 2814,86 l/s (70% de s=2,01 m²) con lo que será suficiente con la colocación de 4 ventosas tipo 4” univ + purgador 25 mm ¼” a lo largo de dicho colector. (877 l/s × 4 ventosas = 3508 l/s).
Página 8
DN
VMÁXIMA
QTUBERIA
PTRABAJO
QLLENADO
QPURGA
QVACIADO POR ROTURA
bar
l/s
l/s
l/s
QCALCULO Dm ventosa por vaciado l/s
Q vaciado por desagüe
PESTATICA DEL PUNTO
Pendiente max
Dn ventosa elegido
Dn purgador
DN válvula anti-vacío
pulg.
mm
DEL DESAGÜE
m/s
l/s
l/s
110
2,0
19,01
10,00
4,75
0,38
6,54
12,78
12,78
125
2,0
24,54
10,00
6,14
0,49
9,19
12,78
12,78
140
2,0
30,79
10,00
7,70
0,62
12,42
12,78
160
2,0
40,21
10,00
10,05
0,80
17,70
17,70
200
2,0
62,83
10,00
15,71
1,26
31,96
51,13
250
2,0
98,17
10,00
24,54
1,96
57,62
315
2,0
155,86
10,00
38,97
3,12
105,97
400
2,0
251,33
10,00
62,83
5,03
198,63
198,63
450
2,0
318,09
10,00
79,52
6,36
270,63
500
2,0
392,70
10,00
98,17
7,85
356,80
600
2,0
565,49
10,00
141,37
11,31
575,35
700
2,0
769,69
10,00
192,42
15,39
800
2,0
1.005,31
10,00
251,33
20,11
mca
%
PN 10 6,00
0,50
1" Mistral 25 mm
AR 5/64"
0,00
6,00
0,50
1" Mistral 25 mm
AR 5/64"
0,00
12,78
6,00
0,50
1" Mistral 25 mm
AR 5/64"
0,00
12,78
6,00
0,50
1" Mistral 25 mm
AR 5/64"
0,00
51,13
6,00
0,50
1" Mistral 25 mm
AR 5/64"
0,00
57,62
51,13
6,00
0,50
1" Mistral 25 mm
AR 5/64"
0,00
105,97
51,13
6,00
0,50
2" Mistral 50 mm
AR 5/64"
0,00
51,13
6,00
0,50
2" Mistral 50 mm
Silver 25 mm 1/4"
0,00
270,63
204,52
6,00
0,50
2" Mistral 50 mm
Silver 25 mm 1/4"
0,00
356,80
204,52
6,00
0,50
3" Mistral 80mm
Silver 25 mm 1/4"
0,00
575,35
204,52
6,00
0,50
3" Mistral 80mm
Silver 25 mm 1/4"
0,00
861,32
861,32
204,52
6,00
0,50
4" Mistral 100 mm
Silver 25 mm 1/4"
0,00
1.221,23
1.221,23
204,52
6,00
0,50
6" Mistral 150 mm
Silver 25 mm 1/4"
0,00
900
2,0
1.272,35
10,00
318,09
25,45
1.661,24
1.661,24
204,52
6,00
0,50
6" Mistral 150 mm
Silver 25 mm 1/4"
0,00
1000
1,5
1.178,10
10,00
392,70
23,56
2.187,19
2.187,19
204,52
6,00
0,50
6" Mistral 150 mm
Silver 25 mm 1/4"
0,00
1200
1,5
1.696,46
10,00
565,49
33,93
3.518,91
3.518,91
460,16
6,00
0,50
8" Mistral 200 mm
Silver 25 mm 1/4"
0,00
1400
1,5
2.309,07
10,00
769,69
46,18
5.258,28
5.258,28
460,16
6,00
0,50
2*8 Mistral
Silver 25 mm 1/4"
0,00
1600
1,5
3.015,93
10,00
1.005,31
60,32
7.444,28
7.444,28
460,16
6,00
0,50
2*10
Silver 50 mm 5/16"
0,00
1800
1,5
3.817,04
10,00
1.272,35
76,34 10.113,53
10.113,53
460,16
6,00
0,50
2*10
Silver 65 mm 7/16"
0,00
2000
1,5
4.712,39
10,00
1.570,80
94,25 13.300,77
13.300,77
460,16
6,00
0,50
2*10
Silver 65 mm 7/16"
150,00
2200
1,5
5.701,99
10,00
1.900,66 114,04 17.039,09
17.039,09
460,16
6,00
0,50
2*10
Silver 65 mm 7/16"
250,00
2400
1,5
6.785,84
10,00
2.261,95 135,72 21.360,19
21.360,19
460,16
6,00
0,50
2*10
Silver 80 mm 1/2"
350,00
2600
1,5
7.963,94
10,00
2.654,65 159,28 26.294,55
26.294,55
460,16
6,00
0,50
2*12
Silver 80 mm 1/2"
350,00
PROYECTO DE MODERNIZACIÓN DEL SECTOR VI DE RIEGO DEL PÁRAMO BAJO (LEÓN) ANEJO Nº 9 CÁLCULO VENTOSAS
4.5.
Cálculo de golpe de ariete En
una
impulsión
directa
a
red
se
mantiene
una
determinada
presión
independiente del caudal bombeado. Esta se controla mediante sistemas programados que adaptan la curva de la bomba o de las bombas a las necesidades de caudal de la instalación. Es un sistema utilizado tanto en regadíos como en abastecimiento. En los casos en los que la estación de bombeo está a una cota superior o parecida a los puntos de consumo el transitorio por parada de bombas no presenta una componente asimilable al concepto de golpe de ariete estándar. La presión de bombeo en una impulsión normal está relacionada con la diferencia de cota con el punto final más la suma de las pérdidas de cargas lineales y localizadas que se producen en la instalación para el caudal impulsado. En el caso de una impulsión directa a red se añade, a los valores anteriores, una presión residual mínima para que el punto de consumo trabaje a una determinada presión positiva, este valor suele estar entre 30 y 50 m.c.a.. Esquema bombeo directo a red
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PROYECTO DE MODERNIZACIÓN DE LOS REGADÍOS DE LA ZONA REGABLE DEPENDIENTE DEL CANAL DEL PÁRAMO BAJO. SECTOR VI DE RIEGO. FASE I. RED DE RIEGO Y TUBERÍA DE ABASTECIMIENTO (LEÓN). ANEJO Nº 08 CÁLCULO DE LAS VENTOSAS
En muchos casos, además, la cota del depósito o balsa está por encima de cualquiera de los puntos de suministro, por lo que el suministro podría funcionar por gravedad si bien con una presión inadecuada. La bomba en este caso lo que hace es elevar la presión de suministro. Ante una parada de bombas por corte de energía o por parada de emergencia se produce un transitorio que tiene una componente similar al grafico que sigue:
En la envolvente de presiones se entiende la línea roja como la presión de bombeo, línea verde presión mínima después de la parada de bombas, y línea azul traza de la conducción. La oscilación de la presión en la salida de la bomba del ejemplo anterior (donde hay puntos ligeramente por encima de la cota de la bomba) es la siguiente:
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50
presión
40
30
20
10
0 0
50
100
150
200
250
300
tiempo Dis c harge
Suction
Ante la parada de la bomba se produce una caída de la presión sin componente superior a la presión manométrica. Incluso cuando, como en el caso de este sector del Páramo Bajo, la cota mínima garantizada de agua del canal es superior a cualquier punto de la red, el suministro no se interrumpe sino que lo que se produce es una reducción en el caudal de bombeo, ya que al no funcionar la bomba, la capacidad de transporte de la tubería se consigue exclusivamente con la altura del canal. El agua puede seguir pasando a través de las bombas si bien estas tienen un coeficiente de pérdida de carga que en estos momentos se debe aplicar. En este tipo de impulsiones se debe prever los siguientes elementos de protección: Ventosas para entrada de aire en el proceso de parada, se puede llegar a vaciar la tubería si están activadas las tomas de menor cota y no se recupera la bomba. Ventosas adecuadas en para el llenado de la conducción, es posible que una vez repuesto el servicio haya que rellenar de agua partes de la red por lo que las ventosas deberán trabajar contra caudales de bombeo y tener por ello capacidad suficiente. Válvulas de seguridad contra inundaciones, en caso de rotura se puede llegar a vaciar la balsa, es el único tipo de impulsión que puede necesitar una válvula de este tipo. Válvulas de alivio, en cada caso se está bombeando con respecto a un consumo concreto utilizando variadores de frecuencia para adaptar la bomba a las conducciones de consumo, en caso de haber una distorsión puede subir Página 12
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la presión de forma brusca, no tiene que ver con un golpe de ariete sino con una inadecuación entre el caudal bombeado y el caudal consumido.
En el caso del sector VI del Páramo Bajo tenemos: Caudal máx ⇒ 3365 l/s Caudal min ⇒ 40 l/s Altura de impulsión ⇒ 47,98 mca Aspiración de la bomba Distancia al canal ⇒ 7.300 m Cota solera canal 786,45 m Cota eje de bombas 769,75 (suponiendo la bomba a cota 0) Cota lámina máxima de agua en canal 787,55 m Cota lámina de agua garantizada
786,95 m
DN conducción 1600 mm Salida de bombas DN conducción 1600 mm se bifurca en una conducción de 1000 mm, en otra de 1100 y otra de 500 mm, a partir de las cuales salen los distintos ramales. Las cotas de los puntos de consumo están casi todas por debajo de la cota de bomba excepto algunos puntos que se encuentran en cota superior con respecto a la bomba. (entendemos que en estos puntos se instalaran las ventosas pertinentes) Ante una parada de bombas a máxima velocidad, se produce una bajada de la presión tendiendo a converger la presión sobre la altura del canal, es posible que se produzca la apertura de las ventosas del bombeo; en todo caso no existe componente de presión positiva, ya que las tomas abiertas trabajan como válvulas de alivio. Ante una parada de bombas a caudal mínimo la capacidad de alivio es pequeña pero a cambio la velocidad también por lo que la caída de la presión es mucho más lenta y tampoco se produce sobre presión, recordamos que la componente de presión es función entre otras componentes.
CONCLUSIÓN En las impulsiones directas a red no se detecta una oscilación de la presión por golpe de ariete sobre todo si la bomba está en cota superior a los puntos de salida. Los gráficos de envolventes de presión y oscilación de la presión mostrados han sido sacados de los resultados de una parada de bombas en una impulsión directa, con el programa surge2000. Página 13