VLVULAS DE AIRE

I. FUENTES PRINCIPALES DE AIRE EN UNA LNEA DE AGUA

El aire en una lnea bajo presin viene de tres fuentes principales:

1. Primero, el aire viene con la tubera misma, en realidad, la tubera no est vaca, viene llena de aire. Para llenarla totalmente de agua es necesario expulsar ese aire. Al llenar la tubera con agua, en parte el aire es empujado hacia delante y saldr por algunas vlvulas u orificios que se encuentren abiertos; sin embargo, una gran cantidad de aire quedar entrampado en los puntos altos. Esto ocurre debido a que el aire es ms ligero que el agua y se acumular en los puntos altos. Esta bolsa de aire continuar creciendo con respecto a otras fuentes de inclusin de aire.

2. Otra fuente es el agua misma. El agua contiene 2% de aire por volumen de agua. Durante la operacin del sistema, el aire ir separndose del agua y acumulndose en los puntos altos del sistema.

Este 2% es un potencial de hacerse mucho mayor. Por ejemplo: Una tubera de 300 metros de longitud puede contener una bolsa de aire de hasta seis metros de largo. Ahora si juntamos las diferentes burbujas, observamos que en 1.5 kilmetros de tuberas encontraremos una burbuja de hasta 35 metros. Esto ocurrir independientemente del dimetro de la tubera.

3. En una mayor cantidad el aire entrar a travs de los equipos mecnicos, esto incluye aire siendo forzado dentro del sistema por bombas as como introducido desde los empaques de los equipos, vlvulas y otras partes bajo condiciones de vaco. Una lnea presurizada siempre contendr aire y ese monto puede ser sustancial.

II. IMPACTO QUE TRAE EL AIRE AL SISTEMAAhora que hemos identificado las fuentes de aire, veamos el impacto que tiene el sistema. Dos problemas son muy aparentes:

1. La bolsa de aire cumulada en el punto alto puede resultar una restriccin de la lnea y como cualquier restriccin la bolsa incrementar las prdidas de carga extendiendo los ciclos de bombeo e incrementando el consumo de energa.

2. La presencia de aire tambin provoca la corrosin dentro la tubera y sus conexiones ya que como el aire se sigue acumulando en los puntos altos del sistema, la velocidad del fluido se incrementar y ser forzada a pasar a travs de un rea cada vez menor. III. CONSECUENCIAS DEL CRECIMIENTO DE LAS BOLSAS DE AIRE EN LA LNEA DE CONDUCCIN:

I. La primera posibilidad es que se detenga el flujo total del sistema. Si el diseo del sistema es tal que el aire no puede ser continuamente expulsado y si el flujo no puede empujar el aire hacia fuera, el sistema se podr bloquear detenindose el flujo completo.

II. Lo segundo y ms comn que ocurrir es que el incremento de velocidad crear una burbuja menor derivada de la ya acumulada empujndola hacia delante del sistema creando una onda de sobrepresin o golpe de ariete. Serios daos a las vlvulas, juntas e incluso rompimiento de tuberas pueden ocurrir; ste es el mayor riesgo posible como consecuencia de permitir que el aire se acumule en los puntos altos del sistema.

III. FUNCIONAMIENTO DE UNA VLVULA DE AIRE:

La vlvula eliminadora de aire es una vlvula con un orificio de expulsin pequeo que continuar eliminando aire acumulado durante la operacin del sistema.

Cuando el aire de la lnea entra en la vlvula, desplaza el agua empujando el flujo hacia abajo, el aire entonces es liberado hacia la atmsfera a travs de un orificio pequeo y as como el aire sea liberado ser reemplazado por agua que subir al flotador cerrando el orificio de salida.

As como el aire contina acumulndose, la vlvula continuar este ciclo. El flotador de acero inoxidable flucta para eliminar el aire mientras que impide que el agua salga del sistema.

Una vlvula eliminadora de aire continuar abierta eliminando el aire durante la operacin del sistema porque las fuerzas actuando para que esta vlvula abra son mayores que las que la mantienen cerrada.

En ausencia de agua, la nica fuerza actuando para mantener cerrada la vlvula es la presin de trabajo del sistema, esta es multiplicada por el rea de salida o el orificio hacia la atmsfera. El orificio de una vlvula eliminadora de aire es tpicamente uno muy pequeo.

Ejemplo: Un sistema operando a 150 psi con un orificio de salida de 3.32 pulgadas 0.093, tendr 15 libras de fuerza actuando para cerrar la vlvula contra su orificio. Las fuerzas actuando para abrir la vlvula son: el peso del flotador y el momento mecnico de la palanca.

La fuerza efectiva de la atmsfera sera despreciable ya que el orificio de salida es muy pequeo as que una vlvula con un flotador de 1.6 libras (aproximadamente 700 gramos) por el momento de la palanca de 10 libras resulta en una fuerza de 16 libras actuando para abrir la vlvula. Como la fuerza actuando para abrir es aproximadamente de 6 libras y la fuerza que acta para cerrarla es de 15 libras, la vlvula abrir eliminando el aire del sistema. Recordar que estas fuerzas mencionadas son sin la presencia de agua ya que al subir el nivel de la misma mandar a cerrar la vlvula independientemente de las fuerzas mencionadas anteriormente.

Hemos visto cmo funciona una vlvula eliminadora de aire expulsando el aire a los puntos altos, pero este tipo de vlvulas no permiten el paso de grandes cantidades de aire o ayudan a proteger la lnea de un colapso por vaco, para eso se necesita una Vlvula de Aire y Vaco.

IV. TIPOS DE VLVULAS DE AIRE:

1. VLVULA DE AIRE Y VACO:

Las Vlvulas de Aire y Vaco son comnmente relacionadas con un gran orificio de venteo que es usado para expulsar grandes cantidades de aire cuando el sistema arranca as como permite la entrada de grandes cantidades de aire a la lnea cuando el bombeo del sistema es apagado intencionalmente o debido a una falla elctrica.

Cuando el agua entra en la vlvula, el flotador ascender cerrando el orificio de salida de la vlvula, la vlvula permanecer cerrada hasta que la presin del sistema cada, casi hasta 0 libras, y no abrier ni eliminar la acumulacin de aire mientras el sistema se encuentre bajo presin.

El flotador y vstago estn guiados por una gua hexagonal fija que asegura el correcto sellado del flotador as como la apertura requerida de la vlvula.

Las vlvulas de aire y vaco estn disponibles en tamaos desde 1/2 pulgada hasta 20 pulgadas y tienen entradas y salidas del mismo dimetro.

Se puede observar que al acumularse el aire en la parte superior baja el nivel del agua, pero el flotador permanece en posicin de cerrado. Esto es porque las fuerzas actuando para cerrar la vlvula son mayores que la fuerza que tratan de abrirla. La fuerza determinada calculando el rea de salida por la presin del sistema, que en este caso es igual a 314 libras de fuerza, la nica fuerza actuando para abrir la vlvula es el peso del flotador, que en este caso es de 0.5 libras, como resultado la vlvula no abrir bajo la presin del sistema.

Un importante beneficio al tener una vlvula de aire vaco es su habilidad de proveer proteccin de vaco a la lnea. Si ocurre una falla en el bombeo y una separacin de columna, se crear una presin negativa entonces la vlvula abrir permitiendo la entrada de grandes cantidades de aire evitando las condiciones de vaco que lo llevara a un posible colapso de la lnea.

2. VLVULAS DE AIRE Y VACO MAYORES

Expulsarn an mayores cantidades de aire, pero hay que recordar que stas no abrirn cuando la lnea se encuentre bajo presin. Las vlvulas eliminadoras de aire y las vlvulas de aire y vaco desempean funciones especficas.

3. LAS VLVULAS DE AIRE COMBINADAS

Estn diseadas para desempear ambas funciones, estas vlvulas combinadas son las mayormente usadas.

Aqu se muestra una vlvula de aire y vaco y una eliminadora de aire conectadas para formar una vlvula combinada, note que mientras la vlvula de aire y vaco ya cerr, la vlvula eliminadora de aire continua expulsin el aire, las vlvulas de tipo combinadas estn disponibles en un solo cuerpo e individuales.

La vlvula de aire combinada dos en uno es ms compacta y ms econmica que la de 2 cuerpos, pero la combinada de 2 cuerpos tiene un mayor rango de presin y de tamao.

Hay un nmero extenso de tipos de equipos de vlvulas de aire como: la de servicio normal, la de cierre lento o las rompedoras de vaco con eliminadoras.

V. BENEFICIO UTILIZANDO VLVULAS DE AIRE: Ahorro de energa

En los declives de todas las lneas de conduccin de lquidos se acumulan bolsas de aire generadas por la tendencia natural del aire a subir en direccin contraria al flujo del lquido.

Las bolsas de aire reducen el dimetro del tubo y obligan a las bombas a esforzarse ms para desplazar las mismas cantidades de agua. La consecuencia es un aumento en el consumo de energa.

Las ventosas automticas instaladas a lo largo de la tubera sirven para extraer el aire del agua y, de hecho, reducen el consumo de energa.

El siguiente es un modelo que demuestra y exhibe las diferencias en el consumo de energa entrelneas sin ventosas o con ventosas obstruidas y otro con lneas equipadas con las ventosas que tienen el orificio especial. Este modelo de demostracin es esencialmente un sistema de circuito cerrado en el que se bombea el agua de un dispositivo a travs de una tubera y de retorno al mismo depsito.

La idea central de este dispositivo es crear un caudal constante, lo que se obtiene utilizando una bomba que permite variar el nmero de revoluciones por minuto (Fluidmetro).

El fluidmetro conectado a un controlador computarizado aumenta o disminuye el nmero de revoluciones por minuto de la bomba y as mantiene de hecho un caudal constante durante toda la demostracin.

Todos los datos de caudal, energa y revoluciones de la bomba son visibles en tiempo real sobre la pantalla de control conectada al sistema.

En la primera etapa de la prueba se introduce agua en los tubos con las vlvulas de aire cerradas, pueden verse claramente las bolsas de aire que se forman dentro de los tubos.

Los tubos tienen la forma de la letra w como smil de las condiciones del terreno por el que pasarn las tuberas de conduccin.

A esta altura los datos que aparecen en pantalla indican que para generar un caudal de 17.1 litro/minuto, el motor de la bomba debe funcionar aproximadamente a 550 revoluciones/minuto y requiere una potencia de 9.2 watts/hora.

Abramos ahora las vlvulas de aire para purgar el aire atrapado en el sistema. Observamos cmo los tubos se llenan de agua.

A esta altura el fluidmetro transmite los datos al controlador, el controlador modifica la corriente suministrada al motor a fin de restituir el caudal de 17.1 litros/minuto.

Una vez estabilizado el caudal, se ve en la pantalla que ahora para mantener el mismo caudal de 17.1 litros/minuto, el motor de la bomba debe funcionar a 480 revoluciones/minuto y requiere una potencia de 7.4 watts/hora.

Observamos la diferencia en los datos del consumo de energa: Una diferencia de aproximadamente el 20%. Por lo tanto, es un ahorro de energa del 20%. Y pensando en trminos de la red de abastecimiento de agua de un pas, se trata de economas por valor de millones de dlares. En el mundo de hoy en el que la conservacin de la energa es una misin global y en el que fluyen miles de millones de metros cbicos de agua cada da. Una ventosa automtica de confianza puede convertirse en un potente instrumento de ahorro de dinero y energa adems de proteger al medio ambiente.

BIBLIOGRAFA

http://www.gpmsa.com.ar/productos/1609-dorot07.pdf http://www.eurodrip.pe/index.php?option=com_catalog&view=catalog&Itemid=10 http://www.netafim-latinamerica.com/product/air-valves http://www.saint-gobain-canalizacao.com.br/ln_valvulas/vtf02.asp?lng=esp