Tecnologías Avanzadas para Agua

UBICACIÓN Y SELECCIÓN DE VÁLVULAS DE AIRE.1

El flujo de aire y agua en las tuberías genera pérdidas y dificultades que obligan a que se deba sacarlo por medio de las llamadas válvulas de aire. Las válvulas pueden desempeñar tres funciones: a) Purga – sacar el aire al llenar la tubería b) Rompe-vacío – Dejar entrar aire para que la tubería no colapse cuando se desocupa c) Expulsión a presión para sacar los bolsillos de aire que se forman en las partes altas de las tuberías. Estas tres funciones se analizan en este artículo.

1. Ubicación y tipo de válvulas de aire recomendadas

Los sitios en los cuales se recomienda colocar válvulas de aire en una tubería se muestra en el gráfico, que es tomado de las recomendaciones de la AWWA.

Las válvulas de purga y rompe-vacío se deben colocar en todos los puntos altos de la tubería o en dónde la tubería cambia de pendiente. Se debe colocar trampas de aire (aumentos de diámetro para atrapar el aire) y válvulas de expulsión por lo menos cada 500 a 700 metros. Se deben igualmente colocar en la parte superior de los múltiples de alimentación a filtros y en la parte superior de los tanques a presión. 1 AWWA – American Water Works Association, Manual of Water Supply Practices, M51 – “Air-Release, Air/Vacuum, & Combination Air Valves”.

Línea de gradiente hidráulico

Altura

Bomba

EGP – Expulsión de gas a presión

Combinada Purga y Rompe Vacio (PRV)

Sentido del flujo

Tanque

Tramo horizontal largo

Tramo pendiente largo

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2. Cálculo de las válvulas de purga y rompe-vacío (PRV) Se debe considerar las dos funciones.

2.1 Para la función de purga, se asume que deben expulsar un caudal de aire que es igual al que va a entrar a la tubería durante el proceso de llenado.

CFS= GPM / ( 60 x 7.48 Galones por pie3)

CFS – Pies3 por segundo

2.2 Para la función de rompe-vacío, se debe evitar que el tubo colapse si se llega a romper por debajo del punto alto. Se asume que la presión mínima de colapso del tubo es de 5 psi. Si el tubo es de menor presión de colapso, entonces se escoge la curva de menor presión diferencial requerida. El caudal de aire en SCFM que drena un tubo de diámetro D con pendiente S en % si se desocupa súbitamente es:

SCFS= 0.00079 x C x (pendiente x (D (in) 5))0.5

C es el coeficiente de Chezy (110 para hierro, 120 concreto, 130 acero, 190 PVC)

El tamaño de la válvula se selecciona de la curva para una presión diferencial a través de la válvula de 5 psi. Si se sospecha que el tubo puede tener una presión de colapso menor, la presión de colapso de un tubo de pared delgada viene dada por:

P de colapso en psi = 16,250,000 x (Espesor de pared / Diametro )3

La tasa de admisión por la válvula en CFS (Pies Cúbicos por Segundo) para 5 psi de diferencia de presión máxima, permite escoger el tamaño correcto de la válvula

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Admisión de aire en CFS para una diferencia de presión de 5 psi

3. Cálculo de las válvulas de expulsión de gas a presión.

Las válvulas de expulsión de gas a presión sacan los bolsillos de aire que se forman en los puntos altos de la tubería. Este aire sale de solución del agua cuando se des-comprime el agua en los puntos altos de la tubería y se debe evacuar para evitar que los bolsillos de aire perjudiquen el flujo y generen pérdidas.

Para calcular el tamaño de la válvula de expulsion de aire a presión , se asume que se debe evacuar hasta un 6% del aire en solución para flujos de hasta 1000 GPM. Para flujos mayores se debe consultar el manual de la AWWA.

El flujo de aire en CFM viene dado por:

CFM= 0.06 x GPM / (7.48 Galones por pie3)

El orificio que debe tener la válvula de expulsión de gas a presión se selecciona para que de un poco más de capacidad de acuerdo a la siguiente tabla y la presión a la cual va a operar la tubería:

Pies cúbicos por segundo CFS admitidos

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Presión PSI 1/32" 1/16" 3/32" 1/8" 5/32" 3/16" 1/4"

50 0.6 2.4 5.3 9.6 14.9 21.4 38.1100 1.1 4.2 9.5 16.9 26.3 37.7 68150 1.5 6.1 13.8 24.4 37.9 54.6 98200 2 8.1 17.9 31.9 49.5 72 127250 2.5 9.9 22.1 39.2 61.1 88 157300 3.2 11.8 26.4 46.7 73 105 187

Tamaño del orificio de la valvula EGPCAUDAL EN CFM QUE EVACUA LA VALVULA DE AIRE

Es importante tener en cuenta que las válvulas de expulsión de aire a presión tienen dificultades para expulsar aire a presiones altas con orificios grandes pues la fuerza que ejerce la presión del aire sobre el obturador de salida aumenta.

Si la presión a la cual están trabajando las válvulas es mayor a 150 psi debe consultar a la fábrica para la selección de la válvula de expulsión de gas a

presión y el tamaño del orificio

Una discusión más detallada de los criterios de selección de válvulas se encuentra en el artículo de Naftali Zlocsower “Pressure surges and air valve specification, location, and sizing”

http://www.arivalves.com/ARTICLES/AIR%20VALVES/Pressure%20Surges%20and%20Air%20Valve%20Specification.pdf