Roturas en conducciones de agua y equipos o fugas son muy habituales en los sistemas de distribución hasta tal punto que los diferentes estudios cifran los volúmenes de agua totales perdidos en una media de entre un 20-30% del total distribuida.
El objetivo de este post es resaltar la importancia de los sistemas de protección frente a transitorios (golpe de ariete) para mejorar la eficiencia de las redes de abastecimiento y no solo para reducir presiones en aquellos casos en los que no hay más remedio. Estos fenómenos causan un deterioro rápido de las instalaciones que se ve agravado muchas veces por un mal dimensionamiento de los equipos.
Con un buen diseño podemos alcanzar eficiencias del 97 % y es que sin duda, no es casualidad que el mejor gestor de una red de distribución que conozco, conocedor y sensible con este tema, alcance estas elevadas eficiencias en sus redes siendo lo habitual moverse entre el 60-80% de eficiencia.
NO ES “MOCO DE PAVO”
Por poner cuatro números para entender que significa tener un transitorio en una conducción. Cerrar una válvula de una conducción de 300 mm de fundición que va a una velocidad típica de 1 m/s provoca unos 10 Kg/cm2 de presión extra, lo que es un golpe de unas 7 toneladas en la válvula, unas 10 toneladas por metro de conducción o entre 0,5 y 7 toneladas en los codos de los tramos más próximos al cierre. Por si esto fuera poco, si la conducción tiene 3 Km de longitud, este golpe…(o martillazo del agua en su traducción del inglés waterhammer) se repite cada 6 segundos en periodos que suelen prolongarse largos periodos. Vamos que a ver quien aguanta este estrés. Hay que pensar que estos fenómenos los generan cualquier cambio de caudal y que por lo tanto son situaciones que se producen de forma muy habitual en instalaciones de distribución y transporte.
Existen sistemas para minimizar estos fenómenos producidos por los cambios de caudal (válvulas de alivio, calderines, tanques unidireccionales, válvulas de retención, aductoras, etc…) . Hoy en día, en la mayoría de casos, su utilización se reduce a aquellas instalaciones en las que no queda otro remedio y se quiere evitar depresiones o presiones que alcancen PN’s “demasiado elevados”. Para hacer-se una idea, su utilización o no, vendría a ser como usar los frenos para parar un tren o usar el tope de la vía.
SI ESO QUEDA AHÍ ENTERRADO Y YA NO SE MUEVE….
Durante muchos años, se han empleado fórmulas como las de Michaud o Allievi para determinar la magnitud de estos golpes, si bien, solo son aplicables en unos pocos casos. Simplemente, si nuestra instalación usa una válvula de mariposa, la no linealidad de su cierre invalida el resultado de este tipo de cálculo.
Aun así, el drama venía y viene a la hora de dimensionar los sistemas de protección. Su complejidad acaba la mayoría de las veces en un…“la conducción ya aguanta, o… las ventosas ya dejan entrar aire para evitar la depresión” lo que equivale a decir en muchas ocasiones que en dos días la instalación tendrá fugas o las ventosas chorrearan agua.
A partir del 2005, algunos explotadores empezaron a exigir a través de los pliegos técnicos la utilización de programas de modelización de transitorios. A día de hoy, muchas consultoras tienen los programas para cumplir pero pocas los saben hacer funcionar. De las decenas de estudios que he revisado estos últimos diez años, solo he visto uno o dos en el que se dimensionara correctamente un sistema de protección. Gráficos de la evolución de aire en un calderin, la presión a la que hay que hincharlo, el dimensionamiento de las conexiones, el caudal de paso de una válvula de alivio, el descenso de nivel de una chimenea o tanque unidireccional o el balance de aire de un sistema de aducción, son datos básicos en el cálculo de estos elementos pero caros de ver.
VAMOS A DISEÑAR MEJOR!!…
Algunos programas nos permiten modelar nuestras redes y sistemas de protección. Mi predilecto es Surge del paquete Kypipe el cual permite modelar redes malladas pudiéndola representar con cualquier cobertura GIS o ortofoto.
Su base de datos incluye todo tipo de válvulas, grupos de presión, sistemas de protección, etc pudiendo realizar simulaciones en el tiempo de las presiones en toda la red para todas las situaciones posibles.
La salida de resultados permite comparar fácilmente como afecta cada transitorio a la conducción, así como, los efectos positivos de los sistemas de protección. Vamos, una herramienta básica para conocer nuestras redes y poder conservarlas.
Como ejemplo os dejo una simple modelización de presiones en el cierre de una válvula con velocidad (1 m/s) y 500 m de longitud sin sistema de protección. En el segundo gráfico es el mismo sistema con un pequeño calderin. En ambos, he considerado una estática de 200 m, que aunque no influye en el golpe facilita el ejemplo, evitando depresiones que aumentan la severidad del fenómeno como sucede habitualmente.
Creo que la diferencia se ve clara tanto en la reducción de las presiones, como en el número de ciclos que se repite este golpe, como en la cantidad de agua que vamos a perder durante el transitorio si nuestra instalación tiene una fuga o lo que va a sufrir ese punto debilitado.
Evolución de la presión provocada por el cierre de una válvula
Evolución de la presión provocada por el cierre de una válvula con sistema de protección
LOS PLANES DE MEJORA…
Probablemente aquí se me acabe de ver el “plumero” comercial de aquellos que hemos iniciado la aventura como freelance en el mundo de la ingeniería y que queremos hacerlo mejor. Es así. Mi objetivo es realizar planes de mejora modelando redes y simulando los transitorios para establecer protocolos o instalar equipos que reduzcan el estrés tensional de la red.
En resumen, lo que quiero decir es que, se ha tendido muchas veces a menospreciar los fenómenos que producen los transitorios en estas instalaciones y a diseñar con criterios muy poco conservadores. Por ello, creo que vale la pena que las gestoras de redes o entidades competentes dedicaran algo de esfuerzo a realizar estudios y proteger mejor las instalaciones, si lo que se quiere es alcanzar altas eficiencias y ahorrar molestias y costes por roturas.
Además, hay que mentalizarse que los sistemas de protección no son solo para casos extremos sino que deberían ser usados con mayor asiduidad, siempre y cuando supongan una mejora significativa de las condiciones de funcionamiento. Probablemente, gastemos millones en contadores inteligentes que ayuden a automatizar facturas y a localizar las pérdidas en las conducciones, pero si quieren darles un respiro a sus instalaciones gasten unos miles de euros en realizar modelos y protegerlas adecuadamente, su eficiencia mejorará significativamente.