InfoWorks WS Pro incluye una opción de simulación que permite producir resultados adicionales, que se pueden utilizar como indicador de posibles áreas problemáticas debido a presiones transitorias.
Para activar esta opción, active Asesoramiento sobre transitorios hidráulicos en el cuadro de diálogo Opciones de simulación.
En este tema se describen la mecánica de propagación de ondas de presión y los cálculos realizados por InfoWorks WS Pro.
El análisis de transitorios es un tema muy complejo que requiere un software y conocimientos especializados.
Los resultados del asesor de transitorios generados por InfoWorks WS Pro proporcionan una estimación cualitativa de las posibles áreas problemáticas debidas a presiones transitorias que tal vez desee investigar más a fondo. Para llevar a cabo un análisis detallado de los transitorios, se debe ejecutar una simulación del sistema transitorio.
Transitorios hidráulicos
Los transitorios hidráulicos (también conocidos como golpe de ariete o sobreelevación) son fluctuaciones de presión causadas por un cambio en la velocidad del fluido.
Entre las causas de los transitorios en una red de suministro de agua se incluyen las siguientes:
- Arranque/parada de bombas
- Apertura/cierre de válvulas
- Interrupción de bombas/tuberías debido a un corte/fallo de energía
Los transitorios pueden causar problemas en la red de suministro de agua de varias maneras:
- Roturas de tuberías causadas por presiones inducidas por exceder la tasa de presión de la tubería
- Oscilaciones hidráulicas que causan un debilitamiento en la tubería
- Posibles problemas de calidad del agua causados por bajas presiones que provocan un vacío temporal
Ejemplo
Piense en una tubería aguas arriba de una válvula que se ha cerrado instantáneamente:
- A medida que se cierra la válvula, el agua adyacente a la válvula se detiene con la consiguiente compresión del agua aguas arriba de la válvula y la expansión de la sección transversal de la tubería aguas arriba de la válvula. El aumento de presión en la válvula provoca que se genere una onda de presión con una altura piezométrica de presión de exceso de presión positiva (ΔH) que se propaga aguas arriba.
- La onda de presión llega al depósito.
- Se fuerza al agua a retroceder hacia el depósito. La velocidad en la tubería se invierte y la presión vuelve a caer a un estado estático (presión del depósito). La onda de presión se invierte y se propaga hacia la válvula cerrada.
- A medida que la onda de presión llega a la válvula cerrada, se forma una región de baja presión en la válvula, destruyendo el caudal y generando una onda reductora de presión que se propaga hacia el depósito.
- La onda reductora de presión llega al depósito. El agua fluye desde el depósito hacia la tubería, la velocidad en la tubería se invierte y una onda generadora de presión se propaga hacia la válvula cerrada.
El ciclo se repite con las oscilaciones de presión amortiguadas en un período de tiempo breve por fricción.
Consejos sobre transitorios en InfoWorks WS Pro
Al ejecutar una simulación, se pueden generar resultados adicionales de amplitud de presión transitoria y presión transitoria máxima, que se pueden utilizar como indicador de posibles áreas problemáticas debido a presiones transitorias.
Para activar la opción de asesoramiento sobre transitorios, defina la opción Asesoramiento sobre transitorios hidráulicos en el cuadro de diálogo Opciones de simulación.
El resultado de presión transitoria muestra la amplitud de la onda de presión y se calcula mediante la ley de Joukowski:
|
|
Presión transitoria ΔH en el cierre instantáneo de la válvula en una tubería rígida:
donde: g = aceleración debida a la gravedad Δv = cambio en la velocidad del fluido c = celeridad de onda |
La amplitud de presión transitoria se calcula para cada paso temporal (t) donde:
- Cambio en la velocidad del fluido (ΔV) =
- velocidad en el paso temporal anterior - velocidad en el paso temporal actual
Por lo tanto, la presión transitoria en el primer paso temporal de la simulación será cero.
- Celeridad de onda (c) =
- Valor de celeridad de onda definido en la vista de tabla de vínculos
- Valor por defecto de 1400 m/s si el valor no se especifica en la vista de tabla
Ajuste de la celeridad de onda
La celeridad de la onda depende de la elasticidad del fluido y de la propia tubería y de las restricciones externas de la tubería.
La celeridad de la onda se puede establecer automáticamente en función de los materiales de tubería a partir de los valores de aceleración de onda establecidos en el cuadro de diálogo Materiales de tubería (consulte Ajuste de la celeridad de onda para obtener más información). Sin embargo, esta funcionalidad solo permite establecer un valor de celeridad de onda por material de tubería desde el cuadro de diálogo Materiales de tubería.
Los valores de celeridad de onda también se pueden introducir manualmente en la vista de tabla de vínculos. Los valores de celeridad de onda se pueden determinar a partir del gráfico y la tabla a continuación (de Fluid Transients in Pipeline Systems, Thorley ARD, 1991), que contienen curvas de celeridad de onda contra la relación diámetro/grosor de pared para varios materiales de tuberías.
Diagrama de celeridad de onda
| Diámetro/grosor de pared (D/e) | Acero | Fundición dúctil | Hierro fundido | Hormigón | Cemento de amianto | uPVC |
|---|---|---|---|---|---|---|
|
5 |
1400 |
1400 |
1360 |
1230 |
1200 |
550 |
|
10 |
1365 |
1355 |
1290 |
1100 |
1040 |
400 |
|
20 |
1310 |
1290 |
1190 |
930 |
860 |
290 |
|
30 |
1260 |
1230 |
1100 |
820 |
750 |
240 |
|
40 |
1210 |
1180 |
1040 |
740 |
680 |
200 |
|
50 |
1170 |
1130 |
980 |
680 |
620 |
180 |
|
60 |
1130 |
1090 |
930 |
630 |
580 |
168 |
|
70 |
1095 |
1055 |
890 |
591 |
540 |
157 |
|
80 |
1060 |
1020 |
848 |
560 |
510 |
145 |
|
90 |
1030 |
995 |
820 |
530 |
485 |
135 |
|
100 |
1005 |
965 |
790 |
510 |
465 |
125 |
|
110 |
985 |
940 |
765 |
490 |
440 |
118 |
|
120 |
965 |
920 |
745 |
475 |
421 |
110 |
|
130 |
940 |
895 |
720 |
455 |
405 |
105 |
|
140 |
920 |
880 |
700 |
440 |
395 |
103 |
|
150 |
900 |
860 |
680 |
425 |
385 |
100 |
Tabla de curvas de celeridad de onda (Thorley ARD 1991)
Análisis de resultados
Los resultados del asesor de transitorios producidos por InfoWorks WS Pro solo son adecuados para su uso como estimación cualitativa. Los resultados pueden analizarse para determinar los vínculos potencialmente en riesgo debido a grandes presiones transitorias, que deben investigarse más a fondo. El análisis completo de transitorios se puede realizar mediante una simulación de InfoWorks TS (sistema transitorio).
Los resultados del asesor de transitorios se pueden mostrar como para otros resultados: en un informe de tabla o como un gráfico del resultado variable en el tiempo para un único objeto de red.
La amplitud de la presión transitoria se representa como líneas continuas suaves que unen los valores de presión transitoria. Mostrar imagen
En realidad, los cambios de presión transitoria se producen durante un período de tiempo muy corto (segundos). Mostrar imagen
Los trazos de gráficos suaves producidos por InfoWorks WS Pro representan una envolvente delimitadora aproximada para los transitorios reales y con picos.