SISTEMA DE ELIMINACIÓN DE SOBREPRESIONES EN TRANSITORIOS HIDRÁULICOS.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201131847.
Solicitante: FERMAC INGENIEROS CONSULTORES, S.L.P.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: FERRER DIAZ,Angel.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F16L55/04 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F16 ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES PARA ASEGURAR EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS O INSTALACIONES; AISLAMIENTO TERMICO EN GENERAL. › F16L TUBERIAS O TUBOS; EMPALMES U OTROS ACCESORIOS PARA TUBERIAS; SOPORTES PARA TUBOS, CABLES O CONDUCTOS PROTECTORES; MEDIOS DE AISLAMIENTO TERMICO EN GENERAL. › F16L 55/00 Dispositivos o accesorios para utilizarlos con o en relación con los sistemas de tubos (F16L 1/00 - F16L 53/00, F16L 57/00, F16L 59/00 tienen prioridad; reparación o montaje de los tubos sobre o bajo el agua F16L 1/26; limpieza de tuberías B08B 9/02, p. ej. eliminación de obstrucciones B08B 9/027; dispositivos para evitar que revienten las canalizaciones por efecto del hielo E03B 7/10). › Dispositivos amortiguadores de vibraciones o de pulsaciones en los fluidos.
- F17D1/20 F […] › F17 ALMACENAMIENTO O DISTRIBUCION DE GASES O LIQUIDOS. › F17D SISTEMAS DE CANALIZACIONES; TUBERIAS (distribución de agua E03B; bombas o compresores F04; dinámica de fluidos F15D; válvulas o dispositivos similares F16K; tuberías, tendido de tuberías, soportes, juntas, bifurcaciones, reparaciones, trabajos en el conjunto de la conducción, accesorios, F16L; purgadores de agua o dispositivos similares F16T; cables eléctricos en un fluido bajo presión H01B 9/06). › F17D 1/00 Sistemas de canalizaciones (transporte de artículos o materiales por canalizaciones mediante un fluido como transportador B65G 51/00, B65G 53/00; aparatos para distribuir, trasvasar o suministrar líquidos B67D; aparatos o dispositivos para trasvasar los líquidos desde los tanques de almacenamiento a granel o desde los depósitos hasta vehículos o hasta recipientes transportables, p. ej. para la venta al por menor, B67D 7/00; transporte de materiales excavados mediante dragado o desplazamientos de tierra a través de una tubería E02F 7/10; sistemas de alcantarillas E03F 3/00; aislamiento térmico de canalizaciones F16L 59/00; sistemas de calefacción central F24D). › Disposiciones o sistemas de dispositivos para influir o alterar las características dinámicas de los sistemas, p. ej. por amortiguamiento de las pulsaciones ocasionadas por la apertura o cierre de válvulas (dinámica de fluidos F15D; amortiguamiento de las pulsaciones en los fluidos canalizados en general F16L 55/04).
Descripción:
SISTEMA DE ELIMINACIÓN DE SOBREPRESIONES EN TRANSITORIOS HIDRÁULICOS
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente patente de invención tiene por objeto presentar un nuevo sistema para la amortiguación y supresión de las sobrepresiones inducidas en las conducciones hidráulicas por el efecto de los transitorios generados por paradas bruscas de los grupos de impulsión o por otras causas como son los cierres rápidos de válvulas, etc.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Hasta el momento, el control de las variaciones de presión por transitorios en sistemas hidráulicos de conducciones cerradas en presión, se realiza con elementos que aportan el flujo (agua, aire) en la fase de caída de la presión (depresiones) de régimen al producirse un efecto transitorio por parada de bombas y/o cierre brusco de válvulas, y el amortiguamiento de la onda de retorno mediante la absorción de volumen (chimenea de equilibrio) o compresión de aire (calderín) .
A modo de resumen citamos los más característicos:
• Chimenea de equilibrio: amortigua las depresiones y las sobrepresiones. (agua)
• Tanque unidireccional: amortigua las depresiones. (agua)
• Calderín: amortigua las depresiones y las sobrepresiones. (agua)
• Ventosas: amortigua las depresiones. (aire)
• Abductores: amortigua las depresiones. (aire)
• Válvulas de alivio: amortigua las sobrepresiones. (agua)
• By-pass en bombas: amortigua las depresiones. (agua)
Todos estos sistemas existentes amortiguan las depresiones o sobrepresiones pero no las eliminan como en el caso del sistema que se describe a continuación.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El sistema de eliminación de sobrepresiones en transitorios hidráulicos para limitar las sobrepresiones derivadas de transitorios en una tubería a presión, se basa en la disposición de una válvula antiretorno (1) que permite el flujo normal en la conducción principal y un bypass (2) para el flujo inverso de retorno que comunica la parte posterior a la válvula antiretorno con la parte anterior y que incorpora una válvula de sobrevelocidad (3) .
La misión de cada elemento es la siguiente:
• La válvula antiretorno (1) Permite el paso del flujo normal (+) e impide el flujo de retorno (-)
• El by-pass (2) permite el paso del flujo inverso de retorno.
• La válvula de sobrevelocidad (3) Limita el valor de la velocidad del flujo por el by-pass (2) a un valor fijo de tarado.
JUSTIFICACIÓN TÉCNICO-MATEMÁTICA
Tenemos en cuenta los siguientes principios:
1) CONDICIÓN DE TRANSMISIÓN
2) CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
a) Si Qo/Sa < Vlimite => Pasa la totalidad del caudal de retorno por el bypass Q1=Qo b) Si Qo/Sa ≥ Vlimite => Q1= Vo Sa.
Igualando energías se obtiene que:
Poniendo las pérdidas en función de la altura de velocidad.
Siendo Kt = ∑Ki de los componentes del by-pass Por lo tanto:
Siendo: V0 = Q0/S Va = Q1/ Sa V1 = Q1/S
Método de las carácteristicas: Se presenta a continuación el significado de los términos anteriores en la aplicación del método de las características.
Ecuación de continuidad
Conservación de la energía
Se obtienen al utilizar el caudal en vez de la velocidad como variable básica, y al despreciar la velocidad del fluido al valor de la celeridad “a” (v<<<<a) . Esta simplificación es equivalente a no considerar las variaciones de energía cinética a lo largo del conducto durante los regímenes transitorios.
DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Para completar la descripción y para mejor comprensión de la invención que se reivindica se adjuntan las correspondientes figuras en las que se representa lo siguiente:
-Figura 1. Se representa una vista del sistema con los diferentes componentes.
-Figura 2. Se representa la misma vista del sistema con los diferentes componentes y flujos así como la explicación de los diferentes parámetros.
-Figura 3. Se representa un cuadro con un gráfico resultante del cálculo mediante un programa de software para el cálculo de transitorios en el que se aprecian las sobrepresiones en un caso que no incorpore el sistema propuesto en la presente invención.
-Figura 4. Se representa un cuadro con un gráfico igual al anterior en un caso que incorpora el sistema de eliminación de sobrepresiones propuesto en la presente invención.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCION
Como se puede observar en la figura 1, en la que se contempla básicamente el diseño de un equipo homogéneo, aunque el sistema puede ser instalado en un equipo compacto o no, que utilice una válvula antiretorno (1) para flujos directos y un by-pass (2) con una válvula limitadora de velocidad (3) para amortiguar y controlar los flujos inversos de retorno. La versatilidad es amplia, ya que conceptualmente permite una gran elasticidad en su aplicación práctica.
En un caso práctico más concreto se considera una conducción compuesta por un bombeo de 320 m de altura geométrica y 329, 75 m de altura manométrica para un caudal de 280 l/s con una tubería de Ø600 mm de 8370 m de longitud, siendo las características hidráulicas las siguientes:
• Celeridad = 1300 m/s
• Cota eje de la bomba = 330 m
• Cota del depósito de toma = 331 m
• Cota depósito de llegada = 651 m
• Incremento de longitud = 418, 50 m
• Nº Manning = 0, 0091
• Altura geométrica = 320 m
La bomba tiene como ecuaciones características:
Hm = 463, 3991-630, 4681 Q + 540, 7562 Q2
Cr = 4, 9083 Q – 7, 5727 Q2
Se han dispuesto los siguientes sistemas de eliminación de sobrepresiones:
D.Origen Diámetro Long V.máx Cota Sistema 1, 5000.00 0.050 4.00 3.00 432.500 Sistema 2, 6000.00 0.050 4.00 3.00 461.000 Sistema 3, 7000.00 0.050 4.00 3.00 502.000 Sistema 4, 8000.00 0.050 4.00 3.00 558.000
A continuación se ha realizado el cálculo mediante un programa de software para el cálculo de transitorios hidraúlicos en conducciones en dos hipótesis; A) Sin sistema eliminación de sobrepresiones B) Con 4 sistemas de eliminación de sobrepresiones de Ø50 mm y limitadores de velocidad de 3 m/s cuyos resultados se plasman en los gráficos representados en las figuras 3 y 4 respectivamente.
Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como una forma de llevarla a la práctica, solamente queda por añadir que dicha invención puede sufrir ciertas variaciones en forma y materiales, siempre y cuando dichas alteraciones no varíen sustancialmente las características que se reivindican a continuación.
Reivindicaciones:
1. Sistema de eliminación de sobrepresiones en transitorios hidráulicos caracterizado por que consta de una válvula antiretorno (1) colocada en la tubería de flujo normal y un bypass (2) para el flujo inverso de retorno que comunica la parte anterior y posterior a la válvula antiretorno (1) que incorpora una válvula de sobrevelocidad (3) .
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Fig.1
Fig.2
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