Proyecto de Mejora del Abastecimiento de Agua Potable en Alta a Morón de...

Proyecto de Mejora del Abastecimiento de Agua Potable en Alta a Morón de la Frontera

ANEJO Nº10.- VALVULERÍA

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INDICE

1. VENTOSAS Y DESAGÜES……………………………………………………………………………….…………….3

1.1 Origen del aire en las conducciones………………….………………………….…………............3

1.2. Problemática del aire…………………………………………………….……….……………...............3

1.3. Dimensionamiento…………………………………………………………….…………………….………..4

1.4. Ubicación……………………………………………………………………………….………………...……….7

2. VALVULAS DE SECCIONAMIENTO O CORTE.…………………….………………………………...........7

1.1 Mariposa……………………………….…………………….……………………………………………………..7

1.2. Compuerta…………..………………………………………………………..………………………………....8

3. VÁLVULAS ANTIRRETORNO O DE RETENCIÓN…………………………………………………………….9

4. CALDERÍN…………………………………………………………………………………………………………………..9

5. CONCLUSIÓN……………………………………………………………………………………………….……………10

APENDICE 1: ESTUDIO DE CALDERÍN POR EMPRESA IBAIONDO



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1. VENTOSAS Y DESAGÜES

La acumulación del aire en las tuberías de una conducción hidráulica, puede dar lugar a unas

sobrepresiones, sobre todo en la puesta en carga, de una magnitud tal que afecte gravemente a la

instalación.

Desde un punto de vista resistente las conducciones de transporte de agua deben soportar distintos

esfuerzos, precisos de conocer, para realizar una adecuada elección de su timbraje:

- La presión estática en conducciones por gravedad, y aumentada en la pérdida de carga, en las

impulsiones.

- El efecto del golpe de ariete debido a la apertura/cierre de válvulas y al arranque/parada de

grupos.

- La carga de aplastamiento, en las tuberías enterradas.

- Y un cuarto parámetro, difícil de valorar, fácil de evitar y que puede llegar a alcanzar valores

superiores a la suma de los anteriores, principalmente en las puestas en servicio de las tuberías, que

es la acumulación del aire en el interior de las conducciones.

1.1. EL ORIGEN DEL AIRE EN LAS CONDUCCIONES

- El aire interior a las conducciones, antes de la puesta en servicio.

- El procedente de una estación de bombeo por aireación o por formación de vórtices en la

aspiración.

- El introducido en un depósito con nivel de agua bajo o por un aparato de rotura de carga con

restitución o lámina libre.

- El que penetra a través de un aductor en caso de depresión en la conducción.

- El debido al fenómeno de desaireación del agua en fuertes pendientes del perfil de la conducción,

o bien al cambio de sección o dirección de la conducción e incluso temperatura del fluido, sin

olvidar el desprendimiento de gases procedentes de la descomposición de la materia orgánica, en

las conducciones de aguas residuales.

1.2. PROBLEMÁTICA DEL AIRE

Uno de los problemas más importantes que se provocan durante la puesta en carga de una

conducción, es la acumulación y compresión del aire en los puntos altos de éstas (Fig. 1), de forma

que el aire aprisionado en una bolsa en el primer punto alto (2), se encontrará comprimido por la

columna de agua que gravita sobre él (h1), empujando al agua que ocupa el tramo siguiente (2-3),

que se desplazará con una velocidad inferior a la del tramo anterior (1-2), repitiéndose este

fenómeno con las bolsas de aire siguientes y traduciéndose en la creación de unas sobrepresiones

peligrosas para el sistema, ya que pueden alcanzar hasta 22 veces la presión de trabajo.

Asimismo en los citados puntos altos, cuando existe acumulación de aire y circulación de agua (fig.

2), se produce una sensible disminución de la sección de paso, que se traduce en una pérdida de

carga adicional en estos puntos que provocará en definitiva un menor caudal de tránsito a lo largo

de la instalación.



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De lo hasta aquí expuesto, se deduce la necesidad de evitar la acumulación de aire en el interior de

las conducciones. La primera medida que debería adoptarse en este sentido sería la de impedir que

el aire penetrase en el sistema, es decir tomar unas medidas de carácter preventivo.

Desgraciadamente no es suficiente con ello ante la práctica imposibilidad de evitar todas y cada una

de las fuentes de aire que anteriormente se expusieron. En consecuencia, una medida

complementaria será la de disponer equipos aptos para realizar la función de extracción del aire

acumulado.

Estos equipos son conocidos por el nombre de "Ventosas" y su misión puede llegar a ser triple:

1.- Una expulsión del aire, que debe ser de elevado caudal, durante el llenado de la conducción.

2.- Una expulsión controlada de pequeñas cantidades de aire que se encuentra bajo presión en las

bolsas donde se ha acumulado (los equipos que realizan sólo esta función, son llamados

Purgadores).

3.- Una entrada de aire (función antagónica de las anteriores) durante las fases de vaciado de la

conducción, para evitar el colapso de la misma o el deterioro de las juntas por la depresión que se

crea en su interior.

Cada una de estas tres funciones requiere un análisis independiente para la adecuación de un

equipo que pueda conjugarlas parcial o totalmente.

La expulsión de un gran caudal de aire durante el llenado de una conducción requiere un orificio de

salida, en principio, de gran diámetro para facilitar dicha función pero contrariamente lo requiere

pequeño para minimizar el efecto del golpe de ariete cuando se produzca el cierre.

Para la expulsión de un pequeño caudal de aire, bajo presión, basta con disponer de un pequeño

orificio para satisfacerlo.

La aducción de aire, durante el vaciado de una conducción normalmente requiere caudales

importantes, lo que normalmente implica disponer de equipos con orificios generosos para que

hagan adecuadamente esta misión.

Las válvulas de expulsión y/o admisión de aire deben cumplir con los requisitos de funcionamiento

que figuran en la norma UNE-EN 1074-4:2000.

Los desagües están constituidos, básicamente, por un orificio o por una pieza en T, ambos situados

en la parte inferior de la tubería, a continuación de los cuales, y mediante las correspondientes

piezas especiales, se coloca una válvula de compuerta y/o de mariposa, y posteriormente un tramo

de tubería hasta llegar al alcantarillado o a un punto de desagüe adecuado.

En relación con el diámetro de los desagües, éste debe depender del volumen de agua que haya

que vaciar (localización de puntos altos y bajos, diámetro de la tubería a vaciar, etc.).

1.3. DIMENSIONAMIENTO

a) Expulsión de aire durante el llenado de la conducción

Para este primer aspecto existen formulaciones, gráficas y tablas. Haremos uso de la gráfica

facilitada por el Boletín Técnico: “Ventosas para sistemas de Abastecimiento de Agua”:



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En base a ésta, para un diámetro de la conducción de 500 mm y una pendiente media de 2 mm/m

necesitaríamos una ventosa de diámetro 150 mm aproximadamente.

A ésta ventosa, para unas presiones de trabajo en torno a los 100 m.c.a. le correspondería una

tobera de diámetro 4 mm, aproximadamente.

b) Expulsión controlada de pequeñas cantidades de aire bajo presión

En lo que respecta al dimensionamiento para la purga de aire bajo presión, la práctica indica que las

distintas fuentes de aire no aportan más que un pequeño porcentaje de aire respecto al caudal de

tránsito de la conducción. Este suele oscilar entre un 1,2% y un 5% con lo cual no representa un

problema frente al caudal con el que anteriormente se ha determinado el diámetro.

c) Admisión de aire

Un criterio de determinación de los equipos es la consideración de la depresión máxima admisible

en la tubería compatible con las juntas de estanqueidad, la resistencia al aplastamiento o

sencillamente la salida de agua durante el desagüe. El valor de esta depresión, normalmente

admitida, es de 2 a 3 m.c.a. La admisión provocada se debe a la apertura de desagüe de diámetro

conocido o recomendado, tal como la norma técnica nº 4 "Válvulas, ventosas y desagües" del CYII,

según la cual:

siendo el caudal evacuado por este desagüe, y por consiguiente la aducción provocada de aire:



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qa (l/s) = K · S · 2 · g · dh

Con:

K = coeficiente contracción (0,65 - 0,80).

S = sección del desagüe.

dh = desnivel entre el punto alto y el punto bajo adyacente (vaciado controlado), o más bajo

(vaciado sin control) que puede influir en el desagüe.

La aducción de aire en una tubería debe hacerse con la mayor rapidez posible (efecto antagonista,

como indicamos, a la purga de aire), lo que requiere grandes superficies de entrada de aire a través

de equipos adecuados.

Cuando el vaciado es controlado y los desniveles moderados, en la mayoría de los casos, es

suficiente un aductor de una ventosa trifuncional, ya que a través de su orificio de gran diámetro va

a permitir la aducción de aire. La relación de los diámetros nominales de las ventosas y la capacidad

de aducción se refleja en la siguiente tabla:

Por tanto para un desagüe de 150 mm, el caudal evacuado se encuentra entre los 250 – 300 l/s

(según el desnivel) por lo que la ventosa idónea habrá de ser de diámetro 100.

Como se observa, hay similitud en los diámetros calculados, y por seguridad escogeremos ventosas

de 150 mm de diámetro, así como desagües de 150 mm también, lo cual se corresponde con lo

recomendado con la Guía del CEDEX ya mencionada en este proyecto:



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1.4. UBICACIÓN

- Ventosas en puntos altos: En todos los puntos en los que se pase de sentido creciente a

decreciente se colocará una ventosa.

- Ventosas en puntos semi-altos: En todos los puntos que se pase de pendiente ascendente a una

pendiente ascendente menor o de pendiente descendiente a pendiente descendiente mayor se

colocarán ventosas siempre que el menor ángulo que formen sea de 5,71º, variación real de

pendiente del 10%.

- Ventosas con criterio de distancia: Además una vez colocadas todas las ventosas anteriores se

comprobará que no hay una distancia entre ventosas superior a 800 m. Si esto ocurre se pondrán

las ventosas que correspondan para que su distancia relativa no supere los 800 m.

- Ventosas en puntos concretos como: aguas arriba de caudalímetros y válvulas de retención; aguas

abajo de depósitos y bombas, aguas arriba de válvulas de corte si éstas están situadas en tramo

ascendente, o aguas debajo de las mismas si se encuentran en tramo descendente.

- Desagües en puntos bajos.

- Desagües con criterio de distancia: cada 800 metros aproximadamente.

Una vez colocadas todas las ventosas y desagües se procederá a la colocación de las válvulas de

corte.

- Las válvulas de corte se colocarán cada 800-1.200 m. Se procurará siempre que se pueda colocar

una válvula de corte donde ya haya una ventosa o un desagüe.

- Si la válvula va colocada en un punto alto, a ambos lados de la válvula se colocarán dos ventosas.

- Si la válvula va colocada en un punto bajo a ambos lados de la válvula se colocarán dos desagües.

- Si la válvula va en un tramo ascendente se colocará una ventosa aguas arriba de la válvula y un

desagüe aguas abajo de la válvula.

- Si la válvula va en un tramo descendente se colocará un desagüe aguas arriba de la válvula y una

ventosa aguas abajo.

A continuación se describen las válvulas de corte.

2. VÁLVULAS DE SECCIONAMIENTO O CORTE

2.1. MARIPOSA

Según la Guía Técnica sobre tuberías para el transporte de agua a presión: “Se deben instalar

válvulas de paso delante de las ventosas. Igualmente, es una práctica recomendable la instalación

de válvulas de paso para aislar tramos de tubería. Las longitudes usuales de los tramos de tuberías a

aislar mediante válvulas de paso son de unos 1000 a 5000 metros en las grandes tuberías de

transporte.”

En la realidad y en la práctica, estas estimaciones resultan excesivas en conducciones largas como la

nuestra. Así nos lo ha confirmado el Consorcio de Aguas de Écija, que además será el explotador del

sistema, y está de acuerdo con nuestro criterio: la colocación de válvulas de mariposa de 500 mm

cada cuatro mil o cinco mil metros.

Dentro de las válvulas de corte, aquellas que mejor trabajan para diámetros superiores a 300 mm

son las válvulas de mariposa.

Las válvulas de mariposa deben cumplir con los requisitos de funcionamiento que figuran en la

norma UNE-EN 1074-2:2000. En el caso de emplear materiales metálicos, además deben ser

conforme a lo especificado por la norma UNE-EN 593:1998.

Están constituidas, básicamente, por un cuerpo, un obturador circular (lenteja o mariposa) y un

mecanismo de maniobra. El obturador, que puede ser hueco o macizo, debe ser tal que las

perturbaciones que produzca en el flujo del agua sean mínimas. Se recomienda que siempre



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dispongan de un indicador de posición del obturador que permita, en todo momento, conocer la

situación del mismo.

El eje de giro puede ser único o constar de dos partes o semiejes y, asimismo, puede ser excéntrico

o estar situado en el plano de simetría del obturador. Las maniobras de apertura y cierre se realizan

por medio de un mecanismo de desmultiplicación. Las válvulas deben instalarse en arquetas,

registros o cámaras con el eje o semiejes en posición horizontal. En el caso de válvulas con dos

semiejes, deben montarse de forma que éstos queden aguas arriba en relación a la mariposa. La

unión de las válvulas se realiza, habitualmente, mediante bridas o con tornillos pasantes (unión tipo

Wafer o Sandwich). En el caso de unión con bridas, ésta se efectúa por lo general intercalando un

carrete de anclaje por un lado y un carrete de desmontaje por el otro.

El cuerpo de las válvulas debe ser, en general, de fundición dúctil, de acero moldeado o, si así lo

acepta el proyecto de la tubería en particular, de fundición gris.

El obturador o lenteja, por su parte, se recomienda sea de acero inoxidable, de acero fundido o de

fundición dúctil y los cojinetes sobre los que gira el eje, de bronce o politetrafluoretileno (teflón)

sobre base de bronce.

2.2. COMPUERTA

Las válvulas de compuerta deben cumplir con los requisitos de funcionamiento que figuran la

norma UNE-EN 1074-2:2000.

Están constituidas básicamente por un cuerpo, tapa, obturador, husillo o vástago y mecanismo de

maniobra. El diseño de las válvulas de compuerta debe ser tal que sea posible desmontar y retirar el

obturador sin necesidad de separar el cuerpo de la válvula de la tubería. Así mismo, debe ser

posible sustituir o reparar los elementos de estanquidad del mecanismo de maniobra, estando la

conducción en servicio, sin necesidad de desmontar la válvula ni el obturador.

La parte inferior del interior del cuerpo, en general, no debe tener acanaladuras, de forma que una

vez abierta la válvula no haya obstáculo alguno en la sección de paso del agua, ni huecos donde

puedan depositarse sólidos arrastrados por el agua.

La sección de paso debe ser como mínimo el 90% de la correspondiente al DN de la válvula,

debiendo mantenerse en la reducción de sección perfiles circulares sin que existan aristas o

resaltos.

La unión de las válvulas se realiza, habitualmente, mediante bridas. Ésta se efectúa, por lo general,

intercalando un carrete de anclaje por un lado y un carrete de desmontaje por el otro. Las válvulas

de compuerta pueden instalarse bien alojadas en cámaras o registros o arquetas, bien enterradas

(en cuyo caso la arqueta que sirve de acceso al mecanismo de maniobra ha de ser fácilmente

localizable) o bien a la intemperie.

Por último, los pernos o tornillos que unan las distintas partes del cuerpo se recomienda sean de

fundición dúctil, si el cuerpo también lo fuera, o de acero cadmiado, en otro caso y las uniones de

estanquidad eje-tapa y tapa-cuerpo de material elastómero.

Los carretes de desmontaje permiten variar su longitud apretando más o menos los tornillos de que

están dotados, de manera que cuando se sustituye una válvula por otra de longitud diferente, el

carrete permite acomodar la conducción a la nueva situación.

En relación con los materiales constitutivos de las válvulas de compuerta, en diámetros inferiores a

160 mm podrían ser bien PVC-U o bien materiales metálicos.



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En diámetros superiores solo son aceptables válvulas metálicas.

En particular para este último caso (válvulas de materiales metálicos), en general, es recomendable

que el cuerpo y la tapa de las válvulas sean de fundición dúctil o, si así lo acepta el proyecto de la

tubería, de acero moldeado o fundición gris. El obturador se recomienda sea de fundición dúctil o

de acero inoxidable. En el primer caso, la fundición puede estar recubierta por un elastómero,

garantizándose la estanquidad mediante compresión del mismo contra el interior del cuerpo. Si el

obturador no estuviese recubierto, irá dotado de aros de bronce, los cuales asentarán sobre otros

aros, también de bronce, fijados al cuerpo. El husillo y el mecanismo de maniobra, por su parte,

deben ser de acero inoxidable, y la tuerca donde gira éste de bronce, latón o cobre de alta

resistencia. La estanquidad del husillo se consigue con anillos de elastómero, no siendo

recomendable en absoluto el uso de estopas o material análogo.

3. VÁLVULAS ANTIRRETORNO O DE RETENCIÓN

Las válvulas antirretorno deben cumplir con los requisitos de funcionamiento que figuran en la

norma UNE-EN 1074-3:2000.

Están constituidas, básicamente, por un cuerpo y un elemento de cierre (clapeta) unido a éste

mediante un eje de giro o de traslación. Estas válvulas admiten diferentes diseños.

Por ejemplo, la clapeta, en posición de cierre, podrá quedar en un plano normal o inclinado en

relación al eje de la tubería, pudiendo ser la misma de una pieza o de clapeta partida, o en lugar de

este elemento disponer un disco desplazable en un eje centrado con el de la tubería, u otras

disposiciones.

El cuerpo de la válvula debe estar dotado de una tapa sujeta con tornillos que permita la sustitución

de la clapeta o la reparación de los cojinetes. El eje de giro puede estar situado en la periferia de la

clapeta o atravesar ésta. Si el tamaño de la válvula u otras características así lo aconsejan, la válvula

debe estar dotada de contrapeso exterior que podrá estar acompañado de amortiguadores.

En general, la unión de las válvulas a la tubería se realiza mediante bridas.

En cuanto a los materiales constitutivos de estas válvulas, en general, el cuerpo de las mismas ha de

ser de fundición dúctil, acero moldeado o, si expresamente lo acepta el proyecto de la tubería en

particular, de fundición gris. La clapeta se recomienda sea de fundición dúctil o acero inoxidable y

los cojinetes del eje de giro de bronce.

4. CALDERÍN

El estudio del calderín resulta muy complejo y ha sido realizado por una empresa especializada,

IBAIONDO, que dispone del software que permite realizar los cálculos considerando el régimen

transitorio de este fenómeno. El estudio se adjunta en el Apéndice 1, siendo los datos más

significativos los siguientes:

- Volumen del calderín necesario: 6 m3.

- Presión del calderín: 20 bar.

- Condiciones Iniciales: 64.7% agua y 35.3% aire.

- Dimensiones del calderín: 1500 mm x x5150 mm x 700 mm.



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5. CONCLUSIÓN

Como conclusión, y en base a estos criterios los elementos escogidos son los siguientes:

VENTOSAS

Especificaciones:

- Cuerpo: Fundición nodular con base a brida.

- Flotadores: esféricos con alma de acero y revestidos de elastómero.

- Válvula de aislamiento: con obturador de elastómero.

- Diámetro de entrada: de DN 65 a DN 200.

- Tapa: Fundición nodular, con dos orificios en la parte superior.

- Brida: PN-16. DIN 2533.

- Tornillos: bicromatados con arandelas a ambos lados.

- Revestimiento: Interior y exterior por empolvado epoxi (procedimiento electrostático).

- Instalación: se instalará siempre aguas arriba de la ventosa una válvula de seccionamiento.

VÁLVULA MARIPOSA

Especificaciones:

- Cuerpo: Acero al carbonoASTM-A-216 WCB.

Mariposa: Fundición nodular o acero inoxidable martensítico AISI 420.

Eje: Acero inoxidable martensítico AISI 420.

Anillo: Etileno propileno (xA) EPDM.

Mecanismo Desmultiplicador: de par adecuado, sumergible y con señalización visual.

- Presión de estanqueidad: 10 a 15 kg/cm2.

- Presión de trabajo: 16 atm (PN-16).

- Taladro de bridas: s/DIN 2533. PN-16.


VÁLVULA DE COMPUERTA

Especificaciones:

- Cuerpo: fundición nodular con protección interior y exterior epoxy.

- Tapa: Fundición nodular con protección interior y exterior epoxy con tornillería embutida.

- Compuerta: Fundición nodular recubierto con caucho nitrílico (NBR).

-Eje: Acero inoxidable pulido AISI-420.

- Tuerca: Unión compuerta/Eje: Latón.

- Cierre empaquetadura superior: Mediante doble junta tórica.

- Cuerpo: de fondo liso, sin entalladura de encaje.

- Compuerta de válvula: con guías verticales.

- Presión de trabajo: 16 ATM (PN-16).

- Longitud: según DIN 3202.



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- Taladro de bridas: s/DIN 2533 PN-16.

VÁLVULA DE RETENCIÓN

Especificaciones:

- Cuerpo: Fundición clase 125.

- Platos: Bronce-Aluminio.

- Ejes: resortes y frenos: acero inoxidable tipo 316.

- Asiento: elastómero (nitrilo de alto contenido).

- Tipo de conexión: cara plana.

- Presión de trabajo: 16 ATM.

La ubicación de los mismos así como las dimensiones y detalles de acuerdo a los criterios

establecidos quedan recogidos en los planos.



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APÉNDICE 1

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