Caracterización de elementos hidráulicos en banco de ensayos. Aplicación en simulación de llenado-vaciado de conducciones

Las condiciones de funcionamiento de los elementos hidráulicos en las redes de abastecimiento dependen de sus características técnicas y de las condiciones hidráulicas presentes en la red. La caracterización en banco de ensayos permite determinar su modo de funcionamiento en unas condiciones controladas de presión y caudal, aprovechando los resultados para multitud de objetivos, como validar la aplicación del elemento en cuestión en una instalación, contrastar los datos experimentales con los ofrecidos por los fabricantes, comparar el funcionamiento de elementos similares de varios fabricantes, etc….
Teniendo en cuenta los objetivos indicados, EMIMET (Global Omnium) en colaboración con el Grupo ITA y otros investigadores de la Universidad Politécnica de Valencia, ha llevado a cabo el desarrollo, implantación y puesta en marcha de un banco de ensayos con capacidad para caracterizar elementos hidráulicos hasta DN800, dotado con la instrumentación necesaria para medir presión aguas arriba y aguas abajo del elemento, caudal circulante, potencia de bombeo, grado de apertura de elementos, etc…, y con registro en tiempo real de las variables hidráulicas del proceso. El diseño de los ensayos tiene en cuenta lo prescrito en las normas UNE-EN del elemento a ensayar.
Se realizaron ensayos de válvulas de tipo mariposa de varios diámetros, válvulas de tipo compuerta funcionando como desagüe, válvulas hidráulicas y ventosas. En el caso de las ventosas también se realizaron más de 150 ensayos en tres bancos de ensayo diferentes para verificar la repetitividad de las mismas. Se compararon los resultados obtenidos con los proporcionados por los fabricantes, obteniendo la curva presión-caudal en expulsión y admisión de aire, determinando la presión que provoca, en algunos casos, el cierre dinámico de ventosa (cierre prematuro sin presencia de agua), así como la presión que provoca el cierre del primer flotador en ventosas “non–slam”. De todo ello se concluyó la necesidad de incluir, en la próxima revisión de la normativa de ventosas (UNE-EN 1074:2001. Válvulas para el suministro de agua. Requisitos de aptitud al uso y ensayos de verificación apropiados. Parte 4: Purgadores y ventosas), el umbral de presión a partir del cual se produce el cierre dinámico, así como la presión de subida del primer flotador en las ventosas “non–slam”.
Así mismo, los resultados obtenidos en los ensayos han facilitado el desarrollo de un modelo para simular el funcionamiento de las conducciones durante las operaciones de llenado y vaciado. El modelo de simulación utiliza las ecuaciones de conservación de la energía, la geometría de la tubería, la ley de los gases perfectos, las ecuaciones que caracterizan el comportamiento de válvulas, desagües y ventosas, y no tiene en cuenta la inercia del fluido. De aplicación a tramos de conducción de pequeña pendiente, es capaz de predecir la evolución de presión y caudal en el interior de la tubería, así como los tiempos para completar el llenado o vaciado de la conducción. Se ha comprobado la validez del modelo de simulación con datos experimentales obtenidos en campo, obteniendo una discrepancia inferior al 12% entre los resultados experimentales y los teóricos ofrecidos por el modelo.