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De bombeos, válvulas y presiones: los problemas y sus soluciones

Las estaciones de bombeo, en especial aquéllas que operan con elevadas alturas manométricas, representan la parte más delicada, desde el punto de vista hidráulico, de una instalación de agua a presión, ya sea para riego, abastecimiento u otros usos. Debido a las grandes masas de agua que tienen que mover y a las altas presiones de operación que en ocasiones deben alcanzar, cualquier cambio brusco en las condiciones de trabajo puede provocar graves o muy graves consecuencias. La peor situación se daría tras la parada repentina, por fallo de suministro eléctrico, del grupo de bombeo y la consiguiente aparición de ondas de sobrepresión y subpresión en la conducción.


Un transitorio hidráulico es una alteración de la presión en la columna líquida que circula por el interior de una tubería debida a maniobras bruscas o inesperadas de los mecanismos de regulación (válvulas) o de las bombas. Estas alteraciones en la masa de agua son oscilaciones de energía, y se transmiten a través del líquido formando ondas de presión que, según su intensidad, pueden llegar a provocar serios desperfectos en la instalación, graves inconvenientes a personas, importantes perjuicios económicos y medioambientales, etc.


En el video siguiente se muestra la rotura de una tubería de agua potable por golpe de presión en Los Ángeles, California (USA) suceso que ocurrió en julio de 2014. La rotura se produjo bajo la calzada de una avenida y originó un gran socavón, perdiéndose miles de litros de agua.


En el siguiente video vemos la rotura de una tubería de agua potable en Benalmádena, Málaga (España), hecho que ocurrió en octubre de 2016. La rotura tuvo lugar a primera hora de la mañana quedando afectadas la planta baja interior de un hotel así como la zona de jardines y entretenimiento. El suceso fue conocido popularmente como el “tsunami de Benalmádena” por la aparatosidad del chorro.



Son las ondas positivas generadas en una perturbación hidráulica las que provocan los problemas, ya que, con mucha diferencia, contienen más energía que las ondas de succión o de vacío. El máximo vacío que puede conseguirse equivale a una presión negativa de 10 metros de columna de agua. Una sobrepresión puede suponer esta cifra multiplicada por n; lo explicaba en el post “Sobre las presiones negativas en tuberías”.


Muchas tuberías, en general, suelen estar bien preparadas para resistir depresiones próximas a 1 kg/cm2 (10 mca). Sin embargo, debo advertir, que no deben de descuidarse las juntas de las uniones elásticas, ya que aquí sí podrían aparecer problemas y pérdidas de estanqueidad debido a situaciones puntuales de vacío.


Existen no obstante casos de tuberías metálicas fabricadas con paredes muy delgadas, de escasa rigidez, que se han visto afectadas por el colapso durante su funcionamiento, como se aprecia en la llamativa fotografía, muy conocida en estos foros.



Veamos a continuación algunas válvulas utilizadas para limitar el golpe de presión en impulsiones o en tramos de la conducción.


  1. Válvulas de alivio rápido


Son dispositivos que permiten de forma automática y casi instantánea la salida de la cantidad necesaria de agua para que la presión máxima positiva en el interior de la tubería no exceda de un valor límite prefijado. Se instalan en una derivación (TE) en los bombeos y también en redes hidráulicas.


Los fabricantes suelen suministrar las curvas de funcionamiento de estas válvulas, hecho que facilita su elección según las características de la conducción.


En el gráfico anterior se muestra la capacidad de descarga de la gama de válvulas de alivio modelo 50 RWR de la casa Mistral Ross. Para seleccionar el tamaño de válvula, se entraría en el eje de ordenadas (eje vertical) con la presión máxima o bien con la presión diferencial –descontando de la presión máxima la presión de salida si la válvula no descargase a la atmósfera- Se entraría a continuación en el eje de abscisas (horizontal) con el caudal máximo. En el punto de cruce de ambas líneas se elegiría la válvula cuya recta se encuentre situada a la derecha del punto de intersección.

Supongamos un bombeo a una balsa con una altura manométrica de 10 bar y un caudal de 368 l/s.

Para elegir el tamaño adecuado de válvula iríamos al gráfico y trazaríamos las líneas de presión y caudal según hemos indicado, resultando una válvula de 8 pulgadas.

El esquema de instalación en un bombeo, dependiendo si la válvula de alivio descarga o no a la atmósfera, sería éste:

Vista general de una estación de bombeo con válvula de alivio Ross de cuerpo en ángulo en la tubería de impulsión.

Las válvulas de alivio se instalan además de en los bombeos, en aquéllos otros puntos de la conducción en los que se prevea subidas de presión, como en estaciones de filtrado o en las redes de suministro junto a válvulas reductoras de presión según podemos observar en el siguiente esquema.

Vamos a comentar la imagen anterior. En los puntos donde existan válvulas de control, se deben de instalar válvulas de corte, antes y después, para aislar el tramo cuando se necesiten realizar trabajos de mantenimiento o reparación. A la izquierda vemos un filtro de malla para evitar que los residuos que pueda transportar el agua alteren el funcionamiento de la válvula. Después la válvula reductora de presión, en forma de ángulo, encontramos la válvula de alivio, que proporcionará protección contra picos puntuales de presión. En el by-pass vemos una válvula reductora de presión más pequeña. La válvula más grande (de mantenimiento más costoso) funciona en los períodos de mayor demanda. La válvula en derivación, más pequeña, reduce las horas de funcionamiento de la válvula grande, proporcionando un mejor rendimiento de la instalación.


Recordemos la expresión del coeficiente de caudal de una válvula:


El coeficiente de caudal (Kv) se define como el caudal (Q) en m3/h que provoca una caída de presión de 1 bar (∆P) cuando la válvula se encuentra totalmente abierta.


En la anterior fórmula, conocido Kv, podemos obtener la presión diferencial (∆P) para una válvula completamente abierta y un caudal de descarga (Q) haciendo: