Elementos de protección en sistemas de conducciones Antonio Sandoval Zábal (antonio.sandoval@acuaes.com)

Sociedad Estatal de Aguas de las Cuencas de España

Introducción En los epígrafes que se desarrollan a continuación se analizan las diferentes situaciones que pueden producirse en la explotación normal de una conducción, independientemente del material en que se diseñe, no incluyendo otro tipo de problemáticas específicas de materiales metálicos como la corrosión, para lo que también se habrán de incorporar las protecciones pasivas o activas que sean necesarias.

Tampoco se incluye otro tipo de elementos como rejas, cazapiedras o filtros destinados más bien a “tratar” el liquido a transportar, para proteger algunos elementos que puedan incluirse en la red como bombas o sistemas de goteo.

Así, cuando se hace referencia a elementos de protección, éstos han de relacionarse con el fenómeno del que se pretende proteger, analizándose una serie de situaciones que, incluso en el funcionamiento normal de una conducción, pueden producirse en las conducciones:

- Cavitación - Bolsas de aire - Depresiones - Sobrepresiones - Flujos inversos - Dilataciones, vibraciones y movimientos. - Averías

Para cada uno de estos grandes capítulos se analizan sucintamente los fenómenos y se abordan los diferentes sistemas que se pueden disponer, ya que frecuentemente tanto los problemas como las soluciones se presentan de forma combinada. P.ej. en el golpe de ariete se producen tanto depresiones como presiones, que pueden reducirse utilizando diversos elementos combinados. De este modo se agrupan los elementos en diferentes tipologías:

- Ventosas. - Tanques unidireccionales. - Chimeneas de equilibrio. - Calderines. - Volantes de inercia - Válvulas de cierre programado - Válvulas de alivio y válvulas reguladoras de presión - By-pass - Válvulas de retención - Juntas de dilatación y compensación - Válvulas de corte

Caracterización de los fenómenos A continuación se pasa resista de un modo descriptivo a los fenómenos que pueden ser el origen de problemas de funcionamiento en las conducciones, más allá de las diferentes modelizaciones matemáticas que pueden utilizarse para cuantificar y estudiar estas situaciones:

- Cavitaciones, producidas por la formación de burbujas localizadas que implosionan causando daños en el material de la tubería.

- Bolsas de aire, que se producen por la entrada de aire en la conducción, acumulándose en los puntos altos.

- Depresiones, motivadas bien por el vaciado de la conducción, sin que el aire pueda llenar el espacio que deja el agua, bien por ondas negativas de presión en los golpes de ariete.

- Sobrepresiones, causada por fenómenos como golpes de ariete que se producen en paradas bruscas de impulsiones o por cierre rápido de válvulas, o por fluctuaciones en la presión de una red.

- Flujos inversos y vaciados de la red, al actuar la fuerza de la gravedad o ciclos de presión-depresión sobre el agua circulante.

- Dilataciones, movimientos y vibraciones, bien por cambios de temperatura o por efectos tanto internos, p ej. cavitaciones, como externos, p.ej. motores, paso de tráfico, etc...

- Averías, que pueden aparecer por cualquiera de los fenómenos anteriores o por acciones externas (tráfico, geotecnia, mala ejecución, etc….).

Cavitación

La cavitación en conducciones se produce generalmente cuando el agua pasa a gran velocidad por una obstáculo, produciendo una descompresión del fluido y alcanzándose la presión de vapor del líquido, de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas.

La presión de vapor del agua de la temperatura de ebullición están relacionadas entre si, así en la costa el agua hierve a 100º y en una cota más alta el agua hervirá a menos temperatura, ya la presión atmosférica es menor, es decir la presión de vaporización y temperatura del agua depende una de otra. A una temperatura de 20 ºC la presión de vaporización es 17,5 mm Hg, así cuando la presión atmosférica baja de 17,5 mmHg el agua a20º hierve.

Ésta presión puede descender de forma localizada al aumentar la velocidad del agua al pasar a través de los accesorios o válvulas de una conducción, en los que se produce una la reducción de la sección. Del mismo modo la presión se convierte en energía cinética, un aumento de ésta se traduce en una disminución de la presión, con la consiguiente formación de burbujas de vapor.

La cavitación se forma normalmente a partir de "núcleos de cavitación”, que son diminutas burbujas de gases adheridas a materiales sólidos presentes en los líquidos, burbujas retenidas en fisuras en los conductos de transporte del mismo, o gases disueltos en el líquido.

Cuando las condiciones de flujo vuelven a normalizarse y la sección recobra su presión normal, las burbujas implosionan, regresando al estado líquido repentinamente, y causan ondas de presión que viajan en el líquido que pueden disiparse en la corriente o pueden chocar con una superficie. Si las burbujas de vapor se encuentran cerca o en contacto con una pared sólida cuando implosionan se producen presiones localizadas muy altas, ocasionando picaduras sobre la superficie sólida.

Además, si la zona donde chocan las ondas de presión es la misma repetidas veces, el material se debilita y se erosiona, provocando además de un daño en la superficie la formación de una zona de mayor pérdida de presión que se convierte en un foco de formación de burbujas de vapor.

La cavitación puede afectar a impulsiones (en la aspiración y en la descarga), a válvulas (que en los momentos de apertura o cierre sufren importantes sobrevelocidades, y otros elementos propios de la conducción como cambios de diámetro, codos, etc...

Para dar solución a este problema no se trata tanto de la colocación de un elemento específico, sino más bien de un correcto diseño de la instalación y la conducción de manera que se eliminen las turbulencias en las conducciones, evitando cambios bruscos en el diámetro de las tuberías, reduciendo la velocidad de circulación y eliminando los gases que haya disueltos en el agua, para lo que se han de instalar ventosas y purgadores que eliminen el aire que se libere.

Bolsas de Aire

A efectos prácticos puede considerarse el agua casi como incompresible, en tanto que el aire sí es claramente compresible. Por ello cuando en una conducción se forman bolsas de aire, la presión del agua que no se comprime (o lo hace en mucha menor medida) se transfiere de manera localizada al aire, que puede causar desperfectos en la conducción.

Además de roturas, el aire puede causar errores en los elementos de medida y la disminución de la sección de la tubería, con el consiguiente incremento en el gasto energético y la posibilidad de sobrevelocidades que den lugar a cavitaciones, o la disminución del caudal circulante.

Esta presencia de aire ha de considerarse en las diferentes fases de uso de la conducción: durante en llenado, en funcionamiento, y en el vaciado.

Antes del llenado la conducción está vacía, es decir llena de aire, por lo que el agua al entrar ha de desplazar todo el aire, de manera que no queden bolsas atrapadas en los puntos altos.

En el funcionamiento normal el aire puede entrar desde el exterior, bien por algún elemento como ventosas o a través de los bombeos (en los que un deficiente diseño o funcionamiento puede crear vórtices que introduzcan aire en el sistema), bien por averías.

Igualmente puede producirse entrada de aire disuelta en el agua, que por cambios en la condiciones de presión y/o temperatura (un ascenso de temperatura o un descenso de presión reducirán el aire disuelto en el agua), se liberen dentro de la conducción provocando incidentes (como ejemplo a 20ºC y presión atmosférica, el contenido de aire disuelto en el agua es de 20 litros por cada m3 de agua y con un caudal de 100 m3 /h, un cambio de temperatura de 15ºC a 30ºC producirá 500 litros de aire por hora).

Durante el vaciado el problema es el inverso, el espacio que deja el agua al salir ha de ser ocupado por aire, si esto no se produce se provocaría un vacío que originaría depresiones y succiones y la conducción que puede dar lugar a aplastamientos.

Para evacuar las bolsas de aire han de disponerse ventosas o purgadores en aquellos puntos en los que éstas puedan formarse o acumularse, generalmente (aunque no únicamente) los puntos altos del perfil de la condución.

Depresiones

Las depresiones en las conducciones son uno de los problemas que más directamente pueden comprometer la seguridad de la tubería ya que estas normalmente se han timbrado para resistir las presiones internas, e incluso gozan de un cómodo coeficiente de seguridad, produciéndose fallos bastante localizados en el caso de excesos de presión. Sin embargo las depresiones surgen de una manera más imprevista (por un mal diseño o una mala explotación), por lo que la conducción no se haya en condiciones de soportar esta solicitación, que afecta además a un tramo mayor.

En primer lugar ha de considerarse la posibilidad de aparición de depresiones en las operaciones de vaciado de una conducción, en las que, de manera inversa al llenado, el espacio que inicialmente ocupa el agua queda libre al salir ésta y ha de ser ocupado por aire, creándose el vacío en caso de que el aire no pueda entrar a suficiente velocidad, con el consiguiente riesgo de aplastamiento de la conducción.

Sin embargo el aire no es el único elemento a tener en cuenta en la aparición de depresiones, el fenómeno del golpe de ariete, que se produce cuando el agua que se desplaza por una conducción es obligada a detenerse bruscamente, provoca un ciclo de sobrepresiones y depresiones que pueden dar lugar a colapso de la conducción en el caso de que no sean compensadas.

Para afrontar esta problemática, además de las ventosas que se usan para evitar la formación de bolsas de aire, y que también pueden permitir la entrada de ésta, se utilizan dispositivos como chimeneas de equilibrio, calderines hidroneumáticos o tanques unidireccionales.

Sobrepresiones

Las sobrepresiones en una conducción se han de referir obviamente a presiones superiores a las previstas en un funcionamiento normal, para el que se realiza el timbrado de la tubería, siendo posible que se supere este nivel de manera accidental (p.ej. en el caso de fallo de válvulas de protección) o prevista (p.ej. en el caso de que en algún tramo se considere más económico el reducir el timbraje, aún aceptando que en algunas situaciones será necesario reducir la presión (con el consiguiente gasto improductivo de energía y/o caudal).

Sin embargo la causa más frecuente de sobrepresiones en la red es el golpe de ariete, que se produce cuando la masa de agua que se desplaza por la conducción es detenida bruscamente por un cierre rápido

de una válvula. A pesar de la naturaleza líquida del fluido, al estar confinado por la tubería, el efecto es similar al choque un tren en movimiento con una pared.

Cuando el “tren de fluido” choca con esta pared se producen dos efectos: uno de “rebote” del agua y otro de deformación, que el agua (incompresible a efectos prácticos) traslada al material de la conducción en función de la elasticidad de éste.

Describiendo el fenómeno de un modo simplificado, el efecto rebote hace que el “tren” comience a circular en dirección opuesta (deformando igualmente la conducción), con lo que el espacio que anteriormente ocupaba quedará vacío (si no hay ningún mecanismo que evite esta depresión) y por lo tanto el “tren de fluido” se frenará y volverá sobre sus pasos “atraído” por este vacío, para volver a rebotar y dar lugar a un ciclo de sobrepresiones y depresiones que irán disminuyendo (si la conducción las soporta y no hay roturas o aplastamientos) en función de la longitud del tramo, el diámetro, el material y la velocidad del agua.

Este fenómeno de parada brusca del “tren de fluido” se puede producir también por una parada brusca en un bombeo, en este caso la inercia hace que siga circulando el agua que ya ha sido impulsada, pero detrás de ésta no sigue alimentándose más caudal, por lo que el espacio que deja el agua circulante habrá de ser ocupado (bien por aire, que después habrá de ser expulsado, bien por agua procedente de alguna otra fuente) o se producirá el vacío.

En cualquier caso cuando el agua impulsada consuma la energía de que la ha impulsado, la menor presión en la “cola del tren de fluido”, la hará regresar y se producirá una sobrepresión, produciéndose de nuevo el fenómeno de idas y venidas de la onda de presión-depresión en la conducción (si se encuentra con una válvula de retención) o se producirá el giro inverso del grupo de bombeo e incluso el vaciado de la red y depósitos.

En la modelización del fenómeno se pueden tener en cuenta la elasticidad del material de la conducción y del fluido, la configuración del sistema (bombeos, depósitos, etc..), la disposición de los diferentes elementos de protección, e incluso fenómenos más complicados como resonancias, amplificaciones, derivaciones, etc...

Con carácter general, y aunque la utilización de potentes programas informáticos simplifican los cálculos (aunque una mayor precisión también requerirá un mayor número de datos y variables para alimentar el programa), la variable práctica a considerar para el golpe de ariete es la velocidad de cierre de la válvula, que en el caso de ser suficientemente lento evitaría este fenómeno, o el equivalente de la velocidad de parada en un bombeo, que también podría preverse suficientemente lento para no dar lugar al golpe de ariete.

Como esta posibilidad de cierre lento de válvulas (que se podría prever con una válvula de cierre programado) o parada suave de bombeos (con la incorporación de volantes de inercia) no siempre es posible, y en cualquier caso ha de preverse la posibilidad de una situación accidental.

Los mecanismos empleados para actuar frente a las sobrepresiones (y depresiones) que genera el golpe de ariete son fundamentalmente chimeneas de equilibrio, calderines hidroneumáticos y válvulas de alivio, además de incorporar en los sistemas válvulas de retención que limiten los efectos del retroceso de la onda de presiones-depresiones, pero que no solo no evitan el golpe de ariete sino que pueden complicar sus efectos si no son adecuadamente diseñadas.

Flujos inversos y vaciados

En el funcionamiento de la red, cuando aparecen fenómenos como el golpe de ariete o deja de impulsar un grupo de bombeo, el efecto de la onda de rebote o simplemente la gravedad hará que la dirección de circulación se invierta con lo que el caudal puede escapar de la conducción (con la problemática que el vaciado representa) e incluso en esta salida pueda provocar un giro inverso de grupos de bombeo.

Estos flujos inversos pueden producirse también en muchas configuraciones en las que el agua ha de circular en un sentido determinado pero en las que las condiciones variables de funcionamiento podrían hacer que el sentido se invirtiese o que incluso penetrase en la red un fluido no deseado (un ejemplo obvio es el vertido al mar de un emisario a través del cual, cuando no esté en funcionamiento, podría penetrar el agua de mar).

Por todo ello se disponen en las redes válvulas de retención que eviten este flujo inverso y protejan los elementos electromecánicos, siendo elementos imprescindibles, pero que a su vez, al cerrarse bruscamente, pueden dar lugar o amplificar otros efectos como el golpe de ariete o vibraciones y ruidos en la conducción.

Dilataciones, movimientos y vibraciones

A la hora de acotar la problemática de las dilataciones en las conducciones, es necesario recordar que, independientemente del coeficiente de dilatación que es específico de cada material, las oscilaciones de temperatura a que pueden verse sometidas son lo suficientemente importantes como para hacer imprescindible su consideración, especialmente en algunos materiales y situaciones.

En España, la diferencia de temperatura entre invierno (que puede descender por debajo de cero grados) y verano (que puede subir por encima de los cuarenta grados) representa un gradiente de temperatura que dará lugar a dilataciones de varios centímetros, que habrán de ser absorbidos.

Este fenómeno se dará fundamentalmente en conducciones no enterradas ya que en el caso de las tuberías en zanja, el terreno y el agua que transportan reducirán mucho la variación de temperatura, aunque en algunos materiales como el polietileno, que tienen un coeficiente de dilatación muy elevado y no tienen juntas flexibles que puedan absorber estas variaciones, ha de preverse en la instalación y disponerse en la zanja en forma de ondas longitudinales que permitan contraerse a la tubería cuando el agua circulante la enfríe.

Además en la conducciones no enterradas (tuberías colgadas en puentes, entradas y salidas en depósitos, conexiones con bombeos, etc…) se producirán movimientos motivados por acciones externas (tráfico, dilataciones o movimientos de los elementos de apoyo, vibraciones de motores, etc…) o internas (cavitaciones, cierres de válvulas, etc…) que no deben transmitirse a la conducción.

Para prevenir esta problemática se emplean juntas de compensación que permiten tanto la dilatación como cierto rango de movimientos, liras de dilatación, y la colocación de soportes y anclajes debidamente diseñados para permitir el movimiento de la conducción únicamente en la dirección deseada.

Averías

Cualquiera de los efectos anteriormente descritos, si no se ha estudiado previamente y se ha dispuesto el correspondiente elemento de protección, puede dar lugar a una avería, que en algunas situaciones puede ser especialmente grave y comprometer seriamente la instalación.

Además puede haber acciones externas, como el paso de tráfico pesado no previsto, una obra que dañe la conducción, movimientos del terreno, una mala ejecución, etc… que motiven averías puntuales, que pueden ser de fácil solución, pero que podrían comprometer el servicio de toda la red y que requiriesen el vaciado completo de esta,

El vaciado de toda una red representa una interrupción del servicio que se alargará a medida que sea mayor el volumen a desaguar y posteriormente reponer, que puede ser muchísimo mayor que el necesario para la reparación propiamente dicha, y que además introduce nuevas posibilidades de averías en el proceso de vaciado y de posterior llenado, habiéndose de considerar además otros aspectos como la posible necesidad de desinfección, la limpieza en el caso de entrada de barro, etc…

Por todo ello se ha de “compartimentar” la red para reducir los efectos inducidos por una posible avería, considerándose por tanto las válvulas de corte como un elemento de protección, además de la función que puedan tener dentro de la explotación.

Elementos de protección

Ventosas

Como se ha descrito en la relación de fenómenos que pueden afectar a las conducciones, la presencia de bolsas de aire es uno de los que más gravemente pueden comprometer la vida de la conducción. Para afrontar este problema uno de los elementos más comunes en los sistemas de conducciones son las ventosas.

Estos elementos tienen como misión el permitir la entrada y salida de aire, de manera controlada, de modo que no se produzcan ni depresiones por vacío ni bolsas de aire ocluidas que puedan provocar reventones. Así las funciones principales que han de llevar a cabo son:

- Expulsar aire en grandes volúmenes durante el llenado de agua de la conducción - Permitir la entrada de aire en grandes volúmenes durante el vaciado de la conducción para evitar

depresiones. - Expulsar el aire residual que se ha quedado atrapado después del llenado o que se ha desprendido del

agua durante la explotación normal de la conducción.

El funcionamiento básico de una ventosa se basa en un cuerpo cerrado y conectado a la tubería, en el que se aloja un mecanismo de obturación, consistente en un flotador cilíndrico o esférico, que obstruye o libera –en función de si ha de dejar salir o entrar aire- el orificio que conecta con la conducción. En función de que puedan realizar una o varias de estas operaciones, las ventosas pueden clasificarse en:

- Purgadores automáticos - Ventosas bifuncionales - Ventosas trifuncionales

Purgadores Automáticos

La misión de los purgadores es la expulsión de aire, de forma automática, únicamente en pequeñas cantidades, que se pueda haber introducido o liberado dentro de la conducción,

Están formados por un flotador que obtura un orificio de pequeño tamaño (normalmente no mayor de 12 mm2), de forma que cuando hay aire en la conducción el flotador desciende liberando el orificio, y cuando no hay, el flotador es empujado por el agua obturando el orificio.

También podría permitir la entrada de aire en el vaciado, pero en volúmenes tan pequeños que no se considera.

Se suelen ubicar cerca de bombas centrífugas, que durante su funcionamiento suelen introducir pequeñas cantidades de aire.

Ventosas Bifuncionales

Este tipo de ventosas permiten la salida de grandes cantidades de aire durante el llenado de la tubería, y además permite la entrada de aire en el vaciado (previsto o accidental) atmosférica evitando el aplastamiento de la tubería. Para permitir esto tienen un orificio de grandes dimensiones, de 25 a 400 milímetros de diámetro, por lo que ha de comprobarse la presión a la que el agua será capaz de mover el flotador y cerrar el orificio, ya que sus dimensiones podrían evacuar importantes cantidades de agua.

Igualmente ha de cuidarse el diseño ya que presiones excesivas o un inadecuado mantenimiento pueden dar lugar a enclavamientos del flotador, que quedaría encajado sin bajar cuando el agua salga, sin permitir la entrada el aire. La variedad de diseños de ventosas existente en el mercado es muy grande pero pueden agruparse en no-cinéticas y cinéticas: - Las ventosas no cinéticas generalmente tienen un flotador esférico y hueco, que debido a su baja

densidad puede movilizarse con la corriente de aire que sale de la conducción, dando lugar a un “cierre dinámico”. Es necesario que este flotador hueco sea suficientemente resistente para no deformarse, y que el material de sellado alrededor del orificio sobre el que el flotador se acopla no sea demasiado blando o inestable para que el flotador no quede “pegado” y pueda separarse en el vaciado.

- Las ventosas cinéticas únicamente cierran una vez el agua entra en contacto con el flotador debido a la configuración interna del cuerpo y las características del flotador, que debe cumplir las condiciones de equilibrio de fuerzas en la expulsión del aire. Si el flotador no sube suficientemente rápido cuando llega el agua, pueden producirse fugas apreciables ya que el orificio es grande, y si el cierre es muy rápido (por la velocidad del agua) pueden producirse fenómenos transitorios.

Purgador Automático Ventosa bifuncional Ventosa trifuncional

Ventosas Trifuncionales

Las ventosas trifuncionales son una combinación de las dos anteriores, combinando un purgador y una ventosa bifuncional. Así pueden expulsar pequeñas o grandes cantidades de aire durante el funcionamiento normal y el llenado de la instalación, al mismo tiempo son capaces de admitir grandes cantidades de aire en el vaciado de la conducción. Se pueden fabricar en un solo cuerpo (el flotador grande y el purgador se alojados en un mismo cuerpo) o menos frecuentemente se pueden ubicar los dos flotadores en cuerpos separados, (ventosas de doble cuerpo).

Otras tipologías

Además de las tipologías anteriores que son las más frecuentes, existen diseños específicos para otras situaciones que requieren otro tipo de prestaciones: - Ventosas de Entrada de aire (Aductoras):Disponen de un orificio grande cuya única función es la

admisión de aire en grandes cantidades para evitar depresiones en la tubería

- Ventosas de cierre progresivo o cierre lento, que disponen de un mecanismo que ralentiza el movimiento del obturador para minimizar el efecto negativo de las sobrepresiones producidas por cambios bruscos en la velocidad del agua en el momento de cierre de la ventosa.

- Ventosas para aguas residuales, que tienen una mayor distancia vertical entre el flotador y el obturador para impedir que la suciedad llegue al mecanismo de palancas y al obturador.

Ubicación y diseño

La descripción de las tipologías, ubicación y cálculo de ventosas está recogida en el manual M51 de la AWWA, 2001, “Air release, air/vacuum, and combination air valves”, en el que se señalan los siguientes puntos en los que ha de contemplarse la instalación de ventosas: - Puntos elevados para expulsar aire mientras la instalación se está llenando y durante el

funcionamiento normal de la instalación, así como admitir aire durante el vaciado. - Cuando se producen descensos bruscos de pendientes crecientes. - Cuando se producen aumentos bruscos en una pendiente descendente - En intervalos de 400 m y 800 m de tramos largos de tuberías descendentes o ascendentes. - Al principio y al final de tramos horizontales y en en intervalos de 400 m a 800 m. - En la descarga de una bomba, para la admisión y expulsión de aire en la tubería de impulsión - Aguas arriba de una válvula de retención en instalaciones con bombas sumergidas, pozos profundos

y bombas verticales. - En el punto más elevado de un sifón para la expulsión de aire, aunque debe ir equipada con un

dispositivo de comprobación de vacío que impida la admisión de aire en la tubería. - Junto a las válvulas principales de la instalación para facilitar el vaciado de la tubería.

Para el diseño no ha de confundirse el diámetro nominal de la conducción o el collarín que une la ventosa a ésta con el diámetro del orificio, verdadero parámetro de diseño y que en manual de la AWWA se calcula a partir de las fórmulas y tablas que proporciona, aunque siempre ha de realizarse la comprobación con las fórmulas, gráficos y diagramas del fabricantes de la ventosa real elegida. Es importante señalar que, al contrario que en otros elementos de la conducción en los que un sobredimensionamiento puede proporcionar una sobreseguridad (p.ej. en el timbraje de una tubería), en las ventosas el dimensionamiento ha de ser el óptimo para cada situación (por ejemplo para evitar que el agua no sea capaz de movilizar el flotador por ser demasiado grande al haberse sobredimensionado).

Tanques unidireccionales

En el apartado anterior se ha descrito como las ventosas son capaces de solventar la problemática de depresiones y bolsas de aire mediante el efecto, aislado o combinado, de expulsar o introducir aire en la conducción.

Sin embargo en fenómenos en los que la depresión se produce por un golpe de ariete, la introducción de aire en la conducción únicamente complicaría el problema, por lo que se han desarrollado diversos sistemas que son capaces de compensar esta presión negativa.

En el caso de los tanques unidireccionales, un deposito conectado a la conducción y equipado con una válvula de retención para evitar que el agua del sistema entre en el tanque, suministra el caudal cuando se produce la depresión, es decir, cuando la presión en el interior de la tubería es menor que la altura del agua en el tanque sobre el eje de la conducción en ese punto.

Este tipo de sistema se usa en perfiles muy irregulares, con puntos altos en puntos intermedios del trazado, en los que otros sistemas como chimeneas de equilibrio resultarían excesivamente altas, siendo necesario que dispongan de una sección del orden de 16 veces superior al diámetro de la tubería, pero no requiriendo alturas excesivas ni cortar la línea piezométrica.

Estos depósitos reducen la onda de depresiones aguas abajo, permitiendo que se transmita únicamente una amplitud igual a la diferencia entre la cota piezométrica y la del nivel del agua en el tanque, produciendo además una onda aguas arriba de amplitud igual a la diferencia restante, siempre que el depósito cuente con una fuente de caudal para no vaciarse.

Estos tanques reducen por tanto la onda de depresión, aunque no totalmente por lo que han de preverse elementos adicionales como válvulas de retención y ventosas o incluso otros tanques unidireccionales.

Por otra parte, aunque se trata de un elemento de diseño muy flexible en altura y forma, requiere un mantenimiento periódico (de la válvula de retención y del punto de suministro de caudal para reponer el caudal aportado), por lo que habrá de realizarse un estudio comparativo económico frente a otros dispositivos.

Chimeneas de Equilibrio

Las chimeneas de equilibrio son uno de los métodos más antiguos, simples y robustos empleados para compensar los efectos del golpe de ariete consistente, como su explícito nombre indica, en un depósito en forma de chimenea (porque ha de cortar la línea piezométrica) que es capaz de proporcionar caudal en las depresiones y (al contrario que el tanque unidireccional) es capaz de absorber la onda de presiones, actuando como un amortiguador o un muelle en el “choque del tren” que se produce en el golpe de ariete.

Dado que han de cortar la línea piezométrica son más apropiadas para perfiles con poca pendiente o que dispongan de un punto elevado en el perfil en el que poder instalarla (aunque en este caso el tramo protegido por la chimenea se reduce), y ha de disponer de una sección suficientemente grande respecto a la tubería (del orden de 16 veces mayor) para evitar que las ondas de presión y depresión incidan significativamente sobre su nivel.

El inconveniente que representa su construcción, especialmente en el caso de requerir grandes alturas, puede verse compensado con su simplicidad de funcionamiento, que no requiere mantenimiento mecánico ni reponer el caudal en el depósito.

Si bien la conducción queda perfectamente protegida aguas abajo, aguas arriba se producen fuertes perturbaciones que provocan giros inversos en bombas o requieren una válvula de retención cuyo cierre vuelve a provocar el fenómeno de golpe de ariete (en ocasiones superior al que se produciría sin la chimenea).

Calderines

Siguiendo la evolución lógica de los esquemas de protección, para evitar los inconvenientes de la chimenea de equilibrio (principalmente las dimensiones que puede llegar a alcanzar, especialmente en altura), se busca un sistema en el que puedan compensarse tanto las sobrepresiones como las depresiones, comprimiendo la instalación a un volumen aceptable.

Como quiera que el agua se considera incompresible se acude a otro fluido, el aire, para almacenar la presión que el sistema puede requerir o suministrar, confinándola en un depósito metálico llamado calderín hidroneumático.

El calderín, parcialmente lleno de aire comprimido, amortigua las ondas de depresión al producirse una expansión prácticamente adiabática, tras lo cual, en la onda de presión, se comprime.

Los calderines son uno de los dispositivos más utilizados en el control del golpe de ariete, especialmente en conducciones de perfil complicado y en las instalaciones de bombeo en las que puede producirse el fenómeno transitorio por un fallo eléctrico, colocándose en derivación aguas abajo de la válvula de retención de la bomba.

El caudal de entrada y salida del agua en el calderín se controla mediante válvulas y estrangulamientos aunque la salida debe realizarse libremente para compensar las depresiones (por lo que la tubería de salida es similar a la conducción principal donde se sitúa), y la entrada ha de controlarse con pérdidas localizadas para evitar que las presiones en el calderín suban en exceso.

Este estrangulamiento se realiza con toberas, válvulas o con válvulas de retención agujereadas (de manera que la salida es libre y la entrada se realiza únicamente a través del orificio.

Los calderines puede disponer de una vejiga interna en la que, a modo de bolsa, el aire comprimido queda separada del agua, de manera que no existe contacto entre ambas y no existe disolución que reste volumen al aire (que debe ser repuesto con un compresor en los calderines sin vejiga lo que complica el mantenimiento de la instalación).

Por el contrario la vejiga, además de suponer un mayor coste, representa un elemento de menor resistencia, especialmente en aguas que puedan incorporar elementos agresivos química o físicamente, como el caso de aguas residuales o de aguas procedentes de ríos en los que algún elemento sólido no retenido puede dañarla.

Igualmente se puede optar por depósitos verticales u horizontales, en función de la economía, la disponibilidad de espacio o incluso criterios estéticos, resultando en el caso de los calderines sin vejiga horizontales una mayor superficie de contacto aire-agua en la que se incrementará la disolución del aire en el líquido, con la consiguiente necesidad adicional del uso de compresor para mantener la presión y la incorporación a la red de aire disuelto (que si ésta el de longitud apreciable puede liberarse y causar cavitación).

EL dimensionamiento del calderín se realiza con ábacos y tablas, elaboradas a partir del método de Parkmanian u otras modelizaciones del fenómeno, y se determina el tamaño a partir de las ondas de depresión (mayor reducción cuanto mayor es tamaño), considerando además las pérdidas de carga en la entrada y salida de agua en el calderín.

Con un adecuado dimensionamiento las ondas de depresión se controlan casi totalmente, con un elemento bastante independiente y sin exigencias de cota, aunque al no suprimirla por completo puede requerir dispositivos adicionales (como ventosas, tanques unidireccionales o calderines más pequeños).

El coste de instalación es competitivo, resultando además una ventaja la relativa certidumbre de su precio al no requerir prácticamente obra civil cuyos condicionantes (geotecnia, ejecución, etc...) podrían influir. Por el contrario el mantenimiento se complica, aun en el caso de calderines con vejiga, ya que de un modo más o menos frecuente requerirán una inspección y la utilización de un compresor, desventaja que se ve reducida si la instalación se realiza junto a una estación de bombeo en la que ya hay suministro eléctrico y una necesidad inherente de mantenimiento.

Volantes de inercia

Para reducir la incidencia del fenómeno de golpe de ariete en una impulsión, otra opción consiste en intentar evitar la parada brusca de la bomba cuando se produzca un fallo eléctrico.

Para ello se introduce una mayor masa en el eje (un volante de inercia), que hace disminuir la velocidad de giro más lentamente, reduciendo gradualmente el caudal impulsado y minorando las ondas de presión.

Sin embargo este incremento en el tiempo de parada alarga igualmente el tiempo del transitorio, y supone un sobrecoste considerable para el grupo de bombeo y la instalación (caseta) por lo que no suele utilizarse en bombas de gran tamaño, ni es frecuente su empleo en bombas de eje vertical al complicarse la sujeción del volante (que incorporaría un nuevo peso en la dirección del eje con el consiguiente desgaste de los rodamientos).

Válvulas de cierre programado

Al igual que en el golpe de ariete producido en parada brusca de bombas pueden disponerse sistemas que “frenen” esta parada, en la generación de transitorios por cierre rápido de válvulas pueden plantearse sistemas que “frenen” este cierre.

Así se puede diseñar una válvula con un cierre programado y accionado mediante un motor, de manera que la presión en la red no supere el timbraje de la tubería, un ejercicio teórico que sin embargo se enfrenta a algunos inconvenientes prácticos:

- El tiempo de cierre podría resultar tan lento que el transitorio superase sin apenas atenuación la válvula y causase problemas aguas abajo de ésta.

- La secuencia de cierre óptima que resultaría no sería uniforme sino una ley de velocidades de cierre variables (valve stroking), siendo necesario elegir una válvula comercial en la que el cierre sea constante.

Con estos condicionantes puede realizarse el cálculo para que, en algunas disposiciones como una válvula al final de una tubería forzada, se calcule el tiempo de accionamiento de la válvula para evitar que la presión en la conducción supere un determinado nivel. El cálculo puede modelizarse para cada tipo de válvula pero existen ábacos (Word y Jones) en los que se pueden obtener resultados admisibles a partir de algunas simplificaciones.

Válvulas de alivio y válvulas reguladoras de presión

Del mismo modo que puede actuarse sobre el cierre de una válvula para evitar que se produzcan sobrepresiones, cuando estas ya se han producido, pueden situarse dispositivos para evitar que la velocidad se reduzca bruscamente (con el correspondiente aumento de presión), mediante válvulas de alivio que permiten de forma automática y muy rápida la salida de la cantidad necesaria de agua para que la presión en la conducción no exceda el limite establecido.

Esto puede lograrse mediante dispositivos muy económicos dotados de un muelle tarado, o sofisticar el diseño mediante pilotajes o regulación, para evitar el clapeteo de la válvula en los pulsos de descarga y los fenómenos transitorios que a su vez inducen estos cierres, pudiendo combinarse más de una válvula.

Para aumentar la eficacia de estas válvulas de alivio, se pueden diseñar para que su apertura se produzca, no únicamente cuando aumenta la presión, sino cuando se produce la depresión inicial, de modo que cuando retorna la onda de presión, ésta esté totalmente abierta para aliviar las sobrepresiones.

Estas válvulas reguladoras de presión (también denominadas antiariete o anticipadoras de onda), consisten en una válvula motorizada, con una ley de apertura/cierre diseñada para que se genere la mínima presión en el transitorio, conectada mediante un by-pass para descargar el líquido.

Las válvulas anticipadoras de onda combinan la maniobra de apertura a la presión inferior que se consigne, con una temporización de la maniobra de cierre al final del transitorio para evitar el vaciado de la conducción, y con posibilidad de funcionar como una válvula de alivio evitando sobrepresiones mediante una apertura tarada.

En ambos casos es preciso cuidar el diseño de la válvula, analizar el sistema y fijar correctamente los parámetros de presiones y tiempos, para evitar que esta sucesión de aperturas y cierres (en ocasiones con cierres diferidos programados) puedan a su vez provocar nuevos fenómenos transitorios.

By-pass

Al igual que en el caso de las válvulas anticipadoras de onda, hay otras configuraciones en las que un by-pass puede ser de utilidad para el sistema.

Así en las impulsiones con presión en la aspiración, un by-pass dotado de una válvula de retención, para que solo funcione en un sentido, puede aportar caudal al sistema en caso de parada repentina del bombeo, del mismo modo que un tanque unidireccional.

Esta presión en la aspiración puede proceder bien de un embalse o depósito, o bien de la propia presión de la conducción, en reimpulsiones o bombas booster, para evitar que la válvula de retención del rebombeo funcione como un obstáculo en medio de la conducción (aunque su misión es evitar el giro inverso del motor) y provoque que se produzcan dos trenes de ondas separados que producen numerosas averías y roturas.

Así en general las válvulas de retención en tramos intermedios de una conducción, aunque pueden disponerse by-pass de diámetros más reducidos que permitan el paso de la onda de retorno a través de la válvula, pero con su amplitud atenuada por la pérdida de carga

Válvulas de retención

A lo largo del desarrollo de la mayor parte de los sistemas de protección analizados anteriormente aparecen como parte del esquema de funcionamiento las válvulas de retención.

Estas válvulas funcionan de manera que sólo permiten el flujo de agua en un sentido, por lo que también se denominan válvulas antirretorno, y no son propiamente un dispositivo antiariete ya que introduce perturbaciones, en lugar de reducirlas.

Aún así su labor es fundamental para la protección de los diferentes elementos de una conducción – como grupos de bombeo, vaciado de la red o reflujos de otros líquidos (aguas residuales marinas, etc...) – siendo imprescindible una correcta selección y ubicación que puede atenuar las perturbaciones creadas en su funcionamiento.

Estas perturbaciones se originan porque la onda de retorno en un fenómeno transitorio va a rebotar contra la válvula de retención, que solo permite el paso en un sentido, pero el cierre de la válvula no es instantáneo, lo que da lugar a que un cierto flujo pueda superarla y circular en sentido inverso, de manera que la válvula cuando se cierre completamente, tendrá una sobrepresión aguas abajo y una depresión aguas arriba al detenerse el flujo inverso ya que se ha cortado su alimentación.

Estos fenómenos pueden dar lugar que la válvula se abra y cierre rápidamente, con el consiguiente clapeteo y vibraciones, En casos de cierre incontrolado de la válvula se produce el llamado “check valve slam”, o clapetazo, que provoca importantes picos de presión en la conducción.

Es por tanto fundamental la correcta elección de la válvula más apropiada de entre la gran variedad existente. En general habrán de seleccionarse de manera preferente válvulas con:

- Baja inercia de las partes móviles - Recorrido corto en válvulas deslizantes o relación distancia-ángulo pequeña en las basculantes. - Resorte de apoyo al cierre de la válvula

Las válvulas de retención que aquí se analizan son las utilizadas para la protección frente al golpe de ariete, aunque pueden establecerse otro tipo de clasificaciones (en función de la presión de trabajo; de la calidad del agua; o de la colocación horizontal o vertical):

Clapeta colgada simple: es la utilizada más frecuentemente y dispone de un disco o clapeta que se levanta con el paso del agua alrededor de 90º. Suele provocar un cierre brusco con un fuerte golpe de la clapeta, por lo que no es recomendable para velocidades altas (superiores a 1m/s) ni presiones elevadas (superiores a 2 ó 3 atmósferas).

A estas válvulas puede incorporárseles un contrapeso, no para acelerar el cierre (que ya es bastante brusco), sino para asegurar la hermeticidad y regular el tiempo de cierre.

Además del contrapeso se puede añadir un amortiguador para reducir el clavetazo y permitir mayores solicitaciones de velocidad y presión.

Este tipo de configuración también se comercializa con un diseño tipo wafer (o loncha) más estrecho para poderlo intercalar en instalaciones con limitaciones de espacio, resultando más económica y manejable.

Clapeta colgada con asiento inclinado, que le proporciona un recorrido inferior a 90º, que reduce el golpe de la clapeta y permite velocidades y presiones más elevadas que la convencional.

Clapeta oscilante de eje descentrado (clapeta oscilante), en la que el disco gira en dos semiejes descentrados, resultando el giro de cada parte inferior al de la clapeta simple, lo que reduce el golpe. Además el mecanismo es bastante simple y admite presiones elevadas, pudiendo incorporar también un contrapeso y un amortiguador, así como la configuración tipo loncha.

Clapeta partida, en la que las dos mitades del disco van sujetas a un eje central y se ayudan de un muelle para su cierre, consiguiendo recorridos de la cuarta parte del correspondiente a la clapeta completa por lo que el cierre es más suave, y si se construye con los materiales apropiados puede admitirr velocidades de hasta 5 m/s. Aunque son más compactas y de funcionamiento más suave, el resorte requiere más mantenimiento al sufrir desgaste y únicamente permite su empleo en aguas limpias

Eje longitudinal centrado, también conocida como Williams -Hager, y se constituye con un disco que se desplaza longitudinalmente al eje del tubo, ayudado por un resorte, de modo que el cierre es muy rápido y por lo tanto muy silenciosamente.

Al disponer de resorte no dependen de la fuerza de la gravedad para funcionar, por lo que pueden colocarse en cualquier posición, aunque precisamente este muelle hace que no sean recomendables en aguas residuales, admitiendo velocidades y presiones elevadas sin inducir golpes de ariete.

Además de estos tipos básicos, existen otras variantes más específicas para otros usos y que usualmente son un desarrollo de las tipologias descritas, o la utilización de otro tipo de válvulas para actuar como mecanismos de retención. Entre las más usuales pueden citarse:

Tobera, que en realidad es una válvula de eje longitudinal centrado, pero con un cono difusor hidrodinámico que disminuye la turbulencia del flujo y la caída de presión, aunque obligan a un cuerpo más alargado y costoso, presentando características in cluso mejoradas respecto a las de eje centrado. Son válvulas costosas

Clasar, que es una patente registrada del tipo de retención de disco concéntrico y desplazamiento axial, con un cierre ultrarrápido que se logra al disponer un obturador de recorrido reducido y de baja inercia ya que el disco es reemplazado por un anillo, lo cual disminuye el peso del disco y acelera el tiempo de cierre. Al igual que la toberas son costosas

Valvulas hidráulicas, que fundamentalmente son válvulas de regulación que abren, cierran y regulan presiones y/o caudales, utilizando para ello la energia del propio fluido que pasa por ella.

En función de la forma del cuerpo se pueden denominar en Y o de globo y tanto su configuració interior como el sistema de pilotos y operadores que pueden utilizarse es enormente variable, proporcionando a este tipo de válvulas una gran flexibilidad y campo de operaciones, que pueden habilitar su uso como control de presión y cierre en caso de golpe de ariete y flujos inversos, constituyéndose en una válvula de retención completamente “personalizable”.

Sin embargo la propia geometría del cuerpo de la válvula, realizado en fundición, hace que para diámetros elevados sean muy poco prácticas y muy costosas.

Monovar o multichorro, es el nombre comercial de una válvula de regulación concebida para ajustar la pérdida de carga de un circuito hidráulico y permitir la regulación (manual o automática) de un caudal o de cualquier variable relacionada con él (presión, caudal...), de manera que, al igual que las válvulas hidráulicas, puede utilizarse para limitar la presión en los fenómenos transitorios

La energía del fluido se disipa al estar fraccionado en múltiples chorros, repartidos en toda la sección, lo que permite reducirracias a esta concepción, los efectos de la cavitación, vibraciones, ruidos, fluctuaciones de presión

De bola, con un esquema similar al de una ventosa pero colocada al revés, por lo que son de aplicación alguna de las consideraciones sobre la deformabilidad del flotador y los materiales, ya que ofrece una máxima sección de paso al quedar retirada la bola, por lo que suele usarse en aguas residuales, aunque no son habituales en grandes diámetros (máximo 200 mm).

De pie, especificamente ubicada en la parte más baja de las aspiraciones de bombeos, para evitar que la columna de agua bajo el grupo de impusión se descebe. Usualmente se usan del tipo de eje centrado aunque se pueden usar otros tipos.

De fin de línea, En el final de tuberías de vertido. Evitan entrada fluidos (mar, residuales), olores o animales Varias tipologías (manga, clapeta)

Juntas de dilatación y compensación

Como se ha señalado en la descripción del fenómeno, en una conducción pueden producirse movimientos diferenciales, por dilatación o inducidos, que comprometan su funcionamiento.

Las dilataciones más significativas se producirán en tramos de tubería no enterrados, sometidos directamente a las variaciones de temperatura.

Para absorber la dilatación, que se produce en el sentido longitudinal, se ha de dejar un cierto grado de libertad de movimiento, siendo necesario cuantificar esta dilatación o contracción máxima y que puede asumirse, en el caso de no ser excesiva la longitud, o compensarse bien en cada una de las juntas, con la holgura que estas proporcionan, o bien en un solo punto (en conducciones soldadas que forman una sola pieza).

Existen diseños comerciales para juntas compensadoras de dilatación, con una sección en acordeón que al plegarse y extenderse absorbe los movimientos, así como diseños de instalación como liras (especialmente en pequeños diámetros) en las que se concentra la deformación sin afectar longitudinalmente a la tubería.

En cualquiera de los casos la conducción ha de estar anclada pero permitiendo la dilatación longitudinal, por ejemplo con piezas de caucho o teflón entre la brida o collarín de sujeción y la conducción..

En el caso de que los movimientos puedan provenir de otra fuente como vibraciones de equipos, movimientos diferenciales de bloques rígidos contiguos, etc.. se han de disponer elementos lo suficientemente flexibles para recoger reducir estas variaciones a un nivel admisible (que en alguna de las direcciones puede ser mas estricto).

Dentro de las tipologías se pueden diferenciar las juntas metálicas, similares a las de dilatación, pero que pueden incorporar varios fuelles separados para aumentar la flexibilidad, o guías longitudinales para permitir el movimiento solo en esta dirección.

Además existen diseños en los que los fuelles metálicos se sustituyen por anillos flexibles de material elastomérico, reforzados con lonas y anillos de alambre de acero, siendo más económicas y ligeras que las metálicas aunque no alcanzan las presiones y diámetros de éstas.

Válvulas de corte

Las válvulas de corte pueden disponerse en una conducción tanto para acotar los efectos de una posible avería, como para facilitar las reparaciones, o simplemente como parte de una explotación normal en el que deseen cortar o dirigir el flujo de caudal hacia diferentes ramales.

En el caso de control de averías lo usual es la disposición de válvulas de corte en el comienzo de los ramales dentro de una red ramificada, de manera que se pueda afrontar una reparación en este ramal sin necesidad de vaciar toda la red.

Igualmente en redes malladas ha de preverse la posibilidad de aislar algunas zonas y conducir el caudal por caminos alternativos, y en el caso de tramos rectos de diámetro apreciable, en los que una avería puede suponer la pérdida de un caudal importante, han de disponerse válvulas de corte intermedias para poder aislar longitudes que resulten aceptables.

Por último, en otros elementos como las ventosas, han de preverse válvulas de corte para poder aislarlas de la tubería sin necesidad de vaciar ésta, para realizar reparaciones o tareas de mantenimiento.

Al igual que en el resto de elementos las válvulas de corte pueden clasificarse en función de muchas variantes (materiales, presiones, calidad del agua), pero atendiendo a su tipología puede establecerse la siguiente clasificación:

- Compuerta: Válvulas sencillas y robustas, consisten en una tajadera circular o rectangular, situada

en el interior de un cuerpo, dentro del cual se desliza para cerrar el paso de agua o abrir completamente la sección (una de sus ventajas), alojándose en la parte superior del cuerpo.

Estas válvulas han de utilizarse normalmente completamente cerradas o abiertas, no siendo recomnedable emplear posiciones intermedias para regular, que pueden ocasionar vibraciones y cavitación.

Las principales diferencias que hay entre distintas válvulas de compuerta son las derivadas de los materiales de construcción (que habrán de adaptarse al uso y la agresividad del entorno y el fluido, así como las presiones a soportar), y específicamente del asiento sobre el que la tajadera se asienta cuando cierra, que puede ser de diferentes materiales elastoméricos o de metal, dependiendo de cada fabricante las formas que puede adoptar.

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Igualmente han de revisarse cuidadosamente las especificaciones de calidad de las partes móviles y empaquetaduras, ya que al tratarse de válvulas bastante económicas pueden existir “diferencias ocultas” en estos elementos para abaratar el coste.

Para diámetros importantes la necesidad de alojar la tajadera en el cuerpo cuando la válvula está abierta supone que ha de disponerse de un espacio libre del doble del diámetro de la tubería, lo que puede convertirse en un inconveniente.

La operación de apertura y cierre de estas válvulas puede realizarse con un volante manual o incorporar motorizaciones y desmultiplicadores para facilitar la tarea, especialmente en los diámetros mayores.

- Mariposa: consisten en una lenteja alojada en el interior de un cuerpo en forma de anillo, que gira

alrededor de un eje para abrir o cerrar el paso del fluido, pero que en posición abierta queda dentro del flujo (por lo que se buscan formas hidrodinámicas), tratándose igualmente de una válvula de apertura y cierre y no de regulación.

La variedad de diseños de este tipo de válvulas es mayor que en las de compuerta ya que a los diferentes materiales (acero, fundición, inoxidable, esmaltados, etc…) en que pueden construirse tanto el cuerpo, como la lenteja y el asiento, se unen otras variables como la posición del eje, en la que se pueden distinguir:

o Válvulas mariposa de eje centrado, en las que el eje de giro atraviesa total parcialmente la línea medida de la lenteja. Este tipo de válvulas que pueden abrirse bidireccionalmente, tiene la ventaja de permitir una forma más hidrodinámica y tener más protegido el eje de sedimentaciones y corrosiones, reduciendo el mantenimiento que en el caso de requerir actuar requiere el desmontaje de la válvula.

Por el contrario el punto de giro en el que el eje se conecta al cuerpo roza siempre que se produce una apertura o cierre produciendo un mayor desgaste y requiriendo una mayor energía para su operación. Este asiento cubre todo el perfil de la válvula por lo que el paso por la sección es más suave y sin resaltos que pueden deteriorarse o acumular sedimentos.

o Válvulas de de eje biexcéntrico, en las que el eje de giro además de no ubicarse en el interior de la lenteja sino en el lateral, que además se sitúa desplazado de la línea media del disco, quedando más expuesto a corrosiones y sedimentaciones que en las de eje centrado.

Esta disposición hace que el cierre siempre en la misma dirección (no bidireccional), pero reduce en buena medida roce del asiento con la lenteja ya que rápidamente al abrirse ésta se separa del cuerpo, limitándose a unos cuantos grados del cierre, con lo que se reduce la energía necesaria para su operación y el desgaste de los elementos.

Sin embargo el asiento no cubre todo el cuerpo de la válvula sino que se realiza con bien sobre un resalto o bien sobre una junta fijada en el disco, por el contrario para mantener la válvula no es necesario desmontarla completamente, lo que es interesante para grandes diámetros.

Además la biexcentricidad hace que las fuerzas hidrodinámicas colaboren en los procesos de cierre, con lo que se mejora su estanquidad, y que permiten diseños para requerimientos muy exigentes incorporando refuerzos a la lenteja.

En cuanto al materia de asiento o cierre, lo más frecuente es la utilización de algún tipo de elastómero (en función de la agresividad del fluido) pudiendo realizarse un cierre metal-metal para presiones o temperaturas muy elevadas.

En el caso de utilización de elastómeros, éste puede ubicarse en el cuerpo de la válvula, o alojarse en el borde del disco con la ventaja de poder ser sustituido en válvulas de gran tamaño sin necesidad de desmontarlas totalmente.

El accionamiento de las válvulas puede hacerse manualmente (con un desmultiplicador si el diámetro es grande, con un motor acoplado, o mediante un contrapeso y servomotor de aceite.

El contrapeso utiliza la fuerza de gravedad de un peso exterior a la válvula, unido al eje de giro del disco mediante un brazo mecánico. El brazo va ligado también a un servomotor de aceite que permite abrir la válvula, que queda bloqueada hidráulica o mecánicamente en su posición totalmente abierta (la posición más elevada del contrapeso). Cuado se libera el contrapeso se inicia el cierre de la válvula y se puede ajustar el tiempo de cierre, para evitar el golpe de ariete en la tubería regulando la salida de aceite del cilindro del servomotor.

Además a estas válvulas se les puede añadir un piloto sensor convirtiéndolas en válvulas de sobrevelocidad que se cierran en caso de emergencia por la acción del contrapeso, y en grandes diámetros se pueden incorporar otros mecanismos de seguridad como un by-pass para equilibrar presiones a ambos lados de la lenteja en las aperturas. También existen válvulas de eje triexcéntrico en las que se inclina el asiento y la línea de sello del vástago,

realizando un cierre forzado y totalmente hermético con sello de metal, aunque no son empleadas en agua.

- Hidráulicas o de globo: como se ha descrito en el apartado de las válvulas de retención, las válvulas hidráulicas, con una adecuada combinación de pilotos, son capaces de realizar una gran variedad de funciones, entre las que obviamente se encuentra el corte de la conducción, pudiendo asociarse a “inputs” o condiciones de contorno que permitan un cierre automático cuando las circunstancias lo requieran, convirtiéndose por ejemplo en una válvula de sobrevelocidad que cuando detecte un flujo repentino, que puede ser causado por una fuga o una avería, cierre automáticamente la conducción.

- De bola o de esfera, consiste en una esfera perforada situada en el interior de un cuerpo y que se abre mediante el giro del eje permitiendo el paso del fluido cuando se alineaa la perforación con la entrada y la salida de la válvula. Con la válvula cerrada, el agujero estará perpendicular a la entrada y a la salida y el sellado es muy bueno ya que la bola contacta de forma circunferencial y uniforme el asiento que suele ser de materiales blandos.

Por último recordar que para cualquiera de las situaciones y disposiciones descritas, siempre es necesario tener en cuenta otros elementos auxiliares pero que pueden ser la diferencia entre una buena instalación y una fuente inagotable de problemas, como pueden se los carretes de desmontaje, las bocas de hombre, los sistemas de telecontrol y telemando, etc….