Dispositivos hidraulicos auxiliaresndice

1. Contadores

2. Vlvulas y accesorios

3. Ventosas

4. Otros dispositivos auxiliares.

Contadores

Los contadores son los elementos que permiten la medicin del volumen de agua aplicado durante el riego. Existe gran variedad de contadores en el mercado. Para su eleccin hay que tener en cuenta las caractersticas de los diferentes tipos, que se describen ms adelante, as como la precisin, sensibilidad al aire e impurezas, prdida de carga que ocasionen, condiciones de instalacin y , por supuesto, el coste. Una condicin imprescindible en el caso de riego es que sean totalizadores.

De los distintos tipos existentes, los de uso frecuente para riego son los de tipo Woltman, los proporcionales, los de ultrasonidos y los electromagnticos. Adems, describiremos los rotmetros porque, aunque normalmente no son totalizadores, suelen emplearse en la aplicacin de lquidos como fertilizantes, plaguicidas, etctera.

Contador WoltmanLos contadores tipo Woltman tienen una larga tradicin en la medicin de fluidos. Consisten un una carcasa en cuyo interior un molinete gira con una velocidad que depende de la del agua. Un tren de ejes y engranajes transmite el giro del molinete a un dial en el que se puede medir el caudal instantneo y el totalizado.

Pueden ser de hlice axial o vertical. Los de hlice axial tienen el eje del molinete paralelo a la tubera, lo que les permite instalarlos en tuberas con cualquier inclinacin. Se fabrican en dimetros desde 50 mm hasta del orden de 2 metros. Su funcionamiento se ve afectado por los remolinos, por lo que en la entrada debe instalarse un tramo recto de unas 20 veces el dimetro. Los de hlice vertical slo pueden instalarse en tuberas horizontales. Otra desventaja frente a los de hlice axial es la mayor prdida de carga y la menor gama disponible de dimetros. En cambio, no necesitan tramos rectos tranquilizadores.

Los contadores Woltman tienen una precisin del orden del 2 % y producen unas prdidas de carga de 1 a 4 m.

Figura 6.1: Dos tipos de contadores WoltmanEl contador proporcional hace que el agua pase por dos circuitos en paralelo, midiendo el caudal en el de menor paso por medio de una turbina. Este caudal es proporcional al total que pasa por la tubera, que es el que se indica en el dial, donde se muestra el caudal instantneo y el totalizado. Son muy sensibles a las impurezas, por lo que al principio del circuito secundario suelen llevar un filtro.

Contador proporcionalFigura 6.2. Contador proporcionalEstos contadores son algo menos precisos que los Woltman y producen una prdida de carga del mismo orden. La gama de fabricacin va de 50 a 500 mm.

Contador de ultrasonidosUn contador de ultrasonidos consta de dos sensores de ultrasonidos y un convertidor. Los sensores van a cada lado de la tubera, formando un ngulo con ella pero alineados entre s. Cada sensor, alternativamente, emite pulsos y recibe los emitidos por el otro. En un sentido, la transmisin de los pulsos se ve facilitada por la circulacin del agua, y en el otro sentido, retardada.

La diferencia de frecuencias de ambas transmisiones, que es proporcional a la velocidad del agua, es utilizada por el aparato para calcular el caudal. El contador mide caudales instantneos y totalizados.

La precisin es del orden del 1 % y pueden medir velocidades entre 0,3 y 5 m/s. No producen prdidas de carga. Necesitan tramos tranquilizadores aguas arriba y abajo. Se pueden adaptar a cualquier dimetro y hay modelos porttiles que permiten aforar tuberas.

Figura 6.3. Contador de ultrasonidos Contador electromagnticoLos contadores electromagnticos constan de un tubo metlico recubierto de un material aislante elctricamente, resistente a la corrosin, que externamente lleva unas bobinas creadoras de un campo magntico. Este campo induce un potencial en el agua, que se mide por medio de dos electrodos y que es proporcional a la velocidad del agua.

Un convertidor ampla el potencial y genera una seal de salida que es transformada en lectura de caudal. Miden caudales instantneos y totalizados.

Los contadores electromagnticos son de gran precisin, del orden del 0,5 %. No producen prdidas de carga. Necesitan tramos tranquilizadores.

Figura 6.4. Contador de ultrasonidos Rotmetro.El rotmetro consiste en un tubo transparente de forma suavemente cnica, que se intercala en un tramo vertical en serie con la tubera cuyo caudal se quiere medir. El cono es ms estrecho en su extremo inferior y contiene un "flotador" de acero inoxidable. El paso del agua desplaza el flotador hacia arriba hasta alcanzar una altura que depende del peso del flotador y del empuje del agua. Este, a su vez, depende de la velocidad del agua, que es variable a lo largo del rotmetro, por ser variable la seccin. En consecuencia, cuanto mayor es el caudal, ms alto se produce el equilibrio del flotador. El rotmetro lleva grabada una escala en el cilindro transparente, lo que permite leer directamente el caudal. En algunos modelos, el flotador lleva incorporado un imn permanente, que transmite sus posiciones a una aguja indicadora, que es la que seala el caudal sobre una escala.

Los rotmetros se utilizan para la lectura directa de caudales, que normalmente van desde 1 l/h hasta caudales del orden de 50.000 l/h. La precisin es del orden de 1-2 % del mximo de la escala. Deben instalarse completamente verticales. Generalmente slo miden caudales instantneos, aunque los de tipo iman pueden transmitir elctricamente los datos a un totalizador.

Figura 6.5. Rotmetro Transmisin de datos de los contadoresLa transmisin de datos de los contadores es imprescindible en la programacin del riego por volmenes. Algunos contadores, como los de ultrasonidos o electromagnticos, llevan incorporados el sistema de transmisin, pero en los convencionales no ocurre as normalmente.

Algunas casas fabrican contadores convencionales que adems transmiten los datos elctricamente. Para ello la esfera giratoria del contador lleva un imn que en cada vuelta cierra una vez un circuito elctrico, creando un impulso que se puede transmitir por cable a grandes distancias. Cada impulso recibido en el programador de riego equivale, por tanto, a la cantidad de agua correspondiente a una vuelta en la esfera del contador. Los contadores llevan varios tipos de esferas que miden litros, decalitros, hectolitros, m3, etc., y en ellas se pueden colocar imanes de 1, 2 4 polos, obteniendo una amplia gama de impulsos.

Vlvulas y accesorios

Vlvulas manuales

Las vlvulas manuales son aquellas que necesitan ser accionadas directamente por una persona o por un motor (vlvulas motorizadas). Estas ltimas pueden recibir la orden directamente de un operador, o bien de un sistema automtico.

Si el que emite la orden de apertura o cierre de la vlvula es un PLC o un cuadro de maniobra en funcin de una determinada consigna (p.e.: mantener la presin aguas abajo), pasara a realizar las funciones de una vlvula automtica, si bien el automatismo no estara directamente incorporado a la misma.

En funcin del mecanismo de cierre podemos distinguir:

Vlvulas de esferaEn las vlvulas de esfera el elemento de cierre es una esfera en la que se ha practicado un taladro cilndrico. La esfera tiene posibilidad de giro respecto a un eje perpendicular al del taladro. Cuando el eje del taladro est alineado con el de la tubera, la vlvula est abierta, y cuando es perpendicular el paso est totalmente cerrado. La vlvula puede adoptar posiciones intermedias que permitan la apertura parcial de la conduccin, si bien generalmente se utilizan como "todo o nada". Presentan una elevada estanquidad. Debido a que solo es necesario efectuar un giro de 90 para provocar un cierre total en la conduccin, pueden dar lugar a golpes de ariete en la instalacin en el caso de realizar la maniobra de una manera excesivamente rpida.

Figura 6.6. Vlvula manual de esferaEn general, las vlvulas de esfera se utilizan en conducciones de pequeo dimetro, siendo el tipo de conexin ms usual la de rosca, aunque tambin es frecuente encontrar modelos con bridas o con unin para encolar.

Vlvulas de compuerta.En este tipo de vlvulas el elemento de cierre es una compuerta perpendicular al eje de la tubera, que puede desplazarse actuando sobre un volante. Cuando la vlvula est totalmente abierta deja libre todo el paso de la tubera. Es recomendable su utilizacin para aislar o poner en funcionamiento tramos, debido a su estanquidad y a las pocas prdidas de carga a que da lugar cuando est completamente abierta, al igual que las vlvulas de esfera. Por el contrario, no es la ms adecuada para regular.

La presin del agua sobre la compuerta ejerce un empuje sobre la misma que puede dificultar las maniobras de apertura y cierre de la vlvula. El accionamiento de las vlvulas de compuerta puede ser de distintos tipos:

- Mando por volante.

- Mando por volante y reductor planetario.

- Mando por volante y reductor corona sinfn.

Estos dos ltimos tipos de accionamiento posibilitan la ralentizacin de las maniobras de cierre y apertura de la vlvula, evitando la aparicin de sobrepresiones originadas por un accionamiento rpido de las mismas.

Figura 6.7. Tres tipos de vlvulas de compuesta Vlvulas de mariposaEl elemento de cierre en las vlvulas de mariposa es una lenteja que gira alrededor de un eje, perpendicular al eje longitudinal de la tubera.

Cuando el disco adopta una posicin perpendicular al eje de la tubera la vlvula est totalmente cerrada.

Las vlvulas de mariposa presentan la ventaja, con respecto a las de compuerta, de necesitar un par de maniobra menor, dado que la presin del agua provoca sobre el disco un par de fuerzas equilibradas. En contrapartida, las vlvulas de mariposa, cuando estn totalmente abiertas, no dejan libre la totalidad de la seccin de paso de la tubera. Se utilizan como vlvulas "todo o nada" y como vlvulas de regulacin para dimetros superiores a 400 mm.

Figura 6.8. Tres tipos de vlvulas de compuesta Vlvulas de asiento.El elemento de cierre de estas vlvulas es un disco que asienta sobre los tabiques interiores del cuerpo de la vlvula, cerrando el paso del agua. Existen modelos en los que el disco de asiento es perpendicular al eje de la conduccin, y otros en los que es oblicuo (vlvulas de asiento inclinado). Resulta difcil su accionamiento, dado que la fuerza que ejerce el agua sobre el disco es contraria al sentido del desplazamiento del mismo cuando se efecta la maniobra de cierre. El accionamiento de la vlvula se realiza por medio de un volante.

Este tipo de cierre es uno de los ms utilizados para regular (vlvulas automticas), si bien en este caso el accionamiento es de tipo hidrulico.

Existen otros tipos de vlvulas de accionamiento manual, cuyo empleo est ms bien restringido a conducciones de pequeo dimetro. Entre ellas podemos destacar las vlvulas de pistn, de aguja, de puente y de cierre cnico.

Vlvulas de acople rpidoSe colocan a la salida de la conduccin, a ras de suelo o areas y sin necesidad de arqueta, para aislar o poner en servicio una manguera o aspersor. Por lo tanto se trata de un tipo de vlvula "todo o nada".

Vlvulas hidrulicas

Las vlvulas hidrulicas son elementos ampliamente utilizados en las redes hidrulicas y en general en todo tipo de sistemas de distribucin de agua.

Su simplicidad constructiva, que elimina prcticamente el mantenimiento, unida a su carcter multifuncional convierte a las vlvulas hidrulicas en elementos imprescindibles para solventar un buen nmero de problemas que se presentan en toda instalacin hidrulica.

El exterior esta constituido por dos piezas (cuerpo y tapa), en cuyo interior se encuentran la membrana o diafragma de caucho que es el elemento de apertura o cierre al paso de agua. Un muelle cumple la funcin de ayuda al cierre de la vlvula.

La vlvula de tres vas exterior permite la apertura o cierre manual de la vlvula, as como la actuacin de la misma de acuerdo a una seal hidrulica a distancia.

El funcionamiento de la vlvula se representa en la figura 6.10:

Estando la cmara de la vlvula (parte superior de la membrana) conectada a la atmsfera, la presin del agua del interior de la tubera empuja la membrana hacia arriba, abriendo la vlvula y por lo tanto el paso del agua.

Cuando se comunica a la cmara de la vlvula bsica, es decir abierta-cerrada. El funcionamiento en regulacin se basa en la utilizacin de todos los puntos intermedios entre estos extremos: abierta y cerrada. Esta funcin de regulacin se realiza mediante la conexin de un piloto. A las vlvulas hidrulicas se les pueden conectar varios pilotos para realizar regulaciones multifuncionales o adaptarse a las diferentes aplicaciones prcticas.

Las vlvulas hidrulicas estn disponibles en tamaos que van desde 3/4'' hasta 12" y en tres tipos de material: plstico (de 1" a 3"), bronce (de 3/4" a 2") y fundicin de hierro (de 2" a 12"), stas recubiertas con pintura epoxi.

Accesorios y dispositivos de control para las vlvulas hidrulicas.Las vlvulas hidrulicas, tal como hemos visto, permiten abrir y cerrar el paso del fluido por la tubera. Aadiendo diferentes accesorios y pilotos podemos construir circuitos hidrulicos que realicen regulaciones automticas especficas, pudiendo modelar as a voluntad el funcionamiento bsico de la vlvula.

Estos circuitos hidrulicos estn constituidos por accesorios que no intervienen de forma dinmica en la regulacin, tales como conectores, tubos de cobre o plstico, vlvulas de cierre, vlvulas de aguja, filtros de toma, etc. y otros que si intervienen de manera directa, son los llamados "pilotos".

Otro accesorio que se instala en las vlvulas hidrulicas son los solenoides, estos forman un conjunto con la vlvula denominndose electrovlvula. A continuacin describimos estos dos accesorios que se instalan en las vlvulas.

Pilotos.Los pilotos (figura 6.11), son dispositivos hidrulicos capaces de, a partir de una seal de sensor, generar una seal de mando que acta sobre la vlvula modificando su comportamiento en la instalacin.

Existen dos tcnicas en cuanto a pilotaje: el pilotaje a 3 vas y el pilotaje a 2 vas. Todos los pilotos estn formados por un dispositivo que acta sobre un vstago o pistn. En el piloto de 3 vas, (figura 6.12.) este vstago acta como un selector que comunica un paso o puerto comn a la cmara de la vlvula y uno de los otros puertos a la presin, el desplazamiento del vstago conecta la cmara a la atmsfera para abrir la vlvula o bien la presuriza para cerrarla. El piloto podr estar actuando de forma manual, elctricamente o por una seal de presin.

El control de dos vas requiere la conexin de la cmara con la presin antes de la vlvula y aguas debajo de la misma, tal como se indica en la figura 6.13.

El piloto acta como un regulador de flujo situado en el tramo de la tubera de aguas abajo que puede estar abierto, cerrado o semiabierto. Con estas posiciones del piloto, la vlvula acta respectivamente abriendo, cerrando totalmente, o modulando la regulacin deseada, (figura 6.14).

La regulacin se produce gracias a la relacin entre la restriccin producida por la vlvula de aguja de la toma de presin y la del piloto. Si el paso del piloto es ms grande que el orificio de restriccin de vlvula de aguja, ms cantidad de agua pasar a su travs de la que pueda entrar a travs de la vlvula de aguja y por lo tanto se producir una disminucin del volumen de agua en la cmara y la vlvula se abrir. Si por el contrario el paso a travs del piloto es ms pequeo, la vlvula se cerrar debido al mayor caudal hacia el interior de la cmara. Con la vlvula de aguja adems, podremos regular el tiempo de cierre de la vlvula.

Cada uno de estos sistemas de control presenta unas ventajas e inconvenientes que deben tenerse en cuenta al valorar la eleccin de uno u otro en cada caso particular:

El control de dos vas es ms simple y de ms fcil montaje que el de tres vas.

El control de dos vas es ms sensible y permite una mayor exactitud en la regulacin y un comportamiento ms estable.

El control de tres vas permite drenar la cmara a al atmsfera, por lo que la vlvula puede abrir totalmente, reduciendo la prdida de carga que mantiene una presin permanente en la cmara de la vlvula, por lo que esta no se abre totalmente.

El control de dos vas requiere un caudal permanente de agua a travs de los tubos de mando y de los accesorios. Por lo tanto, es ms sensible a las obturaciones debidas a partculas en suspensin. Es por ello que se recomienda la instalacin de filtros de toma en estas configuraciones. En el control de tres vas slo se vehiculan pequeas cantidades de agua, por lo que el sistema es ms resistente a las obturaciones.

El control de dos vas, a diferencia del de tres vas, no permite utilizar para el control de la vlvula otros fluidos que no sean el agua de la tubera (aire o agua de suministro por ejemplo).

Solenoide.El solenoide es un dispositivo que permite convertir una seal elctrica en una seal hidrulica de presin capaz de abrir o cerrar la vlvula.

El solenoide consiste bsicamente una bobina de cobre en cuyo interior se encuentra un ncleo ferromagntico, de tal forma que cuando la bobina o recibe tensin, el ncleo adopta una posicin de reposo y al recibir tensin cambia su posicin, pasando al estado de excitacin. Con este cambio de posicin del ncleo se produce la ecuacin hidrulica de la vlvula, ya sea su apertura o bien su cierre (ver figura 6.15)

Figura 6.15. Esquema funcionamiento de un solenoideLos solenoides pueden ser clasificados en funcin de diferentes conceptos:

1. Tipo de corriente de excitacin de la bobina:

- alterna: 24 V. 110 V. 220 V.

- continua: 12 V. 24 V. 110 V.

2. Nmero de vas

Los ms usuales son de 3 vas P (presin) C (comando) E (drenaje) y de 2 vas P(presin) C (comando)

3. Forma de operacin:

- Normalmente abierto (N.O.): la posicin en reposo permite la comunicacin de P (presin) con C (comando). El paso P-C est abierto.

- Normalmente cerrado (N.C.): la posicin de reposo permite la comunicacin de C (comando) con E (drenaje) el paso P-C est cerrado.

4. Otras caractersticas de los solenoides son:

- Paso (dimetro del orificio interno: 1.6, 2 y 2.4 mm).

- Potencia: 2.5, 5.5 y 8 W.

- Conexiones: rosca hembra 1/4" o 1/8".

En la figura 6.15. se representa un solenoide tpico de tres vas normalmente abierto (N.O.). En la posicin de la izquierda el solenoide se halla en reposo (sin tensin), con lo que se permite la comunicacin entre la presin de tubera (P) y el comando (C).

En la posicin de la derecha el solenoide se halla excitado (con tensin), lo cual origina el levantamiento del pistn y la consiguiente comunicacin entre C (comando) y E (drenaje).

Para definir un solenoide es necesario indicar: tensin de excitacin, 2 3 vas, funcionamiento N.O. o N. C., paso, dimetro de las conexiones y potencia.

Aplicaciones de las vlvulas hidrulicasComo ya se ha comentado anteriormente, las vlvulas, gracias a la intervencin de los diferentes pilotos, permiten realizar un elevado nmero de funciones de control automtico, aplicables en cualquier punto de una instalacin hidrulica.

Este apartado tiene por objeto poner de manifiesto este carcter multifuncional de las vlvulas, mostrando su funcionamiento, esquemas prcticos y las posibles aplicaciones de las funciones principales.

Electrovlvula (EL)Una de las formas ms usuales de funcionamiento de las vlvulas hidrulicas, es partiendo de una seal elctrica con la cual podemos abrir o cerrar la vlvula. Para ello debemos convertir dicha seal elctrica en una seal de presin, funcin que realizamos mediante la utilizacin de una solenoide.

Usualmente se utilizan solenoides de tres vas normalmente abiertos (N.O.), de tal forma que la vlvula quede cerrada cuando no se alimenta elctricamente el solenoide. Segn los casos, puede ser necesario utilizar solenoides normalmente cerrados (N.C.). Los esquemas de montaje de ambas funciones se muestran en la figura 6.16.

Figura 6.15. Funciones de una electrovlvulaDe acuerdo a la figura 6.16. (derecha), cuando el solenoide no est excitado, P y C se encuentran conectados, con lo cual la presin de la red es llevada a la cmara y la vlvula cierra. Cuando llega tensin al solenoide, este comunica C con E, drenndose la cmara con la consiguiente apertura de la vlvula.

Debe tenerse en cuenta que cuando se utilizan solenoides de tres vas N.O. la vlvula se convierte en N.C. y viceversa. En la tabla 6.1 se relaciona la funcin del solenoide sobre la vlvula y su estado en funcin del tipo de solenoide y de la presencia o no de seal de actuacin.

Tabla 6.1. Tipo de solenoide en funcin del tipo de seal

Tambin hay solenoides de dos vas, los cuales suelen utilizarse para los montajes combinados o multifuncionales de dos vas.

La actuacin a partir de una seal elctrica permite controlar la vlvula hidrulica a distancia mediante el correspondiente tendido de cable (figura 6.17). Sin lugar a dudas, la eleccin de la seccin de cable idneo es un factor importante para el buen funcionamiento de la instalacin. Secciones de cable excesivamente pequeas impediran que la tensin en la electrovlvula fuera la suficiente para permitir su funcionamiento. En la tabla se indican las secciones de cable idneas para diferentes potencias de solenoide, en funcin del nmero de ellos que funcione simultneamente. Es importante tambin no trabajar con una tensin superior a la nominal del solenoide, ya que se podran producir roturas de bobina.

Los mrgenes de tensin tolerados son de +10% y -10%. Es decir, para un solenoide de 24 V el funcionamiento adecuado se da entre 21,6 V y 26,4 V.

Vlvula reductora de presin (PR).La vlvula reductora de presin tiene como funcin reducir la presin aguas debajo de la vlvula a un valor igual o inferior al ajustado en el piloto.

Estas vlvulas son de aplicacin necesaria en puntos donde se requiere una disminucin de la presin; para adecuarla al consumo o utilizacin (tal como se indica en la figura 6.18), para proteger tuberas o accesorios de menor timbraje o para romper la presin esttica.

Figura 6.18. Vlvula reductora de presin (PR) para adecuar la presin al consumoLas vlvulas reductoras de presin se montan con pilotos reductores cuyo sensor se conecta precisamente aguas abajo de la vlvula. Los pilotos podrn ser de tres o de dos vas, dependiendo de las condiciones de la instalacin y de las necesidades de regulacin.

La presin se regula mediante el tornillo de ajuste del piloto. Al apretarlo, se aumenta la presin a la salida de la vlvula hidrulica y se disminuye al aflojarlo.

Cuando aguas abajo de la vlvula tenemos una presin superior a la ajustada, el piloto acta de tal forma que la cmara se presuriza y la vlvula se cierra lentamente, con lo cual la presin aguas abajo disminuye. Cuando aguas debajo de la vlvula tenemos una presin inferior a la ajustada, el piloto acta drenando la cmara, con lo cual la vlvula se abre, aumentado de esta manera la presin a la salida de la misma.

En la condicin de equilibrio, el piloto acta de tal forma que el volumen de agua dentro de la cmara no varia, con lo cual la vlvula se encuentra en una posicin intermedia fija realizando la regulacin para obtener a la salida la presin ajustada previamente.

Cualquier cambio de las condiciones de la instalacin que genere una variacin de presin en dicho punto es detectado por el piloto que actuar sobre la vlvula para recuperar el punto de equilibrio.

Vlvula sostenedora de presin (PS)Las vlvulas sostenedoras de presin permiten una presin mnima de funcionamiento aguas arriba de la vlvula.

La funcin sostenedora consiste en mantener la vlvula hidrulica cerrada o semicerrada mientras la presin de entrada no alcance un determinado valor. Dicho valor se determina mediante el tornillo de ajuste de piloto. Cuando la presin de entrada llega a este valor de ajuste, la vlvula abre, manteniendo como mnima dicha presin a la entrada de la vlvula.

Estas vlvulas son de aplicacin en instalaciones donde se desee mantener una presin hidrulica mnima, como por ejemplo en las salidas de grupos de bombeo, para evitar que las bombas trabajen sin contrapresin (tuberas vacas) o en ramales de una tubera de consumo a diferente cota, asegurando una presin de lnea y evitando que las cotas inferiores se vean favorecidas frente a las superiores (ver figura 6.19)

Figura 6.19. Vlvula sostenedora (PS), mantiene la presin mnima en las cotas superiores pese al consumo de las cotas inferioresLas vlvulas sostenedoras de presin se instalan en lnea en la tubera y se montan con pilotos sostenedores cuyo sensor se conecta aguas arriba de la vlvula. Segn las necesidades y circunstancias, los pilotos pueden ser de dos vas o tres vas.

Cuando aguas arriba de la vlvula tenemos una presin inferior a la ajustada, el piloto acta llenando la cmara con lo que la vlvula tiende a cerrar lentamente. Al cerrar la vlvula, la presin a la entrada aumenta.

Cuando aguas arriba de la vlvula se incrementa la presin por encima de la ajustada, el piloto acta drenan do la cmara de la vlvula con lo cual sta tiende a abrir lentamente, disminuyendo por tanto la presin a la entrada.

En el punto de equilibrio, el piloto impide la entrada o salida de agua de la cmara, con lo que la vlvula se sita en una posicin fija de regulacin, manteniendo a la entrada la presin deseada.

Cualquier cambio de las condiciones de presin debido a variaciones del consumo o de suministro es detectado por el piloto, el cual actuar para contrarrestar el efecto.

Vlvula de alivio rpido de presin (QR).Las vlvulas de alivio rpido de presin tienen como misin principal el descargar a la atmsfera las sobrepresiones que pudieran producirse en la instalacin.

Son por lo tanto vlvulas de seguridad que se montan en derivacin a la tubera, con descarga a la atmsfera (tal como se muestra en la figura 6.20) o a la entrada de la bomba en caso de estar situada cerca de la misma. Es conveniente que el tramo de tubera inmediatamente anterior y posterior a la vlvula de alivio no sea muy largo para evitar prdidas de carga y contrapresiones que podran perjudicar el funcionamiento de alivio.

Las vlvulas de alivio de presin se instalan en puntos donde se desee proteger las instalaciones de sobrepresiones puntuales, tales como tuberas, accesorios, equipos, etc. es muy recomendable, prcticamente imprescindible, su instalacin a la salida de grupos de bombas con el fin de aliviar las sobrepresiones que se pudieran producir en el arranque y paro de los equipos, ya sea por mal funcionamiento de los grupos o bien por una mala maniobra fortuita sobre la instalacin. Se recomienda asimismo instalar antes de la vlvula de alivio una vlvula de compuerta de accionamiento manual para regulacin y aislamiento.

Figura 6. 20. Vlvula de alivio rpido de presin (QR), se montan en derivacin en la tubera de impulsin para aliviar sobrepresiones de la redLas vlvulas de alivio rpido se instalan con pilotos de alivio cuyo sensor se conecta aguas arriba de la vlvula.

Vlvula anticipadora de onda (RE).Normalmente, las vlvulas de alivio rpido de presin son suficientes para un gran nmero de instalaciones. Sin embargo, cuando estamos hablando de sobrepresiones debidas a golpe de ariete, nos podemos encontrar que, segn las caractersticas de la instalacin, stas se produzcan de forma muy brusca y que la vlvula de alivio no tenga tiempo suficiente de actuar para evitarlas.

En tales instalaciones, si son de impulsin con grupo de bombeo, se recomienda la instalacin de las vlvulas anticipadoras de onda, las cuales son una combinacin de una vlvula de alivio rpido de presin y una vlvula de apertura a baja presin.

Cuando la instalacin est funcionando en condiciones normales, la tubera est presurizada a la presin de trabajo de la instalacin. Cuando se produce el paro de bomba, tienen lugar primeramente un descenso de la presin (onda negativa del golpe de ariete) y a continuacin, una sobrepresin brusca (onda positiva del golpe de ariete).

Pues bien, la vlvula anticipadora de onda es capaz de detectar el primer descenso de presin para empezar a abrir la salida de descarga, de tal modo que cuando llega la sobrepresin, la vlvula ya se encuentra abierta, producindose la descarga mucho ms rpidamente. La vlvula sigue abierta en condiciones de alta presin en la tubera, cerrando cuando desciende a la presin esttica del sistema.

Tal como se indica en la figura siguiente, y al igual que la vlvula de alivio, la anticipadora de onda se monta en derivacin a la tubera principal, despus de la vlvula de retencin. Es conveniente no instalar la vlvula directamente en la tubera, sino que es preferible dejar un tramo de tubera en derivacin, colocando antes de la vlvula anticipadora de onda una vlvula de compuerta de racionamiento manual que permita ajustar el paso de agua y aislar la vlvula en caso de realizar el mantenimiento.

El tubo de sensor de los pilotos no se conecta al cuerpo de la vlvula, lo hace directamente a al tubera principal mediante una toma realizada a tal efecto.

Figura 6.21. Instalacin de una vlvula anticipadora de onda (RE) Vlvula limitadora de caudal (FR)En las redes de distribucin de agua para servicio o de suministro a la demanda, en las que existe un elevado nmero de usuarios conectados a la tubera principal, pueden ocurrir que un exceso de caudal consumido en un punto favorecido de la red afecte la presin de otros puntos ms alejados o de mayor cota topogrfica, dndose el caso de que a estos puntos no les llegue el suministro de agua.

Con la instalacin de vlvulas limitadoras de caudal se consigue evitar los consumos excesivos punta, las cadas de presin y las deficiencias de suministro a otros puntos. Las vlvulas limitadoras de caudal permiten limitar el caudal de agua circulante, asegurando que ste sea igual o inferior al ajustado.

El montaje se realiza segn la figura 6.22, utilizando el piloto diferencial.

El caudal se determina por la prdida de carga que se produce en una placa orificio colocada aguas arriba de la vlvula. Al aumentar el caudal, la prdida se carga aumenta. La placa orificio se dimensiona para producir una prdida de carga de 2 a 3 metros al caudal limitado. La diferencia de presin se lleva al piloto, el cual acta abriendo o cerrando la vlvula segn el caso.

El piloto dispone de un tornillo en su parte superior mediante el cual es posible ajustar la prdida de carga permitida en la placa orificio, y por lo tanto el caudal de agua que atraviesa la vlvula. Al enroscar el tornillo se aumenta el caudal mximo permitido y se reduce al desenroscar. Cuando el caudal aumenta como consecuencia de una fluctuacin de la demanda, el incremento de prdida de carga producida en la placa orificio, provoca el cambio de posicin del piloto, conectando momentneamente 4 con 3 empezando a cerrar la vlvula. Cuando esto sucede, el caudal disminuye hasta alcanzar de nuevo el valor ajustado y el piloto deja de enviar presin a la cmara, quedando la vlvula en una nueva posicin fija de regulacin.

Vlvula de control antirrotura (FE).La vlvula de control antirrotura es utilizada en instalaciones de suministro por gravedad, en un punto cercano al depsito o presa, tal como se muestra en la figura 6.23.

Figura 6.23. Instalacin de control antirroturaEn tales instalaciones, una rotura en la parte inferior de al red puede producir graves inundaciones, con las prdidas de todo tipo que ello supone: inundacin de viviendas y pisos, vas pblicas, campos de cultivo anegados, prdida de grandes cantidades de agua, etc. Para evitar esta posibilidad se recurre a la instalacin de vlvulas de control antirroturas. Dichas vlvulas controlan en todo momento el caudal circulante. Si debido a una avera o rotura de la tubera se produce un incremento de caudal excesivo, la vlvula lo detecta y provoca el cierre total del paso de agua. Esto se realiza mediante el piloto diferencial que detecta el aumento de la prdida de carga en la placa orificio.

Una vez que la vlvula se ha cerrado debido a un exceso de caudal, no vuelve a abrirse hasta que no se realice una apertura manual accionando la vlvula de tres vas dispuesta en la tapa de la vlvula. Esto se har una vez reparada la rotura de la tubera. Una vez abierta completamente la vlvula y puesta en servicio de nuevo, se volver a coloca la vlvula de tres vas a la posicin de automtico.

Vlvula de control de nivel de depsito (FL)Las vlvulas de control de nivel de depsito permiten gobernar el llenado de agua de depsitos, abriendo la vlvula cuando el depsito est vaco y cerrndola cuando el nivel llega al mximo prefijado. Se utilizan en depsitos de agua o arquetas de quiebra, tal como se muestra en la figura 6.24.

Figura 6.24. Instalacin de la vlvula de control de nivel (FL)Las vlvulas de control de nivel se montan con pilotos de boya de dos vas, como se muestra en la figura 6.25.

Cuando el nivel de agua en el depsito llega a su punto mximo, el piloto de boya cierra el paso de agua a su travs, acumulndose la presin de agua en la cmara de la vlvula y cerrndose sta.

Figura 6.25. Montaje de la vlvula de control de nivelCuando el nivel de agua en el depsito desciende debido al consumo, el piloto de boya tambin desciende, abriendo el paso de agua a su travs y drenando la cmara, lo cual abre la vlvula hidrulica.

Si la entrada de agua al depsito tiene lugar por la parte superior, la cada del agua puede producir una turbulencia importante que puede afectar al piloto de flotador. En tal caso se recomienda proteger el piloto mediante un deflector adecuado.

Si la presin de salida del agua es muy grande (superior a 2 Kg/cm2) y con el fin de reducir los efectos de cavitacin sobre la vlvula, se recomienda la instalacin detrs de la vlvula de una placa orificio de contrapresin o un codo difusor.

Vlvula de control de nivel diferencial (DI/FL)Al igual que la vlvula descrita en el apartado anterior, esta vlvula tambin permite gobernar el llenado de agua de un depsito, pero a diferencia del anterior, el piloto de flotador 70-500 permite definir unos niveles mximo y mnimo de actuacin de la vlvula. Su instalacin se realiza segn la figura 6.26.

Gracias a que el flotador puede desplazarse libremente a lo largo del eje vertical, es posible determinar un diferencial entre la orden de apertura y cierre de la vlvula. Esto se realiza gracias a los topes ajustables sujetos al eje vertical. Cuando el depsito se vaca por debajo del nivel mnimo, el piloto acta sobre la vlvula abrindola. A medida que el depsito se va llenando, la vlvula sigue totalmente abierta hasta que el agua alcanza el nivel mximo, momento en el cual la vlvula cierra totalmente.

Figura 6.26. Instalacin de la vlvula de control diferencial (DI/FL)A medida que el nivel de agua desciende debido al consumo normal del depsito, la vlvula sigue cerrada hasta que no se alcance el nivel mnimo.

Si la entrada de agua al depsito tiene lugar por la parte superior, la cada del agua puede producir una turbulencia importante que puede afectar al piloto de flotador. En tal caso se recomienda proteger el piloto mediante un deflector adecuado.

Si la presin de salida del agua es muy grande (superior a 2 Kg/cm2) se recomienda la instalacin detrs de la vlvula de un placa orificio de contrapresin o un codo difusor, a fin de reducir los efectos de cavitacin sobre la misma.

Vlvula de control de altitud (AL).Otra forma de controlar la entrada o salida de agua de un depsito es utilizando una vlvula de control de altitud. Dicha vlvula utiliza el piloto de altitud. Este sistema de control es de gran utilidad en los casos en que existe una diferencia de cota apreciable entre el nivel de agua del depsito y la posicin de la vlvula hidrulica (superior a 3 metros) y en los que no es posible utilizar un piloto de nivel de boya.

La vlvula puede estar controlada para cerrar por nivel alto o por nivel bajo del agua de un depsito.

La instalacin del piloto se realiza tal como se indica en la figura 6.27.

Figura 6.27. Instalacin de la vlvula de control de altitud (AL)El ajuste de nivel se realiza girando el tornillo superior del piloto, mientras que con el tornillo inferior se ajusta el nivel diferencial de actuacin que define el intervalo entre el nivel mximo y el nivel mnimo.

Vlvula de control de bombeo (BC)Las vlvulas de control de bombeo (BC) estn diseadas para prevenir las sobrepresiones generadas por los paros y arranques de las bombas que se producen en las instalaciones de impulsin.

La vlvula est gobernada por la accin de un solenoide, un acelerador y las vlvulas de aguja reguladoras de la velocidad de actuacin, as como por el cuadro elctrico de la bomba.

La vlvula se monta en lnea en la tubera despus del grupo de impulsin, tal como se muestra en la figura 6.28.

Figura 6.28. Instalacin de la vlvula de control de bombeo (BC)El funcionamiento de la vlvula consiste en lo siguiente: al poner la bomba en marcha la vlvula est cerrada, activndose el solenoide para que se abra lentamente. La presin de la red se incrementa de forma gradual, hasta que se alcanza la posicin de vlvula totalmente abierta, con lo cual se reduce la prdida de carga en la vlvula.

Cuando se desea parar la bomba y se acta sobre el interruptor de paro del cuadro elctrico, lo primero que sucede es que se desactiva el solenoide con lo cual la vlvula empieza a cerrar lentamente, reduciendo gradualmente la presin en la red. La bomba sigue funcionando.

Cuando la vlvula est casi cerrada el interruptor final de carrera de la parte superior de la misma manda una seal a cuadro elctrico de la bomba para parar sta.

En caso de fallo de tensin la vlvula cierra completamente gracias a la T selectora que toma la presin aguas debajo de la vlvula (de la columna esttica de la instalacin). Para estas situaciones es recomendable a colocacin de una vlvula de alivio rpido (QR) despus de vlvula de control de bombeo (BC) para proteger la instalacin.

Vlvula de control de bombeo con apertura en dos etapas (BC/TO)Esta vlvula ha sido expresamente diseada para instalaciones en las que la tubera queda total o parcialmente vaca cuando no es utilizada. En tales circunstancias, al ponerse en marcha la bomba la presin de descarga es muy baja y el caudal muy alto, existiendo el riesgo de que se produzca un golpe de ariete cuando el aire es expulsado por completo y la presin se incrementa repentinamente.

En este tipo de instalaciones, la vlvula de control de bombeo (BC) vista en el apartado anterior no es suficiente, ya que no es posible ajustar las vlvulas de aguja para que la apertura sea tan lenta como para garantizar el llenado de la tubera.

Por esta razn, la vlvula de control del bombeo con apertura en dos etapas incluye adems un piloto que controla la presin de llenado de la tubera. La figura 6.29, muestra la instalacin de la vlvula de control de bombeo con apertura en dos etapas (BC/TO).

Figura 6.29. Instalacin de la vlvula de control de bombeo con apertura en dos etapas (BC/TO)(BC)Ventosas

Las ventosas son vlvulas que se instalan en las conducciones de agua a presin con la misin de evacuar o introducir aire en las mismas.

El aire se puede acumular en los puntos altos de las tuberas, llegando a interrumpir la columna lquida e impidiendo el libre paso del agua. El aire es un fluido fcilmente compresible, por lo que una bolsa de aire puede disminuir considerablemente su volumen al frenar una columna de agua en movimiento, incrementndose la presin y dando lugar a roturas en las conducciones.

Tanto en las impulsiones como en las instalaciones por gravedad, cuando se est realizando el llenado de las mismas es necesario evacuar el aire presente para evitar estos fenmenos. Esta evacuacin deber ser "controlada" a fin de evitar un excesivo tiempo de puesta en funcionamiento o unas velocidades de circulacin excesivas. En este ltimo caso, en el momento en que todo el aire es evacuado por la ventosa, el cierre brusco de la misma puede originar un golpe de ariete en la instalacin. Es por ello que para el estudio de ventosa ms adecuada en cada caso hay que estudiar la instalacin en su conjunto, as como el procedimiento de llenado de la misma.

En otras ocasiones resulta necesario permitir la entrada de aire en las paradas de las instalaciones, dado que en caso contrario puede darse lugar a depresiones importantes que en algunos tipos de tuberas provocarn la rotura por aplastamiento. En algunos casos incluso pueden llegar a producir cavitacin.

Si esto llega a suceder, las sobrepresiones que se generan tras la fase depresiva pueden ser muy elevadas. La admisin de aire a presin atmosfrica limita dichas depresiones, actuando a modo de colchn. No obstante es necesario prever, en estos casos, los medios adecuados para su posterior evacuacin controlada.

El aire presente en las conducciones de agua puede tener distintos orgenes:

- Antes de la puesta en funcionamiento de cualquier red de tuberas, stas se encuentra llenas de aire, que ser necesario evacuar.

- Los vrtices que se generan en la aspiracin de las bombas pueden arrastrar aire hacia el interior de las conducciones.

- La cantidad de aire que puede llevar disuelto el agua depende de la presin existente. A mayor presin, mayor cantidad de aire puede disolver. Una disminucin de presin puede dar lugar a una liberacin de parte del aire disuelto, formndose burbujas que quedan atrapadas en los puntos altos de las conducciones.

- Si existen tramos de las conducciones que trabajen a depresin, habitual o accidentalmente, pueden producirse entradas de aire a travs de fisuras, juntas o incluso de la propia ventosa.

Desde el punto de vista de su funcionamiento, las ventosas se pueden clasificar en los siguientes tipos:

Ventosas monofuncionales (purgadores):es el tipo de ventosa ms sencilla y su misin es nicamente la de eliminar las pequeas cantidades de aire que se acumulan en las conducciones durante el funcionamiento normal de estas. Se trata de orificios de pequea capacidad (desde 2 a 12 mm aproximadamente) que se abren o cierran mediante un mecanismo acoplado a un flotador. Este flota en el agua pero no en el aire, de manera que cuando la cmara esta llena de aire, ste es expulsado al exterior gracias a la presin existente en el interior de la conduccin. Cuando ha sido expulsado, su lugar en la cmara es ocupado por agua que hace elevarse al flotador, cerrando la conexin de la ventosa con la atmsfera.

Ventosas bifuncionales: permiten tanto la evacuacin del aire acumulado en las tuberas durante el llenado de las mismas como la admisin de aire durante su vaciado. Disponen de un flotador que obtura o deja libre el orificio de comunicacin con la atmsfera. Se trata de dispositivos de mucha mayor capacidad que los purgadores (hasta de 400 mm).

Ventosas trifuncionales: realizan las tres funciones (purga, admisin y expulsin).

Asimismo, existen ventosas unidireccionales, en las que slo se permite la salida del aire hacia el exterior.

Se pueden encontrar tambin ventosas de cierre lento, las cuales disponen de un sistema de amortiguacin del cierre para evitar el golpe de ariete que se puede llegar a generar en el momento en que ha sido expulsado todo el aire.

El dimetro de las ventosas ser en general tanto mayor cuanto mayor sea el dimetro de la tubera en la que se han de instalar, si bien es necesario tener en cuenta otros aspectos para su eleccin. Basndonos en criterios prcticos, podemos dar la tabla 6.2 que relaciona el dimetro de la conduccin con el dimetro de la ventosa bifuncional a emplear:

Tabla 6.2. Relacin entre el dimetro de la conduccin con el de la ventosa bifuncional

A continuacin se muestra el esquema de instalacin (figura 6.30) y el funcionamiento (figura 6.31) de una ventosa universal.

Figura 6.30. Esquema de instalacin de un ventosa universal

Figura 6.32. Diversos tipos de ventosas trifuncionales.Las ventosas deben colocarse en (figura 6.33):

- Puntos elevados de la conduccin. Extremos de ramales finales con pendiente ascendente.

- Tramos largos de pendiente uniforme (cada 500-1.000 m)

- Cambios de pendiente en la conduccin.

- Aguas arriba de las reducciones de dimetro.

- A la salida de los pozos (sobre todo si son profundos), aguas arriba de la vlvula de retencin, para evacuar durante el arranque el aire acumulado.

- A la entrada y salida de un sifn invertido (por ejemplo el cruce de una carretera).

- En la parte superior de un paso elevado

- En la parte alta de los colectores del sistema de filtrado.

- Aguas debajo de un punto donde exista una reduccin de presin.

Figura 6.33. Colocacin de ventosas en una instalacin de riegoEs conveniente instalar una vlvula de aislamiento entre la ventosa y la conduccin. Asimismo, es necesario realizar un mantenimiento peridico de las mismas, dado que existen partes mviles que podran quedar atascadas.

Otros dispositivos auxiliares

Vlvulas de retencinSon vlvulas que, intercaladas en una conduccin, permiten el flujo del agua por la misma en un nico sentido (figura 6.34). Su instalacin debe realizarse en todos aquellos casos en los que se desee evitar un flujo de retroceso. Un ejemplo tpico puede ser la instalacin de vlvulas de retencin a la entrada de los cabezales de riego en una red comunitaria, para evitar que el retroceso del agua tratada con fertilizantes o productos qumicos pueda contaminar el agua del resto de la red o a la salida de la bomba en una impulsin, a fin de evitar el vaciado de la tubera y la posibilidad de giro en sentido inverso de la bomba. Asimismo, siempre que se dispone de varias bombas instaladas en paralelo es necesario colocar una vlvula de retencin a la salida de cada una de ellas para evitar recirculaciones.

Existen distintos tipos de vlvulas de retencin, siendo los ms usuales las vlvulas de clapeta y las de disco partido.

Asimismo, existen vlvulas de retencin con cierre retardado, de manera que permiten cierto flujo en sentido inverso antes de cerrar totalmente. El cierre lo efectan de forma lenta.

Es importante tomar en consideracin la caracterstica resistente de la vlvula (prdidas de carga cuando est totalmente abierta), as como la caracterstica dinmica (modo en que efecta el cierre una vez el flujo comienza a invertirse). Respecto a esto ltimo decir que pueden provocar, instaladas a lo largo de la conduccin, un golpe de ariete superior al que se pretenda evitar con su colocacin, debido a que normalmente permiten cierto flujo en sentido inverso que es bruscamente detenido en el momento en que se cierra la vlvula, dando lugar en muchos casos a importantes sobrepresiones.

Vlvula de pieSon un tipo de particular de vlvula de retencin que se instalan en la base de la tubera de aspiracin de una bomba, para evitar que se produzca el vaciado de la conduccin de impulsin. La entrada de la vlvula suele estar protegida con un filtro (figura 6.35), para impedir la entrada de elementos extraos que pueden existir en el depsito o pozo de aspiracin. Existen vlvulas de pie de pequeas dimensiones (3/4") que se instalan en las tuberas de aspiracin de los inyectores de abono, y tienen la misma misin que las utilizadas en las bombas de impulsin.

Figura 6.35. Vlvula de pie