METODOLOGIA CALCULO BENTLEY HAMMER V8i · 2019-06-24 · Ligeramente compresible, fluidos de dos fases (vapor y líquido) y los sistemas de dos fluidos ... • Los sistemas de agua

I.C.M.I

INGENIERIA - CONSTRUCCION - MONTAJE INDUSTRIAL

METODOLOGIA CALCULO BENTLEY HAMMER V8i

DIRECCIÓN PROFESIONAL DE PROYECTOS DE INGENIERÍA

N°Doc: P150617-020-MAHA-ICMI Rev.A

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DIRECCIÓN PROFESIONAL DE PROYECTOS DE INGENIERÍA N°Doc: P150617-020-MAHA-ICMI Página 2 Delaware 107 I.C.M.I - INGENIERIA Rev.A - 15-06-2017

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METODOLOGIA CALCULO BENTLEY HAMMER V8i N°Doc: P150617-020-MAHA-ICMI

INDICE 1. BENTLEY HAMMER V8i ................................ ............................................................. 5

1.1 General ............................................................................................................... 5

1.2 Expresiones de gratitud ...................................................................................... 6

2. VISIÓN GENERAL DE TRANSITORIOS HIDRÁULICOS ........ .................................... 6

2.1 Historia de los métodos de solución .................................................................... 7

2.2 Las causas de la iniciación transitoria ................................................................. 9

2.3 Impactos de los transitorios ............................................................................... 12

2.4 Diseño de Equipo de Protección ....................................................................... 14

3. HIDRÁULICA TRANSITORIA TEORÍA ..................... ................................................ 15

3.1 Conservacion de energia .................................................................................. 15

3.2 Las ecuaciones que rigen para flujo en estado estacionario .............................. 16

3.2.1 Conservación de la masa en estado estacionario ................................... 17

3.2.2 Conservación de la energía en estado estacionario ............................... 18

3.3 Las ecuaciones para gobernar inestable (o transitoria) Flujo ............................. 18

3.3.1 Ecuación de continuidad para el flujo transitorio ..................................... 19

3.3.2 Ecuación impulso para el flujo transitorio ............................................... 19

3.3.3 Método de caracteres (MOC) ................................................................. 21

3.4 Teoría de la columna rígida ............................................................................... 23

3.5 La columna rígida frente elástico Teoría ............................................................ 25

3.6 Teoría elástica .................................................................................................. 26

4. CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA DE AGUA ............... ........................................ 27

4.1 Celeridad y Pipe Elasticidad .............................................................................. 27

4.2 Propagación de Ondas y hora Característica .................................................... 30

4.3 La reflexión de la onda y la transmisión en tuberías .......................................... 31

4.4 Tipo de redes y sistemas de bombeo ................................................................ 33

4.5 Poniendolo todo junto ....................................................................................... 35

5. TEORÍA DE LA BOMBA ................................ ........................................................... 35

5.1 Características de la bomba y Comportamiento ................................................ 36

5.1.1 velocidad específica .............................................................................. 38

5.2 Las bombas de velocidad variable .................................................................... 40

5.3 Caballos de fuerza constante Bombas .............................................................. 41

6. TEORÍA DE LA VÁLVULA .............................. .......................................................... 41

6.1 Consideraciones de selección de la válvula y el tamaño .................................... 42

6.2 Cuerpos de válvulas típicas y pistones .............................................................. 44

6.3 Válvulas de cierre Características de las ........................................................... 45

6.1 Características de flujo decreciente ................................................................... 47

7. TEORÍA DE LA VÁLVULA DE AIRE ...................... ................................................... 48

7.1 Método CAV extendido ..................................................................................... 51

8. LAS PÉRDIDAS POR FRICCIÓN Y MENORES ............... ......................................... 54



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8.1 Métodos de fricción / período extendido de simulación en estado estacionario .. 54

8.1.1 Hazen-Williams Ecuación ...................................................................... 54

8.1.2 Darcy-Weisbach ecuación ..................................................................... 55

8.1.3 La ecuación de Manning ........................................................................ 56

8.2 Métodos de fricción análisis transitorio .............................................................. 57

8.2.1 La fricción constante .............................................................................. 57

8.2.2 La fricción cuasi-estacionario ................................................................. 59

8.2.3 La fricción inestable o transitoria ............................................................ 59

8.3 Las pérdidas menores ....................................................................................... 62

9. LA CAVITACIÓN...................................... ................................................................. 63

10. PASO EL TIEMPO Y COMPUTACIONAL ALCANCE LARGO ...... ............................ 66

11. SIMULACIÓN DE TURBINA EN HAMMER ................... ............................................ 69

11.1 Características de cuatro cuadrantes de turbomaquinaria ................................. 69

11.2 La representación numérica de las turbinas hidroeléctricas ............................... 69

12. FUERZAS TRANSITORIOS .............................. ........................................................ 71

13. DESARROLLO DE UNA ESTRATEGIA DE CONTROL DE SOBRETEN SIONES ..... 74

13.1 Diseño del sistema de tuberías y diseño ........................................................... 75

13.2 Dispositivos de protección ................................................................................. 76

13.3 Enfoques para la Protección contra sobretensiones .......................................... 77

13.3.1 Método Sistema de Mejora .................................................................... 80

13.3.2 Enfoque de flujo Suplemento ................................................................. 80

13.3.3 Tanque de compensación bidireccional.................................................. 81

13.3.4 Tanque de compensación de un solo sentido ......................................... 83

13.3.5 Recipiente de gas o aire de la cámara ................................................... 83

13.3.6 Aumento de la inercia ............................................................................ 85

13.4 Protección de la bomba .................................................................................... 86

13.4.1 La válvula de retención .......................................................................... 86

13.4.2 Refuerzo bomba de bypass ................................................................... 86

13.5 A picos y válvulas de alivio ................................................................................ 88

13.6 Operación y mantenimiento............................................................................... 95

14. REFERENCIA DEL INGENIERO .......................... ..................................................... 96

14.1 La ecuación de rugosidad de Manning-Valores ................................................. 97

14.1 Los valores de rugosidad de Darcy-Weisbach-Ecuación (Colebrook-White) ...... 97

14.1 Valores-Hazen-Williams rugosidad Ecuación .................................................... 98

14.1 Valores de rugosidad típicas para tubos de presión ........................................... 99

14.1 Coeficientes de pérdida de ajuste ................................................................... 100

14.1 Propiedades de los líquidos comunes ............................................................. 101

15. referencias ....................................... ...................................................................... 102

FECHA REVIONES



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Rev.1 → 15-06-2017

Rev.A→15-06-2017



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METODOLOGIA CALCULO BENTLEY HAMMER V8i N°Doc: P150617-020-MAHA-

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1. BENTLEY HAMMER V8i 1.1 General

Bentley HAMMER V8i es un simulador numérico avanzado de fenómenos transitorios hidráulicos (golpes de ariete) en los sistemas de agua, aguas residuales, industriales y de minería. Construido con los ingenieros ocupados en mente, se simplifica la entrada de datos y le permite centrarse en visualizar, mejorar, y la entrega de los resultados de forma rápida y profesional. Bentley HAMMER V8i puede manejar cualquier fluido o sistema que un modelo hidráulico de estado estacionario típico como WaterCAD puede, pero puede también resolver un rango más amplio de problemas, como se muestra en la siguiente tabla.

Tabla 14-1: Capacidades Bentley HAMMER V8i WaterCAD Bentley HAMMER V8i *

Constante o variar gradualmente el flujo turbulento

Que varía rápidamente o flujo transitorio

Incompresible, newtoniana, fluidos monofásicos

Ligeramente compresible, fluidos de dos fases (vapor y líquido) y los sistemas de dos fluidos (aire y líquido)

tuberías llenas sistemas presurizados cerrado de conducto con la entrada de aire y la liberación en puntos discretos

· * Las capacidades Bentley HAMMER V8i son, además de las capacidades de WaterCAD

Con Bentley HAMMER V8i, puede analizar los sistemas de agua potable, alcantarillado, forcemains sistemas de protección contra incendios, bombas para pozos y líneas de transmisión de agua cruda. Puede cambiar la gravedad específica del fluido para modelar aceite o suspensiones, por ejemplo. Bentley HAMMER V8i asume que los cambios en otras propiedades de los fluidos, tales como la temperatura, son insignificantes. No Actualmente modelar fluidos con variaciones térmicas significativas, como puede ocurrir en sistemas industriales de cogeneración o.

Los algoritmos de Bentley HAMMER V8i van creciendo y evolucionando al mismo ritmo que el estado de la práctica en la distribución del agua y el modelado de recolección de aguas residuales. Debido a que los métodos de solución matemática se extienden continuamente, este manual trata principalmente con los principios fundamentales que subyacen a estos algoritmos y se centra menos en los detalles de su aplicación.

Este apéndice presenta los principios de transitorios hidráulicos en sistemas de tuberías, revisa los enfoques analíticos y prácticas de ingeniería actual, analiza las posibles fuentes y los impactos de los golpes de ariete, y presenta un enfoque probado para ayudarle a seleccionar el tamaño y el equipo de



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control de sobretensión. Varias simulaciones transitorias están integrados en la discusión de proporcionar un contexto.

1.2 Expresiones de gratitud

Bentley HAMMER V8i se basa en la tecnología creada originalmente por Hidráulica Ambiental Grupo (GENIVAR), dirigido por el Dr. Alan Fok, P. Eng., Un especialista en hidráulica designada, y asistido por el Dr. Sheldon Zemell. Bentley Systems y GENIVAR han forjado una colaboración a largo plazo para apoyar y mejorar Bentley HAMMER V8i. El software está diseñado para representar la última tecnología en el análisis y diseño de los golpes de ariete. Algunos de los textos de esta sección es una adaptación del capítulo 13 de Modelado Haestad Pulse avanzada Agua Distribución y Gestión (AWDM), escrito por el Dr. Edmundo Koelle, el Dr. Thomas Walski, PE, y el personal Haestad, o se extrae a partir de Alan Fok publicaciones anteriores técnicas y Ph. D. tesis.

2. VISIÓN GENERAL DE TRANSITORIOS HIDRÁULICOS

Un transitorio es una condición de flujo y la presión temporal que se produce en un sistema hidráulico entre una condición de estado estacionario inicial y un estado final en estado estacionario. Cuando los cambios de velocidad rápidamente en respuesta a la operación de un dispositivo de control de flujo (por ejemplo, un cierre de válvula o arranque de la bomba), la compresibilidad del líquido y la elasticidad de la tubería causan una onda de presión transitoria se propague por todo el sistema. Si la magnitud de esta onda de presión transitoria y la variación flujo transitorio resultante es grande medidas de control de transitorios suficientes y adecuadas no están en su lugar, un transitorio puede causar que el sistema componentes hidráulicos fallen (por ejemplo, una explosión de la tubería).

Tip transitoria:

En general, los transitorios resultantes de los cambios relativamente lentos en la tasa de flujo se conocen como las sobretensiones, y los que resultan de los cambios más rápidos en la velocidad de flujo se conocen como eventos de golpe de ariete. Sobretensiones en sistemas presurizados son diferentes a las mareas o las mareas de tormenta, las olas de inundación, o roturas de presas, que pueden ocurrir en los cuerpos de aguas abiertas. Una ola de HAMMER de agua viaja mucho más rápido en un sistema presurizado y puede reventar incluso los tubos más fuertes. En la práctica general de ingeniería, los términos sobretensiones, transitorios, HAMMER, y el golpe de ariete son sinónimos.

Los transitorios pueden ocurrir en sistemas presurizados transporte de cualquier fluido, incluyendo las siguientes:

• Los sistemas de agua (en bruto o tratados) -árboles de líneas, incluyendo las estaciones de bombeo, bombas bajo la cabeza y las tuberías en las plantas de tratamiento de agua, o estaciones de bombeo de alta sustentación y redes conectadas o sistemas de distribución con ramificación y bucle tuberías.



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• Los sistemas de aguas residuales (aguas residuales) forcemains alcantarillado presurizado con, sobrecargados alcantarillas que fluyen por gravedad, y las alcantarillas que son parcialmente a presión y el canal parcialmente abierto.

• alcantarillas y túneles combinados alcantarillas -combined bajo de pago con estaciones de bombeo de pozos profundos, los flujos de variables en el tiempo de los sistemas de alcantarillado de superficie caigan ejes, y las cámaras de almacenamiento de gran tamaño o sistemas de transporte o de almacenamiento túnel profundas.

• La energía hidráulica -penstocks, turbinas y tailraces, incluyendo válvulas esféricas. • Lodo o aceite de bombeo lodos y relaves -Minería recuperar líneas de transmisión, tuberías de

petróleo, sistemas de reabastecimiento de combustible del aeropuerto, y el gas natural licuado (GNL) de bombeo.

• sistemas de fluidos industriales bucles -Cerrado, calentadores, enfriadores, calderas, vapor, y otros sistemas de conducción de agua o de cogeneración. Esto requiere una versión especial del Bentley HAMMER V8i para rastrear el calor del fluido. Un análisis transitorio es crítico para la seguridad del operador.

Bentley HAMMER V8i se ha utilizado ampliamente para analizar y sistemas de agua de diseño y de aguas residuales, así como los sistemas de lodos y de petróleo. GENIVAR ha analizado vapor, y los sistemas de cogeneración industrial con versiones personalizadas y se ha calculado fuerzas transitorias en los anclajes por encima del suelo.

2.1 Historia de los métodos de solución

El estudio de transitorios hidráulicos se considera generalmente haber comenzado con las obras de Joukowsky (1898) y Allievi (1902). El desarrollo histórico de este tema hace que para una buena lectura (Wood F., 1970). Un número de pioneros hizo contribuciones innovadoras en el campo, incluyendo R. Angus y John Parmakian (1963), que popularizó y refinó el método de cálculo gráfico. Benjamin Wylie y Victor Streeter (1993) combinan el método de características con el modelado por ordenador. El campo de los transitorios de fluido todavía está evolucionando rápidamente en todo el mundo (Brunone et al, 2000;. Koelle y Luvizotto, 1996; Filion y Karney, 2002; Hamam y McCorquodale, 1982; Savic y Walters, 1995; Walski y laúdes, 1994; Wu y Simpson, 2000).

Varios métodos han sido desarrollados para resolver flujo transitorio en las tuberías. Estos van desde ecuaciones aproximadas a soluciones numéricas de las ecuaciones no lineales de Navier-Stokes:

• método aritmético -Assumes que el flujo se detiene instantáneamente (en menos del tiempo característico, 2 L / a), no puede manejar la separación de columna de agua directamente, y deja de lado de fricción (Joukowski, 1898; Allievi, 1902).

• Método gráfico -Neglects fricción en su desarrollo teórico, sino que incluye un medio de dar cuenta de que a través de una corrección (Parmakian, 1963). Es mucho tiempo y no se adapta a la solución de redes o tuberías con perfiles complejos.

• gráficos de diseño -Proporciona información básica de diseño para las topologías simples en algunos puntos específicos (cierre de la válvula, la bomba y en tramitación, sin protección, chimenea de



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equilibrio, o la protección de la cámara de aire). Este método ha sido reemplazado por programas de ordenador (Fok, 1978; Fok, 1980;. Fok et al, 1982) basado en el concepto de energía transitoria y el respaldo de campo y de laboratorio (Fok, 1987).

• Método de onda de planta -Representa perturbaciones transitorias iniciales como una serie de pulsos y pistas reflexiones en los límites (Wood et al., 1966).

• Método de caracteres (MOC) -La mayoría ampliamente utilizado y probado enfoque, con soporte para condiciones de contorno complejas y fricción y modelos de cavitación en forma de vapor. Bentley HAMMER V8i utiliza el MOC. Convierte las ecuaciones diferenciales parciales (PDE) de continuidad y momento (por ejemplo, de Navier-Stokes) en ecuaciones diferenciales ordinarias que se resuelven algebraicially a lo largo de líneas llamadas características. Una solución MOC es exacta a lo largo de características, pero la fricción, la cavitación vaporosa, y algunas representaciones de contorno introducir errores en los resultados (Gray, 1953; Streeter y Lai, 1962; Elansary, Silva, y Chaudhry, 1994).

2002 Agua Modelado avanzado y de gestión de distribución de documentos de otros métodos menos comunes Haestad Press'. Transitorios también se han estudiado usando:

• Los modelos de laboratorio -Una maqueta puede ser construido para reproducir los transitorios observados en un prototipo de sistema (real), por lo general para las investigaciones forenses del sistema o vapor. Como un método de diseño, este enfoque está limitado por los efectos del modelo de escala y por un coste muy elevado. Sin embargo, los modelos han proporcionado datos inestimables de investigación básica sobre la cavitación vaporosa y de emisión de vórtices (St. Anthony Falls) y la fricción transitoria (Perugia, Italia).

• pruebas de campo pruebas -field pueden proporcionar parámetros de modelización clave, tales como la velocidad de ondas de presión o bomba de inercia. sensores de flujo y presión avanzados equipados con registradores de datos de alta velocidad hacen posible la captura de transitorios rápidos, a 5 milisegundos. Métodos tales como la calibración transitoria inversa y el uso de detección de fugas tales datos. Como todas las pruebas, sin embargo, los datos se obtienen en un número finito de localizaciones y la generalización de los hallazgos implican establecer suposiciones, con incertidumbres extendieron por todo el sistema. A lo sumo, pruebas proporcionan datos locales y una idea de la respuesta de todo el sistema. En el peor, las pruebas pueden llevar a conclusiones dudosas físicamente limitado por el alcance del programa de pruebas.

Ninguno de los dos modelos de laboratorio ni pruebas de campo puede sustituir a la aplicación cuidadosa y correcta de un probado modelo de ordenador transitorios hidráulicos, tales como Bentley HAMMER V8i.

La capacidad de periodo extendido de simulación (EPS) de modelos como WaterCAD o WaterGEMS no tiene en cuenta el impulso, y por lo tanto es incapaz de analizar los transitorios hidráulicos. Estas simulaciones son suficientes para analizar los sistemas hidráulicos que se someten a cambios de velocidad y presión lo suficientemente despacio que las fuerzas de inercia son insignificantes. Si un sistema experimenta grandes cambios en la velocidad y la presión en cortos períodos de tiempo, entonces se requiere el análisis de transitorios.



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2.2 Las causas de la iniciación transitoria

La causa de un transitorio hidráulico es cualquier cambio repentino en el propio fluido o cualquier cambio repentino en los límites del sistema presurizado, incluyendo:

• Los cambios en las propiedades del fluido -como despresurización debido a la repentina apertura de una válvula de alivio, un impulso de presión que se propaga, de calefacción o de refrigeración en sistemas de cogeneración o industriales, la mezcla con sólidos o otros líquidos (pueden afectar a la densidad del fluido, gravedad específica, y la viscosidad), la formación y colapso de burbujas de vapor (cavitación), y el arrastre de aire o liberación del sistema (en las salidas de aire y / o debido a las ondas de presión).

• Los cambios en los límites del sistema -como abrir rápidamente o el cierre de una válvula, la explosión del conducto (debido a la alta presión) o colapso de tubo (debido a la baja presión), arranque de la bomba / cambio / parada, de admisión de aire en un interruptor de vacío, la ingesta de agua a una válvula, la salida de masa en una válvula de alivio de presión o manguera de incendios, la rotura de un disco de ruptura, y la caza y / o resonancia a una válvula de control.

Los cambios repentinos tales como éstos crean un impulso de presión transitoria que rápidamente se propaga fuera de la perturbación, en todas las direcciones posibles, y en todo el sistema a presión. Si no hay otro evento transitorio se desencadena por los frentes de onda de presión, las condiciones de flujo inestable continúan hasta que la energía transitoria está completamente amortiguada y disipa por fricción.

La mayoría de los transitorios en los sistemas de agua y aguas residuales son el resultado de cambios en los límites del sistema, típicamente en los extremos aguas arriba y aguas abajo del sistema o en los puntos altos locales. En consecuencia, se puede reducir el riesgo de daño o falla del sistema con un análisis adecuado para determinar la respuesta dinámica predeterminado del sistema, equipo de protección del diseño para controlar la energía transitoria, y especificar los procedimientos operativos para evitar los transitorios. Análisis, diseño y procedimientos operacionales se benefician de las simulaciones por ordenador con Bentley HAMMER V8i.

Las tres causas más comunes de la iniciación transitoria, o dispositivos de la fuente, se mueven todos los límites del sistema.



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Figura 14-1: Las causas más comunes de transitorios hidráulicos

Zapatillasmotor de -A bomba ejerce un par de torsión sobre un eje que proporciona energía para el impulsor de la bomba, obligándola a girar y añadir energía al fluido a medida que pasa de la succión al lado de descarga de la voluta de la bomba. Bombas transmiten fluido al extremo de aguas abajo de un sistema cuyo perfil puede ser ya sea cuesta arriba o cuesta abajo, con irregularidades tales como puntos altos o bajos locales. Cuando se inicia la bomba, la presión puede aumentar rápidamente. Siempre que caídas de tensión o falla, la bomba disminuye o detiene y una caída repentina de presión se propaga corriente abajo (un aumento de la presión también se propaga en sentido ascendente en el sistema de aspiración).

turbinas-Hydropower turbinas están situadas en el extremo aguas abajo de un conducto, o tubería de carga, para absorber la energía del agua en movimiento y convertirlo a la corriente eléctrica. Conceptualmente, una turbina es la inversa de una bomba, pero muy pocas bombas o turbinas puede funcionar en ambas direcciones sin daño. Si se rechaza la carga eléctrica generada por una turbina, una puerta debe detener rápidamente el flujo, lo que resulta en un gran aumento de la presión, que se propaga aguas arriba (en la tubería de carga).

válvulas-A válvula puede iniciar, modificar o detener el flujo de repente. conversiones de energía aumentan o disminuyen en proporción a la tasa de una válvula de cierre o apertura y la posición, o un derrame cerebral. Los orificios pueden ser utilizados para el flujo del acelerador en lugar de una válvula parcialmente abierta. Las válvulas también pueden permitir que el aire en una tubería y / o expulsarlo, por lo general en los puntos altos locales. De repente, el cierre de una válvula de control de flujo (con la tubería en ambos lados) genera transitorios en ambos lados de la válvula, como sigue:

• Agua inicialmente se acercaba a la válvula de repente tiene donde ir. Como el agua paquetes en un espacio finito de aguas arriba de la válvula, se genera un pulso de alta presión que se propaga aguas arriba, lejos de la válvula.



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• El agua inicialmente alejándose de la válvula no puede suspenda repentinamente, debido a su inercia y, puesto que no hay flujo está llegando a través de la válvula para reemplazarlo, el área aguas abajo de la válvula puede "tirar de un vacío", causando un pulso de baja presión para propagar río abajo.

La similitud de las condiciones transitorias causadas por diferentes dispositivos de fuente proporciona la clave para el análisis de transitorios en una amplia gama de diferentes sistemas: entender el estado inicial del sistema y las formas en que se añaden energía y la masa o retirados de él. Esto se ilustra mejor con un ejemplo de un sistema típico de bombeo (verFigura 14-2: Típica Lugares en los transitorios Pulsos Iniciado):

1. Una bomba (dispositivo de fuente de aguas arriba) se pone en marcha desde el HGL estática y acelera el flujo hasta que su energía de entrada alcanza un equilibrio dinámico con fricción en la constante HGL.

2. Un fallo de energía se produce y la bomba se detiene el suministro de energía hidráulica; Por lo tanto, la LGH cae rápidamente en la bomba y un pulso de baja presión se propaga corriente abajo hacia el depósito. presiones subatmosféricas pueden ocurrir en el punto más alto (cabeza transitoria mínima), pero el depósito mantiene la presión aguas abajo en su nivel de líquido mediante la aceptación o el suministro de líquido según sea necesario, a menudo varias veces durante el evento transitorio.

Nota: A medida que el HGL cae a la elevación tubería, una válvula de interruptor de vacío puede ser instalado en el punto alto local para suministrar o expulsar el aire del sistema de una manera análoga al depósito. Esto tiende a mantener la presión atmosférica en la válvula, minimizando presiones subatmosféricas cuando se admite aire y reduciendo a menudo altas presiones cuando se expulsa aire.

3. El pulso de presión se refleja hacia la bomba, pero se encuentra con una válvula de retención cerrada (diseñado para proteger la bomba contra altas presiones) que refleja el pulso como una alta presión hacia el depósito de nuevo (cabeza máximo transitorio).

4. La fricción con el tiempo atenúa la energía transitoria y el sistema alcanza un estado estacionario final: HGL estática, en este caso, ya que se ha detenido el bombeo y el flujo en el depósito es cero.

La discusión anterior ilustra los conceptos típicos a considerar en el análisis de transitorios hidráulicos. Los modelos informáticos son una herramienta ideal para el seguimiento de impulso, la inercia y la fricción a medida que evoluciona transitorios, y por correcta contabilización de los cambios en la masa y la energía en los límites. Tenga en cuenta que los transitorios se propagan a lo largo de todo el sistema a presión.



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Figura 14-2: Típica Lugares en los transitorios Pulsos Iniciado

Nota: Los dispositivos pueden ser una bomba, válvula, u otro equipo operable.

2.3 Impactos de los transitorios

transitorios hidráulicos pueden resultar en la siguiente fenómenos físicos:

altas presiones transitorias o bajas-Estos se puede aplicar a las tuberías y juntas en una fracción de un segundo y que a menudo se alternan de alto a bajo, y viceversa. Altas presiones resultantes del colapso de bolsas de vapor son análogos a la cavitación en una bomba de: aceleran principalmente el desgaste, pero pueden estallar una tubería mediante la superación de su límite de bombeo de tolerancia. presiones subatmosféricas o incluso-vacío completo pueden combinar con presiones de sobrecarga y de aguas subterráneas para colapsar los tubos por pandeo fracaso. El agua subterránea también puede ser aspirado en la tubería.

flujos transitorios altos-Estos puede resultar en una degradación significativa de la calidad del agua como depósitos y el óxido se aflojan y arrastradas a altas velocidades. Esto se agrava cada vez flujos inversos dirección durante un evento transitorio. flujos de alta velocidad también ejercen fuerzas en codos de tubo.

fuerzas transitoriaspulsos de presión en movimiento -Rapidly dan como resultado temporal, pero, fuerzas transitorias muy importantes en curvas y otros accesorios, que pueden causar las articulaciones



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se muevan. Incluso para tubería enterrada, deflexiones repetidas combinadas con ciclos de presión se pueden desgastar las articulaciones y provocar fugas o el fracaso de plano. los macizos de anclaje son típicamente dimensionados para las fuerzas de régimen permanente además de factores-no-transitoria fuerzas de seguridad y normalmente resisten el empuje en una sola dirección. En las estaciones de bombeo, las bajas presiones en el lado de aguas abajo de una válvula de retención de cierre lento pueden resultar en un cierre muy rápido conocida como golpe de la válvula. Un diferencial de presión 10 psi (69 kPa) a través de la cara de un 16 en. Válvula (400 mm) puede dar lugar a fuerzas de impacto de más de 2.000 libras (8900 N).

La separación en columnacolumnas -Agua típicamente se separan en los cambios bruscos en el perfil o puntos altos locales debido a la presión inferior a la atmosférica. El espacio entre las columnas de agua está vacío, ya sea por la formación de vapor (por ejemplo, vapor de agua a temperatura ambiente) o aire, si es admitido en la tubería a través de una válvula. Con cavitación vaporosa, se forma una bolsa de vapor y luego se derrumba cuando aumenta la presión de la tubería como un mayor flujo entra en la región que lo deja. El colapso de la bolsa de vapor puede causar un transitorio de alta presión dramática si la columna de agua se reúne con muy rápidamente, lo que puede, a su vez, provocar la tubería a la ruptura. cavitación vaporosa también puede resultar en flexión tubería que daña los revestimientos de tuberías. Las altas presiones también pueden resultar cuando el aire es expulsado rápidamente de una tubería, que tiende a repetir más veces que cuando una bolsa de vapor se colapsa.

vibracionesfluctuaciones de presión transitorios latido rápido pueden dar lugar a vibraciones o resonancia que pueden causar incluso tuberías y accesorios (curva y codos) de brida para desalojar, lo que resulta en una fuga o rotura. De hecho, la cavitación que se presenta comúnmente con el golpe de ariete puede-como el nombre del fenómeno implica la liberación de energía que suena como alguien golpeando la tubería con un HAMMER.

impactos transitorios hidráulicos se pueden esperar en los siguientes lugares:

• Las válvulas de retención en las bombas como el flujo se invierte desde el depósito aguas abajo de la bomba.

• válvulas de entrada del depósito, válvulas de altitud en tanques elevados, o válvulas de aislamiento si cierran rápidamente.

• puntos altos locales donde el vapor o bolsas de aire colapso. • callejones sin salida, ya que reflejan pulsos entrantes con hasta el doble de la amplitud de onda. • rompe una tubería, donde el flujo que sale del sistema puede exceder el flujo en estado estacionario

(en los sistemas con alta presión estática en comparación con la cabeza dinámica). • dispositivos de control de sobretensión si no están diseñados o ejecutarse correctamente. • Los cambios en el perfil de tuberías o alineación donde las fuerzas transitorias pueden ser

significativas.

impactos transitorios hidráulicos se puede esperar que ocurra en los siguientes horarios:



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• puesta en marcha de la bomba antes de energía transitoria se ha deteriorado lo suficiente, o antes de que todo el aire se ha eliminado de la línea.

• Bomba de parada de emergencia que puede resultar en la separación de la columna de agua y graves presiones transitorias debido a la formación de vapor, o en el bolsillo de aire y el colapso.

• La bomba se mueva durante las operaciones normales, que pueden resultar en choques de presión frecuentes.

Las preocupaciones ambientales debido a los transitorios hidráulicos incluyen:

• derrames de aguas residuales o filtraciones a los suelos o las aguas subterráneas durante altas presiones transitorias.

• Contaminación del agua potable debido al aire, residuos, o la intrusión de agua subterránea durante presiones subatmosféricas.

transitorios hidráulicos pueden dar lugar a las siguientes cuestiones de gestión de infraestructura y riesgos:

• El envejecimiento prematuro y el desgaste de las válvulas, tuberías y bombas debido a la alta magnitud y / o golpes de presión frecuentes.

• Cavitación de la bomba debido a la cabeza de succión baja y el tubo de daño revestimiento debido a las condiciones de vacío.

• bomba rápida o funcionamiento de la válvula por los principales usuarios del agua (por ejemplo, una fábrica de producción de alimentos) pueden acelerar el material de la tubería y la fatiga de anclaje en sus proximidades.

• interrupciones del servicio debido a la reparación y el mantenimiento de la infraestructura.

2.4 Diseño de Equipo de Protección

Para la instalación principal típico de distribución de agua, análisis de transitorios puede ser necesario incluso si las velocidades son bajas. looping sistema y conexiones de servicio pueden amplificar los efectos transitorios y necesitan ser estudiado cuidadosamente. Análisis de transitorios se debe realizar para grandes tuberías, de alto valor, especialmente aquellos con las estaciones de bombeo.

Un análisis de transitorios completa, en conjunción con otras actividades de diseño del sistema, se debe realizar durante las fases iniciales de diseño de un proyecto. las operaciones de control de flujo normales y operaciones de emergencia previsible deben, por supuesto, ser evaluados durante el diseño. Sin embargo, las actividades de control de flujo no comunes pueden ocurrir una vez que el sistema está en funcionamiento, por lo que es importante que todos los factores que podrían afectar la integridad del sistema de considerarse.



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3. HIDRÁULICA TRANSITORIA TEORÍA

En las redes a presión, una condición de estado estacionario o evento transitorio en un punto en el sistema pueden afectar a todas las otras partes del sistema. En consecuencia, los modelos informáticos deben considerar cada tubo que está conectado directamente a un sistema presurizado, independientemente de las fronteras administrativas o políticas.

Mientras que un enfoque de todo el sistema aumenta la información de un ingeniero debe tener en cuenta, los principios físicos que rigen el comportamiento de la red proporcionan una base conceptual unificado para abordar el problema. Dos leyes fundamentales se aplican a en estado estacionario, EPS o modelos transitorios:

• Conservación de la masa -también expresada como la ecuación de continuidad, que establece que la materia no puede ser creada o destruida.

• Conservacion de energia -también expresada en la ecuación de momento, que establece que la energía no se crea ni se destruye.

La mejor manera de llegar al sonido, física conclusiones y recomendaciones significativas es mantener estos principios en mente cada vez a interpretar los resultados de un modelo hidráulico. Bentley HAMMER V8i facilita esta tarea mediante el seguimiento del flujo de entrada o salida de masa de aire o agua en cualquier lugar y mediante el trazado o la animación de la energía total resultante en cualquier punto y la hora en el sistema.

3.1 Conservacion de energia

La primera ley de la termodinámica establece que para cualquier sistema dado y el intervalo de tiempo, el cambio en la energía total es igual a la diferencia entre el calor transferido al sistema y el trabajo realizado por el sistema sobre sus alrededores. En términos hidráulicos, los cambios en la energía total de un fluido no consideran los cambios en sus formas internas (moleculares) de energía, como la energía eléctrica y química, porque estas son por lo general relativamente pequeña.

En términos hidráulicos, la energía se representa a menudo como la energía por unidad de peso, lo que resulta en unidades de longitud. En cualquier punto en un sistema hidráulico, la energía total de un fluido consta de tres componentes que se pueden expresar como una elevación equivalente, o en la cabeza:

Cabeza de presión: p / �

Cabeza Elevación: z

La velocidad de la cabeza: V2 / 2g



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Dónde: pag = presión (N / m2, lb / ft2) γ = peso específico (N / m3, lb / ft3) z = elevación (m, ft) V = velocidad (m / s, ft / sec.) sol = constante aceleración de la gravedad (m / s2, ft / Sec.2)

La conversión de la energía total a un cabezal equivalente permite que se representa en la misma escala que la elevación para cualquier punto en el sistema, ya sea en los perfiles de tuberías o mapas, permitiendo a los ingenieros para visualizar cambios como pistas o líneas de contorno, respectivamente. Esto da una mejor idea de la conducta resultante del sistema, especialmente en la revisión de los resultados de una EPS o el análisis de transitorios. Además, la diferencia entre este nivel de energía y la elevación tubería es igual a la presión manométrica total.

3.2 Las ecuaciones que rigen para flujo en estado e stacionario

modelos de estado estable, como WaterCAD o WaterGEMS, son capaces de dos modos de análisis: estado estacionario y la simulación período prolongado (EPS). EPS resuelve una serie de estados estacionarios consecutivos utilizando un algoritmo de gradiente y que reúnan masa en reservorios y tanques (por ejemplo, las entradas netas y almacenamiento). Ambos métodos suponen el sistema contiene un fluido incompresible, por lo que la volumétrica total o flujos de masa en cualquier nodo debe ser igual a las salidas, menos el cambio en el almacenamiento.

Además de la cabeza de presión, elevación de la cabeza, y la cabeza de velocidad, también puede haber cabeza añade al sistema, por ejemplo, por una bomba, y la cabeza elimina del sistema por la fricción. Estos cambios en la cabeza se conocen como las ganancias y las pérdidas de carga en la cabeza, respectivamente. Equilibrio de la energía a través de dos puntos en el sistema obtiene la energía o ecuación de Bernoulli para el flujo en estado estacionario:

Dónde: pag = presión (N / m2, lb / ft2) γ = peso específico (N / m3, lb / ft3) z = elevación en el centroide (m, ft) V = velocidad (m / s, ft / sec.)



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sol = constante aceleración de la gravedad (m / s2, ft / Sec.2) hpag = ganancia de la cabeza de una bomba (m, ft) hL = pérdida de carga combinada (m, ft)

Los componentes de la ecuación de energía se pueden combinar para expresar dos cantidades útiles, el grado hidráulico y el grado de energía:

• piezométrica -El grado hidráulico es la suma de la carga de presión (p / �) y la cabeza de elevación (z). La carga hidráulica representa la altura a la que una columna de agua se elevaría en un piezómetro. La trama de la piezométrica en un perfil se refiere a menudo como la línea piezométrica o HGL.

• grado- energía El grado de energía es la suma de la calificación hidráulico y la altura de velocidad (V2 / 2g). Esta es la altura a la que una columna de agua se elevaría en un tubo de pitot. La trama de la piezométrica en un perfil se refiere a menudo como la línea de energía o EGL. En un lago o depósito, donde la velocidad es esencialmente cero, el EGL es igual a la LGH, como puede verse en la siguiente

figura.

Figura 14-3: EGL y HGL 3.2.1 Conservación de la masa en estado estacionari o

En cualquier nodo en un sistema que contiene un fluido incompresible, el volumétrica total o masa fluye en debe ser igual a los flujos hacia fuera, menos el cambio en el almacenamiento. La separación de estos en los flujos de tubos de conexión, demandas y almacenamiento, da la ecuación de continuidad:



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Dónde: QEN = flujo total en el nodo (m3 / s, cfs) QAFUERA = la demanda total en el nodo (m3 / s, cfs) ∆ςS = cambio en el volumen de almacenamiento (m3, ft3) ∆τ = cambio en el tiempo (seg.)

3.2.2 Conservación de la energía en estado estacion ario

El principio de conservación de la energía establece que las pérdidas de carga a través del sistema deben equilibrar en cada punto. Para las redes de presión, esto significa que la pérdida de carga total entre dos nodos cualesquiera en el sistema debe ser la misma independientemente de qué camino se toma entre los dos puntos. El signo de la pérdida de carga debe ser consistente con la dirección del flujo supuesta (es decir, aumento de la cabeza cuando se procede opuesta a la dirección de flujo y perder la cabeza cuando se procede en la dirección de flujo).

El mismo principio básico se puede aplicar a cualquier ruta entre dos puntos. La pérdida de carga combinado alrededor de un bucle debe ser cero para lograr el mismo grado hidráulico como al principio.

3.3 Las ecuaciones para gobernar inestable (o trans itoria) Flujo

flujo transitorio hidráulico también se conoce como el flujo de fluido inestable. Durante un análisis de transitorios, los límites de fluido y del sistema pueden ser elástica o inelástica:

• teoría elástica describe flujo inestable de un líquido compresible en un sistema elástico (por ejemplo, donde los tubos pueden expandirse y contraerse). Bentley HAMMER V8i utiliza el método de caracteres (MOC) para resolver prácticamente cualquier problema transitorios hidráulicos.

• teoría rígido-columna describe flujo inestable de un líquido incompresible en un sistema rígido. Sólo es aplicable a los fenómenos transitorios lentos.

Ambas ramas del tallo teoría transitoria de las mismas ecuaciones que gobiernan. Bentley HAMMER V8i utiliza la más avanzada de todo el sistema teoría elástica para virtualmente cada simulación, pero también puede cambiar a la teoría de la columna rígida más rápido (en los tramos específicos y para aplicaciones especiales) para reducir el tiempo de ejecución, como se discutió en la simulación rígido-columna.

Se necesitan la ecuación de continuidad y la ecuación de impulso para determinar V y P en un sistema de flujo unidimensional. La solución de estos dos ecuaciones produce un resultado teórico que por lo general corresponde muy de cerca a las mediciones reales del sistema si los datos y supuestos utilizados para construir el modelo numérico son válidos. resultados de los análisis transitorios que no



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son comparables con las mediciones reales del sistema son causadas generalmente por los datos del sistema apropiado (especialmente condiciones de contorno) y supuestos inapropiados.

3.3.1 Ecuación de continuidad para el flujo transit orio

La ecuación de continuidad para un fluido se basa en el principio de conservación de la masa. La forma general de la ecuación de continuidad para el flujo de fluido inestable es la siguiente:

Dónde: una = velocidad de la onda de presión V = velocidad media en la tubería, paralelo al eje x H = línea piezométrica o HGL

El segundo término en el lado izquierdo de la ecuación anterior es pequeño en relación a otros términos y típicamente se descuida, obteniéndose la siguiente ecuación de continuidad simplificado, tal como se utiliza en la mayoría de los modelos inestables:

3.3.2 Ecuación impulso para el flujo transitorio

Las ecuaciones de movimiento para un fluido se pueden derivar de la consideración de las fuerzas que actúan sobre un elemento pequeño, o el volumen de control, incluyendo las tensiones de cizalladura generadas por el movimiento del fluido y la viscosidad. Las ecuaciones de momento en tres dimensiones de un sistema de fluidos reales son conocidas como las ecuaciones de Navier-Stokes. Dado que el flujo perpendicular a las paredes del tubo es aproximadamente cero, el flujo en una tubería se puede considerar unidimensional, para el que la ecuación de continuidad se reduce a:

Dónde: F = coeficiente de fricción de Darcy-Weisbach re = diámetro de la tubería (o dimensión equivalente) en el interior V = velocidad del fluido



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γ = peso específico del fluido

El último término en el lado de la izquierda representa las pérdidas por fricción en la dirección del flujo:

El primer término en el lado izquierdo es el término aceleración local, mientras que el segundo término representa la aceleración convectiva, proporcional a la variación espacial de la velocidad en un punto en el fluido, que a menudo se pasa por alto para producir la siguiente ecuación simplificada:

Ecuaciones y, aunque rigurosa y explícita, incorpore los siguientes supuestos, que a menudo no es estrictamente válida en sistemas de agua reales:

• Fluid es homogénea -agua típicamente incorpora una pequeña cantidad de aire disuelto y / o arrastrado cuyo exacto porcentaje cambios a lo largo del sistema.

• Fluid y pared de la tubería son linealmente elástic o-en envejecimiento tuberías de agua cuya forma se ha convertido en no circular y cuya integridad puede verse comprometida por grietas (prácticamente todos los sistemas de agua fugas), el fluido puede escapar del sistema en lugar de ser comprimido y deformaciones impuestas en la tubería no se puede recuperar por completo.

• El flujo es unidimensional -Este suposición se ha demostrado que ser inexacta en tees en las líneas de aspiración. pérdidas menores son el resultado de la vorticidad en tres dimensiones.

• Tubería fluye completa -incluso en sistemas presurizados, aire o vapor pueden acumular en los puntos altos locales, forzando el agua para acelerar y pasar por debajo de ella. En casos extremos, este fenómeno puede disminuir significativamente la eficiencia de bombeo (por ejemplo, el bloqueo de vapor).

• Se utiliza la velocidad media -experiments muestran que la distribución de velocidad cambia a través de una sección transversal durante eventos transitorios, incluso para el flujo en tuberías rectas.

• las pérdidas viscosas similares a estado estacionar io -emerging la investigación en la fricción transitoria o inestable es un reto esta suposición.

Sin embargo, estas suposiciones son esencialmente válida para la mayoría de las veces en la mayoría de los sistemas de agua. Resolviendo estas ecuaciones produce resultados precisos de simulación numérica en la mayoría de los casos.



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3.3.3 Método de caracteres (MOC)

Bentley HAMMER V8i utiliza el método más ampliamente utilizado y probado, conocido como el método de la característica (MOC), para resolver ecuaciones de gobierno y para el flujo de la tubería inestable. Uso de la MOC, las dos ecuaciones diferenciales parciales se pueden transformar a los siguientes dos pares de ecuaciones:

Ecuaciones y no se pueden resolver analíticamente, pero pueden ser expresados gráficamente en espacio-tiempo como líneas características (o curvas), llamadas características, que representan señales que se propagan hacia la derecha (C +) y a la izquierda (C-) simultáneamente y de cada ubicación en el sistema, como se muestra en la figura siguiente.



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En cada punto de solución interior, las señales llegan de los dos puntos adyacentes de forma simultánea. Una combinación lineal de H y V es invariante a lo largo de cada característica si se descuidan las pérdidas por fricción; Por lo tanto, H y V se pueden obtener exactamente en los puntos de solución. Con pérdidas de carga concentrados en los puntos de la solución y la suposición de que la fricción es pequeño, un procedimiento iterativo se utiliza en conjunción con MOC para avanzar en la solución en el tiempo.

modelado Transient esencialmente consiste en resolver estas ecuaciones, para cada paso punto y tiempo de solución, para una amplia variedad de condiciones de contorno y topologías de sistema. Para obtener un modelo general computadora como Bentley HAMMER V8i, se requieren las siguientes capacidades adicionales:

• Las condiciones de contorno también deben ser expresadas como ecuaciones algebraicas y / o diferenciales en función de sus propiedades físicas. Esto debe hacerse para cada elemento hidráulico en el modelo y resolverse junto con las ecuaciones características.

• Ecuaciones de estado se incorporan para modelar la cavitación vaporosa, lo que el fluido puede destellar en vapor a bajas presiones, por ejemplo. Los supuestos incorporados en Bentley HAMMER V8i se describen en la columna de separación de agua y bolsas de vapor.

• La longitud de alcances computacionales se debe ajustar para conseguir una precisión suficiente sin que se produzca demasiado pequeño un paso de tiempo y un tiempo de ejecución excesivamente



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largo. Bentley HAMMER V8i establece automáticamente un intervalo de tiempo óptimo en función de las longitudes de tubería, la velocidad de la onda, y el tamaño general del sistema, para que pueda obtener su modelo resulta más rápido.

• Las pérdidas por fricción se supone que se concentra en los puntos de solución. Los diferentes modelos se pueden implementar, que van desde el estado de equilibrio a casi constante a la fricción inestable (transitoria).

Bentley HAMMER V8i se ha utilizado durante más de 15 años en un gran número de proyectos de agua y aguas residuales, evolucionando durante este momento de añadir nuevas condiciones de contorno preservando al mismo tiempo la facilidad de uso y precisión. Por lo tanto, es un modelo probado con muchos electrones "millas" y un sólido historial de juego observaciones de campo (cuando esté disponible). También se ha utilizado para modelar otros fluidos y hacer frente a problemas en otros sectores de la industria, añadiendo a su generalidad y confirmando sus algoritmos robustos.

Una derivación de las ecuaciones completas para el análisis de transitorios (utilizando la teoría elástica) está más allá del alcance de este manual, pero se puede encontrar en otras referencias, tales como Almeida y Koelle (1992) y Wylie y Streeter (1993).

La derivación para el flujo incompresible y paredes de la tubería rígidas se proporciona en la siguiente sección. La derivación de la celeridad de la onda y la velocidad de la onda de presión para el flujo compresible y límites del sistema elásticos se proporciona a continuación.

3.4 Teoría de la columna rígida

El modelo rígido asume que la tubería no es deformable y el líquido es incompresible; por lo tanto, las operaciones de sistema de control de flujo sólo afectan a los aspectos inerciales y de fricción de flujo transitorio. Dadas estas consideraciones, se puede demostrar usando la ecuación de continuidad que cualquier operación de sistema de control de flujo da como resultado cambios de flujo instantáneas en todo el sistema, y que los recorridos de líquido como una única masa en el interior de la tubería, lo que provoca una oscilación de la masa. Si la densidad del líquido y la sección transversal de la tubería son constantes, la velocidad instantánea es la misma en todas las secciones.

Estos supuestos dan como resultado una rigidez fácil de resolver la ecuación diferencial ordinaria; sin embargo, su aplicación se limita al análisis de sobretensiones. segunda ley de Newton del movimiento es suficiente para determinar la hidráulico dinámico de un cuerpo de agua rígida durante la oscilación de masas:

dH = f (L / D) (V | V | / 2g) + (L / g) (dV / dt)



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Dónde: dH = cambio en la cabeza (m, ft)

Si se establecido que una condición de flujo en estado estacionario es, si dV / dt = 0, entonces esta ecuación ecuación se simplifica a la fórmula de Darcy-Weisbach para el cálculo de la pérdida de carga a lo largo de la tubería. Sin embargo, si una condición de flujo en estado estacionario no se ha establecido debido a las operaciones de control de flujo, a continuación, es necesario determinar los tres incógnitas: H1 (t) (la cabeza de la izquierda), H2 (t) (la cabeza de la derecha), y V (t) (la velocidad de flujo instantánea en el conducto). Para determinar estas incógnitas, el ingeniero debe conocer las condiciones de contorno en ambos extremos de la tubería.

Usando la ecuación fundamental rígido-modelo, la línea piezométrica se puede establecer para cada instante. La pendiente de esta línea indica la pérdida de carga entre los dos extremos de la tubería, que es también la cabeza necesaria para superar las pérdidas por fricción y las fuerzas de inercia en la tubería. Para el caso de la reducción del flujo causada por un cierre de la válvula (dQ / dt <0), la pendiente se reduce. Si se abre una válvula, la pendiente aumenta, permitiendo potencialmente condiciones de vacío que se produzca. El cambio en la pendiente es directamente proporcional al cambio de flujo. En general, la envolvente de cabeza transitorio máximo calculado por la teoría de columna de agua rígido (RWCT) es una línea recta, como se muestra en la siguiente figura.

Figura 14-4: HGL estático y estable frente rígido y Sobres elástico Transient Head



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El modelo rígido tiene aplicaciones limitadas en el análisis de transitorios hidráulica porque las ecuaciones resultantes no precisa ondas de presión modelo causadas por operaciones rápidas de control de flujo. El modelo rígido se aplica a más lentas de sobretensión o de oscilación masa transitorios, como se define enPropagación de Ondas y hora Característica. HAMMER solamente utiliza la teoría de la columna rígida bajo ciertas condiciones (verMétodo CAV extendido).

3.5 La columna rígida frente elástico Teoría

Antes del uso generalizado de ordenadores, el tema de la columna de agua en la teoría rígida era muy popular. esfuerzo sustancial se dedicó por numerosos investigadores e ingenieros para mejorar su precisión y determinar el alcance de su aplicación.Figura 14-5: Cuándo utilizar elástico frente a la Teoría de la columna rígida para un cierre de la válvulaes un gráfico adimensional del tiempo de cierre de válvula (dividido por la mitad del tiempo característica, L / a) frente a la relación de la cabeza inicial a la cabeza transitorio en una fricción (o muy baja fricción) del sistema. El gráfico muestra que diferentes investigadores, a partir de 1933, propusieron varios criterios para determinar cuando una solución elástica es necesario y cuando una solución de la columna rígida es suficientemente preciso.

Las líneas negras gruesas se obtuvieron de simulaciones por ordenador utilizando ambos métodos y que muestran el nivel de error resultante del uso de RWCT en lugar de EWCT (Fok, 1987). El error resultante de RWCT en lugar de EWCT se muestra gráficamente enFigura 14-5: Cuándo utilizar elástico frente a la Teoría de la columna rígida para un cierre de la válvula. EWCT representa correctamente para la compresibilidad del fluido, lo que resulta en una estimación significativamente más alta de la cabeza transitorio máximo que RWCT. Bentley HAMMER V8i resuelve todos los problemas utilizando la teoría elástica y el MOC para la máxima precisión.



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Figura 14-5: Cuándo utilizar elástico frente a la Teoría de la columna rígida para un cierre de la válvula

3.6 Teoría elástica

El modelo elástico asume que el cambio de la cantidad de movimiento del líquido causa la expansión o compresión de la tubería y el líquido, tanto supone que es lineal-elástica. Puesto que el líquido no está completamente incompresible, su densidad puede cambiar ligeramente durante la propagación de una onda de presión transitoria. La onda de presión transitoria tendrá una velocidad finita que depende de la elasticidad de la tubería y del líquido como se describe enCeleridad y Pipe Elasticidad.

En 1898, Joukowski estableció una relación teórica entre la presión y el cambio de velocidad durante una condición de flujo transitorio. En 1902, Allievi desarrollado independientemente una relación elástico similar y lo aplicó a un cierre de válvula uniforme. La teoría elástica desarrollada por estos dos pioneros es fundamental para el campo de los transitorios hidráulicos. La elasticidad combinada de tanto el agua y las paredes del tubo se caracteriza por la velocidad de la onda de presión, a. Esta relación es una forma simplificada de la ecuación (véase la ecuación) aplicable a un paro instantáneo de velocidad.

(H - Ho) = -a / g (V - Vo)

Dónde: o = denota condiciones iniciales.



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Para un cierre de la válvula instantánea o paro del flujo, la presión de aumento (H-Ho) se conoce como la "cabeza Joukowski." Dado que a es aproximadamente 100 veces tan grandes como g, un 1 ft./sec. (0,3 m / s) cambio en la velocidad puede resultar en un 100 ft. (30 m) cambio en la cabeza. Debido a cambios en la velocidad de varios pies o metros por segundo pueden ocurrir cuando una bomba se apaga o una boca de riego o la válvula está cerrada, es fácil ver cómo los transitorios grandes que pueden ocurrir fácilmente en los sistemas de agua.

La masa de fluido que entra en la parte del sistema situada aguas arriba de la válvula inmediatamente después de su cierre repentino está alojado a través de la expansión de la tubería debido a su elasticidad y a través de ligeros cambios en la densidad del fluido, debido a su compresibilidad. Esta ecuación no se aplica estrictamente a la caída en la presión aguas abajo de la válvula, si las descargas válvula de flujo a la atmósfera.

4. CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA DE AGUA

Haestad Pulse Agua Modelado avanzado y gestión de la distribución se describen muchos de los temas de esta sección con más detalle.

4.1 Celeridad y Pipe Elasticidad

La elasticidad de cualquier medio se caracteriza por la deformación del medio debido a la aplicación de una fuerza. Si el medio es un líquido, esta fuerza es una fuerza de presión. El coeficiente de elasticidad (también llamado el índice de elasticidad, constante o módulo) es una propiedad física del medio que describe la relación entre la fuerza y la deformación.

Por lo tanto, si una masa líquida dada en un volumen dado (V) se somete a un aumento de presión estática (dp), una reducción correspondiente (dV <0) en produce el volumen de fluido. La relación entre la causa (aumento de presión) y el efecto (reducción de volumen) se expresa como el módulo de compresibilidad de la elasticidad (E�) del fluido, como se da por:

Dónde: miv = módulo de compresibilidad de la elasticidad dp = aumento de la presión estática dV = cambio incremental en volumen de líquido con respecto al volumen inicial d� / � = cambio incremental en la densidad del líquido con respecto a la densidad inicial



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Una relación entre el módulo de un líquido de elasticidad y la densidad da su característica celeridad de la onda:

Dónde: una = característica celeridad de la onda del líquido

La celeridad de la onda característica (a) es la velocidad con la que una perturbación mueve a través de un fluido. Su valor es de aproximadamente 4,716 ft./sec. (1,438 m / s) para el agua y aproximadamente 1.115 ft./sec. (340 m / s) para el aire.

La inyección de un pequeño porcentaje de pequeñas burbujas de aire puede reducir la velocidad de onda efectiva de la mezcla de fluido / aire, siempre que se mantiene bien mezclada. Esto es difícil de lograr en la práctica, porque difusores pueden funcionar mal y burbujas de aire pueden salir de la suspensión y coalescer o incluso boya a la parte superior de las tuberías y se acumulan en los codos, por ejemplo.

En 1848, Helmholtz demostró que celeridad de la onda en una tubería varía con la elasticidad de las paredes de la tubería. Treinta años después, Korteweg desarrolló una ecuación para determinar celeridad de la onda como una función de la tubería elasticidad y compresibilidad líquido. Bentley HAMMER V8i utiliza una formulación modelo elástico que requiere la celeridad de la onda que ser corregido para tener en cuenta para la tubería elasticidad.

Dónde: mi = el módulo de Young de elasticidad de material del tubo

La ecuación es válida para las tuberías de pared delgada (D / E> 40). El factor � depende de las características de soporte de tuberías y el coeficiente de Poisson. ��depends en lo siguiente:

• Pipe está anclada a lo largo contra el movimiento axial: �� = 1 - μ2, donde μ es el coeficiente de Poisson

• Pipe está equipado con el funcionamiento las juntas de dilatación a lo largo de: �� = 1 - μ / 2



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• Pipe sólo se admite en un extremo y se dejó que someterse a estrés y la tensión tanto lateral como longitudinalmente: �� = 5/4 - � (ASCE, 1975)

Para tuberías de paredes gruesas, se han propuesto varias ecuaciones teóricas para calcular celeridad; Sin embargo, se necesitan investigaciones de campo para verificar estas ecuaciones. MesasTabla 14-2: propiedades físicas de algunos materiales de tuberías comunes y Tabla 14-3: Propiedades físicas de algunos líquidos comunes proporcionar los valores para diversos materiales de tuberías y líquidos que son útiles para calcular la celeridad durante el análisis de transitorios. Figura 14-6: Celerity frente tubería de pared Elasticidad para Varios D / E Ratios proporciona una solución gráfica de la elasticidad celeridad dado tubo-pared y diversas relaciones de espesor / diámetro.

Tabla 14-2: propiedades físicas de algunos materiales de tuberías comunes

Material El módulo de Young

El coeficiente de Poisson, (109 lbf / ft2) (GPa)

Acero 4.32 207 0.30

Hierro fundido 1.88 90 0.25

Hierro dúctil 3.59 172 0.28

Hormigón 0,42-0,63 20 a 30 0.15

Concreto reforzado 0,63-1,25 30 a 60 0.25

Fibrocemento 0.50 24 0.30

PVC (20oC) 0,069 3.3 0.45

Polietileno 0,017 0.8 0.46

Poliestireno 0.10 5.0 0.40

Fibra de vidrio 1.04 50.0 0.35

Granito (roca) 1.0 50 0.28

Tabla 14-3: Propiedades físicas de algunos líquidos comunes

Líquido Temperatura (oC) Módulo de volumen de Elasticidad Densidad

(106 lbf / ft2) (GPa) (Babosas / ft3) (Kg / m3)

Agua dulce 20 45.7 2.19 1.94 998

Agua salada 15 47.4 2.27 1.99 1025

Aceites minerales 25 31,0-40,0 1.5 a 1.9 1,67-1,73 860-890

Queroseno 20 27.0 1.3 1.55 800

metanol 20 21.0 1.0 1.53 790



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Figura 14-6: Celerity frente tubería de pared Elasticidad para Varios D / E Ratios

Para los tubos que presentan efectos viscoelásticos significativas (por ejemplo, plásticos como el PVC y polietileno), Covas et al. (2002) demostraron que estos efectos, incluyendo la fluencia, pueden afectar a la velocidad de la onda en las tuberías y debe tenerse en cuenta si se desean resultados muy precisos. Propusieron métodos que tengan en cuenta esos efectos, tanto en las ecuaciones de continuidad y momento.

4.2 Propagación de Ondas y hora Característica

Nota: La longitud sistema representativo, L, se puede aproximar por una red tomando el camino más largo que conecta una bomba a un elemento de almacenamiento, tal como un tanque o depósito.

La onda de presión generada por una operación de control de flujo se propaga con la velocidad a, llegar al otro extremo de la tubería en un intervalo de tiempo igual a L / a segundo. El mismo intervalo de tiempo es necesario para la onda reflejada a viajar de regreso a su origen, para un total de 2 L / a segundos. La cantidad de 2 l / a se denomina el tiempo característico de la tubería. Se utiliza para clasificar la velocidad relativa de una maniobra que provoca un transitorio hidráulico.

Si una operación de control de flujo produce un cambio de velocidad en un intervalo de tiempo inferior o igual a tiempo característico de una tubería, la operación se considera "rápida". las operaciones de



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control de flujo que se producen durante un intervalo más largo que el tiempo característico se designan "gradual" o "lento". Las clasificaciones y nomenclatura asociada se resumen en la tabla siguiente para diferentes tiempos de operación, Tm.

Tabla 14-4: Clasificación de las operaciones de control de flujo basado en el tiempo característica del sistema

Tiempo de Maniobra Clasificación operación

Instantáneo

Rápido

Gradual

Lento

El tiempo característico es significativo en el análisis de flujo transitorio, ya que determina qué método es aplicable para la evaluación de una operación de control de flujo particular en un sistema dado. El modelo rígido proporciona resultados precisos sólo para los transitorios de sobretensión generados por las operaciones de control de flujo lentas que no causan compresión líquido significativo o deformación de la tubería. cambios instantáneos, rápidos, y graduales deben ser analizados con el modelo elástico. Bentley HAMMER V8i utiliza el modelo elástico de manera predeterminada para garantizar una solución precisa, independientemente del tiempo característico del sistema.

4.3 La reflexión de la onda y la transmisión en tub erías

Además de las ecuaciones que describen el flujo transitorio, es importante saber sobre el efecto de los límites, tales como tanques, callejones sin salida, y las ramas-que de tubería modificar los efectos de los fenómenos transitorios hidráulicos.

Tip transitoria:

Los sistemas hidráulicos comúnmente tienen tuberías interconectadas con diferentes características, tales como el material y diámetro. Estos segmentos de tuberías y puntos de conexión (nodos) definen la topología de un sistema.

Cuando una onda que viaja en un tubo y definido por un impulso de cabeza Ho trata de un nodo, se transmite con un valor de cabeza Hs a todos los otros tubos conectados y refleja de nuevo a la tubería inicial con un Hr valor cabeza. La reflexión de la onda se produce en un nodo cambia las condiciones de la cabeza y de flujo en cada uno de los tubos conectados al nodo.

Si las distancias entre las conexiones de la tubería son pequeños, la cabeza en todas las conexiones se puede suponer que ser el mismo (es decir, la pérdida de carga a través del nodo es despreciable), y el factor (s) de transmisión se puede definir como



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Dónde: s = factor de transmisión (adimensional) Hs = cabeza de onda transmitida (ft, m) Ho = pulso cabeza incidente (ft, m) UNAo = área de la tubería de entrada (ft2, m2) unao = velocidad de la onda de entrada (pies / seg., m / s) UNAyo = área de la i-ésima tubería (ft2, m2) unayo = velocidad de la onda de i-ésima tubería (ft / sec., m / s) norte = número de tubos salientes yo = El número de índice de tubo

En un sistema cerrado sin fricción para amortiguar transitorios, transitorios serían persistir indefinidamente. Sin embargo, los efectos viscosos y de fricción típicamente causan transitorios para atenuar en cuestión de segundos a minutos. Bentley HAMMER V8i es una herramienta esencial para realizar un seguimiento de las reflexiones de la onda de presión transitorias y la fricción y elásticas efectos durante la simulación, como sigue:

• Debido a la fricción existe en un sistema real, el potencial cambio cabeza calculado utilizando la ecuación Joukowsky subestima el aumento cabeza real. Esta subestimación es debido a un embalaje-un aumento adicional en la cabeza se produce en la válvula como la onda de presión se desplaza en sentido ascendente.

• La pequeña velocidad de detrás del frente de onda significa que la diferencia de velocidad a través del frente de onda es menor que Vo, por lo que el cambio de presión es progresivamente menor que el aumento de potencial que la onda viaja aguas arriba. Este efecto, que es concurrente con el embalaje línea, se llama la atenuación o reducción.

• ondas de presión transitorios se transmiten parcialmente y se reflejan simultáneamente hacia atrás en cada cruce con otros tubos, dependiendo de su velocidad de la onda y el diámetro.

Aunque Bentley HAMMER V8i calcula la proporción de un pulso de energía transitoria entrante que se transmite y se refleja en cada nodo de unión, es útil tener en cuenta cómo este fenómeno se produce en un sistema hidráulico típico que utiliza la relación para el factor de reflexión:



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Dónde: r = factor de reflexión Hr = cabeza de onda reflejada (ft, m)

Varios casos especiales pueden ser considerados, incluyendo:

• Pipe conectada a un depósito, en este caso, n = 1, s = 0, y r = -1. En otras palabras, una onda de llegar a un depósito refleja con el signo opuesto.

• Pipe conectado a un punto muerto o cerrado de la válvula, en este caso, n = 1, y, a través de la derivación de una ecuación para r similar a la ecuación, se puede demostrar que r = 1. En otras palabras, una onda refleja por lo una extremidad cerrada de un tubo con el mismo signo y, por lo tanto, la amplificación de la cabeza se produce en esa extremidad. Si una operación de control de flujo provoca una onda de presión negativa que alcanza una válvula cerrada, la reflexión de la onda causa una reducción adicional de la presión. Esta condición flujo transitorio puede causar separación de líquidos de la columna y, en sistemas de baja la cabeza, el potencial de colapso tubería. En un extremo muerto, la onda se refleja con el doble de la carga de presión de la onda incidente.

• Diámetro del tubo reduce (aumento celeridad), en este caso, A1 <A0, y s> 1, de modo que la cabeza que se transmite se amplifica. Por ejemplo, si A1 = A0 / 4 (o D1 = D0 / 2), entonces s = 8/5 = 1,6 y R = s - 1 = 0,6, y la cabeza de transmisión a la tubería más pequeña es 60 por ciento mayor que el entrante cabeza. La tubería más grande también se somete a este cambio cabeza después de la onda refleja parcialmente en el nodo. Si el diámetro se reduce a cero, la unión se convierte en un callejón sin salida.

• Diámetro del tubo aumento (disminución celeridad), en este caso, una atenuación de la cabeza incidente se produce a un incremento diámetro de la tubería. La onda de presión más pequeña se transmite a la tubería más grande y, después de la reflexión, la tubería más pequeña se somete a la cabeza final más bajo. En una expansión, la onda reflejada tiene el signo opuesto de la onda incidente. En el límite, como el diámetro aumenta indefinidamente, se obtiene el caso depósito.

4.4 Tipo de redes y sistemas de bombeo

Aunque son posibles un número infinito de topologías de red, las posibilidades se pueden reducir a las siguientes características clave:

• características de la red sistema de agua -A lo general se compone de varias tuberías de transmisión principales (de estaciones de bombeo para reservorios, tanques elevados, o estaciones de refuerzo) y muchas ramas y bucles para distribuir el agua a los puntos-de demanda de agua locales.

• características de tuberías -Estos incluyen longitud de la tubería (L), el diámetro (D), la rugosidad (C o F), elevaciones o perfil (basado en topografía), niveles de agua en succión y cuerpos de agua receptores, el flujo (Q), la cabeza de presión (H) a linfáticos, y velocidad de la onda de presión (a).

• velocidad de la onda de presión -Este varía desde tan bajo como 340 m / s hasta tan alta como 1.438 m / s para el agua en tubos de plástico de paredes delgadas para tuberías de acero gruesas,



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respectivamente. velocidad de la onda de presión también se ve afectada por la instalación de tuberías debido a la ropa de cama, de anclaje, y las condiciones del suelo.

• complejidad de la modelización -En el pasado, las redes por lo general se reducen a unas pocas claves de red de agua, teniendo la distribución del flujo, perfiles de tuberías, y la energía cinética del sistema en consideración. Esto por lo general proporciona resultados conservadores para estas líneas, pero se pasó por alto la energía transitoria transmitida desde las principales líneas a la red de distribución (o viceversa). modelos informáticos modernos, como Bentley HAMMER V8i, pueden simular redes con miles de tubos y decenas o cientos de condiciones de contorno.

Para el propósito de análisis de transitorios, sistemas de bombeo pueden ser agrupados como sigue:

• sistema de bombeo abierta sistema de agua abierto -Un consiste en depósitos aguas arriba, estaciones de bombeo, y embalses aguas abajo o tanques elevados. viajes transitoria de la onda de presión se limita a un solo sistema y la energía transitoria no se puede transmitir a otro sistema. Con un perfil de tubería favorable (por ejemplo, cóncava hacia arriba), no hay una cavidad de vapor significativa se produce y las columnas de agua no se separan. La presión máxima de aumento rara vez se eleva 50% más alto que el cabezal de presión constante. Sin embargo, un perfil de la tubería irregular puede dar lugar a una gran separación en la columna de agua y presiones transitorias severas. El vapor o bolsas de aire, finalmente, se colapsará debido a flujo inverso desde el depósito o tanque de aguas arriba.

• Sistema cerrado -En un sistema cerrado, la bomba de suministro de agua y mantiene la presión adecuada para todo el sistema. No hay ni un depósito ni un tubo vertical en el sistema. Los sistemas cerrados por lo general una pequeña zona de servicio de suministro de agua. Bombas empleadas en un sistema cerrado a menudo tienen curvas de la bomba planas que no son deseables desde una perspectiva transitoria porque pueden ocurrir alteraciones flujo rápido. Después de un fallo de alimentación, el downsurge probable traduce en más cavidades de vapor que en un sistema abierto, mientras que el aumento es relativamente pequeño en comparación. En el arranque de la bomba, las presiones transitorias más altas se puede esperar que debido en parte a la mayor número de cavidades de aire que se encuentran atrapados y permanecen en el sistema, y en parte debido a la inherentemente rápida aceleración de flujo. El aire atrapado en los puntos altos locales siempre debe ser puesto en libertad.

• sistema impulsado -Para algunos sistemas de agua, el agua puede ser entregado directamente a una estación de bombeo de refuerzo que abastece de agua a otro sistema en su lado de descarga. Normalmente, no depósito o succión bien está instalado aguas arriba de la estación de bombeo booster; en consecuencia, el rendimiento hidráulico de un lado del grupo de presión de bombeo puede ser afectada significativamente por las condiciones transitorias de la otra parte. Desde un punto de vista hidráulico, todas las combinaciones posibles de fallo de alimentación deben ser considerados, incluyendo:

o Todas las estaciones de bombeo fallan mientras que el refuerzo continúa operando. o Sólo el refuerzo falla mientras todos los demás siguen funcionando. o Un corte de energía mundial se produce en todas las estaciones de bombeo de ambos

sistemas.

Debido a la continuidad de flujo, la bomba de refuerzo se detiene poco después de un fallo de alimentación en el sistema de aguas arriba y los transitorios resultantes pueden ser similares a un fallo de alimentación en ambas estaciones de bombeo. En los casos en que la bomba de refuerzo falla



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mientras la bomba de aguas arriba continúa operando, una peor transitoria puede resultar en parte de la red de agua.

4.5 Poniendolo todo junto

Antes de realizar los cálculos de flujo transitorio y la cabeza, Bentley HAMMER V8i examina las características del sistema, considera las diversas propiedades de tubos y de fluidos, y determina automáticamente un paso de tiempo óptimo. Por defecto, Bentley HAMMER V8i utiliza el método de las características y pasos cortos de tiempo para asegurar que los resultados de la simulación serán lo suficientemente precisa para apoyar conclusiones firmes acerca de los efectos de los transitorios en el sistema. Bentley HAMMER V8i toma horas de conjeturas acerca de pasos de tiempo y la metodología de su día, lo que le permite centrarse en la interpretación y comunicación de los resultados a las partes interesadas.

Como modelador, es necesario centrarse en los siguientes factores para el éxito de funcionamiento de Bentley HAMMER V8i:

• Escoja la duración de ejecución siguiendo las instrucciones de manejo y las opciones del proyecto. • Introduzca las propiedades del líquido correctas como se describe en propiedades del líquido. • Seleccione un modelo de fricción avanzado si los efectos de la bicicleta transitoria repetida es una

preocupación, como se describe en Selección del método de fricción. • Describir las condiciones de contorno y otros elementos hidráulicos correctamente utilizando la

información proporcionada en general de Hidráulicas Propiedades del elemento.

Después de una carrera exitosa, es necesario interpretar los resultados como se describe en la revisión de sus resultados. Tal vez usted necesita un par de carreras para evaluar la sensibilidad de los resultados a presión de vapor, elevaciones, y la velocidad de la onda si el modelo predice la separación de agua Columna y bolsas de vapor. Por último, incluso el análisis más a fondo tiene poco valor si sus conclusiones y recomendaciones no se comunican con claridad y poder; revisar las lecciones de inicio rápido y los consejos proporcionados en la revisión de sus resultados.

5. TEORÍA DE LA BOMBA

Esta sección complementa la discusión de equipos rotativos, que abarca los siguientes temas:

• Fundamentos de la bomba • La inercia de la bomba • velocidad específica • En primer lugar cuadrantes y de cuatro cuadrantes-Representaciones • Las bombas de velocidad variable (VSP o VFD)



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Los temas anteriores introdujeron el sujeto como un medio de la selección de la representación de la bomba correcta para una determinada carrera Bentley HAMMER V8i. Las siguientes secciones se centran en los aspectos teóricos y prácticos:

• Características de la bomba y Comportamiento • Las bombas de velocidad variable • Caballos de fuerza constante Bombas

5.1 Características de la bomba y Comportamiento

Las bombas son una parte integral de muchos sistemas presurizados. Bombas agregan energía, o en la cabeza ganancias, al flujo de contrarrestar las pérdidas de carga en el sistema.

Una bomba se define por su curva, que relaciona la cabeza de la bomba, o la cabeza añadido al sistema, a la velocidad de flujo. Esta curva indica la capacidad de la bomba para agregar la cabeza a diferentes caudales. Para modelar el comportamiento del sistema de bombeo, se necesita información adicional para encontrar el punto real en el que funcionará la bomba.

El punto de funcionamiento del sistema se basa en el punto en que la curva de la bomba cruza la curva del sistema que representa las pérdidas de elevación y carga estática debido a la fricción y pérdidas menores (para más información, véase Las pérdidas menores). Cuando se superponen estas curvas, el punto de funcionamiento se encuentra en su intersección. Esto se muestra en la siguiente figura:

Figura 14-7: Sistema de puntos de funcionamiento



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Como elevaciones de la superficie del agua y demandas de todo el cambio de sistema, la carga estática (Hs) y pérdidas de carga (HL) varían. Esto cambia la ubicación de la curva del sistema, mientras que la curva de la bomba característica permanece constante. Estos cambios en el resultado curva del sistema en un punto de funcionamiento de desplazamiento en periodos de tiempo que van desde minutos a horas.

En estado estacionario, una bomba puede ser descrito usando una curva sencilla que relaciona la carga dinámica total (TDH) que se añade al fluido en cada velocidad de flujo posible dentro de rango de operación de la bomba. curvas adicionales describen la energía de la bomba de succión (por ejemplo, la cabeza de succión positiva neta requerida o NPSHR) y los requisitos de potencia en cada velocidad de flujo.

Desde una perspectiva transitoria hidráulico, estas variables dinámicas deben ser considerados, incluyendo la entrada de alimentación; Velocidad rotacional; y el momento de inercia de la bomba, el motor y el eje (incluyendo acoplamientos). Cada una de estas propiedades puede tener un efecto pronunciado sobre el comportamiento de la bomba durante una oleada o después de un fallo de alimentación:

1. la inercia de la bomba -Bombas con un impulsor de motor más ligero y tiene un pequeño momento de inercia; que pueden ser acelerados y se detuvieron más rápido porque hay menos energía cinética almacenada. La tendencia ha sido hacia las bombas más ligeros. Después de un fallo de alimentación, bombas de baja inercia mantener el flujo hacia adelante para un tiempo más corto y se detiene antes. Esto se traduce en cambios más bruscos en-flujo y presiones que se producirían con bombas pesadas, y por lo tanto más severa en el golpe de ariete.

2. curva de la bomba curvas de la bomba de la forma-Fl atson indeseables desde una perspectiva transitoria hidráulico, ya que pueden resultar en un gran cambio en la tasa de flujo para un cambio moderado en la cabeza. Esto puede resultar en una disminución muy rápida de flujo durante una parada de emergencia.

3. cambio dinámico en el sistema de curva- Después de un descanso tubo grande o abertura de la válvula controlada, la curva de la cabeza del sistema puede caer repentinamente muy por debajo de su requisito de cabeza habitual, por lo que la bomba ya no necesita añadir mucho (si existe) de energía para suministrar el flujo requerido. En casos como estos, la cabeza descentramiento de la bomba puede llegar a ser mayor que la elevación estática requerida. Muy grandes pérdidas en el sistema de aspiración pueden resultar en la cavitación y de sobrevelocidad condiciones, ambos de los cuales pueden causar desgaste de la bomba y daños. Esto puede evitarse mediante la selección apropiada de la bomba (estado estable) y controles para apagar la bomba y reducir o detener el flujo durante tales transitorios.

4. cambio dinámico en el punto- operativo Una cabeza de cierre demasiado cerca del extremo de alta cabeza del rango de operación podría resultar en interrupciones molestas de energía a la bomba, cada uno de lo que resulta en un transitorio hidráulico debido a la bomba de emergencia apagar (similar a un corte de corriente) .

5. Cambio en la NPSH R debido al desgaste o el impulsor de recorte -NPSHR es diferente para cada turbomáquina en una estación de bombeo, pero los fabricantes suelen proporcionar esta información. El NPSHR de bombas de vecinos puede ser diferente el uno del otro. Además, la curva de NPSHR del



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fabricante puede ser válida después de décadas de desgaste, la falta de mantenimiento o modificaciones reales al impulsor. Afortunadamente, NPSH se puede obtener de las pruebas de campo. El NPSHA disponible se determina basándose en la cabeza del depósito y las pérdidas en el sistema de aspiración. cavitación de la bomba se produce si el margen de NPSH, NPSHA - NPSHR es insuficiente. Incluso a la cavitación incipiente, un margen inadecuada puede resultar en el bombeo menos eficiente o incluso en una ruptura de la curva de la bomba, con lo que una bomba puede estar funcionando pero contribuye muy poco la cabeza por encima de un flujo limitante. Consulte Hydraulic Institute (http://www.pumps.orgpublicaciones) para más información sobre esta importante cuestión.

Cada vez que una bomba es forzado fuera de su rango de operación normal durante un transitorio hidráulico, vibraciones y cavitación puede resultar, incluso si no llega a las condiciones de cierre o iniciales y finales. giro inversa puede forzar al motor de la bomba (si no se desconecta) para generar electricidad, aumentando rápidamente su temperatura y, posiblemente, dañar la circuitería de control del motor. Por estas razones, es aconsejable proteger las bombas contra daños transitoria proporcionando válvulas de retención del lado de descarga adecuadas.

5.1.1 velocidad específica

Si giro inverso es posible, una representación curva de cuatro cuadrantes se puede seleccionar en base a la velocidad específica de su bomba. Según las leyes de afinidad, impulsores con geometría y líneas de corriente similares tiende a tener velocidades específicas similares.

Tip transitoria:

Para simular una bomba para que no curva de la bomba está disponible o cuando hay una posibilidad de flujo inverso o de centrifugado, la selección de la incorporada en cuatro cuadrantes curva correspondiente al tipo correcto de la bomba es esencial. A pesar de una cierta aproximación, Bentley HAMMER V8i es la salida física resultados significativos proporcionado selecciona la curva de cuatro cuadrantes correcto en función de la velocidad específica de su bomba. Los resultados pueden ayudar a decidir si es o no un detalle adicional es crítica o incluso necesario.

Para seleccionar una curva de la bomba de cuatro cuadrantes apropiado en Bentley HAMMER V8i, sólo tiene que calcular la velocidad específica y seleccione el ajuste en el campo específico de la velocidad Editor de elementos de la bomba más cercana disponible. Se puede calcular la velocidad específica de su bomba, Ns, utilizando la siguiente ecuación:



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Dónde:

Ns es la velocidad específica (rpm)

N es bomba de velocidad rotaional (rpm)

Q es el caudal (m3 / s o gpm) en el punto de mejor eficiencia

H es la altura total (m o ft) por etapa en el punto de mejor eficiencia

Tabla 14-5: Las velocidades específicas para categorías típicas de la bomba en ambos sistemas unitariosmuestra valores típicos de velocidad específico para el que una representación exacta de cuatro cuadrantes está integrado en Bentley HAMMER V8i. Las bombas centrífugas tienden a tener menores velocidades específicas que las bombas de flujo axial o de múltiples etapas. Pocas curvas características de cuatro cuadrantes están disponibles debido a que requieren el trabajo de laboratorio laborioso.

Los resultados de las simulaciones transitorios hidráulicos no son tan sensibles a la velocidad específica seleccionada, siempre que se instala una válvula de retención. No es necesario añadir una válvula de retención, porque cada bomba en Bentley HAMMER V8i tiene una válvula de retención incorporada inmediatamente aguas abajo de la bomba.

Nota: Si necesita una curva de la bomba de cuatro cuadrantes pero la velocidad específica de su bomba no coincide con una de las opciones disponibles, seleccione la más cercana disponible o lo soliciten por parte del fabricante. El error de predicción no se puede interpolar linealmente usando la velocidad específica, pero se puede ejecutar una curva diferente a poner entre paréntesis el dominio solución.

Tabla 14-5: Las velocidades específicas para categorías típicas de la bomba en ambos sistemas unitarios Unidad de sistema Velocidad específica, Ns

Las bombas centrífugas (radial de aletas o brida-tornillo tipos)

Bombas Axial-Flow (mixed-flujo o tipos brida-tornillo)

bombas multietapa (axial o de flujo mixto)

Tradicional de Estados Unidos

1280 4850 7500

SI Métricas 25 94 145



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5.2 Las bombas de velocidad variable

curva característica de una bomba se fija para una velocidad de motor dada y diámetro del impulsor, pero se puede determinar para cualquier velocidad y cualquier diámetro mediante la aplicación de las leyes de afinidad. Para bombas de velocidad variable, las leyes de afinidad se presentan como:

y

Dónde: Q = caudal de la bomba (m3 / s, cfs) h = cabeza de la bomba (m, ft) norte = velocidad de la bomba (rpm)

Figura 14-8: Efecto de la velocidad relativa en la curva de la bomba



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5.3 Caballos de fuerza constante Bombas

WaterCAD y WaterGEMS proporcionan muchas formas de entrar en curvas de la bomba, como se describe en la bomba Fundamentos. Bentley HAMMER V8i permite que cualquier curva de la bomba para ser representada como pares de cabezas y flujos correspondientes, interpolación lineal entre estos valores cuando sea necesario durante las simulaciones. Por tanto, es deseable introducir tantos segmentos de línea como sea práctico para describir con precisión rango de operación de la bomba.

Afortunadamente, Bentley HAMMER V8i importa automáticamente curvas de la bomba. Si se ha introducido una curva de valoración por puntos múltiples en WaterCAD, WaterGEMS, o producido utilizando el método de Levenberg-Marquardt, como se muestra en la siguiente ecuación, una curva de calificación de múltiples puntos equivalente se importa automáticamente en Bentley HAMMER V8i.

Dónde: Y = cabeza (m, ft) Q = de descarga (m3 / s, cfs) UNA, ANTES DE CRISTO = coeficientes de la curva de la bomba

6. TEORÍA DE LA VÁLVULA

Varios tipos de válvulas están en uso en un momento dado en un sistema presurizado. Estas válvulas tienen comportamientos diferentes debido a sus diferentes propósitos, pero todas las válvulas se utilizan para controlar el flujo. Ellos pueden ser abiertos, cerrados, o estrangulado para lograr el resultado deseado. En términos de análisis de transitorios hidráulico y diseño, las válvulas se pueden clasificar como válvulas de control de flujo o de control contra sobretensiones. tipos de válvulas de control de flujo se analizan en el control de flujo de la válvula Fundamentos:

• Válvulas de reducción (PRV) • Válvulas de sostenimiento (PSV) • Presión automático válvulas (PBVs) • válvulas de control de flujo (FCV) • válvulas de control de la mariposa (TSVC) • válvulas de propósito general (GPVs)



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6.1 Consideraciones de selección de la válvula y el tamaño

Un enfoque simple para dimensionamiento de la válvula sería determinar el coeficiente de la válvula requerida (Cv), como se define en las normas ANSI / ISA S75.01:

Cv = Flow (gravedad específica gota / presión) media

donde el flujo es en galones US por minuto y caída de presión es en libras por pulgada cuadrada (psi) a 60 ° F (16 ° C). Un diseñador también comprobar el caudal y la temperatura combinación máxima prevista para evitar la asfixia o las condiciones de parpadear. Las velocidades de flujo más extremos son probable que ocurra durante un transitorio.

Bentley HAMMER V8i es la herramienta de diseño más versátil para dimensionar la válvula, ya que le permite simular las condiciones de funcionamiento de una válvula es probable que encuentre durante los eventos de estado estable o transitoria. Bentley HAMMER V8i modelos de válvulas de manera diferente dependiendo de su tiempo de respuesta. La principal diferencia entre las válvulas de control de flujo y control de sobretensiones es su respuesta o activación tiempo:

Válvulas reguladoras de caudal-La mayoría de las válvulas en un sistema de agua están destinadas para encendido / apagado (es decir, permitir o de flujo de bloques). Además de esto, las válvulas de control de flujo de flujo de estrangulación usando diversos métodos que dependen de la cuerpo de la válvula, el pistón o el mecanismo de pellizco, y el actuador. Aunque el ajuste especial está disponible para hacer frente a alta velocidad sostenida o de alta presión diferenciales, la mayoría de las válvulas de control de flujo no están diseñados para reaccionar o manejar condiciones transitorias durante cualquier periodo de tiempo. Por lo general son accionados para asegurar una apertura lenta o cierre. Los actuadores son típicamente hidráulica, eléctrica, o (con menor frecuencia para sistemas de agua) de aire comprimido:

• actuadores hidráulicos tubos -Pequeño de diámetro llamados pilotos están conectados aguas arriba y aguas abajo de la válvula y la diferencia de presión entre estos puntos se utiliza para abrir o cerrar la misma. El tipo de válvula depende de cómo los pilotos de aguas arriba y aguas abajo están conectados al cuerpo de válvula y / o drenados fuera de él hasta la temperatura ambiente, o atmosférica, presión. El término de pilotaje se utiliza a menudo para describir la hidráulica (y, a veces eléctrica) circuitos y tubos de conexión.

• Los actuadores eléctricos -Estos son los motores acoplados al engranaje trabaja para asegurar una apertura o cierre progresivo. En los sistemas de agua, actuadores eléctricos son los más utilizados para operar las válvulas de aislamiento grandes, solamente algunos de los cuales pueden ser conectados a la copia de seguridad o de energía de emergencia (para su uso durante un fallo de alimentación). Típicamente, también se proporciona una anulación manual y la rueda de mano para cada válvula. Las relaciones de transmisión se establecen de manera que se requiere un gran número de vueltas en la rueda para abrir o cerrar completamente la válvula. Incluso para el operador más



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fuerte, esto asegura que la válvula no se puede cerrar con demasiada rapidez, para evitar el golpe de ariete.

• accionadores de aire comprimido -Compressed- o instrumento con aire actuadores son mucho más comunes en los entornos industriales, en las válvulas y los flujos son más pequeños que en los sistemas de agua o de aguas residuales (por ejemplo, típicamente m3 / hr. En lugar de m3 / s, respectivamente). El aire comprimido se mantiene típicamente a una presión de ajuste y algunos capacidad de reserva normalmente se almacena para permitir operaciones para continuar después de un fallo de alimentación. Dado que se requieren compresores para mantener la presión en un recipiente de gas, es posible utilizar este tipo de actuadores cerca, pero esto rara vez se hace.

válvulas de control de sobretensiones-La mayoría de válvulas de control de aumento están dimensionadas y accionado para responder muy rápidamente a las condiciones transitorias hidráulicos y de manejar mucho mayores flujos y las caídas de presión que las válvulas de control de flujo (aunque por tiempos más cortos). Los tanques pequeños que contienen nitrógeno comprimido u otros gases especiales a veces se proporcionan para ayudar a válvulas se abren más rápidamente. El pilotaje es típicamente diseñado para responder a los cambios súbitos o graduales en la presión o incluso a la tasa de cambio de presión. actuadores hidráulicos o de aire comprimido se prefieren debido a que estas válvulas se instalan típicamente para proteger contra un fallo de alimentación o se hunda, en el que los actuadores eléctricos pueden dejar de funcionar. Debido a que los transitorios hidráulicos ocurren tan rápidamente en la mayoría de los sistemas, el tiempo necesario para llevar la energía de respaldo en línea a menudo es demasiado largo para ser de utilidad durante los transitorios.

Cualquier válvula puede iniciar un transitorio hidráulico si se abre o cierra demasiado rápido con respecto al tiempo característico del sistema, o si se opera de una manera incontrolada. operación no controlada puede ocurrir debido a un fallo de pilotaje hidráulico para reaccionar durante velocidades muy altas de flujo inverso, por ejemplo. Esto ilustra la importancia de dimensionar una válvula de manejar toda la gama de flujos que se encontrará durante su vida útil. Otro ejemplo es que la presión de aire instrumento puede no llegar a una válvula en la velocidad de flujo correcta o la presión, debido a la obstrucción de los filtros u orificios desgastados, incapacitar su accionador de aire comprimido.

Tip transitoria:

Es esencial seguir de selección, el tamaño, y los programas de mantenimiento del fabricante de la válvula para evitar especificar una válvula que no es adecuado para una aplicación específica. Una primera etapa crítica en el proceso de dimensionamiento de válvulas de control de aumento es realizar un análisis de transitorios hidráulico a fondo usando Bentley HAMMER V8i para determinar las condiciones normales y transitorios de la válvula será encontrar durante toda su vida útil (por ejemplo, para la corriente, provisional, y condiciones de abastecimiento de agua finales y escenarios de control de aumento). La selección inadecuada o medidas de las válvulas de control de descargas puede dar lugar a peores transitorios que si se ha instalado ninguna protección.



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6.2 Cuerpos de válvulas típicas y pistones

Todas las válvulas de caudal o de control de aumento se compone de un cuerpo de válvula para transmitir (y algunas veces redirigir) fluir y un pistón para abrir, restringir, o de flujo de bloques. Puesto que todas las válvulas pueden causar una interrupción repentina del flujo, lo que resulta en los transitorios hidráulicos si se cierra demasiado rápido, es importante saber cómo funciona cada tipo. Los siguientes párrafos resumen características clave para cada tipo:

Válvulas de mariposason muy comunes en los sistemas de agua, principalmente para el encendido y apagado y de estrangulamiento. Un disco o de paletas circulares pivota alrededor de un eje en ángulo recto con la dirección del flujo en la tubería. Típicamente, un cuarto de vuelta es suficiente para abrir o cerrar esta válvula. Actuadores a menudo se instalan para requerir un gran número de vueltas para evitar el cierre rápido, paro repentino de flujo, y los transitorios hidráulicos resultantes.

Las válvulas de compuertason una válvula de servicio general que se utiliza principalmente para encendido-apagado, servicio nonthrottling. Una cara plana, disco vertical, o de la puerta se desliza hacia abajo a través de la válvula para bloquear el flujo. Estas válvulas se pueden encontrar en muy grande tubería de succión o de descarga en el interior de la mayoría de las estaciones de bombeo de agua, a menudo equipados con actuadores con muy grandes relaciones de transmisión para permitir la operación manual. Pueden ser operado solamente al año o menos frecuentemente.

Las válvulas de globose utilizan para aplicaciones de servicio y de estrangulación de encendido y apagado. Un tapón con una parte inferior plana o convexa se hace descender sobre un asiento horizontal coincidente situado en el centro de la válvula. El aumento de la clavija se abre la válvula, permitiendo el flujo. Muchos tipos diferentes de materiales y los pistones están disponibles, incluyendo anticavitación o de orificios múltiples jaulas. Las válvulas de globo son típicamente disponible con un cuerpo recto a través o con un cuerpo de ángulo que gira simultáneamente fluya a través de 90 grados.

Las válvulas de tapónse utilizan principalmente para el servicio de encendido y apagado y un poco de estrangulación. Controlan el flujo por medio de una forma cilíndrica o tapón cónico con un agujero en el centro que o bien se alinee con la vía de flujo o lo bloquea con un cuarto de vuelta en cualquier dirección. Actuadores a menudo se instalan para requerir un gran número de vueltas para evitar el cierre rápido, paro repentino de flujo, y los transitorios hidráulicos resultantes. Las válvulas de tapón son comunes en los procesos o aplicaciones industriales.

Válvulas de bolase utilizan principalmente para el servicio de encendido y apagado y un poco de estrangulación. Son similares a la válvula de tapón pero el uso de un balón que gira con un agujero a través de ella. Muchos accesorios de manguera de jardín son válvulas de bola, que requieren un cuarto de vuelta para abrir o cerrar, pero muchos grifos son también las válvulas de bola que requieren



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muchas vueltas. válvulas de bola grandes se utilizan para flujo del estrangulador en las líneas de bomba de descarga.

Las válvulas de diafragmamanejar corrosiva, erosiva, y el servicio sucio. Se cierran por medio de un diafragma flexible unido a un pistón, a veces llamado un compresor, que se puede bajar por el vástago de la válvula sobre un vertedero para sellar y cortar el flujo. Las válvulas de diafragma se utilizan para aguas residuales, fluidos industriales, y para aplicaciones de minería, tales como el bombeo de suspensiones de luz o de colas-recuperación de agua.

válvulas de pinzason particularmente adecuadas para lodos o líquidos con grandes cantidades de sólidos en suspensión. Se sellan por medio de uno o más elementos flexibles, tales como un tubo de goma, que se doblen para cerrar el flujo. El elemento flexible puede variar ampliamente de calidad alimentaria a cauchos naturales y sintéticos especiales para manejar fluidos corrosivos y / o abrasivos y mezclas.

Las válvulas de agujason válvulas de control de volumen que restringen el flujo en las líneas pequeñas. Las válvulas de aguja se utilizan comúnmente para el control de velocidad en el pilotaje permitiendo a los operadores para ajustar el tiempo requerido para fluido se mueva hacia o desde la cámara del pistón de la válvula. El fluido que va a través de la válvula gira 90 grados y pasa a través de un orificio que es el asiento para una barra con una punta en forma de cono. Posicionamiento del cono en relación con el asiento cambia el tamaño del orificio.

6.3 Válvulas de cierre Características de las

Dependiendo del cuerpo y pistón para un tipo de válvula, cerrando por mover el pistón a una temperatura constante resultados de la velocidad en un ritmo diferente de la disminución en el área abierta al flujo. Cerca del final del cierre, algunos tipos disminuyen esta área más rápido, mientras que otros más despacio. Bentley HAMMER V8i ha incorporado en características de área de cierre para varios tipos de válvulas para asegurar este factor importante está representado adecuadamente. Puede seleccionar el tipo correcto de la válvula y saber que la disminución en el flujo va a ser modelada de una manera más realista la válvula se cierra.

Nota: Para la mayoría de los fabricantes, la velocidad a la que el área disminuye a medida que la válvula se cierra es una aproximación cercana a la velocidad a la que disminuye el flujo, a menudo reportada como una curva Cv. Si bien la curva está disponible para su válvula, se puede entrar en él como una curva área-cierre en Bentley HAMMER V8i.

Para facilitar la interpretación, cierre de la válvula se puede representar numéricamente por la forma de cierre (S) parámetro que representa la tasa de apertura de deceleración zona durante el tiempo de un cierre completo (Tc), o tiempo de carrera, si la carrera varía linealmente con el tiempo . Si se



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especifica un cierre, de apertura, o la apertura completa parcial, Bentley HAMMER V8i rastrea correctamente el área abierta al flujo. Las siguientes ecuaciones se usan para relacionar el área de derrame cerebral:

• El aumento de la desaceleración -Si la velocidad de cambio de la zona abierta a fluir (con respecto a una velocidad de carrera constante) aumenta al final del período de cierre, el patrón de cierre de la válvula se puede expresar como:

AUTOMÓVIL CLUB BRITÁNICO0 = 1 - (T / Tc) -S

Dónde: UNA/ A0 = la fracción de la zona de apertura de válvula completa T/ Tc = la fracción de tiempo que se requiere para cerrar completamente la válvula de S = la forma de cierre de la válvula, que es mayor que 1 para aumentar la deceleración

• La disminución de la desaceleración -Si la velocidad de cambio de la zona abierta a fluir (con respecto a una velocidad de carrera constante) disminuye al final del período de cierre, el exponente S debe ser inferior a 1 y el patrón de cierre de válvula se puede expresar como

A / A0 = (1 - T / Tc) -S

Para válvulas que se utilizan comúnmente en la práctica de ingeniería, los siguientes valores de S son utilizados por Bentley HAMMER V8i de acuerdo con el tipo de válvula:

Válvula S

Válvula de mariposa -1.85

Válvula de bola -1.35

Válvula de globo 1.00

válvula de compuerta Circular 1.35

Válvula de aguja 2.00

Definida por el usuario (introducir curva) n / A

La relación entre la fracción de área abierta al flujo (A / A0) y la carrera (T / Tc) se muestra en la siguiente figura.



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Figura 14-9: Relación entre la fracción de área abierta al flujo y Stroke

6.1 Características de flujo decreciente

Normalmente, la velocidad de flujo disminuye mucho más lento que el de la zona de apertura durante la etapa temprana del cierre de la válvula. Sin embargo, este patrón se invierte hacia el final del período de cierre de válvula. Como se muestra en la figura siguiente para válvulas más comunes, la mayor parte del flujo se reduce a cero rápidamente cerca del final de la carrera de la válvula de cierre (o tiempo).

Figura 14-10: patrones de flujo de válvulas comunes



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7. TEORÍA DE LA VÁLVULA DE AIRE

Para cualquier tipo nodal en comunicación con la atmósfera (por ejemplo, descarga a la atmósfera, la válvula de aire), el aire puede ser inyectado en la tubería cuando el (manométrica) presión local cae a cero o por debajo. En el caso específico de una válvula de aire, el aire inyectado es expulsado de la tubería bajo presión a través de un orificio restrictivo con el fin de amortiguar el impacto subsiguiente de las reincorporándose columnas de líquido adyacentes. Por lo tanto, en la siguiente discusión, aunque se hará referencia a una válvula de aire, se debe observar que el aire inyectado permanecerá a presión atmosférica para todos los otros tipos nodales capaces de permitir la entrada de aire. En consecuencia, en la versión actual de HAMMER, la entrada de aire o escapar en una pequeña grieta o agujero en la tubería, la válvula y / o en las articulaciones sólo puede ser representado por una válvula de aire.

Hay dos modelos de bolsillo de aire incrustadas en HAMMER: elástico (concentrado) y la columna rígida (Extended). El primero es un tratamiento más estándar en el que cada bolsa de aire se localiza en su punto de formación, mientras que el último es un innovador representación columna rígida de las ramas adyacentes con el seguimiento de la interfaz aire-líquido.

Modos de operacion

Para aire Válvulas en HAMMER, puede haber hasta tres diámetros de orificio: una para entrada y dos para salida; demarcado por cualquiera de un volumen de transición o una presión de transición. Los diámetros de tres orificios y el volumen de transición / presión son parámetros de entrada (algunas de las cuales sólo están disponibles para ciertos tipos de válvulas de aire - ver Válvulas de aire para más detalles) que afecta materialmente el desempeño de la válvula de aire.

Cabe señalar que el volumen de la transición es una construcción artificial que se aproxima a los trabajos internos de combinación (aka triple actuación, o de tres etapas) de válvula de aire. El volumen adoptado es por lo general el volumen del cuerpo de la válvula de aire, ya que los flotadores típicamente operan dentro de la válvula de aire para reducir el tamaño del orificio de salida de aire una vez líquido comienza a entrar en el cuerpo de la válvula de aire (es decir, cuando el volumen de aire restante es inferior a el volumen del cuerpo de la válvula). La presión de transición es simplemente una presión interna en la tubería, por encima del cual el orificio de salida de aire de gran diámetro se ve obligado cerrado. El usuario debe seleccionar si una válvula utiliza un volumen de transición o presión de transición como el disparador para cambiar entre el orificio de gran diámetro y el orificio de diámetro pequeño.

Para cualquiera de los tres orificios, HAMMER calcula automáticamente de estrangulación del flujo de aire debido a la "velocidad sónica" usando una formulación después de Comolet (1961). El uso de esta formulación la velocidad de flujo de masa de aire, QM se determina como sigue:



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es la densidad del aire a 4 ° C y 1 atmósfera (= 1,293 g / l), S = 0.6A, siendo A el área de sección transversal del orificio.

es el exponente en la ley de los gases, p es la presión absoluta, el subíndice 0 indica condiciones

estándar, y = Constante. Para la entrada de aire, (1) es de nuevo aplicable, excepto que la relación dentro de los corchetes se invierte para ser p / p0 como p0> p en este caso. El exponente, , En la ley de los gases está codificado como 1,4, lo que corresponde a adiabática apropiado de compresión / expansión para los procesos típicamente rápidos que se producen.

Con referencia a los Modos de Operación figura a continuación, se han identificado cuatro modos de funcionamiento de la válvula de aire: (a) completo (sin aire), (b) interruptor de vacío, (c) de escape, y (d) la compresión. En condiciones normales de estado estable, la tubería será completa (de líquido) como la (calibre) de presión excede cero. En caso de que la disminución de la presión a cero, la válvula de aire servirá como un interruptor de vacío, ya que se abre para permitir la entrada de aire. Durante esta fase, una expansión de las formas de bolsillo de aire, pero con el tiempo las condiciones del sistema pueden hacer que el flujo de revertir. Si el volumen de aire es mayor que el volumen de transición (o la presión interna es inferior a la presión de transición), se libera aire a través de un orificio de gran diámetro en el modo de escape; cuando el volumen de aire restante disminuye por debajo del volumen de transición (o aumenta la presión interna por encima de la presión de transición),



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. Ramas completos y parcialmente lleno

Una válvula de aire puede estar conectado a más de un ramal de tubería y en cualquier instante, es muy posible para algunas ramas a estar lleno mientras que otros tienen volúmenes de aire. En consecuencia, surge la ambigüedad cuando el flujo hacia la válvula de aire se produce en una rama completa. Para procesar este escenario, las siguientes reglas se adopten en el software:

• Flujo de entrada en una rama llena produce una rama llena • El exceso de flujo de entrada de la rama completa (es) se asigna a las bolsas de aire en otras ramas

en proporción al tamaño de bolsillo de aire



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7.1 Método CAV extendido

HAMMER normalmente modelos de aire o de vapor de volúmenes tan concentrada en puntos específicos a lo largo de un tubo. Sin embargo, el HAMMER puede simular un volumen de aire extendida si entra en el sistema en un punto alto local (a través de un elemento de la válvula de aire, a veces llamado una válvula de combinación de aire o CAV).

Para permitir esto, a partir de las Opciones de cálculo de transitorios de Solver, establezca el campo CAV de funcionamiento extendido en True. HAMMER hará un seguimiento de la extensión de la bolsa de aire y las aceleraciones en masa de oscilación y la columna de agua resultantes. HAMMER todavía calcula la solución de todo el sistema usando MOC y la teoría elástica; se utiliza la teoría de la columna rígida sólo para los tubos más cercanos al punto alto. Esto se traduce en soluciones más precisas, sin aumentar el tiempo de ejecución.

Columnas de líquido rígidos en Ramas

Cuando un volumen suficientemente grande de aire entra en una tubería, el régimen de flujo evoluciona de transitorios hidráulicos a oscilaciones de masas. Así, al menos en el entorno del aire, el sistema puede ser representado por la teoría-columna rígida en lugar de la aproximación elástica. Además de la mejora de la eficiencia computacional, el enfoque rígido permite la localización de la interfaz aire-líquido, bajo suposiciones de simplificación, con un cambio concomitante en la línea piezométrica, y también realiza un seguimiento impulso con más precisión. Una columna rígida se considera en cada rama adyacente a una válvula de aire que se extiende al nodo vecino que está a una elevación más baja con el fin de que la rama estar inclinada hacia arriba, hacia la válvula de aire. Además,

La bolsa de aire consiste en porciones en cada una de las ramas que recubren las columnas rígidas, con la bolsa de aire de forma instantánea a presión constante debido a su baja densidad. El nodo vecino es un cruce M-manera, cada rama de los cuales (excepto para el que contiene el AV) es manejado por medio de la teoría elástica. A la luz de estos antecedentes, formulamos las ecuaciones de movimiento en cada nodo vecino, dicen que una, en términos de la siguiente (2M + 4) variables: altura y de flujo en cada uno de los M ramas, la cabeza y el flujo de la columna rígida, y la longitud y el nivel de la columna rígida. Correspondientemente, hay (2M + 4) ecuaciones que constan de características y pérdida de carga para cada rama, la continuidad en una y en la superficie horizontal, la conservación del momento para la columna rígida, y longitud de la columna como una función de su nivel.

Determinación de las propiedades del aire de bolsillo

En el proceso de manipulación de las columnas rígidas descritas anteriormente, la presión del aire que recubre se toma para ser proporcionado por el valor en el paso de tiempo anterior. A la conclusión de



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cada paso de tiempo, generalmente hay un cambio en el nivel en cada rama constituyente que a su vez conduce a una variación en el volumen de aire total. Al mismo tiempo, dependiendo del modo de funcionamiento de la válvula de aire como se describe en elTeoría de la válvula de airesección, el aire puede entrar o salir de la válvula libremente o bajo compresión. Para determinar el volumen, masa, y la presión del aire en la tubería, resolvemos ecuaciones no lineales para la tasa de flujo de masa a través de la válvula de aire junto con la ley de los gases isoentrópica y (aire) continuidad de la masa. De esta manera, las propiedades de bolsillo de aire se actualizan y se emplean para el paso de tiempo subsiguiente, después de la debida asignación para el flujo de cualquier ramas completo como se indica a continuación.

Transferencia de líquido de las ramas llenas

En cualquier instante, es muy posible para algunas ramas de una válvula de aire para ser completo, mientras que otros poseen volúmenes de aire por encima de las columnas rígidas. En consecuencia, como en el caso de la teoría de la elasticidad, las dudas surgen cuando el flujo hacia la válvula de aire se produce en una rama completa: ¿cómo este flujo más allá de la válvula de aire distribuirse entre las bolsas de aire existentes? En esencia, las mismas normas aplicadas en el caso elástico también son aplicables en la situación actual de la siguiente manera: (i) para la entrada en una rama llena, la rama permanece lleno. (Ii) entrada 'Over-the-top' de la rama completa (es) se asigna a los volúmenes de aire en ramas adyacentes en proporción a sus tamaños.

Las transiciones entre elástico y Enfoques inelásticos

El modelo elástico (concentrado) está destinado a cuando los conductos cerrados están llenos de líquido o cuando sólo hay volúmenes de aire pequeñas presentes. Como HAMMER se basa en el transporte de un único líquido en una red de conductos cerrados que fluye completo, esta representación se integra fácilmente en el programa; Además, no hay restricciones sobre el tipo o la elevación de nodos vecinos. Sin embargo, el tratamiento elástico es una contradicción ya que el aire tiene un volumen finito con cero medida, de modo que el nivel del líquido está restringido a ser inferior a la elevación de la tubería en la ubicación de la válvula de aire. Por otro lado, el modelo inelástica (extendido) funciona mejor para grandes volúmenes de aire se describe el desplazamiento de la interfaz horizontal entre el aire que recubre y el líquido en cada rama adyacente a la válvula de aire. De este modo, el nivel de líquido no se limita a la elevación de la válvula de aire como una cota inferior. Este enfoque es más difícil de implementar y visualizar. Además, múltiples restricciones adicionales se imponen a nodos vecinos que deben ser elementos de unión (con ninguna demanda), inferior a la válvula de aire, y se asocian con (vecino) exactamente una válvula de aire.



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Modelo inicial y primera transición

En el inicio de una carrera, como típicamente no hay aire presente en el sistema, la representación elástica (concentrado) se invoca normalmente. HAMMER rastrea el volumen de aire en cada rama, junto con el nivel de la superficie del líquido horizontal virtual si se está aplicando el enfoque de la columna rígida. Tan pronto como se alcanza el nivel de transición para cualquier rama, el modelo rígido (extendido) se utiliza en todas las ramas. Este nivel se elige para que sea 10% de la caída vertical de la válvula de aire hasta el punto interior adyacente dentro de la rama. Por definición, en el instante en que el nivel de transición se rompe en alguna rama, los niveles de líquido en las otras ramas están por encima de sus respectivos niveles de transición. Inmediatamente antes de la transición, los flujos en las ramas deben ser casi constante, mientras que después el nivel desciende desde la válvula de aire' s altura al nivel de transición. Es crucial que las descargas y las cabezas transferirse adecuadamente en todos los puntos interiores y final de cada rama de una manera continua. En las notificaciones de usuario, no es un mensaje informativo de la forma "A paso de tiempo 'X' en el nodo 'y', transición desde concentraron hasta extendido". para indicar que se ha producido una transición.

Límite en aire de tamaño de bolsillo

En la metodología rígida, la premisa básica es que cada tubo de derivación alrededor de la válvula de aire contiene una columna de líquido que se extiende desde la superficie horizontal al nodo vecino. En el caso de que el aire se expande en gran medida de manera que la interfaz se mueve hacia abajo hacia el nodo vecino del punto de drenaje, HAMMER emite un mensaje de advertencia, se congela la superficie horizontal en la elevación del nodo vecino, y continúa el seguimiento del volumen (que posiblemente podría superar el volumen de la rama). El mensaje de advertencia tiene la forma "*** ADVERTENCIA: En el paso de tiempo 'a' en la válvula de aire 'y', la rama conectada al nodo 'z' ha drenado."

Counter-Estrategia de Transición

Si el modelo rígido se invoca para simular una bolsa de aire grande en la válvula de aire, es posible que el volumen será posteriormente encogerse con los niveles de líquido en las ramas que retroceden hasta que cruzan los niveles de transición. Cuando todos los niveles de líquido están por encima de los niveles de transición, el transitorio Solver vuelve al modelo elástico con la impresión del mensaje "En el paso de tiempo 'x' en el nodo 'y', transición de extendido a concentrado." en las notificaciones de usuario. Tales transiciones pueden repetirse varias veces durante una simulación. Se debe observar que el volumen instantáneo de la bolsa de aire en el momento que se produce la transición es de hecho la variable en virtud del criterio adoptado. Durante la fase rígida (extendido),



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8. LAS PÉRDIDAS POR FRICCIÓN Y MENORES

métodos de pérdida por fricción de Estado Estacionario y simulaciones período prolongado incluyen:

• Hazen-Williams Ecuación • Darcy-Weisbach ecuación • La ecuación de Manning

Los métodos de pérdida por fricción para ejecuciones de análisis transitorios incluyen:

• La fricción cuasi-estacionario • La fricción inestable o transitoria

8.1 Métodos de fricción / período extendido de simu lación en estado estacionario

métodos de pérdida por fricción de Estado Estacionario y simulaciones período prolongado incluyen:

• Hazen-Williams Ecuación • Darcy-Weisbach ecuación • La ecuación de Manning

8.1.1 Hazen-Williams Ecuación

La fórmula de Hazen-Williams se utiliza con frecuencia en el análisis de los sistemas de presión de tubería (tales como las redes de distribución de agua y tuberías de impulsión de alcantarillado). La ecuación es:

Dónde: Q = de descarga en la sección (m3 / s, cfs) do = Hazen-Williams coeficiente de rugosidad (sin unidades) UNA = área de flujo (m2, ft2) R = radio hidráulico (m, ft) S = pendiente de fricción (m / m, ft / ft) k = constante (0,85 para unidades SI, 1,32 para las unidades de EE.UU.).



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8.1.2 Darcy-Weisbach ecuación

Debido a sus orígenes no empíricos, la ecuación de Darcy-Weisbach es visto por muchos ingenieros como el método más preciso para modelar las pérdidas por fricción. Es más comúnmente toma la forma siguiente:

Dónde: hL = pérdida de carga (m, ft) F = Darcy-Weisbach factor de fricción (sin unidades) re = diámetro de la tubería (m, ft) L = longitud de la tubería (m, ft) V = velocidad de flujo (m / s, ft / sec.) sol = constante aceleración de la gravedad (m / s2, ft / Sec.2)

Para la Sección geometrías que no son circulares, esta ecuación está adaptado relacionando de flujo completo radio hidráulico de una sección circular a su diámetro como:

D = 4R

Dónde: R = radio hidráulico (m, ft) re = diámetro (m, ft)

Esto puede ser reorganizado para la siguiente forma:

Dónde: Q = de descarga (m3 / s, cfs) UNA = área de flujo (m2, ft2) R = radio hidráulico (m, ft) S = pendiente de fricción (m / m, ft / ft)



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F = Darcy-Weisbach factor de fricción (sin unidades) sol = constante aceleración de la gravedad (m / s2, ft / Sec.2)

La ecuación Swamee y Jain se puede usar entonces para calcular el factor de fricción. Para obtener más información, consulte "Swamee y Jain ecuación" en la página 1-56.

8.1.3 La ecuación de Manning

Nota: coeficientes de rugosidad de Manning son los mismos que los coeficientes de rugosidad utilizados en la ecuación de Kutter. Este método de fricción no se utiliza en Bentley HAMMER V8i, pero se incluye aquí para completar.

la ecuación de Manning, que se basa en la ecuación de Chézy, es uno de los métodos más populares utilizados en la actualidad para el flujo de superficie libre. Para la ecuación de Manning, el coeficiente de rugosidad en la ecuación de Chézy viene dada por:

Dónde: do = coeficiente de Chézy rugosidad (M1 / 2 / s, FT1 / 2 / seg.) R = radio hidráulico (m, ft) norte = rugosidad de Manning (s / m1 / 3) k = constante (1,00 m1 / 3 / m1 / 3, 1,49 FT1 / 3 / FT1 / 3)

Sustituyendo esta rugosidad en la ecuación de Chézy le da la ecuación de Manning bien conocida:

Dónde: Q = de descarga (m3 / s, cfs) k = constante (1,00 m1 / 3 / s, 1,49 FT1 / 3 / seg.) norte = rugosidad de Manning (sin unidades) UNA = área de flujo (m2, ft2) R = radio hidráulico (m, ft)



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S = pendiente de fricción (m / m, ft / ft) 8.2 Métodos de fricción análisis transitorio

8.2.1 La fricción constante

En HAMMER, un análisis transitorio hidráulico por lo general comienza con una inicial condiciones de cálculo (estado estacionario), que calcula las cabezas y fluye por cada tubo en el sistema. Antes de comenzar los cálculos transitorios, HAMMER determina automáticamente el factor de fricción sobre la base de esta información:

• Si una tubería tiene flujo cero en el estado de equilibrio inicial, HAMMER utiliza el coeficiente de fricción especificado en las propiedades físicas de tubo. (Alternativamente, si el usuario tiene la opción de cálculo Transient Solver para True 'condición inicial Especificar', el usuario debe introducir un factor de fricción de Darcy-Weisbach, f)

• Si una tubería tiene un flujo distinto de cero en el estado de equilibrio inicial, HAMMER calcula automáticamente un factor de fricción de Darcy-Weisbach, f, sobre la base de las cabezas en cada extremo de la tubería, la longitud del tubo y el diámetro, y el flujo en la tubería. Utiliza este valor calculado en la simulación transitoria.

Nota: HAMMER siempre utiliza el método de fricción de Darcy-Weisbach en la realización de los cálculos transitorios hidráulicos, independientemente de qué método se especifica en el estado / EPS Opciones de Solver de cálculo constante. Si es necesario, el HAMMER se convertirá automáticamente los factores de fricción introducidos por el usuario en el formato apropiado.

las pérdidas por fricción distribuidos se supone que se concentra en los puntos de cálculo individuales tratadas como orificios hipotéticos en línea. La diferencia de carga entre el lado aguas arriba y aguas abajo del orificio se toma típicamente a ser proporcional al cuadrado de la velocidad instantánea como en elDarcy-Weisbach ecuación.

En consecuencia, en cada punto de cálculo, hay dos cabezas: una en el lado aguas arriba y uno en el lado aguas abajo tal como se indica en la figura siguiente (Bergeron, 1961). Estos difieren por la pérdida de carga entre puntos de cálculo adyacentes. La adición de la ecuación no lineal ecuación de Darcy-Weisbach para el sistema de ecuaciones características hace complicar la tarea de hacer avanzar la solución hacia adelante en el tiempo, y conduce a una aproximación en términos del coeficiente de fricción que es típicamente pequeña.



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Históricamente (Parmakian, 1961; Wylie y Streeter, 1993), en la simulación de flujo inestable en conductos cerrados, las pérdidas por fricción se han representado por medio de un coeficiente de fricción en estado estacionario como se deriva de las condiciones iniciales y / o el valor introducido en el caso de las tuberías de flujo cero. Para cada orificio inline artificial, un coeficiente de pérdida de carga se determina de modo que la pérdida de tubo total debido a la suma de tales pérdidas locales es idéntica a la pérdida distribuido de la tubería. Después de que los coeficientes se calculan inicialmente, permanecen invariables a lo largo de la carrera.



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8.2.2 La fricción cuasi-estacionario

En este enfoque (Fok, 1987), el coeficiente de Darcy-Weisbach en cualquier punto depende del estado del sistema en el paso de tiempo anterior. Al principio, el coeficiente de fricción para cada tubo es una función del flujo inicial, Q0, como sigue: (i) calculado a partir de las condiciones de estado estacionario si | Q0 | > 0, o (ii) el valor introducido por el usuario del coeficiente si Q0 = 0. Para el valor de partida del coeficiente de fricción, la rugosidad relativa de cada tubo se estima por medio de la aproximación Swamee y Jain (1976) de la diagrama de Moody. Para los pasos de tiempo posteriores, el número de Reynolds se calcula en cada punto sobre la base de la velocidad de la iteración anterior y luego se determina un coeficiente de fricción actualizado.

El método de la fricción en estado estacionario es en realidad un caso especial del método cuasi-estacionario porque se supone que el factor de fricción no varía con el tiempo. El método de fricción cuasi-estacionario es prácticamente un método inestable, aunque uno basado en los factores de fricción de estado estable (cfLa fricción inestable o transitoria). El método cuasi-estacionario se computacionalmente más exigente que la fricción en estado estacionario.

8.2.3 La fricción inestable o transitoria

En comparación con un estado estacionario, la fricción de fluido aumenta durante eventos transitorios hidráulicos porque los cambios rápidos en la presión transitoria y a aumentar el flujo de cizallamiento turbulento. Bentley HAMMER V8i puede realizar un seguimiento de los efectos de las aceleraciones de fluidos para estimar la atenuación de energía transitoria más de cerca de lo que sería posible con casi estacionario o en estado estacionario fricción.

Se sabe que la velocidad de pasada y / o aceleración temporal juegan un papel significativo en la determinación de la fricción transitorio (Brunone et al, 1991;. Bughazem y Anderson, 2000; Vardy y Hwang, 1991). Motivados por datos experimentales y publicados fórmulas en los últimos años para estimar el factor de fricción transitorio (Brunone et al, 2000;. Vardy y Brown, 1995;. Vitkovsky et al, 2000), se han propuesto un modelo de fricción inestable definido por una amplificación de el factor de fricción casi estacionario por el siguiente factor:

donde V es la velocidad, t es tiempo, g es la aceleración gravitacional, = 10.000 y = 4 (0) para la aceleración (deceleración). La derivada parcial de la velocidad con respecto al tiempo es la aceleración temporal en cualquier punto y se evalúa en el paso de tiempo anterior. A causa de investigación en



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curso en esta área, un método alternativo de fricción transitoria también se ha proporcionado (Bergant, Simpson y Vitkovsky, 2001). La selección de "inestable - Vitkovsky" como método de fricción transitoria empleará la siguiente formulación:

Donde F es el factor de fricción de Darcy-Weisbach, fq es el componente cuasi-estacionario del factor de fricción (basado en la actualización de número de Reynolds para cada nuevo cálculo), D es el diámetro del tubo, V es la velocidad del flujo, t es el tiempo, a es onda velocidad, señal (V) es igual a 1 cuando la velocidad es mayor que cero y -1 cuando la velocidad es inferior a cero, x es la distancia, y k es el coeficiente de fricción de Brunone. El coeficiente k se puede calcular utilizando la siguiente ecuación:

Donde C * es el coeficiente de decaimiento de cizalla de Vardy.

Para el flujo laminar C * = 0,00476

Para flujo turbulento

Este método fricción inestable de Vitkovsky es ahora el método de fricción inestable recomendado para uso en HAMMER.

Computacionales esfuerzo aumenta significativamente si la fricción transitorio debe ser calculado para cada paso de tiempo. Esto puede resultar en tiempos largos modelo de cálculo para sistemas grandes con cientos o tuberías o más. Por lo general, la fricción transitoria tiene poco o ningún efecto sobre las bajas y altas presiones iniciales, y estos son por lo general el más grande jamás alcanzado en el sistema. Esto se ilustra a partir de los siguientes resultados de la simulación Bentley HAMMER V8i que comparan métodos de fricción constante, cuasi-estacionario y transitorio.



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Figura 14-11: Bentley HAMMER V8i Resultados para en estado estable, casi constante, y métodos de fricción transitorios

Tip transitoria:

El método de la fricción en estado estacionario produce estimaciones conservadoras de las altas y bajas presiones extremas que suelen regir la selección de la clase de tuberías y equipos de protección contra sobretensiones. Sin embargo, si la carga cíclica es una importante consideración de diseño, el método de fricción inestable puede producir estimaciones menos conservativas de recurrente y en descomposición extremos.

Discusión

Para el aumento de la presión inicial o disminución, los diversos modelos producen resultados que son casi idénticos entre sí, así como a los datos empíricos. A medida que pasa el tiempo, sin embargo, el partido se deteriora progresivamente para los picos y valles posteriores especialmente cuando los cambios de flujo son más abrupta como se ilustra arriba. El perfil de velocidad convexa habitual en estado estacionario comienza a romperse cuando el flujo es rápidamente variado con regiones de recirculación de flujo, la inversión del flujo y aumento de la intensidad de la turbulencia (Brunone et al., 2000). Por lo tanto, la suposición fundamental de flujo unidimensional es severamente tensa. Aunque el modelo inestable, en particular, coincide con la decadencia empírica en amplitud bastante bien, que no tiene en cuenta el cambio de operadora en la forma de la onda con el tiempo cada vez mayor.

Nota: El - método de "inestable Vitkovsky" es el método recomendado por fricción inestable. El método de fricción "inestable" transitoria se incluye principalmente para la compatibilidad con versiones anteriores de HAMMER.



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8.3 Las pérdidas menores

pérdidas menores en tuberías de presión son causadas por áreas localizadas de mayor turbulencia que crean una caída en la energía y grados hidráulicos en ese punto en el sistema. La magnitud de estas pérdidas depende principalmente de la forma de la guarnición, que afecta directamente a las líneas de flujo en la tubería.

Figura 14-12: líneas de flujo en la entrada

La ecuación usada más comúnmente para la determinación de la pérdida de un accesorio, válvula, metros, o de otro componente localizada es:

Dónde: hmetro = pérdida debido al elemento de pérdida menor (m, pies) K = coeficiente de pérdida para el accesorio específico V = velocidad (m / s, ft / sec.) sol = constante gravitacional de aceleración (m / s2, ft / sec. 2)

Los valores típicos para coeficientes de pérdida de ajuste se incluyen en la tabla de conexiones, ver Coeficientes de pérdida de ajuste.



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En términos generales, las transiciones más graduales-crean líneas de flujo más suaves y las pérdidas de carga más pequeñas. Por ejemplo,Figura 14-12: líneas de flujo en la entrada muestra los efectos de configuración de entrada en las líneas de flujo de entrada típica de la tubería.

9. LA CAVITACIÓN

Durante un análisis de transitorios, si la presión manométrica, P, de los descensos de fluido a su límite de presión de vapor, P0, a continuación, vapor comenzará a formar y el volumen de vapor se expandirá en todos los puntos de cálculo mientras persiste P0. De hecho, como la presión se aproxima a P0, el aire será liberado de la solución y la velocidad de la onda disminuirá; este comportamiento puede ser simulado en HAMMER utilizando el factor de reducción de la velocidad de onda.

Para simplificar, vamos a centrarnos en un punto interior de un tubo. Con la inclusión de fricción, hay tres incógnitas en cada paso de tiempo para cada punto interior en el flujo de una sola fase: dos cabezas y una descarga. De hecho, con el fin de realizar el seguimiento del volumen (s) de vapor, Xi, i = 1, 2, que puede formar, se requieren variables adicionales para registrar tales volúmenes. Existen dos hipótesis fundamentales invocados en el tratamiento de bolsas de vapor:

• bolsas de vapor ocupan el área de sección transversal completa • bolsas de vapor se localizan en el punto de formación

Aunque estas hipótesis no son del todo válida - por razones físicas y lógicas - resulta que es difícil, si no imposible proceder sin ellos y que nos permite predecir el comportamiento del sistema notablemente bien (Provoost, 1976). En virtud de estos supuestos, no hay flujo a través de un bolsillo y la interfaz entre el vapor y restos líquidos fijos en el espacio.

Solución

Es conveniente conceptualizar cada punto interior como siendo formado por dos puntos conjugados infinitesimalmente cerca uno del otro como se muestra en la figura Interior Vapor de bolsillo a continuación. Para resolver para las incógnitas en el punto interior, hay dos regímenes distintos en función de si una bolsa de vapor se ha formado:

(I) de presión excede de la presión de vapor (P> P0)

El fluido de una sola fase se describe mediante dos ecuaciones características, dos ecuaciones de pérdida de carga, continuidad, y cero volúmenes de vapor. Así, se puede resolver para las cabezas, HI y H, flujos, Qi, donde i = 1, 2 y Qi es la entrada hacia el punto de la rama i-ésimo.

Debido a la continuidad, Q1 = - Q2.



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(Ii) la presión es igual a la presión de vapor (P = P0)

En este caso, considerar la cabeza, H, en el "medio" del punto es H0 = P0 + Z, donde Z es la elevación de la punta. Además, todavía hay dos ecuaciones características, dos ecuaciones de pérdida de carga y las relaciones de continuidad, siendo esta última como sigue:

dXi / dt = - Qi

En resumen, en ambos modos, hay siete variables - H, Hola, Qi y Xi - y siete equations.Transitions entre estos dos estados pueden ocurrir varias veces durante una simulación. También es físicamente posible que una bolsa de vapor tanto se abre y se cierra, o viceversa, dentro de un único (y arbitraria) paso de tiempo. Hay una lógica en el programa de solución transitoria poder reconocer esto y tratar con él. HAMMER traza la evolución de las bolsas de vapor y registra el volumen máximo alcanzado en cada punto durante la simulación.

La localización de bolsas de vapor de puntos no es más que una conceptualización conveniente que es lógica y físicamente imposible. Sin embargo, para los volúmenes que son menores que los ocupados por la tubería entre los puntos de cálculo adyacentes, la simulación es bastante robusto. Sin embargo, el programa ni ajusta su método de cálculo (por ejemplo, limitando el tamaño de las bolsas o la transferencia de volúmenes de exceso para puntos adyacentes) ni impresiones de advertencia / mensajes de error si los volúmenes de vapor de crecer lo suficiente como para llenar el segmento de tubería entre dos puntos de cálculo. El usuario debe prestar atención a esta limitación del programa.

Nota: La cavitación no se calcula durante el régimen permanente o EPS (es decir, condiciones iniciales) cálculos - que sólo se calcula durante cálculos transitorios.



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10. PASO EL TIEMPO Y COMPUTACIONAL ALCANCE LARGO

Durante un análisis transitorio hay un tiempo de viaje de la onda definida, yo= Li / ai, donde Li y ai son la velocidad de longitud y de onda, respectivamente, de la tubería i de una red. En el método de las

características (MOC), la solución en cada punto (cálculo) se hace avanzar un paso de tiempo, T, en

cada iteración a partir de su valor inicial conocida. Durante el tiempo T, la onda viajará de un punto a su vecino. Dado que los puntos se encuentran en el interior y en los extremos de cada tubo, es

necesario que yo ser un múltiplo de T; en otras palabras, es obligatorio para una onda para atravesar cualquier tubería en un número entero de pasos de tiempo. Para lograr este objetivo, los tiempos yo puede ser necesario ajustar como se explica a continuación.

Tiempo de viaje Estadísticas

HAMMER calcula las siguientes estadísticas de los tiempos de viaje de la onda en una red con n tuberías:

• Tiempo total de viaje para atravesar todas las tuberías de la red:

• La media de tiempo de viaje:

• Diferencia:

Algunas de estas estadísticas están empleados en la determinación de un intervalo de tiempo apropiado.

Selección automática del tiempo de paso



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El paso de tiempo de cálculo transitoria, T, depende , , N, y . Cada debe ser divisible por T. Se inicia mediante la selección de un número entero:

basado en heurística que intentan equilibrar la precisión y el rendimiento de la siguiente manera:

dónde (N) e y ( ) Son, respectivamente, monótonamente creciente y decreciente funciones que se definen como sigue:

Por último, el paso de tiempo T se determina como / N.

Ajuste de velocidades de las ondas

En la selección de un intervalo de tiempo, no hay nada para garantizar que la yoserá divisible

exactamente por T. Para realizar esta tarea, el yopuede ser redondeado de acuerdo con las siguientes reglas:



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A. yo > = T

A. implementar un sesgo hacia el aumento yo

Para redondear el yo , Se puede ajustar la longitud, velocidad de la onda o ambos para cada tubo.

Si se ajusta la longitud, a continuación, surgirán errores en el coeficiente de la masa, el impulso, la energía y la fricción. Por otra parte, si el espectador fuera para mostrar las longitudes ajustadas, a continuación, el usuario podría concebiblemente creen que las tuberías se están distorsionados. Para cambios más lentos que conducen a oscilaciones de masa en el sistema, puede ser demostrado que las alteraciones en la red tendrán un impacto en los resultados.

Por otro lado, se debe ajustar la velocidad de onda, esto puede llevar a errores en el cálculo de los transitorios rápidos - piense en la fórmula de Joukowsky que depende de la velocidad de la onda, pero es independiente de la longitud de forma explícita.

El usuario puede elegir si desea ajustar la longitud o la velocidad de la onda en el HAMMER (ver transitoria Tiempo Paso de diálogo Opciones) tiene la responsabilidad de ejercer una cierta discrecionalidad en la construcción de un modelo de un sistema hidráulico. Como medida aproximada de la idoneidad del modelo, un mensaje de advertencia aparece en el registro de salida en el caso de que cualquier ajuste excede el valor de ajuste Max en el cuadro de diálogo Opciones de paso de tiempo transitorio. El valor predeterminado para este parámetro es 75%; es decir, | AI | / Ai> 0,75 cuando se ajusta la velocidad de onda, o | Li | / Li> 0,75 al ajustar la longitud, a continuación, un mensaje de notificación de usuario sugiere que el usuario debe tener en cuenta la reducción del paso de tiempo o la subdivisión de tuberías más largas y / o el alargamiento de los tubos más cortos.

Cabe señalar que las grandes ajustes de la velocidad de la onda en tubos pequeños en ramas, o en líneas principales con flujos que cambian lentamente, pueden tener poco impacto en los transitorios hidráulicos en el sistema. Sin embargo, el impacto podría ser significativo si los transitorios en los tubos cortos (cuyas velocidades de onda tienden a ser reducido) son de interés.



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11. SIMULACIÓN DE TURBINA EN HAMMER 11.1 Características de cuatro cuadrantes de turbom aquinaria

En términos de propagación de la onda utilizando el MOC, una turbina es una condición de contorno en HAMMER. Un conjunto de ecuaciones diferenciales se utilizan para calcular la cabeza y fluir por la turbina durante el evento (s) transitoria. Las curvas de cuatro cuadrantes que describen los hidráulicos 'Características de turbina' de la turbomáquina no tienen nada que ver con la propagación de la onda y no deben confundirse con el MOC.

11.2 La representación numérica de las turbinas hid roeléctricas

Esta sección describe las ecuaciones generales para la turbina de esquema mostrado en la Figura 14-13: Representación esquemática de la turbina de elemento hidráulico en Hammer (Que también muestra los puntos de cómputo aguas arriba y aguas abajo).

Figura 14-13: Representación esquemática de la turbina de elemento hidráulico en Hammer

ecuaciones de turbina:

H1 � �1Q = h1� �1q1

H2 � �2Q = h2 � �2q2

Dónde: H = cabeza al final del paso de tiempo actual



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Q = flujo en el extremo de paso de tiempo actual h = cabeza calcula durante el paso de tiempo anterior q = flow calculada durante el paso de tiempo anterior

(Donde a es la velocidad de onda y S es el área de sección transversal de la tubería)

Pipe ecuaciones de pérdida de carga:

H1� f1Q | Q | HC =

H2� f2Q | Q | = HB

Dónde: F = coeficiente de fricción Hsegundo = la cabeza en el punto B al final del paso de tiempo actual Hdo = la cabeza en el punto C al final del paso de tiempo actual

Válvula ecuación pérdida de carga:

Hdo � HA = KVQ | Q |

Dónde: HUNA = la cabeza en el punto A al final del paso de tiempo actual Kv = coeficiente de pérdida de válvula

Cuatro cuadrantes curvas de turbina:

METROhyd = FM (Q, N, w)

HUNA � HB = FH (Q, N, w)

Dónde: Mhyd = hidráulico de par norte = velocidad de rotación de la turbina w = posición de la puerta wicket FM = función de par FH función



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Conservación del momento angular:

Dónde: norte = velocidad de rotación de la turbina calcula durante el paso de tiempo anterior metro = torque calcula durante el paso de tiempo anterior METRO = par en el paso de tiempo actual

(W = peso de la turbina y el generador, R = radio de giro)

manipulaciones algebraicas reducen las ecuaciones (a) () para un par de ecuaciones no lineales en el incógnitas Q y N como sigue:

FH(Q, N, w) � (Kv � f1 � f2) Q | Q | � (�1 � �2) Q � (h2 h1 � � �2q2 � �1q1) = 0

Las ecuaciones no lineales () y () puede ser resuelto por iteración usando el método de Newton en conjunción con la cabeza de cuatro cuadrantes y curvas de par para diferentes posiciones postigo.

12. FUERZAS TRANSITORIOS

1. Los cálculos

De acuerdo con la tercera ley de Newton, la fuerza ejercida sobre la tubería por el líquido transportado es igual y opuesta a la aplicada sobre el líquido por la tubería. Por razones físicas, este último es debido a las siguientes causas: gravedad, de arrastre de fricción de fluido, y los cambios de diámetro y / o la dirección de la tubería.

Los principios lineal-impulso y acción-reacción se aplican a un volumen de control apropiado (CV) para construir fórmulas generales para las fuerzas instantáneas aplicadas a las paredes del tubo por los líquidos transmitidos. Específicamente, un volumen de control fija se define como que está centrada alrededor de un nodo, que puede ser interno (asociada con múltiples tubos) o externa (en el extremo de exactamente un tubo) como se ilustra enFigura 14-14: Control de



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volumen para el nodo interno o Figura 14-15: Control de volumen para el nodo externo , Respectivamente.

Figura 14-14: Control de volumen para el nodo interno

Figura 14-15: Control de volumen para el nodo externo



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Se supone que HAMMER ya ha computado el transitorio de flujo / velocidad y la cabeza / presión para cada punto final y en cada instante relevante. A continuación, la siguiente relación debe contener:

fuerza neta sobre el líquido en CV = tasa de aumento de cantidad de movimiento dentro de CV + impulso caudal de superficie límite CV (CS)

Por lo tanto, después de colapsar la CV en la unión o nodo:

ρ γ Σι Αι (Ηι − Ζ) νι + Ρ = ρ Σι (− Θι ϖι)

donde el subíndice i se refiere a la tubería i-ésimo que emana desde el nodo, � es la densidad de masa, g es la aceleración debida a la gravedad, H es la cabeza, Z es la elevación, n es la unidad interna normal a la CS, A es el área de la sección transversal , R es la fuerza resultante ejercida por la tubería en el líquido, t es tiempo, v es la velocidad del fluido, y Q es el caudal hacia el nodo. Tenga en cuenta que cualquier cantidad subrayado en negrita es un vector.

Reordenando (), se deduce que la fuerza de reacción en el tubo, aplicada por el líquido, está dada por la fórmula vector:

PAG = -R = � �i Ai [vi2 + g (H i - Z)] ni

donde �i = 1, si el flujo en la rama se dirige hacia el nodo, y -1 en caso contrario. A causa de la discretización en cuestión, esta fuerza se distribuye por igual a cada uno de los puntos finales situados en el nodo.

El primer término en el lado derecho de (), que consiste en V, se asocia con un impulso que fluye a través de la CS límite. Todos los términos son funciones del tiempo, excepto para el componente transversal de peso que actúa en el descendente -k dirección, donde k es un vector vertical hacia arriba unidad. El componente longitudinal (o axial) de peso (si los hay), una fuerza de cuerpo sobre el CV, ya se representó en las ecuaciones transitorios hidráulicos utilizados por Bentley HAMMER V8i para resolver para el flujo / velocidad y la cabeza / presión en cada instante.

En términos de las coordenadas cartesianas, con z se mide verticalmente hacia arriba, la magnitud de la fuerza resultante P = (Px, Py, Pz) = -R = (-Rx, -ry, -RZ) en el tubo está dado por:

PAG= R = | R | = [Rx2 � Ry2 � Rz2] 0,5



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Por ejemplo, en el caso de un nodo interno como en la Figura C-1 con N = 2, reunión tubos verticales en un ángulo de 180 grados, y flujo constante, entonces la magnitud de la resultante está dada por la relación �g | H2 A2 - A1 H1 |. Para el flujo constante en un tubo de descarga vertical, a la atmósfera a través de un orificio en su extremo superior como en la Figura C-2, la fuerza hacia abajo resultante sobre el tubo es �Q | V - v |, con Q, V, y V es el flujo de y la velocidad en la vena contracta y en la tubería, respectivamente.

El resultado de los cálculos de fuerza puede estar restringido a los tiempos periódicos, tal como se indica en la transitoria Solver Opciones de cálculo> Informe Times. Si las fuerzas están habilitados en el cuadro de diálogo Ejecutar, una tabla de máximas fuerzas - sobre todos los pasos de tiempo, independientemente del período del informe - se construye en el registro de salida con columnas: Nodo, Tiempo, Magnitud, Fx, Fy, Fz y. En la base de datos informe, dos mesas, y Force_History Force_Maxima, se crean.

13. DESARROLLO DE UNA ESTRATEGIA DE CONTROL DE SOBRETENSIONES

Idealmente, un sistema está diseñado y operado para minimizar la probabilidad de eventos transitorios perjudiciales. Sin embargo, en la realidad, todavía se producen transitorios; Por lo tanto, son necesarios métodos para controlar los transitorios. Esta sección tiene dos objetivos: (1) para hacer que el ingeniero hidráulico conscientes de las condiciones del sistema que conducen al desarrollo de los transitorios indeseables, tales como operaciones de la bomba y la válvula, y (2) para presentar los métodos de protección y dispositivos que deben ser utilizados durante el diseño y construcción de sistemas particulares y discutir sus limitaciones prácticas.

Hay dos posibles estrategias para el control de las presiones transitorias. El primero es centrarse en reducir al mínimo la posibilidad de condiciones transitorias durante el diseño del proyecto mediante la especificación de las operaciones de control de flujo apropiados y evitar la ocurrencia de operaciones de emergencia y sistema inusual. La segunda es la instalación de dispositivos de protección para controlar los transitorios potenciales debido a eventos incontrolables, tales como fallas de energía y equipos.

Sistemas protegidos por tanques de compensación diseñados adecuadamente generalmente no se ven afectadas negativamente por las operaciones de emergencia o de control de flujo inusual, porque en caso de avería de tanques de compensación es poco probable. En sistemas protegidos por buques de gas, sin embargo, un fallo de salida de aire o compresor de aire puede dar lugar a daño de los transitorios. En consecuencia, las situaciones potenciales de emergencia y los fallos deben ser evaluados y evitarse en lo posible a través del uso de las alarmas que detectan fallos de los dispositivos y sistemas de control que actúan para prevenirlos.



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Con la mayoría de tuberías pequeño, bien-cuadriculada de distribución de agua de la red, suficientes factores de seguridad se construyen en el sistema, tales como espesor adecuado tubo-pared y reflexiones suficientes (tanques y callejones sin salida) y retiradas (el uso del agua). Los efectos de los transitorios son más propensos a provocar fallos de tuberías en largas tuberías con tiempos característicos largos (grandes valores de 2 L / a), altas velocidades, y pocas ramas. Filion y Karney (2002) encontraron que el uso del agua y las fugas en un sistema de distribución puede dar lugar a un deterioro drástico en la magnitud de los efectos de presión transitorios.

13.1 Diseño del sistema de tuberías y diseño

En el diseño de los sistemas de distribución de agua, el ingeniero debe tener en cuenta factores económicos y técnicos, como la adquisición de la propiedad, los costos de construcción, topografía del lugar y las condiciones geológicas. Además, los escenarios de control de flujo de emergencia deben ser analizados y probados durante la fase de diseño, ya que afectan el diseño del sistema de tuberías y la especificación de equipo de protección contra sobretensiones.

diseños de tuberías con perfiles topográficos ondulantes son comunes. Para estos sistemas, puede ser deseable cambiar la ruta y / o perfil de la tubería para evitar puntos altos que son propensos a la acumulación de aire o la exposición a bajas presiones (o ambos), pero esto rara vez es posible. Si la cabeza transitorio mínimo está por encima de la elevación del sistema de tuberías, a continuación, los dispositivos de protección transitoria son más probable es innecesaria, reduciendo así al mínimo los costos de construcción y los riesgos operacionales.

Los sistemas de baja la cabeza son más propensos a experimentar condiciones de vacío transitorios y separación líquido-columna que son sistemas de alto de la cabeza. Si el diseñador del sistema no tiene en cuenta la aparición de bajas presiones transitorias en sistemas de bajo de la cabeza, a continuación, una tubería con espesor de pared inadecuada puede ser especificado, que puede conducir a un colapso de tuberías incluso si la tubería se entierra en una zanja bien compactado. Por ejemplo, sistemas de bajo-cabeza con tuberías de acero enterrados y diámetro / relaciones de espesor (D / E) más de 200 se deben evitar debido al riesgo de colapso estructural durante una condición de vacío transitoria, particularmente si el relleno de zanja es mal compactada.

Acero, PVC, HDPE, y las tuberías dúctil de hierro de pared delgada son susceptibles a colapsar debido a la separación de vapor, pero cualquier tubería que ha sido debilitado por la exposición repetida a estos eventos puede experimentar fallo por fatiga. Un tubo debilitado por la corrosión también puede fallar. Donde son posibles presiones muy bajas durante los eventos transitorios, el ingeniero puede optar por utilizar un material más caro para excluir la posibilidad de colapso. Por ejemplo, para tubos de gran diámetro bajo altas presiones, el acero es generalmente más económico que el hierro dúctil o de hormigón de alta presión. Sin embargo, el ingeniero puede seleccionar el hormigón de alta presión o



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de hierro dúctil, ya que es menos susceptible a contraer y puede eliminar la necesidad de restricciones operativas.

Los sistemas de tuberías construidas por encima del suelo son más susceptibles al colapso de tuberías enterradas. Con tuberías enterradas, el material de cama y el suelo circundante proporcionan una resistencia adicional a las deformaciones de tuberías y ayudan a la tubería resistir el colapso estructural. tuberías sobre el suelo deben estar anclados firmemente contra las fuerzas de estado estacionario y transitorio.

El uso de válvulas de aire combinación para evitar condiciones subatmosféricas o de vacío requiere un análisis cuidadoso de las posibles condiciones transitorias para asegurar que la válvula de aire está dimensionado y diseñado de manera adecuada. Varios casos citados en la literatura describen el colapso de los sistemas de tuberías debido a la falta de una válvula de entrada de aire que estaba mal tamaño, diseñado, o mantenido. válvulas de aire de combinación pueden proporcionar un control fiable aumento, pero el potencial de fallas operativas en las válvulas de aire no debe ser ignorada.

Otros factores que influyen cabezas transitorias extremas son la velocidad de la onda de presión y velocidad del líquido. Selección de diámetros más grandes para obtener velocidades más bajas con el fin de minimizar cabezas transitoria es aceptable para los sistemas de tubería cortos entrega de flujos relativamente bajos. Sin embargo, para sistemas de tuberías largas, el diámetro debe ser seleccionado para optimizar de construcción y costos de operación. sistemas de tuberías largas casi siempre requieren dispositivos de protección contra transitorios.

Después de considerar estos factores durante los diseños conceptuales y preliminares, el proyecto debe pasar a la fase de diseño final. Cualquier cambio en el sistema durante el diseño final deben ser analizados con el modelo transitorio para verificar que los resultados y las especificaciones anteriores siguen siendo adecuados antes de la puesta en servicio.

13.2 Dispositivos de protección

El uso de un modelo transitorio, el ingeniero puede probar diferentes velocidades de funcionamiento de la válvula, tamaños de tubos, y los controles de la bomba para ver si los efectos transitorios pueden ser controlados a niveles aceptables. Si no es posible evitar los transitorios, los dispositivos específicos para controlar los transitorios pueden ser necesarios.

Algunos métodos de prevención transitoria incluyen:

• apertura lenta y cierre de las válvulas -Por lo general, se requieren tiempos de accionamiento de válvula más lento para sistemas de tuberías más largas. Operaciones personal debe estar entrenado en funcionamiento adecuado de la válvula para evitar causar transitorios.



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• El funcionamiento adecuado hidrante -Clausura bocas de incendio demasiado rápido es la principal causa de transitorios en pequeñas tuberías de distribución. personal de bomberos y de agua deben ser capacitados en el funcionamiento correcto hidrante.

• controles adecuados de la bomba de -Excepto para fallos de alimentación, caudal de la bomba se puede controlar lentamente usando diversas técnicas. El aumento gradual de velocidades de la bomba hacia arriba y abajo con las unidades de arranque suave o de velocidad variable puede reducir al mínimo los transitorios, aunque apertura lenta y cierre de válvulas de control de la bomba de aguas abajo de las bombas pueden lograr un efecto similar, a menudo a un coste inferior. La válvula de control debe ser abierta lentamente después de que se inicia la bomba y se cierra lentamente antes de apagar la bomba.

• Menor velocidad de tuberías tamaño -Pipeline y así el costo se pueden reducir al permitir velocidades más altas. Sin embargo, el potencial de los transitorios graves aumenta con la disminución del tamaño de la tubería. Por lo general, no es rentable para aumentar significativamente el tamaño del tubo para reducir al mínimo los transitorios, pero el efecto de los transitorios en tamaño de la tubería no debe ser ignorado en el proceso de diseño.

• tubería más fuerte -Para fiabilidad a largo plazo, las tuberías y las juntas deben ser lo suficientemente fuerte para resistir tanto de alta como inferior a la atmosférica, o incluso de vacío, las presiones.

Para controlar las presiones mínimo, lo siguiente se puede ajustar o implementado:

• la inercia de la bomba • tanques de compensación • cámaras de aire • tanques unidireccionales • válvulas de entrada de aire • válvulas de derivación de la bomba

Para controlar las presiones máximas, la siguiente puede ser implementado:

• Las válvulas de alivio • Las válvulas de alivio anticipador • tanques de compensación • cámaras de aire • válvulas de derivación de la bomba

Los elementos de las listas anteriores se analizan en las secciones que siguen. Estos elementos pueden ser utilizados solos o en combinación con otros dispositivos.

13.3 Enfoques para la Protección contra sobretensio nes

Un sistema de protección contra sobretensiones fiable debe estar en su lugar antes de la aparición de condiciones de emergencia no controlados (por ejemplo, fallo de alimentación o rechazo de carga en una bomba o turbina). Las tácticas más comunes para el control de HAMMER de agua se pueden agrupar en tres categorías, como se muestra en la siguiente tabla.



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Tabla 14-6: Comparación de los enfoques de protección contra sobretensiones

Enfoque Enfoque del Sistema de Mejora

Enfoque de flujo Suplemento

Enfoque -Alivio contra sobretensiones

Sobretensiones Medidas de control / impactos

• Realinear ruta del gasoducto

• Volver a cortar o mejorar el perfil

• Aumentar el tamaño del tubo

• reducir el flujo de

• Tanque de compensación

• Cámara de aire • Aumentar la

inercia de la bomba

• Varias válvulas de control de aumento incluyendo SRV, CAV y SAV

• disco de ruptura

Confiabilidad + + + + + + + + +

Costo - - - - + + +

Operación y mantenimiento

+ + + + + + + + +

Complejidad + + + + + +

Flexibilidad - - - + + + +

· Leyenda: Efecto positivo +, - Efecto negativo

Nota: cuidadosos procedimientos operativos y programas de mantenimiento son muy importantes para proteger el sistema de agua de daños golpe de ariete debido al mal funcionamiento del equipo.

Estos tres enfoques difieren significativamente en términos de las obras civiles y tuberías necesarias, apariencia física, características hidráulicas, fiabilidad a largo plazo, la complejidad operativa y flexibilidad, y el coste de construcción, operación y mantenimiento.

Sin embargo, estas medidas tienen un común base a los tres intento de proteger al sistema de HAMMER de agua mediante la reducción de la tasa de cambio de flujo para minimizar los efectos de los transitorios. Cada enfoque modifica un parámetro de gobierno diferente, como se describe en las siguientes secciones.

Tabla 14-7: Parámetros para el Consejo de transitorios hidráulicos A) Características sistema de tuberías

(i) Las variables estáticas

• Longitud del tubo (L)



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• El tamaño del tubo (D) • perfil de la tubería • elevación estática (Ho) • rugosidad de la superficie de la tubería (C o f) • velocidad de la onda de presión (a) • flujo de la tubería (Q) o de la velocidad (V) • presión de nodo (P) o de la cabeza (H) • La conectividad de red (bucles, ramificación, callejones sin salida)

B) características de la bomba-motor (características de turbina son similares)

• Potencia (Pw) • Velocidad de rotación (N) o el par (M) • Bomba carga dinámica total (TDHo) • capacidad de bombeo (Qo) • Momento de inercia (WR2) • cabeza Net succión positiva requerida (NPSHr)

características C) de la válvula

• Tipos (válvula de retención, anticipador de sobretensiones, interruptor de vacío, de liberación de aire ....)

• características de cierre (mariposa, agujas, ...) • Los procedimientos de operación (tiempo de abrir, cerrar, curva de funcionamiento ....)

D) las características del tanque de compensación

• Diámetro (Ds) o superficie (As) • La geometría y la variación • Top (derrame) e inferior (deshidratación) Altura • Tamaño orificio y la relación diferencial

E) Características cámara de aire

• Diámetro (Da) y la longitud (La) • Tamaño orificio y la relación diferencial • Orientación (vertical u horizontal)

F) características transitorios

• cabeza Upsurge (Hup) • cabeza Downsurge (Hdown) • Flujo (Q) y la dirección • El vapor o aire de volumen en línea • Tiempo para una máxima transitoria que se produzca



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• tasa de amortiguación

13.3.1 Método Sistema de Mejora

Este método es el más fiable, con el requisito de operación y mantenimiento mínimo. Sin embargo, es muy caro y por lo general sólo se utiliza como último recurso. Se compone de las siguientes medidas:

1. reducir la velocidad -La más pequeña es la velocidad de flujo de la tubería, el menor potencial existe para una gran velocidad de cambio en la velocidad (dV / dt). velocidades normales pueden ser reducidos mediante la ampliación del diámetro de la tubería o redistribuir el flujo a los tubos individuales.

2. material de la tubería -La velocidad de la onda de presión A de un material de la tubería flexible es menor que la de tubo rígido. Para un paro muy rápido del flujo (<2 L / a), el efecto transitorio de la velocidad de la onda de presión es prominente. Cambio de material de la tubería puede mejorar el resultado, aunque la tolerancia oleada de una tubería más flexible puede ser menor.

3. mejora de tuberías perfiles -Pipeline con prominentes puntos altos locales son susceptibles a la aparición de la presión de vacío inferior a la atmosférica o incluso completo, lo que resulta en la separación de la columna de agua y de vapor o de aire bolsillos en la tubería. upsurge presiones muy altas pueden resultar cuando las columnas de agua posteriormente reincorporarse. excavación o relleno adicional pueden reducir o eliminar los puntos altos locales.

13.3.2 Enfoque de flujo Suplemento

Este enfoque se puede utilizar para controlar de manera efectiva los transitorios resultantes de una parada de la bomba o de inicio. Después de un fallo de energía, la energía almacenada en los dispositivos hidráulicos o mecánicos puede ser convertida en energía cinética para forzar el flujo en el sistema y evitar que el vapor o las burbujas de aire de la formación.

Tales conversiones de energía reducen la tasa de cambio de flujo y, en consecuencia, la magnitud de los transitorios hidráulicos resultantes. Parte del flujo entra en el tanque de compensación o cámara de aire en el arranque o durante el aumento, reduciendo de este modo los efectos de un aumento de otro modo rápido en flujo. Debido a su coste relativamente alto, este método muy fiable no puede ser factible en sistemas de agua pequeños.

Las siguientes secciones describen las implementaciones específicas del enfoque de flujo de suplemento.



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13.3.3 Tanque de compensación bidireccional

Un tanque de compensación de dos vías controla transitorios mediante la conversión de la energía potencial almacenada en el cuerpo de agua elevado en el interior del tanque en energía cinética, que complementa flujo en el sistema de tuberías en los momentos críticos (o viceversa, para tubería de flujo en el tanque) durante los períodos de variación de caudal rápido. El depósito se encuentra normalmente en la estación de bombeo o en un punto alto en el sistema.

Un orificio diferencial puede ser instalado en la canalización vertical del tanque para estrangular el flujo inverso desde el sistema al tanque, pero crean una pérdida muy pequeña para el flujo que sale del tanque. Si se proporciona un rebose y desagüe, el depósito también puede actuar como un dispositivo de sobrepresión infalible que pueden desbordar de una manera controlada.

Una de las principales preocupaciones es el problema de estabilidad en el interior del tanque. Un rápido aumento o descenso del nivel del agua en el tanque debe ser evitado. Por lo general, el área de superficie del tanque debe ser significativamente mayor que el de la tubería. En un sistema de agua de alta cabeza o una línea a presión sanitaria, un tanque de compensación bidireccional puede no ser económicamente viable debido a problemas de altura o de olor. Una muestra de ejecución Bentley HAMMER V8i extraído de un estudio de caso se muestra en la siguiente figura.



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Figura 14-16: Salida de Bentley HAMMER V8i Corre por una cámara de compensación de dos vías



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13.3.4 Tanque de compensación de un solo sentido

Un tanque de compensación de un solo sentido es un relativamente pequeño tanque de compensación convencional, con una válvula de retención en la tubería de conexión, o columna ascendente, que sólo permite el flujo fuera del tanque. El nivel de agua del tanque se mantiene por una válvula de altitud sin pasar por la válvula de retención. El tanque se encuentra en el punto alto de suministro de agua y evitar la separación de la columna de agua. Sin embargo, tanques unidireccionales proporcionan ninguna protección ascenso al sistema debido a que no se permite el flujo de nuevo en el tanque. Donde hay una posibilidad de congelación, tanques de compensación pueden requerir aislamiento o calefacción.

En forcemains alcantarillado, una consideración especial se debe dar a:

• El diseño de la válvula de retención en el tubo de subida, para proteger contra los desechos o de interferencia.

• procedimientos de reinicio de la bomba cuidadosas después de un fallo de alimentación. • Coste de la recarga de este tanque con agua potable (para evitar olores). • Una cámara puede ser necesaria para encerrar el depósito. • A alcantarillado sanitario puede ser necesaria para drenar líquido desbordamiento del tanque.

13.3.5 Recipiente de gas o aire de la cámara

Este control dispositivo funciona de manera similar a un tanque de compensación, pero su energía potencial se almacena como aire comprimido. La cámara de aire se utiliza generalmente en un sistema de bombeo de alta cabeza. Debe estar ubicado cerca de la estación de bombeo y en el interior de un edificio cerrado. equipos auxiliares, como también son necesarios compresores.

Un orificio diferencial puede ser instalado para minimizar el tamaño de la cámara mediante la creación de mayores pérdidas de carga para las entradas en el recipiente que a salidas que entran en el sistema. Para un sistema con una cabeza de alta fricción, se debe considerar la optimización de la cámara mediante la instalación de varios grupos de sondas, cada una de estrangulamiento y / o de partida (o detener) un número determinado de bombas de funcionamiento.Figura 14-17: Salida de Bentley HAMMER V8i Corre por una cámara de aire muestra la eficacia de un recipiente de gas en el control de transitorios hidráulicos.



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Figura 14-17: Salida de Bentley HAMMER V8i Corre por una cámara de aire



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Algunos fabricantes y los ingenieros a reducir el tamaño de la cámara de aire dejando aire en él durante el período downsurge. Hay una serie de problemas graves en la aplicación práctica de esta, de la siguiente manera:

• Si la cabeza downsurge cae a o por debajo de la elevación de la estación de la bomba, que forma parte de la tubería ya se puede someter a presiones subatmosféricas o incluso una condición de vacío completo. Esto puede frustrar el propósito de una cámara de aire instalado para proteger contra la downsurge.

• Normalmente, una cámara de aire requiere un alto cabeza estática para ser práctico. Si la cabeza downsurge cae a la estación de bombeo, una cabeza grande recrudecimiento también puede rebotar, considerablemente más alta que la carga estática. Esto también puede frustrar el propósito de su protección ascenso.

• Aire interior de un recipiente de gas (cámara de aire) siempre está contenido por una cáscara de metal de espesor y se separa de la presión atmosférica por medio de tuberías y un depósito. Con una válvula de entrada de aire montado en la parte superior, durante el período downsurge una gran cantidad de aire a presión atmosférica puede precipitarse en la cámara. Durante el aumento (o incluso, posiblemente, durante el funcionamiento normal) período, la gran diferencia de presión entre el interior y el exterior de la cámara proporciona una alta posibilidad de que un gran volumen de aire podría escapar a través de una fuga en la válvula de entrada. Desde una cámara de aire es un recipiente a presión, la presión dentro de la cámara es muchas veces mayor que la presión atmosférica fuera de la cámara. La parte mecánica de la válvula de entrada de aire puede filtrarse o fallar.

Cuando se requiere un volumen significativo, dos recipientes de gas más pequeñas deben ser considerados para proporcionar redundancia cuando una unidad tiene que ser mantenido, o en caso de que uno pierde su volumen de gas y no es efectivo durante un transitorio. Los siguientes accesorios requieren un diseño cuidadoso:

• No debe haber dos o más compresores de aire redundantes, cada una equipada con un tanque para almacenar suficiente aire a la presión requerida para suministrar el recipiente de gas para tiempos cortos después de un fallo de alimentación. Compresores deben ser capaces de funcionar a los generadores durante una falla de energía prolongada si las bombas contra incendios diesel va a correr.

• sondas de control de nivel se deben establecer para alta y bajo nivel, alarma de alta y baja, y de drenaje o de relleno. Compresores deben iniciarse y detenerse según estos niveles. Evitar el establecimiento de sondas de nivel alto y bajo demasiado cerca del rango de funcionamiento normal para evitar falsas advertencias, esto puede causar a los operadores a ignorar las alarmas más graves de bajo o de alto nivel.

13.3.6 Aumento de la inercia

La inercia aumenta cuando se añaden volantes a un eje para aumentar la energía cinética almacenada en piezas giratorias, amortiguando de este modo una parada de la bomba rápida. Las bombas han tendido a hacerse más pequeño y más pequeños (con menos inercia) y más ligero, bombas verticales multietapas se utilizan con más frecuencia. Esto ha tendido a hacer que esta opción mucho menos común.



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13.4 Protección de la bomba

protección de la bomba incluye:

• La válvula de retención • Refuerzo bomba de bypass

13.4.1 La válvula de retención

Una válvula de retención en la línea de descarga de una bomba debe tener un tiempo de cierre rápido para evitar la inversión del flujo a través de la bomba y el golpe de la válvula que puede ocurrir con cierre de válvula retardada, o donde tanques de compensación se incorporan en el diseño de la estación de la bomba. golpe de la válvula puede dañar la válvula, bomba o tuberías del sistema. Si no es posible tener una válvula de retención que cierra antes responde el tanque de compensación y cierra la válvula, algún tipo de dispositivo de amortiguación, tal como una olla rociada, es necesario controlar el cierre de la válvula durante los últimos 5 a 10 por ciento de la válvula viaje.

13.4.2 Refuerzo bomba de bypass

Otro tipo de dispositivo de protección es la derivación de la bomba. La siguiente figura muestra un sistema de refuerzo de bombeo. Cuando las bombas de refuerzo cerrado, la reducción resultante en el flujo genera ondas de presión en ambos lados de la bomba. La onda que viaja aguas arriba es un transitorio positivo y la onda que viaja aguas abajo es un transitorio negativo.

Figura 14-18: Sistema de Bombeo Booster con Bypass



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Dependiendo de las longitudes relativas de la tubería aguas arriba (LS) y la tubería de aguas abajo (LR) y la magnitud de los cambios de velocidad, una conexión de derivación de la bomba puede actuar como un elemento de protección contra transitorios. El agua continúa más allá de la estación de refuerzo si la presión aguas abajo cae por debajo de la presión aguas arriba, lo que limita el aumento de presión aguas arriba de la estación de refuerzo y la caída de presión aguas abajo.

La siguiente figura muestra los resultados del análisis transitorios para tal sistema. Estos resultados muestran que el bypass abrió para transferir el agua de la tubería aguas arriba a la tubería de aguas abajo, que ayudó a atenuar o controlar los transitorios máximos y mínimos de presión en los lados aguas arriba y aguas abajo de la estación.

Figura 14-19: Parada de la bomba Booster



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La eficacia de un bypass de refuerzo-estación depende del sistema de bombeo booster específico y las longitudes relativas de las tuberías aguas arriba y aguas abajo. Si el aumento de baja presión generada en el lado de descarga de la bomba es todavía mayor que la oleada de alta presión generada en el lado de succión de la bomba (que tiende a ocurrir si LR <LS), la derivación no se abre. Para sistemas en los que el bypass no puede abrir, otros dispositivos de protección transitoria son necesarios. Cada sistema debe ser analizada individualmente para evaluar la ocurrencia de alta excesiva y / o los transitorios de baja presión y determinar estrategias para controlar las presiones potencialmente excesivos.

13.5 A picos y válvulas de alivio

Hay muchos casos documentados de válvulas de control mal especificados. Algunas de estas válvulas no funcionan adecuadamente a causa de la pérdida de carga excesiva o de cavitación durante condiciones de flujo en estado estacionario; otros son insuficientes para controlar los transitorios hidráulicos debido a la selección de la válvula deficiente o mal funcionamiento. Al especificar las válvulas de control de flujo y / o estaciones de bombeo, el ingeniero debe evaluar cuidadosamente el tipo, número y tamaño de las válvulas para proporcionar una regulación de flujo constante y transitoria adecuada.

Nota: Incluso con una comprensión global de los equipos y las operaciones del sistema, el ingeniero debe darse cuenta de que puede que no sea posible modelar con precisión los componentes reales del sistema y del sistema. Por lo tanto, es responsabilidad del ingeniero de reconocer estas limitaciones de modelado, utilizar factores de seguridad apropiados, y aplicar buenas prácticas técnicas al realizar el análisis de transitorios.

La ventaja de las válvulas oleada de alivio es que son relativamente baratos y fáciles de encajar en un sistema de bombeo en los lugares de interés. Generalmente, las válvulas controlar las condiciones de sobretensión mediante la apertura y / o cierre de acuerdo con las características preestablecidas. Esto restringe transitorios hidráulicos a límites más tolerable, pero rara vez puede eliminar la cavitación o agua-columna de separación. Por otra parte, si las válvulas son de gran tamaño o operado demasiado rápidamente, otros tipos de problemas de golpe de ariete pueden resultado (por ejemplo, sangrado de agua, y las inversiones de flujo excesivo), resultando posiblemente en el peor de los transitorios que sin protección de la válvula. Sin embargo, con cuidado modelado y diseño de Bentley HAMMER V8i, válvulas ofrecen un medio versátil y de gran alcance para controlar con seguridad el golpe de ariete.

Los siguientes son los diferentes tipos de válvulas oleada de alivio de:

• Comprobar la válvula mecánica o eléctrica de control • Válvula de alivio de presión • línea de la estación-bypass con válvula de retención • derivación Inline con válvula de retención



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• Aire de entrada (interruptor de vacío) de la válvula • Válvula de purga de aire • válvula de aire combinado • válvula de aire de cierre lento hidráulicamente controlado • válvula de sobretensión-anticipador • disco de ruptura

Las siguientes descripciones y figuras muestran su geometría y esquemas:

La válvula de retención-una válvula de retención se instala habitualmente en una estación de bombeo municipal para evitar el flujo de marcha atrás a través de la bomba. Un amortiguador puede ser proporcionado para evitar cheque golpe de la válvula; sin embargo, los aumentos repentinos todavía puede ocurrir en el sistema de tuberías y también pueden ser necesarios otros métodos. Una válvula de retención equipado con un dispositivo de cierre controlado electrónicamente se utiliza a menudo por los ingenieros. El momento y la velocidad de cierre deben ajustarse cuidadosamente para proteger la bomba y el sistema de descarga.

Válvula de alivio de presión-Este válvula se instala normalmente a través de las bombas y los encabezados de descarga o en puntos críticos a lo largo de la tubería. Se abre cuando se excede una presión predeterminada y se cierra inmediatamente después de la presión cae por debajo de este valor. Un cierre amortiguado puede ser proporcionado para permitir un tiempo de cierre más largo. Una de las principales preocupaciones es el lapso de tiempo considerable para que la válvula se abra después de un fallo de alimentación. ondas de presión transitorios pueden ir y venir en una fracción de segundo. Muy a menudo, esta válvula se utiliza como una medida redundante, para limitar el aumento de presión durante las operaciones de bombeo normales.



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Estación de bombeo de derivación con válvula de retención-Si el nivel de agua de succión es alta, una línea de derivación puede retardar la reducción en el flujo mediante el suministro de agua a la tubería durante el período downsurge (después de un fallo de alimentación) usando la energía potencial en el depósito de aspiración. Sin embargo, no proporciona ninguna protección recrudecimiento a un sistema de bombeo ya que ningún flujo de retorno se permite a través de la válvula de retención. Puede ser eficaz en una tubería en pendiente o plana.

a veces se proporciona una línea de derivación más pequeño (como se muestra por líneas de puntos) alrededor de la válvula de retención en la línea de derivación primaria.

derivación Inline con válvula de retención-La válvula de retención normalmente se encuentra aguas abajo de la ubicación de la cavitación en un punto alto. La línea de derivación debe dimensionarse de modo que no de alta presión se acumula en la sección de aguas abajo y no gran velocidad de flujo inverso se produce en la sección aguas arriba de la válvula de retención. Normalmente, una válvula de aire tiene que ser instalado en la cresta para eliminar la presión de vapor, y una válvula de sobretensiones anticipador se encuentra en la estación de bombeo para protegerlo y la sección de tubería entre la bomba y el punto más alto.



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Aire de entrada (vacío automático) de la válvula-Este válvula consiste en un orificio que se puede abrir o bloqueado basado en la presión del sistema, a menudo mediante un dispositivo de flotación. Cuando la presión cae por debajo de la elevación de la válvula, el aire es aspirado en rápidamente a través del orificio de entrada para mantener la presión atmosférica. Si la abertura es demasiado pequeña, la velocidad del aire entrante puede alcanzar el límite de sonic, resulta de la presión inferior a la atmosférica dentro del sistema. Esta válvula no permite que el aire escape del sistema; debe salir más abajo en la línea.

Válvula de purga de aire-Este válvula también consta de un orificio equipado con un mecanismo para abrir o cerrar, a menudo mediante un dispositivo de flotación. Cuando el aire se acumula en el interior del cuerpo de la válvula, o alcanza un volumen residual preestablecido, el aire se libera de la válvula de una manera ordenada y gradual. El aire no se le permite entrar en el sistema. Esta válvula se instala habitualmente en todos los puntos altos locales dentro del sistema de agua.

válvula de aire Combinación-Combinación válvulas de aire consisten en al menos dos componentes: a) una válvula de entrada de aire grande, b) un gran orificio de salida (dos vías), y, posiblemente, un restrictor de algún tipo para reducir la abertura a un orificio mucho más pequeña (tres manera) cuando el aire en el cuerpo de la válvula es menor que el volumen residual. Cuando la presión cae por debajo de la elevación de la válvula, el aire entra rápidamente a través del interruptor de vacío para mantener la presión próxima a la atmosférica. Tras el aumento, el aire puede ser expulsado rápidamente a través de la salida más grande, hasta que el aire en el sistema es casi totalmente eliminado y el agua empieza a entrar en el cuerpo de la válvula. El volumen de aire que queda dentro de la válvula se libera de una manera controlada por el pequeño orificio de salida, que actúa como un cojín de aire para reducir el aumento de presión transitoria.



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Este tipo de válvula es popular, tanto para los sistemas de distribución de agua y forcemains sanitarias. Sin embargo, si el volumen de aire permitida en el sistema de tuberías es grande y, si se libera demasiado rápido, presiones transitorias excesivamente altas pueden ocurrir cuando las dos columnas de agua se aceleran hacia la otra durante un período prolongado de liberación de aire. La carga estática puede derrotar a la eficacia del colchón de aire debido a la gran acumulación de impulso en estas columnas de agua de aceleración.

Hidráulicamente controlado válvulas de aire de cierre lento-Este válvula está situado en puntos altos del sistema de tuberías y actúa como una válvula de entrada de aire y sobretensiones anticipador. Cuando la presión de línea en la válvula desciende por debajo de la presión atmosférica, se admite aire en la tubería. Al aumento, aire, agua, o una mezcla de aire y el agua puede sangrar fuera a la atmósfera. Uno de los inconvenientes de esta instalación es la necesidad de un sistema de tuberías para drenar el agua de distancia.



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válvula de sobretensión-anticipador-La anticipador oleada se instala normalmente en todos los encabezados de succión de la bomba y de descarga, con tuberías de conexión adecuado. Se abre rápidamente en un tiempo especificado después de fallo de alimentación (o en un límite de baja presión preajustado) para permitir el flujo para comenzar antes de que el aumento principal vuelve a la estación de bombeo, a continuación, se cierra lentamente a una velocidad preajustada. Durante el período de cierre de válvula, el flujo puede disminuir mucho más rápidamente que el área de abertura de la válvula. Altas velocidades de flujo en la tubería pueden impedir que un SAV de accionamiento hidráulico de cierre, en casos extremos. Consultar el catálogo del fabricante de la válvula para seleccionar el tipo correcto de la válvula, tamaño y pilotaje (si es aplicable) para su aplicación.

disco de rupturadisco de ruptura -A está equipado con una membrana que puede romperse para descargar un gran caudal y aliviar masa (presión) del sistema cada vez que presiones transitorias exceden un valor pre-establecido. Tales discos pueden romperse a una presión diferente y tanto el límite de explosión superior e inferior proporcionado por el fabricante deben ser modelado utilizando Bentley HAMMER V8i.

Presión para mantener la válvula-Este válvula se suele instalar en el extremo aguas abajo de una línea de bomba de descarga. Se disipa grandes cantidades de energía justo antes de desagües de flujo a un sistema de agua de baja energía. La válvula mantiene una presión estable en el sistema de aguas arriba, de mayor cabeza, mediante el ajuste del área de abertura de la válvula multi-orificios. Sin embargo, durante el período transitorio, esta válvula no puede físicamente ajustar los orificios lo suficientemente rápido para atrapar a los cambios rápidos de presión.



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Una muestra de la ejecución sobre la base de un estudio de caso se presenta en la siguiente figura. Como se muestra, la válvula de aire combinación no ayuda a controlar aumento debido a la bolsa de aire grande y la cabeza alta en el depósito de aguas abajo, en este caso particular.

Figura 14-20: Bentley HAMMER V8i resultados para una válvula de aire combinada



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13.6 Operación y mantenimiento

Los siguientes elementos se pueden considerar al establecer procedimientos de operación y mantenimiento de un sistema de bombeo:

• Tiempo de retardo -Después de un fallo de energía o de desconexión de emergencia, las bombas deben ser renovadas sólo después de transitorios han tenido suficiente tiempo para la descomposición y el aire se ha eliminado de la tubería tanto como sea posible. Un análisis de la decadencia transitoria puede ser simulado y un temporizador se debe utilizar para evitar un reinicio de la bomba prematura de:

o La bomba diesel o La bomba principal (si la energía se reanudó rápidamente) o La rejilla de energía de reserva

Tip transitoria:

retrasos tiempo de reinicio requeridas para permitir que los transitorios a la caries son típicamente corto en términos de suministro de agua (decenas de segundos). Sin embargo, los transitorios causados por un fallo de alimentación pueden ya han llegado y pasado (en una fracción de segundo) dentro del mismo período de reinicio. En caso de que el aire significativo aún permanecen en el sistema de agua, un reinicio rápido del dispositivo anterior puede en realidad empeorar los transitorios hidráulicos.

• cambio lento de funcionamiento de la bomba -Flow en el sistema de agua aumentará o disminuirá lentamente si se aplican los siguientes procedimientos:

o parada de la bomba secuencial o de inicio o la bomba de velocidad variable rampas hacia arriba y hacia abajo poco a poco o controladores de motores de arranque suave para el arranque y el apagado de la bomba o operación lenta y progresiva de válvulas de control de descarga de la bomba o operación lenta de las válvulas de aislamiento, válvulas de drenaje, o válvulas de entrada de

depósito / tanque • ventilación de aire -El aire atrapado en los puntos altos locales siempre debe ser liberado durante las

operaciones normales y de emergencia de bombeo. Durante el llenado de la línea, el aire en los puntos altos locales debe ventilarse en el flujo de órdenes y la bomba adecuada debe ser mucho más pequeño que su capacidad de diseño para evitar la grave transitorios hidráulicos y roturas de tuberías.

• hidráulico sistema de aspiración -El tamaño del pozo de aspiración y / o las líneas de succión debe ser diseñado y operado adecuadamente para evitar que se derrame o deshidratación. Siempre que la capacidad de la estación de bombeo aumenta, el sistema de succión debe ser modelado y posiblemente actualizado para asegurar que NPSHA es mayor que NPSHR, mientras que el depósito de aguas arriba puede fluctuar libremente entre los niveles alto y bajo de agua diseñados.

• cambio lento de funcionamiento de la válvula apertura o cierre veces -Valve deben ser lo suficientemente largo. Alternativamente, dos o más etapas pueden ser utilizadas, con diferentes velocidades de carrera para cada uno.

• configuración de alarmas sistemas -alarmas deben ser probados y comprobados periódicamente. Si las falsas alarmas se producen con frecuencia, realizar un análisis para determinar las causas y



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proporcionar medidas correctivas. De lo contrario, los operadores pueden apagar el sistema de alarma para eliminar molestias.

• Mantenimiento- Es esencial para inspeccionar y limpiar los dispositivos de protección, en particular las situadas fuera de la estación de bombeo con regularidad.

• La formación del personal -Un taller se puede presentar a los ingenieros y operadores, que a menudo conocen su sistema de agua mejor que cualquier experto. Muy a menudo, el sistema necesita ser empujado más allá de los rangos normales de funcionamiento para alcanzar los objetivos de abastecimiento de agua. La formación es particularmente crítico para las estaciones de bombeo existentes que se han actualizado muchas veces. También es posible que los operadores no son conscientes de los transitorios que se producen lejos de la estación de bombeo, en el que nadie puede estar presente experimentarlas.

14. REFERENCIA DEL INGENIERO

En esta sección se describen las bibliotecas de ingeniería disponibles para los usuarios HAMMER y proporciona tablas de valores de rugosidad de uso común y coeficientes de pérdida de montaje. También se incluyen propiedades del líquido a temperaturas y presiones estándar. Cada biblioteca parámetro se discute en una sección separada:

• Líquidos Es esencial para inspeccionar y limpiar los dispositivos de protección, en particular las situadas fuera de la estación de bombeo con regularidad.

• materiales- Es esencial para inspeccionar y limpiar periódicamente los dispositivos de protección, p • Valves- Es esencial para inspeccionar y limpiar periódicamente los dispositivos de protección, p • Zapatillas- Es esencial para inspeccionar y limpiar periódicamente los dispositivos de protección, p • Turbines- Es esencial para inspeccionar y limpiar periódicamente los dispositivos de protección, p

Tip transitoria:

Es responsabilidad del analista transitoria hidráulica para seleccionar los parámetros del modelo apropiados. resultados correctos dependen de la entrada y la interpretación de la salida correcta.

Los valores de rugosidad:

• La ecuación de rugosidad de Manning-Valores • Los valores de rugosidad de Darcy-Weisbach-Ecuación (Colebrook-White) • Valores-Hazen-Williams rugosidad Ecuación • Valores de rugosidad típicas para tubos de presión • Coeficientes de pérdida de ajuste



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14.1 La ecuación de rugosidad de Manning-Valores

valores de rugosidad de uso común para los diferentes materiales son:

Tabla 14-8: Coeficiente de Manning (n) para conductos cerrados de metal que fluye parcialmente lleno

Tipo de canal y Descripción Mínimo Normal Máximo

a. Brass, liso 0,009 0,010 0,013

segundo. Acero

1. la barra de bloqueo y soldado 0,010 0,012 0,014

2. clavado y la espiral 0,013 0,016 0,017

do. Hierro fundido

1. Coated 0,010 0,013 0,014

2. sin revestir 0,011 0,014 0,016

re. Hierro forjado

1. Negro 0,012 0,014 0,015

2. galvanizado 0,013 0,016 0,017

mi. Metal corrugado

1. Subdrain 0,017 0,019 0,021

2. Tormenta de drenaje 0,021 0,024 0,030

14.1 Los valores de rugosidad de Darcy-Weisbach-Ecu ación (Colebrook-White)


Tabla 14-9: Darcy-Weisbach rugosidad Heights e para conductos cerrados

material de la tubería ε (µµ) ε (φτ.) Vidrio, latón dibujada, cobre (nuevo) 0,0015 0.000005

de acero sin costura comercial (nuevo) 0,004 0.000013

comerciales de acero (esmalte recubierto) 0,0048 0.000016

acero comercial (nuevo) 0,045 0,00015

hierro forjado (nuevo) 0,045 0,00015

Asfaltada hierro fundido (nuevo) 0.12 0,0004

Acero galvanizado 0.15 0,0005



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hierro fundido (nuevo) 0.26 0.00085

(formas de acero, liso) de hormigón 0.18 0,0006

Concrete (buenas articulaciones, promedio) 0.36 0,0012

Hormigón (en bruto, visibles, marcas de formulario) 0.60 0,002

acero remachada (nuevo) 0,9 ~ 9,0 0,003-0,03

Metal corrugado 45 0.15

14.1 Valores-Hazen-Williams rugosidad Ecuación


Tabla 14-10: Hazen-Williams Rugosidad coeficientes (C)

material de la tubería do

Fibrocemento 140

Latón 130-140

alcantarillado de ladrillo 100

De hierro fundido

Nuevo, sin forro 130

10 años. Antiguo 107-113




Hormigón o revestido de concreto

moldes de acero 140

moldes de madera 120

centrífugo hilado 135

Cobre 130-140

Acero galvanizado 120

Vaso 140

Dirigir 130-140

El plastico 140-150

Acero

esmalte de alquitrán de hulla, forrada 145-150

nuevo sin forro 140-150

remachado 110



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Estaño 130

arcilla vitrificada (buenas condiciones) 110-140

duelas de madera (condición promedio) 120

14.1 Valores de rugosidad típicas para tubos de pre sión

valores de rugosidad de la tubería típicos se muestran a continuación. Estos valores varían según el fabricante, mano de obra, la edad, y muchos otros factores.

Tabla 14-11: comparativos Los valores de rugosidad Pipe

Material Coeficiente de

Manning norte

Hazen-Williams

do

Darcy-Weisbach rugosidad Altura

k (mm) k (0.001 ft)

Fibrocemento 0,011 140 0,0015 0,005

Latón 0,011 135 0,0015 0,005

Ladrillo 0,015 100 0.6 2

De hierro fundido, nuevo 0,012 130 0.26 0.85

Hormigón:

moldes de acero 0,011 140 0.18 0.6

moldes de madera 0,015 120 0.6 2

centrífugo hilado 0,013 135 0.36 1.2

Cobre 0,011 135 0,0015 0,005

Metal corrugado 0,022 - 45 150

Acero galvanizado 0,016 120 0.15 0.5

Vaso 0,011 140 0,0015 0,005

Dirigir 0,011 135 0,0015 0,005

El plastico 0,009 150 0,0015 0,005

Acero

esmalte de alquitrán de hulla

0,010 148 0,0048 0,016

nuevo sin forro 0,011 145 0,045 0.15

remachado 0,019 110 0.9 3

duelas de madera 0,012 120 0.18 0.6



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14.1 Coeficientes de pérdida de ajuste

Para accesorios similares, el valor K depende de cosas tales como relaciones de radio de curvatura y de contracción altamente.

Tabla 14-12: típicos de montaje K Coeficientes Adecuado K Valor Adecuado K Valor

entrada de la tubería 90 ° Smooth en Bend

Bellmouth 0,03-0,05 Radio de curvatura / D = 4 0,16-0,18

Redondeado 0,12-0,25 Radio de curvatura / D = 2 0,19 a 0,25

Con aristas vivas 0.50 Radio de curvatura / D = 1 0,35-0,40

Saliente 0.80 curva inglete

Contracción súbita θ = 15 ° 0.05

D2 / D1 = 0,80 0.18 θ = 30 ° 0.10

D2 / D1 = 0,50 0.37 θ = 45 ° 0.20

D2 / D1 = 0,20 0.49 θ = 60 ° 0.35

Contracción-cónico θ = 90 ° 0.80

D2 / D1 = 0,80 0.05 Tee

D2 / D1 = 0,50 0.07 línea de flujo 0,30-0,40

D2 / D1 = 0,20 0.08 Flujo rama 0,75-1,80

De expansión súbita Cruzar

D2 / D1 = 0,80 0.16 línea de flujo 0.50

D2 / D1 = 0,50 0.57 Flujo rama 0.75

D2 / D1 = 0,20 0.92 45 ° Wye

De expansión cónico línea de flujo 0.30

D2 / D1 = 0,80 0.03 Flujo rama 0.50

D2 / D1 = 0,50 0.08

D2 / D1 = 0,20 0.13



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14.1 Propiedades de los líquidos comunes

análisis transitorio hidráulico requiere la gravedad específica correcta, viscosidad cinemática y presión de vapor. Los líquidos siguiente tabla muestra los contenidos en la librería HAMMER: liquids.xml (un archivo de texto editable). Si la temperatura de su líquido difiere de las entradas de tabla disponibles, seleccione el que más cercano o interpolar entre valores de la tabla.

Tabla 14-13: propiedades líquidas

Líquido WaterCAD biblioteca?

Gravedad específica

Viscosidad cinemática (m2 / s)

Presión de vapor (m)

Agua a 4ºC (39ºF) Sí 1,000 1,5656 (10) -6 -10.25

El agua a 10ºC (50ºF) 1.001 1.344 (10) -6 -10.21

Agua a 15.6ºC (60ºF) 1,000 1.123 (10) -6 -10.15

El agua a 20ºC (68ºF) Sí 1,000 1.004 (10) -6 -10.09

Agua a 54.0ºC (130ºF) 0,988 5.160 (10) -7 -8.72

Agua a 160ºC (320ºF) 0,909 -999 52.7

Alcohol etílico a 20ºC (68ºF) Sí 0,790 1.500 (10) -6 -999

El tetracloruro de carbono a 20ºC (68ºF)

Sí 1.590 6.000 (10) -7 -999

Kerosene a 20ºC (68ºF) Sí 0,810 2.370 (10) -6 -999

Mercurio a 20ºC (68ºF) Sí 13.550 1.200 (10) -7 -999

Mercurio a 38ºC (100ºF) 13.600 1.100 (10) -7 -999

SAE 10W a 38ºC (100ºF) Sí 0,870 4.100 (10) -5 -999

SAE 10W-30 a 38ºC (100ºF) Sí 0,880 7.600 (10) -5 -999

SAE 30 a 38ºC (100ºF) Sí 0,880 1.100 (10) -4 -999

SAE 30 a 54ºC (130ºF) 0,908 4.750 (10) -5 -999

agua de mar a 10ºC (50ºF) Sí 1.030 1.400 (10) -6 -999

Freon a 21ºC (70ºF) 1.430 2.950 (10) -7 -999

Glicerina a 20ºC (68ºF) Sí 1.260 5.100 (10) -4 -999

Glicerina a 38ºC (100ºF) 1.260 1.760 (10) -4 -999

El glicol de propileno a 21ºC (70ºF)

1.038 1.5.200 (10) -5 -999

El ácido clorhídrico (31,5%) a 20ºC (68ºF)

1.050 1.900 (10) -6 -999

El ácido sulfúrico (100%) a 20ºC (68ºF)

1.830 1.460 (10) -5 -999

Gasolina a 16ºC (60ºF) 0,710 6.700 (10) -7 -999



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Gasolina a 38ºC (100ºF) 0,710 5.550 (10) -7 -999

Kerosene a 38ºC (100ºF) 0,800 2.000 (10) -6 -999

solución de 60 Brix sacarosa a 21ºC (70ºF)

1.290 4.970 (10) -5 -999


1.290 1.870 (10) -5 -999


1,350 3.640 (10) -4 -999


1,350 8.660 (10) -5 -999

Leche a 20ºC (68ºF) 1,035 1.130 (10) -6 -999

Melaza a 38ºC (100ºF) 1.475 5.500 (10) -3 -999

Nota: Las unidades que se muestran en la tabla corresponden a las unidades en el archivo de biblioteca liquids.xml.

Los valores de la tabla anterior se toman de los archivos de la biblioteca de ingeniería WaterCAD / WaterGEMS y de las Tablas 6, 7 y 8 en el Manual de la bomba (Karassik, 2001).

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