El aire llena totalmente los conductos cuando se ponen en servicio por vez primera o cuando han sido vaciados por cualquier causa. En estos casos la cantidad de aire que se debe de evacuar es muy grande y por tanto es una operación delicada sobre todo por la velocidad que puede alcanzar el agua durante la operación de llenado de la tubería.
Por otra parte, en el funcionamiento normal de una instalación, el aire puede introducirse en las conducciones con la puesta en marcha de la bomba y por el proceso de succión en los vórtices formados durante la aspiración.
Existe una fracción de aire que viaja disuelto en el agua. El contenido de aire disuelto en el agua depende sobre todo de la presión y la temperatura. A mayor presión el contenido de aire disuelto en el agua es mayor. A mayor temperatura, el contenido de aire disuelto disminuye.
En los cambios de pendientes de las conducciones se producen alteraciones de la presión dentro de las mismas, lo que hace que pueda liberarse aire disuelto con la consiguiente formación de bolsas de aire. Esto es particularmente importante en impulsiones donde la presión va disminuyendo progresivamente a lo largo de la conducción.
Una vez que la instalación está en funcionamiento las bolsas de aire se desplazan por la tubería y se acumulan en las zonas más elevadas y a lo largo de accesorios y derivaciones.
Las bolsas de aire y el aire disuelto en el agua pueden ocasionar los siguientes inconvenientes en las conducciones:
- Roturas de las tuberías debido a sobrepresiones o incluso a depresiones.
- Limitación parcial o total de la circulación del agua.
- Pérdidas de la eficiencia del sistema y aumento de costes.
- Cavitación en accesorios (válvulas, hidrantes y reguladores de presión)
- Inexactitud en las mediciones de caudal y desgaste de partes móviles de contadores.
Para evitar los problemas que genera el aire en las conducciones se utilizan unas válvulas de aire denominadas ventosas.
Fig. 1 Durante el proceso de llenado de una tubería siempre se acumularán en los puntos altos bolsas de aire. Estas bolsas, debido a la presión del agua que va llenando la tubería, se desplazan en sentido contrario y a gran velocidad. El aire que queda atrapado en la parte alta, al perder esa velocidad, aumenta su volumen, provocando un estrangulamiento de la vena líquida que impide por completo, en algunos casos, la circulación del agua. Además la gran comprensibilidad del aire puede ocasionar daños importantes en la instalación si no se toman medidas para evacuarlo.
Tipos de ventosas
Las ventosas son dispositivos automáticos que permiten el paso del aire desde la tubería a la atmósfera o desde la atmósfera a la tubería.
Fig. 2 Válvulas ventosas. El aire es expulsado a la atmósfera a través de las toberas o conductos superiores. Asimismo a través de estos mismos conductos puede penetrar el aire en el interior.
a) Ventosas de pequeño orificio de salida
Se denominan también purgadores, ventosas de alta presión o de efecto automático.
Tienen un orificio de salida de aire de pequeño diámetro (no más de 25 mm) y su función es evacuar las pequeñas burbujas que se liberan durante el normal funcionamiento de la instalación, por tanto, evacuan pequeñas cantidades de aire.
Se componen de una boya o flotador que es empujado por el agua de la tubería que llega a la válvula. Durante la operación normal del sistema, pequeñas cantidades de aire van entrando y se van acumulando en la parte inferior de la válvula lo cual hace descender el flotador saliendo el aire al exterior. El peso del flotador es superior a la fuerza que produce la presión sobre el orificio de salida.
Los purgadores sólo permiten la salida del aire, no la entrada.
Fig. 3 Funcionamiento de un purgador: cuando se acumula aire en el interior de la cámara de la válvula el flotador desciende y permite su salida al exterior. No permiten la entrada de aire en el interior de la conducción. (Del catálogo BERMAD izquierda e IRUA derecha)
b) Ventosas de gran orificio de expulsión y de admisión de aire
Se denominan también de efecto cinético o de baja presión. Están especialmente diseñadas para evitar un cierre anticipado, realizando por tanto una eficaz expulsión del aire. Si la ventosa no es cinética puede cerrarse anticipadamente y como consecuencia quedarían en el interior de la tubería bolsas de aire.
Las ventosas de efecto cinético tienen un orifico de grandes dimensiones, de 25 a 400 mm de diámetro, de manera que permite la salida de grandes cantidades de aire cuando la instalación se está llenando y, así mismo, la entrada de grandes cantidades de aire cuando la tubería se vacía ya sea voluntaria o accidentalmente como consecuencia de tareas de mantenimiento, reparación o roturas. Algunos modelos, como veremos más adelante, están además especialmente indicados para controlar los golpes de presión tanto positivos como negativos que puedan producirse.
Fig. 4 Funcionamiento de una ventosa de expulsión-admisión. Estas ventosas son utilizadas en las operaciones de llenado y vaciado de las conducciones. Mientras la instalación se encuentra bajo presión no funcionan. (Izquierda catálogo BERMAD y derecha catálogo IRUA)
Estas válvulas por tanto sólo funcionan cuando no existe presión hidráulica dentro de la tubería.
c)Ventosas trifuncionales
Llamadas también de doble propósito, de doble efecto o de doble orificio.
Son una combinación de las anteriores, de manera que combinan en un solo cuerpo o en dos, las funciones descritas para los tipos anteriores. Se denominan trifuncionales porque son capaces de realizar las tres funciones ya vistas, y que son:
- Evacúan el aire de las tuberías en el momento del llenado.
- Purgan pequeñas cantidades de aire cuando la red está bajo presión.
- Permiten la entrada de aire en el momento del vaciado de la red.
Fig. 5 Ventosa trifuncional y esquema de cada una de las tres funciones (catálogo IRUA)
Tabla 2: “Comparativa de las características de las ventosas estándar”
d) Ventosas anti-ariete
Son válvulas de gran capacidad de aireación que, durante el llenado de la tubería o tras la fase de depresión de un transitorio, cuando regresa la onda de sobrepresión, permiten la salida de grandes masas de aire de la tubería y posteriormente la salida de agua, realizando a continuación un cierre gradual para aminorar los efectos de la presión. Como la válvula continúa descargando agua después de haber extraído todo el aire de la tubería, se evita el cambio de velocidad repentino y por tanto se atenúa el golpe de presión, no produciéndose un golpe de ariete inducido.
Estas ventosas tienen también una capacidad de admisión de aire mucho mayor que las ventosas convencionales utilizadas para el llenado y vaciado de tuberías.
Fig. 6 Ventosa anti-ariete de efecto dinámico. Cuando la tubería se encuentra vacía están cerradas actuando sólo en el caso de golpes de presión tanto positiva como negativa (catálogo REGABER)
Ubicación de las ventosas
La localización de las ventosas se realizará según el perfil longitudinal que presente la instalación. Se instalarán ventosas en todos los puntos altos de la conducción y válvulas de desagüe en los puntos bajos para facilitar el vaciado de la misma.
REGABER da las siguientes recomendaciones sobre dónde ubicar las ventosas:
1) Puntos en que la línea de corriente varía respecto a la línea piezométrica (tanto incrementando como disminuyendo la pendiente): doble efecto (trifuncionales).
2) Puntos elevados de la tubería (arqueta-válvula): doble efecto (trifuncionales).
3) Ramales largos de pendiente uniforme: doble efecto (trifuncionales) cada 500 a 1000 metros.
4) Salida de los grupos de bombeo: efecto cinético (gran orificio) en un punto alto antes de la válvula de retención.
5) A la entrada de instrumentos de medición (contadores): doble efecto (trifuncionales).
6) A la salida de válvulas reductoras de presión: efecto automático (purgadores).
7) Reducciones del diámetro de la tubería: efecto automático (purgadores).
8) Cabezales de filtración: doble efecto (trifuncionales) en un punto alto.
Fig. 7 Ventosa de doble efecto en un punto elevado en una instalación de riego por goteo. La función principal de esta ventosa es permitir la entrada de aire en la conducción una vez ha finalizado el riego para evitar el efecto “succión” de los goteros y que penetre partículas que puedan ocasionar obstrucciones en los mismos.
Autor:
Profesor en Universidad Internacional de Riego
