Obturación de tuberías de agua mediante balones hinchables
Obturar un flujo de agua en una tubería a presión es un reto técnicamente complejo: presión estática, presión dinámica y efectos derivados (picos, golpe de ariete, resonancias, etc.) se aúnan para conformar un entorno complejo que hay que conocer. Los riesgos que un conducto a presión presenta son independientes de aquellos derivados de la composición del fluido, pero la presión y la velocidad generan una energía potencial que puede causar problemas serios. La experiencia de Grupo Torre permite actuaciones en situaciones complejas, con resultados absolutamente satisfactorios.
Notas técnicas
La obturación de una tubería en servicio precisa definir muy bien cuáles son los parámetros que intervienen en dicha tubería. Por una parte tenemos una presión estática, derivada de la presión de impulsión del fluido (bomba, por gravedad, etc.) y por otra parte tenemos la presión dinámica, consecuencia de la velocidad de la vena liquida. La primera es relativamente fácil de identificar, pero la segunda presenta una problemática distinta. Una vena de fluido es una masa en desplazamiento, y la energía cinética que posee es función de la velocidad de la misma. La relación es con el cuadrado de la velocidad, con lo que a medida que incrementamos la velocidad la presión dinámica se dispara. Pero, además, tenemos las consecuencias derivadas de dicha energía, como los picos de presión, golpes de ariete, ondas de choque, fenómenos de resonancia, etc. que complican fuertemente la operación.
A diferencia de la obturación de conductos de gas, cuya mayor complicación deriva de la inflamabilidad del mismo, en el caso del agua tenemos una masa circulando por la tubería que resulta 1.300 veces mayor que un gas, y como que la energía es función de la velocidad, pero también de la masa, aquí tenemos la causa de las complicaciones de este tipo de operaciones.
Asimismo, el agua es un fluido incompresible y esto empeora las cosas cuando se presentan fenómenos del tipo comentado anteriormente. Un fluido compresible, gas, amortigua las apariciones de incrementos de presión porque se comprime, pero el agua no, y los transmite íntegramente y sin desfase.
Los flujos de líquidos tienen estados distintos, pero básicamente podemos hablar de flujos laminares i turbulentos. Los primeros representan un régimen “ordenado” y esto los hace más fácilmente previsibles en cuanto a sus reacciones, pero los segundos representan estado desordenado y su comportamiento es más complejo y menos previsible.
Por lo que hemos hablado, podemos establecer que en sistemas estáticos (tuberías con agua a presión pero no circulando) los trabajos de obturación son relativamente poco complicados, pero en los sistemas vivos (agua en circulación) las operaciones se vuelven complejas.
La presión dinámica que genera un flujo, debe sumarse a la estática y por ello llegamos a valores elevados, que resultan difíciles de manejar.
En el caso de una tubería con agua en circulación, con una variación de velocidad entre 0 y 1,2 m/s, tenemos una curva de variación de la presión estática como figura a continuación:
A título de ejemplo en una tubería de 300 mm, con una presión de 4 bar y una velocidad de 0,8 m/s, tenemos 3,2 bar adicionales, lo que nos hace una presión de esfuerzo total de 7,2 bar. Relacionándolo con la sección de tubería que tenemos, nos enfrentamos a una fuerza de más de 5 Tm, que es la que deberá soportar un sistema de obturación.
En el caso de aparición de fenómenos de incremento de presión accidentales, como por ejemplo golpes de ariete, los estudios empíricos demuestran que se pueden alcanzar valores de 3 y 4 veces fácilmente. Esto nos lleva a picos de mas de 15 o 20 bar de presión y los esfuerzos suben a más de 15 Tm …
La obturación con tecnología Torre®
Grupo Torre ha desarrollado todo un conjunto de tecnologías que le han permitido llevar a cabo operaciones de obturación en condiciones y para fluidos distintos mediante sistemas de balones hinchables de altas prestaciones. Se están realizando operaciones de balonamiento en redes de agua hasta 6 bar y velocidades de hasta 1 m/s.
Los rasgos más importantes de las tecnologías que ha desarrollado Grupo Torre están en el cuidado análisis de muchas situaciones encontradas, el cuidado análisis de datos recogidos y las pruebas exhaustivas realizadas en el propio circuito de pruebas a escala real que Grupo Torre diseñó e instaló en su factoría.
Aspectos técnicos
Los esfuerzos a que están sometidos, o pueden estar sometidos, los elementos de una operación de obturación demandan dimensionados de materiales que producen un peso considerable de los mismos. Un diseño poco afinado puede producir elementos difíciles de manejar. Grupo Torre ha prestado gran atención en el diseño de sistemas mecánicos, con el fin de que su operación sea abordable por cualquier operario.
Atendiendo a los aspectos críticos de tales operaciones, se han desarrollado distintos tipos de diseño de balones para poder adaptarse a distintas situaciones. Independientemente de la resistencia a la presión a soportar y a la de hinchado de los balones, se han tenido en cuenta la selección de materiales, para conseguir los coeficientes de rozamiento óptimos, junto con las resistencias por frotamiento que deberán soportar dichos balones.
Las estructuras de los balones son distintas en función de su aplicación. Depende, entre otros, de la relación entre presión estática y dinámica. A nivel de presión estática podemos llegar a disponer de balones con capacidad para soportar presiones de muchas decenas de bar, mientras que a nivel de presión dinámica debemos echar mano de otro tipo de balones que nos permite llegar hasta velocidades del orden de 1 m/s. Pero todas estas posibilidades se encajan dentro de un conjunto de elementos que concurren en una operación y que hacen factible llevarla a cabo.
Hay otras consideraciones a hacer como por ejemplo la de garantizar el suministro. En este caso utilizamos elementos de toma en carga Torre® para formar un “by-pass” de diámetro suficiente como para garantizar un caudal de suministro adecuado.
Procedimiento
La operación de obturación que realiza Grupo Torre empieza con medición estricta y a lo largo de varios minutos de la velocidad de la corriente, mediante sistemas de ultrasonidos que permiten estas mediciones sin tener que invadir la tubería.
En casos muy específicos, en los que se pueda entrever la posibilidad de severas condiciones de incrustaciones en la tubería, se practica una inspección visual mediante cámara video endoscópica que se introduce a través de la misma toma en carga que se utiliza para medir la presión.
Toda la información recogida de estas observaciones nos permite definir las condiciones de trabajo y los elementos a utilizar.
Una vez instalado el “by-pass” se procede con la instalación de las tomas especiales para introducción de balones. Llegados aquí debemos recalcar que Grupo Torre lleva a cabo siempre un doble balonamiento por cada lado del punto que debe dejarse libre de agua para los trabajos de inserción o sustitución. Aún y cuando con un solo balonamiento se puedan obtener condiciones de seguridad aceptables, no aceptamos el más remoto riesgo de que un balón pudiera sufrir algún inconveniente y ser arrancado: en un conducto a una presión, por ejemplo, de 4 bar un reventón en el sistema de obturación puede producir un “disparo” de agua que podría resultar fatal para los operarios dentro de la zanja. Así pues, las operaciones llevadas a cabo por Grupo Torre conllevan doble balonamiento para cada parte.
Tiempos y facilidad de trabajo
El sistema de balonamiento Torre® tiene una particularidad exclusiva: el equipo de lanzamiento del balón dentro de la tubería, que resulta bastante voluminoso, no queda instalado una vez colocado e hinchado el balón, sino que es retirado, dejando la toma y el portabalones cerrados y con los elementos de medición de presiones (de la tubería y de hinchado del balón) en funcionamiento para monitorizar el buen funcionamiento de todo. Esta particularidad hace que una vez los cuatro balones instalados e hinchados la zanja queda libre de cualquier aparato que estorbaría los trabajos a realizar sobre la tubería.
Toda la operación de obturación, completa considerando incluso el desmontaje de los balones, y la facilidad de los trabajos sobre la tubería por ausencia de estorbos dentro de la zanja hacen que un trabajo completo de inserción o sustitución tenga una reducción de tiempo de más del 30% respecto de otras soluciones. Si consideramos una operación llevada a cabo por cierre de un sector, entonces tenemos la ventaja añadida de la ausencia de interrupción de suministro con las consiguientes molestias a usuarios, y la una pérdida de agua mucho menor al tratarse de vaciar un tramo muy corto de tubería (no más de 6 o 7 m) frente al vaciado de todo un tramo de red entre dos válvulas de sector.
Grupo Torre ha desarrollado y aplica regularmente sus tecnologías de obturación de flujo en redes de agua, constituyendo un adelanto tecnológico importante en lo que respecta a seguridad y rapidez, a la vez que disminuye el tiempo de operación y las molestias a usuarios.