Selección de válvulas de retención sin golpe para impulsiones de bombeo

Las válvulas de retención de clapeta estándar fallan en las impulsiones de bombeo porque cierran demasiado tarde. A medida que la bomba decelera tras un disparo, el flujo en la impulsión se ralentiza y luego se invierte. Un disco de clapeta se mueve con el flujo inverso, se acelera antes de golpear el asiento a velocidad. La transitoria de presión resultante puede ser muchas veces la presión de trabajo en estado estacionario y puede fracturar juntas de tuberías, partir accesorios y dañar la propia válvula de retención. La respuesta correcta es una válvula que cierre antes de que se haya desarrollado un flujo inverso significativo.

Cómo ocurre el golpe

Cuando el caudal de la bomba se reduce, la columna de agua en la impulsión continúa decelerando debido a la gravedad y la fricción. En el período entre el disparo de la bomba y el cierre del disco, la columna se invierte: el agua fluye hacia atrás a través de la válvula de retención. El disco se acelera en este flujo inverso, ganando impulso, antes de golpear el asiento a velocidad. El impacto genera una onda de presión que viaja hacia arriba por la impulsión.

La gravedad del golpe depende de la velocidad del flujo inverso en el momento del cierre. Esto está determinado por el perfil de la tubería, la presión estática, la constante de tiempo de la combinación bomba-motor y la proximidad de la válvula de retención a la bomba. En conducciones largas y pendientes pronunciadas, las velocidades inversas al cierre pueden ser lo suficientemente altas como para producir presiones transitorias muy por encima de la presión nominal de la tubería. Las válvulas de clapeta estándar sin resorte no tienen mecanismo para cerrar antes de que se desarrolle el flujo inverso.

Diseño axial de resorte: DN50 a DN350

Las válvulas de retención sin golpe de resorte utilizan un resorte coaxial para mantener el disco en posición casi cerrada durante la deceleración de la bomba, de modo que el disco llega al asiento antes de que se haya desarrollado un flujo inverso significativo. Cuando comienza el flujo de la bomba, el disco se abre contra el resorte; cuando el caudal cae, el resorte cierra el disco progresivamente en lugar de esperar a que el flujo inverso lo empuje. El cierre es suave y la velocidad del disco al asentar es baja.

Para DN50 a DN350, el diseño axial de resorte es suficientemente compacto para caber en un carrete con bridas estándar. No se requieren tuberías externas ni conexiones piloto. La constante del resorte puede especificarse para la presión de apertura requerida, que debe coincidir con el caudal mínimo esperado de la bomba en servicio continuo para evitar un cierre parcial no deseado en condiciones de bajo caudal.

La pérdida de carga es mayor que una válvula de clapeta a pleno caudal porque el disco coaxial crea más obstrucción que un disco apartado. Para la mayoría de las aplicaciones de impulsión esta penalización es aceptable. En impulsiones muy largas donde el coste de energía de bombeo domina el coste total de vida, puede justificarse un cuerpo de mayor tamaño para una menor velocidad.

Válvulas de boquilla: DN400 a DN1200

Para DN400 y superior, el disco axial de resorte se vuelve impracticable: la fuerza del resorte necesaria para cerrar un disco grande a velocidad segura es demasiado alta para mantener una baja pérdida de carga. Las válvulas de boquilla utilizan una geometría diferente. Un cuerpo con forma de boquilla contrae el flujo a través de una sección venturi, y un disco cónico en un vástago guía central cierra contra la garganta de la boquilla.

La geometría venturi convierte la energía cinética en recuperación de presión aguas abajo del disco, produciendo una pérdida de carga total menor que cualquier otro diseño de válvula de retención. Combinado con un resorte de cierre ligero, el disco cierra suavemente a medida que el flujo decelera sin esperar el flujo inverso. El resultado es un rendimiento sin golpe con un coeficiente de pérdida de carga menor que una válvula de clapeta bien diseñada, lo que es valioso en grandes conducciones donde los costes de energía de bombeo a lo largo de 30 años de vida útil son significativos.

La instalación debe prever la dimensión cara a cara extendida del cuerpo de boquilla, que es más larga que un carrete con bridas estándar del mismo diámetro. La válvula debe instalarse en un eje horizontal o ligeramente inclinado hacia arriba para permitir el drenaje al parar la bomba.

Requisitos de instalación

Las válvulas de retención sin golpe deben instalarse lo más cerca posible de la descarga de la bomba: dentro de cinco a diez diámetros de tubería es ideal. Cuanto más lejos esté la válvula de la bomba, más tiempo tiene el flujo inverso para desarrollarse antes de que cierre el disco.

Se requiere un mínimo de cinco diámetros de tubería recta aguas arriba para evitar que el torbellino alcance el disco. Los codos, tés y válvulas de aislamiento parcialmente abiertas dentro de esta distancia crearán perfiles de velocidad no uniformes que provocarán aleteo del disco durante la operación a bajo caudal, fatiguando eventualmente la guía del disco o el resorte.

La válvula debe ser capaz de cerrarse completamente contra la presión máxima de retorno que el sistema puede imponer, incluida la presión estática de la impulsión a la altura total de la columna. Especifique al fabricante la presión diferencial máxima al cierre, ya que la selección del resorte debe acomodar esta carga.