Eficiencia Gravitacional

Tomás Olivares V.
Jefe de Ingeniería y Desarrollo en BFS Chile

Chile tiene una geografía privilegiada en cuanto a montañas se refiere. Esta particularidad de nuestro territorio nos entrega grandes ventajas, a la vez que nos plantea desafíos en el transporte de agua de un lugar a otro.

Una forma muy utilizada es hacerlo de manera gravitacional, desde un punto alto, como un cerro, hasta una localidad o faena en un nivel más bajo. Este tipo de solución es simple, pero tiene complejidades que debemos estudiar pues un mal diseño redundará en pérdidas en el sistema.

Si consideramos además que como país estamos en una situación de estrés hídrico, se hace relevante pensar y trabajar para minimizar las pérdidas de agua y llevar al máximo el caudal de estas estructuras para un aprovechamiento eficiente.

Presurizado y seguro

Al conceptualizar el transporte de agua de manera gravitacional, la primera gran decisión es si el sistema será despresurizado o presurizado. Ambas opciones tienen sus ventajas y desventajas. Aquí nos centraremos únicamente en la segunda alternativa.

Ante grandes diferencias de altura, como ocurre en el territorio chileno, las presiones del sistema de agua pueden aumentar de modo considerable, por lo que se deben regular mediante estaciones reductoras en serie, para construir un sistema seguro y sin roturas, tanto en régimen dinámico como estático. Dichas estaciones pueden estar compuestas de una sola válvula reductora del tipo proporcional, o ser sistemas completos prearmados con conexionado rápido para la instalación móvil de las mismas, e incluyen tanto sus equipos de corte, como válvulas de venteo y alivio de presión.

Sin embargo, la sola regulación de presión no es suficiente para desarrollar un sistema eficiente. También es necesario gestionar adecuadamente el aire para no generar pérdidas de energía que disminuyan el caudal máximo a transportar. El aire al ser liberado puede ir quedando atrapado en diferentes puntos de la tubería, lo que produce pérdidas locales que pueden ser pequeñas o muy significativas. Al no existir una fuente de energía distinta a la diferencia de altura, todas aquellas singularidades no consideradas en el sistema disminuirán el caudal transportado.

Es crucial tener un diseño correcto en cuanto a válvulas de venteo, tanto en el tipo, como en ubicación, tamaño y capacidades. El uso de válvulas trifuncionales o combinadas, que son capaces de eliminar el aire durante los procesos de llenado, vaciado y durante la operación presurizada, es fundamental para operar en estas tres condiciones. Un diseño inadecuado no logrará mitigar pérdidas a lo largo de la línea y puede causar otros problemas, como fugas de agua en el punto de instalación del equipo.

Equipos diseñados para agua muy limpia pueden tener problemas si se someten a fluidos con sólidos suspendidos y, al taponearse, perder su efectividad sacando el aire y goteando por el mal cierre de los flotadores. Por ello, la elección de las tecnologías más adecuadas debe considerar, entre otras variables, el tipo de uso, los materiales, las capacidades operativas con fluidos con sólidos suspendidos, el lugar de ubicación y el tipo de operación.

Adicionalmente, como medida de seguridad, es posible utilizar válvulas de control que actúan ante roturas de tuberías en el sistema. Estos equipos se cierran cuando existen rupturas en la línea, ya que detectan un aumento inusual del caudal por sobre el normal de operación. Esto permite sectorizar grandes líneas gravitacionales y minimizar las posibles pérdidas de agua ante un evento de rotura.

Mantenimiento

El mantenimiento de los equipos también es un factor importante. Todo dispositivo mecánico es propenso a fallas, por lo que se debe revisar periódicamente. La frecuencia de ejecución de esta tarea dependerá del tipo de aplicación. La falta de mantención puede causar problemas como pérdidas de agua (roturas o mal cierre de los equipos), reducción de eficiencia en la operación o fallas totales. Por ejemplo, si las válvulas de aire no funcionan como corresponde, se podrían producir disminuciones del caudal transportado.

Es relevante entonces que, si se busca hacer un uso eficiente y sustentable del recurso hídrico, las empresas consideren todas estas variables a la hora de elegir un equipo.

Todas las tecnologías antes mencionadas permiten una gestión del agua óptima, segura y que maximiza su aprovechamiento, independiente de la industria en la cual se implementen. En BFS llevamos más de 25 años asesorando, capacitando y entregando tecnologías de control de flujo que han evolucionado con la industria chilena, y han permitido complementar y mejorar el diseño y funcionamiento de muchos proyectos que han beneficiado a numerosas empresas y comunidades. 

Artículo publicado en InduAmbiente nº 189 (julio-agosto 2024), páginas 34 a 35.