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El aire atrapado es uno de los problemas más comunes y menos visibles en una línea de agua. Se esconde en puntos altos, se acumula detrás de válvulas cerradas y aparece como tuberías ruidosas, medidores de flujo que saltan y bombas que trabajan más de lo debido. Una válvula de alivio de aire para una línea de agua se ocupa de todo automáticamente, liberando el aire acumulado mientras la línea está bajo presión y dejando que el aire vuelva a entrar cuando la línea se drena. Esta guía reúne lo que hemos aprendido como fabricante de válvulas sobre cómo funcionan estas válvulas, cómo dimensionarlas e instalarlas y cómo mantenerlas confiables.
Por qué se acumula aire en una línea de agua presurizada
Los modelos hidráulicos rara vez muestran aire, pero el aire siempre está ahí. Una parte ingresa mientras se llena la línea, otra sale de la solución cuando cambia la presión o la temperatura, y otra parte ingresa a través de la succión de una bomba que funciona a poca profundidad. Vale la pena conocer los puntos de entrada habituales, porque cada uno conduce a una decisión de ubicación y tamaño diferente.
- Llenado y puesta en servicio. A medida que el agua avanza a través de una tubería nueva o recientemente drenada, comprime el aire que tiene delante hacia los puntos más altos del perfil.
- Vórtices de succión de bombas. La baja inmersión o una entrada de succión de gran tamaño permiten que la bomba extraiga aire de la superficie del pozo húmedo.
- Aire liberado de la solución. El agua fría retiene más aire disuelto que el agua tibia, y una caída de presión hace que el aire aparezca como burbujas.
- Aspirar durante el drenaje o el apagado. Cuando una bomba se detiene o se vacía un punto bajo, la columna de agua puede separarse y crear un vacío parcial.
- Separación de columnas después de una oleada. El cierre rápido de la válvula o el disparo de la bomba desgarra la columna, dejando cavidades de vapor que colapsan momentos después.
Una vez que se acumula el aire, las consecuencias se multiplican. Una cavidad en un punto alto reduce la sección transversal efectiva de la tubería, por lo que el mismo flujo cuesta más energía. Las burbujas confunden a los medidores, provocan lecturas de presión erráticas y provocan ciclos innecesarios de la bomba. Cuando una bolsa finalmente se suelta, puede golpear una curva o una válvula cerrada y producir el pico de presión que llamamos golpe de ariete.
Cómo funciona una válvula de alivio de aire para una línea de agua
Dentro de casi todas las válvulas de aire se encuentra un flotador, un asiento y uno o dos orificios. Con agua en el cuerpo, el flotador sube y cierra el orificio. Cuando llega el aire, el nivel del agua baja, el flotador baja y el aire se escapa. Ese mecanismo simple admite tres trabajos distintos y comprenderlos es la clave para elegir la válvula correcta.
- Liberación de aire continua. Un pequeño orificio, normalmente de sólo unos pocos milímetros de diámetro, purga el constante chorro de aire que sale de la solución durante el funcionamiento normal, mientras la línea permanece a plena presión de trabajo.
- Servicio de aire y vacío. Un gran orificio se abre ampliamente cuando la línea está casi vacía, expulsando el gran volumen de aire durante el llenado y admitiendo aire lo suficientemente rápido como para evitar el vacío cuando la línea se drena.
- Deber combinado. Un cuerpo lleva un orificio pequeño y uno grande, razón por la cual las válvulas combinadas son la opción predeterminada en la mayoría de las líneas de agua municipales e industriales.
La ruta de descarga es tan importante como el flotador. Una válvula sin un dispositivo antigolpes puede volver a asentarse con fuerza cuando el aire a alta velocidad es seguido por agua, y el impacto resultante puede agrietar un cuerpo o dañar un flotador. Los diseños antigolpes aceleran la acción de cierre y valen la pena el costo adicional dondequiera que las velocidades del flujo sean altas.
Comparación de las configuraciones de la válvula de aire principal
| Configuración | Función primaria | Tamaño típico del orificio | Más adecuado para |
|---|---|---|---|
| Liberación de aire por orificio pequeño | Ventila pequeños volúmenes de aire continuamente a presión de línea completa. | 1,5 a 3 milímetros | Cabezales de descarga de bomba y red largos |
| Aire y vacío de orificio grande | Expulsa y admite grandes volúmenes de aire durante el llenado y drenaje. | 25 a 100 milímetros | Puntos altos y puntos donde se puede formar vacío. |
| Combinación, doble orificio | Ambas funciones en un solo cuerpo | Pequeño y grande | La mayoría de las líneas municipales de agua y bomberos |
| Combinación con dispositivo anti-golpe | Servicio combinado con cierre estrangulado del orificio grande | Pequeño y grande, throttled | Líneas de alta velocidad con un historial de daños por oleadas |
Dimensionamiento, materiales y estándares.
El dimensionamiento comienza con dos números: la tasa de llenado o drenaje que debe manejar el orificio grande y el volumen de aire disuelto que debe ventilar el orificio pequeño. Los fabricantes publican curvas de capacidad para ambos, y el orificio grande normalmente tiene un tamaño tal que la velocidad del aire a través de la descarga se mantiene dentro de límites seguros. Seleccionar únicamente por el tamaño de la tubería es el error más común que vemos en las consultas.
Para el servicio de agua, el cuerpo suele ser de hierro dúctil con un revestimiento epóxico adherido por fusión aprobado para agua potable, mientras que el flotador, el asiento y la moldura interna son de acero inoxidable. Las juntas suelen ser de EPDM o NBR, dependiendo de la calidad del agua y de los residuos de desinfección. Las clasificaciones de presión PN10 y PN16 cubren la mayoría de los trabajos de distribución y transmisión, y estándares como AWWA C512 y EN 1074-4 definen las pruebas de rendimiento que un proveedor serio debería poder documentar. En el caso del trabajo municipal de larga duración, también vale la pena planificar décadas de servicio, un tema que abordamos en nuestras notas sobre Cómo contribuyen las válvulas de hierro dúctil a los sistemas de agua municipales .
Instalación y aislamiento
La ubicación decide si una válvula de aire hace su trabajo o simplemente tiene fugas. Las ubicaciones clásicas son los puntos más altos del perfil, el lado de descarga de una bomba justo después de la válvula de retención, tramos horizontales largos por donde puede viajar el aire y el lado aguas arriba de cualquier válvula que aísle una sección. En tuberías ascendentes, es una práctica común instalar una válvula de aire cada 300 a 500 metros de recorrido horizontal.
La descarga debe ventilarse a la atmósfera por encima del suelo cuando sea posible, por encima del nivel de inundación local y lejos de los pasillos, de modo que el aire que se escapa y el rocío ocasional no creen ningún peligro. Debajo de la válvula de aire, instale una válvula de aislamiento para que el trabajo de servicio nunca requiera drenar toda la tubería principal, lo que convierte un trabajo de un día completo en uno de veinte minutos. Una válvula de compuerta con asiento elástico proporciona un cierre hermético exactamente para esta tarea y se mantiene bien en cámaras enterradas.
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Las válvulas de aire y la protección contra sobretensiones son socios, no alternativas. La válvula de aire evita que se forme vacío y permite que la línea se rellene suavemente, mientras que la válvula de retención en la descarga de la bomba controla el flujo inverso que sigue a un disparo y limita la gravedad del aumento. En líneas que han sufrido separación de columnas, generalmente recomendamos una válvula de retención con silenciador o de cierre lento, que amortigua la acción de cierre y suaviza la onda de presión que regresa a la bomba. Cuando una línea es larga y las velocidades son altas, encargar un análisis de sobretensiones antes de pedir las válvulas es dinero bien invertido.
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Una vez que el aire está bajo control, el siguiente riesgo en una línea de agua larga es la sobrepresión. Las válvulas sostenedoras y de alivio mantienen una presión mínima aguas arriba para el sistema aguas abajo y descargan el exceso de presión cuando sube, mientras que las válvulas reductoras de presión mantienen una zona de distribución a una altura constante. A menudo se ubican en la misma cámara que la válvula de aire, compartiendo la válvula de aislamiento y la disposición de drenaje, por lo que especificar la presión nominal, el punto de ajuste y la capacidad de alivio junto con el funcionamiento de la válvula de aire evita modificaciones difíciles en el futuro.
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Una válvula de aire es un dispositivo que requiere poco mantenimiento, pero no está exento de mantenimiento. El orificio pequeño suele fallar primero, porque las incrustaciones, los depósitos de hierro y la biopelícula bloquean fácilmente una abertura de sólo un par de milímetros de ancho. Una válvula que ha dejado de ventilar a menudo no está rota, sólo está sucia.
Una sencilla rutina anual
- Inspeccione la válvula al menos una vez al año y más a menudo en agua cruda o agresiva.
- Aíslelo, retire el capó y luego limpie el orificio y el asiento con un cepillo suave.
- Compruebe el flotador en busca de abolladuras, corrosión o entrada de agua y renueve los sellos.
- Confirme el movimiento del flotador libre, luego vuelva a abrir la válvula de aislamiento lentamente y verifique si hay fugas.
- Registre cada falla, porque los bloqueos recurrentes generalmente indican un problema de calidad del agua aguas arriba.
En climas helados, proteja tanto el cuerpo como la descarga del hielo, y nunca tape una descarga para detener un goteo, ya que una descarga bloqueada convierte una fuga menor en un problema de presión.
Las válvulas de alivio de aire son pequeñas, económicas y fáciles de pasar por alto, pero deciden qué tan silenciosa, eficiente y segura funciona una línea de agua. Si se consigue el tamaño, la altura de ventilación y la disposición de aislamiento correctos, el resto del sistema será mucho más fácil de operar.
Changshui Technology Group Co., Ltd. diseña y fabrica válvulas para aplicaciones de construcción, calefacción, suministro de agua, protección contra incendios, petróleo, productos químicos y energía, desde hierro dúctil y acero fundido hasta gamas de acero inoxidable, revestidas de flúor y cobre. Cada lote pasa por nuestro propio laboratorio, donde las pruebas ultrasónicas, las pruebas de materiales, la medición del par y los bancos de pruebas de válvulas forman parte del control de calidad de rutina. Si está especificando una instalación de válvula de aire y desea hablar sobre la válvula de aislamiento, la válvula de retención o el control de presión que la acompaña, nuestros ingenieros estarán encantados de ayudarle. Un buen lugar para empezar es nuestra gama de válvulas y proceso de fabricación .
