Cálculo y verificación del tamaño de depósito hidroneumático en instalación de bombeo de hagia hacia el canal Pencahue

Abstract

[ES] Dentro de una estación de bombeo hidráulico, durante los cambios de velocidad del fluido en la conducción, se producen una serie de fenómenos que pueden poner en riesgo la instalación, los llamados transitorios hidráulicos. Se producen ante los cambios repentinos en el sistema, que resultan en variaciones de presión dentro del mismo, pudiendo sobrecargar la instalación, y si no se tienen en cuenta a la hora de diseñar el sistema, pueden provocar roturas y fallos. Por los motivos mencionados, se debe tener en cuenta y analizar estos efectos en cada diseño de sistemas hidráulicos a presión, así como buscar soluciones, elementos de protección ante transitorios, y dimensionar los elementos del sistema para que sean capaces de soportar las presiones críticas (tanto máximas como mínimas) que se puedan producir. El presente proyecto de título tiene como finalidad evaluar estos efectos dentro del proyecto realizado por el Departamento de Obras Hidráulicas del Gobierno de Chile, en el que se pretende crear una estación de bombeo de agua hacia el Canal de Pencahue, provincia de Talca, región de Maule. El sistema deberá impulsar agua desde el Rio Claro, hacia el canal Pencahue en momentos de demanda hídrica para riego. La instalación constará de un grupo impulsor de 8 bombas, que impulsarán agua por dos líneas simétricas, hacia el canal. En esta tesis se aborda la verificación de los componentes de protección ante eventos transitorios que se podrían producir en el sistema, analizando la instalación sin estos sistemas, y después simulando la instalación con los elementos de protección previstos en el proyecto, para comprobar su validez, y contemplar alternativas si las hubiese. Para el estudio de estos eventos, se recurrirá a la ayuda del software Bentley Hammer, un programa computacional de análisis que permite modelar sistemas hidráulicos y estipular sus condiciones de funcionamiento. Una vez realizado el modelo, el software se encarga de calcular los efectos de los fenómenos transitorios, y permite analizarlos y obtener los datos que se deseen. Esta herramienta simplifica mucho el trabajo de estudio y permite obtener datos precisos en los puntos que se deseen.

[EN] During the operation of a water pumping station, may occur certain phenomena that can risk the plant, they are called hydraulic transients. They are produced by sudden changes in the system, that involve pressure changes in the system. This pressure changes can overload the system, and if they aren¿t taken them into account at the time we design the system, they could make the system fail or break. Due that types of phenomena, these effects should be considered and analyzed in every design of pressured hydraulic systems, and find solutions, protective elements against that phenomena and give the right characteristics and dimensions to the system elements to ensure that they could resist to the hydraulic transients if they occur. This thesis pretends evaluate the mentioned effects of hydraulic transients that could affect to the project made by the Departamento de Obras Hidráulicas del Gobierno de Chile (Hydraulic division of the Chilean Government). This project consists on the creation of one water pumping station that could pump water from the Claro River to the Pencahue Channel, in the Talca province, Maule region. The station should pump water from the river to the channel in moments when the water is needed for irrigation. The plant will be composed of 8 water pumps, which will deliver water to 2 symmetric pipe lines to the channel. The purpose of this thesis is to verify the protective elements against hydraulic transients, analyzing the system with and without that elements, and then adding the elements to check if they are enough to protect the plant in case it could suffer the pressure variations caused by transients. For the study of transients, in stead of manual calculations, the system could be modeled in a specialized software, like Bentley Hammer. This software is a very powerful tool that can be used to model pumping systems in order to calculate and analyze transients in closed conducts. Once the system is modeled, the software can show precise data of pressure in every point of the installation, which is very useful to analyze the effects of transients in the points of the installation desired to study.