AFT Impulse – Programa de cálculo del golpe de ariete y transitorios hidráulicos en tuberías

AFT Impulse – Programa para el cálculo hidráulico, cálculo del golpe de ariete y simulación de transitorios hidráulicos en sistemas de tuberías

AFT Impulse es un programa que permite realizar cálculos hidráulicos y el cálculo del golpe de ariete y transitorios en sistemas de tuberías, independientemente de su tamaño y complejidad (sistemas abiertos y cerrados, redes complejas y bucles).

AFT Impulse es el primer programa que realiza el cálculo hidráulico y la simulación de transitorios hidráulicos con fluidos que contienen sólidos en suspensión que pueden sedimentar o no (Slurry, fangos, lodos, aguas residuales, etc).

AFT Impulse calcula el comportamiento dinámico de los fluidos teniendo en cuenta sus propiedades, condiciones de servicio y el modo de operación del sistema definido.

Los modelos de AFT Impulse pueden ser simplificados, permitiendo al ingeniero obtener conclusiones importantes desde las fases iniciales del proyecto, o muy detallados, representando con precisión el sistema de tuberías.

AFT Impulse es una herramienta que permite aumentar la productividad de los ingenieros y mejorar la seguridad en las instalaciones.

AFT Impulse está validado, contrastado y aceptado internacionalmente. Multitud de proyectos en el mundo se han realizado con éxito empleando esta tecnología y cuenta con soporte a nivel mundial.


¿Cómo se trbaja con AFT Impulse?

Conozca cómo el usuario trabaja con AFT Impulse.

Componentes y accesorios

Conozca todos los componentes y accesorios que AFT Impulse puede modelizar.

Modelado de turbinas

Conozca cómo AFT Impulse puede ayudarle a calcular los transitorios en las turbinas.

Videos del golpe de ariete

Algunos videos de ejemplo de transitorios hidráulicos y del golpe de ariete.

Librerías opcionales

AFT Impulse incorpora librerías de fluidos y tuberías personalizables.

Preguntas frecuentes

Preguntas que se formulan los usuarios sobre AFT Impulse. Si tiene alguna duda, contáctenos.

Características de AFT Impulse

Conozca las principales características de AFT Impulse.

Importración desde GIS

AFT Impulse dispone de opciones de importación desde programas GIS.

Dispositivos antiariete

Conozca en detalle todos los dispositivos antiariete que AFT Impulse puede modelizar.

Certificación Nuclear ASME NQA-1

AFT Impulse ha sido certificado para su uso en el sector de la energía nuclear siendo validado según la norma ASME NQA-1, 1994 de control de calidad.

Cálculo de fuerzas transitorias

AFT Impulse calcula las fuerzas hidráulicas transitorias y permite exportar los resultados a CAESAR II y Rohr2.

¿Qué es el golpe de ariete o un transitorio hidráulico?

Conceptos fundamentales del golpe de ariete o de un transitorio hidráulico.

Módulo opcional de AFT Impulse

Conozca el módulo opcional que amplía el ámbito de aplicación e incrementa la potencia de cálculo de AFT Impulse.

Artículos publicados

Ingeniería Química - 2011

Beneficios

  • Permite cuantificar, analizar y mitigar los efectos del golpe de ariete, y otros fenómenos transitorios hidráulicos no deseados, en las condiciones de diseño y durante la operación del sistema.
  • Permite conocer con detalle la respuesta en el tiempo del sistema de tuberías ante un transitorio hidráulico (cierre/apertura de una válvula, paro / arrancada de bombas, etc.) o una combinación de ellos y cuál es su afectación en el comportamiento dinámico del mismo.
  • El usuario puede cuantificar, analizar y corregir posibles problemas operacionales detectados en sistemas existentes o en sistemas que están en fase de diseño o en pruebas de puesta en marcha.
  • Incrementa la seguridad de operación de los sistemas de tuberías, disminuyendo el riesgo de incurrir en costes financieros o ambientales innecesarios asociados o derivados de malos diseños o maniobras inadecuadas de los sistemas.
  • Incrementa la fiabilidad de los sistemas, reduciendo las paradas inesperadas y, en consecuencia, los costes de mantenimiento.

Aplicaciones

  • Garantizar que las presiones extremas (máximas y mínimas) estén dentro de los límites de diseño admisibles.
  • Simular el comportamiento dinámico de sistemas de tuberías para validar sus procedimientos de operación o poder detectar posibles causas de mal funcionamiento.
  • Realizar el análisis funcional de operatividad (HAZOP) de los sistemas de tuberías.
  • Dimensionado y ubicación de los dispositivos antiariete para mitigar los efectos producidos por el golpe de ariete o transitorios hidráulicos.
  • Dimensionado y selección de las válvulas de seguridad o de alivio.
  • Dimensionado y selección de las válvulas de control.
  • Cálculo de las fuerzas hidráulicas en desequilibrio para el posterior dimensionado de los soportes.
  • Evaluar el efecto de las sobrepresiones producidas por el colapso de cavidades de vapor.
  • Mejoras en la seguridad de operación de las plantas industriales.

¿Cómo se trabaja con AFT Impulse?

Abra un modelo de AFT Fathom o analice con AFT Impulse el régimen estacionario de la instalación.

AFT Impulse tiene una interfaz gráfica intuitiva para el usuario. Construir un modelo es tan fácil como arrastrar los componentes que forman parte de la instalación.

AFT Impulse - Ventana workspace

Para cada componente, el programa informa de cuáles son los mínimos parámetros necesarios, facilitando así su rápida definición.

AFT Impulse - Dimensionado de una bomba

En los cálculos hidráulicos AFT Impulse tiene en cuenta las propiedades termofísicas del fluido vehiculado, ya sean variables o constantes, pudiendo definir todo tipo de fluidos y mezclas y su variación con la temperatura. Sin embargo, a diferencia de AFT Fathom, AFT Impulse no permite realizar cálculos con intercambio de calor.

Los resultados obtenidos del régimen estacionario se presentan en diferentes formas y se pueden personalizar.

AFT Impulse - Resultados

Todos los datos, resultados, gráficas y esquemas se pueden exportar a MS-Office.

Analizado el estacionario, el usuario puede definir los eventos que iniciarán el transitorio como parada o arrancada de bombas o cierre o apertura de válvulas, entre otros.

AFT Impulse - Definición de eventos

Los resultados del transitorio pueden verse en forma de tablas, envolventes de presiones máximas y mínimas, variaciones de presión frente al tiempo o resultados sobre el esquema de la instalación. Se pueden mostrar presiones o cualquiera de los parámetros que calcula el programa.

AFT Impulse - Graficas presión máxima y mínima

Características de AFT Impulse

 

Las principales características del AFT Impulse son:

Nueva interfaz gráfica.

Soporta sistemas operativos de 32 y de 64 bits.

Trabaja con unidades inglesas y del S.I.

El programa incorpora librerías de líquidos, tuberías, materiales y accesorios, todas ellas personalizables.

El usuario puede crear, modificar e importar librerías propias.

Puede modelizar redes o sistemas complejos, independientemente de su tamaño:

  • Sistemas abiertos y cerrados.
  • Redes complejas.
  • Bucles.

AFT Impulse - Ventana workspace

Permite crear, comparar y analizar diferentes escenarios o configuraciones de un mismo sistema, manteniendo toda la información en un mismo archivo.

El módulo opcional amplía el ámbito de aplicación e incrementa la capacidad de cálculo y diseño.

Permite crear, comparar y analizar diferentes escenarios o configuraciones de un mismo sistema, manteniendo toda la información en un mismo archivo.

AFT Impulse - Graficas y visual report

Todos los datos, resultados, gráficas y esquemas se pueden exportar a MS-Office.

Cálculo de pérdidas de carga y distribución de flujos en: tuberías, bombas, turbinas, válvulas, filtros, calderines, chimeneas de equilibrio, etc. Y pueden representarse en forma de tablas, gráficas y valores sobre el esquema de la instalación.

Utiliza el método matricial de Newton-Raphson para resolver las ecuaciones del régimen estacionario y el método de las características para el cálculo del régimen transitorio:

  • Ecuación de conservación de la masa.
  • Ecuación del momento (Bernoulli).
  • Método de las características.

En las bombas el programa puede aplicar las leyes de afinidad de forma automática.

En las bombas se pueden definir transitorios de:

  • Parada o arrancada controlada por variador de frecuencia.
  • Parada o arrancada con o sin inercia.
  • Parada o arrancada por cuadrantes.

AFT Impulse - Graficas presión máxima y mínima

En el cálculo de la pérdida de carga en los accesorios se ha incluido el factor de turbulencia K ajustado.

En el cálculo de las pérdidas de carga en las válvulas se ha incorporado la constante Kv.

El programa dispone de una utilidad que ayuda a definir válvulas de cierre isoporcentual o lineal.

En los calderines se puede definir una válvula de seguridad.

En sistemas de tuberías calcula los cambios de viscosidad y fricción asociados al bombeo de fluidos con sólidos (slurry) que no sedimentan y fluidos no newtonianos (tixotrópicos, reopécticos, etc.).

En el caso de aparición de errores aparecen mensajes que ayudan al usuario a corregirlos.

Algunos elementos como válvulas antirretorno, de seguridad, venteos, ya incorporan la lógica de funcionamiento y el usuario puede ajustar los parámetros. Otros, como en las válvulas, el usuario puede definir el comportamiento al que deben ajustarse.

Los elementos antiariete como las válvulas de seguridad, anticipadora de onda, calderines, chimeneas de equilibrio y venteos, permiten ser dimensionados y pueden verse los resultados en los mismos. Por ejemplo, a continuación se muestra cómo varía la elevación en una chimenea de equilibrio cuando para una turbina.

AFT Impulse - Dimensionado calderin

Puede calcular con todo tipo de fluidos (newtonianos y no newtonianos) y mezclas con propiedades variables o constantes.

Módulo cálculo slurries de AFT Fathom

Puede calcular transitorios con fluidos con partículas en suspensión (slurry).

Se presentan en forma de tablas los valores obtenidos en el cálculo.

El usuario puede personalizar los campos de las tablas de los resultados, las gráficas y los esquemas coloreados.

AFT Impulse - Resultados

El usuario puede obtener gráficas de todos los parámetros calculados.

AFT Impulse - Graficas presión máxima y mínima

El usuario puede obtener esquemas del modelo coloreados según parámetros definidos.

AFT Impulse - Graficas y visual report

Los resultados y las gráficas se pueden exportar a MS-Office.

Componentes y accesorios

El usuario dispone de un amplio catálogo de componentes y accesorios que puede utilizar para construir el modelo que represente su instalación.

No existe limitación alguna en el número de componentes que AFT Impulse es capaz de calcular.

Permite ramificaciones de hasta 25 tuberías por nodo, sin limitación de número de nodos.

Permite definir condiciones de contorno por presión o caudal y éstas pueden variar con el tiempo.

Puede definir cualquier tipo de bomba (centrífuga, de tornillo, de engranajes, etc.) introduciendo su curva característica, o bien un valor fijo de caudal másico o volumétrico. Se incluye la opción de realizar correcciones por viscosidad según el método ANSI/HI.

Bombas:

  • Con velocidad variable.
  • Efectos de inercia de la bomba.
  • Modeliza cualquier tipo de bomba.
  • Permite realizar correcciones por viscosidad.
  • Permite definir bombas en paralelo o en serie.

Pueden definirse válvulas de todo tipo: válvulas de control, de seguridad, de compuerta, de guillotina, antirretorno, etc.

Dispone de los accesorios más utilizados y de los elementos antiariete: calderines, chimeneas de equilibrio, válvula anticipadora de onda, rompedora de vacío, ventosas, etc.

Permite definir componentes y accesorios cuya curva característica sigue una expresión polinómica.

Los transitorios pueden iniciarse por eventos o por tiempo, y pueden vincularse nuevos eventos a parámetros del sistema para reproducir el comportamiento real del mismo durante el transitorio.

AFT Impulse - Ejemplo modelo ramificado

AFT Impulse - Dimensionado de una bomba

Importración desde GIS

AFT Impulse dispone ahora de la posibilidad de importar ficheros en formato Shape de programas GIS (Geographic Information Systems) como ArcGis o Mapinfo para generar rápidamente un modelo.

Dibuje las tuberías y uniones en su programa GIS e importe los parámetros definidos directamente a los programas de AFT. La distribución en planta, longitudes, diámetros, elevaciones, etc. de tuberías pueden ser importadas directamente al modelo. El usuario también dispone de otras opciones que permiten agilizar la entrada de datos en tuberías y uniones.

AFT Impulse - Ejemplo modelo ramificado

Modelizado de turbinas

La nueva unión tipo turbina de AFT Impulse está pensada para modelizar turbinas hidroeléctricas, donde la energía hidráulica se convierte en energía en el eje, conectadas a un generador eléctrico. Existen diferentes tipos de turbina hidráulicas que suelen agruparse en dos categorías:

  1. Turbinas de acción (por ejemplo tipo Pelton).
  2. Turbinas de reacción (por ejemplo tipo Francis o Kaplan).

AFT Impulse modeliza únicamente las turbinas de reacción, específicamente las Francis.

El método convencional para modelizar el comportamiento de la turbina Francis emplea datos del cuarto cuadrante. Los datos del cuarto cuadrante relacionan el flujo, la pérdida de carga, el momento torsor y la velocidad, de forma adecuada para el cálculo por ordenador.

La turbina se especifica con un conjunto de curvas, que dependen de la posición de los álabes directores, para la pérdida de carga y el momento torsor.

Dispositivos antiariete

En una instalación en la que exista el riesgo de que se produzca el golpe de ariete, es necesario definir las protecciones que se van a introducir en el sistema para limitar sus efectos a niveles razonables.

El dimensionado estructural de las tuberías debe resistir sobrepresiones y depresiones transitorias.

Entre los sistemas y equipos de protección frente al golpe de ariete que puede modelizar AFT Impulse destacamos:

Volante de inercia

El aumento de la inercia en el grupo de presión permite aumentar el tiempo de parada y con ello disminuir los efectos del golpe de ariete.

Sin embargo, su utilización se ve limitada por el tamaño del volante.

Cámaras o chimeneas de equilibrio

Son recipientes de gran altura abiertos que protegen el tramo aguas abajo y reducen la intensidad del golpe de ariete aguas arriba.

Son comunes en conducciones de alimentación de centrales hidroeléctricas o en impulsiones de abastecimiento, no en entornos industriales.

Su utilización está muy limitada por la topografía de la zona.

AFT Impulse puede modelar chimeneas de equilibrio de sección constante o variable, con o sin by-pass y con o sin válvula de retención.

Calderines

Son depósitos cerrados cuya parte superior contiene aire o un gas inerte (generalmente nitrógeno) bajo presión y cuya parte inferior contiene un cierto volumen de agua.

Después de la parada de las bombas, el depósito suministra agua a la tubería descomprimiéndose, reduciendo así el descenso de presión debido al golpe de ariete. Posteriormente, se invierte el sentido del flujo y el agua es de nuevo almacenada en el depósito, comprimiendo el gas.

AFT Impulse puede modelizar calderines con o sin by-pass.

Tanques de alimentación

Difiere de una cámara de equilibrio por el hecho de que durante el funcionamiento normal está aislado de la tubería por una válvula de retención. Cuando ocurre una depresión en la tubería por debajo del nivel de agua del tanque, la válvula se abre y alimentando el flujo se evita que la depresión aumente.

El tanque se alimenta por un “bypass”, servido de un flotador.

Están particularmente indicados para proteger puntos altos de la instalación.

Como es evidente, el tanque solamente puede operar cuando la línea de depresión, tras la parada de los grupos, descienda por debajo del nivel de agua en el tanque.

AFT Impulse puede modelizar tanques de alimentación de sección constante o variable, con o sin by-pass y con o sin válvula de retención.

Válvula anticipadora de onda

La válvula anticipadora de onda es una válvula instalada fuera de la línea, de operación hidráulica y accionada por diafragma. La válvula se abre en reacción a la caída de presión generada por la súbita parada de la bomba.

Mediante la preapertura de la válvula se disipa la onda de alta presión de retorno y así se elimina el golpe de ariete. La válvula se cierra con suavidad y herméticamente en cuanto lo permite la función de alivio, evitando la onda de cierre.

Esta válvula sirve también para aliviar la presión excesiva en el sistema.

AFT Impulse puede modelizar válvulas anticipadoras de onda.

Válvulas antirretorno

Intercalar este tipo de válvulas permite seccionar la conducción en tramos más cortos, lo que conlleva tiempos característicos menores que los del tubo completo.

Por otra parte, la instalación de este tipo de válvulas como protección de la propia bomba (para evitar flujo inverso) es fuente de transitorios violentos si ocurre una parada brusca.

Válvulas de seguridad o alivio

Son dispositivos que derivan un cierto caudal fuera del conducto principal cuando la presión en éste sobrepasa el valor de  la tara. De esta forma se alivia la presión del interior de la tubería o equipo.

Presentan el inconveniente de que sólo actúan con sobrepresiones, y de que, salvo montajes excepcionales, el caudal derivado sale fuera de la instalación.

AFT Impulse puede modelizar válvulas de seguridad o alivio.

Ventosas

Las ventosas se utilizan para evitar depresiones en los conductos, ya que cuando éstas se producen las ventosas se abren, admitiendo aire del exterior. El aire entrante queda dentro de la instalación pero evita el colapso de la tubería.

En la mayoría de los casos son de doble efecto y funcionan como purgadores automáticos: cuando les llega una burbuja de gas, se abren para expulsarla al exterior.

AFT Impulse puede modelizar ventosas (bifuncionales y trifuncionales).

Videos del golpe de ariete

Ejemplo de un transitorio hidráulico provocado por el cierre instantáneo de una válvula.

Ejemplo de una cavitación producida por el cierre instantáneo de una válvula.


Principio de funcionamiento de un calderín.

Causas que pueden provocar el golpe de ariete.


Cómo protege del golpe de ariete una válvula antiretorno tipo swing.

Ejemplo del funcionamiento de las válvulas anticipadoras de onda.

Cálculo de fuerzas transitorias

AFT Impulse calcula la variación de las fuerzas debidas a un transitorio hidráulico.

En el cálculo de las fuerzas AFT Impulse no contempla las cargas constantes del fluido y el peso de las tuberías ni de los componentes. Es importante que se incluyan por separado estos elementos antes de realizar un análisis detallado de estrés para dimensionar correctamente los soportes de las tuberías.

Para agilizar esta tarea AFT Impulse tiene utilidades que facilitan la comunicación con diferentes programas de análisis de flexibilidad o de estrés de tuberías como, por ejemplo, CAESAR II.

AFT Impulse - Cálculo de fuerzas transitorias

Librerías opcionales

AFT_Chempak

Chempak es una librería opcional común a los productos de AFT que contiene las propiedades termofísicas de más de 700 fluidos empleados en la industria.

Incorporando esta librería al AFT Impulse, el usuario puede definir mezclas de líquidos.

De forma independiente, puede utilizarse un visor para consultar las propiedades de los líquidos contenidos en la librería Chempak.

Chempak Add-in sincroniza la librería Chempak con una hoja de cálculo de MS-Excel para consultar y obtener valores de las propiedades de los líquidos.

AFT_SteamCalc

SteamClac es una librería opcional común a los productos de AFT que contiene las propiedades termofísicas del agua de acuerdo con ASME.

Módulo opcional de AFT Impulse

Módulo cálculo slurries de AFT Fathom
SSL – Settling Slurries
calcula los cambios en la viscosidad y fricción asociados al bombeo de una mezcla con sólidos que pueden sedimentar o no y otros fluidos no newtonianos.

Preguntas frecuentes

Existen varios aspectos para la verificación de AFT Impulse, porque tiene dos algoritmos de cálculo: uno para el cálculo del régimen estacionario y otro para el cálculo del régimen transitorio.

Verificación del régimen estacionario

El algoritmo de cálculo que utiliza AFT Impulse es el mismo que utiliza AFT Fathom para resolver el régimen estacionario.  Hay algunos puntos importantes que hay que destacar de la verificación:

Primero, se ha comparado AFT Impulse con una gran variedad de resultados publicados. En la carpeta de nombre verificación de la instalación de AFT Impulse se pueden encontrar los modelos, las comparaciones de resultados y la justificación de los mismos con respecto a los resultados publicados.

Segundo, se ha verificado que los resultados obtenidos de AFT Impulse cumplen las ecuaciones fundamentales para redes de tuberías.

Por último, los resultados obtenidos con AFT Impulse se han comparado con resultados de ensayos experimentales y otros métodos analíticos en numerosas ocasiones, mostrando buena concordancia en los valores obtenidos.

Verificación del régimen transitorio

El algoritmo de cálculo del régimen transitorio que emplea AFT Impulse emplea partes del algoritmo de cálculo del régimen estacionario que describiremos a continuación:

Primero, AFT Impulse necesita que el algoritmo de cálculo del régimen estacionario finalice satisfactoriamente el cálculo porque utiliza estos valores como valores iniciales para el cálculo del régimen transitorio. Si el cálculo del régimen estacionario no finaliza correctamente, automáticamente se produce un error en el cálculo del régimen transitorio.

Segundo, se ha comparado AFT Impulse con una gran variedad de resultados publicados. En la carpeta de nombre verificación de la instalación de AFT Impulse se pueden encontrar los modelos, las comparaciones de resultados y la justificación de los mismos con respecto a los resultados publicados.

Dependiendo del tipo de gas y de su velocidad, sí. AFT Impulse es apropiado para sistemas de gases cuyas condiciones permitan tratarlos como incompresibles. Para sistemas de gases que por sus condiciones deban ser únicamente tratados como compresibles, es mejor utilizar una herramienta más adecuada como AFT Arrow.

No, AFT Impulse solo modeliza flujos de una fase.

Pero sí detecta cuándo y dónde se produce una cavitación.

Sí, AFT Impulse ofrece varios modelos de fluidos no newtonianos como los de ley de potencia o los plásticos de Bingham.

Sí, la unión de aspersor es apropiada para representar el funcionamiento de este tipo de instalaciones; además, este tipo de unión se puede abrir y cerrar con un simple clic del ratón.

La evaluación de múltiples escenarios de este tipo de instalaciones se realiza fácilmente con el empleo del Scenario Manager. Al emplear el Scenario Manager todos los casos se guardan en el mismo archivo del modelo.

Sí, el Scenario Manager permite crear diseños dependientes con jerarquía de cambio.

La utilización de una unión para representar una pérdida de carga tiene muchas ventajas:

Primero, en los resultados se presentan los valores de la pérdida de carga en cada unión, por lo que el usuario puede localizarlas y analizarlas fácilmente. En cambio, en una tubería es más difícil localizarlas porque el valor de éstas se suma a las pérdidas de carga por fricción en el interior de la tubería.

Segundo, muchas uniones (como las válvulas) tienen la posibilidad de definir un área de paso restringida para estudiar la generación de cavitaciones. Esto no se puede definir en el apartado de pérdidas de carga en una tubería.

Tercero, cuando se define una unión se especifica una ubicación en el sistema y en esa ubicación el programa calcula las pérdidas de carga que se generan. En cambio, en una tubería si se definen accesorios que generan una pérdida de carga se supone que están ubicadas y repartidas de forma uniforme a lo largo de la tubería

La ventaja de definir en el apartado de pérdidas de carga en una tubería todos los accesorios es que evita, en caso de una modificación, perder tiempo y evita tener un modelo con muchas uniones.

La diferencia está en que el valor de la  presión y de la temperatura en el depósito siempre  corresponde a propiedades totales y en  un punto de presión conocida tanto pueden ser valores estáticos como totales.

En un punto de presión conocida, si los valores son valores estáticos, sólo se puede conectar un conducto. En cambio, si son totales, se comporta como un depósito.

En un depósito se pueden conectar conductos a diferentes alturas y profundidades. También permite definir conductos que descargan por encima de la cota de la lámina del líquido contenido en su interior.

 

AFT Impulse utiliza los modelos de cálculo más precisos disponibles para calcular tes e yes.

El método de cálculo utilizado es el de “Idelchik” y tiene en cuenta las pérdidas que varían en función del caudal, del cambio de área y del ángulo de la ramificación.

Sí, solo debe definir la velocidad e introducir la curva característica de la bomba y AFT Impulse, aplicando las leyes de afinidad, ajustará la curva.

Si no define ninguna velocidad, AFT Impulse supone que la bomba está al 100% de su velocidad.

Una vez introducida la curva característica de la bomba, seleccione la pestaña “pump speed” e introduzca el valor de caudal o presión deseados. No se preocupe, AFT Impulse realizará los cálculos pertinentes para obtener la velocidad adecuada que dé el valor definido de caudal o de presión.

Seleccione la bomba o la unión que desea cerrar y en la ventana de definición seleccione la pestaña de “Special Conditions” y elija la opción de cerrar. Por defecto, AFT Impulse mostrará una “X” roja junto a la unión o conducto y  se actualizará el “Workspace” presentando en el modelo las secciones cerradas con líneas discontinuas.

Se puede hacer de dos maneras: utilizando la unión que representa una válvula de seguridad o la de una válvula normal.

La válvula de seguridad durante el cálculo siempre está cerrada (a no ser que se especifiquen Condiciones Especiales), y AFT Impulse calculará para determinar si existe suficiente presión para que se produzca la descarga de la válvula. Si se produce la descarga, AFT Impulse calcula de nuevo el modelo con la válvula abierta, dependiendo el grado de apertura de las condiciones de presión y la configuración de las válvulas.

En la ventana de definición de un conducto o de una unión puede introducir el nombre identificativo que desee. En la pestaña “Optional” puede personalizar la forma de presentar el nombre, número, etc.

En el menú “Options”, seleccione la opción “Parameter and Unit Preferences”. Escoger la pestaña “Unit Preferences”. En esa ventana puede elegir en cada campo la unidad que desee utilizar.

La ventana de “Global Pipe Edit” y “Global Junction Edit” es tremendamente potente y flexible a la hora de cambiar datos en los conductos y uniones.

Las mezclas de líquidos se definen con el módulo opcional “Chempak”; la base de datos estándar de AFT no considera mezclas.

Para definir una mezcla debe abrir la ventana de “System Properties” en el menú “Analysis”, elegir la opción “Chempak Mixture” y presionar el botón “Create New Mixture”. En esta pantalla se pueden especificar los componentes y porcentajes de la mezcla.

Si el usuario conoce las propiedades de la mezcla, puede definir el nuevo fluido en la base de datos de AFT.

Utilizando la función “Merge” disponible en el menú “File” se pueden combinar distintos modelos.

Utilizando la función “Batch Run” se pueden ejecutar de forma secuencial varios escenarios o modelos.

Sí, el programa en cada unión le informa de los campos mínimos que son necesarios para su correcta definición. Estos campos tienen un color de fondo diferente.

Seleccionando el tubo o los tubos y eligiendo la función “Reverse Direction” en el menú “Arrange”.

En la ventana “Model Data” al clicar dos veces sobre el número de conducto o unión se le abre la correspondiente ventana de definición donde puede realizar modificaciones y éstas se actualizan en el “Workspace”

Para ello debe ir al menú “Analysis” y escoger la opción “Output control”, después seleccione la pestaña “Show Selected Pipes/Jcts” y seleccione los conductos y uniones que desea que le aparezcan en pantalla.

Esta forma de trabajar es muy útil cuando el sistema que estamos modelizando es muy complejo. Entonces podemos seleccionar zonas del modelo y analizarlas con más detalle.

Lo puede hacer de dos formas: la primera, es abrir la ventana “Output Control” y especificar las unidades que desea que se le presenten y la segunda, es presionando dos veces sobre la cabecera de la columna.

Para ello debe abrir la ventana de “Visual Report Control”, ir a la pestaña “Show Selected Pipes/Jcts” y seleccionar los conductos y uniones y la información que desea que se le presente en el apartado “Visual Report”.

Sí, presionando la tecla CRTL antes de escoger la opción de dibujar un conducto o haciendo doble click sobre el icono de la tubería. De esta forma evita tener que seleccionar cada vez el icono para poder dibujar un conducto.

La herramienta “Segment Pipe” que se encuentra en el menú “Arrange” permite añadir nodos en las tuberías para modificar su geometría.

Sí, en la ventana de definición de la unión debe escoger la pestaña “Optional” y presionar el botón “Change Icon” y se le abrirá una ventana con los iconos disponibles.

Estos iconos no se pueden editar de momento. Esperamos que en futuras versiones sí que se pueda hacer.

Teóricamente no hay límites para el tamaño del modelo, pero existen unos límites prácticos.

AFT Impulse está limitado a más de 30.000 tubos y uniones y esto limita el tamaño del modelo.

Sin embargo, antes de alcanzar este límite es muy probable que se encuentre con problemas de RAM en su ordenador para soportar tantos parámetros.

No, AFT Impulse sólo puede modelizar mezclas sin que los componentes de la mezcla reaccionen entre ellos.

 

¿Qué es el golpe de ariete o transitorio hidráulico?

El golpe de ariete es el fenómeno que se produce en todas las instalaciones hidráulicas cuando algún evento modifica el régimen estacionario. Estos eventos producen variaciones en la inercia del fluido que se transmiten como ondas de sobrepresión o depresión en el interior de las tuberías.  Si el evento es rápido, se pueden producir elevadas presiones transitorias que en casos extremos pueden causar daños personales o en los equipos de la instalación. Si el evento es lento, las presiones transitorias pueden ser bajas y no revestir peligro, lo que no significa que no existan.

El estudio previo del golpe de ariete está vinculado a la seguridad de la instalación, por lo que debería realizarse siempre, por simple que parezca la instalación. Cada vez son más las ingenierías que por defecto analizan el comportamiento transitorio de todas las instalaciones hidráulicas que diseñan o construyen, con el fin de evitar problemas posteriores de difícil y cara solución.

La magnitud del golpe del ariete depende de las características propias de la instalación, como la naturaleza del fluido, las condiciones de viscosidad, densidad, temperatura, material y espesor de la tubería, etc. pero también depende de cómo se genere y de cómo se opere la instalación cuando se produce el transitorio.

Causas que producen golpes de ariete

El golpe de ariete puede ser causado por diferentes eventos o cambios en las condiciones de contorno o de servicio de una instalación. Estos cambios pueden ser programados y representar un modo normal de operación de la planta, como el cierre de una válvula o la parada de una bomba, o pueden deberse a fallos, malas prácticas o incluso sabotaje, como el fallo en el suministro eléctrico o el cierre repentino de una válvula.

A continuación se enumeran algunas de ellas:

  • Fallo en el suministro eléctrico en las bombas.
  • Apertura o cierre de una válvula (total o parcial).
  • Cambio en la velocidad de una bomba (arrancadas, paradas o cambios rápidos del punto de trabajo).
  • Cavitaciones transitorias.
  • Cambios en la velocidad en el interior de la tubería (por ejemplo, tramos largos de tuberías verticales).
  • Cambios de dirección del flujo (codos).
  • Apertura de una válvula de seguridad.
  • Apertura de una válvula rompedora de vacío.
  • Presión o flujo periódico (sistemas pulsantes).
  • Válvulas de control y su forma de regulación (zonas de no control).
  • Presurización o despresurización de un sistema.
  • Comportamiento de líquidos no newtonianos.
  • Densidad y viscosidad variable.

Los transitorios que puedan generarse durante la operativa normal de la planta no deben superar nunca las presiones máximas y mínimas permitidas en la instalación.

¿Por qué es importante estudiar este fenómeno?

Porque este fenómeno se produce en la operación de todas las instalaciones hidráulicas y sus efectos afectan a la seguridad de las personas y de la instalación

Este análisis debe hacerse en las fases iniciales del proyecto de la instalación,  porque actuar después puede ser inviable o complicado y generalmente la solución será costosa. En las sucesivas fases del proyecto el análisis puede realizarse con mayor precisión hasta obtener la solución final.

El estudio debe tener en cuenta las variaciones del estado operativo del sistema en situaciones como:

  • Variaciones previstas: parada controlada de bombas, cierre controlado de una válvula, etc.
  • Variaciones no previstas: parada de emergencia en bombas, parada por falta de suministro de energía, cierre por error de una válvula, por la no apertura de una válvula, por la descarga de una válvula de seguridad, etc.

Este tipo de estudios previos aportan además ventajas:

  • Permiten reducir costes: por ejemplo, se puede llegar a reducir el espesor de la tubería en toda la línea o en los tramos menos afectados.
  • Se pueden hacer combinaciones de diámetros de tuberías y de materiales de las mismas que reduzcan pérdidas de carga y, en consecuencia, supongan un menor coste energético de la operación de la instalación.
  • Una vez se ha determinado la magnitud del golpe de ariete, debe definirse una estrategia adecuada a la maniobra del sistema para mitigar el efecto del golpe de ariete. Esto conlleva que deben seleccionarse y dimensionarse los dispositivos de protección contra el fenómeno del golpe de ariete adecuados para atenuar y mantener la oscilación de la presión dentro de un rango de valores aceptables. Siempre la selección de esos dispositivos está condicionada por el tipo de instalación.

El efecto inmediato en los componentes de la instalación puede estimarse ya que se producirán esfuerzos notables en los codos y vibraciones considerables a lo largo de los tramos de tubería que en su conjunto deberán resistir o amortiguar las suportaciones. Conocer la magnitud de las sobrepresiones y subpresiones que se pueden producir es de mucha utilidad para el diseñador. Las posibles cavitaciones, donde se producen vaporizaciones del fluido, crean discontinuidades en el fluido donde la diferente velocidad de propagación del fenómeno en ocasiones frena la onda, pero en otras ocasiones la separación de columna amplifica el impacto de la onda de propagación.

Certificación Nuclear ASME NQA-1

El programa AFT Impulse ha sido validado y certificado para su uso en la industria nuclear, según ASME NQA-1, 1994 Quality assurance program. El paquete nuclear V&V es un informe que asegura la calidad de las librerías disponibles en AFT Impulse y las limitaciones detectadas.