Water hammer analysis of Villalba-Coamo potable water transmission line

Abstract

The hydraulic behavior of a new potable water transmission line that flows from Villalba to Coamo was analyzed using computer modeling. The modeling considered steady-state and transient simulations. All the input data in the hydraulic models were obtained from the design drawings, designers, and manufacturer’s suppliers. A steadystate model was created in the EPANET program from which the initial hydraulic grade line was obtained and used in the TRANSAM program. This model was run in a steadystate condition to adjust the hydraulic grade line and to establish the initial conditions for the transient analysis. The simulations under transient conditions considered the gradual closure of a butterfly valve in the high pressure zone of the system, which is believed is the most critical scenario during its operation. The valve closing simulation created high and low pressure oscillations greater than the maximum pipeline design pressure rating as manufactured and created system cavitations. This change in flow regime, known as water hammer, was controlled and dissipated using combination air release and vacuum valves, pressure relief valves, and establishing a slow closing procedure for the butterfly valve.

Haciendo uso de simulación por computadora se analizó el comportamiento hidráulico de la nueva línea de distribución de agua que discurre desde el pueblo de Villalba hasta el pueblo de Coamo. El modelaje consideró simulaciones de flujo permanente (Steady State) y transitoria (Transient). Toda la información de entrada en los modelos hidráulicos se obtuvo de los planos de diseño, de los diseñadores y de los suplidores. Se ensambló un modelo de flujo permanente en el programa EPANET del cual se obtuvo la línea del gradiente hidráulico inicial a ser utilizada en el programa TRANSAM. Este modelo fue simulado en condición de flujo permanente para ajustar la línea del gradiente hidráulico y establecer las condiciones iniciales para el análisis de flujo transitorio. Las simulaciones bajo condiciones de flujo transitorio consideraron el cierre gradual de una válvula de mariposa en la zona de mayor presión del sistema, lo cual se cree es el escenario más crítico durante su operación. El cierre creó oscilaciones de alta y baja presión sobrepasando el intervalo máximo de presiones en la tubería según fabricada y creando cavitación en el sistema. Este cambio en el régimen de flujo, conocido como golpe de ariete, pudo ser controlado y disipado utilizando válvulas combinadas de aire y succión, válvulas aliviadoras de presión y realizando un procedimiento de cierre lento en la válvula de mariposa.