Com funciona un sistema de corrent contrari en una piscina?

Física fonamental i funcionament d’un sistema de corrent contrari

Principi de Bernoulli i balanç de moment en un flux oposat

Els sistemes de corrent contrari funcionen segons el principi de Bernoulli. Quan l’aigua accelera a través d’aquestes tovernes, es creen zones de baixa pressió que aspiren l’aigua circumdant i generen un moviment cap endavant. Aquesta diferència de pressió permet als nedaadors romandre immòbils sense ser arrossegats. El sistema sencer també depèn de l’equilibri de la quantitat de moviment. Els nedaadors emprenen contra el corrent i el sistema respon gairebé instantàniament ajustant el cabal d’aigua. Alguns estudis publicats l’any passat al Journal of Fluid Dynamics van mostrar resultats interessants. Mantenir la velocitat de l’aigua dins d’un marge d’aproximadament ±0,2 metres per segon redueix el consum energètic en uns 17 % respecte als sistemes antics, que no eren capaços d’adaptar-se. Tanmateix, mantenir tot això requereix bombes prou potents. Per a piscines olímpiques, calen màquines amb una potència entre 80 i 120 cavalls de vapor només per contrarestar la força que generen els humans mentre neden. Aquestes bombes han de transferir l’energia cinètica amb molta precisió perquè tot funcioni de forma fluida.

Regimes de flux laminar i turbulento i el seu impacte en l'experiència del nadador

La qualitat del flux d'aigua té un gran impacte en l'eficàcia de les sessions d'entrenament i en el grau de comoditat que experimenten els atletes. El flux laminar, és a dir, corrents paral·lels i llisos que vibren molt poc, ofereix als nedadors la resistència constant que necessiten per perfeccionar les seves braçades i desenvolupar tècniques millors. En canvi, quan es produeix un flux turbulent, això provoca tot tipus de canvis de pressió imprevisibles. Segons algunes investigacions publicades l’any passat a la revista Sports Engineering Review, això pot fer que els entrenaments semblin aproximadament un 34 % més exigents del que haurien de ser. Per aquest motiu, les instal·lacions d’entrenament modernes han començat a instal·lar aquests difusors especials de perfil cònic i elements rectificadors de flux. Aquests dispositius ajuden a mantenir un funcionament òptim conservant els nombres de Reynolds per sota de 2.000, que és precisament l’interval desitjat per garantir condicions laminars. Els nedadors també solen notar una diferència real: quan la turbulència roman per sota del 5 %, la majoria de persones afirmen que no es cansen tant durant aquelles sèries anaeròbiques intenses. No obstant això, si el flux esdevé massa caòtic, altera els patrons normals de respiració per ambdós costats i dificulta l’activació adequada del nucli.

Components clau que permeten un sistema de contracorrent fiable

Bombes d’alta eficiència: cabal, pressió manomètrica i eficiència energètica

Les bombes són, fonamentalment, la vida de qualsevol sistema de piscina. En el cas de les piscines domèstiques, és pràcticament necessari fer circular uns 100 a 200 galons per minut si els banyistes volen mantenir la seva velocitat, ja sigui només flotant o fent braçades. També és important la pressió manomètrica, perquè, sense suficient potència, l’aigua no serà capaç de superar correctament tots aquells tubs i tovernes, i el corrent es veurà alterat. És aquí on resulten especialment útils les bombes de velocitat variable, que permeten ajustar la velocitat amb què l’aigua circula, reduint-ne el consum elèctric aproximadament un 70 % respecte als models antics de velocitat fixa. Aquest estalvi s’acumula significativament al llarg del temps, especialment perquè la majoria de persones fan funcionar les seves piscines durant hores seguides quan neden realment.

Disseny de les tovernes de jet: geometria del difusor i orientació del flux centrada en el banyista

La manera com estan dissenyades les toveres fa tota la diferència quan es converteix l’aigua a alta pressió en alguna cosa realment útil i estable per als nedaadors. Quan el difusor s’expandeix progressivament, transforma aquella turbulència caòtica en un flux d’aigua suau, cosa que redueix aquelles petites vòrtex molestes que desgasten l’equipament més ràpidament del normal. La majoria de sistemes permeten als operadors ajustar l’angle aproximadament ±15 graus, de manera que l’aigua impacti just a l’altura del tronc, creant una resistència uniforme durant tot el cos durant l’exercici. Els enginyers utilitzen aquests models informàtics avançats, anomenats CFD (dinàmica de fluids computacional), per ajustar com surt l’aigua del sistema, eliminant zones on l’aigua roman estàtica o on surt massa ràpid en determinades àrees. El resultat final és molt més natural per nedar-hi en contra, mantenint-se pràcticament constant durant tota la longitud del carril de la piscina, amb una variació no superior a una dècima de metre per segon des de l’inici fins al final.

Tipus de sistemes de corrent contrari i comparació del rendiment en condicions reals

Avui en dia, els sistemes de corrent contrari bàsicament es presenten en dos tipus principals: aquells que s’instal·len just quan es construeix la piscina i aquells que s’afegeixen posteriorment a piscines ja existents. Els sistemes integrats solen oferir una consistència del cabal aproximadament un 15 fins a un 20 % millor, ja que disposen d’un millor recorregut hidràulic i d’un suport estructural més resistent. Les unitats d’adaptació (retrofit) són molt més econòmiques a l’hora de ser instal·lades inicialment, amb un cost entre un 30 i un 40 % inferior al de construir-les dins de noves piscines. Les investigacions sobre el moviment de l’aigua han descobert que les piscines construïdes amb aquests sistemes mantenen un flux laminar uniforme aproximadament un 25 % més de temps durant sessions prolongades d’entrenament. En les versions per a piscines elevades, funcionen prou bé en piscines poc profundes destinades a la rehabilitació, on una certa turbulència controlada realment ajuda a la recuperació muscular i a reeducar els nervis després d’una lesió. Pel que fa a l’estalvi d’energia, el tipus de bomba és molt important. Les bombes de velocitat variable poden reduir els costos anuals d’explotació entre 200 i 400 dòlars EUA respecte als models antics de velocitat fixa en instal·lacions municipals. Tanmateix, la majoria de persones que instal·len aquests sistemes troben problemes amb la uniformitat del cabal. Només aproximadament la meitat de tots els sistemes adaptats (retrofit) aconsegueixen mantenir l’aigua en moviment a velocitats constants dins d’un marge de ±5 % a una distància superior a dos metres dels injectors, llevat que s’hi afegixin característiques especials de rectificació del flux.

Consideracions pràctiques per a la instal·lació i optimització d’un sistema de corrent contrari

Directrius per al dimensionament segons les dimensions de la piscina i l’ús previst (entrenament respecte a rehabilitació)

Triar l'equipament de la mida adequada significa adaptar els patrons de moviment de l'aigua a la forma de la piscina i a les seves funcions. Per a l'entrenament competitiu de natació, la majoria d'experts recomanen una velocitat del flux entre 1,8 i 2,2 metres per segon, cosa que normalment requereix bombes d’almenys 15 cavalls de potència per generar la resistència necessària per desenvolupar la potència de braçada i mantenir un ritme precís durant les curses. En el cas de la rehabilitació, les necessitats canvien bastant. Aquestes aplicacions solen requerir corrents més suaus, d’aproximadament 0,8 a 1,2 metres per segon, habitualment gestionades per sistemes més petits de 7 a 10 cavalls de potència, que es poden ajustar segons calgui sense sobrecarregar les articulacions. També és important la profunditat de la piscina per decidir on col·locar les tovernes. Les piscines amb una profunditat superior a 1,5 metres normalment necessiten difusors inclinats per evitar ones superficials desordenades o l’aspiració involuntària de bombolles d’aire. Abans de prendre qualsevol decisió de compra, és essencial verificar-ho tot respecte als diagrames de cabal del fabricant i fer els càlculs basant-se en les mesures reals del volum de la piscina. Els sistemes massa petits donaran lloc a inconsistències frustrants en la intensitat del corrent, mentre que escollir un sistema excessivament gran només comporta un consum addicional d’electricitat i un desgast prematur dels components.

Millors pràctiques de manteniment, control del soroll i estalvi energètic

El manteniment regular fa que els sistemes duriïn més temps i funcionin millor en conjunt. La neteja mensual dels filtres d'admissió evita que s'embussin i provoquin una reducció del cabal d'aigua. Cada tres mesos, comproveu els difusors de les tovernes per detectar possibles depòsits de calci o formació de biofilms. Voleu un funcionament més silenciós? Munteu les bombes sobre aïlladors de vibracions i col·loqueu l'equipament a una distància mínima de 3 metres dels marges de la piscina per reduir la transmissió del soroll a través de les parets. Les bombes de velocitat variable són una autèntica revolució en matèria d'estalvi energètic, ja que redueixen el consum elèctric aproximadament un 30 % respecte als models antics de velocitat única. Per anar encara més lluny, programeu les operacions durant les hores de menor demanda i utilitzeu cobertes tèrmiques quan la piscina no estigui en ús, cosa que pot reduir els costos de reescalfament entre la meitat i les dues terceres parts. No oblideu segellar totes les connexions de canonades amb una resina epoxi marina de bona qualitat. Una fuita petita aquí i allà pot arribar a malgastar fins a 20.000 litres d'aigua cada any, de manera que aquest pas senzill fa una gran diferència tant en eficiència com en estalvi de costos.

Secció de preguntes freqüents

En quin principi es basen els sistemes de contracorrent?

Els sistemes de contracorrent es basen en el principi de Bernoulli, que utilitza les diferències de pressió per mantenir la posició del nedador ajustant-ne el flux d’aigua corresponentment.

En què es diferencia el flux laminar del flux turbulent en aquests sistemes?

El flux laminar ofereix corrents llisos i paral·lels, ideals per a una resistència estable, mentre que el flux turbulent genera canvis de pressió imprevisibles que fan que els entrenaments resultin més exigents.

Quins són els dos tipus principals de sistemes de contracorrent?

Els dos tipus principals són els sistemes integrats per a piscines noves i les unitats d’adaptació (retrofit) per a piscines existents, sent els sistemes integrats els que ofereixen una major consistència en el flux.

Com afecten la potència de la bomba i el cabal el rendiment del sistema?

La potència de la bomba i el cabal són factors crítics, amb requisits variables segons si l’ús és per a entrenament o per a rehabilitació, afectant la resistència, l’eficiència energètica i el cost.

Quines pràctiques de manteniment milloren l’eficiència dels sistemes de contracorrent?

La neteja periòdica dels filtres d'admissió, la comprovació dels difusors de les tovernes en busca de sediments i l'ús d'isoladors de vibracions per a un funcionament més silenciós ajuden a mantenir l'eficiència del sistema.