Golpe de ariete, un efecto colateral a no desdeñar

By 11 noviembre, 2014 Hidráulica 15 Comments
Foto by pupunkkop from FreeDigitalPhotos
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El golpe de ariete es un fenómeno propio de las conducciones a presión… Detrás de su fastuoso nombre se esconde una de las situaciones más peligrosas y dañinas para las instalaciones… En una serie de tres post desarrollaré el tema, primero con una explicación más o menos teórica sobre el fenómeno, y en los siguientes con una metodología de cálculo y un listado de elementos y accesorios que sirven para reducir sus efectos.

No te olvides de él al diseñar una instalación a presión

Las instalaciones que funcionan a presión, tanto de abastecimiento como de saneamiento, y tanto impulsiones como gravedades en carga, parten en su diseño del servicio que deben ofrecer, es decir: en función del desnivel que deben salvar y las pérdidas que por la propia circulación del flujo se producen en la conducción. No en vano, para que el agua vaya de un lugar a otro es necesario dotarla de la energía suficiente, lo cual no es más que elevarla  ya sea físicamente (con un depósito elevado) o mecánicamente (mediante equipos de impulsión), de manera que sea capaz de vencer los obstáculos físicos (elevaciones) y energéticos (pérdidas) que se encontrará en su camino…

Pero si en el diseño del timbraje de las conducciones que conformarán la instalación, es decir, la presión que soportarán, te quedas sólo con la propia del servicio al que está destinado, eres algo temerario. En cualquier instalación a presión hay un invitado que hay que tener en cuenta… un efecto colateral que si no lo consideras puede arruinarte el diseño, y en consecuencia la propia instalación cuando entre en servicio… y ese no es ni más ni menos que el golpe de ariete… así que nunca te olvides de calcularlo y comprobarlo!!!

Golpe de ariete… onda va… onda viene…

Y es que el fenómeno del golpe de ariete no es más que eso… se trata de una oscilación que se produce en el fluido interior de una conducción a presión la cual provoca en su interior sobrepresiones y depresiones que pueden producir daños en la propia tubería…

En el caso de una conducción en gravedad en carga el golpe de ariete sucede cuando se cierra una válvula, con lo que  el agua circula por la tubería choca contra ella… Así la sección de agua en contacto con la válvula se comprime, y la sección que llega por detrás comprime a la primera, y la siguiente que llega comprime a ésta, etc… De este modo se suceden las siguientes etapas:[unordered_list style=”arrow”]

  • en la cabeza de la conducción (es decir, en la válvula) se genera una sobrepresión, y la compresión de todas las secciones de agua acaba provocando en la cola de la conducción (es decir, en su inicio) una depresión…
  • Cuando esta primera onda anula la velocidad, toda la energía de compresión acumulada en la válvula se transforma en cinética que desplaza entonces el agua en sentido contrario hacia el inicio de la conducción, repitiéndose el mismo fenómeno a la inversa (sobrepresión en cola de conducción y depresión en la válvula)…
  • se inicia así una serie de ondulaciones pendulares hacia delante y atrás en la conducción, provocando sobrepresiones y depresiones, hasta que ésta llega al equilibrio y se para…[/unordered_list] 

En el caso de las conducciones por impulsión el golpe de ariete se suele producir por la parada del equipo de bombeo, y la sucesión de fenómenos en este caso es el siguiente:[unordered_list style=”arrow”]

  • lo que se produce en primer lugar es una depresión en el inicio de la conducción ya que el agua dentro de la tubería aun sigue la inercia del “empujón” que ha recibido de las bombas
  • tanto la propia depresión en la cola (inicio) de la conducción como la mayor presión en la cabeza (depósito) hacen que el agua pierda velocidad, se pare… y regrese de nuevo hacia el inicio de la conducción
  • Ahí, gracias a las válvulas antiretorno que protegen a las bombas de este efecto, la columna de agua vuelve a chocar con esa válvula y empieza a producirse la oscilación que ocurre en el caso de conducciones de gravedad en carga (sobrepresiones y depresiones alternantes) hasta que la columna de agua se para.[/unordered_list] 

Como cualquier efecto oscilatorio el fenómeno presenta una frecuencia en la repetición de las ondas, es decir, de los máximos y mínimos de presión en el interior de la conducción, la cual es el cociente entre longitud de la tubería entre la celeridad (que es la velocidad de propagación de una onda en el interior de una conducción y que depende de sus dimensiones y material).

Mejor una imagen que mil palabras

Pero, por el momento, dejémonos de teorías… en un próximo post ya pasaré a contar la parte más práctica de cálculo del golpe de ariete…

Ahora, y para ilustrar la descripción del fenómeno que te acabo de explicar, te dejo a continuación un vídeo de una casa comercial de válvulas en el que gracias a una cámara super lenta de 1000 frames/s  se observa claramente la formación del fenómeno golpe de ariete en el cierre de una válvula: los efectos, consecuencias y presiones que se producen… realmente un vídeo muy interesante!!!

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15 Comments

  • Jose Lopez dice:

    Que interesante la parte técnica en que describes el golpe de ariete. Gracias por el aporte.

  • Volker dice:

    Interesante! Conoces un programa con el que calcular/dimensionar un antiarriete?
    Gracias.
    Un saludo,
    Volker

    • Jordi Oliveras dice:

      Gracias Volker…
      Hay distintos programas para realizar el análisis de golpe de ariete, o transitorios como también se les llama… lo malo es que la mayoría son de pago… Entre ellos el que he usado alguna vez es el Surge…
      Hay otros de pago pero que tienen una versión Demo, como el Allievi de la UPV, o el Dyagats, de la misma UPV… o el Ariete de HidrSoftware
      Existe un gratis llamado Hammer version 2 de WaterSimulation, pero es muy sencillo y creo que sólo te permite obtener envolventes…
      Saludos.

  • Miguel dice:

    Muy buen post Jordi, precisamente hace nada hemos hecho una práctica en la escuela de simulación numérica con Matlab del golpe de ariete….esto me ha venido al pelo para refrescar un poco este interesante efecto. Espero que en alguno de los siguientes post comentes algo de las válvulas anti ariete

    • Jordi Oliveras dice:

      Casualidades de la vida Miguel… Me alegra que te haya servido…
      En próximos posts algo introduciré acerca del cálculo y elementos de protección.

  • […] unas semanas te presenté el fenómeno del golpe de ariete, el cual no sólo pudiste conocer de forma teórica, si no que también lo pudiste ver en directo […]

  • Jhonny Cabezas O. dice:

    Jordi, gracias por corpartir el material que ayuda a entender mejor este fenomeno.
    Un abrazo.
    Jhonny C.

  • Natividad Vihe dice:

    Me interesa la plantilla de excel, un excelente aporte de tu blog. Muchas Gracias por hacer este tipo de videos que nos ayudan a tener un mejor conocimiento en hidráulica.

    • Jordi Oliveras dice:

      Hola Natividad! Me alegra saber de ti… Tener noticias de HidrojINGers veteranos como tú, que te uniste hace casi año a la comunidad es siempre agradable.
      Te he enviado un e-mail… revisa tu bandeja de entrada!
      Un saludo.

  • Roex dice:

    Jordi, he estado viendo tu presentación.

    Mi profesión es Arquitecto y decirte, que estoy intentando iniciar un proyecto donde se combina la Arquitectura con la Ingeniería Hidráulica, para lo cual he pensado en contar con tu apoyo.

    Pero como bien sabes, es un proyecto, los trámites Políticos y Burocráticos hacen que nunca se sepa si llegará a buen Puerto, no obstante la intención es lo que cuenta.

    Saludos.

    • Jordi Oliveras dice:

      Gracias por tu interés Roex. Ánimo con tu proyecto.
      Si lo que necesitas entra dentro de mis conocimientos y habilidades, todo es cuestión de hablarlo.
      Saludos

  • Roex dice:

    Jordi, buenas tardes:

    Leyendo tus explicaciones decías que cuando la primera onda debida a las sobrepresiones anula la velocidad del agua que llega en movimiento, toda la energía de compresión acumulada en la válvula se transforma en cinética, que desplaza entonces el agua en sentido contrario hacia el inicio de la conducción, repitiéndose el mismo fenómeno a la inversa (sobrepresión en cola de conducción y depresión en la válvula)…

    Pero que ocurre si el otro extremo está conectado a un depósito a presión atmosférica -como sistema de alimentación -, a la hora de realizar el cálculo de la onda de expansión para determinar las sobrepresiones en la tubería sería aplicable la Fórmula de o Michaud si el cierre es lento y la instalación corta?, lo digo pues interviene el tiempo de parada del agua para su determinación, y la onda de expansión se enfrenta a un depósito abierto a presión atmosférica.

    Me pregunta es porque como el golpe de ariete implica un “baile de Presiones adelante y atrás a una velocidad dada”, o el desplazamiento a una velocidad dada de las variaciones de presión -sobrepresiones y depresiones – a lo largo de una tubería, cuando la depresión (succión) que origina el retroceso de las sobrepresiones llegue al depósito tras el cierre brusco, el líquido se encontraría en reposo pero uniformemente a carga menor que la que tenía antes del cierre de la válvula, esto provocaría un desequilibrio que permitiría que las aguas del depósito de alimentación comenzara de nuevo a moverse del depósito a la válvula con la misma velocidad que antes de producirse el primer golpe de ariete, con lo cual es el tiempo que dura la variación de velocidad, es decir, el tiempo que transcurre desde el corte de energía y la anulación del caudal o tiempo de parada del agua que tu has definido.

    Saludos.

    • Jordi Oliveras dice:

      Creo que en estas situaciones hay que analizar el suceso mediante un programa de modelización de golpes de ariete, ya que, si no he entendido mal, es como si tuvieras una chimenea de equilibrio en un extremo del conducto. Habría que comprobar que el volumen de ese depósito aporta suficiente a la conducción para que no se produzcan depresiones. Saludos

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