Dispositivos para controlar el golpe de ariete

El fenómeno del golpe de ariete, también denominado transitorio, consiste en la alternancia de depresiones y sobrepresiones debido al movimiento oscilatorio del agua en el interior de la tubería, es decir, básicamente es una variación de presión, y se puede producir tanto en impulsiones como en abastecimientos por gravedad.
 
El valor de la sobrepresión debe tenerse en cuenta a la hora de dimensionar las tuberías, mientras que, en general, el peligro de rotura debido a la depresión no es importante, más aún si los diámetros son pequeños.
 
Descripción del fenómeno en abastecimientos por gravedad
 
Si el agua se mueve por una tubería con una velocidad determinada y mediante una válvula se le corta el paso totalmente, el agua más próxima a la válvula se detendrá bruscamente y será empujada por la que viene detrás.
 
Como el agua es algo compresible, empezará a comprimirse en las proximidades de la válvula, y el resto del líquido comprimirá al que le precede hasta que se anule su velocidad.
En definitiva, se forma una onda de máxima compresión que se inicia en las proximidades de la válvula y se traslada al origen. La energía cinética que lleva el agua se transforma en energía de compresión.
 
Cuando el agua se detiene, ha agotado su energía cinética y se inicia la descompresión en el origen de la conducción trasladándose hacia la válvula.
Esta descompresión supone una depresión, que retrocede hasta la válvula para volver a transformarse en compresión, repitiendo el ciclo y originando en el conducto unas variaciones ondulatorias de presión que constituyen el golpe de ariete.
En definitiva, se producen transformaciones sucesivas de energía cinética en energía de compresión y viceversa, comportándose el agua como un resorte.
Consecuencias
Este fenómeno es muy peligroso, ya que la sobrepresión generada puede llegar a entre 60 y 100 veces la presión normal de la tubería, ocasionando roturas en los accesorios instalados en los extremos (grifos, válvulas, etc.).
 
El golpe de ariete estropea el sistema de abastecimiento de fluido, a veces hace reventar tuberías de hierro colado, ensancha las de plomo, arranca codos instalados, etc,
 
Dispositivos para controlar el golpe de ariete
Para evitar este efecto, existen diversos sistemas:
Para evitar los golpes de ariete causados por el cierre de válvulas, hay que estrangular gradualmente la corriente de fluido, es decir, cortándola con lentitud utilizando para ello, por ejemplo, válvulas de asiento. Cuanto más larga es la tubería, tanto más tiempo deberá durar el cierre.
 
Sin embargo, cuando la interrupción del flujo se debe a causas incontrolables como, por ejemplo, la parada brusca de una bomba eléctrica, se utilizan tanques neumáticos con cámara de aire comprimido, torres piezométricas o válvulas de muelle que puedan absorber la onda de presión, mediante un dispositivo elástico.
 
Otro caso común de variación brusca de la velocidad del flujo en la tubería se da en las centrales hidroeléctricas, cuando se produce una caída parcial o total de la demanda. En estos casos tratándose de volúmenes importantes de fluido que deben ser absorbidos, se utilizan en la mayoría de los casos torres piezométricas, o chimeneas de equilibrio que se conectan con la presión atmosférica, o válvulas de seguridad.
 
En la Ingeniería es muy importante determinar la magnitud de esta sobrepresión con el objeto de poder diseñar las tuberías con suficiente resistencia para soportarla. En las válvulas operadas a discreción la sobrepresión no es muy grande porque se procura que Tv sea grande (cierre lento). Pero en las salidas de operación de equipos (parada de bombas, daño de válvulas, etc.) la sobrepresión puede ser muy grande, por lo que se procura disminuirla con válvulas de alivio, cámaras neumáticas, chimeneas de equilibrio, etc.
 
Igual como sucede en un resorte largo que es estirado y luego dejado libre, la tubería debido a la elasticidad del material de que está hecha, se contrae hasta un tamaño ligeramente menor que el previo a la sobrepresión, produciéndose una salida de agua mayor que el aumento de volumen causado por la sobrepresión.
Golpe de ariete en líneas de descarga:
El caso más importante de golpe de ariete en una línea de descarga de bombas accionadas por motores eléctricos, se verifica luego de una interrupción de energía eléctrica.
En este caso, debido a la inercia de las partes rotativas de los conjuntos elevadores, inmediatamente después de la falta de corriente, la velocidad de las bombas comienza a disminuir, reduciéndose rápidamente el caudal. La columna líquida continúa subiendo por la tubería de descarga, hasta el momento en que la inercia es vencida por la acción de la gravedad. Durante este periodo se verifica una descompresión en el interior de la tubería.
 
Medidas generales contra el golpe de ariete
El golpe de ariete es combatido, en la práctica, por varias medidas.
  • Limitación de la velocidad en tuberías.
  • Cierre lento de válvulas o registros. Construcción de piezas que no permitan la obstrucción muy rápida.
  • Empleo de válvulas o dispositivos mecánicos especiales. Válvulas de alivio, cuyas descargas impiden valores excesivos de presión.
  • Fabricación de tubos con espesor aumentado, teniendo en cuenta la sobrepresión admitida.
  • Construcción de pozos de oscilación, capaces de absorber los golpes de ariete, permitiendo la oscilación del agua. Esta solución es adoptada siempre que las condiciones topográficas sean favorables y las alturas geométricas pequeñas. Los pozos de oscilación deben ser localizados tan próximos como sea posible de la casa de máquinas.
  • Ø  Instalación de cámaras de aire comprimido que proporcionen el amortiguamiento de los golpes. El mantenimiento de estos dispositivos requiere ciertos cuidados, para que sea mantenido el aire comprimido en las cámaras.

Dispositivos para controlar el golpe de ariete

 

Se requiere para su funcionamiento un flujo constante de agua cuya fuente tenga un desnivel de un metro o más con respecto al dispositivo, esta diferencia de altura se llama desnivel de trabajo.

Esquema de Funcionamiento:

Dispositivos para controlar el golpe de ariete

 

Foto de un ariete hidráulico armado con sus complementos:Dispositivos para controlar el golpe de ariete

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