Dispositivos para controlar el golpe de ariete

¿Qué es el golpe de ariete?

El golpe de ariete es una alternancia que existe entre presiones altas y bajas en una tubería, producto de impulsos por corte de energía en bombas eléctricas, cierre brusco de llaves, por efecto de la gravedad y otros factores.

El golpe de ariete o pulso de Zhukowski, se produce al cerrar una válvula de manera brusca, este cambio repentino de velocidad genera una variación en la altura de presión.


La presión del golpe de ariete se representa de la siguiente manera:

Δh = Vf*(V0/g)

Donde:

  • Δh: Presión de golpe de ariete, m.c.a.
  • Vf: Velocidad media, m/s
  • V0: Velocidad de propagación de onda, m/s
  • g: Aceleración de la gravedad, 9.81 (m/s2)

La velocidad de propagación de  los cambios de presión que se producen en una tubería se calculan de la siguiente manera:

V0 = 1420/√ (1+(K*D)/(E*e))

Donde:

  • Vo: Velocidad de propagación de onda, m/s
  • K: Módulo de elasticidad del agua, 2.08E8 Kg/m2
  • E: Módulo de elasticidad del material de la tubería, Kg/m2
  • D: Diámetro de la tubería, m
  • e: Espesor de la tubería, m

golpe de ariete soluciones

El valor que tenemos diseñado para las presiones altas debe ser muy considerado en el diseño de las tuberías de espesores reducidos, al no tomar este valor y aplicarlo en las fórmulas, estaremos dañando muchas tuberías a causa de un golpe de ariete.

Fórmulas para evaluación del golpe de ariete


Fórmula Jouget

Pg=(L*V)/(g*T)

Donde:

Pg: Golpe de ariete en m.c.a.

L: Longitud de la tubería, dada en metros.

V: Diferencia de velocidades, antes y después de que se acciona la válvula en m/s.

g: gravedad en m/s^2, (9.8 m/s^2)


Fórmula de Michaud

Pg=(2*L*V)/(g*T)

Pg (Michaud)=2*Pg (Jouget)


Efecto producido en tuberías de presas por gravedad

Se produce cuando el agua es llevada de un punto a otro por medio de la gravedad, ejecutamos un corte o cierre de válvula brusco al final de la tubería, y provocaremos una presión alta cerca de la válvula, que se irá disipando por toda la tubería si esta tiene la capacidad de soportarla no se romperá, en cambio se reventará de la presión al no tener la capacidad de disipar toda esa energía que soporte dicha presión.

Esta onda que adquiere una alta presión, convertirá esa energía cinética en energía de compresión, la cual no es capaz de absorber el líquido.

Al final el agua trata de comportarse como un resorte, no siendo del todo así, no adquiriendo esta facultad y por lo tanto disipa esa gran cantidad de energía de otra forma, es aquí donde funcionan los dispositivos para controlar el golpe de ariete.

Consecuencias del golpe de ariete

El fenómeno de golpe de ariete puede ocasionar grandes desastres en tuberías de gran magnitud, incluso llevar a romper todos los accesorios de estas tuberías, como ser grifos, codos, válvulas, etc.

Medidas generales contra el golpe de ariete

  • Disminuir la velocidad en las tuberías.
  • Cerrar lentamente las válvulas y registros de cada tubería.
  • Utilizar válvulas de alivio.
  • Fabricación de tubos con espesor aumentado, teniendo en cuenta la sobrepresión admitida.
  • Diseñar tuberías adecuadamente tomando en cuenta el golpe de ariete en esos tramos.
  • Usar cámaras de aire comprimido en donde se requiera.
  • Revisión de toda la tubería en donde pueda existir una alta presión, buscar soluciones para evitar mayores problemas.

Dispositivos para controlar el golpe de ariete

Solo se emplean cuando la sobrepresión excede las especificaciones de la tubería, frecuentemente se emplean en pendientes pronunciadas.

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Para evitar los golpes de ariete se debe ir reduciendo el caudal de la tubería poco a poco, no estrangularlo bruscamente como suele hacerse, para esto podemos utilizar válvulas de asiento, y con mucho más cuidado en las tuberías de mayor longitud con una presión por gravedad muy alta.

En algunos casos que no se puede realizar una reducción de velocidad controlada, como es el caso de un corte de energía eléctrica, en donde están trabajando bombas, en este caso se deben usar tanques hidroneumáticos con cámaras de aire comprimido, otras formas pueden ser utilizar torres piezométricas, incluso es una buena medida la utilización de válvulas de muelle.

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.

Dentro de las medidas más importantes están:

  • Utilización de válvulas de alivio en los puntos críticos.
  • Válvulas anticipadoras de onda, esta válvula hace que cuando se detiene totalmente la bomba, deja un espacio de alivio de agua mientras se disipa toda la energía.
  • Tanques unidireccionales.
  • Chimeneas de equilibrio.
  • La utilización de ventosas, hará que se elimine el aire que se acumula en la tubería.
  • Válvulas anticipadoras de onda.
  • Calderines.
  • Las válvulas de retención hace que el flujo del agua no retorne.

¿Qué es una bomba de ariete hidráulico?

Una bomba de ariete hidráulico es un mecanismo constituido como bomba hidráulica, del cual no requiere de energía eléctrica para su función, sino que se basa en el uso de la energía cinética de un golpe de ariete sobre un fluido, en este caso el agua, para subirla de un nivel inferior a uno superior.

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Materiales para realizar una bomba de ariete de 1 1/4″

  • 5 Niple (coples) de 3″ a 1 1/4″
  • 3 Niple de 1/2″
  • 1 Niple de 1″
  • 1 Reducción campana de 1 1/4″ a 1/2″
  • 1 Reducción de 1″ a 1/2″
  • 1 T de 1 1/4″
  • 1 T de 1/2″
  • 1 Codo de 1 1/4″
  • 1 Válvula anti-retorno (válvula check, válvula de retención, válvulas uniflujo) 1 1/4″
  • 1 Válvula de pie de cisterna o válvula de no retorno (conocida como pichancha) de 1 1/4″
  • 1 Llave control de 1/2″
  • 1 Llave control de globo PVC DE 1 1/4″ roscable
  • 1 Depósito de extinguidor de 25 Kg, entrada de 1″
  • 1 punta de 1 1/4″ a 1″

Déjanos en los comentarios cómo has realizado tu bomba de ariete y que alturas has bombeado…

Respuestas a las preguntas más frecuentes: correos y comentarios despejados

¿Qué es el golpe de ariete y cómo se produce?

El golpe de ariete es un fenómeno hidráulico que ocurre en tuberías cuando hay un cambio brusco en la velocidad del flujo de agua.

Imagina que cierras una válvula de golpe; el agua que iba a toda velocidad se detiene de repente. La energía que llevaba el agua tiene que ir a algún lado, así que se convierte en una onda de presión que viaja por la tubería, generando un golpe.

Este golpe puede causar daños serios, como rupturas en las tuberías o fallos en las juntas. Para evitarlo, se pueden usar dispositivos como válvulas de alivio de presión o cámaras de aire.

¿Dónde se aplica el golpe de ariete?

El golpe de ariete es un fenómeno que puede ocurrir en cualquier sistema de tuberías donde haya cambios bruscos en el flujo de líquidos, pero es especialmente relevante en ciertos contextos:

Sistemas de Abastecimiento de Agua: En redes de distribución de agua potable y en plantas de tratamiento.
Industria: En plantas químicas, petroquímicas y en sistemas de refrigeración.
Riego Agrícola: En sistemas de riego por aspersión o goteo.
Generación de Energía: En centrales hidroeléctricas, especialmente durante el arranque y el cierre de turbinas.
Marítimo: En sistemas de lastre de barcos y submarinos.
Construcción: En sistemas de extinción de incendios y en sistemas de bombeo de concreto.
Minería: En sistemas de transporte de pulpas minerales.

¿Quién inventó la bomba de ariete?

La bomba de ariete fue inventada por el ingeniero francés Joseph Michel Montgolfier en 1796. Sí, el mismo Montgolfier famoso por los globos aerostáticos.

La bomba de ariete es un dispositivo que utiliza el principio del golpe de ariete para bombear agua sin necesidad de una fuente externa de energía, más allá de la gravedad y la energía cinética del agua misma.

Es una tecnología bastante ingeniosa que se sigue utilizando hoy en día, especialmente en áreas rurales o en proyectos de desarrollo sostenible.

¿Cuántos metros sube una bomba de ariete?

La altura a la que una bomba de ariete puede elevar agua depende de varios factores, como la velocidad del flujo de entrada, la altura de la fuente de agua y el diseño de la bomba.

Una regla general es que por cada metro de “caída” (la altura desde la fuente de agua hasta la bomba), una bomba de ariete típica puede elevar agua hasta unos 7 metros.

Es decir, si tienes una caída de 5 metros desde tu fuente de agua hasta la bomba, podrías esperar elevar el agua hasta unos 35 metros en condiciones ideales. Pero ojo, estas son cifras aproximadas; cada sistema es único y puede variar.

¿Quién creó la bomba más potente del mundo?

La bomba más potente del mundo es una bomba sumergible creada por la empresa Grundfos, una compañía danesa especializada en tecnologías de bombeo.

Esta bomba se utiliza principalmente para aplicaciones de drenaje a gran escala, como en la gestión de inundaciones y en proyectos de ingeniería civil de gran envergadura.

La bomba tiene una capacidad asombrosa para mover grandes volúmenes de agua en poco tiempo, lo que la hace ideal para situaciones críticas donde se necesita un drenaje rápido y eficiente.

¿Cómo funciona una bomba de agua por golpe de ariete?

Una bomba de agua por golpe de ariete funciona aprovechando el fenómeno del golpe de ariete para mover agua de un punto más bajo a uno más alto. Aquí te explico cómo funciona, paso a paso:

Tubería de Alimentación: Primero, tienes una tubería que lleva agua desde una fuente (como un río o un estanque) hacia la bomba de ariete.
Válvula de Retención: En la bomba, hay una válvula de retención que inicialmente está abierta, permitiendo que el agua fluya libremente.
Cierre Brusco: En algún momento, la válvula de retención se cierra de golpe. Esto detiene el flujo de agua, creando un golpe de ariete.
Onda de Presión: El golpe de ariete genera una onda de presión que viaja por la tubería.
Cámara de Aire: Esta onda de presión llega a una cámara de aire en la bomba, comprimiendo el aire.
Válvula de Salida: La presión acumulada fuerza la apertura de otra válvula, que permite que el agua sea empujada hacia arriba a través de una tubería de salida.
Reinicio: Una vez que la presión en la cámara de aire disminuye, la válvula de retención se abre nuevamente, reiniciando el ciclo.

La belleza de este sistema es que no necesita electricidad ni combustible para funcionar, solo la energía cinética del agua y la gravedad.

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👨🏻‍💻 Alberto Pinto


🚧 Ingeniero Civil, Diseñador Web, Evaluación de Riesgos en Urbanizaciones, Asesor Inmobiliario, Fotógrafo, Videógrafo, Blogger, Fundador y Director de IngenieriaReal.com

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25 comentarios en «Dispositivos para controlar el golpe de ariete»

  1. Vivimos en un edificio de 13 pisos. El caño de bajada del tanque de reserva que esta en la terraza y que alimenta a las valvulas diogenes recibe golpes de ariete en forma violenta cada vez que accionan esas valvulas. Como estamos en el piso 12, se percibe muy fuerte a tal punto que no se puede soportar el ruido infernal cada vez que los vecinos de los pisos de abajo accionan la valvula para la descarga del inodoro, creo que corremos el riesgo que colapse el caño. Mi pregunta es que tipo de mecanismo se puede asimilar para evitar el desastre inminente.

    Responder
    • Hola Carlos,

      Entiendo que el problema del golpe de ariete en el edificio es bastante serio, especialmente si estás en el piso 12 y el ruido es tan fuerte que se vuelve insoportable. Tienes toda la razón en preocuparte por el riesgo de que el caño colapse.

      Para mitigar este problema, hay varias soluciones que podrían implementarse:

      – Válvulas antigolpe de ariete: Estas válvulas se instalan en puntos estratégicos de la tubería y ayudan a absorber el golpe de ariete, reduciendo así la presión y el ruido.

      – Cámaras de aire o tanques de expansión: Estos dispositivos actúan como amortiguadores, absorbiendo las ondas de presión generadas por el golpe de ariete.

      – Válvulas de cierre lento: Reemplazar las válvulas actuales por válvulas que se cierren más lentamente puede reducir la severidad del golpe de ariete.

      Revisión y mantenimiento: Es crucial revisar todo el sistema de tuberías para asegurarse de que no haya fisuras o debilidades que puedan empeorar el problema.

      Dado que se trata de un edificio de 13 pisos, sería prudente consultar con un ingeniero especializado en hidráulica en el edificio en particular para evaluar el sistema y proponer las soluciones más adecuadas a ese caso en específico, con una inspección visual y pruebas de campo.

      Espero que estas sugerencias te sean de ayuda para resolver este problema tan molesto y potencialmente peligroso.

      Saludos,
      Alberto Pinto de IngenieriaReal.com

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  2. Buenas tardes, tengo un problema, la salida de una manguera de 10 metros, se regula con una válvula de bola, la línea esta a 6 bar de presión y se ha producido un pequeño reventón interno. Yo creo que es por el golpe de ariete que se produce a cerrar la válvula por parte del operario, se arreglaría con una válvula de asiento, pero son operaciones que requieren de cierta rapidez y dichas válvulas son lentas. Mi pregunta es, podría ayudar a amortiguarlo el poner una pistola de presión en la punta en vez de la válvula de bola. Gracias.

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    • Hola Rodolfo. Jústamente la manera de evitar o aliviar el golpe de ariete es cerrando lentamente el paso del agua; la válvula de bola y la pistola son elementos de cierre rápido.

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    • Hola Rodolfo,

      Tienes razón en considerar una válvula de asiento como una posible solución, aunque entiendo que la velocidad de operación es crucial en tu caso.

      En cuanto a tu pregunta sobre usar una pistola de presión en lugar de una válvula de bola, es una idea interesante. La pistola de presión podría actuar como un amortiguador y reducir el impacto del golpe de ariete, especialmente si tiene una función de cierre gradual. Es importante tener en cuenta que la eficacia de esta solución dependerá de varios factores, como la velocidad de flujo, la presión y las características específicas de la pistola de presión.

      Otra opción podría ser instalar un tanque de expansión o una cámara de aire cerca de la válvula de bola para absorber el golpe de ariete. Esto permitiría mantener la velocidad de operación mientras se reduce el riesgo de reventones.

      Saludos,
      Alberto Pinto de IngenieriaReal.com

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  3. gracias `por la informacion.
    tengo un problema con una linea de alimetacion de barniz para esmaltar alambre magneto y este lo suministro a traves de bombas neumaticas que me estan dañando los sellos de las mismas.
    requiero un estudio para hacer un proyecto para eliminar esta falla muy comun

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    • Hola Víctor,

      Gracias por tu comentario y me alegra que la información haya sido de utilidad.

      Para resolver este tipo de problemas, un estudio detallado del sistema es crucial. Aquí hay algunas cosas que podrías considerar:

      – Tipo de barniz: Verifica si el barniz que estás utilizando es compatible con los materiales de los sellos de tus bombas.

      – Presión y caudal: Revisa si las bombas están operando dentro de sus límites de diseño en términos de presión y caudal.

      – Mantenimiento: Asegúrate de que las bombas estén recibiendo el mantenimiento adecuado, incluido el reemplazo periódico de sellos y otras piezas desgastadas.

      Espero que estas sugerencias te sean de ayuda para abordar el problema que estás enfrentando.

      Saludos,
      Alberto Pinto de IngenieriaReal.com

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  4. Muy bien tratados los temas, falta un poco de más ilustraciones y fotografías, gracias

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    • Muchas gracias por la recomendación Jairo, se tomará mucho en cuenta para los próximos artículos y agregar más ilustrativos a los artículos anteriores para mejorar la comprensión también.

      Saludos 🙌

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  5. Buenas, les puedo hacer un comentario de mi ariete, el cual no funciona como yo esperaba, puesto que no ejerce el golpe en la válvula cheque, la cual debería de hacerlo y el agua solamente sube como 12 pulgadas arriba del nivel de donde está el recipiente que alimenta la tubería, la cuán se encuentra como a 45 pulgadas de altura de la parte más baja del ariete, ya estoy desesperado y quisiera repararlo y que el agua suba a una altura de 30 pies para poder suplir mi casa de este vital líquido, gracias de antemano por los comentarios.

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  6. LA GRAVEDAD SALVA AL PLANETA Y A LA HUMANIDAD DE LA AUTODESTRUCCIÓN

    EL REACTOR DE ARIETES ES EL SANTO GRIAL DE LA ENERGÍA.

    El golpe de ariete es el fenómeno físico que hace posible, que un sistema de electrogeneración hidroeléctrica pueda mantener constante su energía potencial gravitacional.

    El golpe de ariete es un fenómeno gravitacional. El golpe de ariete es una “estampida” del agua dentro de una tubería.

    La gravedad es la propiedad que tienen todos los cuerpos materiales de atraersen mutuamente.

    La gravedad es una fuente inagotable de energía potencial gravitatoria.

    La gravedad confiere energía potencial gravitatoria a todos los cuerpos materiales que pueden ser movidos o acelerados por la atracción gravitacional.

    El REACTOR DE ARIETES es el sistema electrogenerador hidroeléctrico alimentado de manera constante por la gravedad. La energía potencial gravitatoria suministrada por la gravedad al Reactor de Arietes siempre es mayor que la electricidad generada.

    La gravedad suministra constantemente más energía potencial gravitatoria que la energía necesitada para el Desarrollo Sostenible. Por eso el REACTOR DE ARIETES puede reemplazar de manera eficiente y rentable a los combustibles fósiles.

    El REACTOR DE ARIETES nos permite entrar en una nueva era tecnológica, en la que es posible el Desarrollo Sostenible.

    martinjaramilloperez@gmail.com

    Responder
  7. de que sirve instalarle cámaras de aire a una edificación si con el pasar de las semanas o meses estas dejan de funcionar, ya que los espacios donde debería de tener aire con el tiempo pasan a tener solo agua?.

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  8. Tengo un golpe de ariete muy fuerte cosa que antes de haber hecho el cambio de chek no sucedia esto me puedes orientar que efecto se haiga precentado para que se modificara este efecto

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  9. Interesante. Creo pudo haber más información útil por ejemplo explicar la manera eficiente de la instalación de los dispositivos que combaten el golpe de ariete y un poco más sobre su funcionamiento. Muchas gracias por la información.

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  10. Mi nombre es Juan Anjel,consulta en un silo de cal de una capacidad de 70tn aprox puede tener golpe de ariete a la descarga de cal a la línea de alimentacion que es de 8″. Como dato el cierre de la válvula es producida por aire ‘neumática’ de un cierre y abertura muy rápida,entonces pienso Que hay un sistema muy violento a la descarga, porque se dañas los ductos en trizadura a la cincunfetencia de este,de la cañería de 8″.
    También se tiene vibradores en el silo, para evitar congelamiento de la cal.
    Por favor si es posible que me pueda aclarar mis dudas y poder identificar qué tipo de fuerza es ejercida a los componentes del equipo.
    Atte. Juan anjel

    Responder
  11. Míy interesante yo trabajo en intalaciones de riegos automáticos i e tenido ese problema de golpes de Ariete.i

    Responder
  12. tengo un problema con mi ariete, y quiero ponerle la val-bula chek pero tengo dudas en cuanto al peso y volumen para que funcione adecuadamente, me da la impresion que al armarlo lo armaron mal y por eso no funciona quisiera hacerle la camara donde recibe el golpe pero no estoy seguro de esto, me puedes orientar, te mando fotos para que lo cheques y me aconsejes que hacer gracias
    Edgar

    Responder
    • Hola Edgar,
      Leyendo tu caso puedo decirte que el problema a lo mejor está en la poca altura de trabajo que le dejaron desde el inicio de la toma de agua hasta el ariete, para su correcto funcionamiento te recomiendo que no sea inferior a un metro esta altura por debajo de la toma de agua al ariete, y el otro problema que debes de verificar es el correcto sentido de la válvula check que puede ser que la pusieron en el sentido contrario al que debería de estar, son mis dos suposiciones por las que debería de estar funcionando mal, como lo describes está en una mal armado de la misma.
      Edgar revisa esos puntos para ver si sigue el problema.

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