Blogs
El golpe de ariete, o ariete hidráulico, es una fuerza puntual de empuje resultado de una sobrepresión o subpresión derivada del cambio de sección en una tubería, cuya presión ha de ser liberada por seguridad, y que se produce por el comportamiento dinámico de un fluido en movimiento que conserva su velocidad original y por tanto su momento lineal (masa por velocidad).
Se trata de un efecto dinámico que puede observarse en la red de tuberías domésticas al abrir o cerrar un grifo, pero que tiene una gran importancia en grandes infraestructuras. Sin los apropiados mecanismos de control, el golpe de ariete podría deteriorar tuberías y elementos críticos.
Imaginemos la tubería de acceso a una planta hidroeléctrica en la que se turbina agua para generar electricidad limpia. A lo largo de esta tubería (I), el agua circula a cierta velocidad (v) y su cantidad de movimiento momento lineal será de ṗ = ṁ·v. Asimismo la presión en todos los puntos de la tubería será de P.
Al cerrar el ancho del tubo mediante una válvula se genera un cuello de botella gradual, y finalmente la detención total del fluido (II). La cantidad de movimiento m·v que conservaba el fluido aguas abajo ha de mantenerse constante, pero unos metros delante el momento lineal del fluido es nulo (ṗ=0) porque la velocidad del agua también lo es. Como resultado, aumenta la presión.
Tanto en fluidos compresibles como incompresibles (agua) esto genera un aumento importante de la presión dentro del tubo (PG) que podría comprometer la integridad de la tubería y de cualquier otro sistema asociado. El golpe de ariete empuja (al estilo de la maquinaria bélica) la tubería, pudiendo deteriorar también sus anclajes, que han de ser calculados para soportar este cierre.
Para evitar que el golpe de ariete genere desperfectos, las válvulas cuentan con sistemas electrónicos de cierre gradual que modera el aumento de presión en el interior del tubo. Del mismo modo en infraestructura crítica los apoyos de la tubería están diseñados para amortiguar el aumento de la presión. Con respecto a la onda de presión, las chimeneas de equilibrio se encargan de liberar la onda a presión atmosférica (Pa) cuando esta pasa en cualquiera de las dos direcciones.
Dispositivos de alivio del golpe de ariete
Chimenea Unidireccional : Tanque de almacenamiento (conformado por una tubería colocada verticalmente, la mayoría de las veces), teniendo como finalidad la incorporación del agua almacenada en ella hacia la Aducción cuando la presión en el Punto de Conexión es inferior a su altura de agua.
Chimenea Bidireccional: Es una tubería abierta a la atmósfera, con la particularidad de que permite el flujo desde ella hacia la Aducción y desde ésta hacia ella, restringiendo la transmisión de las ondas (sobrepresión y depresión) generadas por el Golpe de Ariete en Tuberías.
Tanque de Aire Comprimido : Busca generar poca resistencia (bajas pérdidas) al paso del flujo desde el Tanque hacia el sistema, pero que, en el caso de flujo desde La Aducción hacia él, genere pérdidas apreciables con la consiguiente restricción del flujo. De esta forma se convierte en un dispositivo amortiguador de las ondas de sobrepresión.
Válvula de Alivio: Es un dispositivo que, una vez la presión en el punto donde está conectada a la Aducción excede cierto valor preestablecido, se abre para descargar agua hacia la atmósfera. De esta forma se logra la transformación de la energía de presión generada por el Golpe de Ariete en las Tuberías en energía cinética para lograr así el alivio de las sobrepresiones.
Válvula en la línea: Es una Válvula en la línea con el mismo diámetro que la tubería y la cual tiene como finalidad simular dispositivos como válvulas de cierre (o apertura) controlado u orificios. De esta forma se debe seleccionar entre tres tipos de válvulas en Ariete: de Compuerta, Mariposa y de Paso Anular.
Calderín: El calderín amortigua las variaciones de presión debido a la expansión prácticamente adiabática del aire al producirse una depresión en la tubería, y posteriormente a la compresión, al producirse una sobrepresión en el ciclo de parada y puesta en marcha de una bomba.
Válvulas de alivio rápido: Son de dispositivas que permiten de forma automática y casi instantánea la salida de la cantidad necesaria de agua para que la presión máxima en el interior de la tubería no exceda un valor límite prefijado. Suelen proteger una longitud máxima de impulsión el orden de 2 km.
Válvulas anticipadoras de onda: Estas válvulas están diseñadas para que se produzca su apertura en el momento de parada de la bomba y cuando se produce la depresión inicial, de tal forma que cuando vuelva a la válvula la onda de sobrepresión, ésta se encuentre totalmente abierta, minimizando al máximo las sobrepresiones que el transitorio puede originar.
Ventosas: Permiten la eliminación del aire acumulado en el interior de la tubería, admisión de aire cuando la presión en el interior es menor que la atmosférica y la eliminación del aire que circula en suspensión en el flujo bajo presión.
Válvulas de retención: Estas válvulas funcionan de manera que sólo permiten el flujo de agua en un sentido, por lo que también se conocen como válvulas anti-retorno. En impulsiones, en tramos intermedios para seccionar el golpe de ariete en tramos y reducir la sobrepresión máxima.
Válvulas de retención de disco sobre eje longitudinal: Las características de estas válvulas de retención, también conocida como válvulas de retención Williams–Hager. Son recomendables cuando se esperen presiones de trabajo elevadas o cuando se puedan producir fuertes sobrepresiones por golpe de ariete.