¿Qué es el golpe de ariete?
Figura 1: Los efectos del golpe de ariete pueden reventar las tuberías.
El golpe de ariete, técnicamente llamado choque hidráulico, es un fenómeno de tuberías que se produce cuando un fluido en movimiento se ve obligado a detenerse o a cambiar de dirección bruscamente. Se produce principalmente en líquidos, como el agua, debido a su incompresibilidad, pero también puede darse en gases. El cambio repentino del momento del fluido, normalmente por el cierre de una válvula, provoca un aumento de presión que envía una onda a la velocidad del sonido de un lado a otro de la red de tuberías.
El efecto del golpe de ariete se asocia a un sonido de golpeteo que puede repetirse varias veces antes de que la presión se disipe. El aumento de presión puede ser varias veces superior al límite de presión de funcionamiento del sistema de tuberías, lo que puede dañar la tubería y los equipos conectados a ella y, en algunos casos, puede suponer un peligro para las personas y el medio ambiente. Es más destacado para las válvulas eléctricas o neumáticas que se cierran rápidamente, como una electroválvula.
Causas del golpe de ariete
Como se ha explicado, el golpe de ariete se produce en un sistema de tuberías cuando el fluido choca contra una pared y la fuerza provoca un aumento de presión en la red de tuberías. La pared más común es cuando una válvula se cierra rápidamente. Observando algunas aplicaciones comunes, podemos ver cómo se produce en ellas el golpe de ariete:
Aplicación residencial
En una aplicación residencial, cuando un lavavajillas o una lavadora cortan el agua, una electroválvula se cierra rápidamente y puede provocar un efecto de golpe de ariete. Normalmente, no causa daños, pero se puede oír.
Procesos industriales
Operaciones similares en procesos industriales, como el cierre rápido de una válvula aguas abajo de una bomba en marcha, pueden provocar golpes de ariete. Otros procesos industriales son:
- Una parada repentina de una bomba de cierre hermético: Cuando una columna de agua se mueve a través de una bomba (una bomba de desplazamiento positivo, y no una bomba rotodinámica), una parada repentina de la bomba sin una desaceleración gradual provocará un golpe de ariete. En este caso, la bomba actúa como una válvula aguas abajo que se cierra repentinamente.
- Cierre de golpe de una válvula de retención: El golpe de ariete puede producirse cuando se cierra una válvula de retención. Las válvulas de retención pueden cerrarse casi instantáneamente si el diferencial de presión está por debajo de las especificaciones de la válvula de retención.
- En la producción de vapor: En la puesta en marcha de la producción de vapor, la alta tasa de condensación conduce a una babosa de condensado líquido que viaja a gran velocidad. Cuando este líquido choca con una curva pronunciada, se produce el fenómeno del golpe de ariete.
- Aguas arriba de una bomba en funcionamiento: El efecto inverso se produce cuando una válvula aguas arriba de una bomba en funcionamiento se cierra repentinamente, lo que provoca un vacío justo después de la válvula. Este vacío puede provocar la implosión de la tubería.
- Llenado inicial de la tubería: Otro caso de golpe de ariete se produce cuando se llena de agua una tubería vacía a gran velocidad y el aire sale por un pequeño orificio. Cuando el aire está completamente fuera de la tubería, el flujo de agua se detiene repentinamente, lo que provoca un aumento de presión.
Figura 2: El efecto del golpe de ariete: la condición inicial con la válvula cerrada y el agua estancada (A), el funcionamiento normal con la válvula abierta y el flujo de agua (B), el golpe de ariete con la válvula cerrada repentinamente (C). El impulso del agua se convierte en ondas de presión que se mueven de un lado a otro dentro de la tubería.
Efectos del golpe de ariete
El resultado más básico del golpe de ariete es el ruido y las vibraciones que se producen cuando la onda rebota en una red de tuberías. Las vibraciones pueden provocar el debilitamiento de las juntas y conexiones de las tuberías, la deformación de las mismas y el debilitamiento de los soportes y colgantes. También puede provocar fugas, daños en las tuberías y daños en los equipos (instrumentos, bombas o manómetros) conectados a la tubería. En casos raros, pero graves, puede provocar accidentes y, a veces, víctimas mortales.
Cómo evitar los golpes de ariete
Figura 3: Válvula de asiento angular de latón EPDM 10 bar para agua potable. Esta válvula no presenta riesgo de golpes de ariete gracias a su mecanismo de cierre lento.
Durante el diseño y la construcción de la red de tuberías, es fundamental evaluar el riesgo de golpes de ariete en el sistema de tuberías e instalar medidas preventivas. Debe considerar cuidadosamente el control del flujo de fluidos. Las posibles medidas para mitigar el golpe de ariete son:
- Evite las válvulas de cierre rápido: Las válvulas manuales deben cerrarse lentamente, especialmente cuando las bombas siguen funcionando. Las electroválvulas de cierre rápido deben evitarse cuando no se instalan otras medidas de mitigación. Para uso doméstico, las válvulas de asiento en ángulo o las válvulas de bola manuales que se cierran lentamente son excelentes para los sistemas de agua potable.
- Instalar depósitos de expansión, torres de agua, depósitos de compensación o acumuladores hidráulicos: Estos sistemas capturan los picos de presión permitiendo la expansión del fluido y evitan los golpes de ariete.
- Reducir la presión de funcionamiento: A menudo, la presión de suministro principal no es necesaria en toda la red de tuberías. Reducir la presión localmente ayudará a evitar el golpe de ariete.
- Instalar tuberías de alta presión: Esto no evita el golpe de ariete, pero protege contra el daño de la tubería
- Procedimiento operativo del proceso: Los procedimientos de arranque y parada deben tener en cuenta los efectos del golpe de ariete.
- Instalar válvulas de purga y válvulas de aire: Las válvulas de aire ayudan a reducir las regiones de baja presión que impiden la aceleración del fluido. Las válvulas de soplado permiten descargar el exceso de presión en el flujo.
Aplicaciones del efecto del golpe de ariete
Los efectos del golpe de ariete suelen tener consecuencias indeseables, pero puede tener algunas aplicaciones útiles cuando se simula deliberadamente. Un ariete hidráulico utiliza el efecto del golpe de ariete para bombear agua convirtiendo una cabeza de presión de agua a un caudal alto en una cabeza de presión más alta a un caudal bajo. El efecto del golpe de ariete también puede detectar fugas en una tubería y detectar bolsas de aire encerradas.
Conclusión
El golpe de ariete puede ser muy perjudicial para las tuberías y los equipos conectados. El ruido, las vibraciones y el aumento de presión creados pueden perturbar la comodidad de las personas y provocar accidentes. Se produce por la interrupción repentina de un fluido de movimiento rápido, como el agua, normalmente por una válvula o una curva pronunciada de la tubería. Varias medidas evitan los golpes de ariete, como la reducción de la presión de funcionamiento, las válvulas de cierre lento y los depósitos de expansión. El principio del golpe de ariete también puede tener aplicaciones prácticas, como el bombeo de agua, como se ve con el ariete hidráulico.