Golpe de ariete
El golpe de ariete se refiere a las fluctuaciones causadas por el repentino incremento o disminución de la velocidad del flujo. Estas fluctuaciones de presión pueden ser lo suficientemente severas como para romper la tubería de agua. Los problemas potenciales del golpe de ariete pueden ser considerados al evaluarse el diseño de las tuberías y cuando se realiza un análisis detallado de las oscilaciones de presión, en muchos casos para evitar malos funcionamientos costosos en el sistema de distribución. ual!uier cambio mayor en el diseño del sistema principal o cambio en la operación"tales como aumento en la demanda de los niveles de flujo deben incluir la consideración de los problemas potenciales de golpe de ariete. Este fenómeno y su significado tanto para el diseño como para la operación de los sistemas de agua, no son ampliamente entendidos, como demuestra por el n#mero y la frecuencia de fallos causados por el golpe de ariete por el n#mero y la frecuencia de fallos causados por el golpe de ariete $%u& es el 'olpe de ariete( El golpe de ariete )cho!ue hidráulico* es el incremento momentáneo en presión, el cual ocurre en un sistema de agua cuando hay un cambio repentino de dirección o velocidad del agua. uando una válvula de rápido cierre cierra repentinamente, detiene el paso del agua !ue está fluyendo en las tuberías, y la energía de presión es transferida a la válvula y a la pared de la tubería. Las ondas e+pansivas se activan dentro del sistema. Las ondas de presión viajan hacia atrás hasta !ue encuentren el siguiente obstáculo sólido, luego contin#an hacia adelante, luego regresan otra vez. La velocidad de las ondas de presión es igual a la velocidad del sonido por lo tanto su -e+plosión !ue resuena a trav&s de las tuberías cuando una llave llena de agua es cerrada repentinamente. Esto es un efecto del golpe de ariete. /na forma menos severa del golpe de ariete es llamada oscilación, !ue es un movimiento lento en forma de ola de una masa de agua causado por fluctuaciones internas de presión en el sistema. Esto puede ser visto como una -onda de presión !ue se forma lentamente dentro del sistema. 0mbos, golpe de ariete y oscilación, se refieren a presiones transitorias. 1i no se controlan, ambas darán los mismos resultados daños a las tuberías, accesorios y válvulas, causando fugas y reduciendo la vida #til del sistema. 2i la tubería ni el agua se comprimirán para absorber el cho!ue del agua. Encontrando Soluciones Practicas
La oscilación de presión debe ser incorporada junto con la presión de operación durante el diseño de la tubería. Las recomendaciones y re!uerimientos con respecto a presiones de las oscilaciones Los siguientes son algunas herramientas para reducir los efectos de golpe de ariete Válvulas
El golpe de ariete usualmente daña a las bombas centrífugas cuando la energía el&ctrica falla. En esta situación, la mejor forma de prevención es tener válvulas controladas automáticamente, las cuales cierran lentamente 0l cerrarse la válvula lentamente se puede moderar el aumento en la presión cuando las ondas de sobre3presión del agua de abajo resultando del cierre de la válvula regresan del tan!ue de almacenamiento. El aire arrastrado o los cambios de temperatura del agua pueden ser controlados por la válvula de descarga de presión, los cuales están fijados para abrir con presión en línea y luego se cierran cuando la presión cae. Las válvulas de descarga son com#nmente usadas en estaciones de bombeo para controlar la oleada de presión y proteger la estación de bombeo, estas válvulas pueden ser un m&todo efectivo de control transitorio. 1i la presión pudiera bajar en los puntos elevados, una válvula liberadora de aire y de vacío deber ser usada. Bomba
Los problemas de operación en el arran!ue de la bomba pueden usualmente ser evitados incrementando el flujo en la tubería lentamente hasta colapsar o desalojar los espacios de aire suavemente. 4ncluso, un simple medio para reducir las oscilaciones hidráulicas de presión es el mantener bajas velocidades en la tubería. Esto no solo resultara en oscilaciones de baja presión, sino tambi&n resultara en bajos niveles de caballo de fuerza durante la operación, y así conseguir una má+ima economía en la operación. Tanque de Oscilación
En tuberías muy largas, las oscilaciones pueden ser liberadas con un tan!ue de agua directamente conectado a la tubería llamado -tan!ue de oscilación. uando la oscilación es encontrada, el tan!ue actuará para liberar la presión, y poder almacenar el lí!uido e+cesivo, dando al flujo un almacenamiento alternativo mejor !ue el proporcionado por la e+pansión de la pared de la tubería y compresión del fluido. Los tan!ues de oscilación pueden servir para ambos, fluctuaciones positivas y negativas. Estos tan!ues de oscilaciones tambi&n pueden ser diseñados para proporcionar flujo al sistema durante una oscilación de agua abajo, de esta manera previene o minimiza la separación de la columna de vapor. 1in embargo, los tan!ues de oscilación pueden ser un dispositivo de control riesgoso. Cámara de Aire
Las cámaras de aire son instaladas en áreas donde se puede encontrar el golpe de ariete frecuentemente, y típicamente pueden ser vistos detrás de accesorios de los lavabos y la tina de baño. 5e forma fina como botellas volteadas al rev&s y con un pe!ueño orificio conectado a la tubería, están llenos de aire. El aire se comprime para absorber el cho!ue, protegiendo a los accesorios y a la tubería.
Problema de Golpe de Ariete
1e pretende instalar una tubería de fibrocemento de 6.788 m de longitud para alimentar desde un grupo de bombeo a un depósito de regulación de una población. El caudal a suministrar es 67,78 m 9:h, y la diferencia de cotas entre el depósito y el grupo de bombeo es de ;8 m. El perfil de la tubería es!uematizado es el siguiente
1e pide a* 5eterminar el diámetro de la tubería y las p&rdidas de carga )despreciar las p&rdidas de carga en puntos singulares*. b* alcular la sobrepresión producida por el golpe de ariete. 88 mm podemos comprobar !ue para un caudal de 67,78 m 9:h ? 7 l:s le corresponde una velocidad de >,86 m:s )pág. >@ del Arontuario de Bidráulica*, !ue es una velocidad razonable. alculamos ahora la p&rdida de carga
hc
=
JxL
0l tratarse de una tubería de fibrocemento, la p&rdida de carga unitaria C será, seg#n la e+presión de 1cimemi
J
0.000984 D
=
−
4.79
Q
1.79
http::DDD.nesc.Dvu.edu:pdf:dD:publications:ontap:688Ftb:spanish:DaterFhammerF5GH 1IJ>K>.pdf
álculo de la sobrepresión producida por el golpe de ariete. Hórmulas de Jichaud y 0llievi. /na vez conocido el valor del tiempo = y determinado el caso en el !ue nos encontramos )cierre lento o cierre rápido*, el cálculo del golpe de ariete se realizará de la forma siguiente a* ierre lento. ) Hormula de Jichaud*
∆ H
=
2.L.v
g .T
∆ H 1obrepresión debida al golpe de ariete )mca* L Longitud de la tubería )m* v elocidad de r&gimen del agua )m:s* = =iempo de parada o de cierre, seg#n el caso )s* g 0celeración de la gravedad, .7> m:s 6 Aara deducir esta ecuación, Jichaud no tuvo en cuenta ni la compresibilidad del agua ni la elasticidad de la tubería.
b* ierre rápido. ) Hormula de 0llieve*
∆ H
=
a.v g
5ónde S 1ección transversal de la tubería ∆ P Es la presión ejercida por la rodaja de considerada.
1i 1 es la sección transversal de la tubería y 5A es la presión ejercida por la rodaja de agua considerada https::DDD.uclm.es:area:ingFrural:=ransFhidr:=ema>8.A5H http::DDD.nesc.Dvu.edu:pdf:dD:publications:ontap:688Ftb:spanish:DaterFhammerF5GH 1IJ>K>.pdf http::personales.unican.es:renedoc:=rasparenciasM68GEN:=raspM68=ermoM68y M68JH:88M68'<05I1:JHM68=8O.pdf http::DDD.uclm.es:area:ingFrural:Bidraulica:Hormulario'olpe0riete.pdf http::fluidos.eia.edu.co:hidraulica:articuloses:flujoentuberias:golpedeariete:golpedeariete. html
