Golpe de ariete

Bueno, aquí llega el primer árticulo. No obstante, el tema ha sido un recurso de útimisima hora, viendo que no me daba tiempo a terminar el que estaba haciendo en condiciones. Aun así espero que os guste.

A pesar de lo que se pueda pensar por el titulo es, no vamos a hablar de ningún arma de asedio, sino de otra cosa bastante diferente. El llamado golpe de ariete, es un fenómeno que junto a la cavitación (quizá para otro día), es el principal causante de averías en tuberías e instalaciones hidráulicas.

El golpe de ariete es normalmente la consecuencia de cerrar bruscamente una válvula o un grifo. Cuando se cierra bruscamente una válvula de una tubería de cierta longitud, las partículas que estaban en movimiento se tienen que detener. El problema es que los fluidos, sea en mayo o menor medida, se comprimen. Por tanto, nos encontramos que las particulas que vienen por detrás empujan y comprimen, por la energia que traen, a las que estan por delante. Esto origina una sobrepresión que se desplaza por la tubería, a una velocidad que puede superar la velocidad del sonido en el fluido.

Esta sobrepresión es el grave peligro de este fenómeno. Debido a la sobrepresión nos encontramos por un lado que  el fluido reduce su volumen, y por otro dilata ligeramente la tubería (en el mejor de los casos). Pero, cuando todo el fluido que circulaba en la tubería se ha detenido, el fluido y la tubería que se había ensanchado ligeramente tiende a retomar su dimensión normal. Esto provoca otra onda de presión en el sentido contrario. Nos encontramos entonces que el fluido se desplaza desplaza en dirección contraria, pero al estar la válvula cerrada, se produce una depresión. Incluso, al reducirse la presión, el fluido puede pasar a estado gaseoso formando una burbuja mientras que la tubería se contrae. Al alcanzar el otro extremo de la tubería, si la onda no se ve disipada, tendera a repetirse el ciclo hasta que se calme la onda.

La fuerza del golpe de ariete es directamente proporcional a la longitud del conducto, ya que las ondas de sobrepresión se cargarán de más energía, e inversamente proporcional al tiempo durante el cual se cierra la llave: cuanto menos dura el cierre, más fuerte será el golpe.

Se trata de un  fenómeno 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.

Archivo:Blown expansion joint.jpg

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 con muy poco avance por cada giro. 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 método es la colocación de ventosas de aireación, preferiblemente con estas tres funciones:

  • Introducir aire cuando en la tubería se extraiga el fluido, para evitar que se generen vacíos;
  • Extracción de grandes bolsas de aire que se generen, para evitar que una columna de aire empujada por el fluido acabe reventando codos o, como es más habitual en las crestas de las redes donde acostumbran a acumularse las bolsas de aire;
  • Extracción de pequeñas bolsas de aire, debido a que el sistema de las mismas ventosas por lado tienen un sistema que permite la extracción de grandes cantidades y otra vía para las pequeñas bolsas que se puedan alojar en la misma ventosa.

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.

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