Golpe de ariete

Diseño estructural. Sobrepresión. Presión del agua. Tuberías. Cámaras de aire. Celeridad

  • Enviado por: Joaquín Gómez Garrido
  • Idioma: castellano
  • País: México México
  • 4 páginas
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Golpe de Ariete

Es el aumento brusco de la presión de agua que se produce dentro de la tubería.

El golpe de ariete hidráulico se produce en la tubería de suministro de agua cuando una válvula o una canilla se cierra rápidamente. El agua circulante golpea de forma la válvula o la canilla cerrada y rebota como una onda. Este rebote continúa hasta que el agua golpea un punto de impacto y la energía proveniente de la onda de agua se distribuye más uniformemente en el sistema de tuberías. El punto de impacto, que puede estar en la conexión entre dos caños o en una junta de un sistema de tuberías, provoca el sonido "estrepitoso" que a veces se oye en los caños.

Cabe destacar que muchas válvulas, grifería y accesorios de plomería están diseñados para funcionar y resistir una presión de hasta 150 libras por pulgada cuadrada. Esto brinda un margen de seguridad contra aumentos inesperados de presión ya que 60 libras por pulgada cuadrada es la presión promedio que soporta el sistema de distribución de agua de una ciudad.

No obstante, los aumentos bruscos de presión pueden dañar válvulas, grifería y equipos tales como termotanques y lavavajillas. El daño puede, llegado el caso, provocar pérdidas de agua e incluso fallas en el equipo. Muchos aparatos no suelen estar diseñados para resistir la alta presión de agua que puede producirse en un aumento brusco de presión. Cada vez que se cierra una canilla o un lavavajillas comienza su ciclo de lavado, se produce un aumento brusco de presión dentro de la tubería.

Golpe de ariete

¿Qué son las cámaras de aire? ¿Pueden controlar el golpe de ariete hidráulico?
En muchos casos se instala un dispositivo denominado cámara de aire para controlar el golpe de ariete hidráulico. Se trata de un trozo de caño vertical con tapa, lleno de aire e instalado en la tubería. Se supone que el aire amortigua el choque del golpe de ariete. La vida útil de mayoría de las cámaras es breve. No obstante, no existe nada que separe el agua del aire. Llegado el caso, el agua absorbe el aire y la cámara de aire se anega. Por lo general, para que esto ocurra sólo deben transcurrir algunas semanas o meses. Una vez que la cámara de aire se anega, no brinda protección contra el daño producido por el golpe de ariete hidráulico.

En el interior de una conducción, cuando una masa líquida comienza a moverse, la velocidad de régimen no se adquiere de manera inmediata, sino que ha de transcurrir un determinado tiempo hasta que este hecho se produce. Ahora bien, cuando esta masa líquida en movimiento se detiene por alguna causa, o simplemente varía su velocidad de desplazamiento, ninguno de estos fenómenos tiene lugar de manera brusca, y de igual manera que en el inicio del movimiento, deberá transcurrir un determinado tiempo hasta que la variación tenga carácter permanente. Un ejemplo de las causas que puede obligar a detenerse o variar la velocidad de la masa de agua puede ser la maniobra de cierre de una válvula.

Durante los periodos de transición mencionados, el movimiento de la masa líquida, deja de ser uniforme y permanente. Es evidente que las primeras partículas en llegar al punto de obturación serán comprimidas por las siguientes, que siguen en movimiento por la propia inercia del mismo, y esas serán a su vez comprimidas por la siguientes, y así sucesivamente, creando una serie de presiones que, en determinadas circunstancias, pueden dar lugar a roturas y/o deformaciones en la conducción.

Todas estas presiones suponen la producción de una sobrepresión en el punto de obturación (en nuestro ejemplo, la válvula cerrada), que actuará sobre el mismo hasta que se produzca un movimiento de reacción en sentido contrario, lo que crea una depresión en dicho punto. Esta sucesión de hechos se repite periódicamente hasta que el rozamiento del agua en el conducto hace que se amortigüe, hasta desaparecer. La propagación de estas depresiones y sobrepresiones da lugar al golpe de ariete.

La velocidad de propagación de la onda sobrepresión-depresión, depende del espesor del material que forma la conducción, de la velocidad de desplazamiento del agua y de su compresibilidad.

Dicha velocidad de propagación recibe el nombre de celeridad, y su expresión para el agua, es de la siguiente forma:

c = 1 / ((1 / Golpe de ariete
) + D / (M · e))1/2

Donde:

c = Celeridad.

Golpe de ariete
= Coeficiente de elasticidad a la compresión del agua.

M = Módulo de elasticidad de la conducción.

e = Espesor de la misma.

Esta celeridad puede valorarse en unos 300 m/s. La celeridad es un término necesario para obtener el valor de la sobrepresión creada por el golpe de ariete, que se puede expresar como:

^P = (c · v) / g

Siendo:

^P = Valor de la sobrepresión, en m.C.A.

v = Velocidad media en la conducción, en m/s.

c= Celeridad, en m/s.

g = Aceleración debida a la gravedad, en m/s2.

Según se ha visto con anterioridad, la sobrepresión se va transmitiendo poco a poco aguas arriba del punto de obturación, hasta un punto de la conducción en el que exista otra obturación o una presión mayor. Si denominamos L a la longitud de conducto entre los puntos anteriormente mencionados, el tiempo que tarda en desplazarse la sobrepresión entre ambos puntos será:

t1 = L / c

Donde t1 estará expresado en segundos y L en metros.

Ahora bien, el movimiento continuará de nuevo hacia el punto de partida, en sentido contrario, transformándose la sobrepresión en energía cinética, y dejando el punto de obturación (originalmente sobrepresionado), en depresión, con lo que el tiempo completo de un recorrido de la onda será de:

T = (L / c) + (L / c) = 2 · L / c

Tiempo que recibe el nombre de período de oscilación. Pues bien, con este período de oscilación se puede determinar si una maniobra es lenta o rápida, de manera que, denominando Tm al tiempo de maniobra, tenemos:

    T > Tm, para maniobras rápidas, y

    T < Tm, para maniobras lentas

Golpe de ariete

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

Titulo

GOLPE DE ARIETE

Materia

DISEÑO ESTRUCTURAL

Fecha

27 / OCTUBRE / 2003

Grupo

501 5º