Descripción general
- El golpe de ariete ocurre cuando se cierran rápidamente válvulas aguas abajo en las tuberías, provocando picos de presión que pueden romperlas. Su gravedad depende del caudal de agua y la diferencia de altura.
- No se limita al agua; cualquier tubería de fluido, incluyendo gas y líquidos, puede experimentar golpe de ariete. Los métodos de mitigación incluyen torres de agua y válvulas de alivio de presión.
- El proceso implica propagación de ondas de presión y oscilaciones en el flujo de agua, que finalmente se detiene. Para reducir el riesgo, evite cambios bruscos en la velocidad del agua durante las operaciones.
Causa y efecto
Cierre rápido de válvulas
Cuando una tubería se cierra repentinamente en la salida (aguas abajo), la masa de agua antes del cierre sigue en movimiento, generando alta presión y una onda de choque resultante. En plomería doméstica esto se percibe como un fuerte golpe similar a un martillazo. El golpe de ariete puede romper las tuberías si la presión es suficientemente alta. Se suelen instalar trampas de aire o tubos verticales abiertos como amortiguadores en los sistemas de agua para absorber las fuerzas potencialmente dañinas del agua en movimiento.
Creación de vacío por cierre de válvulas
Por otro lado, cuando se cierra una válvula aguas arriba, el agua en la parte descendente intenta seguir fluyendo, lo que crea un vacío que puede hacer que la tubería colapse o implosione. Este problema es especialmente grave si la tubería está en una pendiente descendente. Para evitarlo, se instalan válvulas de alivio de aire y vacío o respiraderos justo después de la válvula, permitiendo la entrada de aire y evitando la formación de vacío.
Falla de bomba y golpe de válvula de retención
Otras causas del golpe de ariete son la falla de la bomba y el golpe por cierre de válvula de retención (cuando hay una desaceleración repentina, la válvula puede cerrarse bruscamente, dependiendo de las características dinámicas de la válvula y de la masa de agua entre la válvula y el tanque). Para evitar esta situación, se recomienda instalar válvulas de retención antigolpe, que no dependen de la gravedad ni del flujo para cerrarse. En tuberías verticales, otra opción es instalar tuberías nuevas con cámaras de aire que ayuden a absorber las ondas de choque generadas por el exceso de flujo.
Medidas de mitigación
- Reducir la presión del suministro de agua al edificio mediante un regulador. Disminuir la velocidad del fluido.
- Para mantener bajo el golpe de ariete, algunos gráficos de dimensionamiento recomiendan velocidades de flujo de hasta 1,5 m/s (4,9 ft/s).
- Instalar válvulas de cierre lento.
- Las válvulas de aire a menudo resuelven la baja presión en puntos altos de la tubería. Aunque eficaces, a veces se necesitan muchas válvulas. Estas también permiten la entrada de aire, lo cual puede no ser deseado.
- Usar ramales más cortos.
- Reducir los tramos rectos de tubería, es decir, agregar codos o bucles de expansión. El golpe de ariete está relacionado con la velocidad del sonido en el fluido, y los codos ayudan a mitigar el efecto de las ondas de presión.
- Diseñar la tubería principal en forma de bucle, desde donde parten ramales más pequeños. El flujo de baja velocidad desde ambos lados del bucle puede abastecer al ramal.
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Golpe de ariete positivo y negativo
El golpe de ariete puede clasificarse como positivo o negativo. El fenómeno más conocido corresponde al golpe de ariete positivo, como se explicó anteriormente. Por el contrario, el golpe de ariete negativo ocurre cuando la presión dentro de la tubería cae por debajo de la atmosférica, lo que provoca un flujo inverso o zonas de baja presión dentro de la línea. A continuación, se presenta una comparación básica entre ambos:
Golpe de ariete positivo
El golpe de ariete positivo ocurre cuando el flujo de agua se detiene repentinamente, convirtiendo su energía cinética en presión. Esto genera una fuerte onda de presión, como si el agua chocara contra las paredes internas de la tubería. Esta onda puede causar un gran aumento de presión. Además del ruido fuerte, este fenómeno puede provocar rotura de tuberías, daño en válvulas o fallas en equipos.
Escenarios comunes:
• Apertura o cierre de grifos en sistemas de plomería
• Cierre de válvulas en sistemas de tuberías industriales
• Paradas repentinas de bombas en sistemas municipales de abastecimiento de agua
Golpe de ariete negativo
El golpe de ariete negativo ocurre cuando el flujo de agua se detiene o cambia de dirección repentinamente, y la presión interna cae rápidamente por debajo de la atmosférica. Esto genera una onda de presión negativa, provocando una caída brusca de presión interna. Puede producirse cavitación, donde los gases disueltos o el vapor de agua forman burbujas que colapsan bruscamente al restablecerse la presión, generando ondas de choque que pueden erosionar o dañar las paredes internas de la tubería e incluso causar rupturas.
Escenarios comunes:
• Sistemas de drenaje sifónicos
• Sistemas de abastecimiento en edificios altos
• Sistemas de riego agrícola que experimentan caídas de presión, flujo inverso o formación de cavitación