golpe de ariete en el sistema de tuberías (Parte 1 )

1. ¿Qué es el golpe de ariete?

El Golpe de ariete es una oleada de presión u onda resultante cuando un fluido en movimiento se ve obligado a detener o cambiar la velocidad.,

un golpe de ariete ocurre comúnmente cuando una válvula se cierra repentinamente en un extremo de un sistema de tuberías, y una onda de presión se propaga en la tubería. También se llama choque hidráulico.

se puede generar una onda de choque de presión significativa y casi instantánea cuando una válvula se abre o cierra demasiado rápido, o cuando una bomba comienza con una línea de descarga vacía o se apaga repentinamente. Este fenómeno es el resultado del cambio repentino en la velocidad del flujo de fluido en combinación con las características de la tubería., Esta onda de choque se manifiesta por una serie de sonidos similares a golpes de martillo, llamados golpes de ariete, que pueden tener una magnitud suficiente para causar fallas catastróficas dentro del sistema de tuberías.

Más entender:

• considere un tubo largo AB como se muestra a continuación Fig. conectado en un extremo a un tanque que contiene agua a una altura de H desde el Centro de la tubería.
• En el otro extremo de la tubería, una válvula para regular el flujo de agua. Cuando la válvula está completamente abierta, el agua fluye con una velocidad V en la tubería., Si ahora la válvula se cierra repentinamente, el momento del agua que fluye se destruirá y, en consecuencia, se establecerá una ola de alta presión.
• esta onda de alta presión se transmitirá a lo largo de la tubería con una velocidad igual a la velocidad de la onda de sonido y puede crear ruido llamado knock-ing. También esta onda de alta presión tiene el efecto de la acción de martilleo en las paredes de la tubería y por lo tanto también se conoce como golpe de ariete.

2. ¿Cuándo ocurre el golpe de ariete & causa?,

– El Golpe de ariete ocurre comúnmente cuando una válvula se cierra repentinamente al final de un sistema de tubería, falla de energía, roturas principales, operaciones de arranque y apagado de la bomba, golpe de válvula de retención, variación rápida de la demanda, apertura y cierre de Bocas de incendio y una onda de presión se propaga en la tubería, etc.

– otras causas de golpe de ariete son la falla de la bomba y el golpe de la válvula de retención (debido a la desaceleración repentina, una válvula de retención puede cerrarse rápidamente, dependiendo de la característica dinámica de la válvula de retención y la masa del agua entre una válvula de retención y el tanque).,

– si la tubería se cierra o abre repentinamente en la salida (aguas abajo), la masa de agua antes del cierre sigue avanzando con cierta velocidad, acumulando una alta presión y ondas de choque y ruido de martilleo. El golpe de ariete puede causar que las tuberías se rompan si la presión es lo suficientemente alta. – > para evitar esto, las trampas de aire o las tuberías de soporte (abiertas en la parte superior) a veces se agregan como amortiguadores a los sistemas de agua para proporcionar un amortiguador para absorber la fuerza del agua en movimiento con el fin de evitar daños al sistema., (En algunas centrales hidroeléctricas lo que parece ser una torre de agua es en realidad uno de estos dispositivos, conocido como un tambor de sobretensión).

– Por otro lado, cuando una válvula en una tubería está cerrado, el agua, aguas abajo de la válvula intentará continuar fluyendo, creando un vacío que puede causar que la tubería colapso o implosión. Este problema puede ser particularmente agudo si la tubería está en una pendiente cuesta abajo., – > para evitar esto, las válvulas de alivio de aire y vacío, o respiraderos de aire, se instalan justo aguas abajo de la válvula para permitir que el aire entre en la línea y evitar que se produzca este vacío.

– apertura o cierre repentino de válvulas en una tubería.

– arranque o parada de las bombas en un sistema de bombeo.

– Errores de funcionamiento o mal funcionamiento del equipo. Corte de electricidad.

– orificio Restrictor:

– el funcionamiento inadecuado de los dispositivos de protección contra sobretensiones puede hacer más daño que bien., Un ejemplo es sobredimensionar la válvula de alivio de sobretensiones o seleccionar incorrectamente la válvula de alivio de aire del interruptor de vacío.

3. Efecto:

4. Prevenir / evitar:

a) las velocidades del fluido en exceso del valor pies por segundo (se calcula por diseño ) en sistemas de tuberías de plástico aumentan el efecto de choque hidráulico resultante de la puesta en marcha y parada de bombas y la rápida apertura y cierre de válvulas. La velocidad del fluido que no exceda el valor pies por segundo ( se calcula por diseño ) se considera segura y minimizará los efectos del golpe de ariete.,

B) instale válvulas de alivio de presión para amortiguar los efectos del golpe de ariete y aliviar el exceso de presión y flujo.

c) Las válvulas accionadas de cierre lento deben instalarse para controlar la velocidad a la que las válvulas se abren y cierran. Se pueden controlar eléctrica o neumáticamente, eliminando las posibilidades de error humano.

buen rendimiento de la válvula: operación lenta: ralentizar el funcionamiento de la válvula al aumentar su tiempo de carrera es una buena manera de prevenir el golpe de ariete., La única manera precisa de calcular el tiempo mínimo de carrera es haciendo un modelo transitorio del sistema, incluyendo las características correctas de la válvula (Cv contra el ángulo de cierre) y luego modelar diferentes tiempos de carrera hasta que se encuentre un límite. Los actuadores se pueden ralentizar para lograr el tiempo de cierre seguro calculado. Las válvulas manuales se pueden equipar con cajas de cambios para que el operador no pueda cerrarlas repentinamente. Esto debe hacerse siempre en situaciones vulnerables, en lugar de basarse en «buenas prácticas operativas».,
buenas características: Las válvulas se pueden hacer con un número de curvas características diferentes. Muchas válvulas tienen curvas pobres desde el punto de vista de la sobretensión, y ralentizan poco el líquido durante la mayor parte de su recorrido, pero luego causan un cambio rápido en el flujo a medida que se acercan al cierre, por ejemplo, el tipo de «apertura rápida». La protección contra sobretensiones requiere cambios suaves en la velocidad, por lo que tales válvulas no son bienvenidas en sistemas susceptibles a problemas de sobretensiones. La curva ideal de Cv contra la posición de la válvula depende de la proporción de la caída de presión que se produce a través de la válvula cuando el flujo es normal., Esto se muestra en la Figura 6. Para un diseño típico, donde la caída de presión de la válvula es de aproximadamente 10% a 20% de la caída de presión por fricción total, una característica curva (la curva inferior) da el patrón de flujo deseado vs posición de la válvula. El ajuste de la válvula conocido como el tipo de» porcentaje igual » coincide mejor con este. Por lo tanto, esto da una disminución bastante lineal en el caudal a medida que la válvula se cierra, y por lo tanto la desaceleración del líquido se comparte más uniformemente a través de la carrera de la válvula. Esto es ideal para la prevención de sobretensiones, y el tiempo de carrera de la válvula se puede minimizar mediante el uso de una característica de la válvula.,

inercia de la bomba
el apagado repentino de una bomba, debido a un fallo de la bomba o un fallo del suministro de electricidad, no es posible evitar absolutamente. Dependiendo de las consecuencias de un viaje, podría ser deseable aumentar la inercia de la bomba para que se reduzca su tasa de desaceleración. Esto a veces se puede hacer instalando un motor de gran tamaño, pero si esto no es posible, es necesario colocar un volante de inercia entre el motor y la bomba. Esto puede parecer un arreglo inusual, pero se ha utilizado en muchas ocasiones.,

material compresible en la tubería
otra forma de evitar el golpe de ariete es aumentar la compresibilidad del líquido inyectando un gas en el flujo. Las burbujas de Gas aumentan efectivamente la compresibilidad, por lo tanto disminuyen la velocidad de la onda y disminuyen el tamaño de cualquier problema de sobretensión. La onda celeric se puede reducir hasta en un 90% agregando tan poco como 1% en volumen de aire en una tubería. Sin embargo, puede ser costoso organizar de manera confiable, y no es una solución habitual., Debe recordarse que cada vez que la velocidad de onda disminuye, el beneficio de la cabeza de Joukowski reducida (ecuación 1) tiene que compensarse con la longitud de tubería reducida que es permisible sin incurrir en problemas de sobretensión (reordenar la ecuación 2).

D) dispositivos para la protección contra el golpe de ariete:

Ver la siguiente parte para saber más sobre:

5. ¿CÓMO SE PUEDEN EVITAR LAS CONSECUENCIAS DEL GOLPE DE ARIETE?

6. ¿CÓMO ANALIZAR UN SISTEMA DE TUBERÍAS PARA DETECTAR EL RIESGO DE GOLPE DE ARIETE?

7., Resumen acerca de martillo de Agua:

Pls ver la siguiente parte: golpe de ariete en sistema de tuberías ( Parte 1 )