El golpe de ariete a 1.000 frames por segundo

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Sobre el blog

Jordi Oliveras
Ingeniero Técnico de Obras Públicas. Consultor en ingeniería hidráulica y formador. Emprendedor 2.0. Creador y Webmaster del portal HidrojING, consultoría, formación y recursos en Ingeniería Hidráulica e hidrología y blog temático.
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  • Material destruido por un “golpe de ariete” (Public Domain)
    Material destruido por un “golpe de ariete” (Public Domain)

El golpe de ariete es un fenómeno propio de las conducciones a presión. Detrás de su fastuoso nombre se esconde una de las situaciones más peligrosas y dañinas para las instalaciones. En este post para los no iniciados en el tema explico un poco el porqué de su importancia y en qué consiste el fenómeno, pero lo más espectacular lo encontrarás al final: un vídeo a cámara superlenta donde se observa el golpe de ariete a 1000 imágenes por segundo.

No te olvides de él al diseñar una instalación a presión

Las instalaciones que funcionan a presión, tanto de abastecimiento como de saneamiento, y tanto impulsiones como gravedades en carga, parten en su diseño del servicio que deben ofrecer, es decir: en función del desnivel que deben salvar y las pérdidas que por la propia circulación del flujo se producen en la conducción. No en vano, para que el agua vaya de un lugar a otro es necesario dotarla de la energía suficiente, lo cual no es más que elevarla ya sea físicamente (con un depósito elevado) o mecánicamente (mediante equipos de impulsión), de manera que sea capaz de vencer los obstáculos físicos (elevaciones) y energéticos (pérdidas) que se encontrará en su camino.

Detrás del golpe de ariete se esconde una de las situaciones más peligrosas y dañinas para las instalaciones

Pero si en el diseño del timbraje de las conducciones que conformarán la instalación, es decir, la presión que soportarán, te quedas sólo con la propia del servicio al que está destinado, eres algo temerario. En cualquier instalación a presión hay un invitado que hay que tener en cuenta, un efecto colateral que si no lo consideras puede arruinarte el diseño, y en consecuencia la propia instalación cuando entre en servicio… y ese no es ni más ni menos que el golpe de ariet. Así que nunca te olvides de calcularlo y comprobarlo!!!

Golpe de ariete… onda va… onda viene…

Y es que el fenómeno del golpe de ariete no es más que eso: se trata de una oscilación que se produce en el fluido interior de una conducción a presión la cual provoca en su interior sobrepresiones y depresiones que pueden producir daños en la propia tubería.

En el caso de una conducción en gravedad en carga el golpe de ariete sucede cuando se cierra una válvula, con lo que el agua circula por la tubería choca contra ella. Así la sección de agua en contacto con la válvula se comprime, y la sección que llega por detrás comprime a la primera, y la siguiente que llega comprime a ésta, etc. De este modo se suceden las siguientes etapas:

  • en la cabeza de la conducción (es decir, en la válvula) se genera una sobrepresión, y la compresión de todas las secciones de agua acaba provocando en la cola de la conducción (es decir, en su inicio) una depresión
  • cuando esta primera onda anula su velocidad, toda la energía de compresión acumulada en la válvula se transforma en cinética que desplaza entonces el agua en sentido contrario hacia el inicio de la conducción, repitiéndose el mismo fenómeno a la inversa (sobrepresión en cola de conducción y depresión en la válvula)
  • se inicia así una serie de ondulaciones pendulares hacia delante y atrás en la conducción, provocando sobrepresiones y depresiones, hasta que ésta llega al equilibrio y se para

En el caso de las conducciones por impulsión el golpe de ariete se suele producir por la parada del equipo de bombeo, y la sucesión de fenómenos en este caso es el siguiente:

  • lo que se produce en primer lugar es una depresión en el inicio de la conducción ya que el agua dentro de la tubería aún sigue la inercia del “empujón” que ha recibido de las bombas
  • tanto la propia depresión en la cola (inicio) de la conducción como la mayor presión en la cabeza (depósito) hacen que el agua pierda velocidad, se pare… y regrese de nuevo hacia el inicio de la conducción
  • Ahí, gracias a las válvulas antiretorno que protegen a las bombas de este efecto, la columna de agua vuelve a chocar con esa válvula y empieza a producirse la oscilación que ocurre en el caso de conducciones de gravedad en carga (sobrepresiones y depresiones alternantes) hasta que la columna de agua se para.

Como cualquier efecto oscilatorio el fenómeno presenta una frecuencia en la repetición de las ondas, es decir, de los máximos y mínimos de presión en el interior de la conducción, la cual es el cociente entre longitud de la tubería entre la celeridad (que es la velocidad de propagación de una onda en el interior de una conducción y que depende de sus dimensiones y material).

Mejor una imagen que mil palabras

Pero dejémonos ya de teorías y pasemos a observar en vivo el fenómeno que te acabo de explicar, te dejo un vídeo de una casa comercial de válvulas en el que gracias a una cámara superlenta de 1000 frames/s se observa claramente la formación del fenómeno golpe de ariete en el cierre de una válvula: los efectos, consecuencias y presiones que se producen… realmente un vídeo muy interesante!!!

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