El golpe de ariete en las tuberías de agua se produce por el cierre repentino o brusco de una válvula de bola o de un accesorio de salida (accesorio monomando o de presión). Debido a la inercia del agua que fluye en la tubería, se produce un aumento de la presión. En condiciones desfavorables, pueden darse presiones de 70 a 90 bares durante 1/100 de segundo.
El golpe de ariete en los sistemas de calefacción por vapor está causado por las gotas de agua que son arrastradas por la alta velocidad del vapor. Estos provocan martilleos en las instalaciones, que pueden provocar la rotura de los accesorios, el desgaste de los codos de las tuberías o de los asientos de las válvulas y la rotura de las tuberías.
El golpe de ariete puede producirse en todos los sistemas en los que se transportan líquidos. En este caso, el tiempo de cambio del flujo másico o de la velocidad del flujo no alcanza un tiempo de valor límite.
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Esto afecta a todos los sistemas en los que los medios líquidos (agua, agua con anticongelante, aceite de transferencia de calor) fluyen a través de tuberías, accesorios, contenedores y máquinas de flujo. Esto incluye el suministro de agua, la calefacción, la refrigeración y los sistemas solares, pero también las tuberías.
Es posible equipar las tuberías con supresores de golpes de ariete (amortiguadores de golpes de ariete) o diseñarlas con expansiones de la sección transversal y amortiguadores de gas de manera que el aumento de presión no supere un valor límite o sea absorbido.
Por lo tanto, los picos de presión son fenómenos normales en los sistemas de fluidos que sólo se perciben si hay errores de instalación (por ejemplo, fijaciones de tuberías incorrectas o ausentes, tornillos sueltos) o componentes defectuosos o sin mantenimiento en el sistema (por ejemplo, desconectadores atascados, válvulas antirretorno incorrectas).
Estas fuentes de ruido deben ser eliminadas. A continuación, debe comprobarse el nivel del aumento de presión y si es necesario, tomar medidas para contrarrestarlo.
¿Por qué se produce el Golpe de Ariete?
Las principales causas para que se genere el golpe de ariete son:
- el golpe de ariete se produce en sistemas que están completamente llenos de líquido. Suele producirse en sistemas de tuberías, por ejemplo en tuberías, instalaciones de agua y se produce al abrir y cerrar los accesorios de salida como un grifo, o un mezclador monomando o una válvula de descarga. Es la transición de un flujo estacionario a uno transitorio. El golpe de ariete también puede entrar en la instalación doméstica a través de la red de suministro, pero los proveedores siempre lo niegan.
- el golpe de ariete se produce en sistemas en los que el líquido aguas arriba del punto problemático (grifo) está a «alta» presión y el gas aguas abajo del punto problemático está a «baja» presión o existe un vacío. Este caso se da, por ejemplo, durante la puesta en marcha inicial de las plantas de proceso. Aquí hablamos del caso de «cebado» (tiempo de reacción), en el que el cambio de fase se produce en el punto del problema en el estado estacionario.
- Los picos de presión (aumento de presión, pero también disminución de presión) se producen especialmente en sistemas de bombeo con tuberías (muy) largas. En el caso de cambios rápidos en la velocidad del flujo, por ejemplo, debido a un fallo repentino de la bomba, un cambio en la velocidad de las bombas o un cierre brusco de una válvula de corredera, la energía cinética del fluido se convierte en trabajo de deformación. En los sistemas pequeños (calefacción, agua potable), este tipo de golpes de ariete son bastante raros.
Daños por golpes de ariete y subidas de presión
Picos de presión
- Daños en las fijaciones de las tuberías
- Rotura de tuberías por presiones excesivas o «roturas en frío».
- Daños en los accesorios de las tuberías y en los instrumentos de medición
- Daños en las bombas y sus cimientos
Reducciones de presión
- Deformación de tubos de plástico y de acero de pared fina
- Aspiración de aire en las conexiones de bridas y enchufes, prensaestopas o puntos de fuga
- Aspiración de agua sucia en las conexiones de bridas y tomas de corriente, en los prensaestopas o en los puntos de fuga
- Descamación de los revestimientos internos (revestimiento de mortero de cemento, plástico) en las tuberías
- Desprendimiento de la columna de agua y macrocavitación (tras el aumento de la presión, la columna de líquido vuelve a colapsar)
Amortiguador de golpes de ariete
Si una masa de agua en movimiento se detiene bruscamente, por ejemplo, en el caso de las válvulas de cierre rápido, se produce un breve pico de presión (choque) en el punto donde choca la masa de agua.
Los picos de presión también pueden ser causados por una fuerte aceleración del agua (por ejemplo, al encender las bombas) o por cambios repentinos en la dirección del agua que fluye.
Como los picos de presión alcanzan varias veces las presiones de las tuberías existentes (hasta 90 bares), además del ruido, cabe esperar la destrucción de piezas del sistema (fracturas en frío).
En el caso de los golpes de ariete, se pueden tomar medidas correctivas con amortiguadores especiales de golpes de ariete.
Amortiguadores de ruido y presión
Este amortiguador de ruidos y golpes de ariete puede reducir los golpes de ariete y los ruidos de flujo que pueden producirse debido a las dimensiones ajustadas de las tuberías, las fijaciones inadecuadas, los trazados difíciles en situaciones de construcción complejas, el cierre rápido de los mezcladores de discos cerámicos, las electroválvulas defectuosas y los reductores de presión oscilantes.
Esto es especialmente importante si los golpes de ariete y los ruidos no se pueden localizar y remediar a posteriori.
Golpe de ariete en las tuberías de vapor
Cuando el vapor fluye en la tubería de vapor, se forma condensación en las paredes de la tubería fría. Esto debe ser eliminado para que no se acumule.
El vapor que fluye rápidamente desplaza la acumulación de agua hasta que el condensado impide fuertemente el flujo de vapor y es arrastrado como un tapón de agua.
Este tapón de agua es forzado a través de la tubería a la velocidad del vapor. En las tuberías de vapor saturado puede alcanzarse una velocidad de hasta 25 m/s (90 km/h), y en las de vapor sobrecalentado hasta 60 m/s (216 km/h).
Si este tapón de agua se ve frenado repentinamente por un obstáculo o por su propio tamaño, se produce un golpe de ariete. Pueden producirse presiones de varios miles de bares. Los accesorios, los codos y los ramales de las tuberías se desgarran.
Estos golpes de ariete ya han provocado muchos accidentes con lesiones mortales debido a los escapes de vapor.
Por este motivo, también es necesario en los sistemas de calefacción de vapor de baja presión que las tuberías de vapor estén bien aisladas y que las tuberías más largas (a partir de 2 m) se coloquen siempre con pendiente y en forma de sierra hasta el siguiente desagüe. Los sistemas de calefacción por vapor a alta presión están sujetos a estrictos requisitos de seguridad.
Martillo de vapor
La condensación implosiva de burbujas de vapor formadas en un líquido más frío es el martillo de vapor. Los destellos de vapor se producen cuando el vapor se transporta a un líquido o se crea en un líquido que tiene una temperatura más baja (cavitación).
Las burbujas de vapor se condensan debido a la transferencia de calor en un líquido. Este proceso se produce de forma brusca. Las ráfagas de vapor pueden proceder a una velocidad supersónica.
El líquido ocupa el volumen del vapor, por lo que se crea un vacío. Los picos de presión resultantes pueden tener presiones de corta duración de hasta 100 bares.
El golpe de ariete puede producirse en una caldera cuando se supera la presión del vapor, es decir, cuando la temperatura de la caldera es superior a la presión del sistema que puede mantener el agua en estado líquido. El aumento de presión debido al cambio de volumen hace que el vapor vuelva al estado líquido.
El martilleo del vapor también puede observarse en los sistemas solares térmicos. Por ejemplo, cuando se produce un estancamiento, el vapor resultante puede entrar en el líquido más frío aún existente.
Sin embargo, el golpe de ariete también puede producirse en sistemas en los que se puede producir una presión negativa (vacío) (por ejemplo, en sistemas de drenaje) o la presión de vapor es inferior porque la presión del sistema ya no se corresponde con la presión de vapor necesaria (por ejemplo, MAG defectuoso, bomba demasiado potente, presión del sistema demasiado baja).
