GOLPE DE ARIETE

Se conoce con el nombre de transitorios a los fenmenos de variacin de presiones

en las conducciones a presin, motivadas en variaciones proporcionales en las

velocidades.

Cuando la variacin es tal que implica el impedimento de escurrir, es decir, velocidad

final nula, y cuando adems, las oscilaciones de presin por ese motivo son grandes, al

fenmeno se lo denomina golpe de ariete.

Se podra definir al fenmeno de Golpe de Ariete como la oscilacin de presin por

encima o debajo de la normal a raz de las rpidas fluctuaciones de la velocidad del

escurrimiento.

En realidad, el fenmeno conocido como "Golpe de Ariete" es un caso particular del

estudio de los movimientos transitorios en las conducciones a presin. La diferencia se

encuentra en que los transitorios implican variaciones de velocidad - y su correlacin

con la transformacin en variaciones de presin - de pequea magnitud, mientras que

el "Golpe de Ariete" implica las grandes variaciones, de velocidad y presin.

Las maniobras de detenimiento total, implican necesariamente los golpes de ariete de

mxima intensidad puesto que se pone de manifiesto la transformacin total de la

energa de movimiento que se transforma en energa de presin.

ESTUDIO DE TRANSITORIOS: GOLPE DE ARIETE

CONCEPTOS BSICOS

DESCRIPCIN DEL FENMENO

Con el objetivo de analizar el fenmeno fsicamente, estudiaremos el caso del cierre instantneo del obturador o vlvula, el que, a pesar de ser una abstraccin terica, posibilita una ms fcil comprensin del problema. Decimos que el cierre instantneo es una

abstraccin, porque los

rganos de cierre, por rpido que acten siempre demandaran un tiempo para completar la

obturacin del caudal. No obstante, en la prctica se producen cierres que pueden

aproximarse y adaptarse a ese criterio y que como se estudiar, no son deseables puesto que,

pueden producir sobrepresiones mximas

DESCRIPCIN DEL FENMENO. Caso cierre

instantneo

DESCRIPCIN DEL FENMENO. Caso cierre

instantneo

APLICACIONES EN LAS QUE SE

PUEDE PRODUCIR EL FENMENO

Cierre y Apertura de Vlvulas en tuberas.

Cierre y apertura de los rganos de regulacin del caudal (distribuidor y/o inyector) en turbinas.

Arranque de Bombas.

Detencin de Bombas.

Funcionamiento inestable de bombas.

Llenado inicial de tuberas.

Sistemas de Proteccin contra Incendios.

En general, el fenmeno aparecer cuando, por cualquier causa, en una tubera

se produzcan variaciones de velocidad y por consiguiente, en la presin.

Como puede notarse todos estos fenmenos se producen en maniobras necesarias

para el adecuado manejo y operacin del recurso agua, por lo que debemos tener

presente que su frecuencia es importante y no un fenmeno eventual.

METODOS DE ATENUACIN

Como ya se mencion, el fenmeno del Golpe de Ariete genera sobrepresiones

importantes en las tuberas que lo sufren.

Esta sobrepresiones, cuando estn dentro de valores razonables, pueden

enfrentarse dimensionando adecuadamente el espesor de la tubera (a veces

engrosndolas un poco respecto de lo que necesitan para el funcionamiento en

rgimen permanente).

Pero, cuando la longitud de la tubera es muy grande, las sobrepresiones alcanzan

valores muy altos y se debera sobredimensionar demasiado las tuberas para que

puedan soportarlas con una razonable seguridad. Por ello, se recurre a mtodos

de atenuacin de estas presiones mediante dispositivos especialmente diseados

para tal objetivo.

A continuacin, se detallan algunos de los mtodos existentes en la actualidad.

CHIMENEA DE EQUILIBRIO

para proteger a una conduccin puede disponerse, antes del obturador, de un reservorio que

posibilite transformar el "golpe de ariete" originado en la maniobra de cierre en una

"oscilacin de masa", acotada en el reservorio, el que recibe el nombre de "chimenea de

equilibrio".

CMARAS DE AIRE

En los casos de una impulsin, resulta en la mayora de los casos impracticable la proteccin con una

"chimenea de equilibrio", por lo costosa. Ya que para proteger la instalacin de impulsin con una

chimenea de equilibrio, la altura h de la misma debera superar convenientemente la altura

manomtrica Hm provista por la bomba. Como en la mayora de los casos esto resulta impracticable,

la chimenea puede ser reemplazada por una cmara cerrada, de dimensiones reducidas, que

disponga de un cierto volumen de aire que haga las veces de amortiguador.

PROTECCIN DE IMPULSIONES CON VLVULAS DE

AIRE Y VLVULA ANTICIPADORA DE PRESIN

Esta solucin consiste en la instalacin de una Vlvula Anticipadora de Presin poco despus de la bomba

para contrarrestar la onda positiva y negativa. Esta ltima se complementa en toda la conduccin con las

vlvulas de aire, cuyo cometido es el que no sea superada una dada depresin fijada como pauta de

seleccin.

Esta es una solucin simple y muy efectiva. Se puede observar la sencillez de su implementacin

observando la Figura, donde se muestra una instalacin tpica para la Vlvula Anticipadora de presin

mencionada.

Instalacin de Vlvulas

Anticipadoras de Presin

Vlvula Anticipadora de Presin

1 - Vlvula de Aislacin

2 - Vlvula de Aislacin

3 - Manmetro

4 - Vlvula Aguja

5 - Filtro de Control

6 - Dispositivo de Bloqueo

7 - Piloto 1

8 - Piloto 2

CMARAS COMPENSADORAS Y

DEPSITOS DE DESCARGA

Estos consisten en tanques de reserva ubicados en puntos estratgicos,

tal como se muestra en la Figura.

En el caso de los Depsitos de Descarga, el flujo es unidireccional, es

decir que nicamente pueden abastecer a la tubera, pero no a la

inversa. Para lograr esto, el sistema posee una vlvula de no retorno

(Check Valve) en la tubera de conexin a la conduccin principal.

La operacin de estos depsitos consiste en ingresar agua en la

tubera ante una onda de presin negativa (originada por Golpe de

Ariete), con el fin de contrarrestarla.

Es importante destacar que este tipo de dispositivo, si est bien

dimensionado, no permite, bajo ninguna circunstancia, el ingreso de

aire en la tubera.

CMARAS COMPENSADORAS Y DEPSITOS DE DESCARGA

GOLPE DE ARIETE

Se transportan 1500 lps de agua a travs de una tubera de acero de 4 km de

longitud, 1 m de dimetro y 9 mm de espesor. Calcular el golpe de ariete en los

puntos siguientes de la tubera: a) al final ,b) a , c) a y d) del final. Si el

tiempo de cierre es. 1)3 seg y 2) 10 seg.

Determinacin de la celeridad de la onda

s

mc

e

DcO

e

D

K

K

K

c 45.971

9

10005.3,48

9900

3,48

9900

'1 0k

Determinacin de la Velocidad media del agua en la tubera

sm 91,15,0

5,12S

QV

Determinacin de la longitud critica para t= 3 seg

m

largaconduccin m 4000 m

14.18981,9

91.1*45.971

2.14572

45.971*3

2

g

VcHAllievideFormula

Lct

Lc

GOLPE DE ARIETE. 1) para t=3 s

a) Final de tubera L= 4000m, h= 189.14 m

b) A del final 3L/4= 3000 m, h= 189.14 m

c) A la mitad L/2=2000m, h= 189.14 m

d) A del final L/4=1000m, h1= 133.432m

Lc=1457.2 m

mh

h

Lc

h

L

h

432.1335.1417

1000*14.189

5.1417

14.189

1000

1

1

1

1

GOLPE DE ARIETE. 1) para t=3 s, Lc=1457.2 m

Lc=1457.2 m

Lc=4857.25 m

GOLPE DE ARIETE. 2) Para t=10 s

m

cconduccin m 4000 m

7594.15510*81,9

91.1*4000*22

25.48572

45.971*10

2

gt

VlHMichauddeFormula

ortaLct

Lc

Determinacin de la longitud critica para t= 10 seg

a) Final de tubera L= 4000m, h= 155.7594 m

b) a del final 3L/4= 3000 m, h1=116.82 m

mh

h

L

h

L

h

i

i

82.1164000

3000*7594.155

4000

7594.155

3000

1

1

GOLPE DE ARIETE. 2) Para t=10 s, Lc=4857.25 m

c) a la mitad L/2=2000m, h2=77.88m

d) a del final L/4=1000m, h3 =38.94m

mh 8797.774000

2000*7594.1552

mh 94.384000

1000*7594.1551