Mecánica de Fluidos

Mecánica de Fluidos

Golpe de Ariete

Introducción

En mecánica de fluidos es importante conocer diversos conceptos relacionados con los fluidos, y un concepto importante es el fenómeno del golpe de ariete.

El golpe de ariete es una modificación de la presión en una conducción de fluidos debida a la variación de la velocidad del líquido, este efecto es causado principalmente por el paro de bombas o cierre de válvulas.

Un factor que se deberá tomar en cuenta en el golpe de ariete es la velocidad del tiempo de parada o la velocidad con que se cierra una válvula otros factores influyentes como se verá más adelante es el diámetro de la tubería y la velocidad con la que fluyen dentro de la misma.

El golpe de ariete puede ser calculado mediante el uso de una cantidad determinada de ecuaciones, mismas que pueden ser utilizadas para cálculos importantes tales como el tiempo de parada, celeridad o aceleración entre otros conceptos importantes.

Golpe de Ariete

Se llama golpe de ariete a una modificación de la presión en una conducción debida a la variación del estado dinámico del líquido.

En las paradas de las bombas, en el cierre de las válvulas, etc., se produce esta variación de la velocidad de la circulación del líquido conducido en la tubería.

En el valor del golpe de ariete influirán varios factores, tales como la velocidad del tiempo de parada, que a su vez que a su vez puede ser el cierre de la válvula de compuerta o el paro del motor. Otros factores serían: la velocidad del agua dentro de la conducción, el diámetro de la tubería, etc. etc.

Causas:

El golpe de ariete se origina debido a que el fluido es ligeramente elástico(aunque en diversas situaciones se puede considerar como un fluido no compresible). En consecuencia, cuando se cierra bruscamente una válvula o un grifo instalado en el extremo de una tubería de cierta longitud, las partículas de fluido que se han detenido son empujadas por las que vienen inmediatamente detrás y que siguen aún en movimiento. Esto origina una sobrepresión que se desplaza por la tubería a una velocidad que puede superar la velocidad del sonido en el fluido. Esta sobrepresión tiene dos efectos: comprime ligeramente el fluido, reduciendo su volumen, y dilata ligeramente la tubería. Cuando todo el fluido que circulaba en la tubería se ha detenido, cesa el impulso que la comprimía y, por tanto, ésta tiende a expandirse. Por otro lado, la tubería que se había ensanchado ligeramente tiende a retomar su dimensión normal. Conjuntamente, estos efectos provocan otra onda de presión en el sentido contrario. El fluido se desplaza en dirección contraria pero, al estar la válvula cerrada, se produce una depresión con respecto a la presión normal de la tubería. Al reducirse la presión, el fluido puede pasar a estado gaseoso formando una burbuja mientras que la tubería se contrae. Al alcanzar el otro extremo de la tubería, si la onda no se ve disipada, por ejemplo, en un depósito a presión atmosférica, se reflejará siendo mitigada progresivamente por la propia resistencia a la compresión del fluido y la dilatación de la tubería.

Si el cierre o apertura de la válvula es brusco, es decir, si el tiempo de cierre es menor que el tiempo que tarda la onda en recorrer la tubería ida y vuelta, la sobrepresión máxima se calcula como:

Consecuencias:

Este fenómeno es muy peligroso, ya que la sobrepresión generada puede llegar a entre 60 y 100 veces la presión normal de la tubería, ocasionando roturas en los accesorios instalados en los extremos (grifos, válvulas, etc).

La fuerza del golpe de ariete es directamente proporcional a la longitud del conducto, ya que las ondas de sobrepresión se cargarán de más energía, e inversamente proporcional al tiempo durante el cual se cierra la llave: cuanto menos dura el cierre, más fuerte será el golpe.

El golpe de ariete estropea el sistema de abastecimiento de fluido, a veces hace reventar tuberías de hierro colado, ensancha las de plomo, arranca codos instalados, etc,

Tiempo de Cierre de la Válvula y tiempo de parada de bombas:

Se define el tiempo (T) como el intervalo entre el inicio y el término de la maniobra, sea cierre o apertura, total o parcial, ya que durante este tiempo se produce la modificación del régimen de movimiento del fluido. Este concepto es aplicable tanto a conducciones por gravedad como a impulsiones, conociéndose en el primer caso como tiempo de cierre de la válvula y como tiempo de parada en el segundo.

El tiempo de cierre de una válvula

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