Efecto Golpe de Ariete: Comprenderlo y evitarlo

En el mundo contemporáneo y en nuestra rutina diaria, los sistemas de fontanería han evolucionado hasta convertirse en complejos sistemas similares a los vasos sanguíneos de un sistema circulatorio de fluidos corporales. Bajo esta vista despejada, hay un "asesino invisible" que tiene el potencial de ser responsable de graves daños masivos; es el efecto del golpe de ariete. Por su carácter, sirve como recordatorio de la dinámica de fluidos que nunca debe pasarse por alto. Este artículo aborda el misterio del efecto del golpe de ariete, propone sus causas y peligros, y ofrece una serie de medidas eficaces para prevenirlo o mitigarlo, de modo que el sistema de tuberías se mantenga en buen estado durante mucho tiempo.

¿Qué es el efecto del golpe de ariete?

En términos de ingeniería, el efecto de golpe de ariete se denomina oleada u onda de presión, choque hidráulico u onda de choque. Se produce cuando un líquido en movimiento en un sistema de tuberías se detiene bruscamente, o se ve obligado a girar, lo que provoca un cambio repentino de dirección. Este cambio brusco da lugar a un impulso que se transforma en una onda de presión. Esta onda de presión viaja a la velocidad del sonido en la tubería y hace rebotar la presión del agua en la tubería, de un lado a otro, como si un martillo invisible golpeara la tubería. De ahí deriva el término "golpe de ariete", a menudo acompañado de un fuerte ruido de martilleo.

Esto puede explicarse porque la mayoría de los fluidos son muy difíciles de comprimir. Si se detiene repentinamente el flujo de un fluido, la inercia del líquido hará que éste se desplace hacia delante, creando una zona de alta presión. Asimismo, la inercia del fluido retira la carga circundante, lo que forma una zona de baja presión. Cuando una carga se mueve y es molestada por algunas ondas en el sistema de tuberías, la disparidad de la zona de alta presión y la zona de baja presión explica el sonido excesivo y las sacudidas. Esto también se conoce por crear un aumento de presión que es directamente proporcional a la velocidad del fluido y al caudal volumétrico de agua en la tubería.

Causas y efecto del golpe de ariete

El efecto de golpe de ariete no se produce porque sí. Suele producirse debido a un cambio rápido en el impulso de un fluido dentro de un sistema de fontanería. Conocer las causas es el primer paso hacia la prevención. Los efectos que provoca sirven de alerta crítica.

Causas principales:

1. Cierre repentino de la válvula: Esta es la causa más común del golpe de ariete. Si una válvula se cierra rápidamente, la energía cinética del líquido no se pierde de golpe. En su lugar, se convierte en una onda de presión.
2. Arranque y parada de la bomba:  El arranque repentino de una bomba puede hacer que las tuberías se llenen rápidamente de líquido, lo que puede resultar sorprendente. Una parada repentina de una bomba, especialmente si no se cierra una válvula de retención o si se produce reflujo, puede provocar un golpe de ariete.
3. Aire o vapor en las tuberías: Si hay aire o agua atrapados en las tuberías, el agua a gran velocidad que las golpea puede provocar golpes y cambios de presión, como un golpe de ariete. A veces, puede producirse un golpe de ariete y provocar daños importantes.
4. Mal diseño de las tuberías: Un tramo largo de tubería recta, demasiadas curvas o un soporte inadecuado de las tuberías pueden empeorar el golpe de ariete. Puede significar que las tuberías estén sueltas o que un pequeño tramo de tubería sea inestable o que las tuberías no estén correctamente enrutadas alrededor de los lados del bucle.
5. Fallo de la válvula de retención o selección incorrecta: Algunas válvulas de retención cierran demasiado rápido. Si se cierran de golpe por un reflujo, pueden crear un golpe de ariete.

Efectos principales:

El poder destructivo del golpe de ariete es considerable. Es como un cáncer de los sistemas de tuberías, que empieza por el ruido y desemboca en daños estructurales:

• Ruido y vibraciones: Los signos más directos son los ruidos fuertes y las vibraciones intensas. Estas perturban el entorno laboral y vital.
• Daños en el equipo: Las ondas de choque de alta presión pueden dañar o romper piezas precisas como manómetros, caudalímetros, sensores, válvulas, juntas de bombas y cojinetes.
• Daños en el sistema de tuberías: Los golpes de ariete fuertes o prolongados pueden aflojar las juntas de las tuberías, provocar fugas en las bridas, agrietar las soldaduras e incluso deformar, romper o reventar las tuberías. Esto puede provocar la rotura de tuberías, daños en los accesorios e importantes daños materiales y riesgos para la seguridad.
• Contaminación media: La rotura de tuberías puede provocar fugas de fluidos, contaminando el medio ambiente o malgastando recursos.
• Paralización de la producción: En la producción industrial, los fallos de los equipos y los daños en las tuberías causados por los golpes de ariete pueden detener las líneas de producción. Esto provoca enormes pérdidas económicas.

He aquí una tabla simplificada:

Efecto de golpe de ariete	Causas principales	Efectos principales
Definición	Aumento de presión por cambio repentino del momento del fluido	Ruido, vibraciones, daños en equipos/tuberías, riesgos para la seguridad, interrupción de la producción
Naturaleza	Líquido incompresible, la inercia se convierte en onda de choque	Fugas, reventones, corrosión, derroche de recursos
Escenarios comunes	Cierre rápido de la válvula, arranque/parada de la bomba, aire/vapor, diseño deficiente	Costes de reparación, contaminación ambiental, riesgo de lesiones

Estrategias probadas para prevenir los golpes de ariete

La prevención de los golpes de ariete no se limita a un único enfoque, sino que es un sistema holístico similar a la construcción de una presa para eliminar los factores de riesgo desde el principio.

Métodos no mecánicos

Estas técnicas minimizan principalmente el efecto del golpe de ariete modificando los procedimientos operativos y el diseño del sistema:

• Funcionamiento lento de la válvula: No cierre rápidamente las válvulas en tuberías de gran caudal o diámetro. Las transiciones suaves durante la apertura y el cierre de las válvulas requieren un control en los ajustes automatizados del sistema para lograr transiciones sin esfuerzo, buscando una menor velocidad del fluido.
• Arranque/parada gradual de la bomba: Emplee métodos de arranque/espera con fleje, o utilice dispositivos de arranque/parada suave para el resto de las bombas de forma gradual en un sistema multibomba. Esto evita cambios bruscos en la aceleración del fluido de cebado.
• Extracción minuciosa del aire de las tuberías: Es necesario eliminar todo el aire antes de llenar las tuberías con agua. Las revisiones periódicas de mantenimiento de las válvulas de purga de aire garantizarán que el aire no quede atrapado en la válvula, especialmente en los puntos altos del sistema. Los purgadores de aire eficaces son cruciales.
• Diseño adecuado del trazado de tuberías: Evitar curvas excesivas junto a las longitudes requeridas. Las tuberías rectas alargadas vienen con cierres-obstrucción encapsulados que deben evitarse. En el caso de tuberías largas, se deben prever juntas de dilatación o conexiones flexibles que absorban los impactos, además del efecto de rotación.
• Soporte y anclaje de tuberías: Asegúrese de que las tuberías están bien ancladas. Esto disminuye las sacudidas y vibraciones causadas por los golpes de ariete, lo que reduce la tensión estructural.

Soluciones mecánicas

Existen muchas soluciones mecánicas especializadas diseñadas para tratar los problemas de golpes de ariete. Para ello, es muy importante disponer de válvulas automatizadas de alta calidad. Algunos ejemplos son las válvulas de compuerta, globo, retención, diafragma, aguja, purgadores de vapor y otras válvulas de control. Ayudan mucho a prevenir y controlar los golpes de ariete.

• Supresores de golpes de ariete: Se clasifican como pequeños dispositivos de amortiguación. Se instalan en las válvulas y en los extremos de las tuberías derivadas, donde se encuentran. Estos dispositivos amortiguan y absorben las ondas de presión con un pistón interno, una vejiga o una cámara de aire.
• Tanques de sobretensión / Tanques de expansión: Se utilizan sobre todo en sistemas de tuberías a gran escala. Crean un gran depósito de aire o agua unido a la tubería primaria. Esto permite absorber y liberar presión, estabilizando la presión del sistema.
• Acumuladores: Al igual que los tanques de compensación, suelen ser recipientes presurizados que comprimen gas (como el nitrógeno) para absorber las pulsaciones y las sacudidas del fluido.
• Soluciones de válvulas: Las válvulas son piezas clave en el control de fluidos. Su tipo, diseño y funcionamiento afectan directamente a cómo y con qué intensidad se producen los golpes de ariete. Elegir la válvula adecuada es crucial para reducir el golpe de ariete.
  • Comprender los tipos de válvulas y su impacto: Cada tipo de válvula tiene sus propios métodos de construcción y funcionamiento. Su impacto sobre la velocidad de corte del fluido y el golpe de ariete es diferente. Por ejemplo, las válvulas de bola y de mariposa son válvulas de cierre rápido, lo que agrava los efectos del golpe de ariete en fluidos de alta velocidad. Aportan ventajas, pero en ausencia de control pueden resultar problemáticas. Las válvulas de globo y compuerta ayudan a mitigar el golpe de ariete cuando se utilizan lentamente.
  • Control automatizado de válvulas para prevenir los golpes de ariete: Los actuadores eléctricos, neumáticos o hidráulicos de alto rendimiento, cuando se utilizan con válvulas, garantizan que las velocidades de apertura y cierre de éstas sean precisas. Los sistemas avanzados de control de automatización permiten programar estas válvulas para que se cierren gradualmente. Esto evita que el fluido se detenga de golpe y evita el efecto de golpe de ariete. Esto es especialmente importante para los sistemas que requieren un control preciso del caudal y que no se produzcan aumentos bruscos de presión. En estos actuadores, el actuador hidráulico es conocido por proporcionar una gran fuerza y un sistema rígido que permite movimientos suaves y controlados de la válvula.
  • Válvulas de retención: Las válvulas antirretorno están muy bien desarrolladas. Proporcionan un cierre suave y sin tensiones antes de la inversión del flujo o cuando se reduce la velocidad de éste. Esto ayuda a evitar que las válvulas antirretorno provoquen golpes de ariete.
  • Válvulas de globo, válvulas de diafragma, válvulas de aguja: Para garantizar un control adecuado del caudal, estas válvulas pueden combinarse con actuadores automáticos que permiten un control muy lento y preciso del caudal. Esto garantiza una prevención óptima de los golpes de ariete.
  • Trampas de vapor: En los sistemas de vapor, los purgadores separan eficazmente el agua condensada. Esto protege las tuberías de vapor del efecto de golpe de ariete que, de otro modo, podría comprometer la seguridad del sistema.

VINCER ofrece un soporte integral para válvulas

Fundada en 2010, VINCER ofrece soluciones integrales de válvulas automatizadas de alta calidad.

• Productos y tecnología: VINCER ofrece una gran variedad de válvulas automatizadas eléctricas y neumáticas para industrias como la alimentaria, la minera e incluso plantas desalinizadoras. Su gama de productos incluye válvulas de globo, válvulas de retención, válvulas de compuerta y válvulas de diafragma, válvulas de aguja y purgadores de vapor, todas las cuales ofrecen un control preciso junto con una amplia personalización en términos de funcionalidades, materiales, cumplimiento de las normas y reglamentos internacionales. Los productos cuentan con las certificaciones CE y RoHS, SIL, FDA y Vincer posee la certificación ISO9001, que garantiza la exquisita calidad que ofrece VINCER.
• Servicios profesionales: El equipo de ingenieros de VINCER está especializado en ofrecer soluciones preventa detalladas. Son capaces de proporcionar presupuestos en un plazo de 24 a 48 horas, así como los planos técnicos pertinentes. Para VINCER, la producción significa observar estrictas medidas de control de calidad y cumplir plazos de entrega eficaces. Para los productos estándar, son de 7-10 días, mientras que para los productos personalizados son: 15-30 días. Estos plazos suelen ser más rápidos que los de muchas marcas internacionales. VINCER también ofrece asistencia posventa, que incluye piezas gratuitas y asistencia técnica a distancia.
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Al elegir VINCER, usted elige un socio de válvulas automatizadas con una alta rentabilidad y servicios profesionales a medida. Sus sistemas de control de fluidos están bajo nuestra salvaguardia.

Casos prácticos: Solución a los golpes de ariete

La teoría y las estrategias son importantes, pero los casos del mundo real muestran mejor la eficacia de las soluciones.

• Caso 1: Ruido en el sistema de abastecimiento de agua de un edificio alto
  • Problema: En un edificio residencial de gran altura, era habitual que se produjeran fuertes ruidos en las tuberías después de las horas de mayor uso por la noche, lo que perturbaba la tranquilidad de los residentes de los alrededores.
  • Diagnóstico: El problema se debía a la inercia del agua cuando los residentes de los pisos superiores cerraban repentinamente los grifos, lo que provocaba vibraciones en las tuberías. Los amortiguadores de golpes de ariete originales también eran defectuosos.
  • Solución: Se instalaron amortiguadores de golpes de ariete de mayor capacidad y se reforzaron algunos soportes de tuberías antiguas.
  • Resultado: El resultado fue una mejora acústica muy necesaria, que permitió ahorrar quejas de los residentes.
• Caso 2: Accidente con una bomba de circulación de agua de refrigeración en una planta química
  • Problema: El sistema de agua de refrigeración de una planta química tenía un problema por el que la bomba de circulación no sólo generaba vibraciones drásticas en las tuberías, sino que además se disparaba con frecuencia durante los cortes de energía de emergencia y los apagones repentinos.
  • Diagnóstico: El agua de refrigeración de alta velocidad retrocedía rápidamente tras la parada de la bomba. La válvula de retención estándar original no podía amortiguar el flujo con eficacia, lo que provocaba un fuerte golpe de ariete.
  • Solución: Se instaló una válvula de retención de cierre lento a la salida de la bomba. También se consideró la posibilidad de añadir pequeños depósitos de compensación en las secciones críticas de las tuberías.
  • Resultado: La aplicación de estas soluciones resolvió el problema de los golpes de ariete tras la parada de la bomba. Esto dio lugar a problemas de desconexión y estabilizó la producción.
• Caso 3: Ruptura de la red municipal de abastecimiento de agua
  • Problema: Un tramo antiguo de la tubería municipal de suministro de agua reventó tras el cierre repentino de una válvula, lo que provocó una gran interrupción del servicio de agua en la zona.
  • Diagnóstico: La investigación demostró que la válvula se cerró demasiado rápido. Esto provocó un enorme aumento de la presión del golpe de ariete que superó instantáneamente la capacidad de la antigua tubería.
  • Solución: Se instalaron válvulas eléctricas de cierre lento en puntos clave de la red. También se introdujo un sistema de control remoto para seguir los cambios de presión en tiempo real. Esto permitió ajustar las válvulas a distancia en caso necesario. También se modernizaron por fases tramos de tuberías antiguas para mejorar la resistencia global a la presión.
  • Resultado: No se ha vuelto a registrar ningún incidente de rotura de tuberías debido a golpes de ariete. La estabilidad del suministro de agua mejoró notablemente.

Estos casos demuestran que la gestión eficaz del efecto del golpe de ariete, ya sea añadiendo dispositivos sencillos o mediante mejoras del sistema, aporta ventajas tangibles.

Consejos de expertos para la salud del sistema a largo plazo

Para mantener la salud del sistema de tuberías, es necesario un mantenimiento profesional constante, similar al de un ecosistema que necesita equilibrio.

• Inspección y mantenimiento periódicos: Compruebe periódicamente el estado de las tuberías, válvulas, soportes y amortiguadores de golpes de ariete. Arregle rápidamente las piezas sueltas o dañadas para mantener todo el equipo en perfecto estado de funcionamiento.
• Centrarse en el diseño de sistemas: Al construir o modernizar sistemas de tuberías, incluya siempre en el diseño la prevención de los golpes de ariete. Trabaje con ingenieros profesionales para realizar cálculos y simulaciones hidráulicas. Esto ayuda a predecir y evitar posibles riesgos de golpe de ariete.
• Formación del personal y procedimientos operativos: Forme al personal que maneja los sistemas de tuberías sobre los peligros y la prevención de los golpes de ariete. Asegúrese de que siguen estrictamente los procedimientos de funcionamiento de las válvulas.
• Considere las propiedades del medio fluido: Los distintos fluidos (como el agua, el vapor o los aceites) tienen densidades y viscosidades diferentes. Se comportan de forma diferente cuando fluyen por las tuberías. Elija el equipo y los métodos de prevención adecuados en función de las propiedades del fluido.
• Implemente una supervisión inteligente: Considere la posibilidad de instalar sensores de presión y caudalímetros para supervisar el funcionamiento de las tuberías en tiempo real. Utilice el análisis de datos para predecir posibles golpes de ariete. Esto permite realizar un mantenimiento preventivo y evita averías repentinas.
• Elija un proveedor fiable: Confirme que su proveedor de soluciones de valvulería y automatización posee la experiencia necesaria en el sector, una base técnica bien cimentada y amplias garantías posventa. Por ejemplo, VINCER se asegura de que sus clientes disfruten de una experiencia "sin preocupaciones" desde la selección hasta el uso. Esto es posible gracias a un equipo de ingenieros profesionales, una respuesta rápida (en menos de 12 horas) y una completa asistencia preventa, preventa y posventa que ayuda a evitar problemas causados por productos o soluciones incorrectos desde el principio.

Conclusión

La mejor forma de prevenir el efecto del golpe de ariete, uno de los problemas más destructivos de los sistemas de tuberías, es prestar una atención exhaustiva a los detalles. Para comprender los golpes de ariete y diagnosticar con precisión sus causas, así como para emplear métodos eficaces de prevención de los golpes de ariete, es necesario conocer a fondo la hidráulica y la naturaleza de los golpes de ariete. El impacto de los golpes de ariete puede minimizarse en gran medida mediante la selección, automatización y funcionamiento adecuados de las válvulas. Esto permite que los sistemas de tuberías y las infraestructuras sean fiables, eficaces y resistentes a lo largo del tiempo.

En los sistemas de tuberías, los golpes de ariete ponen de manifiesto el dicho "más vale prevenir que curar". Las medidas preventivas contra los golpes de ariete refuerzan la integridad del sistema, optimizan el rendimiento y ofrecen beneficios en cascada a lo largo del tiempo. La automatización de válvulas proporcionada por VINCER Automated Valves es una solución innovadora, fiable y asequible. Permitimos un control global preciso de los fluidos con nuestros clientes para diseñar un futuro sostenible automatizado.