1/Concept

El golpe de ariete también se denomina golpe de ariete. Durante el transporte de agua (u otros líquidos), debido a la apertura o cierre repentino de...Válvula de mariposa API, válvulas de compuerta, comprobar válvulas yválvulas de bolaLas paradas repentinas de las bombas de agua, la apertura y el cierre repentinos de los álabes guía, etc., provocan cambios repentinos en el caudal y fluctuaciones significativas en la presión. El efecto del golpe de ariete es un término muy claro. Se refiere a un golpe de ariete intenso causado por el impacto del flujo de agua en la tubería al arrancar y parar la bomba. Dado que la pared interior de la tubería es lisa, el agua fluye libremente. Cuando una válvula abierta se cierra repentinamente o se detiene la bomba de suministro de agua, el flujo genera presión sobre la válvula y la pared de la tubería, principalmente sobre la válvula o la bomba. Debido a que la pared de la tubería es lisa, bajo la acción de la inercia del flujo de agua subsiguiente, la fuerza hidráulica alcanza rápidamente su máximo y produce efectos destructivos. Este es el "efecto golpe de ariete" en hidráulica, es decir, golpe de ariete positivo. Por el contrario, cuando una válvula cerrada se abre repentinamente o se arranca la bomba de agua, también se produce un golpe de ariete, también llamado golpe de ariete negativo, pero de menor magnitud. El impacto de la presión provocará que la pared de la tubería se tensione y produzca ruido, como un martillo que golpea la tubería, por lo que se denomina efecto golpe de ariete.

2/Peligros

La presión instantánea generada por el golpe de ariete puede alcanzar decenas o incluso cientos de veces la presión de operación normal en la tubería. Estas grandes fluctuaciones de presión pueden causar fuertes vibraciones o ruidos en el sistema de tuberías y dañar las juntas de las válvulas. Esto tiene un efecto muy perjudicial en el sistema de tuberías. Para prevenir el golpe de ariete, el sistema de tuberías debe diseñarse correctamente para evitar un caudal excesivo. Generalmente, el caudal de diseño de la tubería debe ser inferior a 3 m/s, y es necesario controlar la velocidad de apertura y cierre de las válvulas.
Debido a que la bomba arranca, se detiene y las válvulas se abren y cierran demasiado rápido, la velocidad del agua cambia drásticamente, especialmente el golpe de ariete causado por la parada repentina de la bomba, que puede dañar tuberías, bombas de agua y válvulas, y hacer que la bomba de agua invierta su sentido de giro y reduzca la presión de la red de tuberías. El efecto del golpe de ariete es extremadamente destructivo: si la presión es demasiado alta, provocará la rotura de la tubería. Por el contrario, si la presión es demasiado baja, provocará el colapso de la tubería y dañará las válvulas y fijaciones. En muy poco tiempo, el caudal de agua aumenta de cero al caudal nominal. Dado que los fluidos tienen energía cinética y cierto grado de compresibilidad, grandes cambios en el caudal en un período muy corto causarán impactos de alta y baja presión en la tubería.

3/generar

Existen muchas causas del golpe de ariete. Los factores comunes son los siguientes:

1. La válvula se abre o se cierra repentinamente;

2. La unidad de bomba de agua se detiene o arranca repentinamente;

3. Una sola tubería transporta agua a un lugar alto (la diferencia de altura del terreno de suministro de agua supera los 20 metros);

4. La elevación total (o presión de trabajo) de la bomba de agua es grande;

5. La velocidad del flujo de agua en la tubería de agua es demasiado grande;

6. La tubería de agua es demasiado larga y el terreno cambia mucho.
7. La construcción irregular es un peligro oculto en los proyectos de tuberías de suministro de agua.
(1) Por ejemplo, la producción de pilares de empuje de cemento para tes, codos, reductores y otras uniones no cumple con los requisitos.
Según el “Reglamento Técnico para la Ingeniería de Tuberías Enterradas de Cloruro de Polivinilo Rígidas para el Suministro de Agua”, se deben instalar pilotes de empuje de cemento en juntas como tes, codos, reductores y otras tuberías con un diámetro de ≥110 mm para evitar que la tubería se mueva. “Pilones de empuje de hormigón” No deben ser inferiores a C15 y deben ser moldeados en obra sobre la cimentación del suelo original excavada y la pendiente de la zanja. Algunos constructores no prestan suficiente atención a la función de los pilotes de empuje. Clavaron una estaca de madera o acuñaron una punta de hierro junto a la tubería para que actuara como pilote de empuje. A veces, el volumen del pilote de cemento es demasiado pequeño o no se vierte sobre el suelo original. Por otro lado, algunos pilotes de empuje no son lo suficientemente resistentes. Como resultado, durante la operación de la tubería, los pilotes de empuje no pueden funcionar y se vuelven inútiles, causando que los accesorios de la tubería, como tes y codos, se desalineen y dañen.
(2) La válvula de escape automática no está instalada o la posición de instalación no es razonable.
Según el principio hidráulico, se deben diseñar e instalar válvulas de escape automáticas en los puntos más altos de las tuberías en zonas montañosas o colinas con grandes ondulaciones. Incluso en llanuras con poca ondulación, las tuberías deben diseñarse artificialmente al excavar zanjas. Existen subidas y bajadas, con pendientes cíclicas de al menos 1/500, y se diseñan de 1 a 2 válvulas de escape en el punto más alto de cada kilómetro.
Durante el transporte de agua por la tubería, el gas se escapa y se acumula en las partes elevadas, llegando incluso a obstruirse. Cuando el caudal fluctúa, las bolsas de aire formadas en las partes elevadas se comprimen y expanden continuamente, y el gas se expande. La presión generada tras la compresión es decenas o incluso cientos de veces mayor que la generada tras la compresión del agua (informe público: Pump Butler). En este caso, esta sección de la tubería, con peligros ocultos, puede provocar las siguientes situaciones:
Tras pasar el agua aguas arriba de la tubería, el agua que gotea desaparece aguas abajo. Esto se debe a que la bolsa de aire de la tubería bloquea el flujo de agua, provocando la separación de la columna de agua.
• El gas comprimido en la tubería se comprime hasta el límite máximo y se expande rápidamente, provocando la ruptura de la tubería.
Cuando el agua de una fuente alta se transporta río abajo a cierta velocidad por gravedad, tras el cierre repentino de la válvula aguas arriba, debido a la inercia de la diferencia de altura y el caudal, la columna de agua en la tubería aguas arriba no se detiene inmediatamente. Sigue moviéndose a cierta velocidad. Esta velocidad fluye río abajo. En este momento, se forma un vacío en la tubería debido a la imposibilidad de reponer el aire a tiempo, lo que provoca que la presión negativa la desinfle y la dañe.
(3) La zanja y el suelo de relleno no cumplen con la normativa.
En zonas montañosas es frecuente encontrar zanjas no cualificadas, principalmente debido a la gran cantidad de piedras en ciertas zonas. Estas zanjas se excavan manualmente o se explotan con explosivos. El fondo de la zanja presenta importantes desniveles y salientes de piedras afiladas. En este caso, según la normativa vigente, se deben retirar las piedras del fondo de la zanja y pavimentar más de 15 centímetros de arena antes de instalar la tubería. Sin embargo, los obreros de la construcción actuaron de forma irresponsable o tomaron atajos, colocando directamente la arena sin pavimentarla o pavimentándola simbólicamente. La tubería se instala sobre las piedras. Una vez completado el relleno y puesto en funcionamiento el sistema de agua, debido al peso de la tubería, la presión vertical del terreno, la carga del vehículo sobre ella y la superposición de la gravedad, esta se apoya en una o varias piedras afiladas en el fondo. Debido a la excesiva concentración de tensiones, es muy probable que la tubería se dañe en este punto y se agriete en línea recta. Esto se conoce como "efecto de rayado".

4/Medidas

Existen muchas medidas de protección contra el golpe de ariete, pero se deben tomar diferentes medidas según las posibles causas del golpe de ariete.
1. Reducir el caudal de las tuberías de agua puede reducir la presión del golpe de ariete hasta cierto punto, pero aumentará el diámetro de las tuberías y aumentará la inversión en el proyecto. Al diseñar las tuberías de agua, se debe considerar evitar los desniveles o cambios drásticos de pendiente para reducir la longitud de la tubería. Cuanto más larga sea la tubería, mayor será el golpe de ariete cuando la bomba esté parada. Para conectar dos estaciones de bombeo, se utiliza un pozo de succión de agua.
Golpe de ariete cuando la bomba está parada

El llamado golpe de ariete al detener la bomba se refiere al fenómeno de choque hidráulico causado por cambios repentinos en la velocidad del flujo en la bomba de agua y las tuberías de presión cuando la válvula se abre y se detiene debido a un corte repentino de energía u otras razones. Por ejemplo, un fallo del sistema de energía o del equipo eléctrico, un fallo ocasional de la unidad de bombeo de agua, etc., puede provocar que la bomba centrífuga abra la válvula y se detenga, lo que resulta en un golpe de ariete al detenerse la bomba. La magnitud del golpe de ariete al detener la bomba se relaciona principalmente con la altura geométrica de la sala de bombas. Cuanto mayor sea la altura geométrica, mayor será el golpe de ariete al detenerse la bomba. Por lo tanto, se debe seleccionar una altura de bomba razonable según las condiciones locales.

La presión máxima del golpe de ariete cuando una bomba se detiene puede alcanzar el 200 % de la presión normal de trabajo, o incluso más, lo que puede destruir tuberías y equipos. Los accidentes generales causan fugas y cortes de agua; los accidentes graves provocan inundaciones en la sala de bombas, daños en los equipos y en las instalaciones, o incluso lesiones personales o la muerte.

Tras detener la bomba debido a un accidente, espere a que la tubería detrás de la válvula de retención se llene de agua antes de arrancarla. No abra completamente la válvula de salida de la bomba al arrancarla, ya que se producirá un fuerte impacto de agua. En estas circunstancias, suelen producirse accidentes graves por golpe de ariete en muchas estaciones de bombeo.

2. Instalar un dispositivo de eliminación de golpes de ariete
(1) Utilizando tecnología de control de voltaje constante
Un sistema de control automático PLC controla la bomba con velocidad de frecuencia variable y automatiza el funcionamiento de todo el sistema de la sala de bombas de suministro de agua. Dado que la presión de la red de tuberías de suministro de agua cambia constantemente con las condiciones de trabajo, es frecuente que se produzcan bajas o sobrepresiones durante el funcionamiento del sistema, lo que puede causar fácilmente golpes de ariete y dañar las tuberías y los equipos. Un sistema de control automático PLC controla la red de tuberías. Detecta la presión, controla la retroalimentación del arranque y la parada de la bomba de agua, ajusta la velocidad y controla el caudal, manteniendo así la presión a un nivel determinado. La presión de suministro de agua de la bomba se puede ajustar mediante un microordenador para mantener una presión constante y evitar fluctuaciones excesivas de presión. Se reduce la probabilidad de golpes de ariete.
(2) Instalar eliminador de golpe de ariete
Este dispositivo previene principalmente el golpe de ariete cuando la bomba está parada. Generalmente se instala cerca de la tubería de salida de la bomba de agua. Utiliza la presión de la tubería para activar automáticamente la baja presión. Es decir, cuando la presión en la tubería es inferior al valor de protección establecido, el puerto de drenaje se abre automáticamente para drenar el agua. El alivio de presión se utiliza para equilibrar la presión de las tuberías locales y prevenir el impacto del golpe de ariete en los equipos y tuberías. Los eliminadores se dividen generalmente en dos tipos: mecánicos e hidráulicos. Los eliminadores mecánicos se restauran manualmente después de la acción, mientras que los eliminadores hidráulicos se reinician automáticamente.
(3) Instale una válvula de retención de cierre lento en la tubería de salida de la bomba de agua de gran diámetro.

Puede eliminar eficazmente el golpe de ariete cuando la bomba se detiene, pero debido a que una cierta cantidad de agua fluirá de regreso cuando laAPI 609Una vez activada la válvula, el pozo de succión de agua debe tener un tubo de rebose. Existen dos tipos de válvulas de retención de cierre lento: de martillo y de almacenamiento de energía. Este tipo de válvula permite ajustar el tiempo de cierre dentro de un rango determinado según sea necesario (consulte a continuación: Pump Butler). Generalmente, la válvula cierra entre un 70 % y un 80 % de su capacidad en un plazo de 3 a 7 segundos tras un corte de energía. El tiempo de cierre restante, del 20 % al 30 %, se ajusta según las condiciones de la bomba de agua y la tubería, generalmente en un rango de 10 a 30 segundos. Cabe destacar que cuando se produce un golpe de ariete en la tubería, la función de la válvula de retención de cierre lento es muy limitada.
(4) Instale una torre reguladora de presión unidireccional
Se construye cerca de la estación de bombeo o en un punto adecuado de la tubería, y la altura de la torre reguladora de presión unidireccional es inferior a la presión de la tubería. Cuando la presión en la tubería es inferior al nivel del agua en la torre, la torre reguladora de presión reabastece la tubería para evitar la ruptura de la columna de agua y compensar el golpe de ariete. Sin embargo, su efecto reductor de presión sobre golpes de ariete distintos del golpe de ariete de parada de bomba, como el golpe de ariete de cierre de válvula, es limitado. Además, el rendimiento de la válvula unidireccional utilizada en la torre reguladora de presión unidireccional debe ser absolutamente fiable. Una falla de la válvula puede causar un golpe de ariete de gran magnitud.
(5) Instale una tubería de derivación (válvula) en la estación de bombeo
Cuando el sistema de bombeo está funcionando normalmente, la válvula de retención está cerrada porque la presión del agua en el lado de presión de la bomba es más alta que la presión del agua en el lado de succión. Cuando el corte de energía accidental detiene repentinamente la bomba, la presión en la salida de la estación de bombeo de agua cae bruscamente, mientras que la presión en el lado de succión aumenta bruscamente. Bajo esta presión diferencial, el agua de alta presión transitoria en la tubería principal de succión de agua empuja la placa de la válvula de retención y fluye hacia el agua de baja presión transitoria en la tubería principal de agua a presión, lo que hace que la baja presión del agua allí aumente; por otro lado, la bomba de agua El aumento de presión del golpe de ariete en el lado de succión también se reduce. De esta manera, el aumento del golpe de ariete y la caída de presión en ambos lados de la estación de bombeo de agua se controlan, reduciendo y previniendo eficazmente los peligros del golpe de ariete.
(6) Instale una válvula de retención multietapa
En una tubería de agua larga, agregue uno o másválvulas de retenciónDivida la tubería de agua en varias secciones e instale una válvula de retención en cada una. Cuando el agua de la tubería refluye durante el golpe de ariete, cada válvula de retención se cierra una tras otra para dividir el flujo de contralavado en varias secciones. Dado que la carga hidrostática en cada sección de la tubería (o sección de flujo de contralavado) es bastante baja, se reduce el caudal de agua. Esta medida de protección puede utilizarse eficazmente en situaciones donde la diferencia geométrica de altura del suministro de agua es grande; sin embargo, no puede eliminar la posibilidad de separación de la columna de agua. Su mayor desventaja es el mayor consumo de energía de la bomba de agua durante el funcionamiento normal y el aumento de los costos de suministro de agua.