¿Qué es el golpe de ariete y cómo solucionarlo?

¿Qué es el golpe de ariete?

El golpe de ariete se produce cuando se produce un corte repentino de suministro eléctrico o cuando la válvula se cierra demasiado rápido. Debido a la inercia del flujo de agua a presión, se genera una onda expansiva, similar al impacto de un martillo. Esta fuerza, a veces tan intensa, puede dañar válvulas y bombas.

Cuando una válvula abierta se cierra repentinamente, el agua fluye contra la válvula y la pared de la tubería, creando presión. Debido a la pared lisa de la tubería, el flujo de agua subsiguiente alcanza rápidamente su máximo por inercia y produce daños. Este es el "golpe de ariete" en mecánica de fluidos, es decir, un golpe de ariete positivo. Este factor debe considerarse en la construcción de tuberías de suministro de agua.

Por el contrario, tras la apertura repentina de la válvula cerrada, se produce un golpe de ariete, también conocido como golpe de ariete negativo. Este golpe de ariete también tiene cierto poder destructivo, pero no es tan grave como el anterior. Cuando la bomba de agua eléctrica se corta o arranca repentinamente, se produce un choque de presión y un golpe de ariete. La onda expansiva de esta presión se propaga a lo largo de la tubería, lo que puede provocar fácilmente una sobrepresión local, provocando la rotura de la tubería y daños en los equipos. Por lo tanto, la protección contra el golpe de ariete se ha convertido en una tecnología clave en la ingeniería de suministro de agua.
Condiciones para el golpe de ariete

1. La válvula se abre o se cierra repentinamente;

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

3. Suministro de agua por una sola tubería a lugares altos (la diferencia de altura del terreno de suministro de agua supera los 20 metros);

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

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

6. La tubería de agua es demasiado larga y el terreno cambia mucho.

Los peligros del golpe de ariete

El aumento de presión causado por el golpe de ariete puede alcanzar varias veces o incluso decenas de veces la presión de trabajo normal de la tubería. Estas grandes fluctuaciones de presión causan daños al sistema de tuberías, principalmente por las siguientes razones:

1. Provocar una fuerte vibración de la tubería y la desconexión de la junta de la tubería;

2. La válvula está dañada y la presión es demasiado alta como para provocar la rotura de la tubería, lo que reduce la presión de la red de suministro de agua;

3. Por el contrario, si la presión es demasiado baja, la tubería colapsará y la válvula y las piezas de fijación se dañarán;

4. Provocar la inversión de la bomba de agua, dañar el equipo o las tuberías de la sala de bombas, provocar que la sala de bombas quede sumergida gravemente, provocar víctimas personales y otros accidentes graves, y afectar la producción y la vida útil.

Medidas de protección para eliminar o mitigar el golpe de ariete

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 la tubería de agua puede reducir la presión del golpe de ariete hasta cierto punto, pero aumentará el diámetro de la tubería y aumentará la inversión del proyecto. Al diseñar las tuberías de agua, se debe considerar evitar montículos o cambios drásticos de pendiente. La magnitud del golpe de ariete cuando la bomba está parada está relacionada principalmente con la altura geométrica de la sala de bombas. Cuanto mayor sea la altura geométrica, mayor será el golpe de ariete cuando la bomba está parada. Por lo tanto, se debe seleccionar una altura de bomba razonable según las condiciones locales reales. Después de detener la bomba en un accidente, espere hasta 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 de agua al arrancarla, de lo contrario se producirá un gran impacto de agua. La mayoría de los accidentes graves por golpe de ariete en muchas estaciones de bombeo ocurren en estas circunstancias.

2. Instalar un dispositivo de eliminación de golpes de ariete

(1) Utilizando tecnología de control de presión constante:
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 tiende a provocar golpes de ariete y daños en las tuberías y los equipos. El sistema de control automático controla la presión de la red de tuberías. La detección y la retroalimentación del arranque, la parada y el ajuste de la velocidad de la bomba de agua controlan el caudal y mantienen 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 el riesgo de golpes de ariete.

(2) Instale el eliminador de golpe de ariete

Este equipo 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 drenaje se abre automáticamente y descarga el agua. El sistema de alivio de presión equilibra la presión de las tuberías locales y previene el impacto del golpe de ariete en los equipos y tuberías. Generalmente, los eliminadores se dividen en dos tipos: mecánicos e hidráulicos.

3) Instale una válvula de retención de cierre lento en la tubería de salida de la bomba de agua de gran calibre.

Puede eliminar eficazmente el golpe de ariete cuando la bomba se detiene, pero debido a que hay una cierta cantidad de reflujo de agua cuando se acciona la válvula, el pozo de succión debe tener una tubería de rebose. Hay dos tipos de válvulas de retención de cierre lento: tipo martillo y tipo almacenamiento de energía. Este tipo de válvula puede ajustar el tiempo de cierre de la válvula dentro de un rango determinado según las necesidades. Generalmente, del 70% al 80% de la válvula se cierra dentro de 3 a 7 s después del corte de energía, y el tiempo de cierre del 20% al 30% restante se ajusta según las condiciones de la bomba de agua y la tubería, generalmente en el rango de 10 a 30 s. Vale la pena señalar que la válvula de retención de cierre lento es muy efectiva cuando hay una joroba en la tubería para puentear el golpe de ariete.

(4) Instalar una torre de sobretensión unidireccional

Se construye cerca de la estación de bombeo o en un lugar adecuado de la tubería, y la altura de la torre de compensación 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 de compensación suministra agua a la tubería para evitar la ruptura de la columna de agua y el golpe de ariete. Sin embargo, su efecto despresurizador sobre golpes de ariete distintos del golpe de ariete de parada de la bomba, como el golpe de ariete de cierre de la válvula, es limitado. Además, el rendimiento de la válvula unidireccional utilizada en la torre de compensación unidireccional debe ser absolutamente fiable. Una falla de la válvula puede provocar accidentes graves.

(5) Instale una tubería de derivación (válvula) en la estación de bombeo

Cuando el sistema de bombeo funciona con normalidad, la válvula de retención se cierra porque la presión del agua en el lado de presión de la bomba es superior a la del lado de succión. Cuando un corte de energía detiene repentinamente la bomba, la presión en la salida de la estación de bombeo cae bruscamente, mientras que la presión en el lado de succión aumenta considerablemente. Bajo esta presión diferencial, el agua transitoriamente a alta presión en la tubería principal de succión se convierte en agua transitoriamente a baja presión que empuja la placa de la válvula de retención y fluye hacia la tubería principal de presión, aumentando la baja presión del agua allí. Por otro lado, la bomba de agua. El impulso del golpe de ariete en el lado de succión también se reduce. De esta manera, se controla la subida y bajada del golpe de ariete en ambos lados de la estación de bombeo, reduciendo y previniendo eficazmente los riesgos de golpe de ariete.
(6) Ajuste la válvula de retención multietapa

En tuberías de agua más largas, se instalan una o más válvulas de retención, se divide la tubería en varias secciones y se instala una válvula de retención en cada una. Cuando el agua de la tubería refluye durante el golpe de ariete, las válvulas de retención se cierran una tras otra para dividir el flujo de contraflujo en varias secciones. Dado que la carga hidrostática en cada sección de la tubería (o sección de flujo de contraflujo) es bastante baja, se reduce el flujo de agua. Esta medida de protección se puede utilizar eficazmente en situaciones donde la diferencia geométrica de altura del suministro de agua es grande; sin embargo, no elimina la posibilidad de separación de la columna de agua. Su mayor desventaja es que el consumo de energía de la bomba de agua aumenta durante el funcionamiento normal y el costo del suministro de agua.

(7) Se instalan dispositivos automáticos de escape y suministro de aire en el punto más alto de la tubería para reducir el impacto del golpe de ariete en la tubería.