Golpe de Ariete o Pulso de Joukowski

En el apasionante mundo de la ingeniería hidráulica, existen fenómenos que, aunque poco conocidos por el público en general, pueden tener un impacto devastador en las tuberías y sistemas de agua. Uno de los más misteriosos y dañinos de estos fenómenos se conoce como el "Golpe de Ariete," también llamado "Pulso de Joukowski" en honor al ingeniero ruso Nikolay Egorovich Zhukovskiy, quien lo investigó a principios del siglo XX. Junto con la cavitación, el Golpe de Ariete es uno de los principales culpables de las averías en las instalaciones hidráulicas. En esta publicación, exploraremos qué es el Golpe de Ariete, cómo se produce y por qué es esencial entenderlo para mantener tus sistemas hidráulicos en buen estado.

¿Qué es el Golpe de Ariete o Pulso de Joukowski?

Imagina este escenario: en una tubería o sistema hidráulico, el flujo de agua se mueve a una velocidad constante. Ahora, de repente, se cierra una válvula en algún punto del sistema. Cuando esto ocurre, el agua que se movía con impulso se detiene bruscamente, pero el flujo de agua detrás de la válvula sigue presionando. Esto crea una onda de choque que viaja de regreso a través de la tubería. Esta onda de choque es lo que se conoce como el Golpe de Ariete o el Pulso de Joukowski.

Impacto del Golpe de Ariete en las Instalaciones Hidráulicas

El Golpe de Ariete puede tener efectos perjudiciales en las instalaciones hidráulicas, y aquí te explicamos por qué:

Daño Físico: La onda de choque generada por el Golpe de Ariete puede causar daños físicos a las tuberías, válvulas y otros componentes del sistema. Esto puede llevar a fugas, grietas y en última instancia, a la necesidad de costosas reparaciones.

Ruptura de Válvulas: El impacto repentino puede dañar o romper las válvulas que regulan el flujo de agua. Esto puede resultar en la pérdida de control sobre el sistema y la interrupción del suministro de agua.

Ruido y Vibración: El Golpe de Ariete también puede generar ruido y vibración en el sistema, lo que no solo es molesto, sino que puede indicar problemas subyacentes.

El Golpe de Ariete, es un fenómeno hidráulico que se origina en los sistemas de tuberías cuando una válvula o grifo, ubicado al final de la tubería, se cierra bruscamente. Para entender cómo se origina este fenómeno y sus consecuencias, es necesario desglosar el proceso en varias etapas.

1. Cierre Brusco de la Válvula o Grifo:

El proceso comienza con el cierre rápido de una válvula o grifo en la tubería. Cuando esto sucede, las partículas de fluido que se encuentran en movimiento dentro de la tubería se detienen repentinamente debido al cierre súbito de la vía de paso.

2. Generación de Sobrepresión:

Las partículas de fluido que se han detenido debido al cierre de la válvula son empujadas por las partículas que vienen inmediatamente detrás de ellas y que aún están en movimiento. Este efecto es similar a lo que ocurre cuando un automóvil se detiene de manera brusca y los pasajeros en el interior son arrojados hacia adelante. En este caso, se genera una sobrepresión en el punto donde se produjo el cierre de la válvula.

3. Desplazamiento de la Sobrepresión:

La sobrepresión generada se desplaza a lo largo de la tubería. Viaja a una velocidad ligeramente menor que la velocidad del sonido en el fluido. Esta sobrepresión se propaga por la tubería, lo que a menudo se describe como una onda de choque.

4. Efectos del Golpe de Ariete:

El Golpe de Ariete tiene dos efectos principales en la tubería y el sistema hidráulico:

a. Compresión del Fluido y Dilatación de la Tubería:

La sobrepresión resultante de la onda de choque comprime ligeramente el fluido dentro de la tubería, lo que reduce su volumen momentáneamente. Además, la onda de choque provoca una dilatación leve en la tubería. Estos cambios repentinos en el volumen del fluido y la forma de la tubería pueden generar tensiones mecánicas y aumentos bruscos de presión en el sistema.

b. Daño a Equipos y Válvulas:

Los aumentos bruscos de presión causados por el Golpe de Ariete pueden dañar gravemente las válvulas, grifería y equipos que forman parte del sistema hidráulico. En algunos casos, los dispositivos como termotanques y lavavajillas no están diseñados para resistir la alta presión de agua que puede generarse en un aumento brusco de presión. Esto puede resultar en pérdidas de agua, averías en el equipo y reparaciones costosas.

Dispositivos para controlar el Golpe de Ariete:

• Para evitar los golpes de ariete causados por el cierre de válvulas, hay que estrangular gradualmente la corriente de fluido, es decir, cortándola con lentitud utilizando para ello, por ejemplo, válvulas de asiento. Cuanto más larga es la tubería, tanto más deberá durar el cierre.

• Sin embargo, cuando la interrupción del flujo se debe a causas incontrolables como, por ejemplo, la parada brusca de una bomba eléctrica, se utilizan tanques neumáticos con cámara de aire comprimido, torres piezométricas o válvulas de muelle que puedan absorber la onda de presión, mediante un dispositivo elástico.

• Otro método es la colocación de ventosas de aireación, preferiblemente trifuncionales (1ª función: introducir aire cuando en la tubería se extraiga el Fluido, para evitar que se generen vacíos; 2ª función: extracción de grandes bolsas de aire que se generen, para evitar que una columna de aire empujada por el Fluido acabe reventando codos o, como es más habitual en las crestas de las redes donde acostumbran a acumularse las bolsas de aire; 3ª función: extracción de pequeñas bolsas de aire, debido a que el sistema de las mismas ventosas por lado tienen un sistema que permite la extracción de grandes cantidades y otra vía para las pequeñas bolsas que se puedan alojar en la misma ventosa).

• Otro caso común de variación brusca de la velocidad del flujo en la tubería se da en las centrales hidroeléctricas, cuando se produce una caída parcial o total de la demanda. En estos casos tratándose de volúmenes importantes de fluido que deben ser absorbidos, se utilizan en la mayoría de los casos torres piezométricas que se conectan con la presión atmosférica, o válvulas de seguridad.