GOLPE DE ARIETE

El golpe de ariete está compuesto por una serie de pulsos de presión de diferentes magnitudes sobre y por debajo de la presión normal del líquido en la tubería. La potencia y periodicidad dependen de la velocidad de detención del líquido, así también como el tamaño, largo y material de la tubería. La sobrepresión se origina cuando un líquido que fluye a una cierta velocidad se detiene por un período corto de tiempo. La presión aumenta, cuando el flujo se detiene, y es independiente de la presión normal de la tubería.

El pico de presión ocurre cuando en una tubería el flujo se detiene en un tiempo igual o menor al tiempo necesario para que la onda de presión creada llegue desde el punto de cierre de la válvula hasta la entrada de la tubería y vuelva. Esto es cuando:

Donde:

t = Tiempo que tarda la onda de presión en recorrer la tubería y volver (s)
L = Largo de la tubería (m)
a = Velocidad de la onda de presión (m/s)

Para los casos en que el líquido es agua, la velocidad de la onda de presión «a» se determina mediante la siguiente ecuación:

Donde:

a = Velocidad de la onda de presión (m/s) 4660 = es el coeficiente de la fórmula PPI (Manual de diseño PPI Pex página 25)
0.304 = es el coeficiente para ajustar el valor de “a” de pies/seg. a m/seg.
Kbulk = Módulo de volúmen de fluído (por ejemplo: 300,000 psi para agua a 20ºC)
SDR = Relación de dimensiones estándar
E = Módulo de elasticidad (Psi) del material de la tubería (obtenido de ensayos de tracción) a corto plazo.

Para los valores E, consulte la tabla n°24 “Presiones de sobretensión bajas en tuberías Pexgol”.

La sobrepresión que causa el golpe de ariete se determina mediante la siguiente ecuación:

Donde:
P = Aumento de presión (Psi)
ρ = Densidad de flujo (por ejemplo: 1 g/cm³ para agua a 20ºC)
a = Velocidad de la onda de presión (m/s)
V = Velocidad de agua detenida = velocidad de la línea (m/s)
g = Aceleración generada por la gravedad (9,81 m/s²)

Se puede reducir el riesgo del golpe de ariete al incrementar los tiempos de cerrado de las válvulas de modo que sean mayores a 2L/a. Por ejemplo:
Cuando el tiempo de cerrado es 10 veces 2L/a, la presión puede elevarse entre 10% y 20% de la presión causada por el cerrado en un tiempo igual o menor que 2L/a.
El valor a corto plazo del módulo E de elasticidad en las tuberías Pexgol es mucho menor que el valor E en las tuberías de acero, de cemento o HDPE. Debido a que la velocidad “a” de la ola de presión está relacionada al módulo de elasticidad a corto plazo E, la velocidad “a” disminuye a medida que el valor de E disminuye.

Para poder determinar la resistencia del material de la tubería al fenómeno del golpe de ariete, la totalidad de la presión producida (golpe de presión + presión de trabajo) se deberá calcular y comparar con la máxima presión permitida total en cada tipo de material. La resistencia de las tuberías de HDPE dependerá de la naturaleza del golpe de ariete. En el caso de ondas de choque
de golpes de ariete recurrentes, las tuberías de HDPE tienen como límite un máximo total de presión de 1,5 veces el valor de la presión de trabajo. Gracias a la flexibilidad y resiliencia de las tuberías Pexgol, se han reducido notablemente las sobrepresiones causadas por los golpes de ariete. Por lo tanto, una tubería Pexgol puede soportar una presión transitoria total (aumento de presión constante y ocasional + presión de trabajo) de hasta 2,5 veces el diseño de presión con la temperatura correspondiente.

Los siguientes ejemplos muestran los aumentos repentinos de presión causados por el golpe de ariete en varias tuberías, que se consideran para la misma aplicación. En todos los siguientes ejemplos:

• La línea es horizontal; la longitud de la línea es de 2.200 m.
• El caudal es de 150 metros cúbicos por hora, las pérdidas de carga son del 5%.
• La línea está diseñada para una presión de bomba de 160 psi.
• La temperatura del fluido es de 20ºC

Las tuberías calculadas para esta aplicación son las siguientes:

1. Tubería de acero de 6 ” cédula 40, tubería enterrada o instalación sobre el suelo.
2. PE 3408 6” SDR 11, tubería enterrada.
3. PEX 6” SDR 13.5, tubería enterrada.
4. PE 4710 6” SDR 13.5, tubería enterrada.
5. PEX 6” SDR 11, instalación sobre el suelo, temperatura ambiente 20°C y temperatura de diseño 30°C.
6. PEX 6” SDR 9, instalación sobre el suelo, temperatura ambiente 40°C y temperatura de diseño 40°C.

Tubería enterrada o instalación sobre el suelo.

D.E.: 6.625”, E.P.: 0.28”, mm, d: 6.065”, V = 2.2 m/sec, E = 30×10^6

Resultados de sobrepresión: 417 Psi.

Presión transitoria total: sobrepresión (417 psi) + la presión de la bomba en la línea (160 Psi) es 577 psi.

Tubería enterrada. La presión de trabajo máxima permitida de la tubería es 160 psi a 20 ° C. Presión transitoria total máxima permitida: 240 psi.

D.E.: 6.625”, E.P.: 0.602”, d: 5.42”, V = 2.8 m/sec, E = 120.000 at 20°C

Resultado de sobrepresión: 120 Psi, presión transitoria total: 160 + 120 = 280 Psi.

Presión transitoria total: supera la presión transitoria total máxima permitida para este material de tubería.

Tubería enterrada. La presión de trabajo máxima permitida de la tubería es 174 Psi a 20°C. Presión transitoria total máxima permitida: 435 Psi.

D.E.: 6.63”, E.P.: 0.49”, d: 5.64”, V = 3 m/sec, E = 64.000 at 20°C

Resultado de sobrepresión: 62 Psi, presión transitoria total:160 + 62 = 222 Psi

Presión transitoria total: Es mucho más baja que la presión transitoria total máxima permitida (435 Psi)

Tubería enterrada. La presión de trabajo máxima permitida de la tubería es 11 bar (160 psi) a 20°C. Presión transitoria total máxima permitida: 16.5 bar (240 Psi).

D.E.: 6.625”, E.P.: 0.491”, d: 5.64”, V = 2.6 m/s, E = 120000 at 20°C

Resultado de sobrepresión: 99 Psi, presión transitoria total:160 + 99 = 259 Psi.

Presión transitoria total: Supera la presión transitoria total máxima permitida para este material de tubería.

Instalación sobre el suelo: la temperatura ambiente es de 20°C, la temperatura de diseño es de 30°C. La presión de trabajo máxima permitida de la tubería es de 13 bar (193 Psi) a 30°C. Presión transitoria total máxima permitida: 30 bar.

D.E.: 6.63”, E.P.: 0.74”, d: 5.15”, V = 2.5 m/seg, E = 50000 psi a 30°C

Resultado de sobrepresión: 70 Psi, presión transitoria total: 160+70 = 230 Psi

Presión transitoria total: Es mucho más baja que la presión transitoria total máxima permitida (435 PSI).

Instalación sobre el suelo: la temperatura ambiente es de 40°C, la temperatura de diseño es de 40°C. La presión de trabajo máxima permitida de la tubería es de 15 bar (214 Psi) a 40°C. Presión transitoria total máxima permitida: 30 bar.

D.E.: 6.63”, E.P.: 0.74”, d: 5.15”, V = 2.7 m/s, E = 37000 Psi a 40°C

Resultado de sobrepresión: 69 Psi, presión transitoria total: 160 + 69 = 230 Psi

Presión transitoria total: Es mucho más baja que la presión transitoria total máxima permitida (435 PSI).

1. La sobrepresión causada por el golpe de ariete en las tuberías de acero es al menos tres veces mayor que la sobrepresión en las tuberías Pexgol.
2. La sobrepresión causada por el golpe de ariete en las tuberías de HDPE a veces puede ser demasiado alta.
3. Las tuberías Pexgol tienen un margen más amplio para la sobrepresión en todos los rangos de temperatura y clases de tuberías.