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Universidad de VigoESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE
INGENIEROS INDUSTRIALES
El Golpe de Ariete en
Instalaciones Hidráulicas
1
Instalaciones HidráulicasMáquinas Hidráulicas, curso 2008/09
5º Curso – Ingeniero en Organización Industrial
Víctor Manuel Blanco Picos
- Junio 2009 -
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� Instalación hidráulica real: sistema dinámico. Fenómenos transitorios.
Sobrepresiones y depresiones que pueden dar lugar a averías y fallos de
funcionamiento de la instalación.
� Causas:
� Controlables: arranque o parada controlados de turbomáquinas, cierre o
apertura de válvulas...
1. INTRODUCCIÓN (1/2)
2
apertura de válvulas...
� No controlables: corte de suministro eléctrico en un sistema de bombeo,
rotura de una tubería...
� Transitorios
� Suaves: fluido incompresible. Conducciones no deformables. Velocidad de
propagación infinita.
� Bruscos (golpe de ariete): fluido compresible. Conducciones deformables
debido a las variaciones de presión. Velocidad de propagación finita.
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1. INTRODUCCIÓN (2/2)
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� Menabrea (1858), “Note sur les effets de choc de l’eau dans les conduites”.
� Michaud (1878), “Coups de bélier dans les conduites. Étude des moyens
employés pour en atténuer les effets”. Análisis matemático.
� Korteweg (1883). Efecto de la elasticidad del material de la tubería sobre la
velocidad de propagación del sonido en el seno del fluido.
� Joukowsky (1897). Análisis matemático. Experimentación. Estudio del valor
máximo de velocidad en condiciones de seguridad. Primera gran aportación
2. HISTORIA
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máximo de velocidad en condiciones de seguridad. Primera gran aportación
a la teoría del golpe de ariete.
� Allievi (1903), “Teoría generale del motto perturbato dell’acqua nei tubi in
pressione”. (1913) “Teoría del colpo d’ariete”.
� Schnyder (1929), métodos gráficos.
� Bergeron (1933), métodos gráficos. Aplicación a otros campos.
� Streeter y Wylie (1963), “Hydraulic Transients”.
� Chaudhry (1979), “Applied Hydraulic Transients”.
� En España: Mendiluce (1974), “El golpe de ariete en impulsiones”.
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� Alternancia de sobrepresiones y depresiones debidas al movimiento
oscilatorio del fluido en el interior de una tubería, como consecuencia de la
interrupción del flujo.
3. DESCRIPCIÓN DEL FENÓMENO (1/2)
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A B
Onda de presión
L
H
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3. DESCRIPCIÓN DEL FENÓMENO (2/2)
� Tiempo que tarda la onda
en recorrer la distancia
entre la válvula y el
depósito:
t0 = L/a
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� El ciclo se repite tras
T = 4 t0 = 4 L/a
� En impulsiones, mismo
fenómeno pero en sentido
contrario.
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� Streeter y otros:
� Allievi (agua):
4. VELOCIDAD DE PROPAGACIÓNDE LA ONDA DE PRESIÓN
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� Si hay gas disuelto en el fluido y éste se separa, la celeridad se ve
modificada: disminuye al hacer la fase gaseosa que la mezcla bifásica que
forma el fluido sea más compresible.
� Tramos de tuberías de diferentes características: se calcula la celeridad
media como la media ponderada de la celeridad de cada tramo.
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� Tiempo T: intervalo entre el inicio y el final de la maniobra.
� Mendiluce:
5. TIEMPO DE CIERRE DE LA VÁLVULA Y TIEMPODE PARADA DE LA BOMBA (1/2).
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� C es función de la pendiente:
� K representa principalmente el efecto
de la inercia del grupo motobomba.
Sus valores empíricos varían con la
longitud de la impulsión:
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� T < 2 L / a � Cierre rápido. Se alcanzará la sobrepresión máxima en algún
punto.
� T > 2L / a � Cierre lento. No se alcanzará la sobrepresión máxima.
� Caso más desfavorable: T ≈ 0 (Cierre instantáneo). En la práctica sólo ocurre
cuando hay gran pendiente hidráulica.
5. TIEMPO DE CIERRE DE LA VÁLVULA Y TIEMPODE PARADA DE LA BOMBA (2/2).
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cuando hay gran pendiente hidráulica.
� Cuanto mayor sea T menor será la sobrepresión, por lo que con un buen
control de T es posible limitar en gran medida los problemas de fenómenos
transitorios en sistemas hidráulicos.
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� Cierre lento: Michaud
� Cierre rápido: Allievi
6. CÁLCULO DE LA SOBREPRESIÓN PRODUCIDAPOR EL GOLPE DE ARIETE.
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� Punto crítico (corte de las rectas de
Michaud y de Allievi en conducciones largas):
� L < Lc � Conducción o Impulsión corta. Michaud.
� L > Lc � Conducción o Impulsión larga. Allievi en Lm = L – Lc, resto
Michaud.
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� Simulación más precisa del golpe de ariete.
� Consiste en transformar las ecuaciones diferenciales parciales de
continuidad y de movimiento en ecuaciones diferenciales ordinarias, y
posteriormente resolverlas mediante un esquema de diferencias finitas.
7. EL MÉTODO DE LAS CARACTERÍSTICAS
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� ¿Cómo evitar los transitorios?
� Modificando el trazado y composición de la instalación. No viable
económicamente para tuberías de gran longitud.
� Reduciendo la velocidad durante el régimen permanente. Bajo
rendimiento de la instalación, implicaciones económicas.
� Instalando dispositivos de atenuación. Económicamente más razonable.
8. DISPOSITIVOS DE ATENUACIÓN (1/4)
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� Instalando dispositivos de atenuación. Económicamente más razonable.
� Tipos:
� De acción directa: actúan directamente sobre la causa de las
oscilaciones, las variaciones de velocidad. Se colocan en serie con la
tubería, y actúan desde el inicio del transitorio.
� De acción indirecta: actúan sobre los efectos, tratando de minimizarlos.
Se colocan en paralelo con la tubería, y actúan cuando el transitorio
llega al punto en que están instalados.
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� Dispositivos de acción directa:
� Volante de inercia
8. DISPOSITIVOS DE ATENUACIÓN (2/4)
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� Válvulas de retención (anti-retorno)
� Válvulas de cierre programado
Válvula de retención múltiple
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� Dispositivos de acción indirecta:
� Chimeneas de equilibrio o
pozos piezométricos
8. DISPOSITIVOS DE ATENUACIÓN (3/4)
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� Cámaras o calderines de aire
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� Dispositivos de acción indirecta:
� Ventosas
8. DISPOSITIVOS DE ATENUACIÓN (4/4)
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� Válvulas de alivio o descarga
� Válvulas reguladoras de presión
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APLICACIÓN PRÁCTICA: BOMBAS DE ARIETE
� Montgolfier, 1796
� Ampliamente utilizada durante el siglo XIX
� Anécdota: fuentes del Taj Mahal
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Tubería de descarga
Corriente
Bomba de ariete
Tubería de cargaH1
H2
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Instalaciones Hidráulicas
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Instalaciones HidráulicasMáquinas Hidráulicas, curso 2008/09
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