Golpe ariete

Introducción
El fenómeno del golpe de ariete puede
generar presiones extremas en las redes de
distribución, lo cual puede llevar a fallas en la
red y artefactos hidráulicos, e inclusive
rupturas en las tuberías, con el consiguiente
riesgo de corte del servicio, pérdidas de
agua, intrusión de contaminantes al sistema,
etc. Un golpe de ariete severo puede generar
la separación de lacolumna de agua, con
consecuencias desastrosas para la integridad
de las tuberías. Debido a esto la simulación
del flujo no-permanente y del golpe de ariete
se ha convertido en un requisito esencial
para asegurar el correcto diseño y operación
de los sistemas de distribución de agua. En
este artículo se presentan las ecuaciones
básicas que rigen el fenómeno del flujo nopermanente
considerandoun punto de vista
numérico, junto con la presentación del
método de las características aplicado a un
caso clásico de la literatura. Finalmente,
aspectos relativos con una visión estratégica
del problema son abordados.

El estudio de los fenómenos de flujo no-permanente (golpe de ariete, conocido en inglés como
“waterhammer”) ha sido tema de interés de connotados físicos y matemáticos desdehace mucho
tiempo (CHAUDHRY, 1987).
El golpe de ariete aparece en las redes de tuberías cuando el estado de flujo permanente es
perturbado mediante la modificación de la velocidad del flujo. En general, el cambio en la velocidad
del flujo puede ser causado por la apertura o cierre de válvulas, falla de mecanismos hidráulicos,
partida / parada de bombas, etc. El nombre ‘golpe de ariete’proviene del sonido que generalmente
acompaña al fenómeno, similar al ruido del martillo golpeando una tubería. Sin embargo, la
magnitud del ruido no es equivalente a la magnitud de la onda de choque, ya que el sonido puede
ser amortiguado mientras la onda de presión daña las instalaciones. El efecto más severo del
golpe de ariete se produce generalmente cuando las bombas detienen sufuncionamiento, dando
lugar a presiones excesivas que pueden causar daños serios a tuberías y mecanismos hidráulicos,
tales como rupturas, colapsos por vacío, etc., sin considerar otros efectos que también podrían
generar costos humanos, materiales y financieros, incluyendo problemas sanitarios (Le
CHEVALLIER et al., 2003).
TWYMAN INGENIEROS CONSULTORES LTDA.
GOLPE DE ARIETE EN REDES DE TUBERÍAS 2 de 9Por tratarse de fenómenos donde las propiedades del flujo (presiones, velocidades, etc.) cambian
rápidamente –tanto temporal como espacialmente– la descripción matemática del problema se
complica, ya que deben resolverse ecuaciones diferenciales parciales del tipo hiperbólico casi –
lineal.
Sin embargo, a diferencia de otras ramas de la ingeniería civil, como el análisis estructural, elanálisis dinámico de sistemas de distribución de agua a presión está lejos de ser un aspecto
rutinario en los estudios conducentes al diseño y operación de estos sistemas.
Esto puede deberse a la dificultad inherente al problema y al menor costo en vidas humanas frente
a eventuales fallas. También puede ser una causa la existencia de ciertos mitos relativos al golpe
de ariete (como la creencia de quesu comportamiento depende de la configuración topológica de
la red -mientras más ramificada, mayor disipación de sobre-presiones). Hay casos donde las ondas
reflejadas desde diferentes partes de una red pueden superponerse y producir presiones (positivas
o negativas) catastróficas para un sistema.
Dependiendo de la importancia de una red, la rotura de matrices o impulsiones debido a un golpede ariete puede incrementar tanto los costos económicos (reparaciones, reemplazo de material,
etc.) como los sociales (escasez de agua por cortes del servicio), convirtiendo el problema en un
asunto estratégico.
Es por esto que cualquier fenómeno de flujo no-permanente (tanto en redes como impulsiones)
debiera requerir siempre de un análisis numérico detallado.

Golpe de ariete
Concepto...