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GOLPE DE ARIETE
Edmundo Varas B. y Hamil Uribe C.
Ing. Agrónomo, Ing. Civil Agrícola
INIA Quilamapu


I. GENERALIDADES

El golpe de ariete es conocido por la gente, aún cuando ésta no entienda de hidráulica porque se produce en las instalaciones domésticas de conducción de agua, en forma de martilleo, cuando se abre o cierra con rapidez una llave de paso en una tubería que conduzca aguaa velocidad alta.

El golpe de ariete es problema sino de tuberías; por eso hemos relegado a un apéndice, este repaso.

Los ingenieros especialistas, lo estudian muy detenidamente porque conocen bien sus efectos devastadores. Sobre todo, se esfuerzan para determinar las medidas que permiten disminuir su intensidad y preparar las tuberías para resistir los esfuerzos que produce.

El golpe deariete se ha venido estudiando desde los albores del Siglo XX con mucha meticulosidad. Podríamos señalar los siguientes nombres como los más conocidos por sus trabajos en este campo: Joukowsky fue , en alguna medida, el pionero de los estudios; Allievi estableció la teoría de su nombre; Micheaud es el autor de la fórmula de cálculo de la sobrepresión cuando se conoce el tiempo de parada de lacolumna líquida; Bergeron publicó el excelente método de cálculo gráfico de su nombre; Parmakian es el autor de un método de cálculo utilizando ábacos para la determinación de las presiones en las tuberías.

En la actualidad, el cálculo del golpe de ariete se realiza por métodos informáticos cuando se trata de una instalación complicada y por el método de Bergeron o las curvas de Parmakian eninstalaciones más sencillas.

Muchos análisis de golpe de ariete que se encuentran en tratados de hidrodinámica, hacen referencia al caso de una conducción con flujo hacia un obturador, que es la situación de una tubería de descarga de una presa y tratan menos prolijamente, o incluso no tratan, el caso de una tubería de impulsión que sigue a un bombeo.


I. ANÁLISIS DEL PROCESO FÍSICO

El golpede ariete es un fenómeno de transformación de energía que se produce cuando hay un cambio brusco en la velocidad del agua. La energía cinética de la masa líquida se transforma de diversas maneras, como veremos al analizar el fenómeno, y si no se disipa, terminará produciendo un impacto sobre elementos de la conducción: válvula, bomba, tubería, etc. Este impacto puede ser destructivo, o simplementedegradar la energía en una deformación, calor y sonido.

Hay una teoría simplista, la de la columna rígida, que no se acepta en la actualidad, para el cálculo del golpe de ariete, pero da una idea bastante clara del porqué de la sobrepresión.


Figura 1: Movimientos de golpe de ariete.

Imaginemos un bombeo que impulsa agua por una tubería recta y corta, inclinada hacia arriba unos 45° yabierta en su extremo. Supongamos que repentinamente se para la bomba y que el agua de la parte superior se hiela bruscamente. El trozo de hielo se deslizará hacia arriba con su inercia, se detendrá y retrocederá acelerándose en la tubería, hasta chocar bruscamente con la bomba o con el obturador que hayamos colocado. No hay dificultad en calcular la inercia del trozo de hielo, su energía cinética yla altura que llegará a alcanzar, y a partir de esta altura, es fácil deducir el impacto que provocará en su caída.

Pero el fenómeno no es tan simple. Se ha prescindido, absolutamente, de la elasticidad de la tubería y además se considera al agua como un fluido incompresible. Si bien lo segundo podría aceptarse en los cálculos, la elasticidad de la tubería es un fenómeno determinante de laimportancia del impacto. Por otro lado, en cualquier líquido, y por supuesto en el agua, hay disueltos, aire y otros gases, y el líquido en determinadas circunstancias de presión y temperatura, pasa a estado de vapor, o gas. Además, el golpe de ariete, en un bombeo, no comienza con una sobrepresión, sino con una depresión.

Para analizar y comprender el fenómeno, puede ayudar el imaginarse que...