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:

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

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

a = Velocidad de la onda de presión (mt/seg.)
Kbulk = Módulo de volúmen de fluído (por ejemplo: 2,070 MPa para agua a 20°C)
d = Diámetro interno de la tubería (mm)
e = Grosor de la pared de la tubería (mm)
E = Módulo de elasticidad (MPa) del material de la tubería (obtenido de ensayos de tracción) a corto plazo

El golpe de presión que causa el golpe de ariete se determina mediante la siguiente ecuación:

P = Aumento de presión (bar)
ρ = densidad de flujo (por ejemplo: 1 gr / cm³ para agua a 20ºC)
a = Velocidad de la onda de presión (mt / seg)
V = Velocidad de agua detenida = velocidad de la línea (mt / seg)
g = Aceleración generada por la gravedad (9,81 mt / seg²)

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 los golpes de presión causados 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.

Cálculos de comparación para otros materiales

Golpes de presión en tuberías Pexgol

Clase de Tubería SDR E=465MPa E=228MPa E=136MPa
20ºC 40ºC 60ºC
a [m/sec] Golpe de presión P a [m/sec] Golpe de presión P a [m/sec] Golpe de presión P
6 26 139 1.4 bar 97 1 bar 75 0.8 bar
8 21 156 1.6 bar 109 1.1 bar 85 0.9 bar
10 16.2 180 1.8 bar 126 1.3 bar 98 1 bar
12 13.6 198 2 bar 140 1.4 bar 108 1.1 bar
15 11 225 2.3 bar 158 1.6 bar 123 1.2 bar
19 9 254 2.6 bar 179 1.8 bar 139 1.4 bar
24 7.4 288 2.9 bar 204 2.1 bar 158 1.6 bar
30 6 332 3.4 bar 236 2.4 bar 183 1.9 bar

Valor de “a” = Se calculó la velocidad de la onda de presión utilizando el módulo de elasticidad instantáneo.

El golpe de presión “P” se encuentra en una relación lineal recta con el valor de la velocidad de la red V.

Por lo tanto, se pueden calcular los valores para los distintos golpes de presión para la misma clase de tuberías cambiando los valores de velocidad de la red V.

Ejemplo, cómo calcular un golpe de presión:

PEX 180 mm SDR 9 Clase 19

Instalación sobre el nivel del suelo
Temperatura ambiente: 40°C
Temperatura de diseño: 60°C
Presión de diseño de la tubería: 12 bar a 60º
Presión máxima transitoria total permitida: 30 bar

Diámetro exterior w.t. 20,1 mm, d= 139,8 mm = 0,1398 mt, V= 2,7 mt/seg

El golpe de presión para clase 19, velocidad de 1 mt/seg y temperatura de diseño de 60ºC es 1,6 bar. Para Pexgol 180mm clase 19 que tiene velocidad 2,7 mt/seg, la presión de diseño será: 1,6 x 2,7 / 1= 4,3 bar

Para densidad de agua mayor a 1,0, dividir el valor de la velocidad de onda de presión por la raíz cuadrada de la densidad real del agua.

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