El golpe de ariete es la sobrepresión que aparece en una conducción a presión cuando se cierra una válvula o se detiene una bomba: el agua frenada comprime el fluido y dilata la tubería, y una onda de presión recorre la conducción a la celeridad a.
Cómo funciona
Cómo usar la calculadora
- Elige la situación: cierre de una válvula o parada de un bombeo.
- Indica la longitud, el diámetro interior y el espesor de pared; elige el material (o escribe su módulo E) y da la velocidad o el caudal de régimen.
- Da el tiempo de cierre de la válvula o, en el bombeo, la altura manométrica: si no conoces el tiempo de parada, sale de la fórmula de Mendiluce.
- Para las presiones a lo largo de la conducción, da el nivel estático y las cotas del eje (inicio, final y hasta dos puntos intermedios) y, si quieres, la PN.
- Pulsa «Calcular»: verás la celeridad, el tiempo crítico, la rama aplicada, la sobrepresión y las envolventes.
Método: celeridad, tiempo crítico, Joukowsky, Michaud y Mendiluce
Celeridad de la onda (Korteweg)
a = √(K/ρ) / √(1 + K·D/(E·e))
Depende del agua (K = 2,1 GPa, ρ = 1000 kg/m³) y de la elasticidad de la tubería (D, e, E). En tuberías rígidas, como el acero, ronda los 1000–1300 m/s; en plásticas, como el PEAD, unos 200–400 m/s.
Tiempo crítico
tc = 2L / a
Es lo que tarda la onda en ir hasta el depósito y volver. Si la maniobra dura menos, la sobrepresión es la máxima posible, la de un cierre instantáneo.
Joukowsky y Michaud
T ≤ tc: ΔH = a·v0/g
T > tc: ΔH = 2·L·v0/(g·T)
No son métodos alternativos: son las dos ramas del método clásico, y la calculadora elige la que corresponde. Coinciden cuando el tiempo de maniobra es igual al tiempo crítico.
Tiempo de parada de un bombeo (Mendiluce)
T = C + K·L·v0 / (g·Hm)
C depende de la pendiente hidráulica Hm/L: vale 1 hasta el 15 % y baja a 0 hacia el 40 %. K depende de la longitud: 2 en impulsiones cortas, hasta 1 en las de más de 1 500 m. Con pendientes por encima del 50 % la parada es muy rápida y se aplica Joukowsky.
Línea estática y envolventes
La línea estática es la cota del agua en el depósito más alto. La sobrepresión ΔH se suma y se resta a ella: es máxima en la válvula o en las bombas y nula en el depósito. Si la conducción es corta frente a a·T/2, la envolvente es un triángulo; si es larga, un trapecio, con la sobrepresión plena en el tramo más alejado del depósito. La presión en cada punto es la cota de la envolvente menos la del eje: la máxima se compara con la PN; la mínima, con la presión de vapor (unos −10 mca).
Módulos de elasticidad típicos
Valores orientativos de corta duración, los que valen para transitorios (Wylie y Streeter, 1993; Chaudhry, 2014). Para tu proyecto, usa el del fabricante.
| Material | E (GPa) |
|---|---|
| Acero | 206 |
| Fundición dúctil | 170 |
| Concreto armado | 30 |
| PRFV | 20 |
| PVC | 3 |
| PEAD (PE100) | 1 |
Preguntas frecuentes
¿Por qué la sobrepresión no depende del tiempo de cierre si es menor que el tiempo crítico?
Porque la onda reflejada en el depósito aún no ha vuelto a la válvula cuando el cierre termina: la válvula «ve» un cierre instantáneo y la sobrepresión es la de Joukowsky.
¿Cómo se calcula la parada de una bomba?
Con el tiempo de parada de Mendiluce, que depende de la longitud, la velocidad y la altura manométrica, o con el que hayas medido. Para impulsiones con calderín o chimenea hace falta un análisis del transitorio completo.
¿Qué pasa si la presión mínima baja de la presión de vapor?
El agua puede vaporizarse y la columna separarse; al volver a juntarse se producen sobrepresiones mayores que las del modelo clásico. La calculadora te avisa cuando ocurre.
¿Qué módulo de elasticidad uso para PVC o PEAD?
El de corta duración, que es el que corresponde a fenómenos rápidos como el golpe de ariete; el de larga duración es menor y se usa para cargas sostenidas.
Referencias
- Chaudhry, M. H. (2014). Applied Hydraulic Transients (3.ª ed.). Springer.
- Wylie, E. B. y Streeter, V. L. (1993). Fluid Transients in Systems. Prentice Hall.
- Mendiluce Rosich, E. (1987). El golpe de ariete en impulsiones (2.ª ed.). Bellisco.