Golpe de ariete en sistemas de tuberías cerrados: causas, efectos y soluciones
El golpe de ariete, llamado también choque de presión o ariete hidráulico, representa un problema serio en sistemas de tuberías industriales. Este fenómeno se produce cuando se forman picos de presión porque un líquido en una tubería se detiene bruscamente. A menudo, las consecuencias son graves daños en válvulas, tuberías y otros componentes. Estos daños no solo conllevan caras reparaciones, sino también paradas y pérdidas de producción. Aprenda cómo la elección de las válvulas correctas y unas adaptaciones en el sistema permiten evitar golpes de ariete.

El golpe de ariete se puede producir en sistemas de tuberías cerrados y afecta a diferentes aplicaciones, desde instalaciones de agua en el hogar hasta grandes plantas de producción.
¿Qué es el golpe de ariete?
El golpe de ariete es un aumento brusco de la presión en una tubería que está causado por una variación rápida de la velocidad de caudal. Este fenómeno se produce si se fuerza un líquido que circula en un sistema cerrado a detenerse bruscamente o cambiar su dirección. Este choque de presión se extiende por todo el sistema y se multiplica en un primer momento, causando un aumento de la presión en un rango límite que ya no es admisible para los componentes. Además, se multiplica la velocidad de caudal que puede alcanzar hasta 1200 m/s en condiciones desfavorables.
El golpe de ariete no solo se produce en agua, sino también en otros líquidos incompresibles (cuya densidad no sufre ninguna variación importante bajo presión) o en gases. El choque de presión conlleva, a menudo, vibraciones o un ruido de golpeteo que se va repitiendo antes de que descienda la presión. Es por esto que, a veces, también se habla de un ariete hidráulico.
Aunque los choques de presión se pueden oír claramente, son difíciles de medir, ya que el choque de presión se establece y disminuye en un tiempo extremadamente corto en el rango de milisegundos. A menudo, los instrumentos de medida electrónicos no son apropiados para este tipo de medición, o el choque de presión supera el valor del extremo del rango de medición.
Las causas del golpe de ariete
El golpe de ariete puede tener diferentes causas, p. ej., la apertura y el cierre rápido de válvulas, el arranque o la desconexión rápidos de bombas, el cierre demasiado rápido de válvulas de retención y la interrupción repentina de la alimentación eléctrica. También la desconexión de la columna de agua o del amortiguador de presión favorece su formación.
Asimismo, el diseño influye en la aparición de un golpe de ariete. El riesgo es especialmente elevado en sistemas con grandes diferencias de altura, ya que se requieren presiones más elevadas para superarlas.
Los sistemas diseñados de manera que se interrumpe el flujo continuo también conllevan un mayor riesgo. Por este motivo, en la medida de lo posible, se deberían evitar codos y fuertes variaciones de presión.
Los efectos directos del golpe de ariete
El golpe de ariete puede causar graves daños:
- Fugas en componentes.
- Deformación o destrucción del asiento de válvula.
- Deformación de los discos de válvula de retención.
- Rotura o deformación de los vástagos de bomba.
- Aplanamiento prematuro de juntas y juntas tóricas.
- Rotura de rodetes.
- Fugas o rotura de tuberías.
Posibles consecuencias a largo plazo para los sistemas de tuberías
Además de causar daños en instrumentos y componentes individuales, los golpes de ariete repercuten, a menudo, negativamente en la vida útil de todo el sistema. El peligro se incrementa al aumentar la intensidad de los golpes de ariete. Con frecuencia, se ocasionan fugas en las tuberías, con el efecto de que, a largo plazo, el sistema deja de trabajar de manera eficiente y se producen pérdidas de medio o de producto.
Prevención del golpe de ariete
Elección correcta de las válvulas en la fase de planificación
Lo óptimo es planificar el sistema para reducir al mínimo el peligro de golpes de ariete. En este contexto, la elección de las válvulas adecuadas juega un papel determinante. En la fase de planificación, los usuarios deberían prestar atención a elegir válvulas de alta calidad que posean la funcionalidad necesaria para evitar de antemano la aparición de golpes de ariete. Están disponibles unas válvulas con accionamiento neumático o eléctrico en variantes apropiadas. También se pueden utilizar válvulas operadas manualmente. A continuación, encontrará un breve resumen de los requisitos que deberían cumplir las válvulas.
Válvulas de proceso con accionamiento neumático y tiempo de apertura y cierre ajustable
Entre las válvulas de proceso con accionamiento neumático, se ofrecen las válvulas de asiento inclinado (conocidas también como válvulas en Y) o las válvulas de paso recto (conocidas también como válvulas rectas). Es importante configurar las válvulas de manera que cierren en contra de la dirección de flujo del líquido. De esta manera, la función de cierre se adapta acorde a la inercia del medio y los golpes de ariete se evitan de manera natural. Tanto las válvulas con recuperación por resorte como las válvulas de doble acción se pueden configurar así.
Válvulas motorizadas
Al igual que las válvulas de proceso con accionamiento neumático, las válvulas motorizadas se ofrecen como válvulas de asiento inclinado o recto con unas variantes de cuerpo apropiadas. Las válvulas motorizadas de Bürkert se distinguen por las siguientes características que muestran un efecto positivo en el ámbito relacionado con la temática de los golpes de ariete:
- cadena cinemática rígida, no reactiva e independiente de la presión del medio. Por este motivo, las variaciones y los picos de presión en el medio no afectan a la posición de la válvula. Se recomienda utilizar, por ejemplo, válvulas compactas (Tipo 3280/3281/3285).
- A diferencia de las válvulas de proceso con accionamiento neumático, la estructura mecánica específica de la válvula prescinde de un apoyo de resorte y posee una gran insensibilidad frente a los choques y las vibraciones.
- La velocidad de posicionamiento de las válvulas motorizadas Bürkert se puede ajustar con precisión mediante una función de software. Esto permite abrir y cerrar conscientemente las válvulas de forma lenta para evitar un aumento innecesario de la presión en el sistema y reducir al mínimo los efectos correspondientes.
Válvula de membrana electromotriz de 2/2 vías (abierta/cerrada)
- Posición de seguridad mediante acumulador de energía
- Fuerza motriz ajustable
- Funciones de diagnóstico y conexión con bus de campo
- Superficies en contacto con el producto con Ra ≤ 0,38 µm - 1,6 µm (con electropulido a elección)
- Disponible con diámetros de conexión nominales de DN 06…DN 100
Válvula de membrana
Especialmente en el ámbito de la producción farmacéutica y biotecnológica, también se pueden utilizar válvulas de membrana con control neumático o por electromotor. A diferencia de las válvulas de asiento, este tipo de válvulas se puede utilizar independientemente de la dirección de flujo, aunque está sujeto a los mismos criterios para el dimensionado (valor kV, presión máxima...) que las válvulas de asiento. Para las válvulas de membrana hay que tener en cuenta que, en caso de golpes de ariete, se pueden producir brevemente fugas hacia el exterior (no solo a través del puente) que, en un primer momento, solo se manifiestan en el breve instante que dura el golpe de ariete. En el mejor de los casos, la válvula puede seguir cumpliendo su función normal, siempre que la membrana no haya sufrido daños.
Válvula de membrana de 2/2 vías con actuador neumático de acero inoxidable (modelo ELEMENT) para una automatización descentralizada
- Cuerpo de válvula y membrana disponibles en diferentes materiales y versiones
- Superficies en contacto con el producto con Ra ≤ 0,38 µm - 1,6 µm (electropulido a elección)
- Disponible con los tamaños de conexión y variantes más frecuentes
Posibilidades de optimización en sistemas existentes
En los sistemas existentes existen diferentes planteamientos para reducir posteriormente el peligro de golpes de ariete. Esta manera de adaptación que abarca todo el sistema solo la debería estudiar un ingeniero de procesos que posea conocimientos exhaustivos de todo el proceso.
Las posibles medidas son:
- Sustitución de válvulas individuales por válvulas con un tiempo de apertura y de cierre ajustable.
- Instalación de estranguladores y etapas de tubería para reducir el caudal que atraviesa la válvula y conseguir así un cierre más lento de esta.
- Reducción de la velocidad de cierre de las válvulas de procesos neumáticas, estrangulando la ventilación o el purgado del accionamiento neumático.
- Uso de accionamientos por electromotor con configuración del tiempo de apertura y de cierre.
- Limitación de la variación de la velocidad en el sistema.
- Uso de accionamientos de doble acción y el direccionamiento correspondiente.
Conclusión
El golpe de ariete representa un problema serio en sistemas de tuberías. Puede dañar los instrumentos del sistema y las tuberías. La elección correcta de válvulas, la adaptación de la velocidad de cierre, la instalación de estranguladores o válvulas de retención, así como otras adaptaciones en el sistema realizadas por especialistas expertos permiten evitar, en la mayoría de los casos, la aparición de golpes de ariete.
¿Tiene problemas con golpes de ariete o quiere evitarlos?
Los expertos en fluidos de Bürkert le asesorarán en la fase de planificación y le asistirán también a la hora de elegir los componentes adecuados.