Calculadora de golpe de ariete y sobrepresión

¿Qué es el golpe de ariete?

Cuando un líquido en movimiento se detiene de forma súbita, su energía cinética se transforma en presión. La presión acumulada en la válvula recorre la tubería como una onda a una velocidad cercana a la del sonido. Es el golpe de ariete. Puede agrietar tuberías, bridas y carcasas de bombas y arrancar soportes.

Fórmulas

Para cierre rápido, el aumento de presión sigue la relación de Joukowsky: Δp = ρ × a × Δv, donde ρ es la densidad, Δv el cambio de velocidad y a la velocidad de onda de presión. La velocidad de onda depende del módulo volumétrico del líquido y de la elasticidad de la tubería:

a = √(K / ρ) / √(1 + (K / E) × (D / e))

La onda llega al extremo de la línea y vuelve en 2L / a. Si la válvula se cierra antes, el cierre se considera rápido. Para un cierre más lento, el aumento es aproximadamente Δp = 2 × ρ × L × Δv / tc (Michaud).

Ejemplo

El agua circula a 2 m/s en una tubería de acero de 200 mm de diámetro interior y 5 mm de pared. La velocidad de onda resulta 1236 m/s. El cierre rápido eleva la presión 24,7 bar. Para una línea de 600 metros, el tiempo crítico es 0,97 segundos. Cerrar en 6 segundos reduce el aumento a unos 4 bar. En tuberías flexibles, la sobrepresión es mucho menor: en polietileno de pared gruesa, la velocidad de onda baja a unos cientos de m/s y el aumento de presión disminuye en proporción.

Límites

Este cálculo es preliminar. La parada de bomba, separación de columna, redes ramificadas, depósitos hidroneumáticos y la característica real de cierre requieren análisis transitorio. El aire en la línea modifica la velocidad de onda. El diseño definitivo corresponde a un ingeniero competente.