¿Qué es el golpe de ariete?
Golpe de ariete o choque hidráulico es un fenómeno que se puede entender como la colisión repentina de un bloque sólido en movimiento rápido dentro del sistema de tuberías con cualquier obstáculo, que puede ser una curva, una válvula, etc. Así, el golpe de ariete se define como un aumento súbito de la presión debido a la obstrucción del movimiento o cambio de dirección del fluido.
Ejemplo: Ocurre durante la carga o calentamiento de las líneas de vapor más largas durante la operación inicial de arranque, así como por la mezcla de vapor y condensado. El golpe de ariete es algo que sucede muchas veces de manera consciente e inconsciente en nuestra vida diaria, cuando abrimos y cerramos repentinamente el grifo de agua en nuestro baño mientras nos duchamos, resultando en un golpe de ariete (acción de abrir/cerrar la válvula de la ducha muy rápidamente).
Concepto mal entendido sobre el Golpe de Ariete
Muchos fenómenos termohidráulicos, como se indica en la tabla, a menudo se caracterizan erróneamente como golpe de ariete. Los daños resultantes de la ocurrencia de estos incidentes incluyen choques hidráulicos y térmicos. El golpe de ariete ocurre principalmente debido a la falta de conciencia y prácticas inadecuadas de operación y mantenimiento. En el caso del golpe de ariete, el proverbio "es mejor prevenir que curar" es cierto.
Fenómeno Termodinámico |
Lugar de Ocurrir |
Golpe de ariete |
En tuberías y colectores de vapor |
Pistón de agua (ondas horizontales inestables) |
Tanque de almacenamiento (como desaerador) |
Condensación y choque de evaporación flash |
En desaeradores |
Inducción de agua, distorsión del rotor o carcasa |
En turbina de vapor y tubería de vapor |
Ocurrencia del Golpe de Ariete
Cuando el vapor sale de la caldera, tiene que recorrer una distancia antes de llegar al punto de uso (turbina de vapor u otro intercambiador de calor) y, durante el proceso de viaje, el vapor comienza a perder calor. Como resultado, el vapor en la tubería comienza a condensarse. Durante el arranque de la planta, la tasa de formación de condensado (formado por gotas de agua) es muy alta, ya que el sistema completo está comenzando desde frío o en un arranque en frío.
Durante la operación, estas gotas de condensado comienzan a acumularse a lo largo de la red de tuberías de vapor, formando así un bloque sólido de condensado, como se muestra en la imagen dada
La condensación resulta en la formación de gotas de agua. Gradualmente, el condensado comienza a acumularse a lo largo de la longitud de la tubería y forma un bloque sólido. Cuando este bloque encuentra algún obstáculo como un orificio, una válvula o una curva, estos obstáculos resultan en una detención repentina del bloque sólido. Durante este proceso, la energía cinética del bloque sólido se convierte en energía de presión y la red de tuberías debe hacer frente a ella.
Impacto del Golpe de Ariete
Es necesario comprender el impacto serio del golpe de ariete en los equipos utilizados en las plantas. El ejemplo dado a continuación explica claramente la naturaleza destructiva del golpe de ariete:
Para el vapor saturado, la velocidad recomendada es de 25 a 35 metros por segundo
Para el agua en una red de tuberías, la velocidad recomendada es de 2 a 3 metros por segundo
Cuando ocurre el golpe de ariete, el bloque de condensado es arrastrado por el vapor, y así el bloque de agua viaja con una velocidad igual a la del vapor, que es diez veces mayor que la velocidad del agua. Por lo tanto, el golpe de ariete siempre está asociado con una presión muy alta.
Factores que ayudan a evitar el golpe de ariete
El sistema de vapor es muy complejo y dinámico, por lo que evitar el golpe de ariete es una tarea desafiante. Pero con la ayuda de las mejores prácticas de ingeniería, su ocurrencia puede superarse fácilmente adoptando:
Se debe proporcionar una inclinación adecuada en las líneas de vapor en la dirección del flujo.
Instalación de trampas de vapor a intervalos regulares y en los puntos más bajos. La instalación de trampas de vapor en los puntos más bajos asegura la eliminación del condensado del sistema.
El hundimiento de las tuberías resulta en la formación de condensado en la red de tuberías y puede aumentar las posibilidades de golpe de ariete. Por lo tanto, las tuberías de vapor deben estar correctamente soportadas para evitar cualquier hundimiento.
Se requieren procedimientos de inicio estándar para el arranque en frío de la planta. Los operadores deben estar correctamente capacitados para manejar la apertura lenta de la válvula de aislamiento.
Dimensionamiento adecuado de los bolsillos de drenaje, para asegurar que el condensado no salte o pase fácilmente. El propósito de los bolsillos de drenaje no debe ser derrotado para recoger todo el condensado y pasar el mismo a través de la trampa.
El tipo de reductores debe ser excéntrico en lugar de reductores cónicos.
Golpe de Ariete en Plantas de Energía
El golpe de ariete ocurre cuando el agua, acelerada por la presión del vapor o por un vacío de baja presión, es detenida repentinamente por el impacto en una válvula o accesorio, como una curva o un tee, o en una superficie de tubería. Las velocidades del agua pueden ser mucho mayores que la velocidad normal del vapor en la tubería, especialmente cuando el golpe de ariete ocurre al inicio.
Cuando estas velocidades son destruidas por el impacto, la energía cinética en el agua se convierte en energía de presión, y se aplica un choque de presión al obstáculo. En casos leves, hay ruido y quizás movimiento de la tubería.
En casos más severos, lleva a la fractura de la tubería o accesorios con efecto casi explosivo y consecuentemente a la fuga de vapor vivo en la fractura. La fractura de tuberías o componentes del sistema de vapor puede proyectar fragmentos que pueden causar lesiones o pérdida de vidas.
