Alberto Soriano Rull - Suministro, Distribución y Evacuación Interior de Agua Sanitaria

Comparando la expresión 1.3.18:

con la de Darcy-Weisbach (expresiones 1.3.7 y 1.3.8), se tiene:

En este caso, «de las tablas existentes», se toma la que corresponde a los elementos singulares presentes en la red hidráulica, efectuándose el producto de cada longitud equivalente por el número de elementos iguales en la conducción. Finalmente a la longitud total de tubería recta de un determinado diámetro se le añade la longitud equivalente total correspondiente a los accesorios de ese mismo diámetro.

En el capítulo 7 se facilitan los valores orientativos ζ de los accesorios más utilizados en las instalaciones tanto para cuando se desee obtener la pérdida de carga Z en pascales (tabla 7.7) como en longitudes equivalente en metros de tubería (tabla 7.8).

• Embocadura de un conducto en otro.

• Cambio de dirección del conducto.

• Paso a través de una llave de paso o un grifo de salida.

• Cambio de sección del conducto.

• Paso a través de un contador.

Sumando todos los valores de los coeficientes ζ correspondientes a los accesorios de un mismo tramo con igual velocidad (igual diámetro), se encontrará el valor Z de la perdida de carga de los elementos presentes en la conducción de ese diámetro.

En las conducciones largas desde las redes a edificios (traídas, acometidas, etc.) estas pérdidas tiene poca importancia, pudiendo despreciarse o sumar un cierto tanto por ciento, comprendido entre el 5 al 10 % de la longitud de la tubería. Si por el contrario, se trata de conducciones cortas con trazado complicado, derivaciones, etc., lo que resulta frecuente en nuestras instalaciones, estas pérdidas de carga de los accesorios, según indica el Código Técnico de la Edificación, puede estar comprendido entre el 20% y el 30% de la longitud de la tubería.

Figura 1.12 Representación esquemática del golpe de ariete

Se llama golpe de ariete a una modificación de la presión en una conducción debida a la variación del estado dinámico del líquido, siendo en algunos casos varias veces superior a la presión de operación normal de la tubería, pudiendo llegar al colapso de esta si no se toman las medidas adecuadas. Se trata pues de una onda cíclica de presión que se presenta y se desplaza en las tuberías.

Figura 1.13 Ondas de presión de un golpe de ariete en función del tiempo

En caso extremo, el golpe de ariete se produce al cerrarse completamente una válvula, generándose una detención del flujo en forma brusca; en estas situaciones, después de la detención del flujo, se produce una circulación en sentido contrario, generándose una componente negativa de presiones, pudiéndose llegar en caso extremo en algunos materiales, al aplastamiento de la tubería como consecuencia de presiones negativas. Existen diversas maniobras que provocan el fenómeno:

• Cierre y apertura de válvulas.

• Arranque de bombas.

• Detención de bombas.

• Funcionamiento inestable de bombas.

• Llenado inicial de tuberías.

• Sistemas de protección contra incendios.

• Cierres cerámicos (griferías de 1/4 de vuelta y monomandos).

• Válvulas esféricas.

• Lavadoras automáticas.

• Lavavajillas.

• Griferías electrónicas.

• Aire en las conducciones.

Siendo el causante de graves problemáticas, por ejemplo:

• Deteriora el sistema de abastecimiento de agua.

• Fisura las conducciones.

• Arranca codos y uniones.

• Deteriora soldaduras.

• Origina ruidos y vibraciones.

• Rotura de los cierres cerámicos de las griferías.

• Fatigas prematuras de materiales.

En general, el fenómeno aparecerá cuando, por cualquier causa, en una tubería se produzcan variaciones de velocidad y, por consiguiente, en la presión. Como puede observarse del listado anterior, todos estos fenómenos se producen en maniobras necesarias para el adecuado manejo y operación del recurso, por lo que debemos tener presente que su frecuencia es importante y no un fenómeno eventual.

La presión máxima que soporta la tubería, (positiva o negativa), será la suma o resta del incremento del valor del golpe de ariete (H) a la presión estática de dicha conducción. La fuerza de inercia del líquido en estado dinámico en la conducción, origina tras el cierre de válvulas, unas depresiones y presiones debidas al movimiento ondulatorio de la columna líquida, hasta que se produzca el paro de toda la masa líquida. Las depresiones o sobrepresiones empiezan en un máximo al cierre de válvulas o parada del motor, disminuyendo hasta el final, en que desaparecerán, quedando la conducción en régimen estático. Las propias pérdidas de carga de la tubería y de los accesorios contribuyen a amortiguar el golpe de ariete y es interesante tenerlas en cuenta, ya que si bien a más velocidad de circulación del líquido, mayor es el golpe de ariete, por otra parte, aumentan también las pérdidas de carga, resultando una sobrepresión máxima final menos elevada de la que se hubiera podido esperar de no tener en cuenta los rozamientos.

En el valor del golpe de ariete influyen varios factores, tales como el tiempo T de cese de la circulación de agua (en realidad es el tiempo que tarda en anularse la onda de presión y sobrepresión) por el cierre de una válvula o el paro del motor (no debe confundirse con el tiempo de parada de la bomba). Otros factores son: la velocidad del agua dentro de la conducción, el diámetro de la tubería, etc.

La magnitud del golpe de ariete depende de las siguientes variables:

• Velocidad del flujo (V): a mayor velocidad, mayor sobrepresión.

• Tiempo utilizado en la detención del flujo (t): a menor tiempo, mayor sobrepresión.

• Longitud involucrada de la tubería (L): a mayor longitud, mayor sobrepresión.

• Grado de deformabilidad de la tubería: a mayor deformabilidad, menor sobrepresión. Este último concepto se materializa en la variable celeridad «a» o velocidad de propagación de la onda de sobrepresión, que es característico de cada tipo de tubería. La celeridad a adquiere valores, como veremos más adelante, del orden de 300 a 400 m/s en las conducciones de materiales plásticos y de 980 a 1200 m/s en las conducciones rígidas, siendo en general función del diámetro, del espesor y del módulo de elasticidad del material del conducto. La teoría y la práctica demuestran que las máximas sobrepresiones posibles se logran para los casos en que la maniobra de cierre sea menor que el tiempo que tarda la onda en su viaje de ida y vuelta al obturador. Este tiempo lo denominaremos tiempo crítico Tc.

Una expresión aproximada indicativa para obtener la sobrepresión del golpe de ariete es:

En la que P ges la sobrepresión en m.c.a., L es la longitud del conducto (en metros), V la velocidad del agua en m/s y T, el tiempo durante el cual se cierra la llave (en segundos).