Golpe de ariete en el sistema de suministro de agua y calefacción: causas + medidas preventivas

Uno de los principales problemas en el funcionamiento de los sistemas autónomos de calefacción y suministro de agua es la fluctuación de presión. El golpe de ariete en el sistema de suministro de agua y calefacción por agua, surgido a causa de esta fluctuación brusca, puede provocar daños graves. Es necesario prevenirlo, ¿está de acuerdo?

Le contaremos cómo prevenir el fenómeno y neutralizar sus consecuencias negativas, asegurando la continuidad del funcionamiento de los circuitos. Aquí usted conocerá qué métodos se utilizan para evitar el golpe de ariete en los sistemas que transportan agua a los grifos de agua y a los aparatos de calefacción.

En el artículo presentado para su consulta se analiza detalladamente la naturaleza del golpe de ariete. Se enumeran las medidas preventivas que excluyen la aparición de una situación peligrosa. Para una comprensión visual del complejo tema se adjuntan esquemas, fotoilustraciones y videos.

¿Qué es el golpe de ariete?

El golpe de ariete representa un aumento breve pero significativo de la presión en un sistema lleno de líquido. Este fenómeno se produce en el momento en que el flujo de líquido choca con un obstáculo que ha surgido en su camino. Entre los ejemplos típicos de la aparición de tales obstáculos se incluyen el cierre brusco de una válvula de cierre, la parada repentina de una bomba, una bolsa de aire, etc.

Al chocar con un obstáculo, el flujo de agua continúa moviéndose por inercia a la misma velocidad que antes de la aparición del obstáculo. Las primeras capas en contacto con el obstáculo se compactan a la misma velocidad debido a la llegada de las capas siguientes.

Debido a la constante afluencia de nuevas capas de flujo, la presión aumenta rápidamente, y el líquido “busca” una manera de liberar su parte para descargarla.

Una situación similar ocurre casi siempre cuando se interrumpe el flujo con una válvula de bola o una compuerta. A primera vista, el fenómeno puede parecer inofensivo. Por eso, muchos propietarios no le prestan especial atención.

Pero en realidad, al detectar indicios de un defecto inminente en tuberías y accesorios, conviene solucionarlo lo antes posible. Debido al golpe de ariete, aparecen grietas y fisuras en el sistema de calefacción, así como daños en el equipo.

A este grave problema pueden preceder chasquidos y golpes, así como un ruido extraño en las tuberías de suministro de agua, acompañado de un característico «rugido».

El chasquido ocurre principalmente en los lugares donde las tuberías de mayor tamaño están conectadas a boquillas de menor sección. El agua que pasa a lo largo de sus paredes internas se encuentra con un obstáculo, aunque sea parcial, pero aún así un obstáculo.

La ocurrencia regular del golpe de ariete afecta negativamente el funcionamiento del sistema, reduciendo significativamente su vida útil.

En caso de situaciones de emergencia debido al efecto del golpe de ariete, pueden verse afectados:

• equipos (se pierde la estanqueidad de las tuberías y se destruyen los aparatos de calefacción);
• propiedad (el agua que se escapa de la red dañada inundará la vivienda y dañará los muebles);
• miembros del hogar (si la falla ocurre en el sistema de calefacción, existe el riesgo de sufrir quemaduras térmicas graves).

Según datos estadísticos, la «mayor parte» de las averías en las tuberías, alrededor del 60%, se produce debido al golpe de ariete. Las consecuencias negativas de este efecto se observan con mayor frecuencia en tuberías desgastadas y cubiertas de corrosión.

Las consecuencias de los golpes hidrodinámicos regulares pueden ser impredecibles, y la más común entre ellas es la ruptura.

Las mayores molestias las causa en tuberías extensas, por ejemplo, al instalar «suelo radiante», por cuyos circuitos circula líquido calentado a una temperatura determinada.

El grado de daño depende en gran medida del lugar donde se produce el obstáculo: si está al inicio de la tubería extensa, la magnitud del aumento de presión será insignificante; si está al final, será considerablemente mayor.

La mayoría de las veces, el efecto se manifiesta cuando en la instalación del sistema de calefacción se utilizaron tuberías de diferentes diámetros. Si las tuberías de «diferentes calibres» no se unifican mediante adaptadores a un «denominador común», el aumento de presión en el sistema de calefacción es inevitable. En esta situación, para proteger el sistema, el circuito se equipa con una válvula especial: un termostato.

Causas de la aparición del golpe de ariete

La naturaleza física de este fenómeno radica en la pérdida total o la reducción significativa de la capacidad de conducción de las tuberías, lo que provoca un aumento de la presión del líquido en el sistema.

En casas donde las instalaciones de ingeniería fueron mal diseñadas y construidas, a menudo se pueden escuchar en la tubería golpecitos y chasquidos característicos.

Son una manifestación externa del golpe de ariete y ocurren cuando en un sistema cerrado la circulación del líquido se detiene repentinamente y luego se reanuda también de repente.

Como obstáculos naturales de la tubería suelen actuar bolsas de aire, adaptadores de mayor a menor diámetro, o la válvula de cierre instalada.

Si en el camino de un flujo de agua que se mueve a cierta velocidad surge un obstáculo, su velocidad de desplazamiento se reduce, pero el volumen continúa aumentando. Sin encontrar salida, forma una onda inversa que, al chocar con la masa de agua principal, aumenta la presión en el sistema. A veces puede alcanzar un umbral de 20 Atm.

Debido a la estanqueidad de la tubería, el volumen acumulado no tiene adónde ir, pero la poderosa energía aún busca una salida al exterior. La fuerza del golpe resultante de esta colisión crea el peligro de ruptura de la tubería, que no posee un margen de resistencia suficiente.

Por esta razón, para la instalación del sistema es necesario utilizar tuberías de agua y gas sin costura adaptadas a las redes de agua, que cumplan con la norma GOST 3262-75, o análogos de metal-plástico a presión fabricados según la norma GOST 18599.

Por la acción permanente de la energía del agua, tanto la tubería como los elementos rígidos del sistema se irán destruyendo gradual o rápidamente.

Los principales factores que provocan la aparición de un golpe de ariete en las tuberías son:

• interrupciones en el funcionamiento o fallo de la bomba de circulación;
• presencia de aire en el circuito cerrado del sistema;
• cortes en el suministro eléctrico;
• al cerrar bruscamente la válvula de cierre.

Un aumento breve de presión en el circuito cerrado debido a la inyección de líquido por encima de la norma establecida puede ocurrir si, al encender la bomba, el impulsor comienza su movimiento a altas revoluciones.

Últimamente, al instalar un sistema de calefacción autónomo, se utilizan cada vez más válvulas de bola en lugar de las antiguas válvulas y compuertas, cuyo diseño no permite un accionamiento suave.

Su capacidad de proporcionar un efecto rápido tiene una desventaja, siendo una de las causas más comunes del golpe de ariete.

Si al poner en marcha el sistema no se ha purgado el aire, en el momento de abrir la llave de bola se produce una colisión del aire con el líquido prácticamente incompresible

En términos de seguridad, las válvulas de tornillo son más preferibles, ya que, gracias al desenroscado progresivo del prensaestopas, garantizan una apertura/cierre gradual de la válvula de cierre.

Una situación similar ocurre cuando antes de poner en marcha el sistema no se ha purgado el aire del circuito. En el momento de abrir la llave, el agua choca con una bolsa de aire que, en condiciones de circuito cerrado, actúa como una especie de amortiguador neumático.

¿Cómo evitar el problema?

Una protección adecuada del sistema de tuberías de suministro de agua ayudará a reducir la intensidad y neutralizar el efecto de la presión excesiva.

Los mecanismos de protección para sistemas autónomos contra el golpe de ariete, en la mayoría de los casos, están destinados a suavizar la fuerza del flujo de la masa de agua

Para prevenir la creación de presión excesiva, tanto de carácter puntual como permanente, ya sea en un tramo particular del circuito o en todo el sistema, se aplican una serie de medidas básicas.

Opción #1. Cierre gradual del sistema

Este es uno de los requisitos principales al poner en marcha y apagar los sistemas de tuberías, claramente establecido en los documentos normativos.

El caso es que la energía del golpe de ariete, debido a la elasticidad de las paredes de la tubería, no actúa con toda su fuerza de una sola vez. Gracias a la compensación de las deformaciones elásticas, se divide en varios intervalos de tiempo.

Y por lo tanto, con la misma fuerza total del golpe, la potencia del impacto en un momento dado se reducirá significativamente. Mediante una activación gradual se puede prolongar en el tiempo el proceso de aumento de presión, minimizando los daños importantes al sistema.

Al seleccionar válvulas de cierre, es recomendable optar por aquellos que ofrecen un intervalo de cierre de agua relativamente amplio.

Los grifos cuyo diseño contempla un gran intervalo hasta el momento de cerrar el agua se instalan ya en la etapa de montaje del equipo.

Opción #2. Uso de dispositivos automáticos

La automatización debe configurarse para una corrección gradual de la presión estática en el sistema. Para lograr el efecto deseado, ayuda la instalación de bombas con cambio automático del número de revoluciones o unidades con control electrónico equipadas con convertidores de frecuencia integrados.

El uso de sistemas automáticos permitirá controlar el flujo de líquido, así como leer las lecturas de su presión en la tubería.

Las bombas equipadas con ajuste automático de las revoluciones del motor eléctrico son capaces de aumentar/disminuir gradualmente la presión en el sistema. Al mismo tiempo, el software realiza dos tareas simultáneamente: monitorea el cambio de presión en la tubería de agua y regula automáticamente el caudal.

Métodos de modernización integral del sistema

La modernización integral del sistema implica la instalación de equipos destinados a neutralizar el impacto del exceso de presión.

Método #1. Uso de compensadores y amortiguadores

Los amortiguadores y los acumuladores hidráulicos cumplen simultáneamente tres funciones: recogen el líquido, eliminando así su exceso de volumen del sistema, y también contribuyen a prevenir el fenómeno no deseado.

El dispositivo compensador, cuyo papel desempeña el hidroacumulador, se instala en la dirección del flujo de agua en aquellos tramos del circuito de calefacción donde existe una alta probabilidad de fluctuaciones de presión en el sistema.

El hidroacumulador o amortiguador consiste en un recipiente de acero de hasta 30 litros de volumen, que incluye dos secciones separadas por una membrana de goma o caucho.

Cuando surge una presión excesiva en el sistema, la columna de agua de la primera sección comienza a presionar la membrana separadora, por lo que esta se dobla hacia la cámara de aire.

Al aumentar la presión, los golpes de ariete se «descargan» en el depósito. Gracias a la flexión de la membrana de goma hacia la cámara de aire en el momento de elevación de la columna de agua, se logra el efecto de aumento artificial del volumen del circuito.

Como dispositivos amortiguadores se utilizan tubos fabricados de caucho armado termorresistente o plástico elástico.

El material elástico de los dispositivos amortiguadores disipa espontáneamente la energía del golpe de ariete en el punto donde la presión ha alcanzado un valor crítico.

Para lograr el efecto deseado, basta con utilizar un producto de 20-30 cm de longitud. Si la tubería es de gran longitud, la sección del amortiguador se alarga otros 10 cm.

Método #2. Instalación de una válvula de protección de tipo diafragma

La válvula de seguridad de tipo diafragma se coloca en la derivación de la tubería junto a la bomba, para liberar una cantidad determinada de agua en caso de exceso de presión.

La válvula de seguridad equipada con un obturador rígido que cumple la función de alivio rápido de presión es un protector fiable del sistema autónomo.

Dependiendo del fabricante y del tipo de modelo, la válvula de seguridad se acciona mediante una orden eléctrica del controlador, o bien mediante un dispositivo piloto de acción rápida.

El dispositivo se activa cuando la presión supera el nivel seguro, protegiendo la estación de bombeo ante una parada repentina del equipo. En el momento de un peligroso aumento de presión, se abre completamente, y cuando esta desciende al nivel normal, el regulador se cierra lentamente.

Método #3. Equipamiento de la válvula termorreguladora con un shunt

El shunt es un tubo estrecho con un diámetro interior de 0,2-0,4 mm, que se instala en la dirección de circulación del fluido caloportador. La función principal del elemento es, cuando aparecen sobrecargas, reducir gradualmente la presión.

El tubo estrecho, cuyo rango de sección no supera los 0,2-0,4 mm, se coloca en el lado por donde el líquido ingresa al termostato.

El método de derivación se utiliza al instalar sistemas autónomos cuya tubería está hecha solo de tubos nuevos. Esto se debe a que la presencia de óxido y sedimentos en las tuberías viejas puede anular la eficacia de la derivación. Por esta razón, al usar un shunt en la entrada del circuito de calefacción, se recomienda instalar filtros de agua eficaces.

Método #4. Uso de un termostato con superprotección

Es una especie de fusible que monitorea la presión en el sistema y no permite que funcione después de que el indicador alcance un nivel crítico. El dispositivo está equipado con un mecanismo de resorte colocado entre el termostato y la válvula. El mecanismo de resorte se activa ante un exceso de presión, evitando que la válvula se cierre por completo.

Estos termostatos se instalan estrictamente según la dirección indicada en la carcasa.

Realización de trabajos preventivos

Además del estricto cumplimiento de las normas de operación de las tuberías, la realización oportuna de medidas preventivas ayuda a prevenir accidentes. Después de todo, todos los procesos en el sistema de suministro de agua o en el circuito de calefacción están interconectados. Y el golpe de ariete es solo la 'gota' destructiva final que puede provocar consecuencias negativas en el contexto del estado técnico insatisfactorio de la tubería.

Las vibraciones de la tubería y los cambios en la magnitud de la presión contribuyen a la formación de microfisuras en la estructura del metal. Los defectos que se forman con el tiempo ante un golpe de ariete aparecen instantáneamente en zonas de alta tensión interna: uniones mecánicas, curvaturas y soldaduras.

La prevención consiste en equilibrar el sistema de calefacción, que se realiza después de completar la instalación o reparación de la calefacción en una casa particular

El conjunto principal de trabajos realizados durante la prevención:

• verificación del funcionamiento del grupo de seguridad: válvula de seguridad, purgador de aire y manómetro;
• revisión periódica de la presión detrás de la membrana del depósito de expansión y, si se detectan resultados insatisfactorios, su ajuste;
• prueba del sistema en busca de fugas y verificación del grado de desgaste de las tuberías;
• seguimiento de la posición de las válvulas de cierre y regulación en busca de fugas;
• revisión regular del estado de los filtros, que retienen sarro, arena y partículas de óxido, y si es necesario, limpieza y lavado de los elementos;

El mantenimiento preventivo destinado a mantener en buen estado el sistema de agua y el sistema de calefacción incluye trabajos sencillos. Pero no conviene ignorarlos, ya que esto puede conllevar gastos significativos de dinero y tiempo para realizar reparaciones completas.

Las medidas de protección enumeradas son más efectivas si se aplican de manera integral. Pero gracias a un enfoque integral para resolver el problema, usted podrá neutralizar las consecuencias negativas y, por lo tanto, prolongar la vida útil del sistema.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Video #1. Golpe de ariete, cómo ocurre:

Video #2. Prueba de efectividad del uso del amortiguador:

El golpe de ariete en el sistema de suministro de agua es un fenómeno no infrecuente que puede causar daños graves. Y su tarea es solucionar el problema lo más rápido posible. Ya que si la situación se repite, los elementos del sistema pronto fallarán. Y la reparación posterior será mucho más costosa.

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