GOLPE DE ARIETE - ARTICULO TÉCNICO DE "VA EL AGUA"

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GOLPE DE ARIETE

ARTICULO PERTENECIENTE A "VA EL AGUA"

Sin duda que uno de los temas que siempre se nos habla cuando se enseña de hidráulica, es el temido Golpe De Ariete… pero, ¿realmente entendemos qué es y cómo, este golpe, puede llegar a afectar nuestras herramientas?

Con este pequeño texto intentaremos responder de la mejor forma esta interrogante, así que vamos al desarrollo.

Una de las principales características del agua, es que al ser casi no compresible (casi, lo que quiere decir que tiene un cierto, ligero y limitado comportamiento elástico), se le puede aplicar una fuerza para que cumpla una función, pero no va a disminuir su volumen de manera considerable (de nuevo, casi) por esta fuerza ejercida, como si ocurriría con el aire por ejemplo.

Este fenómeno se puede producir al cerrar bruscamente una válvula al final de una manguera o tubería de una cierta longitud, las partículas de agua que se han detenido por este abrupto cierre son empujadas por las que vienen inmediatamente atrás y que siguen aún en movimiento, esto origina un aumento de la presión por sobre la propia presión del fluido generando una onda que puede llegar a una velocidad mayor a la del sonido.

También se puede producir por la apertura de una válvula y dar paso al agua hacia un sistema de menor presión (o en seco y solo encontrar aire) donde el agua entrante, a mayor presión, producirá el empuje y golpe de presión propios de un golpe de ariete producido por el cierre de una válvula.

Este fenómeno tiene 2 efectos: comprime ligeramente el agua, reduciendo levemente su volumen y dilata la manguera o tubería. Cuando se detiene todo el fluido, deja de existir el impulso que lo comprimía, por tanto este se tiende a expandir y por su parte, la tubería o manguera que se ensancho tiende a volver a su dimensión original.

Estos efectos provocan una onda de presión en el sentido contrario, pero al estar la válvula (Pitón, lanza, llave de corte, entradas a las bombas, etc.) cerrada, la onda en el fluido avanza hasta alcanzar el otro extremo de la tubería si no es que no se disipa en parte por medio algún dispositivo de seguridad, y golpeara la estructura que le ofrezca cualquier tipo de resistencia al paso generando importantes daños y, luego, esta volverá hacia la zona donde se originó el cierre, encontrándose con una porción que no le ofrece prácticamente ninguna resistencia al existir esta burbuja de vapor, cabe señalar que este fenómeno es extremadamente rápido produciéndose en algunos milisegundos y esta onda puede desplazarse en múltiples oportunidades hasta que se disipe la energía de esta, es decir, ir y volver varias veces en un segundo.

un golpe de ariete puede afectar a múltiples partes del sistema y al mismo tiempo

Veamos algunas fuerzas involucradas

Como referencia uno de los aviones de combate más rápidos del mundo podría ser el F-15 que llega una velocidad de 3.000 km/h]. El agua en un golpe de ariete puede llegar incluso a los 5.157 km/h

Las fuerzas de desaceleración que se producen en una colisión frontal a alta energía pueden llegar a las 50 G, en el caso de un golpe de ariete la desaceleración puede ser tan brutal como para alcanzar sobre las 60 G en una superficie muy pequeña, tanto como para tener que soportar varias toneladas de fuerza en un área muy reducida.

Nuestra labor como bomberos requiere de ciertos cuidados entendiendo los riesgos asociados a la tarea que desarrollemos, por ejemplo nuestra ropa de trabajo en incendios sabemos que nos provee una cierta protección a una determinada exposición directa al fuego, será la razón por lo cual no entraríamos a una estructura en fase de libre combustión o completamente en llamas ya que nos haríamos mucho daño al sobrepasar su capacidad de protección, en el caso del golpe de ariete es lo mismo y debemos tener las precauciones necesarias para evitar daños no solo en nuestras herramientas si no que también en nuestro personal ya que algunas piezas al fracturarse pueden salir proyectadas y golpear a alguien como acoples o partes de pitones o lanzas.

Si nuestros equipos de bombeo poseen válvulas de alivio, estas deben ser configuradas de tal forma que nos ayuden a disipar en parte la fuerza producida por el golpe de ariete, además estas deben ser “ejercitadas” periódicamente para evitar algún atasco en el sistema. Cabe señalar que la llave de retorno no tiene la capacidad para disipar la energía producida por el golpe de ariete dado su diámetro muy reducido pudiendo solo absorber una pequeñísima parte de este, por lo que no se deben confiar de este masificado mito alrededor de esa pieza de nuestras bombas.

El agua en movimiento es una masa determinada a una velocidad determinada que debemos controlar con cuidado, el fenómeno del golpe de ariete SIEMPRE se da cuando existe la interrupción de un flujo, la diferencia radica con la velocidad que este se produce, si el cierre es lo suficientemente lento para bajar la velocidad del agua evitaremos los daños producidos por el mismo.

Otro dato importante es que a mayor flujo y velocidad del agua el daño será mayor, por otro lado si el flujo es menor y la velocidad del agua no aumenta drásticamente el daño será menor, por lo que aquellos que realizan maniobras como el “Gas Cooling” deben extremar el cuidado ya que las capacidades de los materiales que usamos en las armadas poseen una tolerancia limitada de expansión, por lo que estaremos forzando los materiales al límite de su capacidad.

Siempre que el tiempo de cierre de la válvula sea inferior al tiempo de prolongación de ondas de choque (desde la válvula hasta la embocadura de la tubería y vuelta de nuevo hasta la válvula) se manifestará este fenómeno. La velocidad de propagación de esta onda de presión estará determinada por varios factores como: modulo elástico (módulo de Young) del material de la tubería (Pa), densidad del fluido (kg/m3), diámetro exterior de la tubería (mm) y espesor de la tubería (mm). Conocidos estos valores podremos calcular el aumento de presión ( deltaP) de acuerdo a la ecuación:

Donde c= velocidad de propagación de onda, p = densidad del fluido, Q caudal y A área de la tubería.

Así por ejemplo para un caudal de 756 lpm (200 gpm), en una tubería de acero de 2 1/2 pulgadas de 7 mm de espesor ,a 25 ° de temperatura, resultaría una ΔP =56,5 Bar

Eventualmente nuestros equipos si es que están en óptimas condiciones tendrán una mayor capacidad para resistir estas fuerzas, pero seamos honestos… ya bastante sufren nuestras bombas con problemas como la corrosión y la cavitación, además que uno que otro maltrato, como para exigirles que soporten algo que es perfectamente evitable y depende de nuestra buena operación.

Recuerden que cuidando nuestros equipos se aseguran que si o si, Va El Agua!

Artíc*** escrito por: Yuri Cursach C., Alejandro Diedrichs B., Cristian Guzmán C., Jaime López Sepúlveda, Francisco Ortiz S y Paulo Pautasso

Instructores de “Va el Agua! LLC”

Chile/Argentina, 31 de Mayo del año 2020.

Va el agua

Corría el año 2012 cuando Yuri Cursach Cabello, oriundo de Santiago y Cristian Guzmán Caro, de la hermosa Valdivia, se conocen por proyectos de capacitación sobre la hidráulica y el abastecimiento en el Cuerpo de Bomberos de Santiago lo que rápidamente dio pie a una pareja de trabajo que buscaba tan solo una cosa –“rescatar la olvidada especialidad y el trabajo de Compañía de agua”- aludiendo al auge cada vez más veloz del rescate, los materiales peligrosos, las estructuras colapsadas, etc. Seminarios, talleres y ejercicios realizados individualmente y en conjunto moldean la idea que acuñan y ya en 2014 la figura de Francisco Ortiz Stuardo, desde Niebla-Valdivia, aparece en escena pasando a integrar una bella amistad de bomberos y educación.

En Noviembre del año 2016 se requieren los servicios de capacitación a estas 3 personas para una convención de Compañías de bomberos alemanas en Chile siendo responsables del módulo técnico del abastecimiento en la ciudad de La Unión. A posterior de esta instancia es que, en la ciudad de Valdivia, deciden fundar el 21 de ese mes la agrupación “Va El Agua LLC” como baluarte sudamericano del abastecimiento y la hidráulica aplicada al mundo bomberil. Desde entonces comienza un trabajo de equipo donde se aunaron conocimientos y prácticas en un formato ameno para los bomberos de Chile; no pasó mucho tiempo para que la demanda de estos servicios hicieran notar la falta de más manos y conocimientos.

El 15 de Mayo de 2017 se une a la cruzada Jaime López Sepúlveda desde la ciudad de Temuco.

El 28 de Marzo de 2019 se integra Alejandro Diedrichs, bombero desde el año 2006, perteneciendo en la actualidad ala 1° Compañía e Puerto Montt.

El pasado 02 de Abril de 2020, abrimos nuestras fronteras y nuestra forma de proceder de aquí en adelante con nuestras capacitaciones. Siguiendo esta nueva filosofía y norte incorporamos al Bombero argentino Paulo Pautasso.

Este equipo de 6 instructores de “Va El Agua” trabajan constante y silenciosamente para mejorar el servicio de los bomberos de Chile y alrededores. Cada miembro posee conocimientos y experiencias que les permite compartir lo necesario para el desarrollo de esta hermosa idea.

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Es interesante que en un momento cuando comentan como afecta "nuestras herramientas" se menciona la palabra "tubería"...asociándola con manguera. Lo cual me parece muy conveniente pero poco acertado.

"Este fenómeno se puede producir al cerrar bruscamente una válvula al final de una manguera o tubería de una cierta longitud, las partículas de agua que se han detenido por este abrupto cierre son empujadas por las que vienen inmediatamente atrás y que siguen aún en movimiento, esto origina un aumento de la presión por sobre la propia presión del fluido generando una onda que puede llegar a una velocidad mayor a la del sonido."

"Estos efectos provocan una onda de presión en el sentido contrario, pero al estar la válvula (Pitón, lanza, llave de corte, entradas a las bombas, etc.) cerrada, la onda en el fluido avanza hasta alcanzar el otro extremo de la tubería si no es que no se disipa en parte por medio algún dispositivo de seguridad, y golpeara la estructura que le ofrezca cualquier tipo de resistencia al paso generando importantes daños y, luego, esta volverá hacia la zona donde se originó el cierre, encontrándose con una porción que no le ofrece prácticamente ninguna resistencia al existir esta burbuja de vapor, cabe señalar que este fenómeno es extremadamente rápido produciéndose en algunos milisegundos y esta onda puede desplazarse en múltiples oportunidades hasta que se disipe la energía de esta, es decir, ir y volver varias veces en un segundo."

Sinceramente no comparto alguna cosa puntual que no termina de quedar clara en el articulo y recomiendo dos videos de nuestra Asociación al respecto:

https://www.youtube.com/watch?v=n8t6zz76yyw

https://youtu.be/tgrFYG3UFHU

Quiero decir que al cerrar la válvula se produce el fenómeno... ok, que el calculo es acertado... ok.

Ahora bien hablamos de mangueras y tienen no solo un diámetro estipulado y una longitud estipulada. No es una tubería, es muy diferente y cuanto disipa la misma? seria interesante que esa explicación tuviera la misma cantidad de texto que el resto del articulo.

Que las bombas no suelen estar en buenas condiciones es cierto y no niego que sea un factor a tener en cuenta...deberían estar en buenas condiciones si están en servicio operativo.

Es un comentario respetuoso sin animo de ser mal intencionado, solo buscando que se vea otro punto de vista

[Lázaro Zevallos Torres]

Primeramente hacer llegar mis felicitaciones y agradecer por compartir sus conocimientos, me encantó el artíc*** por lo didáctico, a pesar de su brevedad, "Va el Agua" es un texto bastante claro y específico, que nos recuerda y a la vez instruye como reducir el impacto y daños que causa el golpe de ariete en nuestros equipos de bombeo. Una vez más saludo al equipo de instructores de "Va el Agua! LLC", desde Huánuco Perú, Cía. de Bomberos "Salvadora Huánuco N° 52" y de la Estación de Salvamento y Extinción de Incendios - SSEI del Aeropuerto de Huánuco - CORPAC S.A.

[ALEXANDER CARVAJAL MORENO]

Felicitaciones, muy bueno y bien sustentado el artíc***.

Desde Punta de Mata, Estado Monagas, Venezuela.

Saludos hermanos.

Éxitos.

[carlitos]

Excelente artíc***!!!!  Felicitaciones!!

[Ricardo Daniel Viñuela]

Excelente nota y muy claros los conceptos. Gracias