El cálculo del golpe de ariete siempre se ha considerado como un proceso largo y complicado, se tenía que calcular previamente la velocidad y las pérdidas de carga de la conducción (a través de tablas y ábacos) y luego disponer de otras tablas con coeficientes específicos para la determinación del tiempo de parada, además de otras fórmulas con sus correspondientes coeficientes para el cálculo de la celeridad, específica para cada material y espesor de tubería.
Definición de Golpe de Ariete
Se podría definir al fenómeno de Golpe de Ariete como la oscilación de presión por encima o debajo de la normal a raíz de las rápidas fluctuaciones de la velocidad que se produce en las tuberías al:
Cerrar o abrir una válvula.
Poner en marcha o parar una bomba.
En realidad es un caso particular del estudio de los movimientos transitorios en las conducciones a presión. La diferencia se encuentra en que los transitorios implican variaciones de velocidad de pequeña magnitud, mientras que el "Golpe de Ariete" implica las grandes variaciones, de velocidad y presión.Es un fenómeno transitorio y por tanto de régimen variable, en el que la tubería ya no es rígida y el líquido es compresible.
Simulación de golpe de Ariete
Presentamos una simulación lenta de un golpe de ariete. Es un ejemplo sacado de nuestro blog "expertos en riego", recomendamos su lectura por sus planteamientos didácticos. Por un lado estudia las "válvulas anticipadora de onda" como dispositivo para su supresión, por otra parte podemos ver claramente la implicación del golpe de ariete con el dimensionamiento y diseño de las válvulas ventosas.
¿Que es Hydra Calculus?
Hydra calculus son 6 programas para iphone y android para cálculos de tuberías en una sola aplicación, además del cálculo del golpe de ariete, calcula la pérdidas de carga y la velocidad. Si conocemos las otras variables, calcula el diámetro, el caudal o la longitud de la tubería. Incorpora el factor F o reductor por multisalidas por lo que es muy útil para tuberías secundarias.
Hydra Calculus incorpora una completa base de datos de tuberías, además se puede configurar las unidades en Sistema Internacional y Anglosajón o una combinación entre ellos. Asimismo dispone de una ayuda en línea y en las versiones para móviles hay unos botones para aumentar o disminuir el tamaño de las letras.
Hydra Calculus es como llevar una pequeña oficina en el bolsillo!La relación Q/D/V es una practica herramienta que dispone de tres fórmulas en una sola pantalla. Se elige previamente lo que queremos calcular y le damos los valores a los dos restantes. Su empleo es muy útil como primer tanteo en el calculo del diámetro. El caudal suele ser conocido, el rango normal de velocidades sabemos que está entre 1,2-1,8 m/s (para diámetros muy pequeños se puede bajar a 0,8 y para grandes diámetros se puede subir a 2,5 m/s)
Ejemplos de cálculos con Hydra Calculus
Hagamos juntos varios ejemplos (soluciones en la animación de abajo!): una tubería de PVC/6 con 400 metros de longitud, 25 metros de desnivel, alimenta un sector de riego con 60 m3/h.
En "q/d/v", imputamos una velocidad 1,5 m/s, el resultado es D=118,99.
Como decíamos anteriormente, seleccionamos el diámetro, el caudal es conocido y el rango-velocidad también. Nos sirve como orientación a la hora de elegir un diámetro para el cálculo de la pérdida de carga.
Otro uso, interesante aunque menos empleado, es como tanteo del caudal que "podría" pasar por una tubería de un diámetro conocido, y como sabemos el rango-velocidad..
Finalmente, se puede seleccionar la velocidad como incógnita y dar los valores al caudal y al diámetro. En el cálculo de la pérdida de presión, siempre se da el resultado de la velocidad.
Ahora nos vamos a "cálculos", rellenamos todos los campos y empleamos el diámetro inmediatamente mayor que es 125. Soluciones: P.C = 6,5 mca, v= 1,505 y PC (%) = 1,627.
Este es el pantallazo del cálculo.
Que pasaría si la tubería saliese de la válvula y que cada 4 metrosalimentase laterales de goteros con la misma longitud. Este caso sería una tubería secundaria, el nº de salidas serían 400/4 = 100 salidas. Soluciones: PC = 2,382 mca, v = 1,505 m/s, PC (%) = 0,596
La diferencia de aplicar el coeficiente reductor por multisalidas o el coeficiente de Christiansen, supone una reducción de las pérdidas de carga de 1/3.
Hay que ser cuidadoso con la aplicación del factor de Christiansen, las salidas tienen que ser iguales, no se debe aplicar, por tanto, en sectores con forma triangular donde los primeros laterales son más cortos que los últimos (más largos).
Que caudal pasaría por una tubería PVC 110/6 y 500 metros longitud, que viene desde un depósito que está a 7 metros de altura y sirve para llenar una alberca? Los 7 metros de altura son los que "gastamos" como pérdida de carga. Soluciones: Q = 39,759 m/h, v = 1,286 m/s. Este ejemplo está en la animación de abajo.
El pantallazo corresponde a la continuación del ejemplo anterior. Una vez que se ha calculado el caudal, pulsamos el botón "golpe de ariete", nos toma en "datos previos" los calculados previamente, tan solo es necesario poner el desnivel y obtenemos todos los resultados y cálculos intermedios del transitorio. En el ejemplo nos resuelve que el golpe de ariete es de 25,073 mca que sumados a los 25 mca de la altura estática supone una presión máxima de 50,073 mca. Otros datos interesantes son que el tiempo de parada es de 4,897 segundos (calculados por Mendiluce), la longitud crítica es de 710 metros, que al ser superior a los 400 metros de la conducción, el cierre se considera lento (Michaud)
Cálculos hidráulicos con Hydra Calculus
En este ejemplo practicamos con la herramienta "Relación caudal, diámetro, velocidad" vemos el comportamiento de una variable respecto a las otras dos de un modo muy rápido e intuitivo. En una primera parte calculamos el diámetro, fijamos un valor de caudal y vamos variando la velocidad. Luego calculamos el caudal con los datos del diámetro y la velocidad. Finalmente analizamos el comportamiento de la velocidad cuando fijamos el diámetro y vamos cambiando el caudal. Hay muchas más combinaciones, lo interesante de esta herramienta es analizar como se comporta una incógnita cuando fijamos otra y vamos variamos los datos de la tercera.
Cálculo de la pérdida de carga y golpe de ariete con Hydra Calculus
Aquí incluimos un ejemplo muy completo y didáctico ya que manejamos muchas opciones del programa. Se trata de una comparativa entre dos tipos de tuberías donde se calcula las pérdida de carga y el golpe de ariete de cada una de ellas.Como hay que calcular las pérdidas de energía, conocemos entonces el caudal, así que empleamos previamente la herramienta "Relación Q/D/V" dando el valor del flujo y tanteamos una velocidad. Ya con el diámetro calculado nos dirigimos a la herramienta "Pérdida de Carga", en ella, además de calcularla para los dos tipos de tuberías, nos informa de los valores de las velocidades y de las pérdidas de presión en tanto por ciento, a su vez, se habilita la ventana de "golpe de ariete" ya que para su cálculo necesita, como datos previos, los resultados anteriores. Finalmente se calcula para las dos tuberías. En este último caso observamos que solo necesitamos introducir el valor del desnivel geométrico ya que el programa toma automáticamente los valores calculados anteriormente como datos propios por lo que simplifica bastante el formulario de entrada
Hydra Calculus para Windows
El programa de cálculo hidráulico y del golpe de ariete Hidra Calculus está disponible para Windows, es compatible con Windows XP, Windows 7 y Windows 8.1 y Windows 10. Hydra Calculus para Windows le añade la comodidad de emplear en pantallas grandes de ordenadores con el sistema operativo de Windows, en el pantallazo de arriba podemos apreciar una mejor distribuición de los menús y una mayor visibilidad de los elementos que la componen. Siguiendo la muestra de arriba vemos que se puede acceder al cálculo del golpe de ariete desde cualquiera de los menús, en este caso desde el cálculo de la pérdida de carga.Gracias a que aprovecha la capacidad de una pantalla mayor se han añadido varios vínculos útiles como son la propia web de irriqulture, que se accede clicando en el logo situado en la parte inferior de la ventana, puede ser interesante para consultar con algunos de los ejemplos del programa. En la parte superior se encuentran los links de la App Store y la Google Play, en ellas se entran en las tiendas de Apple y Android para ver las distintas aplicaciones y programas de riego que posee irriqulture. Como el resto de las aplicaciones de irriqulture para Windows es totalmente gratuito, al igual que en sus hermanas y en sistemas como en el Windows 8 y Windows 10 salen una serie de advertencias de seguridad que tratan de impedir la descarga normal de la aplicación, ignorar dichas advertencias y en "más información" clicar sobre "ejecutar de todas formas" ya que es un software seguro. Las instrucciones para la descarga son las mismas que en las demás, descargue el archivo comprimido en su disco duro, descomprímalo y ejecute el setup.exe.