El agua tiene un módulo de elasticidad volumétrica elevado y, por tanto, se considera incompresible. Sin embargo, en ocasiones se produce un fenómeno tan indeseable como nocivo, íntimamente relacionado con la compresibilidad del agua, en las redes de tuberías de los parques acuáticos. Es el golpe de ariete.
El golpe de ariete se produce en las tuberías de un parque acuático cuando aparecen fuertes sobrepresiones debidas a variaciones bruscas de caudal. Como consecuencia de este fenómeno, las conducciones sufren efectos perjudiciales, que van de la degradación de los materiales hasta su rotura.
Las situaciones particulares en las que es aconsejable tener en cuenta dicha compresibilidad, ya que pueden producir el fenómeno de golpe de ariete, son las siguientes, a saber:
-Cuando una red pasa, en un corto periodo de tiempo, de soportar un caudal considerable a uno nulo. Por ejemplo, este tránsito se produce con la maniobra de una válvula de corte o de regulación de caudal, o con la parada de una bomba.
-Cuando, de forma inversa a la situación anterior, la red pasa de un caudal nulo a un caudal apreciable. En este caso, se produciría con el arranque de una bomba.
Pero analicemos el fenómeno desde un punto de vista cualitativo:
De un depósito (T) parte una conducción que presenta una válvula de corte (CV) en el extremo de aguas abajo. Tanto el agua como la tubería son susceptibles de deformarse ante una variación de presión.
Inicialmente (instante t=0) la válvula de corte se encuentra abierta, por lo que circula un caudal (Q) por la tubería, a una velocidad determinada (v).
La línea de color verde representa la línea de carga de la conducción, cuando el depósito está desaguando.
Ahora, en un instante concreto (t=t1) se cierra la válvula de corte de forma instantánea, hecho que interrumpe el flujo de salida.
A partir de este momento (t>t1), comienza a transformarse la energía cinética del fluido en energía potencial, lo que origina a su vez una sobrepresión (OP) que comprime el agua y dilata la tubería. La onda de sobrepresión se propaga desde la válvula cerrada aguas arriba, con una celeridad (a), y deforma la tubería (en rojo se representa el tramo de tubería deformado con el agua comprimida).
Cuando la onda de presión alcanza el depósito, toda la tubería se encuentra solicitada bajo sobrepresión. En ese instante (t=t2) se produce una reflexión de la onda, es decir, la onda de presión comienza a avanzar aguas abajo.
Y a partir de dicho instante (t>t2), la onda reflejada se propaga aguas abajo, el agua retrocede hacia el depósito y la tubería se contrae y recupera su posición inicial.
Cuando la onda de presión alcanza la válvula de corte (t=t3), toda el agua de la tubería se encuentra circulando hacia el depósito, y la conducción completa se ha comprimido y recuperado su tamaño original.
Al fenómeno anteriormente descrito se le denomina fase directa del golpe de ariete. A partir de este instante, se repite el proceso anterior, pero de forma inversa. Es la fase inversa del golpe de ariete. En esta, la circulación del agua se produce en sentido contrario; se genera un frente de onda de presión negativa y la dilatación del agua en lugar de su compresión; la tubería se contrae, en lugar de dilatarse. Estas fases directa e inversa se suceden cíclicamente, hasta que la masa de agua en el interior de la tubería de la red hidráulica del parque acuático alcanza el equilibrio.
La variación cíclica y violenta de presiones en la tubería es un efecto muy nocivo, que acaba deteriorando las conducciones y sus accesorios. Dejamos para una próxima entrega, los aspectos cuantitativos del golpe de ariete, la determinación del tipo de infraestructuras hidráulicas de los parques acuáticos en los que se desencadena el fenómeno y las medidas necesarias para evitarlo o mitigarlo.
Por Luis Llor, ingeniero hidráulico sénior en el Dpto. de Arquitectura de Amusement Logic
