Calcule la velocidad de onda y la elevación de presión por golpe de ariete.
El golpe de ariete es la sobrepresión que se produce cuando un fluido en movimiento se ve obligado a detenerse o cambiar de dirección bruscamente, como el cierre rápido de una válvula. Esta calculadora resuelve la ecuación de Joukowsky para el aumento instantáneo de presión a partir de la densidad del fluido, la velocidad de la onda y el cambio de velocidad, estima el margen respecto a la presión nominal de la tubería y recomienda tiempos de cierre objetivo para mantener la sobrepresión por debajo de la presión de diseño.
Ecuación de Joukowsky: ΔP = ρ × a × ΔV, donde ρ es la densidad del fluido, a es la celeridad de la onda de presión y ΔV es el cambio en la velocidad media. Velocidad de la onda a = √(K / ρ) / √(1 + (K/E) × (D/t)), donde K es el módulo de compresibilidad del fluido, E es el módulo de Young de la pared de la tubería, D es el diámetro y t es el espesor de pared; una tubería más blanda (menor E) da menor a y menor sobrepresión. Para agua en acero rígido a ≈ 1,300 m/s; en tubería de polietileno flexible a ≈ 250–400 m/s. Para mantener la sobrepresión dentro de la clase de presión, el tiempo de cierre de la válvula T > 2L/a (período de una reflexión de onda completa), lo que permite distribuir la deceleración a lo largo de la longitud de la tubería.
Un ingeniero de servicios que estima la sobrepresión tras el disparo de una bomba de 500 lpm en una tubería de 1.2 km calcula ΔV = 2.1 m/s, ΔP = 26 bar, supera la clase de la tubería, y añade un depósito pulmón de aire para amortiguar la onda de parada.
Un diseñador de procesos que especifica una válvula de agua de refrigeración de 200 mm selecciona un actuador eléctrico con cierre en 5 s en lugar del solenoide original de 0.5 s, reduciendo la sobrepresión de 18 bar a 3 bar y evitando la actualización de la clase de presión de la tubería.
Un técnico de servicios de edificio que investiga golpes en las tuberías al cortar la lavadora instala un antiariete en línea dimensionado con el volumen de gas requerido según la calculadora para la tubería y la presión nominal.
Cualquier cierre más rápido que T_c = 2L/a (longitud de línea × 2 / velocidad de onda) produce la sobrepresión completa de Joukowsky. Un cierre más lento distribuye la deceleración y reduce la presión pico proporcionalmente.
Las tuberías más largas almacenan más energía cinética. El aumento de presión de Joukowsky en sí no depende de la longitud, pero la duración del pulso de alta presión sí lo hace (= 2L/a), de modo que el daño por fatiga y el ruido audible escalan con la longitud.
Sí; el aire atrapado se comprime y rebota, creando fenómenos de separación de columna con sobrepresiones muy superiores a las predicciones de Joukowsky. Ventile siempre los puntos altos y utilice válvulas de vacío en los tramos largos cuesta abajo.