Pequeños actos pueden causar aumentos repentinos en la presión que amenazan los sistemas a base de agua y las personas que trabajan a su alrededor.
La mayoría de los sistemas a base de agua, desde las tuberías domésticas hasta los suministros de agua municipales, están construidos para soportar niveles de presión anormalmente altos. Pero a veces, algo tan simple como cerrar un grifo puede provocar un aumento repentino e incluso peligroso de la presión que esos sistemas no pueden manejar: el golpe de ariete.
En este artículo, explicamos el fenómeno de aumento de presión conocido como golpe de ariete, describiendo qué es, cómo funciona y cómo afecta la lucha contra incendios y el diseño de los sistemas de protección contra incendios.
Las colisiones entre el agua en movimiento y los objetos sólidos transforman rápidamente el movimiento en aumentos dramáticos en la presión
La ley de conservación de la energía, un principio fundamental de la física, establece que la energía no puede crearse ni destruirse, solo transformarse. Su horno convierte la energía eléctrica en calor. Los automóviles transforman la energía química de la gasolina en movimiento. Entonces, cuando el agua choca con una superficie sólida, esa energía tiene que ir a alguna parte.
Pero, a diferencia de algunas sustancias, el agua no se puede triturar y no puede rebotar cuando de repente golpea una pared. Si una válvula se cierra repentinamente, provocando una colisión con agua que se mueve rápidamente, el movimiento del agua se transforma en presión.
En cámara lenta, el golpe de ariete se parece a esto: el borde de ataque del agua, la parte que choca con la válvula, se detiene. El agua detrás de él comienza a comprimirse, lo que deja espacio para que entre más agua en la tubería. Como resultado, la presión en la tubería aumenta, creando una onda de choque rápida y poderosa que viaja tan rápido como la velocidad del sonido.
Este tipo de evento se denomina golpe de ariete, un aumento de presión que sigue a un cambio repentino en el caudal del agua. La mayoría de las veces, el golpe de ariete ocurre cuando las válvulas se cierran o abren repentinamente. Si la presión excede los límites de las tuberías, acoplamientos, válvulas o dispositivos conectados, el agua puede dañar los componentes del sistema o descargarse de la tubería con una fuerza significativa.
Algunos de los ejemplos más impresionantes de la capacidad destructiva de los golpes de ariete provienen de las centrales hidroeléctricas. Hace casi 70 años, una enorme válvula se cerró de golpe en una central eléctrica en Oigawa, Japón. El aumento de presión resultante partió una sección de tubería, creando un enorme vacío que colapsó casi 200 pies de tubería. Secciones de la planta quedaron enterradas, el área circundante se inundó y tres empleados de la planta de energía murieron en la inundación que siguió.
Los factores que incluyen la velocidad del agua y el tiempo empleado en cerrar una válvula contribuyen al golpe de ariete
En el nivel más básico, la intensidad del golpe de ariete depende en gran medida de la velocidad del agua (o, en términos generales, la velocidad). En resumen, el agua que se mueve más rápido crea ondas de choque más grandes.
En los sistemas de tuberías, el golpe de ariete se calcula con la fórmula…
P = 0,07 (LV/t)
… donde P es el aumento de presión, V es la velocidad del agua en pies por segundo, L es la longitud de la tubería y t es el tiempo de cierre de la válvula. Esta fórmula significa que ciertos cambios pueden reducir la intensidad del golpe de ariete:
- Cerrar lentamente una válvula reducirá la intensidad de la oleada
- Las longitudes de tubería más cortas son menos propensas al golpe de ariete que las más largas
- El agua de movimiento más lento produce picos de presión más pequeños
En los sistemas a base de agua intervienen otros dos factores: el diámetro de la tubería y la elasticidad de los materiales de la tubería. Las tuberías con diámetros más grandes y las tuberías hechas de materiales más flexibles pueden absorber más energía de presión creada por el golpe de ariete.
Sorprendentemente, la presión del agua existente no es un factor en el golpe de ariete. Por ejemplo, un sistema de tuberías con 50 libras por pulgada cuadrada (PSI) de presión y un sistema de tuberías con 500 PSI de presión experimentarían el mismo aumento de presión debido al golpe de ariete. Esto significa que, en algunos casos, los sistemas de baja presión son aún más vulnerables a los golpes de ariete que los sistemas de alta presión. Si bien ese sistema de 500 PSI podría soportar fácilmente un aumento de presión de 50 PSI, ese aumento duplicaría la presión actual en el sistema de 50 PSI.
Los bomberos profesionales deben tener cuidado con los golpes de ariete, especialmente en una emergencia.
En la industria de protección contra incendios, los sistemas de rociadores contra incendios, las bocas de incendios, las mangueras contra incendios y las redes de tuberías que les suministran agua son vulnerables a los cambios repentinos de presión. Los bomberos deben equilibrar la urgencia de sus tareas para salvar vidas con una conciencia constante de cuán frágiles pueden ser los sistemas de tuberías. Una tubería rota puede inutilizar un sistema de rociadores contra incendios o una boca de incendios, dejando indefensos a los edificios y a las personas que se encuentran en ellos.
En la lucha contra incendios, no dar el golpe de ariete debido puede causar lesiones graves. En un artículo de la revista Fire Rescue, el asistente del jefe de bomberos Matthew Tobia del Departamento de Bomberos y Rescate del condado de Loudoun en Virginia explicó cómo el error de un bombero en el sistema de bombeo de un camión de bomberos hizo que un dispositivo de seguridad contra golpes de ariete de uso frecuente fuera inútil:
“Mi amigo había estado operando un motor en un incendio, tenía una línea de ataque desconectada y había líneas de suministro entrando en su bomba. No había tenido la oportunidad de ajustar la válvula de alivio (una de recirculación) y le preocupaba que al no hacerlo resultara en lesiones a un bombero que fue golpeado contra una pared después de que el motor de suministro cargó las líneas a 300 psi y envió un golpe de ariete a través de su motor.”
Los hidrantes que se cierran demasiado rápido pueden crear golpes de ariete en las tuberías principales de agua de la ciudad, provocando brechas en las redes de tuberías subterráneas. Las válvulas de las mangueras abiertas demasiado rápido pueden transmitir una onda de choque a los bomberos que atacan el fuego. Y el cierre repentino de la boquilla de una manguera contra incendios puede dañar los acoplamientos de las mangueras contra incendios o romper las bombas de los camiones contra incendios. En resumen, el golpe de ariete puede dañar casi todas las partes de los sistemas a base de agua utilizados en la extinción de incendios.
Con el equipo adecuado y prácticas de sentido común, se puede prevenir el golpe de ariete en los sistemas de protección contra incendios.
En los sistemas de rociadores contra incendios, las válvulas de control inician o detienen el flujo de agua. Aquellos sistemas que cumplen con los estándares establecidos por la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA) siguen pautas diseñadas para evitar que las válvulas de control causen golpes de ariete.
Con ese fin, NFPA 13: Norma para la Instalación de Sistemas de Rociadores especifica un tiempo de cierre mínimo para las válvulas de control en los sistemas de rociadores contra incendios. Una disposición casi idéntica también rige las válvulas de control utilizadas en los sistemas de tuberías verticales: redes de tuberías que actúan como hidrantes contra incendios en interiores (NFPA 14: 4.5.2).
De la edición 2019 de NFPA 13
7.6.1 Tiempo de cierre de la válvula. Las válvulas indicadoras enumeradas no deben cerrarse en menos de 5 segundos cuando se operan a la máxima velocidad posible desde la posición completamente abierta.
Los camiones de bomberos también cuentan con dispositivos diseñados para administrar o liberar presión en la bomba. Muchos camiones de bomberos incluyen válvulas de alivio mecánicas, como las mencionadas anteriormente, que descargan agua cuando la presión es demasiado alta. Y los camiones de bomberos más nuevos pueden tener reguladores de presión que aceleran la velocidad del camión de bomberos para aumentar o disminuir la presión proporcionada a la manguera.
Si bien existen equipos para proteger contra muchas fuentes de golpe de ariete en la extinción de incendios, otras suelen evitarse mediante las buenas prácticas de los profesionales de incendios. Los cursos de educación para bomberos advierten sobre los peligros del golpe de ariete y recomiendan abrir y cerrar lentamente las bocas de incendio, las válvulas, las abrazaderas de manguera y otros dispositivos que interrumpen el flujo.
Pero incluso en el hidrante, existe equipo para evitar el golpe de ariete. Fyrelane USA, un fabricante de válvulas para hidrantes y otros equipos de protección contra incendios con sede en Texas, ha producido una válvula especializada, llamada válvula Carlin, que permite a los operadores de hidrantes abrir rápida y completamente el hidrante sin riesgo de golpe de ariete.
Asentada entre un acoplamiento de manguera contra incendios y un hidrante, la válvula Carlin modelo CV45A de Fyrelane restringe el flujo de agua con una compuerta corrediza operada a presión. Esta compuerta permanece parcialmente cerrada, liberando agua gradualmente, hasta que la manguera esté completamente cargada. Una vez que el otro extremo de la manguera se conecta a una válvula cerrada en la bomba, o se sella de otro modo, la presión dentro de la manguera aumenta y la válvula se abre automáticamente, lo que permite a los bomberos hacer uso del flujo completo del hidrante.
Suministro el equipo adecuado para evitar golpes de ariete
Si está buscando válvulas de control resistentes a los golpes de ariete para sistemas de rociadores contra incendios, eche un vistazo a nuestra selección de válvulas de mariposa. Estas válvulas listadas por UL y aprobadas por FM son de cierre lento y están diseñadas para un funcionamiento seguro y duradero en sistemas de rociadores contra incendios y tuberías verticales que cumplen con la normativa NFPA.
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