Impermeabilización
Compensador de golpe de ariete en sistemas internos de abastecimiento de agua FAR. Compensadores de golpe de ariete

Compensador de golpe de ariete en sistemas internos de abastecimiento de agua FAR. Compensadores de golpe de ariete

(VT.CAR19.I) El amortiguador hidráulico de membrana VT.CAR 19 está diseñado para compensar los picos de presión que se producen cuando las válvulas se abren o cierran repentinamente en los sistemas de suministro de agua residenciales. El dispositivo también desempeña el papel de un tanque de expansión, que recibe el exceso de volumen de agua que se produce en las tuberías durante el calentamiento natural en ausencia de toma de agua. El compensador de golpe de ariete VT.CAR 19 es un depósito en miniatura fabricado en acero inoxidable AISI 304L con una membrana de separación interna fabricada en elastómero EPDM. Pequeñas protuberancias en la superficie de la membrana aseguran su conexión suelta a la carcasa y el área máxima de contacto de la membrana con el medio transportado. La capacidad del amortiguador hidráulico VT.CAR 19 es de 0,162 l, el ajuste de fábrica de la presión en la cámara de aire es de 3,5 bar, la presión máxima de funcionamiento en el suministro de agua del apartamento protegido es de 10 bar, la presión máxima durante el golpe de ariete es 20 bar, la temperatura máxima de funcionamiento es de 100 °C. Diámetro de la rosca de conexión - 1/2". Dimensiones (alto x diámetro) del producto - 112 x 88 mm. El ajuste de fábrica proporciona protección para tuberías con una presión nominal de trabajo de 3 bar. Cuando se utiliza un compensador en sistemas con otros parámetros, el tanque debe reconfigurarse de tal manera que la presión en la cámara de aire supere la nominal en 0,5 bar.

Información general sobre el golpe de ariete

El golpe de ariete es un cambio abrupto en la presión de un fluido que fluye en una tubería de presión que ocurre cuando ocurre un cambio repentino en la velocidad del flujo. En un sentido más amplio, el golpe de ariete es una rápida alternancia de “saltos” y “bajadas” en la presión, acompañada de deformación del fluido y de las paredes de la tubería, así como un efecto acústico similar a un martillo golpeando una tubería de acero. Con golpes hidráulicos débiles, el sonido se manifiesta en forma de clics "metálicos", sin embargo, incluso con golpes aparentemente insignificantes, la presión en la tubería puede aumentar significativamente.

Las etapas del golpe de ariete se pueden ilustrar con el siguiente ejemplo ( Figura 1): deje que se instale un grifo monomando o un mezclador al final de la tubería del apartamento conectada al elevador de la casa (son estos mezcladores los que le permiten cerrar el flujo con relativa rapidez).

Figura 1. Etapas de golpe de ariete

Cuando la válvula está cerrada, ocurren los siguientes procesos:

Mientras el grifo está abierto, el líquido se mueve a través de la tubería del apartamento a una velocidad de " ν ". Al mismo tiempo, la presión en el tubo ascendente y en la tubería del apartamento es la misma ( pag).
Cuando se cierra la válvula y se desacelera bruscamente el flujo, la energía cinética del flujo se convierte en trabajo de deformación de las paredes de la tubería y del líquido. Las paredes de la tubería se estiran y el líquido se comprime, lo que conduce a un aumento de la presión en una cantidad ∆p(presión de choque). La zona en la que se ha producido el aumento de presión se denomina zona de compresión de ondas de choque, y su sección extrema se denomina frente de ondas de choque. El frente de la onda de choque se propaga hacia el riser a una velocidad de "c". Aquí me gustaría señalar que la suposición de la incompresibilidad del agua, adoptada en los cálculos hidráulicos, no se aplica en este caso, porque El agua real es un líquido comprimible con una relación de compresión volumétrica de 4,9x10 -10 1/Pa. Es decir, a una presión de 20400 bar (2040 MPa), el volumen de agua se reduce a la mitad.
Cuando el frente de la onda de choque alcance el elevador, todo el líquido en la tubería del apartamento se comprimirá y las paredes de la tubería del apartamento se estirarán.
El volumen de líquido en el sistema de la casa es mucho mayor que en el cableado del apartamento, por lo tanto, cuando el frente de la onda de choque llega al elevador, el exceso de presión del fluido se suaviza en su mayoría al expandir la sección transversal y encender el volumen total de líquido en el sistema de la casa. La presión en la tubería del apartamento comienza a igualarse con la presión ascendente. Pero al mismo tiempo, la tubería del apartamento, debido a la elasticidad del material de la pared, restaura su sección transversal original, comprime el líquido y lo empuja hacia el tubo ascendente. La zona de eliminación de la deformación de las paredes de la tubería se extiende hasta la válvula con una velocidad de " Con».
En el momento en que la presión en la tubería del apartamento sea igual a la original, así como la velocidad del fluido, la dirección del flujo se invertirá ("punto cero").
Ahora el líquido en la tubería con una velocidad de " ν ” tiende a “desprenderse” de la grúa. Hay una "zona de rarefacción de onda de choque". En esta zona, la velocidad del flujo es cero y la presión del fluido se vuelve más baja que la inicial, lo que conduce a la compresión de las paredes de la tubería (reducción del diámetro). El frente de la zona de rarefacción se mueve hacia el tubo ascendente a una velocidad de " Con". Con un caudal inicial importante, el vacío en la tubería puede provocar una disminución de la presión por debajo de la atmosférica, así como una violación de la continuidad del caudal (cavitación). En este caso, aparece una burbuja de cavitación en la tubería cerca de la válvula, cuyo colapso conduce al hecho de que la presión del fluido en la zona de la onda de choque reflejada se vuelve mayor que el mismo indicador en la onda de choque directa.
Cuando se alcanza el frente de compresión de la onda de choque del elevador, la velocidad del flujo en la tubería del apartamento es cero y la presión del líquido es menor que la inicial y menor que la presión en el elevador. Las paredes de la tubería están comprimidas.
La diferencia de presión entre el líquido en el tubo ascendente y la tubería del apartamento hace que el líquido ingrese a la tubería del apartamento e iguale las presiones al valor original. En este sentido, las paredes de la tubería también comienzan a adquirir su forma original. Por lo tanto, se forma una onda de choque reflejada y los ciclos se repiten nuevamente hasta la extinción completa. En este caso, el intervalo de tiempo durante el cual pasan todas las etapas y ciclos del choque hidráulico no supera, por regla general, 0,001–0,06 s. El número de ciclos puede ser diferente y depende de las características del sistema.

En arroz. 2 Las etapas del golpe de ariete se muestran gráficamente.

Arroz. 2. Gráficos de cambio de presión durante el choque hidráulico.

programar en arroz. 2a muestra el desarrollo del choque hidráulico cuando la presión del líquido en la zona de descarga de la onda de choque no cae por debajo de la presión atmosférica (línea 0).

programar en arroz. 2b muestra una onda de choque, cuya zona de rarefacción está por debajo de la presión atmosférica, pero no se viola la continuidad hidráulica del medio. En este caso, la presión del líquido en la zona de rarefacción es inferior a la presión atmosférica, pero no se observa ningún efecto de cavitación.

programar en figura 2c muestra el caso cuando se viola la continuidad hidráulica del flujo, es decir, se forma una zona de cavitación, cuyo colapso posterior conduce a un aumento de la presión en la onda de choque reflejada.

Variedades de amortiguadores hidráulicos y disposiciones básicas de diseño.

Dependiendo de la velocidad con la que se cierre el dispositivo de cierre en la tubería, el golpe de ariete puede ser "directo" e indirecto. Se denomina "directo" a un choque, en el que el traslape de caudales se produce en un tiempo menor al periodo del choque, es decir, se cumple la condición:

T 3 ≤ 2L/c,

Dónde T 3 es el tiempo de cierre del órgano de bloqueo, s; L- la longitud de la tubería desde el dispositivo de bloqueo hasta el punto en el que se mantiene una presión constante (en el apartamento - hasta el elevador), m; Con es la velocidad de la onda de choque, m/s.

De lo contrario, el golpe de ariete se llama indirecto. Con un impacto indirecto, el salto de presión es de una magnitud mucho menor, ya que parte de la energía del flujo es amortiguada por una fuga parcial a través del dispositivo de cierre.

Dependiendo del grado de bloqueo del flujo, el golpe de ariete puede ser completo o incompleto. Un golpe completo es aquel en el que el elemento de cierre bloquea completamente el flujo. Si esto no sucede, es decir, parte del flujo continúa fluyendo a través del órgano de cierre, entonces el golpe de ariete estará incompleto. En este caso, la diferencia de caudales antes y después del cierre será la velocidad calculada para determinar la magnitud del golpe de ariete. La magnitud del aumento de presión durante un choque hidráulico completo directo se puede determinar mediante la fórmula de N.E. Zhukovsky (en la literatura técnica occidental, la fórmula se atribuye a Alievi y Michaud):

Δp = ρ ν s, Pa,

Dónde ρ – densidad del líquido transportado, kg/m 3 ; ν es la velocidad del fluido transportado hasta el momento de la frenada brusca, m/s; Con es la velocidad de propagación de la onda de choque, m/s.

A su vez, la velocidad de propagación de la onda de choque c está determinada por la fórmula:

Dónde do 0- la velocidad de propagación del sonido en un líquido (para agua - 1425 m / s, para otros líquidos se puede tomar de acuerdo con pestaña. 1); D– diámetro de la tubería, m; δ – espesor de la pared de la tubería, m; mi f es el módulo de elasticidad aparente del líquido (se puede tomar de acuerdo con pestaña. 2), Pa; Comiendo es el módulo de elasticidad del material de la pared de la tubería, Pa (se puede tomar de acuerdo con pestaña. 3).

Tabla 1. Características de los líquidos

Tabla 2. Características de los materiales de las paredes de las tuberías

Si tenemos en cuenta que la velocidad del movimiento del agua en los sistemas de apartamentos no debe exceder los 3 m / s (cláusula 7.6. SNiP 2.04.01), entonces, para tuberías hechas de varios materiales, es posible calcular la magnitud del aumento de presión con un posible choque hidráulico completo directo. Tales datos resumidos para algunas tuberías se presentan en pestaña. 3.

Tabla 3. Aumento de presión durante golpe de ariete a una velocidad de flujo de 3 m/s

Material y dimensiones de la tubería	Velocidad de la onda de choque, m/s	Δp, bar
polímero metálico






Polietileno







polipropileno



















Acero (tubos normales VGP)

Con golpe de ariete indirecto, el aumento de presión se calcula mediante la fórmula:

EN pestaña. 4 se da el tiempo medio de respuesta de los accesorios de la vivienda principal. Para cada tipo de este accesorio, se calcula la longitud de la tubería, más de lo cual el golpe de ariete deja de ser directo.

Tabla 4. La longitud de la sección de impacto directo para válvulas de cierre de agua

Tipo de equipamiento del apartamento.	Tiempos de respuesta	Longitud del área de impacto directo, m
Tipo de equipamiento del apartamento.	Tiempos de respuesta	Para tubería no metálica	Para tubería metálica
Grifo de palanca o grifo
Interruptor de ducha (desviador)
Electroválvula lavadora
Válvula de solenoide lavavajillas
Electroválvula antifugas (1/2")
Válvula de llenado de inodoro

Posibles consecuencias de los choques hidráulicos

En las redes de apartamentos, la aparición de golpes de ariete, por supuesto, no implica consecuencias destructivas a gran escala como en las tuberías principales de gran diámetro. Sin embargo, incluso aquí pueden causar muchos problemas y pérdidas, si no se tiene en cuenta la posibilidad de que ocurran.

Los choques hidráulicos que se repiten periódicamente en las tuberías de los apartamentos pueden causar los siguientes problemas:

– reducción de la vida útil de las tuberías. La vida útil normativa de las tuberías internas está determinada por la totalidad de las características (temperatura, presión, tiempo) en las que se opera la tubería. Incluso tales picos y caídas de presión alternos a corto plazo, pero a menudo recurrentes, que ocurren durante el choque hidráulico distorsionan significativamente la imagen del modo operativo de la tubería, lo que reduce su funcionamiento sin problemas. En mayor medida, esto se aplica a las tuberías poliméricas y multicapa;

- extrusión de juntas y sellos en accesorios y conectores de tuberías. Están sujetos a esto elementos tales como reductores de presión de pistón, válvulas de bola, válvulas y mezcladores con anillos prensaestopas de goma, juntas tóricas para conectores de compresión y presión, así como anillos para medias cuerdas ("mujeres americanas"). En los medidores de agua para apartamentos, la extrusión del anillo de sellado entre la cámara de medición y el mecanismo de conteo puede provocar que entre agua en el mecanismo de conteo (Fig. 3);

Arroz. 3. Entrada de agua en el mecanismo de conteo del medidor de agua como resultado de la extrusión de la junta

- incluso un solo golpe de ariete puede desactivar completamente la instrumentación instalada en el apartamento. Por ejemplo, la flexión de la aguja del manómetro debido a la interacción con el pasador restrictivo es una clara señal de que se ha producido un golpe de ariete (Fig. 4);

Arroz. 4. Daño característico del manómetro por golpe de ariete

- cada golpe de ariete en una tubería de apartamento hecha de materiales poliméricos, hechos con conectores de engaste, prensados o deslizantes, conduce inevitablemente a un "deslizamiento" microscópico del conector de la tubería. Al final, puede llegar un momento en que el próximo golpe de ariete se vuelva crítico: la tubería se "saldrá" completamente del conector (Fig. 5);

Arroz. 5. Violación de la conexión de crimpado MPT como resultado del impacto del golpe de ariete

- Los fenómenos de cavitación que pueden acompañar al choque hidráulico son a menudo la causa de las cavidades en el carrete y el cuerpo de la válvula. El colapso de las burbujas de vacío durante la cavitación simplemente “roe” piezas de metal de la superficie en la que se forman. Como resultado, el carrete deja de cumplir su función, es decir, se rompe la estanqueidad del órgano de cierre. Sí, y el cuerpo de dichos accesorios fallará muy rápidamente (Fig. 6);

Arroz. 6. Destrucción por cavitación de la superficie interna de la oleada frente a la válvula solenoide

- Un peligro especial para las tuberías de apartamentos hechas de tuberías multicapa es la zona de descarga de ondas de choque durante el choque hidráulico. Si la capa adhesiva es de mala calidad o hay áreas sin pegar, el vacío formado en la tubería arranca la capa interna de la tubería y hace que se “colapse” (Fig. 7, 8).

Arroz. 7. Multicapa tubo de polipropileno afectados por golpe de ariete

Arroz. 8. Tubería de metal-polímero "colapsada"

Con colapso parcial, la tubería seguirá realizando su función, pero con una resistencia hidráulica mucho mayor. Sin embargo, también puede ocurrir un colapso completo; en este caso, la tubería quedará bloqueada por su propia capa interna. Desafortunadamente, GOST 53630-2009 "Tubos de presión multicapa" no requiere la prueba de muestras de tubería a una presión interna por debajo de la atmosférica. Sin embargo, varios fabricantes, al conocer este problema, incluyen en las especificaciones técnicas una cláusula obligatoria sobre la verificación de la tubería al vacío. En particular, cada rollo de tubería multicapa VALTEC está conectado a una bomba de vacío, que lleva la presión absoluta en la tubería a 0,2 atm (-0,8 barg). Luego, con la ayuda de un compresor, se impulsa a través de la tubería una bola de espuma de poliestireno con un diámetro ligeramente menor que el diámetro interior de diseño de la tubería. Los rollos a través de los cuales la pelota no pudo pasar son rechazados y destruidos sin piedad;

- Otro peligro acecha en caso de golpes de ariete en las tuberías internas de suministro de agua caliente. Como sabes, el punto de ebullición del agua está estrechamente relacionado con la presión ( pestaña. 5).

Tabla 5. Dependencia del punto de ebullición del agua con la presión

Si, por ejemplo, una tubería de apartamentos entra agua caliente con una temperatura de 70 °C, y en la zona de rarefacción del golpe de ariete, la presión disminuye a un valor absoluto de 0,3 atm, luego en esta zona el agua se convertirá en vapor. Teniendo en cuenta que el volumen de vapor en condiciones normales es casi 1200 veces mayor que el volumen de la misma masa de agua, es de esperar que este fenómeno pueda conducir a un aumento aún mayor de la presión en la zona de compresión de las ondas de choque.

Métodos de protección contra golpes de ariete en sistemas de apartamentos.

La forma más efectiva y confiable de protegerse contra el golpe de ariete es aumentar el tiempo de cierre del flujo con un dispositivo de cierre. Este método se utiliza en las tuberías principales. El cierre suave de la válvula no provoca perturbaciones destructivas en el flujo y elimina la necesidad de instalar dispositivos de amortiguación voluminosos y costosos. En los sistemas de apartamentos, este método no siempre es aceptable, porque. Los mezcladores de palanca “una mano”, las electroválvulas para electrodomésticos y otros accesorios capaces de cortar el flujo en un corto período de tiempo han entrado con fuerza en nuestra vida cotidiana. En este sentido, los sistemas de ingeniería de apartamentos que ya se encuentran en la etapa de diseño deben diseñarse necesariamente teniendo en cuenta el riesgo de golpe de ariete. Las medidas estructurales, como el uso de insertos elásticos, bucles de compensación y expansores, no se utilizan mucho. En la actualidad, los accesorios más populares especialmente diseñados para este propósito son los amortiguadores hidráulicos neumáticos (pistón, Fig. 9a, y membrana, Fig. 9b) o de resorte (Fig. 9c).

Arroz. 9. Tipos de amortiguadores hidráulicos

En un amortiguador neumático, la energía cinética del flujo de fluido es amortiguada por la energía de compresión del aire, cuya presión varía a lo largo de la adiabática con el exponente K = 1,4. El volumen de la cámara de aire del amortiguador neumático se determina a partir de la expresión:

donde P 0 es la presión inicial en la cámara de aire, P K es la presión final (límite) en la cámara de aire. En la fórmula anterior, el lado izquierdo es una expresión de la energía cinética del flujo de fluido y el lado derecho es la expresión de la energía de compresión del aire.

Los parámetros de resorte para compensadores de resorte se encuentran a partir de la expresión:

donde D pr es el diámetro promedio del resorte, I es el número de vueltas del resorte, G es el módulo de corte, F to es la fuerza final que actúa sobre el resorte, F 0 es la fuerza inicial que actúa sobre el resorte.

Existe una opinión entre los diseñadores e instaladores de que las válvulas de retención y los reductores de presión también tienen la capacidad de absorber los golpes de ariete.

Las válvulas de retención, de hecho, al cortar parte de la tubería en el momento de un cierre brusco del flujo, reducen la longitud estimada de la tubería, convirtiendo un golpe directo en uno indirecto, menos energía. Sin embargo, al cerrarse abruptamente bajo la influencia de la etapa de compresión de la onda de choque, la válvula misma se convierte en la causa del golpe de ariete en la tubería ubicada antes de ella. En la etapa de descarga, la válvula vuelve a abrirse y, dependiendo de la relación de las longitudes de las tuberías antes y después de la válvula, puede llegar un momento en que las ondas de choque de los dos tramos se sumen, aumentando el salto de presión. Los reductores de presión de pistón no pueden servir como amortiguadores hidráulicos debido a su alta inercia; debido al trabajo de las fuerzas de fricción en los sellos del pistón, simplemente no tienen tiempo para responder a un cambio de presión instantáneo. Además, tales cajas de engranajes necesitan protección contra golpes de ariete, lo que hace que los anillos de sellado se salgan de los asientos del pistón.

Los reductores de presión de membrana tienen la capacidad de absorber parcialmente la energía de los golpes de ariete, pero están diseñados para efectos de fuerza completamente diferentes, por lo que el trabajo para amortiguar los frecuentes golpes de ariete los desactivará rápidamente. Además, una fuerte superposición de la caja de cambios durante una onda de choque conduce, como en el caso de la válvula de retención, a la aparición de una onda de choque en la zona hasta la caja de cambios, que no está protegida por una membrana.

Entre otras cosas, los amortiguadores de golpe de ariete para apartamentos, además de cumplir con su tarea principal, realizan varias funciones más que son importantes para la operación segura de las tuberías de los apartamentos. Estas funciones se considerarán tomando como ejemplo el amortiguador hidráulico de membrana VALTEC VT.CAR19 (Fig. 10).

Amortiguador de golpe de ariete VT.CAR19

Arroz. 10. Amortiguador de golpe de ariete VALTEC VT.CAR19

El amortiguador hidráulico residencial VALTEC VT.CAR19 consta estructuralmente (Fig. 11) de un cuerpo esférico fabricado en acero inoxidable AISI 304L ( 1 ), con membrana EPDM enrollada ( 2 ). Debido a las pequeñas protuberancias en la superficie de la membrana, se garantiza su conexión suelta con el cuerpo y el área máxima de contacto de la membrana con el medio transportado. La cámara de aire de la compuerta está a una presión de fábrica de 3,5 bar, lo que garantiza la protección de las tuberías de los apartamentos, cuya presión no supera los 3 bar. El extintor también puede proteger tuberías con una presión de trabajo de hasta 10 bar, pero en este caso es necesario con una bomba conectada al niple ( 3 ) aumentar la presión en la cámara de aire a 10,5 bar. En el caso de que la presión de funcionamiento en la red del apartamento sea inferior a 3 bar, se recomienda a través del niple ( 3 ) dejar salir parte del aire de la cámara hasta Ptrabajo + 0,5 bar.

Figura 11. Construcción del absorbedor VALTEC VT.CAR19

Especificaciones y las dimensiones totales del absorbedor se dan en pestaña. 6.

Tabla 6. Especificaciones de VALTEC VT.CAR19

Nombre característico		Significado
Volumen de trabajo
Ajuste de fábrica de prepresión de la cámara de aire
Presión máxima durante el golpe de ariete

Presión máxima de operación en la tubería del apartamento protegido
Rango de temperatura media

Dimensiones (ver croquis):
H - altura
O - diámetro
G - rosca de conexión
Material:
	Acero inoxidable AISI 304L
Membrana

El amortiguador puede proteger las tuberías del golpe de ariete, cuya presión aumenta hasta 20 bar, por lo tanto, antes de instalar el amortiguador, es necesario verificar cuánto golpe de ariete puede ocurrir en una tubería de apartamento en particular. El cálculo de la posible presión durante el golpe de ariete Pg se puede calcular mediante la fórmula:

, bar.

La relación Eagua/Est para tuberías de diferentes materiales se toma según pestaña. 2.

El absorbedor VT.CAR19, que protege de manera confiable las tuberías de los apartamentos contra los golpes de ariete, debido a sus características de diseño, puede absorber el exceso de agua que se forma cuando el agua fría entrante se calienta durante una interrupción en el uso del agua. Por ejemplo, si el agua con una temperatura de +5 ° C ingresa a un apartamento equipado con un reductor o una válvula de retención en la entrada, y se calienta a 25 ° C durante la noche (la temperatura habitual del aire en el baño), entonces la presión en la sección de corte de la tubería aumentará en:

∆P = β t Δt/β v \u003d 0.00015 (25 - 5) / 4.9 10 -9 \u003d 61.2 bar.

En la fórmula anterior βt es el coeficiente de expansión térmica del agua, y β v es el coeficiente de compresión volumétrica del agua (el recíproco del módulo de elasticidad). La fórmula no tiene en cuenta la expansión térmica del material de la tubería en sí, pero la práctica muestra que cada grado de aumento en la temperatura del agua en la tubería aumenta la presión de 2 a 2,5 bar.

Aquí es donde se requiere la segunda función del amortiguador hidráulico de membrana. Habiendo tomado parte del agua de la tubería de calefacción, la salvará de una carga excesiva y ayudará a evitar una emergencia. EN pestaña. 7 se dan las longitudes máximas de las tuberías protegidas por el amortiguador VT.CAR19 de la dilatación térmica del líquido.

Tabla 7. Longitud máxima de tuberías protegidas de la expansión térmica (a ΔТ = 20°C)

En cuanto a las tuberías de agua caliente residencial, aquí también el absorbedor VT.CAR19 realiza una importante tarea de evitar que el agua hierva en la zona de descarga de la onda de choque. Al absorber la energía del golpe de ariete, el absorbedor también elimina este peligro.

La mayor eficiencia del amortiguador hidráulico se logra cuando se instala directamente frente al refuerzo protegido. En este caso, la posibilidad de un golpe de ariete está completamente excluida (Fig. 12).

Arroz. 12. Instalación de absorbedores directamente frente a los dispositivos protegidos

En los sistemas de apartamentos, donde las tuberías no tienen una longitud significativa, se permite instalar una compuerta por grupo de dispositivos. En este caso, se debe verificar que la longitud total de las secciones de tubería protegidas por un extintor no exceda los valores establecidos en pestaña. 8.

Tabla 8. Longitud de tramos de tubería protegidos por un extintor

Si se superan los valores especificados en la tabla, es necesario instalar no uno, sino varios absorbedores. En el caso de que la presión de golpe de ariete calculada supere la presión máxima admisible para un absorbedor dado (20 bar para VT.CAR19), se debe seleccionar otro tipo de dispositivo con características de mayor resistencia.

De acuerdo con la cláusula 7.1.4. SP 30.13330.2012 "Suministro de agua interno y alcantarillado de edificios", cuyas disposiciones entraron en vigor el 1 de enero de 2013, el diseño de válvulas de cierre y cierre de agua debe garantizar una apertura y cierre suaves del flujo de agua. Pero es poco probable que se cumpla este requisito, porque El comercio ofrece a los residentes una amplia gama de accesorios y electrodomésticos en los que la regulación fluida es imposible. Teniendo esto en cuenta, las principales organizaciones de diseño y construcción de nuestro país ya prevén la instalación de amortiguadores hidráulicos residenciales en sus proyectos. Por ejemplo, DSK-1 de la ciudad de Moscú reestructura la producción para realizar nodos de entrada de suministro de agua para apartamentos de acuerdo con el esquema que se muestra en la fig. 13

Arroz. 13. Nudo de suministro de agua para apartamentos

Recientemente, ha habido cada vez más informes sobre la destrucción de algunos elementos del sistema de calefacción o plomería. La causa de la falla es el golpe de ariete. El compensador (apagador) del golpe de ariete salva de tales problemas. ¿Qué tipo de dispositivo es este, cómo y dónde instalarlo? Lea este artículo.

¿Qué es un golpe de ariete en una tubería, causas?

golpe de ariete- este es un fuerte aumento de la presión en los sistemas que transportan líquido, que se produce cuando un cambio brusco en la velocidad del líquido. Un golpe de ariete puede provocar la destrucción de algunos elementos del sistema. La destrucción ocurre si se excede la resistencia a la tracción de la conexión o del material.

Si hablamos de nuestras casas y apartamentos, el golpe de ariete se produce en los sistemas de calefacción y suministro de agua. En sistemas de calefacción de casas particulares, al iniciar o detener la bomba de circulación. Sí, por sí solo no crea presión. Pero una fuerte aceleración o parada del refrigerante es la carga que actúa sobre las paredes de las tuberías y los dispositivos cercanos. En sistemas de calefacción de tipo cerrado cuesta. Compensa el golpe de ariete si la bomba está cerca. En este caso, es posible que no se necesiten dispositivos adicionales. Puede verificar la necesidad de instalar un compensador usando un manómetro. Si la flecha no se mueve, o se mueve muy poco, todo está bien.

La causa más común del golpe de ariete es el cierre repentino de un grifo.

En los sistemas de calefacción centralizados, el golpe de ariete se produce cuando la compuerta se cierra bruscamente, cuando los grifos se abren rápidamente para llenar el sistema después de la reparación/mantenimiento. De acuerdo con las reglas, esto debe hacerse lenta y gradualmente, pero en la práctica sucede de otra manera ...

En el suministro de agua, el golpe de ariete se produce incluso cuando un grifo u otra válvula de cierre se cierra bruscamente. Se obtienen "efectos" más pronunciados en los sistemas aire-aire. Al moverse, el agua golpea las bolsas de aire, lo que crea cargas de choque adicionales. Es posible que escuchemos clics o crujidos. Y si el suministro de agua se diluye con tuberías de plástico, durante la operación puede notar cómo se sacuden estas tuberías. Así es como reaccionan al golpe de ariete. Probablemente haya notado cómo se contrae la manguera en la trenza de metal. La razón es la misma: aumentos repentinos de presión. Tarde o temprano conducirán al hecho de que la tubería estallará en el punto débil, o la conexión se perderá (lo que es más probable y más común).

¿Por qué no se ha visto esto antes? Porque ahora la mayoría de las válvulas tienen una válvula de bola y el flujo se bloquea/abre de manera muy abrupta. Anteriormente, los grifos eran del tipo válvula y la compuerta bajaba lenta y gradualmente.

¿Cómo lidiar con el golpe de ariete en la calefacción y el suministro de agua? Por supuesto, puede enseñar a los habitantes de un apartamento o casa a no abrir los grifos bruscamente. Pero no puedes enseñarle a una lavadora o a un lavavajillas actitud cuidadosa a las tuberías. Y la bomba de circulación no se ralentizará en el proceso de arranque y parada. Por lo tanto, se agregan compensadores de golpe de ariete al sistema de calefacción o suministro de agua. También se les llama amortiguadores, amortiguadores.

¿Qué es un compensador de golpe de ariete: tipos, diseño, principio de funcionamiento?

Hay dos tipos de compensadores de golpe de ariete: membrana y válvula de resorte. Realizan la misma función: aceptan el exceso de líquido, reduciendo así la carga sobre otros elementos del sistema. Dado que estos dispositivos son pequeños, protegen aquellos dispositivos que se encuentran en las proximidades.

El compensador de golpe de ariete es un dispositivo pequeño, pero cambia la imagen significativamente

Cómo se organiza y funciona un compensador de membrana

Un compensador de golpe de ariete de membrana es un recipiente que está dividido en dos partes por una membrana elástica. Una de las partes está llena de aire, la otra está vacía en estado normal. El aire en la parte llena se bombea bajo una cierta presión. Para verificar / bombear presión en esta parte del cuerpo hay un carrete (boquilla). De fábrica, los productos se entregan con una presión inicial de 3 bar. Este es el valor "estándar" para la mayoría de los sistemas de calefacción de casas privadas de un piso. Si es necesario cambiar la presión, se conecta una bomba a la boquilla y se lleva al valor requerido. Este valor es un 20-30% más alto que el de trabajo en un sistema particular. Pero debería ser significativamente más bajo que el límite operativo del propio compensador.

Mientras la presión en el sistema no exceda la presión en esa parte del tanque, no sucede nada. Cuando se produce un golpe de ariete, bajo la acción de una mayor presión, la membrana se estira, parte del líquido ingresa al depósito. A medida que se normaliza, la membrana elástica tiende a volver a su estado normal, empujando el fluido hacia el sistema. Por lo tanto, el salto se suaviza.

Características del amortiguador de golpe de ariete de manantial

El segundo tipo de compensador de golpe de ariete funciona según el mismo principio: el líquido pasa al cuerpo cuando aumenta la presión. Pero el acceso al contenedor está bloqueado por un disco de plástico, que está sostenido por un resorte. La presión a la que comienza a fluir el líquido depende de la fuerza elástica del resorte. No puede regularlo de ninguna manera (al menos hasta que aparezcan modelos ajustables), por lo que debe seleccionar un dispositivo con los parámetros adecuados.

El principio de funcionamiento de este absorbedor es similar al descrito anteriormente. Mientras que la presión en el sistema es normal, el resorte presiona el disco contra la carcasa. Cuando se produce un golpe de ariete, se contrae, entra agua en el cuerpo. A medida que la presión disminuye, se vuelve menor que la fuerza elástica del resorte. Se expande gradualmente, devolviendo el líquido a la tubería.

Como puede ver, ambos dispositivos funcionan con un principio similar. Los modelos de resorte se consideran más confiables, ya que los elementos de trabajo en ellos están menos sujetos a desgaste (resorte de metal y plástico duradero). Pero las membranas también están hechas de materiales que largo tiempo no pierdan su elasticidad. Una ventaja adicional es la capacidad de establecer la presión a la que la membrana comienza a estirarse. Pero la desventaja puede considerarse la necesidad de controles regulares de presión y, si es necesario, bombeo.

El compensador de golpe de ariete es pequeño, solo una pequeña cantidad de agua puede caber en la carcasa (normalmente menos de 200 ml). Se instala en las inmediaciones frente a la fuente del golpe de ariete: una válvula de bola, un peine de agua, en una manguera a una lavadora o lavavajillas, después de una bomba de circulación, en un peine de piso calentado.

Puede montarlo en cualquier posición: arriba, abajo, al costado. Para los modelos de membrana, solo es importante que haya libre acceso a la tetina. Independientemente del diseño, no se recomienda instalar el dispositivo en ramas largas desde la red principal. La tubería de suministro debe ser lo más corta posible.

Al elegir, preste atención a la presión máxima de trabajo y compensada. El segundo punto es el diámetro de la conexión. Por lo general, es de 1/2 pulgada, pero también hay 3/4 y pulgada.

Al conectar una lavadora y / o lavavajillas, se instala una T en la manguera. Una salida libre de la T va a la máquina, se instala un compensador de golpe de ariete en la segunda.

Otras formas de lidiar con el golpe de ariete

Uno de opciones ya se ha expresado la neutralización del golpe de ariete: cierre los grifos suavemente. Pero esto no es una panacea, y es un inconveniente en nuestro tiempo acelerado. Y también hay electrodomésticos, no puedes enseñarles. Aunque algunos fabricantes tienen en cuenta este momento, y los últimos modelos están hechos con una válvula que cierra suavemente el agua. Es por eso que los compensadores y neutralizadores se están volviendo tan populares.

Compensador de golpe de ariete: un dispositivo pequeño (en comparación con una válvula de bola de latón)

Puede lidiar con el golpe de ariete de otras maneras:

Al distribuir o reconstruir un suministro de agua o un sistema de calefacción, inserte un trozo de tubería elástica frente a la fuente del golpe de ariete. Es caucho resistente al calor reforzado o plástico PPS. La longitud del inserto elástico es de 20-40 cm. Cuanto más largo es el tubo, más largo es el inserto.
Compra de electrodomésticos y válvulas de cierre y control de carrera suave. Si hablamos de calefacción, a menudo hay problemas con. No todos los servomotores funcionan sin problemas cuando el flujo está cerrado. La salida es instalar termostatos / termostatos con una carrera de pistón suave.
Utilice bombas con arranque y parada suaves.

El golpe de ariete es algo realmente peligroso para un sistema cerrado. Rompe radiadores, rompe cañerías. Para evitar problemas, es mejor pensar en las medidas de control por adelantado. Si todo ya funciona, pero hay problemas, es más inteligente y fácil instalar compensadores. Sí, no son baratos, pero las reparaciones costarán más.

Fabricantes, características, precios.

Lo mejor es comprar un compensador de golpe de ariete de empresas conocidas. Esta no es el área donde es apropiado guardar. Las más populares son varias empresas:

Hay otras empresas, pero no son tan populares. algunos por sobreprecio, otros no han ganado credibilidad. De todos modos, por ahora.

Información general sobre el golpe de ariete

Figura 1. Etapas de golpe de ariete

Cuando la válvula está cerrada, ocurren los siguientes procesos:

Mientras el grifo está abierto, el líquido se mueve a través de la tubería del apartamento a una velocidad de " ν ". Al mismo tiempo, la presión en el tubo ascendente y en la tubería del apartamento es la misma ( pag).
Cuando se cierra la válvula y se desacelera bruscamente el flujo, la energía cinética del flujo se convierte en trabajo de deformación de las paredes de la tubería y del líquido. Las paredes de la tubería se estiran y el líquido se comprime, lo que conduce a un aumento de la presión en una cantidad ∆p(presión de choque). La zona en la que se ha producido el aumento de presión se denomina zona de compresión de ondas de choque, y su sección extrema se denomina frente de ondas de choque. El frente de la onda de choque se propaga hacia el riser a una velocidad de "c". Aquí me gustaría señalar que la suposición de la incompresibilidad del agua, adoptada en los cálculos hidráulicos, no se aplica en este caso, porque El agua real es un líquido comprimible con una relación de compresión volumétrica de 4,9x10 -10 1/Pa. Es decir, a una presión de 20400 bar (2040 MPa), el volumen de agua se reduce a la mitad.
Cuando el frente de la onda de choque alcance el elevador, todo el líquido en la tubería del apartamento se comprimirá y las paredes de la tubería del apartamento se estirarán.
El volumen de líquido en el sistema de la casa es mucho mayor que en el cableado del apartamento, por lo tanto, cuando el frente de la onda de choque llega al elevador, el exceso de presión del fluido se suaviza en su mayoría al expandir la sección transversal y encender el volumen total de líquido en el sistema de la casa. La presión en la tubería del apartamento comienza a igualarse con la presión ascendente. Pero al mismo tiempo, la tubería del apartamento, debido a la elasticidad del material de la pared, restaura su sección transversal original, comprime el líquido y lo empuja hacia el tubo ascendente. La zona de eliminación de la deformación de las paredes de la tubería se extiende hasta la válvula con una velocidad de " Con».
En el momento en que la presión en la tubería del apartamento sea igual a la original, así como la velocidad del fluido, la dirección del flujo se invertirá ("punto cero").
Ahora el líquido en la tubería con una velocidad de " ν ” tiende a “desprenderse” de la grúa. Hay una "zona de rarefacción de onda de choque". En esta zona, la velocidad del flujo es cero y la presión del fluido se vuelve más baja que la inicial, lo que conduce a la compresión de las paredes de la tubería (reducción del diámetro). El frente de la zona de rarefacción se mueve hacia el tubo ascendente a una velocidad de " Con". Con un caudal inicial importante, el vacío en la tubería puede provocar una disminución de la presión por debajo de la atmosférica, así como una violación de la continuidad del caudal (cavitación). En este caso, aparece una burbuja de cavitación en la tubería cerca de la válvula, cuyo colapso conduce al hecho de que la presión del fluido en la zona de la onda de choque reflejada se vuelve mayor que el mismo indicador en la onda de choque directa.
Cuando se alcanza el frente de compresión de la onda de choque del elevador, la velocidad del flujo en la tubería del apartamento es cero y la presión del líquido es menor que la inicial y menor que la presión en el elevador. Las paredes de la tubería están comprimidas.
La diferencia de presión entre el líquido en el tubo ascendente y la tubería del apartamento hace que el líquido ingrese a la tubería del apartamento e iguale las presiones al valor original. En este sentido, las paredes de la tubería también comienzan a adquirir su forma original. Por lo tanto, se forma una onda de choque reflejada y los ciclos se repiten nuevamente hasta la extinción completa. En este caso, el intervalo de tiempo durante el cual pasan todas las etapas y ciclos del choque hidráulico no supera, por regla general, 0,001–0,06 s. El número de ciclos puede ser diferente y depende de las características del sistema.

En arroz. 2 Las etapas del golpe de ariete se muestran gráficamente.

Arroz. 2. Gráficos de cambio de presión durante el choque hidráulico.

Variedades de amortiguadores hidráulicos y disposiciones básicas de diseño.

T 3 ≤ 2L/c,

Δp = ρ ν s, Pa,

A su vez, la velocidad de propagación de la onda de choque c está determinada por la fórmula:

Tabla 1. Características de los líquidos

Tabla 2. Características de los materiales de las paredes de las tuberías

Tabla 3. Aumento de presión durante golpe de ariete a una velocidad de flujo de 3 m/s

Material y dimensiones de la tubería	Velocidad de la onda de choque, m/s	Δp, bar
polímero metálico






Polietileno







polipropileno



















Acero (tubos normales VGP)

Con golpe de ariete indirecto, el aumento de presión se calcula mediante la fórmula:

Tabla 4. La longitud de la sección de impacto directo para válvulas de cierre de agua

Posibles consecuencias de los choques hidráulicos

Los choques hidráulicos que se repiten periódicamente en las tuberías de los apartamentos pueden causar los siguientes problemas:

Arroz. 3. Entrada de agua en el mecanismo de conteo del medidor de agua como resultado de la extrusión de la junta

Arroz. 4. Daño característico del manómetro por golpe de ariete

Arroz. 5. Violación de la conexión de crimpado MPT como resultado del impacto del golpe de ariete

Arroz. 6. Destrucción por cavitación de la superficie interna de la oleada frente a la válvula solenoide

Arroz. 7. Tubería de polipropileno multicapa afectada por golpe de ariete

Arroz. 8. Tubería de metal-polímero "colapsada"

Tabla 5. Dependencia del punto de ebullición del agua con la presión

Si, por ejemplo, entra agua caliente con una temperatura de 70 ° C en la tubería del apartamento, y en la zona de rarefacción del golpe de ariete la presión cae a un valor absoluto de 0,3 atm, entonces en esta zona el agua se convertirá en vapor. . Teniendo en cuenta que el volumen de vapor en condiciones normales es casi 1200 veces mayor que el volumen de la misma masa de agua, es de esperar que este fenómeno pueda conducir a un aumento aún mayor de la presión en la zona de compresión de las ondas de choque.

Métodos de protección contra golpes de ariete en sistemas de apartamentos.

Arroz. 9. Tipos de amortiguadores hidráulicos

Los parámetros de resorte para compensadores de resorte se encuentran a partir de la expresión:

Existe una opinión entre los diseñadores e instaladores de que las válvulas de retención y los reductores de presión también tienen la capacidad de absorber los golpes de ariete.

Los reductores de presión de membrana tienen la capacidad de absorber parcialmente la energía de los golpes de ariete, pero están diseñados para efectos de fuerza completamente diferentes, por lo que el trabajo para amortiguar los frecuentes golpes de ariete los desactivará rápidamente. Además, un cierre brusco de la caja de cambios durante una onda de choque conduce, como en el caso de una válvula de retención, a la aparición de una onda de choque en la zona hasta la caja de cambios, que no está protegida por una membrana.

Amortiguador de golpe de ariete VT.CAR19

Arroz. 10. Amortiguador de golpe de ariete VALTEC VT.CAR19

Figura 11. Construcción del absorbedor VALTEC VT.CAR19

Las características técnicas y las dimensiones totales del absorbedor se dan en pestaña. 6.

Tabla 6. Especificaciones de VALTEC VT.CAR19

Nombre característico		Significado
Volumen de trabajo
Ajuste de fábrica de prepresión de la cámara de aire
Presión máxima durante el golpe de ariete

Presión máxima de operación en la tubería del apartamento protegido
Rango de temperatura media

Dimensiones (ver croquis):
H - altura
O - diámetro
G - rosca de conexión
Material:
	Acero inoxidable AISI 304L
Membrana

, bar.

La relación Eagua/Est para tuberías de diferentes materiales se toma según pestaña. 2.

∆P = β t Δt/β v \u003d 0.00015 (25 - 5) / 4.9 10 -9 \u003d 61.2 bar.

Tabla 7. Longitud máxima de tuberías protegidas de la expansión térmica (a ΔТ = 20°C)

Arroz. 12. Instalación de absorbedores directamente frente a los dispositivos protegidos

Tabla 8. Longitud de tramos de tubería protegidos por un extintor

Arroz. 13. Unidad de suministro de agua para apartamentos DSK-1

El golpe de ariete es un aumento repentino de la presión en una tubería causado por un cambio rápido en el caudal de agua. El golpe de ariete positivo ocurre debido al cierre abrupto de la válvula, y el golpe de ariete negativo ocurre debido a la apertura abrupta. El golpe de ariete positivo es muy indeseable para los sistemas de calefacción y suministro de agua.

Las consecuencias pueden ser: grietas en las tuberías, fallas en la bomba, el intercambiador de calor, el medidor de agua, el manómetro y otros equipos de presión y, por supuesto, el cese del suministro de agua y calor a la casa, la inundación de los vecinos en el apartamento de los pisos inferiores. Lo peor de todo es la ruptura del oleoducto. La exposición constante a golpes puede provocar la despresurización incluso de un nuevo suministro de agua.

Causas del golpe de ariete

Cierre/apertura brusca de válvulas
La presencia de aire en las tuberías (es necesario purgar el aire del sistema)
Interrupciones en el funcionamiento o fallo de la bomba
Errores de instalación del sistema

En un sistema moderno, en lugar de válvulas roscadas, que permiten un cierre suave del flujo de agua, con mayor frecuencia usan Válvulas de bola, que se superponen marcadamente al sistema. Su uso es cómodo y fiable, pero el número de golpes de ariete aumenta con su uso en el sistema.

Si el sistema de suministro de agua no está instalado correctamente, también pueden ocurrir golpes de ariete usando válvulas. La razón principal - transiciones bruscas en el diámetro de la tubería. Cuando un líquido se mueve bajo presión a través de una tubería de gran diámetro y llega al lugar donde la tubería se "estrecha", esto también puede causar problemas, ya que cualquier obstáculo en el camino de un líquido que se mueve a una velocidad cambia su volumen y, en consecuencia, la presión. Esto también se aplica a giros cerrados y curvas de tubería. Las tuberías con un diámetro de tubería de hasta 100 mm y el cableado a largas distancias son las menos protegidas de tal impacto.

El golpe de ariete también se produce debido a la formación de vacíos de aire, especialmente en un codo de tubería.

La siguiente figura muestra claramente lo que le sucede a la tubería cuando el grifo se cierra bruscamente: golpe de ariete:

Maneras de prevenir el golpe de ariete

Puede proteger el sistema de suministro de agua de una casa o apartamento de diferentes maneras:

Primero, debe inspeccionar todo el sistema en busca de fugas y la idoneidad general para el uso, el grado de desgaste de la tubería. Las tuberías viejas deben reemplazarse por otras nuevas. La confiabilidad del sistema depende de la calidad de los materiales y de la correcta instalación.
Instalación de válvulas de tipo válvula. Cierre suavemente el grifo para que la presión en el sistema de suministro de agua se iguale sin problemas.
Uso de tuberías más grandes . Elija un diámetro de tubería superior a 100 mm. Cuanto mayor sea el diámetro de las tuberías, menor será el caudal de agua y, en consecuencia, el golpe de ariete.
Evite los tramos largos de tubería y las curvas pronunciadas para evitar bolsas de aire.
Evite los cambios bruscos de temperatura en la tubería de agua. Al diseñar una casa, se debe tener en cuenta que las tuberías van a aquellos lugares y habitaciones donde la diferencia de temperatura será mínima. Hacer aislamiento de tuberías.
Siempre tome medidas preventivas:

Verificar el funcionamiento del grupo de seguridad: manómetro, purgador de aire, válvula de seguridad.
Controle periódicamente el estado de los filtros que atrapan la arena y el óxido.

Utilizar equipo compensatorio.

Compensadores y amortiguadores de golpe de ariete- dispositivos especiales que sean capaces de tomar una parte del líquido del sistema general cuando aumenta la presión, reduciéndola así.

Si su hogar se abastece de agua de una fuente autónoma mediante un equipo de bombeo, utilice acumulador hidraulico. es parte de estaciones de bombeo y es un tanque con membrana de goma, donde, durante un golpe de ariete, se descargará el exceso de agua hasta que se normalice la presión del sistema. Un presostato es un elemento que no te salvará del golpe de ariete, pero apagará la bomba cuando cierres el grifo y la presión supere un determinado valor. En este caso, hay que tener en cuenta que la bomba no se apagará inmediatamente. Utilice una bomba con un convertidor de frecuencia que regule automáticamente su funcionamiento y garantice un arranque y una parada suaves. Se excluye un fuerte aumento de la presión en el sistema, que conduce a un golpe de ariete.

Como amortiguador, puede utilizar un tubo de plástico elástico o caucho reforzado resistente al calor, que amortiguará la energía del golpe de ariete.

Los más vulnerables a los choques hidráulicos son las tuberías largas, por ejemplo, la calefacción por suelo radiante. Para asegurar dicho sistema, está equipado con una válvula termostática.

Termostato con super protección. En ocasiones se utiliza un termostato con protección especial contra golpes de ariete. Dichos dispositivos tienen un mecanismo de resorte instalado entre la válvula y el cabezal térmico. Con exceso de presión, el resorte se activa y no permite que la válvula cierre completamente, en cuanto la fuerza del golpe de ariete disminuye, la válvula cierra suavemente. Instale dicho termostato estrictamente en la dirección de la flecha en la carcasa.

Esquema del dispositivo compensador de choque hidráulico.

Los diagramas anteriores muestran ejemplos de cómo instalar correctamente las juntas de expansión. Se pueden montar en horizontal o en vertical, en colectores de agua fría y caliente o en cualquier tramo de tubería que llegue al punto final de consumo de agua.

Aquí es necesario prestar atención al hecho de que no se debe permitir el estancamiento de agua en la entrada del compensador, de lo contrario, las bacterias pueden comenzar a multiplicarse en el sistema. Por lo tanto, la instrucción no permite su instalación en la parte superior del elevador.

Según las estadísticas, más de la mitad de los accidentes de tuberías no se deben a la corrosión ni a la fatiga del material. Su causa es el golpe de ariete en el sistema de suministro de agua. Pero se pueden evitar por completo si monta inmediatamente el sistema de acuerdo con todas las reglas y lo equipa con dispositivos especiales que amortiguan la onda de choque.

Las medidas de protección enumeradas anteriormente serán más efectivas si se aplican de manera compleja, y siempre es posible neutralizar las desagradables consecuencias del golpe de ariete y prolongar la vida útil de las tuberías y los electrodomésticos.