Calculadora de golpe de ariete: qué datos necesitas y para qué problemas sirve

Qué hay que tener a mano para cada situación de cálculo, para qué problemas sirve cada una y cómo completar la memoria (datos del proyecto, orígenes, criterios y contexto) para que el documento salga completo y bien argumentado.

1. Antes de empezar: lo común a todos los casos

¿Es aplicable el método?

La calculadora estima la sobrepresión máxima de un golpe de ariete con las fórmulas clásicas: la celeridad de la onda (Korteweg), el tiempo crítico t_c = 2L/a y, según la duración de la maniobra, Joukowsky (maniobra rápida, T ≤ t_c) o Michaud (maniobra lenta, T > t_c). Con el perfil, reparte esa sobrepresión a lo largo de la conducción según Mendiluce. Es aplicable si:

• la instalación es una conducción simple: un solo material, diámetro y espesor, entre un depósito y una válvula, o entre unas bombas y un depósito de llegada. No cubre redes ramificadas ni malladas, ni conducciones con cambios de diámetro;
• la onda se refleja en un depósito de nivel constante en el otro extremo;
• basta una estimación de proyecto de las presiones extremas. Las envolventes no consideran las pérdidas de carga. Un análisis detallado del transitorio, con fricción, dispositivos de protección (calderines, chimeneas, ventosas, volantes de inercia) o varias maniobras, requiere una simulación por el método de las características;
• el fluido es agua: densidad 1000 kg/m³ y módulo de compresibilidad 2,1 GPa, fijos y declarados en Hipótesis;
• la tubería está anclada con juntas de dilatación (coeficiente de coacción c₁ = 1), con pared delgada.

Situación: cierre de válvula o parada de bombeo

La primera elección es la situación, que fija dónde nace la onda y qué datos de la maniobra se piden:

Datos que piden todos los casos

La página ofrece el módulo de los materiales habituales (acero, fundición dúctil, hormigón armado, PRFV, PVC, PEAD), con valores de corta duración. Cada campo tiene su propio selector de unidad. La memoria presenta los datos en las unidades que eligió el usuario y hace el cálculo en SI, con la conversión al principio del desarrollo.

Datos de la memoria (formulario «Memoria de cálculo»)

Todos son opcionales, pero cada uno que falta deja un hueco visible en el documento.

Origen de cada dato

Cada entrada tiene su campo de origen, de hasta 160 caracteres, que aparece en la tabla de datos y que la redacción usa para explicar la procedencia. Si se deja vacío, el documento dice «Dato del Autor».

Buenos orígenes son concretos y verificables:

• «Perfil longitudinal del proyecto, lámina P-02»;
• «Catálogo del fabricante, PEAD PE100 SDR 17»;
• «Ficha técnica de la válvula de mariposa, actuador de 30 s»;
• «Curva de la bomba, punto de funcionamiento con dos bombas en paralelo».

El origen es también el lugar para la normativa: la redacción solo cita normas o referencias que figuren en los orígenes.

2. Situación 1 — Sobrepresión de la maniobra

«¿Cuánto sube y baja la presión con este cierre o esta parada?» Sin nivel estático ni perfil.

Para qué problemas

• Saber si una maniobra es rápida o lenta frente al tiempo crítico de la conducción, y qué sobrepresión produce.
• Elegir el tiempo de cierre de una válvula para que la maniobra sea lenta.
• Una primera estimación antes de tener el perfil de la conducción.

Datos necesarios

Los comunes, más la maniobra de la situación elegida (T en la válvula; Hm, y T si se conoce, en el bombeo).

Qué entrega la memoria

• Resultados: celeridad de la onda a, tiempo crítico t_c, tiempo de maniobra (dado o de Mendiluce), fórmula aplicada (Joukowsky o Michaud, la elige el cálculo) y sobrepresión ΔH.
• Sin verificaciones: sin presiones de la conducción no hay nada que comparar con un límite.

3. Situación 2 — Envolventes a lo largo de la conducción

«¿Qué presiones máxima y mínima soporta cada punto de la conducción, y resiste la tubería?» Con el nivel estático y el perfil del eje.

Para qué problemas

• Comprobar que la depresión no llega a la presión de vapor en los puntos altos del trazado (riesgo de separación de columna).
• Comprobar que la presión máxima no supera la presión nominal (PN) de la tubería.
• Localizar el punto más desfavorable de la conducción para decidir dónde proteger.

Datos necesarios

Los de la situación 1, más:

• Las progresivas se escriben en la unidad de L, como número o como abscisa («0+600,00»), y las cotas en la unidad de Zs.
• Conviene elegir los puntos intermedios donde la conducción es más alta o cambia de pendiente: ahí suelen estar las presiones mínimas.

Qué entrega la memoria

• Resultados: los de la situación 1, la longitud crítica L_c = a·T/2 y las presiones máxima y mínima de la conducción, cada una con su progresiva.
• Tabla de envolventes en cada punto del perfil (y en el quiebro L_c, si cae dentro): sobrepresión, cotas de las envolventes y presiones máxima y mínima.
• Gráfico a escala del perfil y las envolventes, con la resistencia de la tubería si se da la PN, y en rojo los tramos fuera de límite.
• Verificaciones, en el punto más desfavorable: depresión frente a la presión de vapor y, con PN, presión máxima frente a la PN.

Criterio de verificación

• La verificación de depresión tiene un interruptor «No aplicar». El documento declara entonces en Hipótesis que no se aplica por criterio del Autor, y el gráfico deja de dibujar la línea de vapor.
• La PN no tiene interruptor: si no se quiere verificar la presión máxima, no se da.

4. A tener en cuenta en todas las situaciones

• Avisos de la calculadora. Dos situaciones invalidan el método clásico y se avisan en la página, no en la memoria:
  • la presión mínima cae por debajo de la de vapor: es probable la separación de columna, y el modelo deja de ser representativo;
  • en el bombeo, con una velocidad menor de 0,5 m/s, fuera del campo de la fórmula de Mendiluce: conviene dar el tiempo de parada medido.
• Pendiente hidráulica alta. En el bombeo, si Hm/L supera el 50 %, la parada es muy rápida y se aplica Joukowsky (recomendación de Mendiluce). El documento lo declara en Hipótesis.
• El tiempo de maniobra decide el resultado. En la válvula, el T de la ficha del actuador suele ser el total; el que cuenta es el cierre efectivo, el tramo final en el que la válvula estrangula de verdad el caudal. Conviene explicarlo en el origen.
• Espesor y diámetro interior salen del mismo catálogo y de la misma clase de tubo: un PEAD SDR 11 y uno SDR 17 del mismo diámetro nominal tienen celeridades muy distintas.

5. El contexto del proyecto

El campo «Contexto del proyecto (opcional)» orienta la redacción de la introducción, el análisis y las conclusiones. No se imprime tal cual: el texto lo integra donde corresponde. Admite hasta 1 000 caracteres.

Qué debe contar: situación y motivación

El contexto explica por qué se hace el cálculo y en qué situación está la instalación, no los números del cálculo:

• qué es la conducción y en qué estado está: impulsión nueva, conducción existente con roturas, cambio de bombas;
• qué motivó el cálculo: roturas tras cortes de energía, ruidos o golpes al cerrar una válvula, una ampliación del bombeo, la exigencia de la supervisión;
• qué decisión depende del resultado: la clase de tubería, el tiempo de cierre de la válvula, la necesidad de estudiar protecciones;
• condicionantes cualitativos que ayuden a leer el resultado: un punto alto del trazado, cortes de energía frecuentes, una válvula de accionamiento manual.

La redacción coloca los antecedentes y el propósito en la introducción, y lo que condiciona la decisión en las conclusiones. Usa solo lo que dice el contexto, sin ampliarlo ni deducir hechos nuevos.

Qué no debe llevar

• Cifras del cálculo. Longitudes, cotas, velocidades, tiempos y presiones van en sus campos, donde se verifican y aparecen en las tablas. Una PN que solo está en el contexto no se compara con nada.
• Normativa o referencias. Van en el origen del dato o del criterio correspondiente, que es lo que la redacción puede citar.
• Conclusiones anticipadas («hace falta un calderín»): las conclusiones salen del cálculo, y la memoria no receta medidas.
• Instrucciones de redacción («hazlo breve», «menciona X»): el contexto es material del proyecto, no órdenes.

Extensión

• Una frase basta para orientar la introducción.
• A partir de unas 30 palabras, el contexto se considera sustantivo y la introducción puede crecer hasta unas 150 palabras o dos párrafos, para recogerlo sin recortar.
• Más extensión no mejora el documento si no añade situación o motivación.

Ejemplos por situación

Parada de bombeo con perfil (impulsión existente)

Impulsión de PEAD desde la estación de bombeo hasta el depósito del barrio alto. En los últimos meses se han producido dos roturas tras cortes de energía en la zona. Se evalúa el golpe de ariete de la parada de las bombas antes de decidir si se estudian protecciones.

Cierre de válvula con perfil (proyecto)

Aducción por gravedad desde el depósito de cabecera hasta la planta de tratamiento, con una válvula de regulación a la entrada de la planta. El cálculo sirve para fijar el tiempo mínimo de cierre de la válvula y la clase de tubería.

Sobrepresión de la maniobra (estimación preliminar)

Anteproyecto de la impulsión del nuevo pozo. Aún no se dispone del perfil definitivo; se estima el orden de la sobrepresión para elegir el material de la tubería.

Contexto mejorable, y por qué

«Impulsión de 1 500 m con PN 10, verificar que la sobrepresión no supere los 100 m según la norma.»

La longitud, la PN y la norma son datos. Lo correcto es:

• poner la longitud en L y la PN en su campo, con el nivel estático y el perfil para que se verifique;
• citar la norma en el origen de la PN;
• dejar en el contexto solo la motivación: «Se comprueba si la tubería existente resiste el golpe de ariete de la parada de las bombas».

6. Lista rápida por situación