Para detener las fuertes vibraciones y ruidos en las tuberías de vapor, es decir, el llamado golpe de ariete (water hammer), lo fundamental es combinar dos aspectos: “evacuar de forma segura el condensado (drenaje) acumulado dentro de la tubería” y “evitar la apertura y el cierre bruscos de las válvulas, así como los cambios repentinos de la velocidad del flujo”. El golpe de ariete no se produce por una sola causa, sino por la combinación de varios factores como el estancamiento del condensado, la apertura y cierre brusco de válvulas y las variaciones repentinas de la velocidad del flujo. Por lo tanto, resulta más realista abordar las medidas desde ambos frentes: la evacuación del condensado (correcta disposición de las trampas de vapor y la pendiente) y el aspecto operativo (calentamiento gradual y velocidad de apertura y cierre de las válvulas). En este artículo se resumen los principales mecanismos que generan las vibraciones y ruidos en las tuberías de vapor, así como las medidas concretas que pueden adoptarse en campo.
Puntos clave de este artículo
- El golpe de ariete no se produce únicamente porque “el condensado es empujado por el vapor”, sino por múltiples factores como la apertura y cierre brusco de válvulas y las variaciones repentinas de la velocidad del flujo.
- Los pilares de las medidas son la evacuación segura del condensado (pendiente, trampas de vapor y purga de aire) y el calentamiento gradual junto con la operación cuidadosa de las válvulas.
- No existe una única solución universal; es importante identificar los factores en cada sistema de tuberías y combinar las medidas correspondientes.
Principales mecanismos que provocan el golpe de ariete
Las vibraciones y ruidos en las tuberías de vapor se producen cuando varios fenómenos actúan de forma aislada o combinada. A continuación se resumen los más representativos.
Golpe de ariete por estancamiento del condensado
En tuberías detenidas o insuficientemente precalentadas, el vapor se enfría y genera condensado (drenaje), que se acumula en la parte inferior de la tubería. Cuando el vapor entra en esa zona, el condensado acumulado es expulsado y se desplaza a alta velocidad, chocando contra codos, válvulas o puntos de obstrucción, lo que provoca impactos y ruido. Además, cuando el vapor a alta temperatura entra en contacto con el condensado y se condensa bruscamente, el agua circundante puede precipitarse de golpe hacia el espacio generado, produciendo una fuerte presión de impacto (golpe de ariete por condensación del vapor). Si se producen ruidos violentos justo al iniciar la operación (durante el precalentamiento), se sospecha que la causa es este condensado estancado.
Golpe de ariete por apertura y cierre brusco de válvulas o variación repentina de la velocidad del flujo
Cuando la velocidad del fluido que circula por la tubería cambia de forma repentina, la energía cinética se transforma en variaciones de presión, y la onda de presión va y viene por el interior de la tubería, generando vibraciones y ruido. Operaciones como cerrar bruscamente una válvula, abrirla de golpe o la parada repentina de una bomba suelen ser el detonante, y esto puede ocurrir con independencia de la presencia o no de condensado. No se limita a los sistemas de vapor, sino que ocurre igualmente en tuberías de líquido, y tiende a producir impactos mayores cuanto más alta es la velocidad del flujo en relación con el diámetro.
Mezcla de gas y líquido / flujo inestable
En un estado de flujo bifásico, en el que el vapor y el condensado circulan mezclados, el flujo puede pulsar y mantener las vibraciones. Este fenómeno tiende a producirse cuando se combinan condiciones como una separación y evacuación insuficientes del condensado o una pendiente inadecuada que impide que el agua fluya hacia abajo.
Medidas concretas para detener las vibraciones y ruidos
Dado que existen múltiples factores, las medidas también deben combinarse. En primer lugar, identifique qué factor predomina en su propio sistema y, a continuación, considere los siguientes puntos.
Evacuar el condensado de forma segura
- Para que el condensado circule con facilidad, asegure una pendiente descendente en el sentido del flujo del vapor (por lo general, como referencia, entre 1/100 y 1/250 aproximadamente).
- Instale en las posiciones bajas —como tramos horizontales largos o antes de los tramos ascendentes— y en los extremos, un depósito para recoger el condensado (bolsa de drenaje) junto con una trampa de vapor. Si el depósito de condensado tiene un diámetro o una profundidad demasiado pequeños, no logrará recoger todo el condensado y provocará su estancamiento, por lo que debe dimensionarse acorde a la cantidad de condensado que se desea captar.
- Seleccione la trampa de vapor con un tipo y una capacidad adecuados a las condiciones de carga y presión. Si hay falta de capacidad o un funcionamiento deficiente, no se logrará evacuar la gran cantidad de condensado generada durante el precalentamiento, lo que provocará su estancamiento.
- Para evacuar el aire que se acumula dentro de la tubería en el arranque, instale una purga de aire (venteo de aire) según sea necesario.
Procurar un calentamiento gradual y una operación cuidadosa de las válvulas
- En el arranque, en lugar de abrir de golpe la válvula principal por completo, resulta más fácil suprimir el golpe de ariete provocado por la gran cantidad de condensado inicial si se realiza un precalentamiento (calentamiento) lento con una pequeña cantidad de vapor antes de pasar a la operación normal.
- No realice la apertura y el cierre de las válvulas de forma brusca; opérelas de manera gradual. En los sistemas en los que no se puede evitar un cierre rápido, también es una opción adoptar válvulas que se cierren lentamente o equipos que amortigüen las variaciones de presión.
- Estabilizar la presión y el caudal mediante válvulas reductoras de presión, entre otros, también puede resultar eficaz en algunos casos para suprimir las variaciones repentinas de la velocidad del flujo.
Revisión de los equipos auxiliares y la disposición
- En algunos casos se instalan filtros (strainers) o separadores con el objetivo de separar y eliminar el condensado. El filtro tiene como objetivo principal la eliminación de partículas extrañas, y cambiar su posición de montaje no elimina por sí mismo el golpe de ariete. Considere la orientación de instalación únicamente en el sentido de recomendar la posición horizontal para evitar la acumulación de condensado; la solución de fondo reside en la evacuación del condensado y en el aspecto operativo.
- Revise también si en el trazado de la tubería existen puntos ciegos o pendientes invertidas donde el agua tienda a acumularse, y si la holgura en los soportes está amplificando las vibraciones.
Cabe señalar que todos los valores numéricos anteriores son referencias generales, y el valor adecuado real varía según condiciones como la presión del vapor, el caudal, la longitud de la tubería y el patrón de operación.
Preguntas frecuentes
Q1. ¿La única causa del golpe de ariete es el condensado?
A1. No. El estancamiento del condensado es uno de los factores principales, pero también se produce por la apertura y cierre brusco de válvulas o por variaciones repentinas de la velocidad del flujo. Con frecuencia se combinan varios factores, por lo que es necesario identificarlos en cada sistema.
Q2. ¿Se detiene con solo instalar una trampa de vapor?
A2. La trampa es eficaz para evacuar el condensado, pero si su capacidad o su posición de instalación no son adecuadas, el estancamiento persistirá. Es imprescindible revisarla junto con la pendiente y el tamaño del depósito de condensado.
Q3. ¿Por qué el ruido es más fuerte justo al arrancar?
A3. Se considera que se debe a que el condensado acumulado durante la parada es expulsado al iniciar el precalentamiento. Resulta más fácil de reducir mediante un calentamiento gradual y asegurando la vía de evacuación del condensado en el arranque.
Q4. ¿Se soluciona con solo operar la válvula lentamente?
A4. Cabe esperar efecto para el golpe de ariete causado por la operación de la válvula, pero si la causa es el estancamiento del condensado, se requieren medidas de evacuación aparte. Recomendamos identificar primero el factor.
Q5. ¿Se soluciona cambiando la orientación del filtro?
A5. El filtro tiene como objetivo principal la eliminación de partículas extrañas, y no es algo que se solucione solo con cambiar la orientación de montaje. Como mucho se recomienda la instalación en posición horizontal; la solución de fondo reside en la evacuación del condensado y en el aspecto operativo.
Q6. ¿Cuánta pendiente necesita la tubería?
A6. En general se toma como referencia una pendiente descendente de entre 1/100 y 1/250 aproximadamente en el sentido del flujo del vapor, aunque varía según las condiciones. Es importante un diseño en el que no se generen pendientes invertidas ni acumulaciones de agua.
Q7. ¿Instalar una válvula reductora de presión sirve como medida contra el golpe de ariete?
A7. En algunos casos, al estabilizar la presión y el caudal se pueden suprimir las variaciones repentinas de la velocidad del flujo. Sin embargo, no es una solución por sí sola; considérela en combinación con las medidas contra el condensado.
Resumen y consultas
Las fuertes vibraciones y ruidos en las tuberías de vapor (golpe de ariete) se producen por múltiples factores como el estancamiento del condensado, la apertura y cierre brusco de válvulas y las variaciones repentinas de la velocidad del flujo. Lo fundamental para detenerlos es la evacuación segura del condensado mediante pendiente descendente, depósito de condensado y trampa de vapor, junto con un calentamiento gradual y una operación cuidadosa de las válvulas. Como no existe una única solución universal, el camino más rápido es identificar el factor predominante en cada sistema y combinar las medidas.
Si tiene inquietudes como “no sé decidir en qué posición instalar la trampa”, “me preocupa si la capacidad actual de la trampa es suficiente”, “no sé si el diámetro de la válvula reductora de presión es el adecuado” o “quiero seleccionar un producto equivalente a una válvula ya instalada”, consulte a Yoshitake indicando también las condiciones de la tubería (presión del vapor, caudal, longitud de la tubería, patrón de operación, etc.). Como consulta técnica y de selección, le ayudaremos a elegir el equipo adecuado a sus condiciones.