Hidrológica

INTRODUCCION:

El Golpe de Ariete es el causante principal de las averías en tuberías e instalaciones hidráulicas. Al cerrar bruscamente una válvula o un grifo instalado en el extremo de una tubería de cierta longitud, las partículas de agua que quedan detenidas son presionadas por las que vienen avanzando detrás y aún siguen moviéndose. Esto causa una sobrepresión que se desplaza por la tubería a una velocidad un tanto menor que la velocidad del sonido en el agua.

OBJETIVOS:

• Entender que ocasiona el llamado golpe de ariete para trabajar en evitar o mitigar dicho problema en instalaciones hidráulicas.

• Evitar roturas en los accesorios instalados en los extremos (grifos, válvulas, etc).

MARCO TEORICO:

El Golpe de Ariete es un fenómeno transitorio que se presenta en las condiciones a presión, en el que la tubería no se considera rígida y el líquido se trata como compresible; es frecuente que en líneas de conducción por gravedad para el abastecimiento de agua a poblaciones, en las obras de toma de algunas presas y en los conductos de alimentación y desfogue en plantas hidroeléctricas ocurran perturbaciones en el flujo permanente inicial debido a los procesos de regulación del gasto, cuando el movimiento del líquido que circula a través de ellas, es modificado bruscamente, dando inicio al GOLPE de ARIETE.

CAUSAS POR LAS QUE SE PRODUCE:

En general el GOLPE de ARIETE es ocasionado por causas imprevistas como son: cierres bruscos de válvulas ante las turbinas, causados por averías en los mecanismos de amortiguamiento; el no funcionas las válvulas en caso de una descarga brusca del grupo; el golpe de una roca contra la tubería, originando una onda que se transmite a lo largo del conducto y puede producir una rotura en algún sitio alejado del punto de impacto; fallas en el suministro de energía que requiere una bomba para su adecuado funcionamiento, que obligan al cierre súbito de la válvula de retención, para evitar el paso del agua hacia la bomba. En fin, cualquier variación de caudal en un sistema hidráulico que obliga al cierre parcial o total de una válvula o de cualquier dispositivo de regulación, provoca perturbaciones de flujo, desencadenando el fenómeno.

La variación en el movimiento del líquido se manifiesta básicamente con modificaciones en las condiciones de presión y velocidad del flujo, repercutiendo en los diferentes elementos que están en contacto con el fluido; generando esfuerzos superiores a los normales (en el flujo permanente). Inicialmente el fluido posee una energía cinética Ec = ½ m v² . Al disminuir la velocidad se reduce la ecuación, transformándose en energías vibratorias, ondulatorias y en calor. Las dilataciones y contracciones cíclicas de la conducción originan esfuerzos de fatiga en el material del cual está fabricada y provocan los destrozos ya mencionados.

DEFINICIÓN DE TÉRMINOS

Por analogía se denomina GOLPE de ARIETE, el fenómeno que se presenta en las redes de acueductos, en particular si se cierra rápidamente una válvula, produciendo un ruido característico como un "latigazo" que resuena, hasta apagarse del todo. Así pues, recordando el teorema de Bernulli una vena líquida repentinamente detenida, transformará toda su energía cinética en energía de presión (altura piezométrica, presión cinética h´). Esta sobre-presión h´ busca "desesperadamente" un desahogo, es capaz de romper las tuberías, arrancarlas de su sitio, deteriorar accesorios, etc. y llega a producir fenómenos insospechados como si se tratara de una verdadera explosión de red.

El GOLPE de ARIETE también se da en caso de cierre gradual de una válvula aunque en menor intensidad. También hay un GOLPE de ARIETE "al revés" gran depresión cuando repentinamente se abre una válvula.

EL GOLPE DE ARIETE EN REDES INTERIORES DE ACUEDUCTO

La tubería es rígida no deformable: caso teórico, el Módulo de elasticidad del material (E) tiene un valor infinito.

Al ser detenida súbitamente la vena líquida su energía cinética se convierte en energía de presión sobre el agua y energía elástica de deformación del agua, al quedar fuertemente comprimida contra la válvula cerrada. La tubería no se deforma, dad su rigidez infinita.

La tubería es plástica o deformable: casos reales de la práctica tienen un mayor o menor grado de elasticidad.

La sobre-presión se "desahoga" en sucesivas dilataciones y contracciones del agua y de la tubería, como en un movimiento oscilatorio, hasta desvanecerse totalmente, a lo cual coadyuda también el rozamiento.

DESCRIPCIÓN DEL GOLPE DE ARIETE

TUBERIA EN PERIODO DE SERVICIO NORMAL VÁVULA ABIERTA

El agua fluye con una velocidad uniforme, bajo una presión h supuesta constante sin considerar rozamiento, el diámetro de la tubería es normal

INICIACIÓN DEL FENOMENO, CIERRE RÁPIDO DE LA VÁLVULA B

Repentinamente se cierra la llave B, en un tiempo teórico t = 0. El primer "bloque líquido" ? Volumen en el frente de la vena líquida, se "aplasta" o comprime fuertemente contra la válvula cerrada, su energía cinética se convierte bruscamente en energía de presión (sobre-presión h´). La presión total en el extremo de la tubería es ahora H = h+ h´ ; y la velocidad del primer bloque se aula. El extremo B de la tubería se ensancha debido a h´. Entre tanto, otros bloques líquidos son "progresivamente" detenidos a partir del primero, el agua se comprime y la tubería se va ensanchando en el sentido de B hacia A, como se aprecia en la figura 2, en la cual apenas se está iniciando el fenómeno.

ORIGEN

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