Informe Automatismos

TEMA: GOLPE DE ARIETE

OBJETIVOS

GENERAL:

Analizar las fluctuaciones de la presion, causadas por el estrangulamiento rapido de una corriente líquida denominado golpe de ariete.

ESPECÍFICOS:

• Analizar la información referente al golpe de ariete.

• Analizar la información referente a la bomba de ariete hidraúlico.

MARCO TEÓRICO:

Se denomina golpe de ariete al choque violento que se produce sobre las paredes de un conducto forzado, cuando el movimiento líquido es modificado bruscamente. En otras palabras, el golpe de ariete se puede presentar en una tubería que conduzca un líquido hasta el tope, cuando se tiene un frenado o una aceleración en el flujo; por ejemplo, el cambio de abertura en una válvula en la línea. Al cerrarse rápidamente una válvula en la tubería durante el escurrimiento, el flujo a través de la válvula se reduce, lo cual incrementa la carga del lado aguas arriba de la válvula, iniciándose un pulso de alta presión que se propaga en la dirección contraria a la del escurrimiento. Esta onda provoca sobrepresiones y depresiones las cuales deforman las tuberías y eventualmente la destruyen. Si hay roce y la tubería es elástica parte de la energía se va perdiendo y las sobrepresiones son cada vez menores hasta que el fenómeno se extingue.

En el caso de cierre de una válvula, la fuerza viva con que el agua estaba animada se convertiría en trabajo, determinando en las paredes de la tubería presiones superiores a la carga inicial.

Si se pudiera cerrar la válvula en un tiempo t = 0, se produce el cierre instantáneo y considerando que el agua fuese incompresible y la tubería no fuese elástica, la sobrepresión tendría valor infinito. En la práctica, el cierre lleva algún tiempo, por pequeño que sea y la energía que va a absorberse se transforma en esfuerzos de compresión del agua y deformación de las paredes de la tubería.

La sobrepresión no es infinita, pero tiene un valor más o menos alto según el tiempo de cierre y el material de que esté hecha la tubería. La temperatura también influye, aunque no mucho. Esta sobrepresión se origina en la válvula que se cierra, y viaja por la tubería a una velocidad que se llama celeridad "Cs". Estas ondas de sobrepresión forman parte de las llamadas ondas transientes, y suelen ir seguidas de ondas de depresión.

En la Ingeniería es muy importante determinar la magnitud de esta sobrepresión con el objeto de poder diseñar las tuberías con suficiente resistencia para soportarla. En las válvulas operadas a discreción la sobrepresión no es muy grande porque se procura que Tv sea grande (cierre lento). Pero en las salidas de operación de equipos (parada de bombas, daño de válvulas, etc.) la sobrepresión puede ser muy grande, por lo que se procura disminuirla con válvulas de alivio, cámaras neumáticas, chimeneas de equilibrio, etc.

En la figura tenemos un reservorio, una tubería y una válvula colocada a una distancia "L". Si la válvula se cierra en un tiempo "Tv", se desarrollará una sobrepresión "D h" que viajará con una celeridad "Cs". Cuando la onda llega al reservorio, toda la tubería está dilatada y toda el agua está comprimida por la sobrepresión. Sin embargo, es imposible que en el reservorio exista una presión superior a la carga hidráulica "h", por lo cual la sobrepresión "D h" se reduce a cero en el punto "A".

Igual como sucede en un resorte largo que es estirado y luego dejado libre, la tubería debido a la elasticidad del material de que está hecha, se contrae hasta un tamaño ligeramente menor que el previo a la sobrepresión, produciéndose una salida de agua mayor que el aumento de volumen causado por la sobrepresión.

Este fenómeno es acompañado por una reducción de la presión que, por inercia, debería ser (en teoría) igual y de sentido inverso a la sobrepresión.

Este fenómeno se repetirá continuamente, presentándose una serie de ondas de presión que oscilan entre valores de (+ D h) y (- D h) cada vez menores, debido a la disipación de la energía, hasta que finalmente es sistema se estabiliza llegando a tenerse la presión hidrostática.

La celeridad es la velocidad de propagación de la onda, la cual puede ser calculada por la fórmula:

Dónde: C= Celeridad de la onda; m/s

D= Diámetro de los tubos; m

E= Espesor de los tubos; m

K= Coeficiente que tiene en cuenta los módulos de elasticidad.

Estos valores se conocen en tablas para determinado material.

FASE O PERIODO DE LA TUBERÍA

CLASIFICACIÓN Y DURACIÓN

Se denomina fase o periodo de la tubería el tiempo en que la onda de sobrepresión va y vuelva de una extremidad a otra de la tubería.

Siendo L = longitud de la tubería.

C = Velocidad de propagación de la onda (celeridad)

Cuando la onda llega, al regresar, ella cambia de sentido, haciendo de nuevo el mismo recorrido de ida y vuelta en el mismo tiempo T, pero con signo contrario, bajo la fórmula de onda de depresión

El tiempo de cierre de la válvula es un factor importante. Si el cierre es muy rápido, la válvula quedará completamente cerrada antes de actuar la onda de depresión. Por otro lado si la válvula es cerrada lentamente, habrá un tiempo para que la onda de depresión actúe, antes de la obturación completa. De ahí la clasificación de las maniobras de cierre.

T = tiempo de maniobra

Si T < 2L / C Maniobra rápida

Si T> 2L / C Maniobra lenta

La sobrepresión máxima ocurra cuando la maniobra es rápida, esto es, cuando T< 2L / C (todavía no actuó la onda de depresión)

GOLPE DE ARIETE EN LÍNEAS DE DESCARGA

El caso más importante de golpe de ariete en una línea de descarga de bombas accionadas por motores eléctricos, se verifica luego de una interrupción de energía eléctrica.

En este caso, debido

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