Laboratorio 1

Universidad de Oriente

Núcleo de Anzoátegui

Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas

Departamento de Mecánica

Sección: 21.

Revisado por: Elaborado por:

Lino Camargo Fariñas, Jesús

C.I: 20.763.335

Guacuto, Nelson

C.I: 20.632.208

Quezada, José

C.I: 20.763.321

Zaghloul, Stephanie

C.I: 24.391.278

Puerto La Cruz, Abril 2013

RESUMEN

En la práctica de laboratorio I de ingeniería mecánica, se realizó el experimento basado en los estudios del Golpe de Ariete, que se fundamenta en estudiar las fluctuaciones de la presión que son causadas por el estrangulamiento rápido de la corriente de un flujo. En el laboratorio se tenía un montaje realizado especialmente para simular este fenómeno, que constaba de una tubería que llevaba la corriente de agua líquida que era suministrada por un sumidero o tanque, tubería la cual se le tomaba el caudal en donde vertía el agua, para luego realizar el estrangulamiento de la corriente de agua por medio del cierre de una válvula que contiene la tubería, de manera que se simulara el Golpe de Ariete, y para medir la corriente de agua que dejaba de fluir en la tubería, se tenía un medidor de volumen que se encontraba justo antes del lugar de estrangulamiento. Se demostró que a medida que el caudal suministrado era menor, la corriente de agua retenida tardaba menos tiempo en estabilizarse.

INDICE

Pág.

Planteamiento del problema

Objetivos: generales y específicos

Marco teórico Materiales y equipos

Desarrollo experimental

Resultados

Análisis de resultados

Conclusiones

Recomendaciones

Referencias bibliográficas

Anexos

Apéndice

INTRODUCCION

En la práctica de laboratorio de ingeniería mecánica sobre el golpe de ariete, se introdujeron pocos conceptos a los actualmente manejados durante el curso, como lo son el caudal, el volumen, el uso de instrumentos de medición para la obtención de caudales, velocidad, entre otros. El Golpe de Ariete es un fenómeno que se da muy seguido en las redes de tuberías que experimentan un estrangulamiento repentino de la corriente que lleva esta, pero para definir este fenómeno es necesario hablar de la persona que lo descubrió y que hizo los primeros estudios sobre esto.

Nikolái Yegórovich Zhukovski, Ingeniero mecánico ruso, nacido en la localidad de Orekhovo, en el óblast de Vladímir. Fue uno de los precursores de la aerodinámica e hidrodinámica moderna, siendo apodado por Lenin como "el padre de la aviación soviética". Entre sus otros trabajos destacan también sus estudios acerca del denominado como golpe de ariete o pulso de Zhukovski. El cráter de la Luna Zhukovski fue nombrado así en su honor. (I)

En 1868 se graduó en la Universidad de Moscú y desde 1872 fue profesor en la Escuela Técnica Imperial. En 1904 creó el primer instituto de aerodinámica del mundo, en Kachino, cerca de Moscú y desde 1918 estuvo al frente del TsAGI, (Instituto Central de Aerohidrodinámica). (I)

Sus primeros estudios se centraron en el efecto Magnus provocado por los cilindros en rotación. En 1902, construye el primer túnel de viento. En 1904 funda cerca de Moscú el primer instituto de investigación aerodinámica de Europa, que en diciembre de 1918 se convertiría en el famoso TsAGI por decreto del gobierno soviético. (I)

Zhukovski, que había preparado el documento fundador, fue nombrado su primer director. Publica numerosos resultados de sus investigaciones sobre diversos temas (aerodinámica, aeronáutica, hidráulica, mecánica, matemáticas, astronomía). Sus perfiles para planos de sustentación se cuentan entre sus trabajos más célebres. En 1920, en ocasión del 50 aniversario de sus actividades, el gobierno crea el Premio Stalin concedido anualmente a fin de recompensar los mejores trabajos relativos a las matemáticas y a la mecánica. Para conmemorar el centenario de su nacimiento, se crearon dos medallas con su efigie para premiar los mejores trabajos en el campo de la aeronáutica. Igualmente existen becas de estudio con su nombre. (I)

Existe además un Museo Zhukovski en la ciudad del mismo nombre cercana a Moscú y bautizada así en su honor. (I)

El golpe de ariete o pulso de Joukowski, llamado así por el ingeniero ruso Nikolái Zhukovski, es junto a la cavitación, el principal causante de averías en tuberías e instalaciones hidráulicas. (II)

El golpe de ariete se origina debido a que el fluido es ligeramente elástico (aunque en diversas situaciones se puede considerar como un fluido no compresible). En consecuencia, cuando se cierra bruscamente una válvula o un grifo instalado en el extremo de una tubería de cierta longitud, las partículas de fluido que se han detenido son empujadas por las que vienen inmediatamente detrás y que siguen aún en movimiento. Esto origina una sobrepresión que se desplaza por la tubería a una velocidad que puede superar la velocidad del sonido en el fluido. Esta sobrepresión tiene dos efectos: comprime ligeramente el fluido, reduciendo su volumen, y dilata ligeramente la tubería. Cuando todo el fluido que circulaba en la tubería se ha detenido, cesa el impulso que la comprimía y, por tanto, ésta tiende a expandirse. Por otro lado, la tubería que se había ensanchado ligeramente tiende a retomar su dimensión normal. Conjuntamente, estos efectos provocan otra onda de presión en el sentido contrario. El fluido se desplaza en dirección contraria pero, al estar la válvula cerrada, se produce una depresión con respecto a la presión normal de la tubería. Al reducirse la presión, el fluido puede pasar a estado gaseoso formando una burbuja mientras que la tubería se contrae. Al alcanzar el otro extremo de la tubería, si la onda no se ve disipada, por ejemplo, en un depósito a presión atmosférica, se reflejará siendo mitigada progresivamente por la propia resistencia a la compresión del fluido y la dilatación de la tubería. (II)

El fenómeno Golpe de Ariete ya nombrado y definido, engloba una serie de conceptos que tratan de la avería que este causa a las tuberías, uno de estos conceptos es la cavitación, pero esta práctica por no tratarse de este tema, se dará un breve concepto de este.

Es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno. (III)

Es un proceso físico que es muy parecido al de la ebullición, la diferencia es que la cavitación es causada por una caída de la presión local por debajo de la presión de vapor mientras que la ebullición lo hace por encima de la presión ambiente local. (III)

PLANTEAMIENTO DE LA PRÁCTICA

Se dispone de un sistema de tuberías por el cual se deja fluir agua con el fin de obtener los objetivos propuestos. Mediante un cilindro graduado y un cronometro se espera

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