UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERA CIVIL

DEPARTAMENTO DE HIDRAULICA Y SANEAMIENTO AMBIENTAL

CAVITACIN Y GOLPE DE ARIETE

NOMBRE DEL CATEDRTICO: ING. SERRANO CHOTO

ASIGNATURA: HIDRULICA

INTEGRANTES:

RICARDO ANTONIO RIVERA ORELLANA

HERNNDEZ RIVERA CARLOS ALBERTO

RIVERA DOMNGUEZ METZI ELIZABETH

CIUDAD UNIVERSITARIA MIECOLES 15 DE OCTUBRE DE 2014

NDICE INTRODUCCIN .................................................................................................................................... i

OBJETIVOS ........................................................................................................................................... ii

Cavitacin ............................................................................................................................................ 1

Historia ........................................................................................................................................ 1

Definicin de cavitacin ............................................................................................................. 1

Explicacin fsica del fenmeno .................................................................................................. 2

Presin de vapor ......................................................................................................................... 2

Etapas de la cavitacin ............................................................................................................... 2

Tipos de burbujas ........................................................................................................................ 5

Implosin de la burbuja............................................................................................................... 5

Tipos de cavitacin ...................................................................................................................... 8

Factores que intervienen en la cavitacin .................................................................................. 9

Cavitacin en mquinas hidrulicas .......................................................................................... 10

Cavitacin de succin ................................................................................................................ 10

Cavitacin de descarga .............................................................................................................. 10

Cavitacin en vlvulas ............................................................................................................... 11

Clasificacin de la intensidad de la cavitacin (Tulli 1989) ....................................................... 14

Cmo puede evitarse la cavitacin? ........................................................................................ 16

GOLPE DE ARIETE. ............................................................................................................................. 18

Descripcin del golpe de ariete en abastecimientos por gravedad. ......................................... 18

Descripcin del golpe de ariete en impulsiones. ..................................................................... 20

Representacin del ciclo del golpe de ariete. ........................................................................... 21

Casos en los que se produce el golpe de ariete. ..................................................................... 22

Valor de la celeridad. ................................................................................................................. 22

Tiempo de cierre ....................................................................................................................... 24

Clculo de la sobrepresin producida por el golpe de ariete. .................................................. 26

FRMULAS DE MICHAUD Y ALLIEVI. ......................................................................................... 26

MTODO PRCTICO PARA EL CLCULO DEL GOLPE DE ARIETE. ............................................... 30

MTODOS PARA REDUCIR EL EFECTO DEL GOLPE DE ARIETE. .................................................. 31

CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 35

i

INTRODUCCIN La mayora de las veces lo que se busca en toda obra hidrulica es encontrar la potencia

necesaria de una bomba para llevar un determinado caudal de un lugar a otro, sin

embargo, no habrn otros parmetros tomar en cuenta para cualquier diseo hidrulico?

Si porque hay fenmenos fsicos que hay tomar en cuenta como es LA CAVITACIN Y EL

GOLPE DE ARIETE.

Adems dichos fenmenos fsicos son unos de los problemas que ms daan las tuberas

debido a su efecto fsico que consiste en la formacin de burbujas en el fluido (liquido)

debido a una depresin que se encuentra por debajo del punto de saturacin (presin del

vapor) propio del fluido que se bombea .

Este fenmeno descrito afecta el funcionamiento de las bombas centrifugas y daos en

las tuberas, disminuyendo el rendimiento de instalacin hidrulica, tambin estos

fenmenos provocan que las instalaciones o equipos hidrulicos presenten ruidos y

vibraciones ,lo cual influye directamente en los costos de mantenimiento.

Lo que se pretende en este documento es explicar porque se da el fenmeno de

cavitacin y el golpe de ariete, los tipos de cavitacin, en que accesorios hidrulicos se da

con mayor frecuencia cavitacin y el golpe de ariete la y como prevenir dichos fenmenos

fsicos.

ii

OBJETIVOS

Conocer la definicin de los fenmenos hidrulicos de Cavitacin y Golpe de

Ariete

Realizar una investigacin terica de las causas, efectos y componentes de fenmenos transitorios, como los son la cavitacin y el golpe de ariete.

Investigar el procedimiento de solucin de problemas de Cavitacin y Golpe de ariete.

Aprender cundo, cmo y por qu, se dan estos fenmenos hidrulicos y las medidas que se podran tomar para evitar sus efectos negativos en sistemas de tuberas.

1

Cavitacin

Historia La presencia de este fenmeno en las maquinas hidrulicas representa una problemtica

de relevada importancia que repercute en la eficiencia y el desempeo de los equipos y

que incluso puede causar el deterioro parcial o total de los mismos.

La cavitacin afecta a los alabes de las bombas como de las turbinas hidrulicas y, pese

a que sus causas y efectos han sido estudiados ampliamente a lo largo de los aos , sin

embargo a pesar de los estudios y del avance tecnolgico en el campo de la hidrulica

todava hoy dan lugar a serios problemas de funcionamiento.

Con los trabajos de EULER (1754) se iniciaron los estudios de la cavitacin en hlices de

barcos, pero su importancia en la industria no fue marcada hasta mediados del siglo XIX,

cuando REYNOLDS (1873) investigo sus efectos sobre las hlices.

En las ltimas dcadas la tecnologa del diseo de bombas centrifugas y turbinas han

tenido un avance importante , el cual es sumado a los incrementos en los costos de

fabricacin, han llevado a fabricar equipos con mayores velocidades especficas para

minimizar esta influencia, lo que determina un incremento en el riesgo de problemas en

la succin ,especialmente cuando estas operan fuera de su condicin de diseo.

Definicin de cavitacin La palabra de cavitacin proviene del latn Cavusque significa espacio hueco o cavidad

.En los diccionarios tcnicos , se define como :la rpida formacin y colapso de cavidades

en zonas de muy baja presin en un flujo lquido .Algunos autores que han estudiado

este fenmeno han definido que la cavitacin consiste en la formacin de vapor de agua

a causa del descenso local de la presin por debajo de la presin de saturacin del

fluido a la temperatura del lquido ,la subsecuente condensacin brusca ,produciendo

golpes hidrulicos.

Una manera simple de definir la cavitacin es:

La formacin y posterior colapso (implosin) de burbujas de gas (cavidades) en el seno

de un lquido.

El gas puede ser aire, vapor del propio lquido u otro gas disuelto en el lquidocondesado.

2

Explicacin fsica del fenmeno Cabe mencionar que la vaporizacin puede aparecer en lquidos en reposo o en

movimiento .En lquidos en reposo, puede ser causada por un aumento de la

temperatura por transferencia de calor o por una reduccin de la presin esttica del

ambiente del lquido .Este fenmeno es conocido como ebullicin. Para los lquidos en

movimiento se puede lograr por medio de una disminucin local de la presin en

aumento de la velocidad del fluido. Este fenmeno es nuestro tema de estudio y es

conocido como CAVITACIN.

La cavitacin se puede presentar en cualquier punto de un circuito hidrulico como el

los tubos de Venturi ,huecos ,protuberancias cuerpos sumergidos ,vrtices , o en

mquinas hidrulicas (bombas o turbinas),propulsores marinos ,transistores en golpe de

arietes y cojinetes .La burbujas generadas son transportadas aguas abajo por la

corriente hasta zonas donde la presin es ms alta ,dando lugar al brusco colapso de

las mismas.

Presin de vapor En la superficie libre de un lquido a cualquier temperatura hay una constante de

molculas de movimiento que escapan de dicha superficie, es decir el lquido se evapora.

Si el lquido se encuentra en un recipiente cerrado, y sobre su superficie queda un

espacio libre, este espacio se llega a saturar de vapor y ya no se evapora ms lquido. Si

aumenta la temperatura aumenta la presin de saturacin y se evapora ms lquido. Es

decir, todo fluido tiene para cada temperatura una presin llamada presin de

saturacin del vapora esa temperatura; o lo que es lo mismo, a cada presin corresponde

una temperatura llamada temperatura desaturacin del vapor a esa presin. Esta

propiedad es fundamental en el estudio de la cavitacin.

Etapas de la cavitacin La cavitacin se divide en el proceso de formacin de burbujas y en el de la implosin

de las mismas.

El fluido real presenta siempre puntos de nucleacin, es decir partculas en suspensin,

suciedades u otros. Estos dan lugar a discontinuidades del medio y a superficies cncavas

que inducen la nucleacin o germinacin de las burbujas.

El crecimiento de la burbuja aparece asociado a los puntos de nucleacin

(discontinuidades).Puede ser lenta o rpida segn el mecanismo predominante que

genere la cavitacin.

3

Si el lquido tiene un alto contenido de gas, el crecimiento es lento y se produce por

difusin de vapor (cavitacin gaseosa), mientras que si es un crecimiento es muy rpido

se debe a la reduccin brusca de la presin, denominada cavitacin vaporosa.

Por tanto el crecimiento es funcin de la formacin inicial de las burbujas y de la presin

exterior.

El colapso de una burbuja induce una onda de presin en el medio que la rodea

.Localmente, los niveles de presin no son muy elevados pero sus efectos pueden ser

muy catastrficos por actuar normalmente sobre superficies muy reducidas.

Este hecho es acompaado por niveles altos de conversin de energa, resultando en un

efecto de martilleo real en los alrededores de las superficies. Esto genera esfuerzos de

fatiga en el material, deformaciones plsticas y remocin de partculas del cuerpo inicial.

El efecto puede ser acelerado por la actividad corrosiva del fluido bombeado. Estos

efectos son conocidos como erosin por cavitacin y corrosin de cavitacin,

respectivamente.

La sbita irrupcin del lquido en la cavidad que se crea con la desaparicin de las

burbujas de vapor ,es causa de una destruccin mecnica ,puesta algunas veces como

accin perforadora ,denominada como erosin. Tambin tiene lugar una reaccin

qumica entre os gases y el metal cuyo resultado es corrosin y destruccin

complementaria de este ltimo .Otra caracterstica de la cavitacin , es la de dar lugar a

intensas vibraciones en los equipos que van acompaado de ruidos. Por otra parte ,la

energa necesaria para acelerar el fluido hasta alcanzar la velocidad requerida para

llenar sbitamente los espacios vacos constituye una perdida y por lo tanto ,una

disminucin del rendimiento del equipo de bobeo.

Etapas de la cavitation

4

Se ha dicho anteriormente que un lquido se evapora cuando la energa no es suficiente

para mantener las molculasunidas, entonces estas se separan unas deotras y aparecen

burbujas de vapor. En las siguientes tablas se muestracomo ocurre esto para el caso ms

comn, el agua.

5

Tipos de burbujas Generalmente las burbujas que se forman dentro de un lquido y que producen el

fenmeno de cavitacin son de dos tipos: burbujas de vapor o burbujas de gas.

a) Burbujas de vapor:Se forman debido a la vaporizacin del lquido bombeado. La

cavitacin inducida por la formacin y colapso de estas burbujas se conoce como

cavitacin vaporosa. Las burbujas se forman en un punto interior de la bomba en

el que la presin esttica del ambiente es menor que la presin de vapor del

lquido.

b) Burbujas de gas:Se forman por la presencia de gases disueltos en el lquido

bombeado (generalmente aire pero puede ser cualquier gas presente en el

sistema). La cavitacin inducida por la formacin y colapso de estas burbujas se

conoce como cavitacin gaseosa. En este caso la formacin de burbujas se da en el

interior de la bomba en una regin en la cual la presin esttica es menor que la

presin del gas. Esta cavitacin ocasionalmente produce dao en el impulsor o

carcasa, siendo su efecto principal el de la prdida de capacidad de bombeo. Los

efectos de la cavitacin gaseosa pueden confundirse con el ingreso de aire o

bombeo de lquidos espumosos, situaciones que no necesariamente producen

cavitacin pero s producen reduccin de capacidad de bombeo, disminucin e

inclusive ausencia total del caudal de salida, entre otros problemas.

Implosin de la burbuja

Como ya se mencion anteriormente, la burbuja (bolsa) ya aumentada detamao, es

arrastrada hacia una zona de mayor presin y finalmente estalla, omejor dicho,

implota.Esta accin peridica generalmente est asociada a unfuerte ruido crepitante.

El aumento de tamao de las burbujas o bolsas reduce los pasajesaumentando as la

velocidad de escurrimiento y disminuyendo por lo tanto msaun la presin.Tan pronto

como la presin en la corriente supera la tensin de vapor despus de pasar la seccin

ms estrecha, se produce la condensacin y elcolapso de la burbuja de vapor. La

condensacin tiene lugar instantneamente. Elagua que rodea a las burbujas que estallan,

golpea entonces las paredes u otraspartes del fluido, sin amortiguacin alguna.

Teniendo en cuenta la condensacin del vapor, con distribucin espacialuniforme y

ocurriendo en un tiempo muy corto, puede ser tomado por cierto quelas burbujas no

colapsan concntricamente.

Actualmente, se han realizado anlisis del desarrollo de una burbuja en lavecindad de una

pared, desde el punto de vista terico, y calculado el tiempo de implosin y la presin,

6

demostrndose que la tensin superficial acelera laimplosin y aumenta los efectos de la

presin.

La implosin de las burbujas devapor sigue ciertas direcciones,dependiendo de las

condicionesde presin:

En el centro de la tubera

Al cambiar de estado gaseosoa lquido, las burbujas devapor se colapsan sbitamente

(implotan) y esto produce queel agua que las rodea seacelere hacia el interior de

lasmismas formando una especiede hendidura.

Esto origina un Microchorro que golpea las paredes delcuerpo de la vlvula o de

latubera a muy alta velocidad(v>1000 m/seg), causandopicos de presin de hasta10000

bares, lo que erosionalos materiales a nivelmolecular.

En la pared de la tubera

7

Momento en que la burbujas implotan y a la vez daan el material donde ocurre la implosin

8

Fenmeno de Cavitacin.- Posterior al colapso de la burbuja, se produce una onda de choque desde el punto de colapso. Esta onda de choque se convierte en una onda sonora y que usualmente se identifica como cavitacin.

Secuencia del colapso de una burbuja

Tipos de cavitacin

Se puede clasificar la cavitacin segn la forma en la que se produce,segn el grado de

desarrollo de la misma y segn la forma de manifestarsemacroscpicamente.

a) Segn la forma de producirse la cavitacin se distinguen los siguientes tipos: Cavitacin de vapor: debida a la disminucin local de la presin en el seno de un lquido. Puede ser hidrodinmica, creada por depresiones locales debidas a la aceleracin del fluido, o acstica, debida a ondas de presin transmitidas en el fluido. Cavitacin gaseosa:ocasionada por la introduccin, desde el exterior, de Energa en puntos del lquido (aumento de la temperatura, inducir Vibracin local de las partculas,etc.). Se habla entonces de cavitacinptica o cavitacin de partculas.

b) Segn el grado de desarrollo, se distinguen:

Cavitacin incipiente: es una etapa inicial de la cavitacin en la que empieza a ser visible la formacin de las burbujas. Cavitacin desarrollada: se trata de una etapa en la que se tiene un nmero de burbujas lo suficientemente elevado como para producir una modificacin del campo hidrodinmico. Supercavitacin:cuando se tiene una superficie slida sumergida, la cavitacin se extiende ocupando en su totalidad dicha superficie. Aparece, por ejemplo, en las hlices de lanchas rpidas en las que las condiciones ante la cavitacin son crticas.

9

Cavitacin separada:etapa final de la cavitacin, cuando est prxima a desaparecer. Se produce normalmente en las zonas de estela y su importancia es mucho menor que las anteriores.

Factores que intervienen en la cavitacin Los factores ms comunes por los que puede presentarse la cavitacin sonlos siguientes:

Relacionados con el fluido:

1- La densidad del fluido.

2- Las propiedades fsico-mecnicas.

3-Las concentraciones de los gases.

4-La composicin qumica.

5-Las concentraciones de la fase slida.

6-El pH.

7- La temperatura.

Relacionados con las caractersticas de la red:

1-La altura de succin

2-La presin atmosfrica

3- La altura de la Presin de vapor

4- Las prdidas en la succin

Relacionados con la bomba:

1- La velocidad de rotacin

2- El coeficiente de velocidad especfica

3-El caudal

De los factores sealados relacionados con la red, se define por altura desuccin a la

distancia vertical entre el eje de la mquina y el nivel del fluido o pelode agua.

10

Cavitacin en mquinas hidrulicas

Un ejemplo de desgaste producido por la cavitacin en un rodete de una bomba

centrfuga. Los labes de un rodete de una bomba o de la hlice de un barco se mueven

dentro de un fluido, las reas de bajas presiones se forman cuando el fluido se acelera a

travs de los labes. Cuanto ms rpido se mueven los labes menor es la presin

alrededor de los mismos. Cuando se alcanza la presin de vapor, el fluido se vaporiza y

forma pequeas burbujas de vapor que al colapsarse causan ondas de presin audibles y

desgaste en los labes.

La cavitacin en bombas puede producirse de dos formasdiferentes: Cavitacin de

succin y de descarga.

Cavitacin de succin La cavitacin de succin ocurre cuando la succin de la bomba se encuentra en unas condiciones de baja Cavitacin de succin presin/alto vaco que hace que el lquido se transforme en vapor a la entrada del rodete. Este vapor es transportado hasta la zona de descarga de la bomba donde el vaco desaparece y el vapor del lquido es de nuevo comprimido debido a la presin de descarga. Se produce en ese momento una violenta implosin sobre la superficie del rodete. Un rodete que ha trabajado bajo condiciones de cavitacin de succin presenta grandes cavidades producidas por los trozos de material arrancados por el fenmeno, esto origina elfallo prematuro de la bomba.

Efecto de la cavitacin en los rodetes

Cavitacin de descarga La cavitacin de descarga, ocurre normalmente en unabomba que est funcionando a menos del

10% de su puntode eficiencia ptima. La elevada presin de descarga provocaque la mayor parte

del fluido circule por dentro de la bombaen vez de salir por la zona de descarga, a este fenmeno

sele conoce como "slippage.

11

A medida que el lquido fluye alrededor del rodete debe depasar a una velocidad muy elevada a

travs de una pequeaapertura entre el rodete y el tajamar de la bomba. Estavelocidad provoca el

vaco en el tajamar (fenmeno similar alque ocurre en un Venturi) lo que provoca que el lquido

setransforme en vapor.

Una bomba funcionando bajo estas condiciones muestra undesgaste prematuro del rodete

tajamar y labes. Adems debido a la alta presin de funcionamiento es de esperar unfallo

prematuro de las juntas de estanqueidad y rodamientosde la bomba. Bajo condiciones extremas

puede llegar aromperse el eje del rodete.

Cavitacin en vlvulas Un problema que surge en el funcionamiento de lasvlvulas de regulacin es la aparicin

de la cavitacin.Este fenmeno aparece en el momento en el que la presin alcanza

valores cercanos a la presin de vapor de agua ala temperatura de operacin.

En el interior del cuerpo de una vlvula de regulacin, cuando se encuentra parcialmente cerrada, la velocidadlocal del flujo a su paso por el cierre puede alcanzar valores muy elevados. El incremento de la energa cintica del flujoen la zona del cierre de la vlvula se consigue por intercambio con la energa de presin de modo que la presin, localmente, puede alcanzar los valores de la presin de vapor del agua.

12

La aparicin de burbujas de vapor reduce la seccin efectiva de paso de fluido, con lo que

la velocidad puede tomar valores an mayores, incrementando el problema.

En el caso de cavitacin muy intensa se llegara a una situacin de BLOQUEO DEL CAUDAL

(choked cavitation).

El balance de energa del fluido entre los extremos (entrada ey salida s) de la vlvula se

reparte en los tres trminos de laecuacin de Bernoulli:

En el caso representando en la figura, laconduccin est dispuesta de forma horizontal,

deforma que Ze = Zs, y en cualquier caso, ladiferencia entre las cotas geomtricas de

laseccin de entrada y la de salida va a serdespreciable en comparacin con la presin en

su interior, por ejemplo.

Por otra parte, la seccin de entrada y la de salidavan a ser iguales, de modo que la

ecuacin deBernoulli entre los extremos se resumira en:

Si realizamos el mismo balance de energas especficas entre la seccin de entrada y la

garganta de paso (g) de la vlvula parcialmente cerrada, despreciando la prdida de carga

entre ambas secciones, obtendramos:

La velocidad del paso del fluido por la garganta es superiora la velocidad de entrada, ms

cuanto ms cerrada est lavlvula:

De manera que si la seccin se reduce mucho, la velocidad aumenta tambin mucho:

13

Sustituyendo expresiones, tenemos:

Ejemplo: si la presin de entrada (manomtrica) es de 20m.c.a. y la velocidad de entrada

es de 2.5 m/s. Con unarelacin de secciones del 5%, calcular la presin en lagarganta.

Cualquier vlvula de regulacin puede alcanzar ensu garganta presiones muy bajas,

incluso negativas(en trminos de presin manomtrica). Si dichapresin se aproxima a la

presin de vapor del aguaa la temperatura ambiente, existe el riesgo decavitacin.

Cavitacin en las bombas hidrulicas

14

Clasificacin de la intensidad de la cavitacin (Tulli 1989) 1) Cavitacin incipiente: Se define como la condicin del flujo en la que lacavitacin

comienza a ser detectable. Usualmentese identifica con sonidos suaves e intermitentes

quepueden ser detectados por el odo humano omediante la asistencia de hidrfonos

oacelermetros.

El ndice de cavitacin es un parmetro adimensional utilizado para identificar

lascondiciones que provocan la cavitacin y las que lainhiben:

Donde: es la presin absoluta aguas arriba de la vlvula, es la presin absoluta aguas

abajo, p es la cada de presin en lavlvula, y es la presin (absoluta) de vapor del

agua a latemperatura de trabajo.

Tal y como estn definidos los ndices de cavitacin y ,para valores mayores que los

correspondientes a la cavitacinincipiente no existir cavitacin, aunque la mayora de

lasvlvulas pueden trabajar con valores de y hasta un 10-15% por debajo de los

valores de cavitacin incipiente sin quela vlvula sufra efectos negativos sobre su

funcionamiento.

Normalmente los valores obtenidos para en cavitacin incipiente aumentan con el grado de apertura y con el coeficiente de caudal. La cavitacin puede comenzar antes en vlvulas sometidas a mayores presiones o de mayor tamao. 2) Cavitacin constante o crtica

Este segundo lmite de cavitacin se define como la situacin del flujo en la que aparece

cavitacin continua en un grado moderado.

Puede identificarse por medios de deteccin sonora (se caracteriza por ruidos de intensidad inferior a 80 dB) y su principal caracterstica es que el grado de cavitacinpermanece constante, y su incremento relacionado con la prdida en la vlvula

15

es mucho menor que en el caso de la cavitacin incipiente. Usualmente el valor de correspondiente a cavitacin constante es aproximadamente el 80% del correspondiente a cavitacin incipiente. El nivel de cavitacin crtica no provoca daos fsicos en lavlvula, pero tambin es cierto que en algunos tipos devlvula es difcil determinar con precisin el lmitecorrespondiente. Tras varios ensayos en diferentes modelos devlvula, la International Standard Association(ISA, 1985) determin una frmula empricapara determinar el ndice de cavitacin crtica:

Donde K representa el coeficiente adimensional de prdidas de la vlvula para el grado deapertura correspondiente. 3) Cavitacin con daos incipientes El siguiente estadio de cavitacin, llamado de daosincipientes, se caracteriza, como su nombre indica, porel comienzo de la erosin de los contornos de lavlvula. Este nivel de cavitacin no es estable y es la antesalade la situacin de bloqueo del caudal. La caractersticaprincipal de este nivel, aparte de los daos fsicos, esla disminucin del caudal debido a la reduccin de laseccin de paso, ocupada por las burbujas gaseosas. 4) Cavitacin con bloqueo En este nivel extremo se bloquea el caudal circulante debido a la obstaculizacin provocada por las burbujas. Llegados a este extremo, el caudal no aumentar aunque se reduzca la presin a la salida de la vlvula. Para esta situacin se define un nuevo parmetro,denominado factor de recuperacin de la presin FL.

El factor de recuperacin de la presin esadimensional e independiente del tamao de lavlvula, y permite calcular, para una presin deentrada y un cierto grado de apertura, el mximocaudal que puede atravesar la vlvula y quecorrespondera a la situacin de bloqueo. La relacin entre el ndice de cavitacin para lasituacin de bloqueo y este factor vendra dada por:

Frmula emprica para el ndice decavitacin de bloqueo (International Standard

16

Association ISA, 1985):

Donde k = coeficiente adimensional de prdidas de la vlvula para el grado de apertura correspondiente.

Cmo puede evitarse la cavitacin? Cabe mencionar que la cavitacin no puede ser eliminada, o en muchos casos es

antieconmico intentarlo. Tambin la cavitacin es un efecto fsico cuya aparicin

depende de las condiciones de funcionamiento. Por tanto, cuando se proyecta una

instalacin debe intentarse que no aparezca la cavitacin o que sus efectos sean los

menores posibles.

Tambin se pueden dar algunas soluciones para disminuir la cavitacin:

1-Eliminar las posibles turbulencias que se Produzcan en las conducciones de agua.

2- Eliminar los gases disueltos en el agua.

3- Disminuir la velocidad del fluido.

4- Evitar que se produzcan cambios bruscos en el dimetro de las conducciones.

No obstante hay que tomar en cuenta los siguientes parmetros geomtricos y no geomtricos de la mquina. Parmetros Geomtricos Generalmente se trata de eliminar el fenmeno de la cavitacin manteniendo el coeficiente depresin local sobre el perfil tan alto como sea posible. En este sentido, las investigaciones seconcentran en la forma geomtrica del borde de ataque de los labes de las turbo mquinas. Adems de los mencionados, otro parmetro que se tiene en cuenta en la reduccin de lacavitacin es la rugosidad de la superficie. Las irregularidades individuales que forman relieves en la superficie son causas ms frecuentesde cavitacin que las rugosidades distribuidas uniformemente en toda la superficie. Si bien la cavitacin puede ser disminuida por una alta calidad en la terminacin de la superficie,un estado de cavitacin difcilmente se ver influenciado por la rugosidad de esta. No obstanteuna buena terminacin del perfil contribuir a la extensin del periodo de incubacin.

17

Parmetros no geomtricos

La proteccin catdica es empleada para suprimir los efectos electroqumicos. La

reduccin de dao por cavitacin se debe a la formacin electroltica de gas.

Los aditivos en el lquido son empleados tambin para producir un revestimiento

mediantereacciones qumicas con el metal base, reducir la tensin superficial, y a su vez

debe inhibir lacorrosin. Los aditivos orgnicos que reducen la tensin superficial

depositan al mismo tiempoun delgado film orgnico sobre la superficie a proteger. Este

recubrimiento se renueva a si mismoconstantemente proveyendo proteccin contra el

ataque de la cavitacin.

Otro de los mtodos que debe mencionarse es la resistencia a la cavitacin de los

materiales. Unrevestimiento metlico sobre una mquina generalmente da mucho ms

resistencia a la cavitacinque un metal base de la misma composicin qumica que el

revestimiento debido a la diferenciade estructura.

Seleccin de los materiales

Como se expres anteriormente la cavitacin es capaz de destruir todos los materiales.

Segnel grado de severidad, an los materiales reconocidos por sus altas resistencias son

destruidosen corto tiempo. El problema que se presenta es como clasificar a los distintos

materiales segnsu reaccin frente a la cavitacin y relacionarlos unos a otros. Una

deformacin plstica en elmaterial se produce cuando la superficie metlica es expuesta a

la cavitacin debido a losmecanismos de dao explicados anteriormente.

La resistencia a la cavitacin de los materiales parece ser comparable con la resistencia a

lafatiga de los mismos, y es predominantemente de naturaleza mecnica. Esta

naturalezapuramente mecnica del dao producido por cavitacin son confirmados por

ensayos hechossobre materiales qumicamente neutros como puede ser la baquelita

donde se presenta el mismotipo de dao sin presencia de reaccin qumica alguna.

Otro efecto que se debe tener en cuenta en la cavitacin es el efecto termodinmico. Las

altaspresiones de impacto generan elevadas temperaturas localizadas que bajo ciertas

circunstanciaspueden causar deterioros microscpicos de los componentes de la

estructura del material.

Adems, algunos efectos qumicos pueden ser intensificados por este calentamiento. Es

evidenteque los diferentes materiales con diferentes propiedades reaccionarn en forma

distinta ante lacavitacin.

18

GOLPE DE ARIETE.

Se conoce con el nombre de transitorios a los fenmenos de variacin de presiones en las conducciones a presin, motivadas en variaciones proporcionales en las velocidades. Cuando la variacin es tal que implica el impedimento de escurrir, es decir, velocidad final nula, y cuando adems, las oscilaciones de presin por ese motivo son grandes, al fenmeno se lo denomina golpe de ariete. El fenmeno del golpe de ariete, consiste en la alternancia de presiones y depresiones debido almovimiento oscilatorio del agua en el interior de la tubera, es decir, bsicamente es una variacin de presin, y se puede producir tanto enimpulsiones (turbinas) como en abastecimientos por gravedad. El valor de la sobrepresin debe tenerse en cuenta a la hora dedimensionar las tuberas, mientras que, en general, el peligro de rotura debido a la depresin no es importante, ms an si los dimetros son pequeos. Noobstante, si el valor de la depresin iguala a la tensin de vapor del lquido se producir cavitacin, y al llegar la fase de sobrepresin estas cavidades devapor se destruirn bruscamente, pudiendo darse el caso, no muy frecuente,de que el valor de la sobrepresin producida rebase a la de clculo, con el consiguiente riesgo de rotura.Los principales elementos protectores en estecaso seran las ventosas y los calderines, como estudiaremos posteriormente. Por lo tanto, el correcto estudio del golpe de ariete es fundamental en el dimensionamiento de las tuberas, ya que un clculo errneo puede conducir a:

1. Un sobredimensionamiento de las conducciones, con lo que la instalacin se encarece de forma innecesaria.

2. Tubera calculada por defecto, con el consiguiente riesgo de que se produzca una rotura.

Descripcin del golpe de ariete en abastecimientos por gravedad. Si el agua se mueve por una tubera con una velocidad determinada ymediante una vlvula se le corta el paso totalmente, el agua ms prxima a la vlvula se detendr bruscamente y ser empujada por la que viene detrs.Como el agua es algo compresible, empezar a comprimirse en lasproximidades de la vlvula, y el resto del lquido comprimir al que le precede hasta que se anule su velocidad. Esta compresin se va trasladando hacia elorigen conforme el agua va comprimiendo al lmite la que le precede, demanera que al cabo de un cierto tiempo toda el agua de la tubera est enestascondiciones, concluyendo la primera etapa del golpe de ariete.En definitiva, se forma una onda de mxima compresin que se inicia en las proximidades de la vlvula y se

19

traslada al origen. La energa cintica que lleva el agua se transforma en energa de compresin. Cuando el agua se detiene, ha agotado su energa cintica y se inicia ladescompresin en el origen de la conduccin trasladndose hacia la vlvula, y por la ley pendular esta descompresin no se detiene en el valor de equilibrio, sino que lo sobrepasa para repetir el ciclo. Esta descompresin supone unadepresin, que retrocede hasta la vlvula para volver a transformarse encompresin, repitiendo el ciclo y originando en el conducto unas variacionesondulatorias de presin que constituyen el golpe de ariete.En definitiva, se producen transformaciones sucesivas de energacintica en energa de compresin y viceversa, comportndose el agua comoun resorte. Este efecto smil se puede apreciar en la siguiente ilustracin, donde el agua es el medio elstico que transporta la presin.

20

Descripcin del golpe de ariete en impulsiones. En una impulsin, la parada brusca de motores produce el mismofenmeno, pero al contrario, es decir, se inicia una depresin aguas arriba de la bomba, que se traslada hacia el final para transformarse en compresin queretrocede a la bomba.En efecto, cuando se produce la parada del grupo de bombeo, el fluido, inicialmente circulando con velocidad (v), continuar en movimiento a lo largo dela tubera hasta que la depresin a la salida del grupo ocasionada porlaausencia de lquido (el que avanza no es repuesto, no esempujado),provoque su parada. En estas condiciones, viaja una onda depresiva hacia el depsito, que adems va deteniendo el fluido, de tal manera que al cabo de uncierto tiempo toda la tubera est bajo los efectos de una depresin y con el lquido en reposo. Ha concluido la primera etapa del golpe de ariete. Como la presin en el depsito es siempre superior a la de la tubera,que se encuentra bajo los efectos de la depresin, se inicia un retroceso delfluido hacia la vlvula de retencin con velocidad (-v). Con el agua a velocidad de rgimen, pero en sentido contrario, nuevamente se tiene la presin departida en la tubera, de manera que al cabo de un cierto tiempo toda ellaestar sometidaa la presin inicial y con el fluido circulando a velocidad (v). El inicio de la tercera fase es una consecuencia del choque del lquidocontra la vlvula de retencin. El resultado es un brusco aumento de presin y una detencin progresiva del fluido, de modo que al cabo de un cierto tiempo todo el lquido de la tubera est en reposo y la conduccin sometida a unasobrepresin de la misma magnitud que la depresin inicial. Esta tercera fase del golpe de ariete en una impulsin es semejante a la primera fase en el caso de abastecimientos por gravedad. En la cuarta fase comienza la descompresin, inicindose de nuevo elmovimiento, por lo que al cabo de un tiempo la situacin es idntica a la quetenamos al principio. Comienza un nuevo ciclo. Tanto en abastecimientos por gravedad como en impulsiones, laduracin de cada una de estas fases es L/a, siendo (L) la longitud de la tubera y (a) la celeridad.

21

Representacin del ciclo del golpe de ariete.

22

Durante el tiempo que duren los ciclos de presin y depresin en la tubera ladeformacin

de la tubera y la viscosidad del fluido disiparan la energa y las oscilaciones se van

amortiguando.

Casos en los que se produce el golpe de ariete. En general, el fenmeno aparecer cuando, por cualquier causa, en una tubera se produzcan variaciones de velocidad y, por consiguiente, en la presin. Algunas de estas causas son:

Cierre y Apertura de Vlvulas.

Arranque de Bombas.

Detencin de Bombas.

Funcionamiento inestable de bombas.

Llenado inicial de tuberas.

Sistemas de Proteccin contra Incendios.

Valor de la celeridad. La celeridad (a) es la velocidad de propagacin de la onda de presin atravs del agua contenida en la tubera, por lo que su ecuacin de dimensiones es L.T-1. Su valor sedetermina a partir de la ecuacin de continuidad ydepende fundamentalmente de las caractersticas geomtricas y mecnicas de la conduccin, as como de la compresibilidad del agua.

23

La celeridad viene dada por la siguiente ecuacin:

( ) ( )

Dnde: a es la velocidad de la onda de presin en m/s. D es el dimetro de la caera en m. e es el espesor de la pared de la caera en m. es el mdulo de elasticidad del lquido en N/m. es el mdulo de elasticidad del material de la caera en N/m. es la densidad del lquido kg/m3

K:Coeficiente funcin del mdulo de elasticidad () del materialconstitutivo de la tubera, que representa principalmente el efecto de la inercia del grupo motobomba, cuyo valor

es:

Una expresin prctica propuesta por Allievi, que permite una evaluacin rpida del valor de la celeridad cuando el fluido circulante es agua, es lasiguiente:

24

MAGNITUD DEL PULSO DE PRESIN H. FRMULA DE JOUKOWSKI. Las ecuaciones integrales de continuidad y cantidad de movimiento pueden aplicarsepara obtener el valor del pulso de presin o pulso de Joukowski producido por una variacin

vde la velocidad en una tubera de caracterstica a resultando:

Expresada en altura de columna del fluido. Si se trata de un cierre instantneo como

v=-v0 y el valor del pulso es:

Tiempo de cierre

La sobrepresindepende del tiempo de cierre de la vlvula, (tc). Se define el tiempo (T) como el intervalo entre el inicio y el trmino de la maniobra, sea cierre o apertura, total o parcial, ya que durante este tiempo seproduce la modificacin del rgimen de movimiento del fluido. Este concepto es aplicable tanto a conducciones porgravedad como a impulsiones,conocindose en el primer caso como tiempo de cierre de la vlvulay comotiempo de paradaen el segundo. 1 -Cierre instantneo, (tc= 0), es un caso terico 2-Cierre rpido(0 2L/a). La depresin generada al reflejarse la onda en el embalse disminuye la presin mxima respecto al instantneo. El tiempo de cierre de una vlvula puede medirse con un cronmetro, es un tiempo fsico y real, fcilmente modificable, por ejemplo, condes multiplicadores, cambiando la velocidad de giro en vlvulas motorizadas,etc. Por el contrario, en el caso de las bombas, el tiempo de parada nopuede medirse de forma directa y es ms difcil de controlar. En resumen, en las conducciones por gravedad, el cierre de la vlvula sepuede efectuar a diferente ritmo, y por tanto, el tiempo T es una variable sobre la que se puede actuar, pero en las impulsiones el tiempo de parada vieneimpuesto y no es posible actuar sobre l, salvo adicionando un volante al grupomotobomba o un sistema similar.

25

Mendiluce propone la siguiente expresin para el clculo del tiempo de parada: Siendo:

Siendo L:Longitud de la conduccin (m) v:Velocidad de rgimen del agua (m/s) g:Aceleracin de la gravedad, 9.81 m/s2

Hm:Altura manomtrica proporcionada por el grupo de bombeo

C y K:Coeficientes de ajuste empricos La altura geomtrica o presin esttica (Hg) se mide siempre inmediatamente aguas arriba de la bomba, por lo que la profundidad del aguaen el pozo debe tenerse en cuenta en el caso de bombas sumergidas. El coeficiente C (ver figura) es funcin de la pendiente hidrulica (m),siendo . Toma el valor C=1 para pendientes hidrulicas crecientes dehasta el 20%, y se reduce progresivamente a partir de este valor hasta hacerse cero para pendientes del 40%. Pendientes superiores al 50% implican paradas muy rpidas, aconsejndose considerar el golpe de ariete mximo de Allievi en toda la longitud de la tubera.

Valores del coeficiente C segn Mendiluce. El coeficiente K depende de la longitud de la tubera y puede obtenerse a partir de la grfica o de la tabla siguientes, propuestas por Mendiluce. Esteautor recomienda la utilizacin de los valores de K redondeados recogidos en la tabla, ya que ha comprobado que las pequeas diferencias respecto a lagrfica tienen una repercusin despreciable en el golpe de ariete y siempre del lado de la seguridad, y es de ms sencillo manejo.

26

Puesto que (L) es la longitud de la tubera y la celeridad (a) es la velocidad de propagacin de la onda de presin, ser el tiempo que tarda la ondade presin en dar una

oscilacin completa. Por lo tanto, si

, lamaniobra ya habr concluido cuando se

produzca el retorno de la onda depresin y tendremos un cierre rpido, alcanzndose la

sobrepresin mxima en algn punto de la tubera. Sin embargo, si

, estaremos

ante uncierrelentoy ningn punto alcanzar la sobrepresin mxima, ya que la primera onda positiva reflejada regresa antes de que se genere la ltima negativa.

El caso ms desfavorable para la conduccin (mximo golpe de ariete)es el cierreinstantneo (T0). En la prctica esto slo ocurre en impulsiones de gran pendiente hidrulica, no siendo lo habitual.Como a mayor tiempo T menor sobrepresin, si podemos controlar Tlimitaremos en gran medida los problemas en tuberas, siendo ste el caso de los abastecimientos por gravedad.

Clculo de la sobrepresin producida por el golpe de ariete.

FRMULAS DE MICHAUD Y ALLIEVI. Una vez conocido el valor del tiempo T y determinado el caso en el que nos encontramos (cierre lento o cierre rpido), el clculo del golpe de ariete se realizar de la forma siguiente: Cierre lento. A finales del siglo XIX, Michaudpropuso la primera frmula para valorarel golpe de ariete:

27

Siendo: H: Sobrepresin debida al golpe de ariete (mca) L: Longitud de la tubera (m) v: Velocidad de rgimen del agua (m/s) T: Tiempo de parada o de cierre, segn el caso (s) g: Aceleracin de la gravedad, 9.81 m/s2

Para deducir esta ecuacin, Michaud no tuvo en cuenta ni lacompresibilidad del agua ni la elasticidad de la tubera.

El lmite mnimo de H se produce cuando L es muy pequeo frente a T, y entonces:

En caso de cierre parcial, la velocidad final ser menor que la inicial perono nula, con lo que v < v. El caso ms desfavorable para la conduccin seproduce cuando v = v, esdecir, cuando la velocidad final es cero,correspondiendo con el cierre total de la vlvula. Entonces:

28

Cierre rpido. Como ya comentamos anteriormente, al cerrar la vlvula C, el agua se detiene y comienza a comprimirseen sus proximidades.

Si Ses la seccin transversal de la tubera y P es la presin ejercidapor la rodaja de agua considerada, la fuerza que soporta dicha seccin ser:

El impulso (I) de dicha fuerza durante el tiempo Tque tarda en pararse elfluido contenido en el segmento BC de tubera, de longitud L, ser:

Siendoala celeridad de la onda de presin. Como el impulso ha de ser igual a la variacin de la cantidad demovimiento (Q):

A su vez, la masa (m) de la porcin de lquido considerado es:

Luego:

Considerando el caso ms peligroso para la tubera, es decir, el cierretotal de la vlvula:

Y como

Llamando H al valor de la sobrepresin, es decir,H =

, se obtiene:

29

Expresin que dedujoAllievien 1904, con la que se calcula el valor mximodel golpe de ariete que puede producirse en una conduccin.Puede observarse cmo el valor de la sobrepresin es independiente de la longitud de la tubera. Representando grficamente las ecuaciones de Allievi y de Michaud, seobserva que, si la conduccin es lo suficientemente larga, las dos rectas secortan en un punto, denominado punto crtico. La longitud del tramo de tubera regido por la ecuacin de Michaud se conoce como longitud crtica (Lc), y su valor se obtiene, lgicamente, igualando las frmulas de Michaud y Allievi.

Excepto en el caso de ser la pendiente hidrulica mayor del 50%, en quese recomienda considerar la sobrepresin de Allievi en toda la conduccin, el valor as calculado lo soportar el tramo de tubera de longitud Lm, siendoLm=L-Lc.

30

Basndonos en el concepto de longitud crtica, se tiene que: Si LLc, entonces la impulsin (conduccin) es largay elcierrerpido, siendo el valor delgolpe de ariete el dado por Allievi desde la vlvulahasta el punto crtico y por Michaud en el resto

MTODO PRCTICO PARA EL CLCULO DEL GOLPE DE ARIETE. Necesitamos calcular previamente la velocidad del agua y, enimpulsiones, la altura manomtrica del grupo de bombeo. Se obtiene el tiempo de parada con la ecuacin de Mendiluce. En el caso deabastecimientos por gravedad, el tiempo de cierre de lavlvula ser conocido.

Se calcula la celeridad a con la frmula de Allievi o se consultan las tablas para calcular la sobrepresin mediante la frmula adecuada.

Se calcula la longitud crtica Lc, que es la distancia que separa el final de la impulsin del punto crtico o de coincidencia de las frmulas de Michaud y Allievi. En la Lc rige la frmula de Michaud. Se comparan las longitudes L y Lc.

31

El tipo de cierre, lento o rpido, tambin puede conocersecomparando el tiempo de parada de la bomba o el de cierre de la vlvula con el tiempo que tarda la onda de presin

en dar una oscilacincompleta, es decir, con

.

En impulsiones, se colocan las vlvulas de retencin necesariaspara mantener la lnea desobrepresin debida al golpe de ariete pordebajo de la lnea piezomtrica. Con las vlvulas de retencin se desplazala lnea de mximas presiones del golpe de ariete.

MTODOS PARA REDUCIR EL EFECTO DEL GOLPE DE ARIETE. Como ya se mencion, el fenmeno del Golpe deAriete genera sobrepresionesimportantes en las tuberas que lo sufren. Esta sobrepresiones, cuando estn dentro de valores razonables, pueden enfrentarse dimensionando adecuadamente el espesor de la tubera (a veces engrosndolas un poco respecto de lo que necesitan para el funcionamiento en rgimen permanente). Pero, cuando la longitud de la tubera es muy grande, las sobrepresiones alcanzan valoresmuy altos y se debera sobredimensionar demasiado las tuberas para que puedan soportarlas con una razonable seguridad. Por ello, se recurre a mtodos de atenuacin de estas presiones mediante dispositivos especialmente diseados para tal objetivo. A continuacin, se detallan algunos de los mtodos existentes en la actualidad

1- Volante de inercia Consiste en incorporar a la parte rotatoria del grupo de impulsin unvolante cuya inercia retarde la prdida de revoluciones del motor, y enconsecuencia, aumente el tiempo de parada de la bomba, con la consiguiente minoracin de las sobrepresiones. Este sistema crea una serie de problemas mecnicos, mayor cuanto mayor sea el peso del volante.

2- Chimeneas de equilibrio

Consiste en una tubera de dimetro superior al de la tubera, colocada verticalmente y abierta en su extremo superior a la atmsfera, detal forma quesu altura sea siempre superior a la presin de la tubera en el punto donde se instala en rgimen permanente. Este dispositivo facilita la oscilacin de la masa de agua, eliminando la sobrepresin de parada, por lo que sera el mejor sistemade proteccin si nofuera pos aspectos constructivos y econmicos. Slo es aplicable eninstalaciones de poca altura de elevacin.

32

3- Caldern Consiste en un recipiente metlico parcialmente lleno de aire que seencuentracomprimido a la presin manomtrica. Existen modelos en donde elaire se encuentra aislado del fluido mediante una vejiga, con lo que se evita su disolucin en el agua. El Caldern amortigua las variaciones de presin debido a la expansinprcticamente adiabtica del aire al producirseuna depresin en la tubera, yposteriormente a la compresin, al producirse una sobrepresin en el ciclo de parada y puesta en marcha de una bomba.Su colocacin se realiza aguas debajo de la vlvula de retencin de labomba. Se instala en derivacin y con una vlvula de cierre para permitir suaislamiento

4- Vlvulas de alivio rpido Son de dispositivas que permiten de forma automtica y casi instantnea la salida de la cantidad necesaria de agua para que la presin mxima en elinterior de la tubera no exceda un valor lmite prefijado. Suelen proteger una longitud mxima de impulsin el orden de 2 km. Los fabricantes suelen suministrar las curvas de funcionamiento de estas vlvulas, hecho que facilita su eleccin en funcin de las caractersticas dela impulsin.

5- Vlvulas anticipadoras de onda Estas vlvulas estn diseadas para que se produzca su apertura en el momento de parada de la bomba y cuando se produce la depresin inicial, de tal forma que cuando vuelva a la vlvula la onda de sobrepresin, sta seencuentre totalmente abierta, minimizando al mximo las sobrepresiones que el transitorio puede originar.

6- Ventosas Dependiendo de su funcin, permiten la eliminacin del aire acumulado en el interior de la tubera, admisin de aire cuando la presin en el interior esmenor que la atmosfrica y la eliminacin del aire que circula en suspensin en el flujo bajo presin.

7- Vlvulas de retencin Estas vlvulas funcionan de manera que slo permiten el flujo de aguaen un sentido, por lo quetambin se conocen como vlvulas anti-retorno. Entre sus aplicaciones se puede sealar: En impulsiones, a la salida de la bomba, para impedir que sta gire en sentido contrario, proteger la bomba contra las sobrepresiones yevitar que la tubera de impulsin se vace. En impulsiones, en tramos intermedios para seccionar el golpe deariete en tramos y reducir la sobrepresin mxima. En hidrantes, para impedir que las aguas contaminadas retornen a la red.

33

En redes de distribucin con ramales ascendentes, para evitar elvaciado de la mismas al detenerse el flujo. 7.1- Vlvulas de retencin tipo clapeta. Sus limitaciones son: No se pueden instalar verticalmente cuando la corriente va hacia abajo. No funcionan correctamente cuando la velocidad del agua sobrepasa los 1.5 m/s. No funcionan correctamente cuando las presiones estticas empiezan a ser elevadas. Si se trabaja con ms de 3 atmsferas depresin, conviene asegurarse de la fiabilidad de la vlvula de clapetasimple que se trate de elegir. No funcionan correctamente cuando las sobrepresiones del golpede ariete empiezan a ser importantes. En ocasiones, la presin esttica puede ser baja, pero una gran longitud de la tubera puede dar lugar a golpes de ariete excesivos para ciertas vlvulas de retencin. Nofuncionan correctamente cuando los caudales son importantes. Su funcionamiento es incorrecto cuando se cierran bruscamente, produciendo vibraciones que pueden daar las tuberas y otrasvlvulas. 7.1.1 - Vlvulas de retencin tipo clapeta simple Son de fcil construccin. El disco se levanta por accin del agua hasta unos noventa grados. Su cierre suele ser muy brusco y entonces produce ungolpetazo que repercute en las tuberas y en otros elementos adyacentes ypuede originar un fuerte golpe de ariete. 7.1.2- Vlvulas de retencin tipo clapeta simple con contrapeso Aminora en cierta medida la brusquedad en el cierre. 7.1.3 Vlvulas de retencin tipo clapeta simple con corto recorrido de clapeta Supone una mejora extraordinaria en la vlvula simple, puesal tener la clapeta un menor recorrido no produce apenas golpetazo y puede admitirvelocidades y presiones mayores. Esta vlvula se puede utilizar tambin con aguas sucias. 7.1.4 Vlvulas de retencin tipo clapeta simple con sistema amortiguador y contrapeso Supone una mejora sobre las anteriores. El contrapeso permite regularin situ la cadencia del cierre hasta optimizarla. El amortiguador deja que lavlvula se cierre en un 90 % antes de empezar a actuar, y de esta manera, el 10 % final del recorrido de la clapeta est controlado. Esta es una de las pocas vlvulas de retencin que se pueden emplear con aguas negras.

34

La mxima velocidad admisible es del orden de 2 m/s y puede permitirpresiones de hasta 10 20 atmsferas, dependiendo de los materiales de su construccin. 7.1.5 Vlvulas de retencin con clapeta de eje semi-centrado. Es la vlvula de clapeta que se puede considerar ms fiable. En las anteriores, la clapeta gira por medio de una bisagra colocada en su extremo,mientras que en esta vlvulala clapeta gira en dos semiejes descentrados que evitan que se produzca golpetazo.Es la que produce menos prdida de carga, son de coste ms bienelevado y no se deben usar con aguas negras. 7.1.6 Vlvulas de retencin de semiclapeta doble o de disco partido. La clapeta o disco se ha partido en dos y las bisagras se colocan en uneje centrado. Los semi-discos van ayudados en el cierre por unos muelles, pero a pesar de ello, no se deben colocar para flujos verticales hacia abajo. No suele dar golpetazo si est debidamente diseada y construida con los materiales adecuados. Admite velocidades de hasta 5 m/s y puedeconstruirse para grandes presiones. Suele venderse para ser encajada entre dos bridas, al no disponer de bridas propias. 7.1 Vlvulas de retencin de disco sobre eje longitudinal centrado Las caractersticas de estas vlvulas de retencin, tambin conocida como vlvulas de retencin Williams-Hager, permiten las siguientesaplicaciones: Son recomendables cuando se esperen presiones de trabajo elevadas o cuando se puedan producir fuertes sobrepresiones porgolpe de ariete. Admiten velocidades del flujo de agua de hasta 3 m/s. Se pueden colocar en cualquier posicin, incluso verticalmente, cuando se quiera que retengan flujos de agua dirigidos hacia abajo. Se deben colocar exclusivamente en instalaciones de aguas limpias, nunca en aguas negras.

35

CONCLUSIONES

Los fenmenos hidrulicos transitorios, de Cavitacin y Golpe de ariete, son fenmenos fsicos que se producen en tuberas, y que estn relacionados con las propiedades de los fluidos, del material del cual est hecha la tubera y de la velocidad a la que circula el fluido por la tubera, estos fenmenos principalmente se deben a el choque de las partculas con superficies solidas que interrumpen su paso, estos choques generan diferencia de presiones que se generan en la tubera debido a la variacin de factores como la velocidad del agua, la velocidad de la onda y el tiempo de cerrado en el caso de golpe de ariete. Estos fenmenos van tomando mayor relevancia a mayor es la cantidad de agua que se transporta en las tuberas ya que su efecto se podra decir que es proporcional a esta cantidad, van produciendo mayores efectos negativos en las tuberas hasta poder ocasionar la ruptura de la misma. Por lo anterior resulta de relevancia el conocer y poder dar solucin a estos problemas en sistemas de tuberas, aplicando mtodos que reduzcan el impacto de estos fenmenos sobre las tuberas y conociendo sus causas para poder reducirlas lo mayor posible durante el diseo de sistemas hidrulicos de relevancia como por ejemplo en el diseo de las represas hidroelctricas o sistemas de tuberas principales.