Golpe de ArieteEn las tres fases de proyecto, instalacin y funcionamiento de ciertas estructuras y mquinas hidrulicas es necesario un control de estos dos fenmenos: golpe dearietey cavitacin, que originan sobrepresiones o depresiones excesivas y que pueden conducir a averas, llegando hasta la destruccin misma de la estructura o de la mquina. Se describir la teora asociada al fenmeno transitorio del golpe deariete(water hammer). En el estudio de este fenmeno hay que abandonar las dos hiptesis normalmente adoptadas en flujo en tuberas: fluido incompresible y rgimen permanente. El golpe dearietees un fenmeno transitorio y por tanto de rgimen variable, en el que la tubera ya no es rgida y el lquido es compresible.

En el estudio de este fenmeno hay que abandonar las dos hiptesis normalmente adoptadas en flujo en tuberas: fluido incompresible y rgimen permanente. El golpe dearietees un fenmeno transitorio y por tanto de rgimen variable, en el que la tubera ya no es rgida y el lquido es compresible.Este fenmeno se produce en los conductos alcerraro abrir una vlvula y al poner en marcha o parar una mquina hidrulica, o tambin al disminuirbruscamenteel caudal. Un caso muy comn es el que ocurre en las centrales hidrulicas, donde se ha de reducirbruscamenteel caudal suministrado a las turbinas hidrulicas acopladas a los alternadores, cuando seanulalacargade dicho alternador.

Golpe dearieteEl golpe dearietees un fenmeno que se produce en una tubera forzada por el efecto de fluctuacin del caudal circulante, y que se traduce en una variacin de la presin interna en la tubera, por encima o por debajo de la presin de trabajo. La figura representa una tubera de longitud L, espesor y dimetro interior D por la que circula agua proveniente de un depsito aguas arriba y que termina en una vlvula en su extremo derecho. Si se cierra sta rpidamente, en virtud del principio de conservacin de la energa, al disminuir la energa cintica, sta se va transformando en un trabajo de compresin del fluido que llena la tubera as como en un trabajo necesario para dilatar esta ltima: golpe dearietepositivo. Por el contrario, al abrir rpidamente una vlvula se puede producir una depresin: golpe dearietenegativo.

El estudio de este fenmeno permitir ver qu factores son influyentes en este mecanismo, con el objetivo de predecir las sobrepresiones que podran alcanzarse en el circuito a fin de seleccionar el espesor de tubera necesario para resistir estas solicitaciones mecnicas.

Aunque es fsicamente imposiblecerraruna vlvula instantneamente, el estudio inicial del caso de cierre instantneo ayuda a comprender el estudio de los casos reales. As, al cerrarse instantneamente la vlvula de la figura, el frenazo provoca una sobrepresin P que se transmite aguas arriba a la velocidad del sonido, a. Por tanto, esta transmisin aguas arriba no ocurre de forma instantnea, sino que lo hace a una velocidad finita (a). En la zona por donde ha pasado la onda, el flujo se ha detenido, el fluido se hacomprimidoy la tubera expandido, mientras que donde an no ha llegado, las condiciones siguen siendo las iniciales. De esta forma, se ha creado una onda elstica, una onda de presin que se propaga por la tubera, se refleja en el depsito, vuelve a la vlvula y de nuevo al depsito, as sucesivamente, originando sobrepresiones y depresiones en la tubera, la cual se dilata o contrae al paso de la onda. Si la longitud de la tubera se denota como L, entonces el tiempo que tarda la onda en recorrer la distancia entre la vlvula y el depsito es: t0=L/a. Al cabo de un tiempo T=4t0=4L/a. el ciclo se repite. Evidentemente, una situacin ideal como esta conducira a unbucleinfinito. Elprocesose repetiraindefinidamentesi no existiera rozamiento en la tubera. En un caso real con rozamiento, el fenmeno se va amortiguando con el tiempo.A continuacin se detalla elprocesodel golpe dearieteinstantneo durante un ciclo completo.La explicacin se complementa con la evolucin grfica de la figura.(1) No hay perturbacin. Rgimen permanente. El lquido en la tubera se desplaza con velocidad v desde el depsito a la vlvula. Dimetro de la tubera normal, D.(2) Tiempo 0. La vlvula se cierra instantneamente. La velocidad del lquido seanulaa partir de la vlvula, no instantneamente, en toda la tubera.(3) Tiempo t0=0.5L/a. La onda de presin se ha propagado hacia el embalse con celeridad a y el frente de onda ha llegado a la mitad de la tubera. Mitad derecha de la tubera dilatada por la sobrepresin. Mitad izquierda, dimetro normal. En esa mitad izquierda el agua sigue circulando con velocidad v hacia la vlvula. En la mitad derecha, v=0. El fluido se hacomprimidoen contra de la vlvula.(4) Tiempo t0=L/a. La onda de presin ha llegado al depsito. En toda la tubera el lquido est en reposo, v=0, pero no en equilibrio, pues se encuentracomprimido. Toda la tubera est dilatada. Como un resorte que se recupera tras la compresin, el agua de la tubera comienza a moverse con velocidad v, pero dirigida en sentido contrario, hacia el embalse. El lquido comienza a ponerse en movimiento justo en la zona inmediatamente despus de la unin tanque-tubera.(5) Tiempo t0=1.5L/a. La mitad izquierda de la tubera se ha contrado a su dimetro normal. La onda sigue propagndose hacia la derecha con velocidad a. En la mitad izquierda de la tubera el fluido circula con velocidad v.(6) Tiempo t0=2L/a. Dimetro de toda la tubera normal. Todo el fluido de la tubera en movimiento desde la vlvula hacia el embalse con velocidad v. No hay sobrepresin en ninguna parte de la tubera, pero por la inercia, la presin contina disminuyendo, la onda elstica se sigue propagando, ahora con depresin desde la vlvula hacia el embalse con la velocidad a: el dimetro de la tubera ir disminuyendo por debajo de su dimetro normal.(7) Tiempo t0=2.5L/a. La depresin ha alcanzado la mitad de la tubera. La mitad de la derecha contiene agua en reposo y a una presin por debajo de lo normal. El dimetro de la tubera en esta mitad es inferior al normal.(8) Tiempo t0=3L/a. El agua en toda la tubera est en reposo; pero no en equilibrio, y el aguainiciasu movimiento desde el embalse a la vlvula con velocidad v dirigida hacia la derecha. La depresin reina en toda la tubera. El dimetro de toda la tubera es inferior al normal.(9) Tiempo t0=3.5L/a. En la mitad izquierda de la tubera el fluido est en movimiento con velocidad v hacia la vlvula. En la mitad derecha, el lquido contina en reposo y en depresin.(10) Tiempo t0=4L/a. Dimetro de la tubera normal. Todo el fluido en movimiento con velocidad v hacia la vlvula. Todo igual que el tiempo 0, as que efectivamente el perodo de este movimiento es cuatro veces t0.

Conclusin

elarietehidrulico sirve para poder llevar un caudal de un punto a otro con una mayor elevacin considerable, este mtodo funciona por medio de cuando se cierra un llave con una velocidad rpida el agua genera una fuerza de choque que se puede aprovechar.Se necesita una fuente con un flujo constante de agua con ms de un metro de nivel con respecto al mecanismo, esta altura se llama altura de trabajo, este est formado bsicamente por un tubo de entrada, llave de control, dos vlvulas una de escape y otra de retencin, un tanque de aire y un manguera de salida.

Cuando el caudal entra por el tubo dealimentacincerrando la vlvula y este repentino cierre hace una gran presin en las paredes, as abriendo la otra vlvula y as sucesivamente hasta que en el tanque de aire halla la suficiente presin como parabombearel caudal hasta una altura deseada.