INSTITUTO TECNOLOGICO DE TEPIC

INSTITUTO TECNOLOGICO DE TEPICPROFESOR: PALOMINO NAVARRO GABRIEL ARMANDOALUMNO: MENDEZ LOMELI CARLOS ANTONIO

INTRODUCCION

El fenmeno del golpe de ariete se conoce desde hace tiempo. La circulacin de fluidos en tuberas es intrnsecamente un proceso transitorio que presenta cambios en los flujos de entrada y salida, ya sea por arranque y parada de bombas y compresores, cambios de las condiciones de trabajo, as como tambin cambios en la composicin de los fluidos que recorren la lnea y la variacin de la temperatura con las condiciones ambientales.

La desaceleracin rpida produce un incremento de presin aguas arriba de laobstruccin, as la energa cintica se transforma en energa potencial que lleva a unaumento temporal de presin. Aguas abajo de la obstruccin, el transiente puedencausar una cada de la presin en las tuberas lo suficientemente grande como parainvalidar la suposicin de homogeneidad y continuidad del fluido al generarseburbujas de gas o vapor en el seno del fluido.

GOLPE DE ARIETE

El golpe de ariete o pulso de Zhukowski (llamado as por el ingeniero ruso Nikoli Zhukovski) es, junto a la cavitacin, el principal causante de averas en tuberas e instalaciones hidrulicas.El golpe de ariete se origina debido a que el fluido es ligeramente elstico (aunque en diversas situaciones se puede considerar como un fluido no compresible). En consecuencia, cuando se cierra bruscamente una vlvula o un grifo instalado en el extremo de una tubera de cierta longitud, las partculas de fluido que se han detenido son empujadas por las que vienen inmediatamente detrs y que siguen an en movimiento. Esto origina una sobrepresin que se desplaza por la tubera a una velocidad que puede superar la velocidad del sonido en el fluido. Esta sobrepresin tiene dos efectos: comprime ligeramente el fluido, reduciendo su volumen, y dilata ligeramente la tubera. Cuando todo el fluido que circulaba en la tubera se ha detenido, cesa el impulso que la comprima y, por tanto, sta tiende a expandirse. Por otro lado, la tubera que se haba ensanchado ligeramente tiende a retomar su dimensin normal. Conjuntamente, estos efectos provocan otra onda de presin en el sentido contrario. El fluido se desplaza en direccin contraria pero, al estar la vlvula cerrada, se produce una depresin con respecto a la presin normal de la tubera. Al reducirse la presin, el fluido puede pasar a estado gaseoso formando una burbuja mientras que la tubera se contrae. Al alcanzar el otro extremo de la tubera, si la onda no se ve disipada, por ejemplo, en un depsito a presin atmosfrica, se reflejar siendo mitigada progresivamente por la propia resistencia a la compresin del fluido y la dilatacin de la tubera.

CLCULO DEL GOLPE DE ARIETE

Si el cierre o apertura de la vlvula es brusco, es decir, si el tiempo de cierre es menor que el tiempo que tarda la onda en recorrer la tubera ida y vuelta, la sobrepresin mxima se calcula como,Dnde: es la velocidad de la onda (velocidad relativa respecto al fluido) de sobrepresin o depresin. es la velocidad media del fluido, en rgimen. es la aceleracin de la gravedad.

A su vez, la velocidad de la onda se calcula como:

Dnde: es el mdulo elstico del fluido, es la densidad del fluido, es el mdulo de elasticidad (mdulo de Young) de la tubera que naturalmente depende del material de la misma, es el espesor de las paredes de la tubera, es el dimetro de la tubera.

Para el caso particular de tener agua como fluido:

Esta expresin se llega a la frmula de Allievi:

Donde se introduce una variable (lambda) que depende del material de la tubera, y a modo de referencia se da el siguiente valor:

El problema del golpe de ariete es uno de los problemas ms complejos de la hidrulica, y se resuelve generalmente mediantemodelos matemticosque permiten simular el comportamiento del sistema.Lasbombas de arietefuncionan gracias a estefenmeno.

CONSECUENCIAS

Este fenmeno es muy peligroso, ya que la sobrepresin generada puede llegar a entre 60 y 100 veces la presin normal de la tubera, ocasionando roturas en los accesorios instalados en los extremos (grifos, vlvulas, etc).La fuerza del golpe de ariete es directamente proporcional a la longitud del conducto, ya que las ondas de sobrepresin se cargarn de msenerga, e inversamente proporcional al tiempo durante el cual se cierra la llave: cuanto menos dura el cierre, ms fuerte ser el golpe.El golpe de ariete estropea el sistema de abastecimiento de fluido, a veces hace reventar tuberas dehierro colado, ensancha las deplomo, arranca codos instalados.

SITUACIONES REALES

* En Colombia, las situaciones de mitigacin contra el golpe de Ariete, se presentan en el sector hdrico, mediante el bombeo, para la recoleccin del agua y su posterior distribucin, ya que estas bombas funcionan con electricidad, donde una suspensin o falla en este servicio ocasionara una sobre carga hidrulica en la tubera, por lo cual se tiene sistemas especiales para la seguridad, como vlvulas especiales que se cierran en cuestin de microsegundos y se activan por dispositivos de control, adems poseen pozos de ventilacin, los cuales, llegado el caso, se saturan y provocan un rebose en el pozo.* Otro proceso donde encontramos este problema, es en la produccin de energa elctrica por medio de hidroelctricas, en las cuales, debido al proceso de bombeo para el transporte del fluido, se genera el mismo problema de las instalaciones hdricas.

DISPOSITIVOS PARA CONTROLAR EL GOLPE DE ARIETEPara evitar este efecto, existen diversos sistemas: Para evitar los golpes de ariete causados por el cierre de vlvulas, hay que estrangular gradualmente la corriente de fluido, es decir, cortndola con lentitud utilizando para ello, por ejemplo,vlvulas de asiento. Cuanto ms larga es la tubera, tanto ms tiempo deber durar el cierre. Sin embargo, cuando la interrupcin del flujo se debe a causas incontrolables como, por ejemplo, la parada brusca de unabombaelctrica, se utilizan tanques neumticos con cmara deaire comprimido, torres piezomtricas o vlvulas de muelle que puedan absorber la onda de presin, mediante un dispositivo elstico. Otro mtodo es la colocacin de ventosas de aireacin, preferiblemente trifuncionales (estos dispositivos son para disminuir otro efecto que se producen en las redes de agua o de algn otro fluido parecido al desalojarlo del sistema mas no es propio del fenmeno del golpe de ariete) .1. funcin: introducir aire cuando en la tubera se extraiga el fluido, para evitar que se generen vacos;2. funcin: extraccin de grandes bolsas de aire que se generen, para evitar que una columna de aire empujada por el fluido acabe reventando codos o, como es ms habitual en las crestas de las redes donde acostumbran a acumularse las bolsas de aire;3. funcin: extraccin de pequeas bolsas de aire, debido a que el sistema de las mismas ventosas por lado tienen un sistema que permite la extraccin de grandes cantidades y otra va para las pequeas bolsas que se puedan alojar en la misma ventosa. Otro caso comn de variacin brusca de la velocidad del flujo en la tubera se da en las centrales hidroelctricas, cuando se produce una cada parcial o total de la demanda. En estos casos tratndose de volmenes importantes de fluido que deben ser absorbidos, se utilizan en la mayora de los casostorres piezomtricas, o chimeneas de equilibrio que se conectan con la presin atmosfrica, o vlvulas de seguridad.

Ejercicios