Golpe de Ariete

Golpe de Ariete

Universidad Nacional Federico VillarrealFacultad De Ingeniera Civil

Asignatura: Mecnica de Fluidos IProfesor : Ernesto RamirezTema: Golpe de ArieteIntegrantes: -Bello Moncca Johnsom-Calderon Gonzales Martin-Cisneros Thania-Jurupe Huaraca Angelo-Ramos Aguirre Edison

INTRODUCCINEl mundo de la ingeniera es maravillosamente fascinante, siendo la ingeniera civil parte de este, la cual posee ramas destacadas como la Mecnica de Fluidos e Hidrulica dedicadas al estudio de los fluidos en reposo y en movimiento y sus diversas aplicaciones en la vida diaria.En este presente breve trabajo de investigacin se empezar definiendo los objetivos del informe, y los conceptos bsicos. Se abordar, en cierta medida, al estudio previo de la compresibilidad de los fluidos, su aplicacin a gran escala repercute en todo proyecto hidrulico, siendo que ante enormes cambios de presin, se genera el conocido Golpe de Ariete, tema a fondo a tratar, principal causante de colapsos de tuberas, bombas, turbinas y en general a la infraestructura de un sistema hidrulico. En ella se vern sus causas y sus efectos negativos, tambin se mencionarn algunas medidas de prevencin para evitar daos materiales y humanos. Adems, en la medida del desarrollo del informe se presentar un ejercicio resuelto como tambin referencias visuales de dicho fenmeno.

2.- Objetivos:2.1.- Objetivos del Trabajo:2.1.1.-General:Adquirir, difundir y sintetizar el conocimiento esencial de cun importante es el Golpe de Ariete.

2.1.2.- Especfico:Reforzar nuestros conocimientos y compresin de las problemticas ingenieriles en la realidad.

2.2.- Objetivos del Proyecto:2.2.1.-General:Definir e ilustrar las causas, efectos y medidas preventivas para el Golpe de Ariete.

2.2.2.- Especfico:Interpretar las caractersticas y el comportamiento del Golpe de Ariete.

3.- Marco Terico:3.1.- Conceptos Generales:Fluido:"Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se le somete a un esfuerzo cortante, sin importar lo pequeo que sea el esfuerzo aplicado". Y abarcan tanto a los lquidos y gases.Densidad:Es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. Y su uso es muy importante pues permite caracterizar la masa de un fluido.La densidad de un fluido vara cuando cambia la presin o la temperatura.Flujo:Se denomina flujo a todo fluido en movimiento.Flujo laminar: Se da cuando el tipo de movimiento de un uido es perfectamente ordenado, homogneo, suave, de manera que el uido se mueve en lminas paralelas sin entremezclarse.Flujo turbulento: Cuando el movimiento se hace ms irregular, catico e impredecible, las partculas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partculas se encuentran formando pequeos remolinos aperidicos.Aparece a velocidades altas o cuando aparecen obstculos abruptos en el movimiento del uido.Flujo incomprensible:Es cuando la densidad de un fluido permanece constante con el tiempo a lo largo de todo el flujo y tiene la capacidad de oponerse a la compresin.

Flujo comprensible:Es cuando se presenta grandes cambios de volumen, y usualmente hay cambios de presin y/o temperatura lo que inducirn a cambios de densidad e influyen notablemente en su movimientoCompresibilidad:Se refiere al cambio de volumen de una sustancia cuando se le sujeta a un cambio de presin. Los lquidos son muy poco comprensibles, lo que indica que se requerira un cambio muy grande en la presin para producir un pequeo cambio de volumen, por lo que se puede despreciar el cambio de densidad.Los gases, son comprensibles potencialmente, pues ante cambios de presin originan importantes cambios de densidad.

3.2.- GOLPE DE ARIETE:3.2.1.- Definicin:3.2.2.- Causas:3.2.3.- Efectos y Consecuencias:El golpe de ariete produce daos y rompimiento de tuberas a causa de las presiones generadas. Las tuberas son sometidas a una contraccin y expansin continua debido a que la onda viaja varias veces dentro de la tubera. Estas expansiones y contracciones son disipadas de acuerdo a la capacidad elstica de la tubera. Adems causa daos a mecanismos de control como vlvulas, turbinas, bombas, etc.

a) Ruido. Quizs sea el efecto menos nocivo (no afecta al sistema como tal), pero afecta a las poblaciones cercanas al lugar en donde se produce el golpe de ariete, interrumpiendo sus actividades y provocando alteraciones en su conducta lo cual puede generar estrs.

b) Vibraciones. Las variaciones de presin al momento de ser absorbidas por el sistema generan vibraciones en las tuberas y en las estructuras cercanas al tramo afectado, ocasionando debilitamiento en su resistencia, agrietamiento (causa de fugas), tambin pueden aflojar el terreno causando inestabilidad y hundimientos en el suelo. Esta situacin empeora el estado del sistema gradualmente cada vez que vuelve a ocurrir el fenmeno (los daos son progresivos).

c) Falla en bombas, vlvulas y otros accesorios. Cada uno de los componentes del sistema est diseado para soportar un valor de presin determinado e incluso tienen un cierto margen de tolerancia, pero el aumento de presin que ocurre en un golpe de ariete puede sobrepasar ese lmite y causar desperfectos en los artefactos, teniendo que realizar en esas circunstancias reparaciones o incluso el reemplazo de la pieza daada.

d) Ruptura de tuberas. El caso ms indeseable que puede presentarse a causa del golpe de ariete es el colapso de algn tramo de tubera, esto requerira atencin inmediata ya que el suministro de agua quedara interrumpido hasta el momento de corregir el problema suscitado.

3.2.4.- Reduccin del golpe de ArieteLas sobrepresiones del golpe de ariete obligan a proyectar tuberas con mayor resistencia (timbraje) que tienen un mayor coste. Para evitar esto se instalan unos mecanismos que reducen total o parcialmente el golpe de ariete: Caldern de aireSe trata de un depsito acoplado a la tubera, totalmente cerrado y en el cual penetra agua formando un colchn de aire. Cuando se produce sobrepresin el agua penetra en el depsito comprimiendo el aire y perdiendo energa, cuando se produce una depresin el agua del depsito sale a la tubera producindose vaco en el depsito, este aporte de agua disminuye la depresin en la tubera. El sistema no es prctico por necesitar grandes depsitos cuando la instalacin de riego es de cierto tamao, adems el inconveniente de que el aire confinado en su interior se va gastando tanto por disolucin como por arrastre; en consecuencia , la instalacin de un caldern incluye un compresor que reponga y mantenga dentro una cantidad de aire sensiblemente constante.

Chimenea de equilibrioLa tubera se conecta a un tubo vertical piezomtrico, cuya altura sobrepasa la lnea de carga. Cuando se produce sobrepresin el agua sale por la chimenea, cuando hay depresin el agua de la chimenea entra en la conduccin, disminuyendo en ambos casos la energa del golpe. Tiene como limitacin el tamao de la chimenea que tiende a ser muy grande.

Vlvulas de seguridad, o de alivioSon vlvulas de presin , con una presin prefijada que cuando se sobrepasa por efecto del golpe, se abre y deja salir agua. Hay que instalarlas siempre al aire, por encima del terreno y en sitios de fcil desage, lo que no siempre es posible.Para que funcionen bien, hay que situarlas en bifurcaciones y a menos de 500 metros del extremo de lnea. Entre dos vlvulas no debe haber ms de 2000 m y deben permitir la salida de un caudal igual o superior al doble del gasto mximo de un hidrante.

Vlvulas de retencinEs el sistema ms usado. Consiste en situar a lo largo de la tubera y dentro de la misma, una serie de vlvulas de manera que cuando se para el flujo de liquido, se cierra, dividiendo la longitud total en tantos tramos como vlvulas se hayan colocado, disminuyendo las sobrepresiones.Su nico inconveniente son las prdidas de carga localizadas que produce su colocacin en el interior de la tubera, que son altas y producen un mayor consumo de energa con el consiguiente aumento de coste. Gasto que se compensa con el ahorro en la inversin de la instalacin.

VentosasSon elementos hidrulicos que se instalan por problemas de aire en conducciones, resultando un buen elemento protector del golpe de ariete, tanto en la primera fase de depresin (entra en aire) como en la de sobrepresin.

EJERCICIO Calclese el golpe de ariete en una conduccin de hormignarmado, de 400 m de longitud, 2,8 m de dimetro y 0,4 mde espesor (Q = 40 m3/s y T = 6 s). Solucin Celeridad de la onda K = mdulo elasticidad fluidoK= mdulo elasticidad material e = espesor tuberaGolpe de ariete(Michaud)

Velocidad media Longitud crtica (conduccin corta)Golpe de ariete

4.- CONCLUSIONES Se definieron los conceptos principales que se utilizaron como base para comprender el fenmeno transitorio conocido como golpe de ariete. Se propuso la instalacin de instrumentos para la reduccin de este fenmeno

A grandes escalas puede causar prdidas no solo materiales sino tambin humanas.

5.- RECOMENDACIONES: El golpe de ariete se puede atenuar con un cierre progresivo de vlvulas y evitando cierres rpidos. Para los casos en que se prev que las sobrepresiones originadas por el golpe de ariete puedan presentarse, debern instalarse dispositivos de control para reducir parcial o totalmente dichas sobrepresiones.

5.- BIBLIOGRAFA:Fuentes escritas: Shames, I. (1995) Nociones fundamentales de los Fluidos. En Mecnica de Fluidos. Santaf de Bogot. 3ed, p. 19-22. Cengel, Y. Cimbala, J. (2006). Introduccin y conceptos bsicos. En Mecnica de Fluidos. Fundamentos y Aplicaciones. Mexico.1ed, p.09-12. Chereque, W. (1987) Los fluidos y sus propiedades. En Mecnica de Fluidos I. Lima, 1ed, p.01-06. Gonzales, Hiram. El Fenmeno del Golpe de Ariete; Piero Lugo, ngel. 1ed. Puerto Rico, Universidad Recinto de Mayaguez, 2014. 20p.

Fuentes de internet: TLV, Golpe de Ariete (en lnea). Compaa especialista en Vapor. Disponible en http://www.tlv.com/global/LA/corporate-profile/(visitada el 19/05/2015) Fluidos y sus propiedades (s.f) En Wikipedia, recuperado el 19 de mayo de 2015 dehttp://es.wikipedia.org/wiki/Fluido

6.- ANEXOS: Figura N01

Figura N01: Turbina destruida a causa de un golpe de ariete en una plantaFigura N02:Explosin de una tubera causada por sobrepresiones generados por un golpe de arieteFigura N03:Vlvula de hierro fundido fracturado en su totalidad debido a un cierre muy rpido.

Figura N02 Figura N03

Figura N04Figura N05

Figura N06 Figura N07Figura N04 y N05: Tubera de acero comprimida a causada de subpresiones generadas en la tubera.Figura N06:Central Hidroelctrica Rusa, antes del accidente y en normal funcionamiento.Figura N07:Central Hidroelctrica Rusa, despus del accidente. Causa subpresiones por cierre rpido del flujo. Consecuencia explosin de la turbina y por ende destruccin de la base.

mecnica de fluidos I unfv-fic

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