Golpe De Ariete

Centrales Eléctricas I 2º Curso, Especialidad Electricidad E. U. de Ingeniería Técnica Industrial

Área de Mecánica de Fluidos

Prácticas de Laboratorio

GOLPE DE ARIETE

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Centrales Eléctricas I 2º Curso, Especialidad Electricidad E. U. de Ingeniería Técnica Industrial

Área de Mecánica de Fluidos

GOLPE DE ARIETE.
1. Introducción teórica 2. Descripción de la instalación einstrumentación. 3. Definición de objetivos y rutina experimental. 4. Exposición de resultados. 5. Bibliografía.

1. INTRODUCCIÓN TEÓRICA.
En las tres fases de proyecto, instalación y funcionamiento de ciertas estructuras y máquinas hidráulicas es necesario un control de estos dos fenómenos: golpe de ariete y cavitación, que originan sobrepresiones o depresiones excesivas y que pueden conducir aaverías, llegando hasta la destrucción misma de la estructura o de la máquina. Este epígrafe se centrará en describir la teoría asociada al fenómeno transitorio del golpe de ariete (water hammer). En el estudio de este fenómeno hay que abandonar las dos hipótesis normalmente adoptadas en flujo en tuberías: fluido incompresible y régimen permanente. El golpe de ariete es un fenómeno transitorio y portanto de régimen variable, en el que la tubería ya no es rígida y el líquido es compresible. Este fenómeno se produce en los conductos al cerrar o abrir una válvula y al poner en marcha o parar una máquina hidráulica, o también al disminuir bruscamente el caudal. Un caso muy común es el que ocurre en las centrales hidráulicas, donde se ha de reducir bruscamente el caudal suministrado a lasturbinas hidráulicas acopladas a los alternadores, cuando se anula la carga de dicho alternador.

1.1. EXPLICACIÓN DEL FENÓMENO. El golpe de ariete es un fenómeno que se produce en una tubería forzada por el efecto de fluctuación del caudal circulante, y que se traduce en una variación de la presión interna en la tubería, por encima o por debajo de la presión de trabajo. La figura 1 representa unatubería de longitud L, espesor ○ y diámetro interior D por la que circula agua proveniente de un depósito aguas arriba y que termina en una válvula en su extremo derecho. Si se cierra ésta rápidamente, en virtud del principio de conservación de la energía, al disminuir la energía cinética, ésta se va transformando en un trabajo de compresión del fluido que llena la tubería así como en un trabajonecesario para dilatar esta última: golpe de ariete positivo. Por el contrario, al abrir rápidamente una válvula se puede producir una depresión: golpe de ariete negativo.

H L D

Figura 1. Esquema de instalación susceptible al fenómeno de golpe de ariete. 2

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Elestudio de este fenómeno permitirá ver qué factores son influyentes en este mecanismo, con el objetivo de predecir las sobrepresiones que podrían alcanzarse en el circuito a fin de seleccionar el espesor de tubería necesario para resistir estas solicitaciones mecánicas. Aunque es físicamente imposible cerrar una válvula instantáneamente, el estudio inicial del caso de cierre instantáneo ayuda acomprender el estudio de los casos reales. Así, al cerrarse instantáneamente la válvula de la figura 1, el frenazo provoca una sobrepresión ΔP que se transmite aguas arriba a la velocidad del sonido, a. Por tanto, esta transmisión aguas arriba no ocurre de forma instantánea, 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 hacomprimido y la tubería expandido, mientras que donde aún no ha llegado, las condiciones siguen siendo las iniciales. De esta forma, se ha creado una onda elástica, una onda de presión que se propaga por la tubería, se refleja en el depósito, vuelve a la válvula y de nuevo al depósito, así sucesivamente, originando sobrepresiones y depresiones en la tubería, la cual se dilata o contrae al paso de la...