Golpe De Ariete

Aproximándonos al Golpe de Ariete mediante el Método de los Elementos Finitos
Alicia E. Carbonell1, Irma M. Benitez1, Liliana E. Gimenez1, Mauricio C. Friedrich2
(1) U.T.N – Facultad Regional Paraná - U.A.D.E.R.- Facultad de Ciencia y Tecnología alicarbo@yahoo.com.ar ; manuelabenitez@frp.utn.edu.ar ; lilianagimenez@yahoo.com.ar (2) U.T.N.– Facultad Regional Paraná – U.N.E.R. – Facultad deIngeniería mclfriedrich@infovia.com.ar

RESUMEN: Se presenta el abordaje del “fenómeno golpe de ariete” desde distintas disciplinas, involucrando Mecánica de los Fluidos, Matemática Avanzada y Computación. El modelo real se basa en las ecuaciones de balance de masa, cantidad de movimiento y de energía. Se hacen distintos supuestos para lograr modelos dinámicos simples y que tengan una correlaciónaceptable con los resultados experimentales publicados. Se simula el fenómeno con Métodos Numéricos implementados computacionalmente con software libre. Se presentan los fundamentos del método de las características (MOC), el que citan la mayoría de los estudios actuales, como referente para la comparación. Otra formulación equivalente, es la ecuación de onda para la presión y la velocidad. Esta esuna formulación hiperbólica de segundo orden, con condiciones de frontera. Se usa una malla para discretizar el espacio de trabajo, el método de diferencias finitas para aproximar la derivada segunda espacial y se transforma el problema en un sistema de n ecuaciones diferenciales ordinarias de segundo orden temporal. Las incógnitas son los valores de los parámetros de interés en los nodos. Seresuelve con Runge Kutta de orden 5, 6. El conjunto de librerías en C, ALBERTA, disponibles como software libre se usan como caja negra, excepto por la asistencia de programadores. Trabaja con Elementos Finitos (FEM) calculando la solución aproximada a la solución exacta en un espacio funcional de dimensión finita. Realiza las iteraciones básicas del mallado adaptativo, con tiempo estacionario:ensambla y resuelve el sistema discreto, calcula el error estimado y en función de este adapta la malla refinando a agrandándola. PALABRAS CLAVES: Golpe de Ariete, modelo, resolutor, numérico, computacional. 1 EL FENÓMENO DEL GOLPE DE ARIETE 1.1. Características del fenómeno, antecedentes e hipótesis para su estudio El fenómeno del golpe de ariete, característico de flujo no permanente de líquidos, sepresenta en las conducciones cerradas cuando se altera bruscamente el caudal. Consiste en la aparición de movimiento oscilatorio del fluido con la correspondiente variación ondulatoria de la presión en gran magnitud. El cierre brusco de un obturador o una válvula, la detención de una bomba o el arranque de una turbina, son causa suficiente para su generación y es tan importante la solicitaciónconsecuente sobre la instalación que han sido numerosos los casos que pueden citarse en los que la imprevisión acerca de su presencia ha determinado la inutilización definitiva de instalaciones muy importantes y muy costosas. Por tratarse del caso extremo en cuanto a la magnitud de las consecuencias y porque es la referencia que se toma en los cálculos y proyectos como margen de seguridad se analiza eneste estudio lo que se define como “cierre instantáneo”. Se supone que en una tubería de transporte el obturador o válvula estrangulan la corriente en un intervalo de tiempo tan pequeño que puede ser considerado “cero”. En el análisis de este fenómeno participa una variada gama de aspectos tanto propios de la física como la estática del sólido, la resistencia de los materiales, la cinemática y ladinámica de los fluidos, lo que lo convierte en un ejemplo típico de integración de conocimientos en el campo de la ingeniería. Además, dado que las aplicaciones derivadas del desarrollo de sistemas de protección, como de optimización de recursos materiales, ofrecen un campo vasto de posibilidades. Pueden dar lugar a estudios y aplicaciones de novísimas metodologías de cálculo.

El estudio...