Golpe de ariete

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MECÁNICA DE FLUIDOS – Golpe de Ariete HENQUÍN, Eduardo – Julio de 2004

TRABAJO ESPECIAL DE MECÁNICA DE FLUIDOS INTEGRANTES: HENQUÍN, Eduardo R. (ehenquín@fiqus.unl.edu.ar) TEMA: Golpe de ariete. RESUMEN: El presente trabajo tiene por objetivo principal presentar en forma teórica el denominado golpe de ariete. El mismo es un fenómeno transiente de transformación de energía de movimiento(cinética) en energía de presión, que se produce cuando hay un cambio brusco en la velocidad de un fluido. Físicamente lo que ocurre es la aparición de una onda de presión, tanto en el fluido como en la cañería, a expensas de la variación brusca de la velocidad del fluido. En la práctica normalmente se produce por la parada repentina de una bomba impulsora, la apertura ó cierre brusco de una válvula deconducción, en los cambios súbitos de dirección del fluido por ejemplo codos muy pronunciados, etc. El golpe de ariete se manifiesta como golpes en forma de martilleo, cuando se abre o cierra con rapidez una llave de paso en una tubería que conduzca fluido a velocidad alta. La consecuencia directa de este es el agotamiento ó rotura de los dispositivos de sujeción de las tuberías, el deterioro delas válvulas y accesorios de la línea de conducción e incluso de la misma bomba impulsora. Dada la importancia de este fenómeno, es significativo modelarlo con profundidad para poder determinar las medidas preventivas que permiten disminuir su intensidad y preparar las tuberías para resistir los esfuerzos que produce. Para modelar el fenómeno de GOLPE DE ARIETE, se desarrollaran las ecuacionesdiferenciales de cantidad de movimiento y de continuidad. El modelo aplicado es de una complejidad intermedia equivalente a la usada en los libros de texto habituales. De esta manera no es necesario considerar todos los esfuerzos e interacciones que aparecen en un sistema real (teoría FSI, Fluid Structure Interaction), evitando así la complejidad matemática que esto significa, y teniendo en cuenta quemodelos más sencillos pueden ser deducidos a partir de aquel. El punto conflictivo de la resolución radica en el acoplamiento de la onda de presión que aparece en el fluido y las tensiones a que se ve sometida la cañería. Para considerar este acoplamiento, sólo consideraremos la deformación radial de esta Las ecuaciones generales a partir de las que se dará tratamiento al modelo son:

∂V  ρ+ V ⋅ (∇ V )  = −∇ p − ∇ τ + ρ ⋅ g  ∂t  ∂ρ +∇⋅v = 0 ∂t k = ρ dp dρ

(movimiento)

(continuidad)

(estado)

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MECÁNICA DE FLUIDOS – Golpe de Ariete HENQUÍN, Eduardo – MEYER, Camilo Julio de 2004

DESCRIPCIÓN DEL FENÓMENO DE GOLPE DE ARIETE: El golpe de ariete se puede presentar en una tubería que conduzca un líquido hasta el tope, cuando se tiene un retardo o unaaceleración en el flujo; como por ejemplo el cambio de apertura de una válvula en la línea. Antes de deducir las ecuaciones que describen el fenómeno de golpe de ariete, se dará una relación cualitativa de la secuencia de eventos que se presentan al cerrar bruscamente una válvula al final de una tubería de descarga de un tanque de almacenamiento. Al cerrarse rápidamente una válvula en la tubería delongitud L durante el flujo, éste se reduce con lo cual se incrementa la presión corriente arriba de la válvula, iniciándose así un pulso que se propaga a la velocidad del sonido (a) en el sistema fluido tubería, en sentido contrario al flujo Este pulso de presión hace que la velocidad del flujo disminuya. La presión corriente abajo, después la válvula, se reduce y la onda de presión disminuida(depresión) viaja en el sentido del flujo, disminuyendo también la velocidad del flujo. En el instante en que se cierra la válvula (t = 0), el líquido más cercano a ésta se comprime al mismo tiempo que su velocidad Vo se reduce a cero; en estas condiciones las paredes del conducto sufren una expansión debido al aumento de presión en el fluido. Tan pronto como se comprime la primera capa de líquido,...
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