Hidraulica

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El ariete Hidráulico, su fenómeno:
Consiste en una máquina que aprovecha únicamente la energía de un pequeño salto de agua para elevar parte de su caudal a una altura superior. Su funcionamiento consiste en que acelere el agua a lo largo del tubo de alimentación hasta alcanzar una velocidad suficiente como para que se cierre la válvula; entonces se genera una fuerte presión al detenerse el aguabruscamente, este golpe de presión obliga a abrir la válvula y así dejar pasar un pequeño chorro de agua al dispositivo hasta equilibrar las presiones, esta secuencia se repite en varias ocasiones repitiéndose así el ciclo, el agua, a cada golpe de aire hace fluir el agua con continuidad. El fenómeno del golpe de ariete, también denominado transitorio, consiste en la alternancia de depresiones ysobrepresiones debido al movimiento oscilatorio del agua en el interior de la tubería, es decir, básicamente es una variación de presión, y se puede producir tanto en impulsiones como en abastecimientos por gravedad.

Descripción del fenómeno en abastecimientos por gravedad

Si el agua se mueve por una tubería con una velocidad determinada y mediante una válvula se le corta el paso totalmente,el agua más próxima a la válvula se detendrá bruscamente y será empujada por la que viene detrás. Como el agua es algo compresible, empezará a comprimirse en las proximidades de la válvula, y el resto del líquido comprimirá al que le precede hasta que se anule su velocidad. Esta compresión se va trasladando hacia el origen conforme el agua va comprimiendo al límite la que le precede, de manera queal cabo de un cierto tiempo todo el agua de la tubería está en estas condiciones, concluyendo la primera etapa del golpe de ariete.

Calculo de ondas de presión:

Velocidad de propagación de la onda de presión
Para tuberías deformables como es nuestro caso (tubo de acero) la expresión matemática que proponemos es la siguiente:

Dónde:

c = velocidad de la onda de presión (m/s)
EB =módulo de elasticidad volumétrico del fluido (Pa)
E = módulo elástico (módulo de Young) del material de la tubería (Pa)
ρ = densidad del fluido
(kg/m3)
d = diámetro exterior de la tubería (mm)
e = espesor de la pared de la tubería (mm)

Tiempo de propagación de la onda de presión
El tiempo de propagación desde la válvula hasta la embocadura de la tubería:

Dónde:

Tp = tiempo de propagación(s)
L = longitud de la tubería (m)

Calculo del aumento de presión producido por el golpe de ariete

Dónde:

ΔP = variación de la presión (Pa)
ΔV = variación de la velocidad de circulación del fluido
como consecuencia del cierre de la válvula (m/s)
Resistencia
El máximo esfuerzo que debe soportar un material en carga ha de ser una fracción de su límite elástico.

Dónde:

σ E =límite elástico (para el acero σ E min = 185 Mpa) (Pa)
σ adm = coeficiente de trabajo o tensión máxima admisible (mm)
η = coeficiente de seguridad, valor experimental >1 que depende del
material, de las condiciones en que trabaje y de los fines a que se dedica

Calculo de la tensión de trabajo
La tensión de trabajo que soporta la pared de una conducción como consecuencia de la presión queejerce el fluido sobre ella, la podemos obtener mediante la ecuación:

Dónde:

Hm = altura manométrica de la bomba/presión que ha de soportar la tubería (Pa)
di = diámetro interior (mm)
e = espesor de la pared (mm)
σ t = tensión de trabajo a la tracción (Pa)
Características de la cavitación:

La cavitación o aspiraciones en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua ocualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación de la constante de Bernoulli. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas...
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