Chimenea

Facultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería Civil y AgrícolaHidráulica Básica | Profesor de la Asignatura: Julio C. Cañón R.Alumnos Grupo #02: Ana K. Godoy I. | Código: 025116845. |
David A. Baquero R. | Código: 214614. |
Ricardo J. Fernández R. | Código: 215066. |
Sergio A. Romero R. | Código: 214732. |
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CHIMENEA DE EQUILIBRIO

RESUMEN
El golpe de ariete es un choqueviolento que se produce sobre las paredes de un conducto forzado, cuando el movimiento líquido es modificado bruscamente. Al cerrarse rápidamente una válvula en la tubería durante el escurrimiento, el flujo a través de la válvula se reduce, lo cual incrementa la carga aguas arriba de la válvula, iniciándose un pulso de alta presión que se propaga en la dirección contraria a la del escurrimiento. Estaonda provoca sobrepresiones y depresiones las cuales deforman las tuberías y eventualmente la destruyen. En las salidas de operación de equipos la sobrepresión puede ser muy grande, por lo que se procura disminuirla con válvulas de alivio, cámaras neumáticas o chimeneas de equilibrio. En la Ingeniería es muy importante determinar la magnitud de esta sobrepresión con el objeto de poder diseñar lastuberías con suficiente resistencia para soportarla.
ABSTRACT
Water hammer is a violent clash that occurs on the walls of a penstock, when the fluid motion is changed abruptly. Quickly closing a valve in the pipeline during the runoff, the flow through the valve is reduced, which increases the load upstream of the valve, initiating a high-pressure pulse propagates in the opposite direction ofrunoff. This wave causes overpressures and depressions which deform the pipes and eventually destroy it. At the outputs of the pressure equipment operation can be very large, so it seeks to decrease with pressure relief valves, air chambers and chimneys of balance. The engineering is very important to determine the magnitude of this pressure in order to design pipes with sufficient strength towithstand it.
PALABRAS CLAVE
Golpe de ariete, chimenea de equilibrio, sobrepresión, flujo.
KEYWORDS
Water hammer, surge shaft, pressure, flow.
I.-GENERALIDADES
Los problemas usuales de la mecánica de fluidos se relacionan con flujo permanente. Sin embargo, hay una gran cantidad de problemas en los cuales la velocidad del fluido es función del tiempo. Por ejemplo, al prender una bomba, lavelocidad en la línea de descarga aumenta desde el valor cero hasta el máximo correspondiente a las condiciones de régimen.
En el control del funcionamiento de una turbina, si la carga cambia, el caudal de flujo que llegue a la turbina deberá cambiar también y por consiguiente se establecen condiciones no permanentes de flujo, durante el período de transición. La chimenea de equilibrio es undispositivo, que reduce las variaciones de presión en una tubería mientras dura el régimen no permanente.

Imagen 1: Esquema de una instalación para una chimenea de equilibrio.
Las pérdidas desde A hasta B son:
hAB=f*LD*Vo22*g+K*Vo22*g
Donde,
f*LD*Vo22*g : Pérdida por fricción.
K*Vo22*g : Pérdida por singularidad u otro.
Del esquema vemos que:
Zo=Vo22*g+f*LD*Vo22*g+K*Vo22*gZo=1+f*LD+K*Vo22*g=K1*Vo22*g
K1=1+f*LD+K
Entonces,
Zo=K1*Vo22*g Ecuación ①
ZoK1=Vo22*g
Zo y Vo se miden para condiciones de flujo permanente como se señaló anteriormente y se determina K₁.
Por consiguiente, para cualquier instante:
Z1=K1*V122*g Ecuación ②
Aplicando la 2da Ley de Newton de movimiento a la tubería principal cuando se cierra la válvula de cierre instantáneo, se tiene:
⅀Fx=m*axɣ*A1*-Z+Z1=L1*A1*⍴*dV1dt
Ecuación ③
En donde,
ɣ*A1*-Z+Z1 : Diferencia de presión en la tubería L₁.
Pero:
dV1dt=dV1dZ*dZdt
Por la ecuación de continuidad:
A1*V1=A4*V4
A1*V1=A4*dZdt
dZdt=A1A4*V1
Luego,
dV1dt=A1A4*V1*dV1dZ Ecuación ④
Remplazando los términos encontrados en ④ y ② en la ecuación ③, se obtiene:
ɣ*A1*-Z+K1*V122*g=L1*A1*⍴*A1A4*V1*dV1dZ
g*-Z+K1*V122*g=L1*A1A4*ddZ12*V12...