Golpe De Ariete

Tecnológico Nacional de México
Instituto Tecnológico de Pachuca

Departamento Metal-Mecánica
Carrera Ingeniería Mecánica

Sistemas e Instalaciones Hidráulicas

Alumno: Carlos Alfredo García Ordoñez
No. de control 11200822.
Correo electrónico: carlos.ordonez.2123@gmail.com

Profesor: Ing. Oscar Alberto Kampfner Rodríguez

“Golpe de Ariete ”


Pachuca de Soto, Hgo; a 11 de marzo de 2015


Elfenómeno del golpe de ariete puede generar presiones extremas en las redes de distribución, lo cual puede llevar a fallas en la red y artefactos hidráulicos, e inclusive rupturas en las tuberías, con el consiguiente riesgo de corte del servicio, pérdidas de agua, intrusión de contaminantes al sistema, etc. Un golpe de ariete severo puede generar la separación de la columna de agua, con consecuenciasdesastrosas para la integridad de las tuberías. Debido a esto la simulación del flujo no-permanente y del golpe de ariete se ha convertido en un requisito esencial para asegurar el correcto diseño y operación de los sistemas de distribución de agua.
El golpe de ariete aparece en las redes de tuberías cuando el estado de flujo permanente es perturbado mediante la modificación de la velocidad delflujo. En general, el cambio en la velocidad del flujo puede ser causado por la apertura o cierre de válvulas, falla de mecanismos hidráulicos, partida / parada de bombas, etc. El nombre ‘golpe de ariete’ proviene del sonido que generalmente acompaña al fenómeno, similar al ruido del martillo golpeando una tubería. Sin embargo, la magnitud del ruido no es equivalente a la magnitud de la onda dechoque, ya que el sonido puede ser amortiguado mientras la onda de presión daña las instalaciones. El efecto más severo del golpe de ariete se produce generalmente cuando las bombas detienen su funcionamiento, dando lugar a presiones excesivas que pueden causar daños serios a tuberías y mecanismos hidráulicos, tales como rupturas, colapsos por vacío, etc., sin considerar otros efectos que tambiénpodrían generar costos humanos, materiales y financieros. (Le CHEVALLIER et al., 2003).
Por tratarse de fenómenos donde las propiedades del flujo como presiones, velocidades, etc., cambian rápidamente tanto temporal como espacialmente la descripción matemática del problema se complica, ya que deben resolverse ecuaciones diferenciales parciales del tipo hiperbólico casi lineal. El análisis estructural,el análisis dinámico de sistemas de distribución de agua a presión está lejos de ser un aspecto rutinario en los estudios conducentes al diseño y operación de estos sistemas. Esto puede deberse a la dificultad inherente al problema y al menor costo en vidas humanas frente a eventuales fallas. También puede ser una causa la existencia de ciertos mitos relativos al golpe de ariete, como la creenciade que su comportamiento depende de la configuración topológica de la red mientras más ramificada, mayor disipación de sobre-presiones.
Hay casos donde las ondas reflejadas desde diferentes partes de una red pueden superponerse y producir presiones positivas o negativas catastróficas para un sistema.
Ecuaciones que rigen el fenómeno no-permanente
Las leyes fundamentales que describen el flujono-permanente en tuberías están representadas por la ecuación de la dinámica y la ecuación de conservación de la materia, las que acopladas forman un sistema de ecuaciones diferenciales parciales del tipo hiperbólico casi – lineal (CHAUDHRY, 1987). Para el caso del escurrimiento no-permanente rápido, dichas ecuaciones pueden expresarse como (CHAUDHRY, 1987):


Donde:
Q: caudal
H: cota piezométrica
g:constante de gravedad
a: velocidad de traslación de la onda de presión
f: factor de fricción de DARCY – WEISBACH
D: diámetro
A: sección transversal
t y s : indican derivada parcial con respecto al tiempo y espacio
La parte superior del sistema (1) representa a la ecuación de la dinámica, mientras que la inferior a la de continuidad.
La ecuación (1) puede ser derivada usando los siguientes...