UNIDAD 4 SISTEMAS COMPLEJOS DE TUBERÍAS

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1 UNIDD 4 SISTES COPLEJOS DE TUERÍS Capítulo 4 GOE DE RIETE EN TUERÍS SECCIÓN 1: GOE DE RIETE INTRODUCCIÓN El golpe de ariete o transitorio, consiste en una oscilación de la presión que se propaga por la conducción y se amortigua con el tiempo cuando se produce un cambio de régimen. El cambio puede ser gradual o instantáneo. La causa del cambio de régimen, puede ser originada por la puesta en marcha o parada de las bombas, por el cierre o apertura de válvulas o incluso debido a una variación de la velocidad y por tanto del caudal. El cambio de presión originado por el cambio de régimen, puede dañar la tubería si no se ha tenido en cuenta, ya sea por aplastamiento o por rotura. Es importante evaluar la cuantía del golpe de ariete y dimensionar adecuadamente la tubería por la inversión realizada. EXPLICCIÓN DEL FENÓENO Supongamos una tubería de sección constante en la que circula un caudal determinado, al cerrar instantáneamente una válvula colocada a cierta distancia de en. Las partículas fluidas aguas arriba de la válvula chocan contra ella, su velocidad desciende bruscamente a cero. La primera rebanada de fluido aguas arriba de la válvula se queda parada, con velocidad cero. La segunda rebanada comprime a esta, pero a su vez la tercera comprime a las dos anteriores y así sucesivamente hasta llegar al punto. En aparece un aumento de presión p que se propaga aguas arriba como una onda hasta con velocidad c (fig. 4.56). después del golpe = p/ -Δ antes del golpe después del golpe C Fig. 4.56

2 El aumento de presión es como un golpe que se produce en el interior de la conducción, audible en la mayoría de los casos. El fenómeno se produce simultáneamente pero inversamente aguas abajo del cierre de la válvula (fig. 4.56), en la dirección C, la primera rebanada de fluido tiende por inercia a continuar hacia C, al estar la válvula cerrada, se crea un vacío al separarse, se comporta como un émbolo que succiona originando una presión negativa que se conoce como golpe de ariete negativo - p, dando lugar a presiones inferiores a la atmosférica, incluso próximas al cero absoluto, aplastando la tubería (fig.4.57) si no está preparada para soportarlo. Suele aparecer una rotura longitudinal y banda blanca por deformación a flexión transversal en las tuberías de PC Fig Oscilaciones de presión en la conducción Estudiemos las oscilaciones de la presión en la tubería para diferentes tiempos originados por un golpe con cierre de válvula. Instante t = 0 Como hemos dicho, al cerrar la válvula en, aparece el golpe p. El aumento de presión se transmite en sentido, con velocidad c (fig. 4.58) Fig. 4.58

3 Instante t = (L/2)/c La onda ha recorrido una longitud mitad de la conducción L/2 se encuentra en. Fig = 0 En el tramo (fig. 4.59) la velocidad es = 0. Todas las rebanadas de este tramo se han quedado en reposo y comprimidas. La tubería está dilatada en este tramo por efecto del aumento de presión. En el resto, tramo el fluido se comporta normal, ya que la onda no ha llegado aún, el fluido continua circulando con velocidad. Instante t = L/c. La onda ha llegado al punto. Toda la tubería se encuentra dilatada, por efecto de la sobrepresión. En la presión será la estática +.Todo el fluido se encuentra en reposo y comprimido en este instante. El momento de mayor riesgo para la conducción, el momento crítico (fig. 4.60). Fig En no puede existir ninguna presión que no sea la correspondiente a h (altura del nivel de agua en el depósito). En este punto desaparece el golpe por la expansión del fluido al entrar en el depósito. De esta manera se inicia un flujo hacia el deposito a la vez que la presión se va estabilizando.

4 Instante t = (3L / 2)/c Como consecuencia de la expansión del flujo del caso anterior la onda estabilizadora retorna a. La onda ha recorrido una longitud 1,5L. No ha alcanzado todavía el tramo en el retorno, sigue con el exceso de sobrepresión y en reposo, velocidad cero como en el instante t = (L/2)/c. Sin embargo la dirección del flujo ha cambiado, no existe consumo de energía, al contrario, por tanto la tomará una posición ascendente (fig. 4.61). = 0 Fig Instante 2L/c. La onda estabilizadora llega a, ha recorrido dos veces la longitud de la tubería. Todo el fluido de la tubería se dirige hacia el depósito con velocidad. La velocidad es teóricamente la misma del principio, la original antes de producirse el golpe, con dirección contraria (fig. 4.62). Fig Cuando la onda estabilizadora alcanzó, trató de separar la primera rebanada de fluido. Ello hace que se forme una presión negativa, por tratar de succionar, desciende la presión una cantidad - del golpe inicial. Esta onda de depresión se propagará a continuación en el sentido. Instante t = (5L/2)/c. La onda de depresión se transmite hasta el punto. El tramo está contraído y el tramo continua con velocidad hacia el depósito, la onda de depresión aún no ha llegado (fig. 4.63).

5 Fig = 0 instante t = 3L/ c La onda de depresión llega a. El fluido en toda la tubería se encuentra expandido y en reposo. En se inicia un flujo en dirección a que irá estabilizando la presión (fig. 4.64) = 0 Fig instante t = 7 L / 2 c. La onda estabilizadora llega a. En el tramo hay flujo con velocidad y en el tramo todavía no ha llegado el restablecimiento, el fluido se encuentra en reposo y expandido (fig.4.65). Fig = 0

6 instante t = 4L/c. La onda alcanza. Nos encontramos en la misma situación que al principio (fig. 4.66). Fig partir de aquí se va repitiendo el proceso. En cada proceso hay disipación de energía, el efecto va disminuyendo, todo el golpe es similar cualitativamente, pero cuantitativamente inferior cada vez. En definitiva, el golpe de ariete sigue una ley periódica de compresiones y depresiones que se amortigua con el tiempo.