TEMA 9. GOLPE DE ARIETE EN TUBERÍAS ANÁLISIS PRÁCTICO Y SIMPLIFICADO

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1 TEMA 9. GOLE DE ARIETE EN TUBERÍAS ANÁLISIS RÁCTICO Y SIMLIFICADO GOLE DE ARIETE: ERTURBACIÓN HIDRÁULICA TRANSITORIA, DE CARACTER CÍCLICO Y CORTA DURACIÓN, QUE SE RODUCE CUANDO SE MODIFICA EL MOVIMIENTO DE UN LÍQUIDO QUE CIRCULA OR UNA TUBERÍA DE UN REGIMEN ERMANENTE A OTRO VARIABLE, DANDO LUGAR A QUE SE GENEREN ONDAS ALTERNATIVAS DE DERESIÓN Y SOBRERESIÓN, QUE SE ROAGAN A LO LARGO DEL CONDUCTO. EFECTOS: SOBRERESIONES: ROTURA DE TUBERÍAS, DAÑO A ELEMENTOS FIJOS Y MOVILES EN INSTALACIONES DE BOMBEO. DERESIONES: ROTURA DE TUBERÍAS OR ALASTAMIENTO, ACUMULACIÓN DE AIRE Y CAVITACIÓN. CASOS DE MAYOR INTERÉS: CIERRE RÁIDO DE VÁLVULAS EN SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN ARADA DE BOMBAS EN INSTALACIONES DE IMULSIÓN Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 1

2 EVALUACIÓN DEL GOLE DE ARIETE L V T JOUGET : GOLE DE ARIETE EN m.c.a. L: LONGITUD DE LA TUBERÍA (m) V: DIFERENCIA DE VELOCIDADES ANTES Y DESUES DEL ACCIONAMIENTO DE LA VÁLVULA O ARADA DE LA BOMBA (m/s) : ACELERACIÓN DE LA GRAVEDAD (m/s 2 ) LA FORMULA DE JOUGET SE OBTIENE SUONIENDO UNA RESIÓN CONSTANTE DURANTE LA MANIOBRA. EN LA RÁCTICA NO OCURRE ASÍ, AUMENTANDO LA RESIÓN DEL GOLE DE ARIETE DURANTE LA MANIOBRA DE CIERRE DE LA VÁLVULA O ARADA DE LA BOMBA. MICHAUD EVALUA EL GOLE DE ARIETE MÁXIMO DURANTE LA MANIOBRA COMO: L V 2 T MICHAUD (MICHAUD) 2 (JOUGUET) Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 2

3 DESCRICIÓN FÍSICA DEL FENÓMENO CIERRE DE UNA VÁLVULA τ 2L/a a: celeridad de la onda Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 3

4 DESCRICIÓN FÍSICA DEL FENÓMENO ARADA DE UNA BOMBA Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 4

5 DETERMINACIÓN DE LA CELERIDAD (a) LA CELERIDAD DE LA ONDA, QUE DEENDE DE LAS CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS Y MECÁNICAS DE LA TUBERÍA, ASÍ COMO DE LA COMRESIBILIDAD Y DENSIDAD ESECÍFICA DEL FLUIDO.ARA EL AGUA SE EXRESA OR LA FÓRMULA: a a: CELERIDAD DE LA ONDA (m/s) ,3 + k D: DIÁMETRO INTERIOR DE TUBO (mm) e: ESESOR DEL TUBO (mm) k: /E, SIENDO E EL MODULO DE ELASTICIDAD DEL MATERIAL EN K/m 2 D e MATERIAL E (k/m 2 ) T. hierro, acero y hormión armado T. fundición dúctil 1, T. fundición laminar T. aluminio T. hormión pretensado T. amianto-cemento 1, T. VC T. polipropileno T. polietileno alta densidad T. polietileno baja densidad Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 5

6 CÁLCULO DEL GOLE DE ARIETE EN TUBERÍAS DE CIRCULACIÓN OR GRAVEDAD (CIERRE VÁLVULA) TIEMO DE CIERRE DE LA VÁLVULA: T TIEMO CRÍTICO: T C 2L/a ES EL TIEMO EMLEADO OR LA ONDA DE SOBRERESIÓN EN IR AL EXTREMO OUESTO DE LA VÁLVULA Y RETORNAR DE NUEVO A ELLA. CIERRE RÁIDO: 0 < T < T C LA ONDA DE SOBRERESIÓN MÁXIMA SE RODUCE CUANDO SE CIERRA COMLETAMENTE LA VÁLVULA. VALOR DE LA SOBRERESIÓN MÁXIMA (ALLIEVI): ( m. c. a) a V LONGITUD CRÍTICA: L C a T/2. ESTA DISTANCIA, CONSIDERADA A ARTIR DEL DEÓSITO, NOS DEFINE EL UNTO CRÍTICO. RESIÓN MÁXIMA EN LA VÁLVULA: B MAX e + e + a V RESIÓN MÍNIMA EN LA VÁLVULA: B MIN e e a V Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 6

7 Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 7

8 CIERRE LENTO: T > T C LA ONDA DE SOBRERESIÓN MÁXIMA SE RODUCE AL CABO DEL TIEMO CRÍTICO JUNTO A LA VÁLVULA. LA SOBRERESIÓN SERÁ MENOR QUE EN CIERRE RÁIDO UESTO QUE LA ONDA DE DERESIÓN REFLEJADA LLEGA A LA VÁLVULA ANTES DE QUE SE COMLETE SU CIERRE. VALOR DE LA SOBRERESIÓN MÁXIMA (MICHAUD): ( m. c. a) L V 2 T LA SOBRERESIÓN DECRECE LINEALMENTE HASTA ANULARSE EN EL DEÓSITO RESIÓN MÁXIMA EN LA VÁLVULA: B MAX e + e + 2 L V T RESIÓN MÍNIMA EN LA VÁLVULA: B MIN e e 2 L V T Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 8

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10 CÁLCULO DEL GOLE DE ARIETE EN TUBERÍAS DE IMULSIÓN (ARADA DE BOMBA) TIEMO DE CESE DE CIRCULACIÓN DEL LÍQUIDO: T NO COINCIDE CON EL TIEMO DE ARADA DE LA BOMBA. LA CIRCULACIÓN DEL AGUA CESA AROXIMADAMENTE UNA VEZ SE HA RODUCIDO UNA DISMINUCIÓN DEL 15% EN EL NÚMERO DE REVOLUCIONES DE LA BOMBA (CIERRE DE LA VÁLVULA DE RETENCIÓN) SE EVALÚA CON LA FÓRMULA EMÍRICA DE MENDILUCE: T C + K L V H m T TIEMO DE CESE DE LA CIRCULACIÓN (seundos) L LONGITUD TOTAL DE LA TUBERÍA DE IMULSIÓN (m) V VELOCIDAD MEDIA DEL AGUA EN LA IMULSIÓN (m/s) ACELERACIÓN DE LA GRAVEDAD (m/s 2 ) H m ALTURA MANOMÉTRICA; H m H + h impulsión C COEFICIENTE ADIMENSIONAL EMÍRICO FUNCIÓN DE LA ENDIENTE DE LA IMULSIÓN (p) p < 0,20 C 1 p 0,35 C 0,40 p 0,25 C 0,8 p > 0,4 C 0,40 p 0,3 C 0,60 K COEFICIENTE ADIMENSIONAL EMÍRICO FUNCIÓN DE LA LONGITUD DE LA IMULSIÓN (L) Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 10

11 L < 500 m K 2 L 1500 m K 1,25 L 500 m K 1,75 L > 1500 M K 1 L 1000 m K 1,5 LONGITUD CRÍTICA: L C a T/2 IMULSIÓN CORTA: L < L C LA SOBRERESIÓN ES CRECIENTE DESDE EL FINAL DE LA IMULSIÓN HASTA EL ORIGEN JUNTO A LA BOMBA, DONDE ALCANZA LOS VALORES MÁXIMOS. VALOR DE LA SOBRERESIÓN MÁXIMA (MICHAUD): ( m. c. a) L V 2 T RESIÓN MÁXIMA EN LA BOMBA: B MAX H + H + 2 L V T RESIÓN MÍNIMA EN LA BOMBA: B MIN H H 2 L V T Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 11

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13 IMULSIÓN LARGA: L > L C LA SOBRERESIÓN ES CRECIENTE DESDE EL FINAL DE LA IMULSIÓN HASTA UNA LONGITUD a T/2 DE DICHO FINAL. A ARTIR DE ESE UNTO SE MANTIENE CONSTANTE CON EL VALOR DE LA FÓMULA DE ALLIEVI HASTA EL ORIGEN. VALOR DE LA SOBRERESIÓN MÁXIMA (ALLIEVI): ( m. c. a) a V RESIÓN MÁXIMA EN LA BOMBA: B MAX H + H + a V RESIÓN MÍNIMA EN LA BOMBA: B MIN H H a V Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 13

14 Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 14

15 CAVITACIÓN DURANTE EL GOLE DE ARIETE Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 15

16 ROTECCIONES CONTRA EL GOLE DE ARIETE VALVULAS EN SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN: MECANISMOS DE ACCIONAMIENTO QUE IMIDAN VARIACIONES BRUSCAS DEL CAUDAL. VÁLVULAS DE COMUERTA O MARIOSA. (DISEÑO CON VELOCIDADES MODERADAS) INSTALACIONES DE BOMBEO EN IMULSIONES: 1. DISEÑO CON VELOCIDADES MODERADAS 2. CHIMENEAS DE EQUILIBRIO Y CALDERINES DE AIRE Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 16

17 3. VÁLVULAS DE SEGURIDAD, DE ALIVIO RÁIDO O DE SOBRERESIONES 4. VALVULAS DE RETENCIÓN Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 17

18 Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 18

19 DISOSITIVOS DE ROTECCIÓN FRENTE A TRANSITORIOS HIDRÁULICOS. VALVULAS EN SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN: 1. MECANISMOS DE ACCIONAMIENTO QUE IMIDAN VARIACIONES BRUSCAS DEL CAUDAL. VÁLVULAS DE COMUERTA O MARIOSA. 2. DISEÑO CON VELOCIDADES MODERADAS. 3. TIMBRAJE ADECUADO DE TUBERÍAS (GOLE DE ARIETE OSITIVO) 190 N N10 90 N 6 Δh Dep 1 30 H 0 N 6 N10 N m Dep 2 INSTALACIONES DE BOMBEO EN IMULSIONES: Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 19

20 1. DISEÑO CON VELOCIDADES MODERADAS 2. TIMBRAJE ADECUADO DE TUBERÍAS (GOLE DE ARIETE OSITIVO) 3. DISOSITIVOS DE ACCIÓN DIRECTA: Volante de inercia Válvulas de retención Válvulas de control de bombeo Válvulas de cierre controlado 4. DISOSITIVOS DE ACCIÓN INDIRECTA: Chimeneas de equilibrio Tanques unidireccionales By-pass Válvulas de alivio rápido Válvulas anticipadora de onda, o anti ariete Válvulas reuladoras de presión VOLANTE DE INERCIA. VÁLVULAS DE RETENCIÓN. Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 20

21 Válvula de retención de clapeta Válvula de retención de bola Válvula de retención de clapeta basculante Válvula de retención de disco partido Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 21

22 Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 22

23 VÁLVULAS DE CONTROL DE BOMBEO CHIMENEAS DE EQUILIBRIO H + H + H m H H - H.- VR L Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 23

24 TANQUES UNIDIRECCIONALES CALDERINES BY-ASS EN LA BOMBA Fiura N.17. Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 24

25 VÁLVULAS DE ALIVIO RÁIDO o De acción directa. o Válvulas hidráulicas con piloto de alivio rápido. Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 25

26 VÁLVULA ANTICIADORA DE ONDA O ANTI-ARIETE Hidráulica 2º Grado en Ineniería de las Industrias Aroalimentarias/Horticultura y Jardinería 26