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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL RESISTENCIA “Golpe de Ariete” CÁTEDRA: Operaciones Unitarias I ALUMNOS: Delssín, Nicolas R. Sandoval, Yazmin E. PROFESOR: Dr. Ing. Walter Gustavo Morales AÑO: 2017 Operaciones Unitarias I: “Golpe de Ariete” Delssín, Nicolás R. / Sandoval, Yazmin E. Página 2 Objetivos Definir y explicar el fenómeno de “Golpe de Ariete”. Explicar las fórmulas matemáticas de Joukowski y su aplicación en este fenómeno. Ejemplificar casos en las industrias donde se presenta el Golpe de Ariete y dar a coonocer los peligros que este representa. Dar a conocer los medios empleados para reducir o evitar el Golpe de Ariete. Operaciones Unitarias I: “Golpe de Ariete” Delssín, Nicolás R. / Sandoval, Yazmin E. Página 3 Operaciones Unitarias I: “Golpe de Ariete” Delssín, Nicolás R. / Sandoval, Yazmin E. Página 4 Operaciones Unitarias I: “Golpe de Ariete” Delssín, Nicolás R. / Sandoval, Yazmin E. Página 5 Operaciones Unitarias I: “Golpe de Ariete” Delssín, Nicolás R. / Sandoval, Yazmin E. Página 6 Operaciones Unitarias I: “Golpe de Ariete” Delssín, Nicolás R. / Sandoval, Yazmin E. Página 7 Operaciones Unitarias I: “Golpe de Ariete” Delssín, Nicolás R. / Sandoval, Yazmin E. Página 8 Operaciones Unitarias I: “Golpe de Ariete” Delssín, Nicolás R. / Sandoval, Yazmin E. Página 9 Operaciones Unitarias I: “Golpe de Ariete” Delssín, Nicolás R. / Sandoval, Yazmin E. Página 10 Los peligros del golpe de ariete El Golpe de Ariete, o Pulso de Zhukovski, denominado así por el ingeniero Nikolai Yegórovich Zhukovski, es, junto con la cavitación, una de las principales causas de daños en las tuberías y en los sistemas hidráulicos. Cabe mencionar que tanto el Golpe de Ariete como la oscilación se refieren a presiones transitorias y, si no se controlan, ambas darán los mismos resultados: daños a las tuberías, accesorios y válvulas, causar fugas y reducir la vida útil del sistema hidráulico. Este fenómeno es muy peligroso, ya que la sobrepresión generada puede llegar a entre 60 y 100 veces la presión normal de la tubería, este impacto puede dañar seriamente la tubería, equipo o cubierta de la maquinaria, resultando en daños no solo para las juntas en las uniones, pero también en las bridas de válvulas o las válvulas mismas. Tan pronto como una válvula, se daña, grandes cantidades de condensado caliente o de vapor comienzan a fugarse, lo que podría llevar a un serio accidente. Incluso ha habido reportes de muertes que se producen debido al golpe de ariete. La fuerza del golpe de ariete es directamente proporcional a la longitud del conducto, ya que las ondas de sobrepresión se cargarán de más energía, e inversamente proporcional al tiempo durante el cual se cierra la llave: cuanto menos dura el cierre, más fuerte será el golpe. El golpe de ariete estropea el sistema de abastecimiento de fluido, a veces hace reventar tuberías de hierro colado, ensancha las de plomo, arranca codos instalados. https://www.0grados.com/cavitacion-y-bombas-centrifugas/ https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa https://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3n https://es.wikipedia.org/wiki/Plomo Operaciones Unitarias I: “Golpe de Ariete” Delssín, Nicolás R. / Sandoval, Yazmin E. Página 11 Soluciones prácticas Recomendaciones que se dan respecto a presiones, como son el uso de algunas herramientas para reducir los efectos del Golpe de Ariete, como las siguientes: Válvulas. Son elementos que se cierran lentamente para permitir moderar el aumento en la presión cuando las ondas de sobrepresión del agua más baja regresan del tanque de almacenamiento. Pueden ser un método efectivo de control, sin embargo, deben ser propiamente clasificadas y seleccionadas para no provocar efectos secundarios. Además, pueden ser el medio menos costoso Bombas. Los problemas de operación en el arranque de la bomba pueden evitarse incrementando el flujo en la tubería lentamente hasta colapsar o desalojar los espacios de aire suavemente. Además de obtener una presión baja también resultará en menores niveles de caballos de fuerza durante la operación, y así se conseguirá una economía de operación Tanque de oscilación. Lo que hace el tanque es liberar la presión y poder almacenar el líquido excesivo, dando al flujo un almacenamiento alternativo mejor que el proporcionado por la expansión de la pared de la tubería y compresión del fluido. Sin embargo, pueden ser un dispositivo de control costoso Cámara de aire. Las cámaras de aire son instaladas en áreas donde puede haber Golpe de Ariete frecuentemente. Se pueden encontrar detrás de accesorios de los lavabos y en tinas de baño. Lo que hace es comprimir el aire para absorber el choque, protegiendo la tubería y los accesorios. Operaciones Unitarias I: “Golpe de Ariete” Delssín, Nicolás R. / Sandoval, Yazmin E. Página 12 Para evitar los golpes de ariete causados por el cierre de válvulas, hay que estrangular gradualmente la corriente de fluido, es decir, cortándola con lentitud utilizando para ello, por ejemplo, válvulas de asiento. Cuanto más larga es la tubería, tanto más tiempo deberá durar el cierre. Sin embargo, cuando la interrupción del flujo se debe a causas incontrolables como, por ejemplo, la parada brusca de una bomba eléctrica, se utilizan tanques neumáticos con cámara de aire comprimido, torres piezométricas o válvulas de muelle que puedan absorber la onda de presión, mediante un dispositivo elástico. Otro método es la colocación de ventosas de aireación, preferiblemente trifuncionales (estos dispositivos son para disminuir otro efecto que se producen en las redes de agua o de algún otro fluido parecido al desalojarlo del sistema mas no es propio del fenómeno del golpe de ariete). https://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula_de_asiento https://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_hidr%C3%A1ulica https://es.wikipedia.org/wiki/Aire_comprimido Operaciones Unitarias I: “Golpe de Ariete” Delssín, Nicolás R. / Sandoval, Yazmin E. Página 13 función: introducir aire cuando en la tubería se extraiga el fluido, para evitar que se generen vacíos; función: extracción de grandes bolsas de aire que se generen, para evitar que una columna de aire empujada por el fluido acabe reventando codos o, como es más habitual en las crestas de las redes donde acostumbran a acumularse las bolsas de aire; función: extracción de pequeñas bolsas de aire, debido a que el sistema de las mismas ventosas por lado tienen un sistema que permite la extracción de grandes cantidades y otra vía para las pequeñas bolsas que se puedan alojar en la misma ventosa. Otro método más moderno, con capacidad de eliminar las presiones negativas, son los tanques hidroneumáticos con membrana. La membrana separa el agua del aire eliminando la necesidad de utilizar compresores. Otro caso común de variación brusca de la velocidad del flujo en la tubería se da en las centrales hidroeléctricas, cuando se produce una caída parcial o total de la demanda. En estos casos tratándose de volúmenes importantes de fluido que deben ser absorbidos, se utilizan en la mayoría de los casos torres piezométricas, o chimeneas de equilibrio que se conectan con la presión atmosférica, o válvulas de seguridad. https://es.wikipedia.org/wiki/Torre_piezom%C3%A9trica Operaciones Unitarias I: “Golpe de Ariete” Delssín, Nicolás R. / Sandoval, Yazmin E. Página 14 Conclusión Al finalizar este trabajo de investigación podemos expresar nuestra satisfacción de haber cumplido con todos los objetivos propuestos al inicio. En primer lugar pudimos definir y entender en que consiste el fenómeno estudiado, como así tambiénencontrar las razones de porque se origina para finalmente dar posibles soluciones que permiten disminuir el Golpe de Ariete, o bien, prevenirlo. El “Golpe de Ariete” al igual que la “Cavitación” son fenómenos que originan sobrepresiones o depresiones excesivas que pueden llevar incluso a la destrucción misma de la infraestructura o de la maquinaria. Por estas razones son de suma importancia su estudio para la prevención o mejoramiento de sus consecuencias. Para evitar este efecto, se resumen a continuación una lista de las prevenciones a tomar: Disminución de la velocidad en tuberías. Cierre o apertura lenta de válvulas o registros. Empleo de válvulas o dispositivos mecánicos especiales. Fabricación de tubos con espesor aumentado. Construcción de pozos de oscilación. Instalación de cámaras de aire comprimido que amortigüen los golpes. Cerrar lentamente la válvula de impulsión. Inyectar aire con un compresor para producir un muelle elástico durante la sobrepresión. Escoger el diámetro de la tubería de impulsión grande, para que la velocidad en la tubería sea pequeña. Instalar la bomba con un volante que en caso de corriente reduzca lentamente la velocidad del motor y por siguiente la velocidad del agua en la tubería. Operaciones Unitarias I: “Golpe de Ariete” Delssín, Nicolás R. / Sandoval, Yazmin E. Página 15 Se puede concluir expresando la importancia de la prevención y solución de este fenómeno, ya que existen muchas alternativas y diversos sistemas que aplicándolos a nuestras instalaciones nos podrán evitar muchos problemas y grandes pérdidas económicas. Operaciones Unitarias I: “Golpe de Ariete” Delssín, Nicolás R. / Sandoval, Yazmin E. Página 16 Links de interés (para ampliar) Video para eliminar Golpe de Ariete https://www.youtube.com/watch?v=EoLzgMdQlK8 Video del disertante Gary Cornel https://www.youtube.com/watch?v=GNp92HZZIBo ¿Qué es el golpe de ariete? https://www.youtube.com/watch?v=atGfG9owq9w Comparación de dos tipos de válvulas de retención para mejorar las consecuencias del golpe de ariete. https://www.youtube.com/watch?v=_jv0rx6QGO8 Video introductorio https://www.youtube.com/watch?v=oLBGFCy2zdo Bibliografía Libro: “Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas” (Segunda Edición), Claudio Mataix. Editorial: OXFORD University Press. Artículo digital sobre “Golpe de Ariete”: http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoentuberias/golpedeariete/golpedearie te.html Artículo digital sobre “Golpe de Ariete”: http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoentuberias/golpedeariete2/golpedeari ete2.html “Open Course Ware” (Universidad de Sevilla): http://ocwus.us.es/ingenieria- agroforestal/hidraulica-y-riegos/temario/Tema%203.Golpe%20ariete/tutorial_03.htm https://www.youtube.com/watch?v=EoLzgMdQlK8 https://www.youtube.com/watch?v=GNp92HZZIBo https://www.youtube.com/watch?v=atGfG9owq9w https://www.youtube.com/watch?v=_jv0rx6QGO8 https://www.youtube.com/watch?v=oLBGFCy2zdo http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoentuberias/golpedeariete/golpedeariete.html http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoentuberias/golpedeariete/golpedeariete.html http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoentuberias/golpedeariete2/golpedeariete2.html http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoentuberias/golpedeariete2/golpedeariete2.html http://ocwus.us.es/ingenieria-agroforestal/hidraulica-y-riegos/temario/Tema%203.Golpe%20ariete/tutorial_03.htm http://ocwus.us.es/ingenieria-agroforestal/hidraulica-y-riegos/temario/Tema%203.Golpe%20ariete/tutorial_03.htm Operaciones Unitarias I: “Golpe de Ariete” Delssín, Nicolás R. / Sandoval, Yazmin E. Página 17 “Revista digital Cero Grados Celcius”: https://www.0grados.com/golpe-de- ariete-consecuencias-y-prevenciones/ https://www.0grados.com/golpe-de-ariete-consecuencias-y-prevenciones/ https://www.0grados.com/golpe-de-ariete-consecuencias-y-prevenciones/
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