aparato del golpe de ariete - uao
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APARATO DEL GOLPE DE ARIITE
WILLIAM FERIfANDZ. B.//
Tnabajo de Gnado presentado comonequisito parel,al par€ optan el títulode Ingenieno Mecánico.
Dinecton : ALVARO OROZCO L.Masten en C[etrctas enIngenfenfa Meénica.
tfniwnidcd lutonomo ¿t $¡¡i{6otc
DePto Bibtioteto
36 7 | uE,G| "*+'u
_)-
rillüllütüillluuilu[ilütil |
coR PoRAc lbÑ- at¡rorr¡E'r¡A -DE' OCCIDENTE
PROGR/AÍVIA DE INGENIERIA MECANICA
Cali, 1982
7ó2/, /r.4
fJó3 a-,
Nota de Aceptación
Aprobado pon el Comit6 de trrabajode Gredo en cumpllmlento de losnequi,sitos ocigidos pen la CorponaciónAutónoma de .Occtdente par€ optanel títuto de Ingenier o Meénico.
Pnesldente del Junado
Jurrado
Juredo
Cali, Noziembne de 1982
tl
AGRADTCIMIENTOS
El auton expnesa su agredecimiento :
A ALVARO OROZCO L., Masten en Cienctas en IrgenienfaMeéntca, Pnofeson de Mecánica de ñufdos en laCORPORACION AUTONOIvIA DE OCCIDENTE y Dinecton deltnabajo.
A FERNANDO FERI\ANDZ. B. Técntco en Mecántca.
A 1-A UNIVERSIDAD AUTONO'VIA DE OCCIDENTE.
A todas aquellas pensonas que en una u otrra fonma colaborranon enla realización del pnesente tre.bajo.
I lrt
TABIá DE CONTENIDO
págINTRODUCCION..... .............. 1
1 . GENERALIDADES... .. .. ... . .. .. . ... .. . ..... .. ... o..... 2
2. DECIAIONES DEL PROYECTO....................o..... 3
2.1 DECISIONES SOBRE l-A TUBERIA. .. . ... .. .. . ... .. .. . .
2.2 DECISIONES SOBRE LA FORÍ\AA DE CIERRE.. ..... ....
2.9 DECISIONES SOBRE EL SISTEIVIA DE DETECCION.....
2.4 DECISIONES COMPLEMENTARtrAS... . o.. .. ... ... o.. ....
2 .5 DATOS TECNICOS. . . . . . . . . . . . . . . . . o o . o . . . . . . . . . . . . . . . . .
3. OBSERVACIONI DEL FENOMENO.......................... 9
4. AN|ALISIS DE't-eS FORMULAS TEORICAS........... o.o.. 15
4.3 ANALISIS EN EL CIERRE LENTO TOTAL. . . .. .. . .. ... ..
3
5
5
6
6
19
2'l4.4
5.
I.A SOE}REPRESION.I EN UN CIERRE LENTO....O"'''''O
LABOR/ATORIO DE GOLPE DE 4RIETE.....o....o.... .... 22
I IV
5.1 OBJETIVOS.........................o.........o...... ...22
5.1 .1
5.1 .2 a^.Espectrrcos... .
5.2 CONCEPTOS FUNDAMENTALES........o.' o'." ' "' " o "225.3 DE$QRIPCIONI DEL EQUIPO.. .. .... .. .. . ... .. ...... .. ... 25
5.4 PROCEDIMIENTO.. ... .. .. .... .... o.. ... ... ... ...........26
5.5 TABLA DE DATOS CVER AND<O 1)......................27
5.6 INFORME DE I ABOFIATORIO....
5.7 PR/ACTICA REALI-ADA. ... .. . ..
o.aaaaaaoaataaa.aa. n
aaa aaa aaaa..o..oaaaa.taa 2A
BIBLIOGRAFIA. . o . .. . .. . . . .. . . .. . . . . . o. .. . . .. o. .. . . .. . . . . . .. 30
tV
FIGUIRA I .
FIGURA 2.
FIGURA 3.
FIGURA 4.
FIGURA 5.
FIGURA 6.
FIGURA 7.
LISTA DE FIGURAS
pág
Acomodo de tr,¡benfa............. ........... 4
Radio de curvahJna.. ..... ........ b
Cajas de distnibución...... ..o..........7
Conjunto váLvuta, cheque, manómetno. . . . .. .. I
E:<ptfcación pnimen instante delGolpedgAniete... .......... ..........10
S<plicación detatlada de un peníodo det12
25
vi
AND<O
AND<O
AND<O
1.
2.
3.
LISTA DE AND<OS
pág
Tabla dg datos ....o ...........81
Apanato del Golpg dg Anigtg.............,......... gz
Espinatdecobne..... ..... ........99
a
vtt
INTRODUCCIONI
El apanato del golpe de aniete es un importante complemento pana
los equfpos del labonatoni,o en [a rrama de la meénica de ftuídos.
En dtclro apanato se prcgr€manán pnácticas que conFnontan el,
corrccLmiento teónico tanto de la explicación det fenómeno como de
las fónmulas, con los nest¡ltados rreales que en él sean lefdos.
Los nesultados pueden sen vaniados de acuer.rdo a cómo se vanfen
los panámetrps del ocpenimento, ésto se consigue negulando el
car,¡dal y la pnesión en el apanato en difenentes combfnaciones.
Este apanato, ayuda a visualiza y rnedl,n las fi¡enzas que se
genenan en los conductos debidas a las sobnepnesiones que ocunrlen
en el golpe de anl,ete; ya que el esü¡dio de dicho fenómeno está
.encaminado a conoceF clar^amente, los r"tesgos de que éste se*.
pnoduzca en los sitios de tnabajo por" crnnto los daños pueden sen
gnaves.
1. GENERALIDADES
I .1 El fenómeno del golpe de anl,éüe es tr.ansitonfo y pon tanto de
n6gimen vaniabter y se debe tenen en cuenta que la tubenfa no es
nígi,da y el lfquido es compnesibte.
1.2 Se puede prodrrcin no solo al cennan una válvula si.no también
al abninla, al. ponen en manclla o par€,n una máquina hidnáut,ica o f
también ante un cambio bne¡sco de can¡dal.
Este fenómeno es de especial consfdenación en la pnoyección y
diseño de las Centnales Hidrroetéctnicas debido a que su
funcionamfento exige cambios bn¡scos del caudal sumintstnado a las
tur$lnas, que a su vez mueven los altennadones debido a que la
carga de éstos se puede anulan de un momento a otno.
1.3 Pon un lado se debe de tnatan de que no se pnoduzca un golpe
de aniete excesivo y pon otro lado al hacen los élculos de Las
sobnepnesiones que se pn€A/een, diseñan un espeson de turlcenfa que
las nesistan.
' 1 .4 Comptementani,o al panágrrafo a) se anota que se tnabaja en
h¡benfas for.zadas.
2)
4'7
2. DECISIONES DEL PROYECTO
Como en cada proyecto hay que toman decisiones y cada decisi,ón
conllerrza un compromiso, pon cuanto los nesultados debenán
justtftcanlas, bosquejo las pnincipales decisiones tomadas en este
pnoyecto, ante todo baéndome en los panámetnos que deben negin
todos los proyectos :
SIMPLIFICACION, FUNCIOT{ABILIDAD Y R ENTABILIDAD
2.I DECISIONES SOBRE Iá TUBERTA
L-a mayon pante e¡<tenslva del apareto la confunma una ü¡benía de
copne de 61 m de tongih.rd y 0.127 m de diámetrp e><tenion que se
ha acomodado enroll,ada ventlcalmente en un diámetrr de
aprro><imadamente .7O m Esto obedece pon una pante que tendná
que nepnesentan en buena medida las stü.¡aciones neales en que se
pnesenta el. fenómeno; pues las instalaciones que nos pneocupan
tfenen tubenfas de constdereble torgitr.rd y en algunos casos
considenable diámetro, pare el caso del apanato tendnemos esa
buena longttrrd, de 61 m (2OO FD y el dtámetno ajustado al car¡dal
que tenemos a disposi,ción 1O-2O lttnos pon mitruto en las tomas de
agua, pana
(o.5 in) de
obtenen las
diámetno.
velocidades necesanias escojimos .O 127'm
Es ennollada venticalmente pues así se mantiene más fáci,lmente
desalojada de aine y además estéticamente mejon acomodable./ ErT t'
FIGURA 1.CAM7. ES,P/RA'5 =32
acomodo de h¡benía
El diámetno de cunzatuna de la
como pana penmitinnos suponen
su forvna y que cada tnamo que
podemos asimilan a uno necto.
espinal es suFtcientemente amplia
que no hay péndidas de enengla pon
constdenemos pana su estudio la
4
T_I
I
;
I
I
IIr
s\os.
II
I
II
I
I
I
FIGURA 2. nadio de cunzah¡na
Es de cobne aunque esta tubenfa sea más costosa que otrras,
porque además de tenen una buena neststencia a las
sobrepnesiones, es de baja oxidación, de buen acabado s.rperficial
. intenion y pol^ tanto de poca pér"OtOa de enengía en La conducción
del líquido y es de fácil confonmación.
2.2 DICISION SOBRE |j FORÍVIA DE CIERRE
Utilizan una válvula de cienne nápido de Solenoide; pnefeniblemente
pon tenen el cienne más nápido que cualquien válvuta mecánica,
dándonos sobnepnesiones cníticas y detectables.
2.3 DECISIONES SOBRE EL SISTEMA DE DETECCION
Se hizo un sistema de detección de la sobnepnesión pon medi.o de
la combinaci.ón :
\
/
Válvula Solenoide, r,álrnrla Cheque, manómetr"o de glicenina, pon
sen más pnácti,co y económto que una combinaci6n de : Válvula
Solenotde, tnansdulen de pnesión y osctloscoplo que senfa otna
altennatir¡a.
2.4 DECISIONES COMPLEMENTARTAS
ya tornadas las anteniones decisibnes, pana podenlas llevan a cabo
y paFa hacenlas ff.¡ncionales se necpiene toman otres dectstones
como las de diseñan unas cajas de dtstni,buci,ón htdnáulicar pare, pon
una pante di,stnibufn el caudal a las difenentes pantes y pon otno
' lado danle ftjación a estos instntrmentos de forvna adecuach. con el
nesto del apareto.
2.5 DATOS TECNICOS
Espeson de la paned de la tubenfa O.OOO812 m (O.O32 in)
Lorgitud de la tubenfa
Diámetno Lntenion
Límtte de pnesión pare la tubenía
(datos expenlmentados)
61 m (2oo ft)
O.O11 m (0.436 fn)
29.3x1O5 N,/m2 ( OO psi)
tl
6
CAJA # /
FIGURA 3.
P¿r^FotaAa/o4,.oa.Á A4 úJ .at.
CAJA # E
cajas de di,stni,bución
CAJA # 3
También se hace necesanio que después de detectan la
sobr\epnesión en el manómetno y ta cual penmanece en el manó'metno
porque ta válvula Cheque no [e penmite salin; buscanle una salida
a esta pnesión pon medi.o de una válvul.a pequeña que una al
manómetno con la tubenía en el momento que se desee.
7
HA^lo¡ur€TRo '
FIGURA 4. conjunto válvula, cheque, manómetno
8
3. OBSERVACION DEL FENOMENO
Et fenómeno es comú¡nmente obserwado en casos de conductos que
tnanspontan lfqutdos haci,a máquinas hidnáuticas o a panttn de éstas,
como son los casos de tas Centnales Hidnoeléctntcas; es pon ésto
que urn de las sr,posiciones iniciales slempne es pensan qr" ü
pnesión y el caudal están en función de un embalse del cual se
está tomando e[ líquido.
En nuestr.o caso lo obsenuanemos a pantin de una llave de paso
como las que estamos acostumbnados a utilizan todos los dfas,
(la 1 de la Ftguna 2.1) colocada en el i,ni,cio de lá ü¡benfa de cobne,
punto en el que aventguanemos cuát es la pnestón y el caudal, y
sóto nos oct¡par\emos de lo que pase entne la válvuta ya mencionada
y oh^a más especial que colocanemos al, final de la tr.¡benía (ta 2);
esta útttma es la que openanemos parta pnoducin el golpe de aniete.
Aurque es casi imposible cennan instantáneamente una válvula en
los sÍstemas comunes, ésto sená [o que tnatanemos de lognan en
nuestrp aparrato, ya que el estudio del caso de cienne instantáneo
ayuda al, esh.¡dio de los casos Feales.
Univanidsd Autonomo Ús 0ttidcntt
0egh Eiblutcto
C€¿aRAaA.
élv7.É?4A,.q.
FIGURA 5. etplicación del pnimen instante det golpe de aniete
A[ cennanse pon completo e instantáneamente ta vátvuld 2, si
dividi,mos imaginaniamente todo el ftuído que llena la ü¡benía en
rodajas como la 1r2r3e42... se quedaná pnimeno en neposo la
r€daja I y a continuación la 2r3r4, etc. necesitando un cl,ento
tiempo; o sea se ha cneado una onda elástica, que es urn onda
de pnesión que se pnopaga pon la ü,¡benfa, se nefleja en la válvul'a
I , vuelve a la válvula 2, de nuevo a la válvula 1 y así
sucesivamente, oniginando sobnepnestones y depneslones en la
trbenfa, lo que'hace que se dilate y se contraiga de acuendo at
paso de la onda.
S[ l-¡ien es ciento que la vátvula 1 no está cennada en el momento
que estamos obseryando y que pon to tanto la orda etástica va más
atnás de elLa, ésto sólo inftqre en que este movimiento oscilatoFio
que teóFicamente contin¡anía irdefinidamente, dtsmint4/a su
fnecuencia más nápidamente; además de esta causa también la
10
defonmactón de .l'a h.¡benfa y ta viscoeidad. Det lfqutdo hanán que
se disipe la enengía de di,cho movimiento.
Pon otno lado nosotros tendneÍTros en cuenta sóto a pantin de la
válvula 1, pues nos bastaná con analizan la pnimere onda elásttca,
ya que ésta at sen la más intensa, tiene la más alta sobnepnesión,
que en últimas es lo que nos tntenesa contraolan.
Es bueno necordan de que ta tubenía de cobne está acornodada en
espinal, peno que hemos tenldo en cuenta danle un ampllo nadio de
curvatuna, como pana poden segufn haciendo las considenaciones
como si, Fuena necta; entonces si la velocldad de la onda es ilCrf y
la lorgttr¡d de la tt¡benfa ec rt Lrt, el tiempo que se demone la onda
en neconnen una vez la distancia entne la válvula 1 y ta válvula 2
esto=Lc
El ciclo se neptte después de cada to o sea que un penfodo T =
4to = 4Lc
La ocplfcación la verremos siguiendo pon pasos las siguientes
Figunas :
11
FIGURA 6. explicación detallada de un peníodo del golpe de aniete
1 . Las váIvulas están nonmatmente abientas, el négimen es
penmanente, el líqui.do en la tubenfa se desplaza con velocidad V
de la válvuta 1 a la válvula 2, ta tubenfa está nonrnal.
2. L-a válvula 2 se cienna instantáneamente, ésto es en t = Or Ia
velocÍdad del, líquido se anula a pantin de la vátvula 2, no en el
mismo instante en toda la tubenfa.
3. Tiempo to/2 = L/2. La onda de pnesión se pnopaga hacia lac
válvula 1 con la celenidad c y su fnente va pon la mitad de Ia
tubenía, la mitad denecha está Attatada pon la sobnepnesión. En
la mi.tad izqul enda eI diámetrro es nonmal y et agua sigue
cinculando con velocidad V hacia ta vátrruta 2. En la mitad
12
denecha, V = O.
4. Ttempo to = L/C. L-a onda de pr^estón ha llegado a la válvula
1 , todo el tfquido de la udcenfa está en Feposor V = Or perp no en
equllibnio, pues toda la tr.¡lcenfa está dilatada, al tlegan hasta la
válvula 1 es como si, el nesonte que nepnesenta ef líquido hubiena
sldo compnimi,do a máximo y que ahona va a comenzan a
e><pandfnse con velocidad V, per€ dlnigida en sentido contnanio al
de la Figuna 6. Et lfquido comtenza a ponense en movimtento
comenzando pon así decinlo, pon las rrodajas a La r,átw¡la 1 .
5. Tiempo g/2 to = %. L-a mitad izquierda de la ü¡benfa hac
nebnnado a su diámetro rprynal. La onda se sigue pnopagando
hacla la derecha con velócidad C. En la mitad fzquienda de la
tubenfa el ftuído clrncula con velocidad V.
6. Et dtámetrp de toda la U.¡benfa está rprrnal de nuevo, no hay
sobnepneslón en nlnguna panbr peno pon la inencia la pnesi6n
contirTrSa disminr4¡endo y La onda elástica se seguiná propagando
ahona hacl,a La izquterda con depnesión a una vel,ocidad G, pon lo
que la tubenfa empezaná a dtsrninuín pon debajo de su dlámetro
norrnal .
gt ftufdo está en morzimiento de la válvula 2 hacia la válvula I con
13
velocfdad V y estamos en el tiempo 2L.c
7. Tiempo 5/2 tD = W. La depr"esión va pon la mitad de lac
tubenfa, la mitad denecha de la tubenfa contfene agua en neposo
y .a urn pnesi6n pon debajo de lo norrnal; lo mismo sucede con el
di,ámetno de la tubenfa : es infenion al norrnal.
8. Tiempo 3to = 3L. La depres,.iónr es total en la tubenfa y enc
este momento aunque el agua está en neposo no lo está en
equilibnf,o pon lo que intcia su morzimiento de la válvula t hacia la
vátvula 2 con una velocidad 7 ainigida hacia la der.echa.
9. Tiempo 7/2 tD -- 7/2Lr. ahona C y V vlajan en el mtsmoc
sentido, y van nonmalizar¡do el diárnetno de la mitad izquierda de
La ü;benfa, mientnas en la mitad A denecha e><iste lfquido en
neposo pero en depresión.
10. Tiempo to = 4L. Ahore el dfámetro de la ü.¡benfa es nonmal.c
Todo el ftufdo en movfmtento con veloctdad V hacia ta lálrn¡la 2.
Todo está igual que en el tiempo O, pon lo que corrcluímos que el
penfodo de este movtmiento es T = L.c
14
4. ANTALISIS DE I-AS FORMUI-AS TEORICAS
4.1 Ya que la sobrrepnesi6n depende del tlempo de cienrre (que
llamaremos tc), considenanemos los tnes casos más r.epr^esentativos :
Lnstantáneo, nápido. y lento.
4.1 .1 Instantáneo : Es el caso teór{co, ffsicamente lmposible
pero m(4/ necesania su considenación, pues es el caso que ocpli,ca
el fenómeno en esencia, pana éste el ti,empo de cienne tc = O.
4.1 .2 RápiOo : Consider€nemos cienne nápido a los cfenrres
efecü.¡ados en un tc que sea menon a medio peníodo (entendtendo
pon penfodo el tiempo, en que se demona una onda elásttca que
vtaja a veloctdad C, en necorrnen cuatno veces la longttt¡d de la
h,¡benfa que consider"amos) o sea tec ] = 2L2C
Lo apnovechable con nespecto del caso antenion es que la pnesi6n
máxi,ma es igr.ral o sea ] eue la onda elásü,ca ttno tiene tiempofr de
6.r^b'>lse '
in hasta ta válrn¡la 1\ nefl.ejanse y volven a la válvuld 2, pues ésb
le demorranfa medio penfodo.
15
4.1 .3 Lento : Son los casos en que el ttempo de ctenrre es mayon
a medto penfodo, é*o rrace que la prnesi6n máxi,ma, sea menon que '..''i
en los dos casos antentones; pues la depnestón de la onda elástica
llege a la vátvul.a 2 antes que se complete medio penfodo, lo que
implde un ultenton a¡.rmento de la pnesi6n.
Ya que ta pnesión máxima es igual en el clenne instantáneo y en et
nápido, hanemos el desannollo par€ los casos fnstantáneos y lentos.
4.2 ANALISIS SEGUN ESTUDIO DE JOUKCAruSKI
En el cienne instantáneo se pueden considenan otnos dos casos 3
Total o pancial.
Cuando ta vátrn¡la se cienna, et ftuído se desacelena lo que lugan
a una fi¡enza de inelrcia (Ft).
Fi=-M Av (1)z-Esto es : L-a pequeña masa M, (M = ,/ ^l
contenida en una
peqr,reña tongttr.rd 1 de la ü.¡benfa se demona un pequeño tlempo t
par€ dismin¡fr" su velocl,cbd V en un A V.
Cuando el cl,enrre es total 4V = - V
Cuando e[ ci.enne es pancial ¿\V = Vt - V
(2)
(3)
16
Si llenzamos los valones (Z) V (3) a la ecuación fl ) obbndnemos
Cuando e[ cienne es nonmal : Fi = ?W U ()) ' tFi = /n QL- v') (s)
Siendo Vt La velocldad firnl. del ftuído.
SierxCo la celenidad de la onda C =-l-At
Si, llevamos los valones Cf) V (6) a las ec¡,¡actones
Cuando e[ clenne es parrctal :
Desde otno punto de vista I es la longtü.rd neconnida pon [a onda
elástica a pantin de ta válvula 2 en el tiempo At.
La Sobnepnestón AP = (6)FiA
(7)
(¿) v (s)
tendnemos entonces que cuando tc = O y el cienr€ es total
AP= lzcv (B),/y que cue,ndo tc = O y\ el ctenne es pancial
AP = f c (v - v') (e)
[¿s antenl,ores son las fiónmulas de la sobrrepnesión de JOUKOruSKI,
este pensonaje también desanrolló [a stgulente fiónmula pana calculan C.
17
oo)
S.T
tt"
tf
(11)
'l*Eo Dt
-
tse
Kgmé
Kg sef,m+
mD:
e:
E:
Diámetno lntenion de lah.¡benfa
Espeson de la ü¡benfa
Vtóaulo de elasticidad detmateni,al del conducto
esta
m
59"m-
En el
Eci = Co : Esto es la cetenidad de taonda elástica en el flufdo.
constante es : Co = 1425 ryseg
Algunos m6dulos de elasticidad pana matenlal o módutos de Young
(E) más comunes par€ estos tnabajos son :
A= 2.5 x 10" Ko
T^2Aceno E = 2.5 x 1o1o Kg
m?
Kg;ñ2
donde Eo : móduto de elasticidad devoLúrmen del flufdo
: densidad del ftufdo
/agua
A.
Cobre E = 9. x 1o9
18
= 9 x 1o5 KqC.m'
4.3 ANALISIS EN EL CIERRE LENTO TOTAL
Pana hacen más sencl,llo este análisis vamos a suponen que la
tubenfa es indeforrnable y que el clenne de la válvula es unifonme.
Entonces teniendo una tr¡benfa de sección A, tongttt¡d L ,con un
flufdo que viaja a urn velocldad V, si cennamos la válvula en un
ttempo tc, desacelenanemos dtcho ftufdo produclendo de esta
maner.a una fi.renza de inencta (Ft).
Fi=-MctV=- /Or- dvdr/dr
cl 2)
y siguiendo los pases análogamente al caso antenion.
P=Ft=- /e¿ cN/A/Adr
' (13)
Como cN/ = O - V entonces. (14)cta rc
La sobnepnesi6n pare una tubenfa nígida cr¡ando el cienne es
unlfonmemente lento.
Uniwsidod lulonomo d¿ &cidsorr
0ePto Bibliottco
19
AP = (15)
Si quenemos genenaltzan esta fiónmula pana las ü.¡benías elásticas
(como lo son nealmente todas), sólo tenemos que tenen en cuenta
el coeficlente de el,asticidad del matenial (K) que está compnendido
entne los valones 1 y 2, entonces,
Puvre
20
4.4 I-A SOBREPRESIO{ EN UN CIERRE LENTO
(1E
de esta fónmula podemos conclufn importantes cosas :
EI golpe de antete es pFopor.cional dlnecüamente con la Longtü,rd de
la turbenfa y con la velocl,dad del fluído, o sea a mayoF tongitud y
velocidad, rnayon es la sobnepnesi6n e irnzensamente prroporeional ,
at tiempo de cienne o sea a menon üempo de ctenne mayor. es la
sobrepnesión.
¿\P = K /¿v/E
21
UNIVERSIDAD AUTONOA/IA DE OCCIDENTE
DIVISION DI INGENIERIA
SECCION MECA\NICA DE FLUIDOS
5. LABORATORIO DE GOLPE DE ARIETE
5.1 G}JETTVOS
5.1.1 Genenal
Medin e><penimentalmente las sobnepnesiones ""ráA"
pon el
fenómeno ffsico del, gotpe de anlete. Conocen y anallzan teónica y
pnácticamente las causas del fen6meno.
5. 1 .2 Específicos
5.1 .2.1 Faml,lianizanse con los panámetnos que genenan un golpe
de aniete.
5.1 .2.2 Efecü¡an ciennes nápiaos (totales y parciates) y medi,n tas
sobnepnesiones genenadas.
5.1 .2.3 Efecü,¡an ciennes lentos y medfn las sobnepnesiones
genenadas../
5.2 CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Ya que ta sobnepneslón, genenada en un golpe de aniete, es funcf6n
22
I
del tiempo de cfenne tc, se pnesentan tnes casos nepnesentativos :
instantáneo, nfuiAo y lento.
Instantáneo : tc=O
Rápido : tc( J=2
2Lc
Ler¡to
L = tór€ih¡d de ü.lbenla
C = velocidad de la ondaetástlca
La sobnepnesión AP es igual pana cienne instantáneo y nápido.
Pero un cienne instantáneo puede sen pancial o totat.
A P = / "U sf es clenr.e totat
/(17)
= densidad det fluído
V = velocldad del fluído
AP = f" U - V') si, es cienne pancial/
Vr = vetoci,dad ftnal det ftufdo
(18)
(1s)
D = Diámetno fntenion de laü¡benfa.
e = Espeson de la t¡benfa.
E = Móduto de el.asticfdad del
: tc>Ea=peníodo=G
c
23
matenial de conducto.
Pare un cienne lento.
Ap= pru)tc
(20)
y si tenemos en cuenta la elasticidad que tienen todas Las ütbenfas,
entonces
¿\e = x 0 LV)E
K = Coeficiente de elasticldad.
r (r(z (21)
Algunos valones comunes pana este L-abor.atonio.
hnu = 1cl2.8 Ks # /^+E aceno = 2.5 x lo5 tcg -
Cm2
Ecobne=9x1o5 KgFrnz
Eo agua = 2.O7 x 1O4 KgCrne
24
3. DESCRIPCION DEL EQUIPO
lL¿ANOU€7RO.
v.c.f e ci
U1ue.éRA. ésPtt4all¿
¿INFA D€ A'U . v.íO¿éuota¿,
MANGU€RA.
FIGURA 7. diagrema de flujo
Con ayuda del antenion diagrama de flujo venemos ta descnipci,ón
del equipo y su Localización.
5.3.1 Et equipo consta de cinco vátvulas así: urn' de paso (V.D)
de uso común a la entnada, una vátvul.a Chek en tínea o sea de una
llnea de ftujo. Esta vátvula nequiene de una pnesión mínima de
3-5 psi pana abninse.
Una pequeña válvula que alivianá la pnesión deL manómetro haciendo
comunicactón di.necta con la lfnea (V.A). Una vál.vula de Soterrcide,
MAUAbTA.,U
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nonmalmente abüe.4üá qup'."" opena léctnicamente y la cual penmtte
cfnnes nelativamente nápidos con nespecto a las trválvulas
comunesrr, o lentas (si asf se desea) companados con los de una
vátvula Solenoide.
Un manómetno de OISOO pst de Boundón con caFactr¡la de 3 1/2 ln,
con protección de gticenlna (tfquido destinado a amontlguan los
golpes genenados poF los bnuscos cambtos de pnesión, ya que el
golpe de anl,ete los genenanÓ. Es caltbnable.
Una tubenfa de cobne de 6l m de largo acomodado en espirel.
v S.3.2 Un recfptente de ptástico, calfbredo pana medin volú¡men
de agua.
5.3.3 Un cnonómetno
5.4 PROCEDIMIENTO
Antes de proceden a ta nealizaci.ón de las pnuebas, el esrtr¡diante
debená leen las sigufentes tnstrr.¡ccio¡res y atenden a las e><plicaciones
del profeson sobre el manejo del equipo.
5.4.1 Pana ciennes inmediatos.
5.4.1 .1 Dejamos conneF agua unos tnstantes mfentnas el aine. es
desatojado de la ü¡benfa. .
5.4.1 .2 Cennamos ta válvula de sati,da (V.S) y teniendo abier.ta la
pequeña válvula (V.A) tomamos la tecü¡na de pnesión en el,
pnesi,ón CX) psi.
5.4.1 .3 Ahona con [a válvula de satida (V.9 y un necfpiente con
capactdad pana más de 1O litnos y que esté calibnado, ajustamos el
caudal a unos CO LTSr/MINI ésto lo hanemos con ayuda de un
cr.onómetro o neloj con segundeno.
5.4.1 .4 Cenremos la válvuta (V.A) y operlamos la vátvula
Solenoide con el trsrichrr; en este momento se genertaná ta onda
de sobnepnesión, la cr¡al sená negistreda en et rnan$metrro.
5.4.1 .5 Pana urn postenion pnreba se deben nepeti'n los pasos
antenl,ones empezando pon abnin ta válvula CV.A)
5.4.2 Pana Cfennes Lentos.
Se pnocedená de idéntica fonma a la antenion sóto que al llegan al
cuanto paso no se operená la vátvula Solerrcide, sino que se
utitizaná [a misma válvula de satlda (V.S) que es de bola pana
hacen el ctenne en el tiempo que se desee.
5.4.3 L-o mismo se haná en caso de quenen pnogrtaman un cienne
nápido perto pancial. Peno teniendo en cuenta volven a leen el
valon del caudal después aet cieFne.
5.5 TABI A DE DATOS (Ven Ane><o 1 )
5.6 INFORME DE I-ABORATORIO
5.6.1 lrdique nombrre, objetivos y descnipctón detallada de la
pnácttca.
27
''$:"
5.6.2 Dibuje el dlagnama de flujo del apareb e irdique sus
componentes.
5.6.3.1 Indique cuáles son los panámetnos vaniables en el
labonatonto.
5.6.3.2 Con ellos desanrolle pon medio de Las fórvnulas,
combinación pana La cual ta pnesión máxima no occeda a 2OO psi
con un tc = O.
5.6.4.1 Con las condl,cfones establecldas en la pnimena pntreba,
cualcule cuát sená el valon de ta sobrrepnesión, si el aparrato
tr¡ziena ü.¡benía de acerro y no de cobr.e.
5.6.4.2 Ahorra con esas mlsmas condiciones, teniendo la ü.¡benfa '
de cobne, calcule cuál senfa el valon de La sobr"epnesión, si el
lfquido ctnculante fr¡ena petnóleo y no a$Ja.
5.6.5 Confrronte los nesultados obtenidos de la pnáctica neallzada,
con los nesultados que teónlcamente se espenan. Analice las
difenencfas, d6 conclusiones y necomendaciones si las tiene.
5.6.6 Menctone la bi,bliognaffa consultada, con los números de los
capfU.rtos y hojas nespectivas.
5.7 PRACTICA RFALIZADA
Una pnáctÍca de Laborrabnio de golpe de aniete nos llevó a los
siguientes datos y nesultados y a las postenl,ones conclustones.
Datos : Están clasificados en La tabla de datos en e[ Ane><o 1.
Corrclusiones : Dado el, valon del penfodo de T = 4LT =0.196 Seg.c
2A
Pana este laborratonio se necomienda, par€ los ciennes que no se
efectúen con la válvula Solenolde, uttllzan un crcnómetno par€
toman el tfempo de cLenne.
También se necomterda el hacen los ciennes manuales lo más
unlfonmemente posible. D€ los valones de la tabla de datos,
vemos que en ta mayonfa de los casos el valon teónico dlfiene de
los de la pnáctica pon mayonfa, ésto ttene su naz6n en lo nápido
con que vanfa el négimen de presión del fenómeno y es posible que
una pante de la sobnepnesión escape a ta detecctón.
üni66¡¿o¡ lulonomo ús 0cidühDegh. Eibliaqto
29
I
:
BIBLIOGRAFIA
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ZOPPETTI, Júde, Gaudecio, Centreles Hidroeléctnicas, Bancelona,edición Gustavo Gili, 1969.
30
AND<O 1. TABI-A DE DATOS
Pnáctica : Golpe de Aniete
Fecha, Noviembr.e, 1982
Nombne : WILLIAM FERNANDU B
Ensayociennestotales
Lectu¡nasP inicial a(psi) (Ltslses)
tc Pmax P P(ses) Gsi) (psi) teór{,co
30 o.108 o. 2ió 1 eo 2w
o.1 1F 123 191
27 o.o5 @ 4.64
33 o.1 93 3 53 20 4.17Clennespancl,ales afQI
-1 o.1a3 c. o58 33 129,
22 o.139 o.o25 197 115 2ü7
3 27 o.133 o.06 60a7o 127
gl
AND<O 2. APARATO DEL GOLPE DE ARIETE
-=5í
AND<O 3. ESPIRAL DE COBRE