UNIVERSIDAD DE ORIENTENCLEO DE ANZOTEGUIESCUELA DE INGENIERA Y CIENCIAS APLICADASDEPARTAMENTO DE MECNICA

LABORATORIO DE INGENIERA MECNICA I INFORME #6:MEDICIN DEL EFECTO GOLPE DE ARIETE

Realizado por:Gra Morn, Frank Rafael Revisado por: Ledezma, Melchor

C.I: 19979578Seccin: 01

Barcelona, febrero de 2012NDICEpg.

Resumen3

Introduccin4

Objetivos5

Materiales y equipos6

Procedimiento experimental7

Resultados experimentales8

Anlisis de resultados10

Conclusiones y recomendaciones11

Bibliografa12

Apndice A13

Apndice B14

Apndice C16

Apndice D17

RESUMENEn el siguiente informe se pretende conocer el significado del trmino Golpe de Ariete, su representacin y las ecuaciones que lo rigen, as como analizar las fluctuaciones de la presin, causadas por el estrangulamiento rpido de una corriente lquida y la influencia del caudal sobre este fenmeno. Por medio de los datos obtenidos a travs de las mediciones realizadas durante la prctica se pudo graficar la variacin de la altura de la columna de lquido de la chimenea con respecto al tiempo para todos los caudales.

INTRODUCCINDurante el proyecto, instalacin y funcionamiento de ciertas estructuras y mquinas hidrulicas es necesario el control del fenmeno de cavitacin y de golpe de ariete, ya que estos originan sobrepresiones o depresiones excesivas que pueden conducir a averas, llegando hasta la destruccin misma de dicha estructura o mquina.El golpe de ariete es un fenmeno transitorio, por ende, de rgimen variable, en el que la tubera ya no es rgida y el lquido se vuelve compresible. Dicho fenmeno se produce en los conductos al cerrar o abrir una vlvula y al poner en marcha o parar una mquina hidrulica, o tambin disminuir bruscamente el caudal.Al imaginar una tubera de longitud L, espesor y dimetro interior D, por la que circula agua proveniente de un embalse y que termina en su extremo derecho en una vlvula. Si se cierra sta rpidamente, en virtud del principio de conservacin de la energa, al disminuir la energa cintica, sta se va transformando en un trabajo de compresin del fluido que llena la tubera y en el trabajo necesario para dilatar esta ltima, en consecuencia se ha producido una sobrepresin o golpe de ariete positivo. Por el contrario, al abrir rpidamente la vlvula se puede producir una depresin o golpe de ariete negativo.Entre los factores que pueden afectar las ondas de presin que se producen al estrangular una corriente lquida podemos encontrar el cierre brusco de vlvulas, por ende es necesario considerar el tiempo de cierre de la misma, es decir, a menor tiempo, mayor ser el golpe de ariete, adems mientras mayor sea la velocidad del fluido, mayor ser el impacto al chocar con la tubera cerrada. Por ltimo, incremento del impacto del golpe de ariete es proporcional a la longitud de la tubera.Otro factor que perturba estas ondas de presin tiene que ver con las bombas, ya que en primera instancia, el arranque de sta puede inducir un colapso rpido del espacio vaco que existe aguas abajo de la bomba, a su vez un fallo de potencia puede crear un cambio rpido en la energa de suministro del flujo, lo que originara un aumento de presin en el lado de succin y una disminucin de presin en el lado de la descarga. Por otra parte, las operaciones inapropiadas o la incorporacin de dispositivos de proteccin de las oscilaciones de presin pueden hacer ms dao que beneficio.El estudio de este fenmeno nos har comprender dichos factores para poderlos aminorar, adems mediante el registro de las sobrepresiones mediante una chimenea de equilibrio y a travs de los caudales obtenidos se podr establecer la influencia de este sobre el fenmeno de golpe de ariete.OBJETIVOSGeneral:Analizar las fluctuaciones de la presin, causadas por el estrangulamiento rpido de una corriente lquida.Especfico:1. Estudiar la influencia del caudal en el efecto golpe de ariete.

MATERIALES Y EQUIPOSEquipos:1. Sistema de medicin de Golpe de Ariete marca Norwood Instruments LTD. Serial 11222.2. Chimenea de equilibrio. Apreciacin 0,01pies. Capacidad 8,7pies.3. Cilindro graduado. Apreciacin 20ml. Capacidad 2000ml.4. Cronmetro. Apreciacin 0,01s.

Materiales:1. Agua.

PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES1. Se registr la apreciacin de la chimenea de equilibrio, cilindro graduado y del cronmetro. 2. Se abri la vlvula para dejar fluir el agua desde el tanque.3. Se calcul un caudal inicial de acuerdo al volumen de agua desalojado respecto al tiempo, para ello se necesit un cilindro graduado y el cronmetro. 4. Se cerr la vlvula para lograr un aumento de presin ocasionando que el fluido llene el cilindro graduado de la chimenea de equilibrio.5. Se apreci la oscilacin del nivel alcanzado por el fluido en la chimenea, esto se debi a las ondas reflectadas por el choque con el cierre de la tubera. Simultneamente se midieron y cronometraron los niveles mximos y mnimos alcanzados durante dicha oscilacin hasta que el fluido alcanz un nivel estable. 6. Se repiti los pasos anteriores para tres caudales diferentes, disminuyendo progresivamente el flujo.

RESULTADOS EXPERIMENTALESCaudal N1Q1=914,01ml/sCaudal N2Q2=784,04ml/sCaudal N3Q3=632,98ml/s

Tiempo (s)Altura (pie)Tiempo (s)Altura (pie)Tiempo (s)Altura (pie)

29,676,2527,246,2423,986,24

40,496,0637,326,0633,376,06

51,526,1848,196,1744,076,18

616,0959,516,0955,696,09

726,15696,1566,426,15

826,11816,1176,986,11

926,14916,1388,526,14

1026,121016,12100,336,12

1126,131116,13115,246,13

1236,121206,12120,196,12

1336,131316,12130,786,13

1466,12141,506,13

Tabla N1. Resultados arrojados por las mediciones de caudal, altura y tiempo durante la prctica.

ANLISIS DE RESULTADOSEn la grfica N1 se puede apreciar el comportamiento de los tres caudales con respecto a la altura en funcin del tiempo una vez cerrada la vlvula de paso, dicha conducta es en forma de oscilaciones las cuales a medida que transcurre el tiempo fueron acercndose al estado de equilibrio. Adems se nota que a mientras mayor sea el caudal, ms tiempo tardar en estabilizarse el fluido.A medida que transcurre el tiempo, disminuye la altura que alcanza el flujo de agua, puesto que los impactos a los que se somete el fluido van cesando hasta equilibrase. La mayor altura alcanzada fue de 6,25 pie, y corresponde a los primeros 29,67 segundos de medicin con el caudal (Q1), mientras que el valor de menor altura es la misma para los tres caudales (Q1, Q2 y Q3) y fue de 6,06pie, aunque es importante sealar que el tiempo en conseguir dicha altura es distinto siendo mayor en el caso de Q1 y menor para Q3.

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones:1. El valor del caudal es directamente proporcional al tiempo que tarda este mismo en disminuir progresivamente las oscilaciones para llegar al equilibrio.2. El tiempo es inversamente proporcional a la altura de las oscilaciones, es decir, mientras transcurra (aumente) el tiempo la altura disminuir.3. Es de suma importancia la utilizacin de un equipo como lo es la chimenea de equilibrio, ya que por medio de esta se evita que las oscilaciones generadas por el fenmeno de golpe de ariete afecten la tubera y los equipos que en ella se encuentren.

Recomendaciones:1. Se recomienda que la persona que observe las medidas sea lo ms exacto posible, al igual que la persona que cronometra el tiempo para as evitar errores en las medidas.

BIBLIOGRAFA RODRGUEZ MOY, ANABELIS. Gua de prcticas: Laboratorio de Ingeniera Mecnica I. 2009. CLAUDIO MATAIX. Mecnica de Fluidos y Mquinas Hidrulicas. Segunda edicin. Editorial OXFORD. YUNUS CENGEL. JOHN CIMBALA. Mecnica de los Fluidos Fundamentos y Aplicaciones. Editorial Mc Graw Hill. http://www.uclm.es/area/ing_rural/Trans_hidr/Tema10.PDF

APNDICE AClculos experimentales.1. Clculo de los caudales.

Q1 (ml/s)Q2 (ml/s)Q3 (ml/s)

Volumen (ml)Tiempo (s)Volumen (ml)Tiempo (s)Volumen (ml)Tiempo (s)

16201,8215602,0610201,61

8200,813001,6414202,3

17202,0815001,8716202,5

Para determinar cada caudal se calcul cada volumen sobre su respectivo tiempo para luego sumarlos y dividirlos entre tres.

Q1 (ml/s)914,01

Q2 (ml/s)784,04

Q3 (ml/s)632,98

APNDICE BEcuaciones que rigen el fenmeno de golpe de ariete. Cierre total o parcial en una tubera elstica: Al cierre instantneo de la vlvula, el fluido sufre una brusca deceleracin, de forma que se genera una fuerza de inercia, segn:

Donde: No es tiempo de cierre de la vlvula, sino el tiempo finito que ha transcurrido para que una cierta masa que ocupa una longitud finita de tubera, reduzca su valor un cierto valor finito En el cierre total: En el cierre parcial: (donde es la velocidad final del fluido)Agrupando estas consideraciones en la expresin de la fuerza de inercia, y teniendo en cuenta que la sobrepresin quede definida por:

Y que, la celeridad de la onda es:

Se obtienen las frmulas de Joukowski: (Sobrepresin en cierre instantneo total de la vlvula) (Sobrepresin en cierre instantneo parcial de la vlvula)

Velocidad de propagacin de ondas de velocidad y presin: Joukowski tambin fue el primero en desarrollar una expresin para el clculo de la velocidad de onda en funcin de los parmetros de la instalacin. En definitiva:

Donde: Es la celeridad de la onda elstica del fluido en la tubera, [m/s] SI. Es el mdulo de elasticidad del fluido (mdulo de Bulk), [N/m2] SI. Es la densidad del lquido, [kg/m3] SI.D: Es el dimetro de la tubera, [m] SI.E: Es el mdulo de elasticidad de la tubera, [N/m2] SI.Es el espesor de la tubera, [m] SI

Presin mxima en cierre total, lento y uniforme de la vlvula.

Modulo de elasticidad de la tuberaL: Longitud de la tuberaV: velocidad de la partcula de fluido Tiempo de cerrado

Esta ecuacin, rige el proceso en la mayora de los casos.APNDICE CInstrumentos usados en la prctica

Figura N1. Sistema de tuberas con vlvulas, tanque, bomba, generador, vertedero, chimenea de equilibrio.

APNDICE DTabla de datos.