Conclusiones Diseno y validacion....... (1)

7/25/2019 Conclusiones Diseno y validacion....... (1)

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Conclusiones y recomendaciones__________________________________________

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8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Como producto final de este trabajo se presenta todo el diseo y los fundamentos de unnuevo modelo a nivel nacional para la simulacin del fenmeno del Golpe de Ariete en

pequeas redes cerradas de tuberas a presin. El modelo se encuentra calibrado y

validado dentro de las hiptesis, simplificaciones y condiciones asumidas y presentadas

respectivamente.

Como aporte al conocimiento, se present todo el anlisis y desarrollo de la metodologa

de los elementos finitos aplicados a la solucin de las ecuaciones del Golpe de Ariete. Lo

anterior, que no se encuentra en cualquier texto de transitorios hidrulicos, es producto del

estudio y anlisis de varias metodologas numricas y de experiencias propias y de otros

autores en torno al tema.

Otro gran aporte de este trabajo se centra en el avance hacia el cumplimiento de la

normatividad nacional, pues es el comienzo para la simulacin de los fenmenos

transitorios en redes de abastecimiento de agua nuevos y en expansin, como lo exige el

Reglamento Tcnico del Sector Agua y Saneamiento Bsico RAS-2000.

La implementacin del modelo computacional en los lenguajes de programacin VISUAL

FORTRAN 2000 y MATLAB 6.3, permitirn a las dems generaciones de investigadores

en el tema, la utilizacin de una herramienta para la simulacin de muchos ms casos

aplicados a este tema. El modelo computacional es efectivo y amigable con el usuario,

posee una interfase grfica de fcil uso y una compilacin muy rpida (Aproximadamente

2 minutos mximo), incluso para mallas numricas muy densas.

La Universidad Nacional podr aprovechar el modelo de laboratorio implementado durante

esta investigacin como base para sus clases de hidrulica transitoria en pregrado o

posgrado, as como para futuros desarrollos cientficos y aplicativos como proyeccin y

servicio a la comunidad.


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Se deben resaltar las simplificaciones e hiptesis asumidas en este trabajo, para que

sirvan de base de aplicacin a los comentarios o posibles trabajos futuros, que tomen

como base los resultados que aporta este modelo.

La primera de las simplificaciones est en la utilizacin de la tubera horizontal, desde ladeduccin de las ecuaciones que gobiernan el fenmeno del Golpe de Ariete. Aunque se

puede decir que la gran mayora de redes cerradas son horizontales, en nuestro medio

poseemos un relieve que puede en muchos casos contradecir la simplificacin del modelo.

Pero en el resto de las redes, que son mayores en cantidad, su aplicabilidad estar muy

bien fundamentada. Ejemplo de redes horizontales son las redes de abastecimiento de

agua en poblaciones llanas, las redes de abastos en cada piso de edificios, las redes

contra incendios, las redes hidrulicas de aceite industriales, las redes hidrulicas en

equipos industriales, hospitalarios, entre muchas otras.

El despreciar los trminos convectivos y la linealizacin del cuadrado de la velocidad en

las deducciones realizadas para este trabajo, tienen sus implicaciones numricas, de las

cuales el autor es consciente, pero a su vez reconoce que hoy en da, no hay otro camino

que el de las acciones anteriores para lograr los objetivos propuestos en el tiempo

programado. Sin embargo se le dejan al lector e investigador futuro, como argumento y

reto a vencer.

El concepto de friccin en tuberas muy estudiado por varios autores de la hidrulica

clsica como Reynolds, Darcy y Weisbach, Nikuradse, Moody, Hazen-Williams, entre otros

queda en deuda cuando se trabaja en los estados transitorios. Pues es claro que la

friccin, tal cual est medida en el estado permanente, es proporcional al cuadrado de la

velocidad del fluido, pero en estados transitorios, el movimiento no es de masa sino de

energa. Para este trabajo se asumi, como otros autores, que el coeficiente de friccin

hallado en el estado permanente, es constante durante la duracin del estado transitorio.

Crea grandes cuestionamientos el hecho de que el pulso de Jowkowski, definido en el

captulo uno como la mxima sobrepresin posible en un transitorio y cuya frmula de

clculo es0

** VaP = , no siempre es el mximo valor de la presin experimental. Lo

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anterior se confirma al realizar el clculo de la celeridad con la frmula del captulo uno y

cuyo resultado es de 217 m/s; al medir volumtricamente el caudal y por ende la velocidad

del flujo en los diferentes montajes, con resultados entre 0.83 m/s y 1.38 m/s; al

determinar la densidad de 997.8 Kg/m3 y finalmente observar los valores mximos de

presin medidos por el transductor de un orden de magnitud entre 35 PSI y 55 PSI, loscuales son superiores entre un 28% y un 35% a los valores calculados con el pulso de

Jowkowski. Lo anterior crea un gran vaco entre la teora y la realidad, el cual debe ser

motivo de mayor anlisis pues es un punto muy delicado para la seguridad del diseo. El

primer paso es definir con gran exactitud el valor de celeridad de la onda. Adems se

debe estudiar muy bien el parmetro hallado en este trabajo para que no sea el

producto de la calibracin sino el resultado de un estudio analtico o experimental como lo

tienen otros autores.

De los resultados de las simulaciones se pueden concluir lo siguiente:

Los resultados de las calibraciones en los diferentes montajes permiten observar la

coherencia de los resultados del modelo computacional con respecto a los valores

experimentales. Es de resaltar las similitudes de fase, frecuencia y de mximos y

mnimos en las tuberas simple, en serie y en paralelo. Aunque el valor mximo del

pulso se haya logrado simular ms exactamente slo en el caso de las tuberas en

paralelo.

Para la calibracin de la red, se not la necesidad de conocer a mayor profundidad

el comportamiento de las reflexiones y refracciones de la onda para lograr un mayor

ajuste.

En la calibracin y validacin de la red, no se debe desestimar el hecho de haber

obtenido al menos la fase de la onda, ya que hasta el momento es un gran avance

para la comprensin de este fenmeno en redes cerradas.

Indudablemente el parmetro logr corregir numricamente muchos casos, sinembargo no debe concebirse como un parmetro de ajuste numrico, sino que

debe ser el resultado de un anlisis con criterios que sustenten un valor.

Retomando los alcances de esta investigacin, deben quedar claros otros aspectos

que aunque estn implementados dentro del modelo, no se llegaron a calibrar ni validar

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por falta del tiempo y por la ausencia de los equipos necesarios. Este es el caso de la

velocidad del flujo en las tuberas, aunque tiene una relacin directa con los cambios

que sufre la presin, fue muy complicado medir la oscilacin y cambios de sentido de la

velocidad al interior de cada tubo. El modelo est diseado para realizar cierres

bruscos, lentos y parciales, as como aperturas bruscas, lentas o parciales; sinembargo slo se valid para cierres bruscos. Queda pues abierta la puerta para la

investigacin de estos otros casos ya mencionados.

La red cerrada simulada, no posea nudos con ofertas (Salidas de agua) porque la

teora del estado permanente hasta hoy estudiada, considera la oferta de los nudos

como una salida constante, pero se debe recordar que una oferta en la realidad

depende de la presin y de la apertura de la vlvula, motivos que llevaran en estos

momentos a un sistema muy complejo de simular cuando las presiones oscilan por

fenmenos transitorios.

Las reflexiones y refracciones de la onda de presin en los diferentes accesorios y en

las condiciones de borde, fueron reconocidas por el modelo, mediante el parmetro

, de ah que las formas de las ondas simulada y experimental sean muy parecidas.

Pero no se debe desconocer que a medida que el sistema es ms complejo, la

incidencia de estas reflexiones y refracciones importante. Otro motivo ms para

estudiar slo el caso de las reflexiones y refracciones de ondas en accesorios y

condiciones de borde.

Los mtodos numricos empleados para solucionar y modelar las ecuaciones del golpe

de ariete, tienen sus linealizaciones y simplificaciones que son criticables, pero pese a

ello, son las nicas herramientas hasta hoy disponibles para lograr las simulaciones.

Tampoco se debe perder de vista a los equipos utilizados. Aunque fueron unos

equipos muy sofisticados para el momento, se requiere de mayor tiempo de simulacin

en el PLC. Mejorando estas dos condiciones y trabajando con equipo propio de la

Universidad Nacional, se podrn trabajar muchas ms investigaciones en este tema.

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Los resultados de este trabajo servirn de base para futuras aplicaciones en temas tan

importantes de las redes de tuberas como lo son:

Las fugas: Las cuales estaran determinadas y/o detectadas por los cambios en

las reflexiones y refracciones de la onda transitoria.

La contaminacin: La oscilacin de la presin (sea alta o baja) puede provocar,

en pequeos orificios o roturas, la salida y entrada de agua de la tubera al

suelo y del suelo a la tubera respectivamente. Lo anterior llevara a un

contacto permanente y no visible de las aguas tratadas con el medio que rodea

a las tuberas y ocasionara una contaminacin no controlada.

El Biofilm: La capa interior que se crea en las tuberas por su normal

funcionamiento, se puede ver alterada o beneficiada por las oscilaciones en la

presin y por los cambios de magnitud y sentido de la velocidad del flujo.

El consumo: Cuando ocurren fenmenos transitorios en redes, una de las fases

tendr una presin muy superior a la del funcionamiento normal, esto provocar

un mayor e innecesario consumo en cada salida o fuga de la red.

Equipos: En el caso de equipos especiales como duchas, calentadores,

baeras o equipos contra incendio muy susceptibles a la presin de abasto, se

pueden presentar daos o deterioros por fenmenos transitorios. Y ni que decir

de los equipos hidromecnicos y elctricos utilizados en la hidrulica de aceites.

No se debe olvidar que las ecuaciones deducidas operan para el caso de un fluido

lquido. En ningn caso se consider el manejo de dos fases: Lquido y vapor.

Esto debe quedar claro porque segn se presente el fenmeno y segn la

magnitud negativa de las presiones se puede generar vapor de agua y por ende

cavitacin.

Se considera que con el avance de esta investigacin, deben terminar lassimplificaciones de redes o sistemas complejos a sistemas de tubo simple para

poder simular el Golpe de Ariete.

A las empresas productoras de tuberas para el transporte de agua, les debe

quedar la inquietud acerca de la mxima magnitud que puede producir un


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fenmeno transitorio y las altas incidencias que tienen las reflexiones y

refracciones de la onda en sistemas complejos

A las empresas prestadoras del servicio pblico de abastecimiento de agua, les

lleg el momento de comenzar a aplicar este tipo de modelos para cumplir con lanormatividad nacional contemplada en el Reglamento Tcnico del Sector Agua y

Saneamiento Bsico RAS-2000.

A los usuarios de redes de abastecimiento de agua les debe quedar la tranquilidad

de observar como cada da sus aportes se ven invertidos en un mejor servicio y

con una muy justificada razn cientfica.

El sistema de todos los escenarios de las tuberas fue abastecido por gravedad,

queda en deuda la investigacin para con los sistemas de bombeo, los cuales

tambin estn necesitados de conocer las implicaciones del fenmeno transitorio

en sus instalaciones.

Las condiciones de borde del modelo implementado tambin deben ser objeto de

anlisis y validacin, pues para este caso se asumieron reales, pero no es de

pasar por alto que el cumplimiento de los coeficientes de reflexin y refraccin an

son muy ideales.

Es mucho lo que falta para llegar al entendimiento completo del comportamiento de

las redes cerradas y se considera que an hoy deben ser tenidos en cuenta como

un cuerpo que se regula as mismo, pero que su comportamiento es an muy

autnomo, y ajeno al ser humano.

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