Universidad de Oriente Núcleo de Anzoátegui Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Departamento de Ingeniería Civil Cátedra: a!oratorio de "idráulica C#digo: $%$&'%(
Chimenea de Equilibrio Practica Nº 4
Profesora:
Bachilleres:
)omina *arval
+arcelona, *ayo de '$(-
Índice
O!.etivo *arco /e#rico *ateriales y E0uipos 1rocedimiento E2perimental Conclusiones y )ecomendaciones Ap3ndice 4ormulas Empleadas Nomenclaturas +i!liogra5ía66666666666 66666666666
Objetivo Estudiar el 5en#meno de golpe de ariete mediante una c7imenea de e0uili!rio y el comportamiento de la misma para di5erentes valores de caudal8
Marco e!rico
as c7imeneas de e0uili!rio o torres piezom3tricas son conductos verticales 0ue se comunican con la tu!ería de suministro de agua a las tur!inas de una central 7idroel3ctrica con el o!.eto de amortiguar las variaciones de presi#n en los conductos8 Cuando la válvula previa a las tur!inas se cierra, se produce un aumento de presi#n en la tu!ería 0ue se propaga aguas arri!a8 Este 5en#meno se conoce con el nom!re de golpe de ariete. as torres piezom3tricas son recipientes de gran altura a!iertos 0ue protegen el tramo aguas a!a.o y reducen la intensidad del golpe de ariete aguas arri!a
Además
las
c7imeneas
de
e0uili!rio
son
estructuras
complementarias en algunas centrales 7idroel3ctricas y estaciones de !om!eo las cuales están destinadas a a!sor!er las so!represiones y su!presiones causadas por el golpe de ariete 9i no se controla el golpe de ariete, el sistema puede su5rir daos serios8 1or este motivo el aumento de presi#n es controlado mediante la c7imenea de e0uili!rio8 Cuando se produce este aumento de presi#n, parte del 5lu.o se conduce por el camino más 5ácil 0ue tiene: la c7imenea8 De este modo se evita 0ue todo el aumento de la presi#n se produzca en una tu!ería cerrada, lo cual podría romper dic7a tu!ería8 Cuando se termina la onda de presi#n del golpe de ariete, el 5lu.o vuelve a descender por la c7imenea, lo 0ue provoca 0ue aumente la presi#n8 Esto provoca de nuevo unas ondas de presi#n 0ue 7acen 0ue el 5luido vuelva a ascender por la c7imenea, y así sucesivamente8 Esto genera un movimiento oscilatorio del agua en la c7imenea8 Al cerrar la válvula o los ála!es distri!uidores de la tur!ina, el agua del túnel puede entrar li!remente en la c7imenea, donde se para al convertir su energía cin3tica en energía potencial8
i"os de Chimenea de Equilibrio • • • • •
C7imenea sencilla o pozo piezom3trico8 C7imenea con vertedero8 C7imenea di5erencial8 C7imenea con cámara8 C7imenea de estrangulamiento in5erior8
#entajas de la Chimenea de Equilibrio
Almacena el agua durante el período de e2clusi#n de carga 7asta 0ue la velocidad en el conducto se 7aya desacelerado al nuevo valor del r3gimen8
Atenúa los e5ectos del 5en#meno producido por el cam!io del r3gimen de caudales8
1roporciona una super5icie li!re de reservas, .unto al mecanismo /erminal de reserva, como recurso para compensar las oscilaciones producidas por el golpe de ariete y para limitar y reducir las so!re presiones en la conducci#n8
9uministra el agua adicional re0uerida en tur!inas durante la demanda de carga, 7asta 0ue la velocidad en el conducto se 7aya acelerado al nuevo valor del r3gimen8
$ol"e de %riete Un golpe de ariete se origina de!ido a 0ue los 5luidos 0ue recorren una tu!ería se encuentran en movimiento, y por tanto tienen una cierta inercia proporcional a su masa8 Al cerrar un gri5o o una válvula, se corta el 5lu.o, por lo 0ue se intenta detener repentinamente a toda esa masa en movimiento, 0ue puede ser del orden de cientos o incluso miles de ;ilogramos8 Entonces el 5luido <.unto con la tu!ería= se comporta como un
material ligeramente elástico 0ue genera una onda de presi#n en direcci#n contraria a la direcci#n original de movimiento: el golpe de ariete8 Esta onda puede presentar diversas re5le2iones y ampli5icaciones 0ue la dotan de una gran 5uerza, siendo una de las mayores causas de averías en tu!erías e instalaciones 7idráulicas8 a presi#n má2ima 0ue soporta la tu!ería,
álvulas de retenci#n, calderines de aire, c7imeneas de e0uili!rio, válvulas antiariete, etc8
Casos en 0ue se puede presentar un golpe de ariete: • • • • • •
•
Cam!ies en la a!ertura de la válvula, accidental o planeado8 Arran0ue o interrupci#n de !om!as Cam!ios en la demanda de potencia de tur!inas Cam!ios de elevaci#n de em!alse >i!raci#n de impulsores en !om!as, ventiladores o tur!inas8 >ariaciones en la apertura o cierre del go!ernador o regulador de una tur!ina por cam!ios en la carga de los sistemas el3ctricos8 >i!raci#n de accesorios de5orma!les tales como válvulas8
Materiales & Equi"os
• • • • • • • • • • •
/an0ue de alimentaci#n8 /an0ue de nivel constante8 /u!ería de descarga8 /u!ería de re!ose8 C7imenea de e0uili!rio8 >álvula de cierre rápido8 >álvulas de cierre lento8 Cilindro graduado8 Cron#metro8 Agua8 ?arra plástica8
Procedimiento E'"erimental
(8 9e conecta la manguera8 '8 9e llena el tan0ue de alimentaci#n 7asta un nivel de agua deseado8 @8 uego se a!ren las válvulas de cierre rápido y cierre lento para así mantener una altura de agua constante en la c7imenea8 &8 uego se procede a realizar un a5oro8 -8 9e cierran rápidamente las válvulas anteriormente mencionadas para 5ormar un golpe de ariete8 9e inicia la toma de las lecturas de tiempo y la altura de agua en la c7imenea en los niveles má2imos y mínimos alcanzados por el 5luido, 7asta 0ue esta permanezca en una altura constante de agua8 8 9e repite el procedimiento anterior para un segundo ensayo8
Conclusiones & (ecomendaciones
as c7imeneas de e0uili!rio se caracterizan por ser sistemas estáticos 0ue 5orman parte de la estructura misma de la instalaci#n8
9i no se controla el golpe de ariete, el sistema puede su5rir daos serios8 Con la c7imenea de e0uili!rio se evita 0ue todo el aumento de la presi#n se produzca en una tu!ería cerrada, lo cual podría romper dic7a tu!ería8
El
golpe de ariete alcanzará magnitud distinta con5orme sea en el
momento en 0ue la !om!a sale de servicio
El golpe de ariete solo 5unciona para 5luidos incompresi!les ya 0ue en los compresi!les es di5ícil alcanzar una presi#n necesaria 0ue 7aga 0ue el 5lu.o se comprima lo su5iciente para generar el cam!io de energía cinetica a potencial8
Con5orme las válvulas se cierran, el 5lu.o se deriva 7acia la c7imenea de e0uili!rio y el nivel de agua su!e por encima del tan0ue8
Apéndice
)ormulas Em"leadas
Q=
a=
V t
9900
√
T =
48,3 +
e
2 L a
Ha=
a V 0
g
a V 0
K ∗ D
Ha =
g
cuando
t≤
2 L a
T
∗
t
cuando
t >
2 L a
Nomenclaturas • • • • • • • • • •
• •
B: Caudal constante de la tu!ería : >elocidad del 5luido elocidad de la onda de presi#n a lo largo del tu!o
Biblio*raf+a
+OU "ANNA*, *ounir8 <'$$%=8 J,aboratorio de -idr.ulica/0 Universidad de Oriente8 >enezuela8
•
ONKAEK, uis8 <'$$$=8 JCurso de -idr.ulica de Canales
%biertosL8 Universidad de Oriente8 >enezuela8
•
C7imenea de E0uili!rio MConsulta:
(-
mayo
Men línea8 '$(-8
C7ile: esenia Amaya Disponi!le
en:
7ttps:
prezi8com7va2l(eeoe00c7imeneaPdePe0uili!rio
•
olpe de ariete8 Men línea8 Colom!ia: ?airo uzmán MConsulta: (mayo '$(-8 Disponi!le en: 7ttp:ingenieriareal8comgolpePdeP ariete
8
