lab iv golpe de ariete final
DESCRIPTION
Lab IV Golpe de Ariete FinalTRANSCRIPT
UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NUCLEO ANZOATEGUI
ESCUELA DE INGENIERIA Y CIENCIAS APLICADAS
DEPARTAMENTO DE MECANICA
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA IV
INFORME N° 2
ESTUDIO DEL GOLPE DE ARIETE
Revisado por:
Prof. Eduardo Rengel
Realizado por:Córdova, Maryalejandra
C.I: 20.874.058Sisco, Luis
C.I: 19.673.214Villegas, José
C.I: 19.316.742
Barcelona, Febrero de 2015
INDICE
I. INTRODUCCION.................................................................................................3
II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA...........................................................4
III. OBJETIVOS.......................................................................................................5
IV. METODOLOGIA...............................................................................................6
V. RESULTADOS.......................................................................................................8
VI. ANALISIS DE RESULTADOS.......................................................................20
VII. CONCLUSIONES............................................................................................22
Página 2
I. INTRODUCCION
El golpe de ariete se refiere a las fluctuaciones causadas por un repentino incremento
o disminución de la velocidad de flujo. Estas fluctuaciones de presión pueden ser lo
suficientemente severas como para romper la tubería. Los problemas potenciales del
golpe de ariete pueden ser considerados al evaluarse el diseño de las tuberías y
cuando se realiza un análisis detallado de las oscilaciones de presión, en muchos
casos para evitar malos funcionamientos costosos en el sistema de distribución.
Cualquier cambio mayor en el diseño del sistema principal o cambio en la operación
tales como aumento en la demanda de los niveles de flujo deben incluir la
consideración de los problemas potenciales de golpe de ariete. Este fenómeno y su
significado tanto para el diseño como para la operación de los sistemas de agua, no
son ampliamente entendidos, lo cual se demuestra por el número y la frecuencia de
fallos causados por el golpe de ariete.
Página 3
Página 4
II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Se estudiara el comportamiento del golpe de ariete en una red de tuberías cuando el
estado del flujo permanente sea perturbado mediante la modificación de la velocidad del
flujo, esto logrado mediante el cierre rápido de la válvula de paso. Causando las
fluctuaciones al momento del cierre, el experimento consiste en medir el caudal
haciendo uso de un cilindro graduado, y tomar una muestra en aproximadamente el
mismo tiempo para así tener un promedio y conocer el caudal.
Bajo esta premisa, se busca determinar las perdidas así como la analizar la relación de
la altura en función del tiempo durante las fluctuaciones del golpe de ariete en la
chimenea, creando graficas a partir de esos datos recolectados durante el
experimento, con la finalidad de determinar el comportamiento de la relación altura
en función del tiempo de prueba y ser comparados con los modelos teóricos.
Página 5
III. OBJETIVOS
General:
Evaluar el comportamiento de las fluctuaciones de la presión causadas por el
estrangulamiento rápido de una corriente líquida.
Específicos:
Analizar la influencia del caudal en el efecto de Golpe de Ariete.
Determinar el comportamiento de la relación entre la altura respecto al tiempo.
Comparar las curvas teóricas con las curvas experimentales obtenidas a partir de los
datos registrados.
Página 6
IV. METODOLOGIA
Se observo el sistema de tuberías y se registro la apreciación de los instrumentos de
medición a emplear (cilindros graduados).
Se abrió el tanque de agua para dejar fluir el líquido y se eliminaron así las
obstrucciones.
Se fijo un caudal máximo y se procedió a calcular el mismo de acuerdo al volumen
desalojado en un tiempo determinado. Se utilizo un cronometro y un cilindro
graduado para recolectar los datos.
Se asumió un caudal de referencia y se repitió el procedimiento anterior
Una vez calculado el caudal, se procedió a cerrar la válvula, como consecuencia de
esto se aumento la presión que logro hacer que el fluido llenara el cilindro graduado
del montaje. Durante el proceso se observo la oscilación del nivel alcanzado por el
fluido debido a las ondas reflectadas por el choque con el cierre de la tubería.
Se procedió a medir los niveles máximos y mínimos alcanzados durante la
oscilación a la vez que se registraba el tiempo en llegar a cada uno.
Se detuvo la medición cuando el fluido se mantuvo en un nivel estable,
correspondiente a la altura del tanque.
Página 7
V. RESULTADOS.
Tabla 5.1 Valores experimentales de caudal en función de las perdidas.
Pérdida = 0 mV (ml) T (seg) Q (ml/seg)
720 0,65 1107,6921360 1,3 10461920 2,07 927,536
Caudal promedio → 0,00102712 m³/segPérdida = 1,52 m
V (ml) T (seg) Q (ml/seg)575 0,57 1008,771825 1,05 785,714
1350 1,85 729,729Caudal promedio → 0,000841405 m³/seg
Pérdida= 2,25 mv(ml) t(seg) Q (ml/seg)920 1,13 814,16
1400 1,86 752,6861620 2,44 663,934
Caudal promedio → 0,00074354 m³/seg
Tabla 5.2 Mínimos cuadrados para hallar alfa.
Caudal (x) Altura (y) x² x³ x⁴ x.y x².y0,0010271
20 1,05498E-06 1,08359E-
091,11297E-12 0 0
0,00084141
1,52 7,07962E-07 5,95683E-10
5,01211E-13 0,001278936 1,0761E-06
7,4354E-05 2,25 5,52852E-09 4,11067E-13
3,05645E-17 0,000167297 1,24392E-08
sumatoria 3,77 1,76847E-06 1,67968E-09
1,61421E-12 0,001446232 1,08854E-06
alfa= ƩY/ƩX² = ƩX.Y/ƩX³ = ƩX².Y/ƩX⁴
alfa= ƩY/ƩX² = ƩX.Y/ƩX³ = ƩX².Y/ƩX⁴
Página 8
alfa→ 2131790,59 alfapromedio→ 1222384,829
alfa→ 861016,1471
alfa→ 674347,751
h = 1222384,829.Q²
β1 = 3,3863
β2 =0,04214
Tabla 5.3 resultados experimentales del fenómeno del golpe de ariete.
t(seg) h(ft)0 2,173
26,49 6,330,26 6,0538,9 6,1546,9 6,0857,8 6,13
68,16 6,178,65 6,1289,36 6,11101,2
76,12
109,98
6,11
122,61
6,11
134,24
6,11
Página 9
Tabla 5.4 Valores experimentales con la corrección de eje de referencia.
t(seg) Δt (seg) h(ft) h(m) ΔH ALTURA (m)0 0 2,173 0,66233 2,0876 -2,0876
26,49 26,49 6,3 1,92024 0,057912 -0,05791230,26 3,77 6,05 1,84404 -0,018288 0,01828838,9 8,64 6,15 1,87452 0,012192 -0,01219246,9 8 6,08 1,853184 -0,009144 0,00914457,8 10,9 6,13 1,868424 0,006096 -0,006096
68,16 10,36 6,1 1,85928 -0,003048 0,00304878,65 10,49 6,12 1,865376 0,003048 -0,00304889,36 10,71 6,11 1,862328 0 0
101,27 11,91 6,12 1,865376 0,003048 -0,003048109,98 8,71 6,11 1,862328 0 0122,61 12,63 6,11 1,862328 0 0134,24 11,63 6,11 1,862328 0 0
Página 10
Página 11
0 50 100 150 200 250 300
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
SERIE de1000 iteracionesSERIE experimental
Δt(seg)
Altu
ra (m
)
Grafica 5.2 Comportamiento del golpe de ariete; Variación del tiempo vs. Altura, Curva experimental y curva teórica.
VI. ANALISIS DE RESULTADOS.
En la tabla 5.1 se encuentran arrojados los valores experimentales de volumen alojado
en función de tiempo, se realizaron tres tomas, se promediaron los caudales y eso
represento para una de tres alturas. No obstante esta data gráficamente se ve
representada en la grafica 5.1
En la tabla 5.2 está reflejado el método empleado de mínimos cuadrados para
hallar alfa; se calcularon cada unos de los intervalos y se hizo una sumatoria para
determinar dicho valor; luego de haber hallado alfa se dedujeron las constantes beta1
y beta2
En la tabla 5.3 están los datos experimentales del fenómeno del golpe de
ariete. Alturas del nivel en función del tiempo. Es evidente que existe un valor de
estabilización en la práctica que es 6,11 ft, y esta estabilización se dio a partir de los
109 segundos aproximadamente.
En la tabla 5.4 se encuentran los valores de las alturas de la tabla 5.3
representadas en unidades de metros, y también se le añade una corrección para tener
el eje de referencia 0, para ser mas explicito a cada altura experimental obtenida se le
resto el valor de la altura de estabilización.
Y finalmente en la grafica 5.1 está representado gráficamente el
comportamiento del golpe de ariete, tanto el experimental como el teórico dado por
ecuaciones. La curva experimental tiene un límite ya que el estudio fue hecho hasta
los 134,24 seg; En cuanto a la curva analítica esta es más pronunciada ya que se hizo
aproximadamente 1000 iteraciones en Excel con Delta tiempo de 0,25 seg, esta
mostro estabilidad como a los 16 minutos(Delta tiempo # 250). La curva analítica es
Página 12
más exacta y más elegante que la experimental ya que esta se dio a raíz de una
discretizacion de una ecuación diferencial de segundo orden, no lineal y homogénea
que se dedujo de un bernoulli en el sistema de tuberías.
También puedo decir que las fluctuaciones de la curva analítica y la curva
experimental son bastante parecidas.
Página 13
VII. CONCLUSIONES.
La curva de la grafica 5.1 de caudal en función del de la altura tiene carácter
descendente y normalmente las curvas de un sistema hidráulico son ascendentes.
- Al introducir un valor de caudal en la ecuación de h, este arroja un resultado muy
parecido al de la altura correspondiente.
- A toda altura se le resto el valor de estabilización experimental para tener un mejor
eje de referencia.
- La curva analítica y la experimental son muy parecidas en cuanto a sus fluctuaciones
solo que la experimental se estabilizo mucho antes que la curva analítica.
- Con la curva analítica se puede apreciar mejor y entender el golpe de ariete.
Página 14