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Ing. David

Hernndez Huramo

Laboratorio

de Hidrulica

Manual de prcticas

4 o s e m e s t r e

H i d r u l i c a d econductos a presin

Guillermo Benjamn Prez MoralesJess Alberto Rodrguez CastroJess Martn Caballero UlajeJorge Leonel Angel HurtadoJuan Pablo Molina Aguilar

Alejandro Ral Gutirrez ObregnElizabeth Pauline Carreo AlvaradoHctor Rivas HernndezRukmini Espinosa Daz

Autores:

Colaboradores:

Laboratorio de Hidrulica Ing. David Hernndez Hueramo

Manual de Prcticas de Laboratorio Hidrulica de Conductos a Presin 4to Semestre

1

5. FLUJO TRANSITORIO

Objetivos

El alumno aprender a identificar las causas que provocan un flujo transitorio, podr calcular los valores mximos de sobre-presin y sub-presin, as como dibujar sus

envolventes, las cuales se presentan en conductos cerrados cuando se provoca ste

fenmeno hidrulico.

Aplicacin El tener la capacidad de calcular los valores mximos de sobre-presin y sub-presin, as

como dibujar las envolventes de ambos en un perfil hidrulico de una conduccin que trabaja

a presin, es de suma importancia en el proyecto de conductos que transportan un fluido a

presin, ya que esto permitir conocer los parmetros de diseo para los conductos, con la

necesaria resistencia para evitar que se rompan, fisuren o disloquen cuando se tiene una

presin mayor que la presin de trabajo en flujo establecido o en su defecto disear los

elementos necesarios para aliviar la sobre-presin que pudiesen presentarse en dicho

conducto, as tambin, permitir que se identifique si la tubera se pudiera colapsar (chupar)

cuando se presentan valores de sub-presin que no pueda resistir el conducto y de esta

forma disear los elementos necesarios para evitar que la tubera falle por colapso.

Definiciones, frmulas y unidades a utilizar Flujo transitorio.- Es aquel que se presenta cuando cesa repentinamente el flujo o cuando en

forma abrupta se inicia el flujo en un conducto cerrado, dando origen a lo que

comnmente se conoce como golpe de ariete.

Sobre-presin y sub-presin (H).- Incremento o decremento del valor de la presin hidrosttica a la cual se encuentra un conducto cerrado, el cual se puede calcular de

manera prctica su valor extremo con la frmula propuesta por Allievi. VCH = 5.1



2

En la frmula anterior se tiene que:

H = Sobre-presin o sub-presin (m.c.a.). = Densidad del agua (kgs2/m4). V = Velocidad del flujo en rgimen establecido (m/s). C = Celeridad de la onda (m/s), que se calcula con la siguiente ecuacin:

eD

EE

CC+

=21

* 5.2

En donde se tiene:

C* = Celeridad del agua (m/s); para 8 C tiene un valor estimado de 1425 m/s, incrementndose 3 m/s por cada grado de temperatura que hay de variacin

* 1425 3( 8)C T= + ; T en oC. E2 = Mdulo de elasticidad del agua, equivale a 20 670 kg/cm2. E = Mdulo de elasticidad del material del conducto, tomando los siguientes

valores: P.V.C. 29 300 kg/cm2 A-C 328 000 kg/cm2 Acero 2 100 000 kg/cm2 Concreto armado 210 000 kg/cm2 Acrlico 21 100 kg/cm2 D = Dimetro interior del conducto (m). e = Espesor de la pared del conducto (m):

Sin embargo la frmula 5.1 solo es valida si se tiene que la conduccin es larga, por lo

que deber de revisarse que tipo de conduccin se tiene lo cual se puede hacer por

medio de la siguiente desigualdad.

2 TCLT > 5.3

De lo contrario ser conduccin corta por lo que el incremento y decremento de la presin

se deber calcular con la frmula propuesta por Michaud:

T g 2 VLH T= 5.4

En donde:

LT = Longitud total del conducto (m). g = Aceleracin de la gravedad (m/s2). T = Tiempo de cese de circulacin del agua (s), el cual se puede calcular por

medio de la siguiente expresin:



3

m

0

H g

1VLC

T T+= 5.5

En la frmula anterior se tiene que:

C0 = Coeficiente (adimensional) que toma un valor C0 = 2 si LT 500 m C0 =1.5 s 500 m < LT < 1500 m C0 = 1 s LT 1500 m.

Hm = Altura manomtrica (m), que en conducciones a bombeo generalmente es igual al desnivel topogrfico ms la altura del tanque o depsito receptor

Envolventes de sobre-presin y sub-presin.- Son las lneas que contienen los diferentes

valores de la sobre-presin o sub-presin que se presentan a lo largo del conducto en los

diferentes tiempos en que se presenta el flujo transitorio y cuya definicin permiten

determinar la mxima y mnima presin que se tiene en una seccin de inters del

conducto.

Procedimiento 1. En el banco hidrulico (figura 4.1) se proceder a hacer pasar un determinado flujo en

forma continua, es decir a rgimen establecido y el cual deber de determinarse por el mtodo volumtrico y consignar su valor en la tabla 5.1.

2. Conocido el gasto que pasa por el conducto, se proceder a obturar la descarga del flujo, visualizando la variacin de la superficie libre del agua en cada uno de los piezmetros e identificando a priori los niveles mximos y mnimos que se alcanzan.

3. Se vuelve a abrir la descarga del conducto, hasta que se establezca un flujo continuo que no provoque variaciones en los niveles de los piezmetros y se proceder nuevamente a obturar la descarga identificando en cada piezmetro los niveles mximos y mnimos en cada uno de ellos por medio de un flexmetro, lo cual se consignar en la tabla 5.2



4

FIGURA 4.1

Actividades: 1. Con base en los valores consignados en las tablas 5.1 y 5.2, dibujar el perfil hidrulico

del conducto trabajando a rgimen establecido y a flujo transitorio. 2. Conforme a las frmulas para calcular los valores mximos del incremento de

sobre-presin y sub-presin, dibujar el perfil hidrulico con las envolventes de ambos, indicando que tramos de la conduccin trabajan a una presin mayor que la de flujo establecido y si la envolvente de sub-presin queda por abajo del Horizonte de Energa o por abajo del conducto.

3. Concluya como trabajar el conducto en flujo transitorio y defina que elementos o dispositivos deben colocarse para evitar que se dae el conducto, tanto con la sobre-presin (si llegar a tener un valor mayor que el que puede resistir el conducto), como con sub-presin (si llegara a ser su valor tal que la envolvente quede por abajo del conducto).

1 2 3 4 5

L 1L 2

6

H (+)

H (-)

Horizonte de energa

Llave



5

TABLA 5.1

N

(1)

Carga total disponible

H

(m)

(2)

Volumen probeta

Vol

(m3)

(3)

Tiempo cese circulacin del agua

t

(s)

(4)

Gasto Volumtrico

Q

(m3/s)

1

2

3

TABLA 5.2

Piezmetro No. 1 No.2

No.3

No.4

No.5

No.6

Sobre-presin (m)

Sub-presin (m)

Nombre del alumno: . Semestre: Seccin: N de equipo: Laboratorista: .

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