Golpe de ariete: simulación del transitorio amortiguado

Abstract

El Golpe de Ariete es un fenómeno conocido en todo sistema fluidodinámico por las oscilaciones, más o menos importantes, de la presión del fluido y de su velocidad como consecuencia de un cambio en las condiciones de flujo provocado por una perturbación (accidental o programada) aplicada al sistema. Estas oscilaciones producen deterioro en conducciones y accesorios de la instalación, dislocaciones y ruptura de conductos. Las variaciones de presión pueden ser tan amplias que invalidan las suposiciones de homogeneidad y continuidad del fluido.La producción en investigación, en las últimas cuatro décadas, indica que los esfuerzos por mejorar la predicción del comportamiento de la presión transiente han sido puestos en la descripción de la atenuación del fenómeno. La bibliografía muestra que las simulaciones realizadas presentan discrepancias acumulativas tanto en amplitud como en fase.En este trabajo se ha realizado el análisis del fenómeno en un sistema simple reservorio-conducción horizontal?válvula. Se ha modificado el modelo de Golpe de Ariete, introduciendo en el sistema de ecuaciones diferenciales hiperbólicas que lo representan, un término que incluye todos los efectos disipativos de interacción con las paredes de la conducción.Se introdujo en el algoritmo la ley de cierre de válvula como condición de contorno dinámica (extremo donde se emplaza la válvula) y una condición de contorno estática, en el extremo opuesto (embocadura de conexión al tanque). La ley de cierre se ha modelado mediante una función potencial que relaciona el tiempo de cierre con la velocidad del fluido y permite simular el decrecimiento de la velocidad de flujo durante el cierre de válvula para una amplia gama de casos. Las curvas resultantes se discretizaron obteniéndose así poligonales que se utilizaron como condición de contorno para obtener las soluciones correspondientes a cada caso.Se ha resuelto el modelo mediante el Método de las Características, lo que ha permitido predecir presiones y velocidades instantáneas del transitorio. También se ha obtenido la solución analítica del mismo modelo aplicando la Transformada de Laplace Mellín y los postulados del Teorema de Cauchy. Los resultados de la simulación se han contrastado utilizando registros experimentales de laboratorio, observándose una buena concordancia tanto en fase como en amplitud entre las ondas de presión experimentales y predichas.