Instalación experimental para estudio del golpe de ariete en tubería de

1. Instalación experimental para estudio • del golpe de ariete en tubería de • polietileno de alta densidad(PEAD) • Eduardo Rodal Canales* • Alejandro Sánchez Huerta* • Germán Carmona Paredes* • Jonathan Iván Guadarrama Orozco** • Proyecto 9125 • Patrocinador • Policonductos SA de CV

2. La tubería de polietileno de alta densidad ofrece diversas ventajas sobre otras tuberías para la conducción de fluidos. Una de las más importantes tiene que ver con su gran capacidad de deformación, lo que le implica tener una baja celeridad (velocidad de propagación de perturbaciones de presión en una conducción) y dado que el fenómeno de golpe de ariete, depende directamente del valor de la celeridad, este material experimentará menores sobrepresiones y/o depresiones debidas a maniobras bruscas.

3. C C Polietileno de Alta Densidad Etano (C2H6) Gas Natural Etileno (C2H4) Polietileno (-CH2-C-H2) n Extrusión y corte “Pellets”

4. La Tubería de Polietileno (PEAD) se produce por extrusión a partir de la fusión de una resina plástica

6. La tubería se clasifica con base en el diámetro exterior De y el parámetro denominado como relación dimensional RD. El RD se define como el cociente del De y el espesor e de la pared del tubo. De esta manera al variar el RD existira un cambio en el espesor y por tanto una distinta resistencia a la presión de trabajo.

8. Diseño para flujo establecido

9. Tabla de Presiones nominales para tubos fabricados comercialmente para la resina PE 3608 en función de RD

10. Diseño recomendado según norma para Flujo Transitorio Esto se debe a que el polietileno es un material viscoelástico y su resistencia a la deformación es inversamente proporcional al tiempo en que se aplica el esfuerzo que la provoque.

11. Entonces se buscó determinar experimentalmente que tan conservador es el Diseño recomendado según la norma para Flujo Transitorio. Con base en este objetivo se diseñó una instalación experimental para someter a flujo transitorio de manera controlada un tramo de tubería fabricado por la propia empresa. La instalación propuesta consiste en formar un circuito de recirculación en el cual podamos medir el caudal y al que se pueda provocar un cierre brusco provocando el efecto conocido como golpe de ariete.

12. Descripción de la Instalación experimental 2 Tanques hidroneumáticos (de 1000 lts) en los extremos 2 válvulas de mariposa de cierre manual1 Cárcamo de bombeo2 bombas centrífugas de 15 HP (11 kw), con arreglos en serie o en paralelo

15. Mediciones realizadas

16. Posibilidades de la instalación Los transitorios se producen mediante el cierre manual de una de las válvulas que se encuentran al inicio o al final de la conducción

17. Primeras mediciones RD 17 Verificación del coeficiente de fricción para flujo establecido (valor típico n = 0.009)

18. Registro típico para Cierre Aguas Abajo

19. Primeras Mediciones Cierres de válvulas se efectuaron manualmente (ejem para RD 17, el tiempo de arribo es = 2 L/c= 0.47seg)

20. Celeridad medida en función de RD Nota: Para realizar estas pruebas se cuidó, que en ningún momento, se alcanzara la presión de vapor en la tubería.

21. Celeridad en función de RD

22. Presiones máximas alcanzadas (cierre rápido tc< 2L/c)

23. Registro adimensional para el Cierre Aguas Abajo

24. Registro adimensional para el Cierre Aguas Arriba

25. Resultados para RD 17

26. Objetivo: Alcanzar sobrepresiones relativas a más altas que en ensayos anteriores

27. Resultados para RD 32.5

28. Presiones máximas alcanzadas para RD 41 y RD60* *El RD 60 se fabricó especialmente para las pruebas

29. Presiones mínimas alcanzadas

30. RD cr= 33 (San Luis Potosí) RD cr= 31 (Nivel del mar) Se logró la presión de vaporización sin cambios dimensionales notables para RD 17, 26 y 32.5 Para RD 41 se consiguió un ovalamiento extremo de la tubería, que se fue atenuando. Al final del transitorio, la tubería recuperó su sección original.

31. Tubería Colapsada

32. Tubería Recuperada

33. Conclusiones 1. Se probaron en modelo físico, tuberías de polietileno de alta densidad, de 114 mm de diámetro exterior, en varios espesores, encontrando que las celeridades de las ondas de presión se ajustan a las expresiones clásicas del golpe de ariete.

34. Conclusiones 2. Se alcanzaron presiones máximas de 2, 3, 4 y 5 veces las presiones de diseño para tuberías con relaciones dimensionales RD (diámetro exterior /espesor) comerciales e hipotéticas, para cierres aguas abajo, sin daño alguno para las tuberías.

35. Conclusiones 3. Se lograron presiones instantáneas de reunión de columna de 2 a 5 veces la presión nominal, sin daño alguno para las tuberías.

36. Conclusiones 4. Las presiones máximas alcanzadas son muy superiores a las permitidas para eventos ocasionales o accidentales, iguales a dos veces la presión de diseño.

37. Conclusiones 5. Se alcanzaron presiones de vaporización y su consecuente separación de columna, sin daños a la tubería, y con recuperación de la sección original al final del transitorio, en los casos en que las presiones de vaporización provocaron el colapso u ovalamiento extremo de la tubería.

38. Conclusiones 6. Se demostró que el polietileno es un material confiable para la conducción de agua potable, que resiste sin problemas las presiones máximas y mínimas más severas que puede producir el fenómeno del golpe de ariete, y que estos efectos transitorios en la tubería de polietileno son, por la flexibilidad de ésta y por su baja deformación ante esfuerzos transitorios, menores y de más fácil manejo que en el acero y otros materiales tradicionales.