Estudio en Régimen Impermanente del Vaciado de Tubos

Abstract

El vaciado de recipientes y ductos es un proceso frecuente en la operación de sistemas hidráulicos. Empero, salvo en el caso de las grandes protecciones de máquinas (chimeneas de equilibrio o tanques neumáticos) es un tema relativamente poco tratado o que se resuelve a veces en forma superficial, por no decir arbitraria. En el presente trabajo se analiza el fenómeno del vaciado de diferentes sistemas, en cada uno de ellos se determinan los parámetros adimensionales relevantes, a partir de los cuales es posible comprender el fenómeno en cuestión y determinar la correcta aplicabilidad de diferentes modelos que estudian los transientes hidráulicos, ellos son: el modelo cuasiestático, el modelo inercial rígido y el modelo de columna elástica. En cada resolución se han determinado las velocidades experimentadas a lo largo del fenómeno, el itinerario de vaciado y su duración total. A continuación se resumen las consideraciones y resultados obtenidos para los sistemas estudiados. Vaciado de un ducto inclinado: El fenómeno se ha caracterizado a través de parámetros adimensionales asociados a las pérdidas friccionales y singulares. Se han determinado las circunstancias para las cuales el modelo cuasiestático difiere del modelo de columna rígida. También se ha dado validez al uso de un coeficiente de fricción fijo y se ha determinado que el uso del modelo elástico no presenta diferencias significativas frente al modelo de columna rígida. Vaciado de un ducto horizontal: Se ha estudiado la primera fase del vaciado, en la cual se produce una onda o cavidad que avanza hacia aguas arriba. Durante este vaciado parcial, la fracción de líquido vaciada con respecto al volumen total y el ángulo que se forma en la sección de salida del ducto están completamente determinados, los otros parámetros del escurrimiento son constantes y sólo dependen de dicho ángulo y del diámetro del ducto. Vaciado de un tanque cilíndrico de sección constante: Aquí se han determinado las circunstancias necesarias para que la aproximación cuasiestática sea válida, en otras palabras bajo cuales condiciones la fórmula de Torricelli se cumple localmente en función de la razón entre el diámetro del tanque y el orificio de salida por donde se drena el líquido. Vaciado de un tanque de sección variable: El estudio se limitó a tanques verticales de revolución que vierten por el fondo, esto está cerca de los relojes hidráulicos o clepsidras. Como ejemplo, se ha estudiado una parábola de cuarto grado, para la cual la velocidad del vaciado se mantiene notablemente constante. De esta forma, el itinerario puede verse que es una línea recta. Vaciado de dos líneas que convergen a un drenaje común: El problema se ha solucionado con el modelo inercial rígido con un coeficiente de fricción constante. Los parámetros importantes que caracterizan el fenómeno se relacionan con la capacidad de evacuación de la válvula y la fricción en el sistema. Aquí se han mostrando diversos fenómenos que pueden darse en este tipo de drenajes.