Ariete Hidráulico

Ariete Hidráulico REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSE DE SUCRE” VICE-RECTORADO DE PUERTO ORDAZ SECCIÓN M1

CIUDAD GUAYANA, SEPTIEMBRE DEL 2011

Mecánica De Los Fluidos

Ariete Hidráulico

INDICE 03

INTRODUCCION Golpe De Ariete

04

Historia De Un Invento Fascinante Potencial De Uso

04 06 06

Funcionamiento

07

Ariete hidráulico

Inclusor De Aire

08 09

Variables Que Intervienen Rendimiento (R)

09 10

La Altura De Elevación (H) El Caudal Elevado (Q) El Caudal De Alimentación (Q) Construcción Y Puesta En Marcha Recomendaciones Para Auto – Constructores Ajustes

10 11 11 13 13

Bachiller: González Neidys 13 20.507.789 16 Lara Diana 19.362.910 17 Natera Petra 17.338.545

Profesor: Recomendaciones Mata Luis CONCLUSION

BIBLIOGRAFIA

18

ANEXO

INTRODUCCION En la actualidad la demanda por el cuidado del ambiente y su correspondiente manejo de la energía, han fomentado a que las energías

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renovables estén siendo usadas para permitir un desarrollo descentralizado, por ejemplo el Ariete Hidráulico para bombear agua a un nivel superior. El Ariete es un sencillo aparato hidráulico, su uso tuvo mucho auge hasta la llegada de la bomba eléctrica y la bomba impulsada por motor de combustión interna, mucho más eficientes pero mucho más contaminantes. Además, estas maquinarias modernas, tienen un costo mayor y costos de operación y mantenimiento muy elevados. Con el Ariete no son necesarios combustible ni electricidad para transportar el agua a grandes distancias y también subirla hasta más de 60 metros de altura. Por estas razones, muchos han comenzado a poner sus ojos otra vez en el Ariete, con él se logra aprovechamiento donde la fuente de agua tenga una caída de más de un metro de altura, sin dañar aun mas nuestro ecosistema. La cantidad de agua que logra enviar el Ariete al lugar donde se almacena no es mucha, pero como trabaja sin descanso durante las 24 horas del día y los 365 días del año sin ningún gasto, logra acumular suficiente cantidad. No obstante, cuando se requiere de una mayor cantidad, para hacer frente a un consumo intenso, se deben colocar simultáneamente varios Arietes. La cantidad de Arietes será limitada solamente por el caudal de agua de la fuente de abastecimiento. En las siguientes hojas se estará presentando de manera detallada información referente a los Arietes Hidráulicos desde su principio de funcionamiento y su enfoque histórico hasta recomendaciones de instalación.

Golpe De Ariete El golpe de Ariete o también conocido como golpe hidráulico es la variación de presión en los ductos de agua, provocada por el aumento o disminución brusca de la velocidad de movimiento del líquido, esta variación puede ser ocasionada por el cierre o abertura de una llave, grifo o válvula; también puede producirse por la puesta en marcha de un motor o bomba

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hidráulica. Al cerrar rápidamente las llaves, la presión elevada que surge puede conducir a la destrucción de las tuberías en lugares más débiles. Los fontaneros conocen muy bien el golpe de Ariete; cuando se cierra bruscamente un circuito abierto de agua, toda la tubería se estremece y los manómetros enloquecen; el fenómeno se considera indeseable porque causa roturas frecuentemente en las redes hidráulicas de las ciudades y en las instalaciones

intradomiciliarias,

y

también

es

causante

del

sonido

característico que escuchamos en las tuberías cuando abrimos un rifo bruscamente en nuestras casas.

Historia De Un Invento Fascinante En el año 1796, el inventor francés Joseph Michel Montgolfier (17491810), que posteriormente se hizo famoso por construir el globo aerostático, experimentaba con el agua que fluía rápidamente por los tubos. Descubrió la fuerza de propulsión del agua al cerrar rápidamente un grifo en el extremo inferior de un tubo. Esta importante energía de choque que se producía con cada cierre del grifo debía poder ser aprovechada por el hombre, pensó Montgolfier. Junto con su hermano, dirigía por aquel entonces la fábrica de papel que había comprado su padre en Annonay, en el distrito montañoso y de aguas abundantes de Ardèche. Tras algunos intentos fallidos, consiguió dar con los requisitos básicos para el diseño y la construcción de un Ariete Hidráulico. En un tiempo en que la gasolina sólo se encontraba en pequeñas botellas en la botica, en que todavía faltaba mucho tiempo para que hubiera corriente eléctrica y la torpe máquina de vapor acababa de aprender a marchar, Montgolfier podía ofrecer un dispositivo que permitía bombear agua a la superficie sin necesidad de ninguna energía externa. Esto significaba que los pueblos y aldeas aislados, que hasta entonces habían tenido que procurarse el agua con cubos o coches cisterna, por primera vez, con un esfuerzo considerablemente inferior, podrían abastecerse de agua potable.

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Como se documenta en las memorias de patente correspondientes, el Ariete Hidráulico se continuó mejorando durante las décadas siguientes. Pero la práctica demostró, a pesar de todas las mejoras, que la construcción de arietes se veía afectada por muchas incógnitas. El comportamiento de largos de tubo a las secciones de tubo, el comportamiento del desplazamiento volumétrico del agua en relación con la cantidad de agua, los caudales fluctuantes de las fuentes, la configuración de las válvulas, el emparejamiento de materiales, la fricción interna del agua y muchos otros aspectos debían reconsiderarse para cada instalación, fundamentalmente a partir de valores empíricos. Fue sólo durante el siglo pasado cuando se constató de forma correcta su principio de funcionamiento. Entonces fue cuando se demostró que el Ariete es un dispositivo muy complejo que sólo puede funcionar a alto rendimiento tras un ajuste preciso de sus componentes.

Ariete hidráulico El Ariete Hidráulico es un artefacto que provoca continuos cierres bruscos de un circuito con agua en aceleración y que aprovecha las sobrepresiones para mandar parte del caudal a una gran altura. En otras palabras, es una máquina sin motor que aprovecha la fuerza de una caída de agua para elevar agua a un nivel superior. Se considera un aparato de bombeo, económico y útil que funciona automáticamente sin necesidad de motor, por consiguiente no ocasiona gasto alguno y requiere el mínimo de atención. De un arroyo, manantial, río, etc., donde exista un desnivel o pueda obtenerse una caída de agua, se consigue con el

Ariete elevar

constantemente una cierta cantidad de agua a un punto distante y de mayor

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elevación que su nivel natural. La cantidad de líquido obtenido depende directamente de la disposición y cantidad que se le suministra al Ariete, en relación a la altura y distancia que debe elevarse.

Potencial De Uso Por el bajo costo de construcción, costo de operación cero y cero contaminación (no se utiliza ningún tipo de energía ni combustible de ninguna especie fuera de la fuerza del fluido) se considera que este equipo puede ser utilizado en casi toda actividad donde el caudal inicial de fluido no sea un problema o pueda ser reciclado. Además tiene la ventaja de que una vez instalado no presenta fallas en su funcionamiento por mucho tiempo. Garantiza un mínimo gasto en reparación y calibraciones y la facilidad con que los operarios del campo, aprenden a realizar las reparaciones que se deben efectuar después de cierto tiempo de uso. La presente tecnología es una alternativa de solución con muchísimas ventajas con respecto al uso de sistemas y equipos de bombeo más conocidos (motobombas, electro bombas), por tanto nos corresponde a nosotros plantear esta alternativa muy antigua por cierto en usos y necesidades actuales como la falta de agua de los ganaderos, de los productores agrícolas y de la población rural, que la utilizan para múltiples necesidades siendo la más importante la preservación de la vida humana.

Funcionamiento El agua se acelera a lo largo del tubo de alimentación hasta alcanzar una velocidad suficiente como para que se cierre la válvula (A). Entonces se crea una fuerte presión, al

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detenerse el agua bruscamente. Este golpe de presión abre la válvula (B) y hace pasar un pequeño chorro de agua al depósito (C), hasta que se equilibran las presiones. En ese momento, la gravedad abre la válvula (A) y se cierra la (B), repitiéndose de nuevo el ciclo. El agua pasa a golpes de ariete al depósito, pero sale de este con continuidad, por la manguera de elevación. El ritmo de golpes por segundo suele ser de uno o dos. La cámara de aire del depósito es fundamental para su funcionamiento. Para asegurar la permanencia de esta cámara de aire se usa el inclusor de aire que incorpora unas pocas burbujas en cada ciclo.

En las figuras se pueden observar los dos momentos del golpe de ariete.

Inclusor De Aire El inclusor de aire es un pequeño orificio de 1,5 a 2 mm de diámetro, con un alambre de cobre que pasa por él con cierta holgura, para permitirle a la cámara de aire tomar alguna burbuja en cada golpe de ariete y mantener la presión en la cámara de aire.

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Por supuesto, también saldrá una pequeña cantidad de agua en cada golpe de ariete. Pero si no hay cámara de aire que actúe como amortiguadora del golpe de ariete, este mismo rompería el dispositivo y dejaría de funcionar.

Variables Que Intervienen Nombre

Símbolo

Dimensión

S.I

Altura

h

[L]

m

Angulo de inclinación

θ

θ

º

Caudal

Q

[L/T*L2]

(m/s)*m2

Diámetro

d

[L]

m

Gravedad

g

[L/T2]

m/s2

Longitud

L

[L]

m

Presión

P

[M/LT2]

Pa

Tiempo

t

[T]

s

Velocidad

V

[L/T]

m/s

Rendimiento (R) El rendimiento del Ariete Hidráulico representa el porcentaje de agua que se puede bombear en relación al total de la canalizada por el ariete, y varía en función del cociente H/h; siendo H la altura de elevación y h el desnivel de trabajo. Al aumentar el valor resultante, el rendimiento disminuye. En la tabla siguiente puede verse cómo varía el rendimiento energético. H/h

2

3

4

6

8

10

12

R

0.85

0.81

0.76

0.67

0.57

0.43

0.23

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La Altura De Elevación (H) Como puede deducirse de la tabla anterior, a partir de 12 veces la altura (h), el rendimiento de los arietes disminuye en gran medida. Este detalle no nos ha de desalentar. Aunque sólo subamos a gran altura un 1% del agua que pasa por nuestro ariete, este funciona las 8.760 horas del año, ¡y sin combustible!

El Caudal Elevado (Q) Depende del rendimiento (R), el caudal de alimentación (Q), el desnivel de trabajo (h) y la altura de elevación (H). La ecuación por la que se relacionan es la siguiente: q=R*Q*hH Por ejemplo: Q (Caudal de alimentación) = 100 litros/minuto h (desnivel de trabajo) = 3 metros H (Altura de elevación) = 24 metros La relación H/h = 8, luego el rendimiento del ariete en éstas condiciones equivale al 57% = 0’57, y siempre superior a una centrífuga con motor eléctrico, al menos en instalaciones pequeñas. El caudal elevado: q=0.57*100*324=7.125 l/min=10260l/dia

El Caudal De Alimentación (Q)

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El ángulo de inclinación del tubo de alimentación (α) debe estar entre los 10º y los 45º con la horizontal. El caudal de alimentación del ariete dependerá del diámetro de dicho tubo de acometida. En la siguiente tabla se pueden ver relacionados estos parámetros, para tubería de hierro galvanizado, que es la más recomendable para alimentar arietes hidráulicos. Caudal

de

30

60

90

120

250

500

1000

11/4”/35

11/2”/41

2”/52

21/2”/70

3”/80

5”/125

8”/200

alimentación (Q) l/min Diámetro del tubo in/mm Hay que tener en cuenta que el agua que se acelera en el tubo de alimentación, es la que provoca el “golpe de ariete”, por lo que este ha de tener una longitud, inclinación y diámetro adecuados, sin curvas ni estrechamientos que provoquen pérdidas de carga por rozamiento.

Construcción Y Puesta En Marcha Este aparato es de construcción esmerada y sólida, terminado con un ajuste perfecto para que su rendimiento de trabajo sea de lo más eficiente y su funcionamiento lo más suave posible. Está formado por un cuerpo en el que va aplicada una válvula de rebalse que trabaja dentro de una jaula, una cámara de aire de gran volumen y una válvula de retención de goma con un ajuste a resorte, además de las correspondientes uniones para los tubos de alimentación y descarga. El ariete se colocará bien asegurado a una base, debiéndose calcular de antemano que el sitio elegido debe permitir el escape del agua perdida que descarga de continuo la válvula de rebalse. A fin de disminuir la fricción al mínimo posible debe evitarse la colocación de curvas en la tubería y se aconseja curvar directamente los tubos en los casos inevitables haciéndole curvas abiertas y en ningún caso emplear codos cerrados y cortos.

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Es necesario colocar en el extremo del tubo de alimentación un filtro o rejilla para evitar la entrada de cualquier cuerpo extraño que pudiera contener el agua y con el que pueden obstruirse las válvulas impidiendo el funcionamiento del ariete. Las tuberías deben colocarse a la profundidad necesaria para evitar la congelación del agua en épocas de bajas temperaturas y todas las juntas deben tener un ajuste hermético para evitar entradas o escapes de aire. Para poner en funciones un ariete basta apretar hacia abajo la válvula de rebalse, la que al quitarle el apoyo sube hasta su tope. Repitiendo varias veces esta operación se iniciará la marcha del mismo, que luego continua automáticamente. La causa de no funcionamiento puede deberse a que el recorrido de la válvula de rebalse no está ajustado según son las características de la instalación. Modificando el recorrido se encontrará el punto correcto que se controla con las tuercas que tiene dicha válvula. Para regular la entrada de agua o detener el ariete es conveniente colocar al lado del mismo y en la tubería de alimentación, una válvula de puerta con volante para cierre rápido.

Recomendaciones Para Auto - Constructores Dado que la presión de funcionamiento en el interior del ariete hidráulico es alta, es conveniente utilizar tubos y piezas de hierro galvanizado con juntas muy bien selladas. Esto no implica que no puedan utilizarse materiales plásticos como el polipropileno roscable o termofusionable, fundición de acero o aluminio, plástico reciclado, etc, con las precauciones previstas. Uno de los mejores materiales para las válvulas del ariete hidráulico es el caucho de cámaras de ruedas de camión o tractor desechadas.

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Ajustes El ajuste adecuado se logra mediante el tornillo tensor de la pletina resorte y el de la carrera hasta regular el caudal requerido de trabajo. El único mantenimiento consiste en retirar las hojas u otro material del filtro en la toma de agua y las gomas de las válvulas cuando se gasten o deterioren.

Recomendaciones Se recomienda la presente tecnología como una alternativa de solución con muchísimas ventajas con respecto al uso de sistemas y equipos de bombeo más conocidos (la bomba eléctrica y la bomba impulsada por motor de combustión interna); debido a que, el ariete hidráulico es un aparato de bombeo, construido únicamente con elementos comunes de plomería de fácil montaje, económico y útil que funciona automáticamente sin necesidad de motor; ya que, aprovecha exclusivamente la energía de un pequeño salto de agua para elevar constantemente parte de su caudal a un punto distante y de mayor elevación que su nivel natural. Por consiguiente no ocasiona gasto alguno y requiere el mínimo de atención. En otras palabras, además de ser mucho más económico que las bombas de motor o eléctricas, el ariete tiene la ventaja de que una vez instalado no presenta fallas en su funcionamiento por mucho tiempo, además de que no requiere combustible de ninguna especie. Debido a que, no se utiliza ningún tipo de energía fuera de la elevada presión del fluido, no produce contaminación. Por tanto nos corresponde a nosotros plantear esta alternativa, muy antigua por cierto, en usos y necesidades actuales como riego, agua potable y otros. Debemos tener presente que el futuro –la herencia que aportemos a nuestros hijos– depende directamente de las decisiones que ahora tomemos en relación con las tecnologías energéticas, cualquier obra humana puede ser sustentable, pero no significa necesariamente que sea sostenible.

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Por eso, desde hace algún tiempo, surge una cultura energética sostenible, basada en el uso de las fuentes renovables de energía, la eficiencia energética, el ahorro de energía, la explotación racional de los recursos, el reciclaje y la educación energética y ambiental, integral y sostenida, en todos los niveles de enseñanza, de manera tal que en el proceso de adquisición de conocimientos y el desarrollo de hábitos, habilidades y actitudes se armonicen las relaciones de los hombres entre sí y con la naturaleza, para orientar los procesos de desarrollo hacia la sostenibilidad. Ya para concluir, la recuperación de fuentes de energía alternativas recién ha comenzado y no es una tarea fácil; pero es un deber que debemos cumplir todos los involucrados en el manejo de energías, el perfeccionamiento del ariete hidráulico, puede ser una pequeña contribución para el desarrollo sustentable y sostenible del medio ambiente y una buena alternativa que brinda al usuario un desarrollo socio económico, por lo que cualquier avance tecnológico en esta máquina es de vital ayuda.

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CONCLUSION El Ariete Hidráulico aprovecha la energía cinética o fuerza de propulsión que se crea cuando se interrumpe de forma brusca el flujo de agua dentro de un tubo. Con los altos precios de los combustibles y de las bombas hidráulicas de motor eléctricas, el ariete es la mejor opción. Los agricultores, ganaderos y comunidades rurales podrían abastecerse de agua a un costo mínimo, y un aspecto muy importante, se dependería menos de los combustibles de origen fósiles y la población se incentivaría más en el uso de equipos ecológicos. La búsqueda de nuevas fuentes de energías que no dañen aun más al medioambiente recién ha comenzado, desarrollar, fomentar y estimular el uso del Ariete Hidráulico, puede ser una pequeña contribución para un desarrollo sustentable del medio ambiente por varias razones: Su bajo costo, su fácil manejo y auto-propulsión de energía contaminante para realizar su trabajo. Lo importante del ariete es que no depende para su funcionamiento de insumos que estén fuera de la comunidad rural y mucho menos del exterior. Todo lo que necesita es el agua y su fuerza hidráulica.

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BIBLIOGRAFIA  Enciclopedia Encarta 2001.  Enciclopedia Guía del Estudiante, Tecnologías Alternativas. Editorial Cultural, S. A. España 1996  http://www.monografias.com/trabajos7/SO.shtml  www.monografias.com/trabajos7/arso/arso.shtml  http://es.wikipedia.org/wiki/Ariete_hidr%C3%A1ulico  http://www.wot.utwente.nl/publications/breurram_es.pdf  http://prueba2.aguapedia.org/aguaposible/manual/captacion/BrinqueiraArieteHidraulico/weinmann.pdf  http://www.terra.org/data/ariete_super.pdf  http://www.intikallpa.org/wp-content/uploads/2010/08/jvariete.pdf  http://www.funica.org.ni/docs/riego_01.pdf  http://www.inta.gov.ar/bariloche/info/pres/pres50/ariete.pdf  http://www.acmor.org.mx/cuamweb/reportescongreso/2011/Prototipo/005 ariete.pdf  http://www.gits.ws/08cyd/pdfs/A7-ARIETEatah.pdf

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ANEXOS

Bomba de Ariete Hidráulico PVC 1” Esquema armado

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