Bomba de Ariete

 

 

Grupo:   Amoroto Polo Dennis



  Julca Castañeda Jhelsin



  Rosales Yanac Brian



  Chuquimango Cotrina Katerin



  Garcia Huamaní Gianella



  Villaverde Felix Yeison



Docente: Sánchez Gonzáles Jesús 

 

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTA AMBIENTAL L SEMESTRE 2016  – II

ASIGNATURA:   ASIGNATURA: MECÁNICA DE FLUIDOS CICLO:  CICLO:  V- Ciclo DOCENTE:   DOCENTE: SÁNCHEZ GONZÁLEZ, Jesús Alexander PROYECTO: Diseño y Construcción de una bomba de Ariete Hidráulica como alternativa para regadíos del jardín del colegio “CORPORACIÓN POPULAR - HUANCHACO” HUANCHACO”  

INTEGRANTES:

  Amoroto Polo Dennis



  Julca Castañeda Jhelsin



  Rosales Yanac Brian



  Chuquimango Cotrina Katerin



  Garcia Huamaní Gianella



  Villaverde Felix Yeison



Trujillo, 16 de Noviembre del 2016

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

ÍNDICE 1.  Duración del proyecto .......................................................................................... 3  2.  Cronograma de ejecución del proyecto .............................................................. 3  I. 

INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓ N ........................................................................................................ 4  1.  REALIDAD PROBLEMÁTICA ................................................................................ 5 

II.  PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA........................................................................ 6   III. 

OBJETIVOS ........................................................................................................... 6 

1.  OBJETIVOS GENERALES..................................................................................... 6  2.  OBJETIVOS ESPECÍFICOS................................................................................... 6   IV. 

HIPÓTESIS ............................................................................................................. 6 

V.  ANTECEDENTES ...................................................................................................... 7  1.  ANOTACIÓN .......................................................................................................... 7  2.  ANTECEDENTES ................................................................................................... 7  3.  JUSTIFICACION..................................................................................................... 9  VI. 

MARCO TEÓRICO ............................................................................................... 10 

1.  Bomba de Ariete.................................................................................................. 10   2.  Principios para realizar la Bomba de Ariete: ..................................................... 12  2.1.  Presión Atmosférica: ................................................................................... 12  2.2.  Presión Absoluta y Relativa ........................................................................ 13  2.3.  Presión Hidrostática e Hidrodinámica ........................................................ 14  2.4.  Presión de un Gas ........................................................................................ 14  VII. 

DISEÑO MATERIALES Y PROCEDIMIENT PROCEDIMIENTO O ...................................................... 15 

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

1 

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS 1.  DISEÑO ................................................................................................................ 15  2.  MATERIALES....................................................................................................... 16  3.  PROCEDIMIENTOS.............................................................................................. 17  VIII.  RESULTADOS ..................................................................................................... 18  1.  TOMA DE DATOS. ............................................................................................... 18  1.1.  CAUDALES. .................................................................................................. 18  1.2.  PRESIÓNES. ................................................................................................. 19  1.3.  ALTURAS. ..................................................................................................... 19  2.  CÁLCULOS .......................................................................................................... 20  2.1.  EFICIENCIA DE CAUDAL ............................................................................. 20  2.2.  EFICIENCÍA DE PRESIÓN MANOMÉTRICA ................................................ 20  2.3.  EFICIENCÍA DE ALTURA ............................................................................. 21  2.4.  DETERMINACIÓ DETERMINACIÓN N DE LA ALTURA BOMBEADA. ....................................... 21  2.5.  DETERMINACIÓ DETERMINACIÓN N DE LA PRESIÓN DE SALIDA. ....................................... 22  2.1.  DETERMINACIÓ DETERMINACIÓN N DE LA VELOCIDAD DE ENTRADA................................ 22  2.2.  DETERMINACIÓ DETERMINACIÓN N DE LA VELOCIDAD DE SALIDA.................................... 23  IX. 

RESULTADOS ..................................................................................................... 24 

X.  CONCLUSIONES..................................................................................................... 24  XI. 

DISCUSIÓN .......................................................................................................... 25 

XII. 

RECOMENDACIONES RECOMENDACIO NES ......................................................................................... 27 

XIII.  REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 27  XIV.  ANEXOS ............................................................................................................... 29  BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

2 

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA BOMBA DE ARIETE HIDRAULICA COMO ALTERNATIVA PARA REGADIOS DEL JARDIN DE UN COLEGIO 

1. Duración del proyecto 8 semanas del 20 de septiembre al 6 de Diciembre del 2016

2. Cronograma de ejecución del proyecto  ACTIVIDADES  ACTIVIDA DES

FECHA DE INICIO

FECHA

DE DEDICACION

TERMINO Búsqueda de información

SEMANAL (Hrs)

20 de septiembre

2

Plantear: objetivos, destacar 23 de septiembre

1

el problema, hipótesis.

relatar

las

Redacción del primer informe 23 de septiembre

04 de octubre

2

de proyecto  Análisis de de diseño

28 de sep septiembre tiembre

29 septie septiembre mbre

2

Compra de materiales

1 de octubre

1 de octubre

2

Construcción Construcció n del proyecto

2 de octubre

8 de noviembre

4

 Adquisición  Adquisició n de dato datoss

8 de nov noviembre iembre

8 de nov noviembre iembre

2

 Análisis de de datos

10 de noviembre noviembre

13 novie noviembre mbre

2

Corrección del Proyecto

14 de noviembre

14 noviembre

2

Redacción del informe final

15 de noviembre

15 noviembre

4

TOTAL

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

3 

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

I.

INTRODUCCIÓN La bomba de ariete, es un sistema diseñado para provocar reiteradamente

el golpe de ariete, de cuya energía se vale para impulsar agua a un nivel más alto. En este proceso, el sistema pierde agua para compensar la altura que eleva. Son uno de los tipos de bomba de agua que funcionan aprovechando la energía hidráulica, sin requerir otra energía externa. Mediante un ariete hidráulico, se puede conseguir elevar parte del agua de un arroyo o acequia a una altura superior. También se puede puede emplear para riego por aspersión. El ariete hidráulico es un sistema de construcción sencilla y el rendimiento energético es de cerca del 70%.Esta tecnología se desarrolló en Alemania en 1796, cuando Joseph M de Montgolfier, coinventor del globo aerostático de aire caliente, construyó un ariete de operación automática. En la actualidad asistimos a un renacer del interés acerca de este aparato, debido a que es tecnológicamente accesible, eficiente, ecológico y muy didáctico .En nuestro país, las mejores condiciones para trabajar con los arietes de forma generalizada se encuentran en la zona norte, debido a la topografía quebrada del terreno, lo que provoca que los ríos y quebradas cuenten con muchas caídas de agua en su recorrido, creando las condiciones óptimas para su empleo. En otras zonas también es posible su desarrollo, considerando que con un buen diseño o con los componentes adecuados es posible su accionamiento con una caída que puede ser provocada, de solo cincuenta centímetros. Así se extiende la viabilidad de uso en distintos lugares del territorio Nacional donde se encuentren escorrentías superficiales (Ríos, quebradas, etc.) Esta tecnología se está desarrollando en pequeños talleres quienes trabajan de forma empírica pero muy innovadores, lográndolos fabricar sin tener un nivel académico o conocimientos de hidráulica, con el cual puedan certificar cada uno de estos modelos. Por ello mismo no logran ofrecer información técnica de los equipos que producen e instalan.

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

4 

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

1. REALIDAD PROBLEMÁTICA En la actualidad la demanda por el cuidado del ambiente y su correspondiente manejo de la energía, han fomentado a que las energías renovables estén siendo usadas para permitir un desarrollo descentralizado. La búsqueda de nuevas fuentes de energía recién ha comenzado, no es una tarea fácil, pero es un deber que debemos cumplir todos los involucrados en el manejo de energías, el desarrollo del Ariete Hidráulico, puede ser a una pequeña contribución para un desarrollo sustentable del medio ambiente y una muy buena alternativa que brinda al usuario un desarrollo socio  –  –   económico, por lo que cualquier avance tecnológico en esta máquina es de mucha ayuda. La bomba de ariete es uno de los artefactos más antiguos conocidos para el bombeo de agua, utilizado especialmente en zonas de grandes desniveles geográficos. Fue inventada en el año 1796 por Joseph Montgolfier (Urkia Lus I et al. 2003). Por medio de esta bomba, se puede aprovechar un pequeño salto de agua bombeando en forma permanente parte de su caudal a un nivel más elevado de terreno. (Jeffrey T.D. et al 1992). La base teórica para el cálculo del ariete hidráulico, fue desarrollada en su mayor parte por el ruso N. E. Zhukovsky, los períodos del ciclo de bombeo del  Ariete Hidráulico, la celeridad, celeridad, altura desar desarrollada rollada por el ariete, tiempo de cierre de las válvulas de impulsión, solo por nombrar unos cuantos conceptos. Toda esta teoría es fundamental para el desarrollo del prototipo y de la instalación, así como para comprobar los datos teóricos de la eficiencia y rendimiento con los datos obtenidos en la experimentación. La escases de agua, debida a las consecuencias de los cambios climáticos y al incremento de las sequías, impone el cuidado del agua, priorizando obras de canalización y almacenamiento y la implementación de tecnología apropiada de bombeo de agua, no solamente para las viviendas rurales sino también para las huertas, plantaciones y otras necesidades productivas de la zona rural. El ariete hidráulico se ha visto empañado durante años por máquinas mucho más eficientes pero mucho más contaminantes y con un costo mayor además de un costo de operación y mantenimiento muy elevado. El análisis técnico financiero se basa principalmente en el desarrollo del costo del Ariete Hidráulico para luego compararlo con un ariete convencional.

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

5 

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS El propósito fundamental de este trabajo es aprovechar las capacidades de una tecnología en desuso, “las bombas de ariete hidráulico”, mediante una propuesta de diseño y construcción accesible a la población rural local, describir los materiales y detalles de construcción y las características de los accesorios necesarios para su correcto funcionamiento.

II.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

¿Es posible llevar a cabo el diseño y la construcción de una bomba de ariete hidráulico,

logrando

un

suministro

constante

de

agua

en

el colegio

“CORPORACIÓN POPULAR - HUANCHACO” HUANCHACO”? ?

III.

OBJETIVOS

1. OBJETIVOS GENERALES  Diseñar y Construir una Bomba de Ariete Hidráulica como una alternativa de



riego de los jardines del colegio “CORPORACIÓN

POPULAR -

HUANCHACO”   HUANCHACO”

2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS   Determinar la eficiencia del sistema de bombeo por ariete hidráulico



(presión, caudal y de altura).   Determinar la altura de bombeo, la presión de salida, la velocidad de salida



y de entrada del agua. Aplicando las ecuaciones de la hidrodinámica.

IV.

HIPÓTESIS

Hipótesis 1 Si es posible diseñar y construir una bomba de ariete hidráulico. Hipótesis 0 No es posible diseñar y construir una bomba de ariete hidráulico.

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

6 

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

V.

ANTECEDENTES

1. ANOTACIÓN

-

El diseño de bomba de ariete se realiza teniendo en cuenta los parámetros que relacionan entre sí a la velocidad del agua y otras variables tales como: presión, caudal, etc.

2. ANTECEDENTES -

Martínez M. (1993). “HIDRAULICA  APLICADA A PROYECT PROYECTOS OS DE RIEGO”. En la etapa de Hidráulica estudia las condiciones de equilibrio de los líquidos en reposo lo cual se llama Hidrostática. Para realizar el cálculo de una tubería cualquiera, se precisa conocer una serie de datos, desnivel geométrico y piezómetro entre el punto inicial y final, perfil de la conducción, caudal, a transportar, material de la tubería, etc.

-

Campaña C. y Guamán D. (2011). “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICO”.  HIDRÁULICO”.  Trabajo realizado para diseñar y construir una bomba de ariete hidráulico con el fin de abastecer agua a una propiedad ubicada en la zona de Calacali (Ecuador).

-

Acitores J. (2012). “ESTUDIO TEÓRICO Y EXPERIMENTAL DE LA BOMBA DE  ARIETE”.   El objeto de este proyecto es ampliar esta plataforma docente que  ARIETE”. disfrutamos hoy en día, añadiendo una tecnología que no se había tenido en cuenta hasta el momento: la bomba de ariete. Se trata de una tecnología que no se puede catalogar como manual, pues no precisa la acción humana para funcionar, pero que en determinadas circunstancias puede resultar de gran utilidad para elevar agua a alturas considerables. Este proyecto se postula como el primero de la Universidad centrado en esta nueva línea de bombas de agua, con la consecuente complicación del desconocimiento inicial del campo a tratar.

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

7 

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS -

GUÍA AGROPECUARIA. (2012). “ESTUDIO DE PROMOCIÓN Y DIFUSIÓN DE BUENAS PRÁCTICAS BOMBA DE ARIETE DEL PROYECTO TAWAN INGNIKA”. INGNIKA ”. Nicaragua, los segundos países más pobres del continente americano, con una economía dependiente en su totalidad del petróleo y a la producción agropecuaria basados fundamentalmente en los pequeños y medianos productores, dispersos a lo largo de la geografía de Nicaragua. El presente informe da cuenta de las actividades de la difusión del uso y manejo de la Bomba de Ariete desarrollada y utilizada en el Proyecto Tawan Ingnika entre productores de los municipios de Diriamba (Carazo), San Dionisio (Matagalpa), San Rafael del Norte y La Concordia (Jinotega).

-

Rodríguez D. (2013). “OPTIMIZACIÓN DE UNA BOMBA DE ARIETE UTILIZANDO DOSVÁLVULAS DE DERRAME”. DERRAME”. Basado en la necesidad de encontrar una alternativa de bombeo económica, que permita mejorar la calidad de vida de las poblaciones rurales y al mismo tiempo eficaz, se ideó un nuevo dispositivo que funcionará bajo el mismo principio, que empleara básicamente las mismas piezas y que mantuviera las mismas ventajas pero introduciendo una variación que permite repotenciar la bomba incrementando así su rendimiento con un dispositivo que permite la colocación de dos válvulas de derrame, lo que duplica el golpe de ariete y así mismo, incrementarla eficiencia de la misma.

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

8 

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

3. JUSTIFICACION Los sistemas de bombeo convencional que operan con combustibles fósiles o energía eléctrica son costosos y con tendencia al alza. Es imperativo animar al uso de nuevos sistemas de abastecimiento de agua eficientes y de costo moderado tanto en instalación como en operación. Se presenta el siguiente proyecto de investigación que cumple con dichos requisitos. El presente estudio será el reflejo y aplicación de los conocimientos sobre la hidrodinámica, con el que se pretende facilitar y brindar fuentes de investigación en relación a bombas de ariete, con la finalidad de incentivar a las personas que buscan alternativas energéticas en sistemas de bombeo no convencionales, en busca de energías verdes sin contaminación e impacto ambiental, pero con el claro objetivo de buscar la máxima eficiencia de estos sistemas. Una bomba de ariete es una bomba hidráulica cíclica que utiliza la energía cinética de un golpe de ariete en un fluido para subir una parte de ese fluido a un nivel superior. No necesita aporte de otra energía exterior. Por lo tanto es considera un sistema limpio, que a diferencia de otras bombas no genera daños al medio ambiente, como generar reacciones de combustión como lo hacen otros sistemas y además se podría decir que es un sistema de ahorro de energía. Por otro lado, la construcción de este tipo de bomba es económica y ferretera, es decir todos los materiales utilizados para la construcción de esta, son fáciles de encontrar en una ferretería. Y tiene un amplio campo de aplicaciones ya que al no usar energías exteriores su aplicación solo se ve limitada por la presencia de una fuente de agua y una altura de alimentación que son dos factores que definen el funcionamiento de este sistema. El sistema que se construyó, será instalado en el colegio

“CORPORACIÓN

POPULAR - HUANCHACO”. El cual cuenta con jardines que diariamente tienen que ser regados, y dicha actividad les demanda de mucho tiempo. El sistema que proponemos facilitará el desarrollo de dicha actividad ya que su funcionamiento es automático, contribuyendo así a mejorar el desarrollo del mismo. Además, del uso de un sistema ecológica como lo es la bomba de ariete, que permitirá a la institución cuidar sus fuentes de energías renovables. BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

9 

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

VI.

MARCO TEÓRICO

1. Bomba de Ariete Una bomba de ariete es una bomba hidráulica cíclica que utiliza la energía cinética de un golpe de ariete en un fluido para subir una parte de ese fluido a un nivel superior. No necesita por lo tanto aporte de otra energía exterior. El principio de 1, se especifica a continuación: El funcionamiento, como se muestra en la Figura 1, agua, procedente de una corriente o depósito suministrador A  se acelera por un tubo de carga inclinado B con lo que su energía potencial se convierte en energía cinética. Cuando la velocidad llega a un valor determinado, la válvula de descarga C  súbitamente cierra cortando el flujo lo cual genera una sobrepresión en el extremo inferior del tubo de carga, un golpe de ariete, que fuerza el agua a abrir la válvula anti-retorno D y a subir por el tubo de descarga F hacia el nivel superior del depósito G. La válvula de descarga C  se vuelva a abrir debido a la bajada de presión del flujo de agua y el ciclo comienza de nuevo, cerrándose cada vez que el flujo adquiere cierto valor. En E se coloca una campana o calderín lleno de un gas a presión, normalmente aire, que amortigua los golpes de ariete y mantiene un flujo más constante de fluido por el tubo F. Este gas se acaba disolviendo en el agua por lo que es necesario reponerlo o envolverlo en un globo de goma para evitar que se disuelva. Algunas bombas van provistas de un sistema que inyecta una burbuja de aire con cada ciclo. Este sistema consiste en que se diseña el mecanismo para que al cerrar la válvula D  permite que se invierta momentáneamente el flujo del agua por lo que al cerrar súbitamente la válvula se produce una depresión que fuerza la entrada de un poco de aire por la válvula K. Bomba de ariete:  A. Depósito de origen origen;; B. Tubería de carga; C. Válvula de descarga; D. Válvula de retención; E. Bomba de Aire;

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

10   10

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS F. Tubería de descarga; G. Depósito de descarga; K. Válvula (opcional) de admisión de aire. H. Altura de Carga h. Altura entre la bomba ariete y la presa. Figura 1. Principio de Funcionamiento de la Bomba Ariete Fuente:  http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_ariete   Fuente: Los elementos que se señalan en el esquema anterior son las distintas partes de C) generalmente se coloca un ariete hidráulico. La válvula check de fondo, ((C verticalmente hacia arriba para que se abra continuamente y permita salir el agua con cada ciclo. La válvula check de paso (D ( D) permite que el agua suba pero que no baje. La cámara de aire amortigua la presión súbita, permitiendo de esta forma un flujo parejo. Cada uno de estos componentes son muy accesibles y pueden utilizarse los hechos de PVC.  Así, en el funcionamiento de la bomba de ariete hidráulico se requiere contar con una caída de fluido inicial no menor de un metro que se denomina “altura de carga” H y un “caudal de alimentación” Q, como se muestra en la figura 2. 2. El Golpe de ariete es un fenómeno hidráulico, que se produce cuando el agua que fluye libremente es frenado por el cierre repentino de una válvula. La ocurrencia de este fenómeno se expresa mediante un fuerte golpeteo en toda la tubería, la bomba de ariete opera gracias a una repetición continua de este fenómeno, para lo cual se vale de una tubería de alimentación de diámetro mayor que la de descarga. Figura

2.

Altura

de

Carga

y

Caudal

de

Alimentación

Fuente:

http://www.intikallpa.org/2010/08/construyendo-una-bomba-de-ariete/

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

11   11

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

2. Principios para realizar la Bomba de Ariete: Ariete: 2.1.

Presión Atmosférica: La presión atmosférica se puede decir que es la presión que se ejerce en la Tierra. Es un punto que se asimila numéricamente con el peso que se da en una columna estática de aire de una sección de recta unitaria que se extiende desde un punto hasta que se tiene límite superior de la atmosfera. Como la densidad del aire poco a poco disminuye conforme se aumenta la altura, no se puede calcular ese peso a menos que exista alguien que sea capaz de describir la variación de la densidad del aire en la función de la altitud o de la presión. Por ello no se puede resultar ser sencillo hacer un cálculo que sea correcto de la presión atmosférica sobre un lugar de nuestra superficie terrestre, por lo contrario, se dice que es difícil medirla o por lo menos saber con cierta exactitud ya que la temperatura como también la presión del aire están variadas constantemente. La presión atmosférica de nuestra Tierra en un lugar exacto se experimenta demasiadas variaciones que se asociaron con los cambios del clima. Por otra gran parte, en un lugar determinado, la presión atmosférica se disminuye con la altitud, como se ha dicho. La presión atmosférica se decrece a razón de 1mmhg o Torr por cada 10 de elevación en los niveles aproximados al mar. En las practicas se utilizan materiales y instrumentos, llamados altímetros, que son sencillamente barómetros aneroides calibrados en superficies altas, estos instrumentos son demasiado precisos. La presión atmosférica normal, en la atmosfera, fue definida como la presión atmosférica media a nivel del mar que se adaptó como exactamente 101 325 Pascales. o Torr. A partir de 1982, la IUPAC recomendó que si se llega a tratar de explicar las propiedades físicas de las sustancias de la presión debía definirse exactamente a 100Kpa o (-750,062 Torr).Aparte de ser un numero redondo, este cambio que tiene una ventaja fácil porque 100kPa Equivalen a una altitud aproximada de 112 metros, que está cercana al promedio de 194 m de la población del mundo.

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

12 12  

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS La presión es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme, la presión P viene dada de la siguiente forma: =

  

En un caso general donde la fuerza puede tener cualquier dirección y no estar distribuida uniformemente en cada punto la presión se define como: =

 

.  

Donde n  es un vector unitario y normal a la superficie en el punto donde se pretende medir la presión. La definición anterior puede escribirse también como:  =   ʃ.    

Donde: F, es la fuerza por unidad de superficie. n, es el vector el vector normal a la superficie. A, es el área total de la superficie S.

2.2.

Presión Absoluta y Relativa En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión absoluta sino

como

la

presión

denominándose presión

por

encima

relativa, relativa,

de

presión

la presión la 

atmosférica, atmosférica,  

normal, presión normal,

de

gauge o  presión manométrica. gauge o manométrica. Consecuentemente, la presión absoluta es la presión atmosférica (P a) más la presión manométrica (P m) (presión que se mide con el manómetro) el manómetro)..

 =  +  

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

13 13  

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

2.3.

Presión Hidrostática e Hidrodinámica En un fluido en movimiento la presión hidrostática puede diferir de la llamada presión hidrodinámica por lo que debe especificarse a cuál de las dos se está refiriendo una cierta medida de presión.

2.4.

Presión de un Gas En el marco de la teoría cinética la presión de un gas es explicada como el resultado macroscópico de las fuerzas implicadas por las colisiones de las moléculas del gas con las paredes del contenedor. La presión puede definirse por lo tanto haciendo referencia a las propiedades microscópicas del gas: Para un gas ideal con N moléculas, cada una de masa m y moviéndose con una velocidad aleatoria promedio Vrms contenido en un volumen cúbico V las partículas del gas impactan con las paredes del recipiente de una manera que puede calcularse de manera estadística intercambiando momento lineal con las paredes en cada choque y efectuando una fuerza neta por unidad de área que es la presión ejercida por el gas sobre la superficie sólida. La presión puede calcularse entonces como

=

(  ) 

, gas ideal

Este resultado es interesante y significativo no solo por ofrecer una forma de calcular la presión de un gas sino porque relaciona una variable macroscópica observable, la presión, con la  la energía cinética promedio por molécula, 1/2 mv rms rms² , que es una magnitud microscópica no observable directamente.

Nótese que el producto de la presión por el volumen del recipiente es dos tercios de la energía cinética total de las moléculas de gas contenidas.

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

14 14  

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

VII.

DISEÑO MATERIALES Y PROCEDIMIENTO

1. DISEÑO

Fig 4. Válvula de pie de pozo modificada. Fuente: Propia.

Fig 5. Sistema de ariete Fuente: Propia.

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

15 15  

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

2. MATERIALES. MATERIALES

CANTIDAD

-  Recipiente de 20 L.

1

-  1 tubo de 1 pulgada.

1

-  2 codos de 45° de 1 pulgada.

2

-  3 llaves universales.

3

-  1 válvula de paso de una pulgada.

1

-  2 manómetros.

2

-  2 T de 1 pulgada.

2

-  1 válvula check de 1 pulgada.

1

 

1

- 1 válvula de pie de pozo de 1 pulgada. -  3 niples de 1 pulgada.

3

-  4 cinta teflón.

4

-  1 cinta teflón amarilla para gas.

1

-  1 codo de 1 pulgada.

1

-  1 resorte.

1

-  1 tubo de ¾ pulgada.

1

 

- 1 T de 4 pulgadas con salida de 2 pulgadas. -  50 cm de tubo de 4 pulgadas.

1 1/3

-  2 tapones de 4 pulgadas.

2

-  1 reductor de 2 a 1 pulgada.

1

-  1 codo de 45° de ¾ de pulgada.

1

-  1 pegamento para tubo azul /500 ml.

1

-  2 uniones mixtas.

2

-  1 reductor de 1 a ¾ de pulgada

1

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

16   16

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

3. PROCEDIMIENTOS. - Preparación del ariete. Se desensambló la válvula de pozo y se colocó en medio un resorte. -

Preparación del recipiente para el abastecimiento de flujo.

En la parte inferior del recipiente, con ayuda de alicates y un cúter se hizo un orificio de aproximadamente una pulgada, se introdujo 10 cm de tubo de 1” y se fijó con ayuda de teflón y pegamento, en la parte exterior del tubo se colocó un codo de 45° de 1”. Posteriormente te coloco una tubo de 1” de aproximadamente 3 metros. En la otra parte del tubo se pegó una unión universal, de tal modo que facilite la instalación del sistema. -

Preparación del cuerpo del ariete

En un tubo de 10 cm de 1” se colocó la otra parte de la unión universal. En el otro orificio del mismo tubo se colocó una unión mixta de 1”, posteriormente esta se conectó a la válvula de paso, se realizó el mismo procedimiento en el otro extremo de la válvula de pazo, y en la parte superior del tubo se hizo un orificio con ayuda de un taladro para poder conectar el manómetro el cual se fijó posteriormente con ayuda del teflón de gas y pegamento. En el orificio del tubo de 1” se fijó una fijó una T de 1”. En dirección horizontal de la T se colocó un niple de 1” el que posteriormente se unió con una unión universal, en el otro extremo de la unión universal se colocó la válvula de pozo modificada. En la parte vertical de la T se colocó un niple de 1” que más adelante se usó para conectar con la válvula check y en el otro costado de la válvula check se colocó otro niple, el cual posteriormente se conectó a una unión universal. Posteriormente en la parte libre del tubo se conectó una T de 1” en la parte vertical de la se te colocó 10 cm de tubo de 1” en la parte horizontal de la T se colocó 7 cm de tubo de 1”, 1” , y en la parte superior del tubo se hizo un orificio con ayuda de un taladro para poder conectar el manómetro el cual se fijó posteriormente con ayuda del teflón de gas y pegamento. Y en el orificio sobrante del tubo se colocó un codo de 1” en el otro orificio del tubo se colocó 7 cm de tubo de 1” y se conectó con una unión universal en la otra parte de la unión universal se colocó un tubo de 7 cm de 1” en el que posteriormente se colocó un reductor de 1 1”” a ¾ y se fijó el tubo de ¾.

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

17   17

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

-

Elaboración de la cámara de gas.

En la parte macho de la T de 4” colocar un tapón de 4”, en la parte hembra de la misma colocar 50 cm de tubo de 4” y en la orificio restante del tubo colocar un tapo de 4”. En la parte de 2” de la T colocar un reductor de 2” a 1”. Con ayuda del teflón para gas cubrir bien la parte del reductor y posteriormente fijarlo en el tubo restante del cuerpo de ariete.

VIII.

RESULTADOS

1. TOMA DE DATOS. 1.1.

CAUDALES.

CAUDAL SUMINISTRADO:  SUMINISTRADO:  Se tomó midiendo el tiempo en que demora en vaciarse el recipiente de 20 Litros. CAUDAL DE SALIDA: Se tomó en el punto más alto de bombeo de agua. Anexo3Imagen9 CAUDAL DESPERDICIADO: Se tomó en la misma parte del caudal suministrado pero a diferencia del anterior se tomó con la válvula de pie de pozo colocada.

Tabla 1. Tomas del caudal suministrado. T1  []   []   [/]     

T2

T3

97

96

98

20 0.21

20 0.21

20 0.20

0.21 /  

2.1 ∗ 10−  / 

 = /  : :   :   :  

Tabla 2. Tomas del caudal desperdiciado. T1  []   []   [/]     

T2 7 0.61 0.09

T3 8 0.68 0.09

7 0.59 0.08 −

0.09 / 

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

0.9 ∗ 10

1000 = 1 



 / 

18   18

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS Tabla 3. Tomas del caudal de salida. T1  []   []   [/]      

1.2.

T2

T3

4 0.41 0.10

4 0.42 0.11

0.1 / 

5 0.5 0.10

1.0 ∗ 10−  / 

PRESIÓNES.

PRESIÓN DE ENTRADA: Se ENTRADA: Se tomó antes de que el agua haga contacto con la válvula de pies de pozo.

PRESIÓN DE SALIDA:  SALIDA:  Se tomó en la parte de salida del sistema donde el agua ya ha sido bombeada.

Tabla 4. Toma de presiones. P (BARES) P (Pascales) presión de entrada 0.2 20000 presión de salida 0.6 55000

1.3.

1 1  = 1000 100000 00  

ALTURAS.

ALTURA DE ALIMENTACIÓN:  ALIMENTACIÓN:  Esta fue medida del punto inferior de la base del recipiente alimentador al sistema.

ALTURA BOMBEADA: Esta BOMBEADA: Esta se tomó en la parte más alta que el agua alcanzo después de haber sido bombeada. Tabla 5. Toma de alturas. [] 

altura de alimentación altura bombeada

2 5.2

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

19   19

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

2. CÁLCULOS 2.1.

EFICIENCIA DE CAUDAL

 =  =

 

∗ 100% 00% 

0.1/ 0.21 /

∗ 100% 100% 

 = 47.6 47.61 1 %  :  :      .   :      .  :      .

2.2.

EFICIENCÍA DE PRESIÓN MANOMÉTRICA

 =

 

∗ 100% 00% 

55000   = 20000  ∗ 100% 00%   = 275%  :  :     ó.   : ó   é.  :  ó ó    é. 

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

20   20

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

2.3.

EFICIENCÍA DE ALTURA  =  =

ℎ ℎ

∗ 100% 00% 

5.20  2.00

∗ 100% 100% 

 = 260%  :  :       . . ℎ :       ó. ó. 

2.4.

ℎ :     . . 

DETERMINACIÓN DE LA ALTURA BOMBEADA.  =  + ℎ …………………….1 …………………….1    = 55000  +  ……………..2 ……………..2  

  Igualando 1 y 2



5500 55 000 0  +  =  +   ℎ   55000  =   ℎ   ℎ =

ℎ =

55000   

 

55000      9.81  ∗ 997. 997.13 13    ℎ = 5,6 

:  :       . . ℎ :     . .   :  ó ó      . . :            :         25 ° 

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

21   21

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

2.5.

DETERMINACIÓN DE LA PRESIÓN DE SALIDA.  =  + ℎ    = 10132 01325 5   + (9 (9.8 .81 1









∗ 997. 997.13 13 

∗ 5.2 .2) ) 

 = 15219 152190.6 0.6   :   :       . . :           :      ó. ó.  :     . .   :       25 °°  

2.1.

DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DE ENTRADA.

ó     =  ∗   : :     . . :      .

 



: á       

Calculando el área.    = .



 

4 (0.0254)

  = .   4   = 5.07 ∗ 10−    

  Entonces



=

  

 

2.1 ∗ 10 =

5.07 ∗

− 



  

10−  

 = 0.41 / 

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

22   22

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

2.2.

DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DE SALIDA. ó     =  ∗  

: :     . . :      .

 



: á       

Calculando el área.    = .

 4

 

(0.01905) 

    = 2.85 ∗ 10−     4

  = .

  Entonces



=

  

 

− 

1∗10 =

2.85 ∗





10−  

 

 = 0.35 / 

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

23   23

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

IX.

RESULTADOS PARÁMETRO

UNIDAD

VALOR

CAUDAL DE ENTRADA

[ /]

2.1 ∗ 10− 

CAUDAL DE DESPERDICIO CAUDAL DE SALIDA

[ /]

0.9 ∗ 10− 

[ /]

1.0 ∗ 10− 

 ALTURA DE ALIMEN ALIMENTACIÓN TACIÓN

[]

2 

 ALTURA BOMBEADA BOMBEADA

[]

5.2 

 ALTURA BOMBEADA BOMBEADA CALCULAD CALCULADA A

[]

5.6 

PRESIÓN DE ENTRADA

[]

20000 

PRESIÓN DE BOMBEO

[]

55000 

PRESIÓN DE BOMBEO CALCULADA

[]

159021.6 

VELOCIDAD CALCULADA DE SALIDA VELOCIDAD DE ENTRADA CALCULADA EFICIENCIA DE ALTURA

[/ ]

0.35 

[/ ]

0.41 

[%]

260 

[%]

275 

[%]

47.6 

EFICIENCIA DE PRESION MANOMÉTRICA EFICIENCIA DE CAUDAL

X.

CONCLUSIONES   Se diseñó los elementos mecánicos con forma y dimensiones adecuadas



para el posterior ensamble y con las propiedades físicas y mecánicas idóneas para el funcionamiento requerido.   Se determinó la eficiencia del sistema de bombeo por ariete hidráulico,



obteniendo como resultado una eficiencia de CAUDAL del 47.6%, de ALTURA del 260 % y de PRESIONE del 275%.   Se determinar la altura de bombeo con resultado de 5,6 metros, la presión



de salida con un resultado de 159021.6 Pascales, una velocidad de salida de 0.41 m/s y una velocidad de entrada de 0.35 m/s.

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

24   24

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

XI.

DISCUSIÓN

En cuanto al funcionamiento de la bomba el flujo de descarga del caudal suministrado es 0.21 L/s, pero debido a que esta funciona con energía potencial del agua al liberar la presión provoca el impulso de bombeo existe una pérdida del fluido donde el caudal desperdiciado es de 0.09 L/s y de caudal de salida es 0.1 L/s; teniendo una eficiencia de caudal de  = 47.6 47.6 %  , el material debido a su costo, durabilidad, funcionalidad y fácil

manejo fue el más adecuado para la realización del proyecto y como se pretende utilizar para regadíos y para transporte de agua potable a un segundo piso del colegio. El caudal se ve influenciado considerablemente según la altura de elevación. Nuestro rendimiento es muy alto debido a q nuestra altura de alimentación es buena. La bomba de ariete es un artefacto que utiliza la energía cinética del agua, en una tubería forzada, para levantar una porción de la misma a una altura superior a la disponible. Estas bombas entregan agua continuamente, sin el uso de energía eléctrica u otra energía, con el mínimo mantenimiento.  El diseño se puede afirmar que se alcanzó los objetivos de caudal y altura de entrega, con los parámetros de diseño establecidos. Se encuentra una pequeña variación entre los resultados requeridos con los obtenidos; ya que los márgenes de error son mínimos, por tanto no afectan el desempeño de la bomba de ariete hidráulico. La duración del ciclo obtenido es el adecuado para el funcionamiento suave y no muy exigido del equipo; consiguiendo de esta manera elevar la máxima cantidad (tasa) de agua. La frecuencia de operación de la bomba de ariete es semejante a las establecidas por los constructores de arietes hidráulicos como: Campaña C. y Guamán D. (2011). “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICO”.  HIDRÁULICO”.  La altura máxima que puede desarrollar la bomba de ariete (La altura de agua bombeada) es de 5.2 metros; por lo tanto la correcta instalacion del equipo y el constante golpe del resorte de la válvula brinda el impulso suficiente que se

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

25 25  

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS requiere para llega a esta altura indicada y con ella al reservorio de entrega que espera en el segundo piso del colegio Corporación de educación Popular  –  –   Hunchaco. La eficiencia que va ligada a la relación de caudal bombeado y desperdiciado es del 111%; mucho mayor en comparacion a la otenida en el trabajo de Campaña C. y Guamán D. (2011). “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICO”.   HIDRÁULICO”. Las velocidades para cada periodo son coherentes tanto en la inicial como en la final; pues la velocidad que inicia el golpe de ariete tiene una magnitud aceptable y su velocidad de entrada es 0.41 m/s y la velocidad de salida es de 0.35 m/s y tal como indica la teoría, una velocidad debe ser mayor a la otra.

Referente al ángulo de inclinación del tubo de alimentación (Jimenez J. 2013) indica que 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. El cual se cumple en nuestro prototipo ya que tiene un ángulo de alimentación 45°. Según (Jimenez J. 2013) El ariete hidráulico funciona entre 60 y 90 golpes por minuto y cuanto más lento sea el funcionamiento, más agua utiliza y bombea. Condición que nuestro diseño si cumple pues se puedo afirmar que nuestro sistema logra dar 85 golpes por minuto. Finalmente analizaremos el rendimiento de caudal que viene a ser la eficiencia de la bomba de ariete, y que este se mide en relación a la altura bombeada y la altura de alimentación. Nuestro sistema cuenta con una relación de 2.6, haciendo una comparación con tabla de rendimiento en función del cociente ANEXO 1. La eficiencia debe estar entre 83% aproximadamente. Nuestro sistema cuenta con una eficiencia del 47.6 %. Anexo 2. 

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

26 26  

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

XII.

RECOMENDACIONES

  Evitar escapes tanto en las uniones de las partes del ARIETE, como en la tubería de conducción para evitar pérdidas de presión, usando teflón en las roscas y empates.



  Conectar correctamente el tubo de conducción (tubo de alimentación d del el fluido) para evitar pérdidas de caudal y presión.



  Se debe fijar correctamente la bomba de ariete en una posición horiz horizontal; ontal; bien anclada para evitar deslizamiento por vibración.



  Se recomienda el uso de este sistema (Bomba de Ariete) para zonas o comunidades con características similares a nuestro lugar de aplicación (Colegio Corporación de educación popular – popular – Huanchaco)  Huanchaco)



XIII.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1.  Martínez M. (1993). (1993). “HIDRAULICA APLICADA A PROYECTOS DE RIEGO”.

https://books.google.com.pe/books?id=__kzM0ey4ckC&pg=PA71&dq=Mart%C3%  ADnez+M.+(1993).+%E  ADnez+M .+(1993).+%E2%80%9C 2%80%9CHIDRAULICA HIDRAULICA+APLICA +APLICADA+A+PRO DA+A+PROYECTOS+D YECTOS+D E+RIEGO%E2%80%9D.&hl=es419&sa=X&redir_esc=y#v=onepage&q=Mart%C3%ADnez%20M.%20(1993).%20 %E2%80%9CHIDRAULICA%20APLICADA%20A%20PROYECTOS%20DE%20RI EGO%E2%80%9D.&f=false   EGO%E2%80%9D.&f=false 2.  Jairon, A.,Guevara, O.,Reyes, R.& Ramirez, C.(2009). Diseño para

Implementación de Bomba Hidráulica de Ariete “JORC” para uso agrícola. Santo Domingo, República Dominicana. https://l.facebook.com/l.php?u=https%3A%2F%2Fes.scribd.com%2Fdoc%2F7590 7839%2FProyecto-Bomba-Hidraulica-Jorc-3&h=mAQHM5akb  

3.  Bustamante Ojeda, A. y Quezada Chuncho, M. (2009). Estudio de los parámetros

de funcionamiento de la bomba de ariete hidráulico multimpulsor A&M 1.0. Tesis de investigación de campo. file:///C:/Users/RENZO/Downloads/ESTUDIO_DE_LOS_PARAMETROS_DE_FUN CIONAMI%20(1).pdf  

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

27 27  

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS 4.  Campaña C. y Guamán D. (2011). “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICO”.  HIDRÁULICO”.  http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/4020/1/CD-3778.pdf   http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/4020/1/CD-3778.pdf   5.   Acitores J. (2012). “ES “ESTUDIO TUDIO TEÓR TEÓRICO ICO Y EXP EXPERIMENTAL ERIMENTAL DE LA B BOMBA OMBA DE

 ARIETE”.    ARIETE”. https://www.yumpu.com/es/document/view/14145123/estudio-teorico-yexperimental-de-la-bomba-de-ariete-e-archivo-   6.  GUÍA AGROPECUARIA. AGROPECUARIA. (2012). “ESTUDIO DE PROMOCIÓN Y DIFUSIÓN DE

BUENAS PRÁCTICAS BOMBA DE ARIETE DEL PROYECTO TAWAN INGNIKA”.  INGNIKA”.   https://www.jica.go.jp/nicaragua/espanol/office/others/c8h0vm000001q4bcatt/32_realizados_01.pdf   7.  Rodríguez D. (2013). “OPTIMIZACIÓN DE UNA BOMBA DE ARIETE UTILIZANDO

DOSVÁLVULAS DE DERRAME”  DERRAME”  https://es.scribd.com/doc/4032126/PROYECTO-Bomba-de-ariete-2-paper-doc   8.  Monografias.com. Varela, Y. (7 deRecuperada Febrero de 2013). La Presión Atmosférica.  En Blog: de   http://www.monografias.com/trabajos95/presion-

atmosferica/presion-atmosferica.shtml   9.   Agencia de Cooperación Internacional del Japón. (2012). Estudio de Promoción y Difusión de Buenas Prácticas "Bomba de Ariete" del Proyecto Tawan Ingnika.

Recuperado http://www.jica.go.jp/nicaragua/espanol/office/others/c8h0vm000001q4bcatt/32_realizados_01.pdf  

de

10.  Gómez, J., De la Ossa, C. & Mercado, M. (s.f.). Presión Hidrostática. Club de

Recuperado http://clubcienciasbosco.jimdo.com/f% C3%ADsica-11%C2%BA/1/1http://clubcienciasbosco.jimdo.com/f%C3%ADsica-11%C2%BA ciencias

San

Juan

Bosco.  

de

mec%C3%A1nica-de-fluidos/1-3-1-presi%C3%B3n-hi mec%C3%A1nica-de-flui dos/1-3-1-presi%C3%B3n-hidrost%C3%A1tica/ drost%C3%A1tica/   11.  Grupo de Energías Renovables de Misiones. BOMBA DE ARIETE. MANEJAR

RECURSOS HIDRICOS DE MISIONES CON TECNOLOGIA ADECUADA. http://www.cricyt.edu.ar/asades/modulos/averma/trabajos/2012/2012-t006a005.pdf   12.  Jimenez J (2013) ´´El Ariete Hidraulico´´

https://www.terra.org/data/ariete_super.pdf   https://www.terra.org/data/ariete_super.pdf  

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

28 28  

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

XIV.

ANEXOS

ANEXO 1 (TABLA DE EFICIENCIAS) H/h R

2 0.85

TABLA 1: RENDIMIENTO EN FUNCIÓN DEL COCIENTE 3 4 6 8 10 0.81 0.76 0.67 0.57 0.43

12 0.23

ANEXO 2 (GRÁFICO DE COMPARACIÓN DE EFICIENCIAS)

COMPARACIÓN DE EFICIENCIAS 100%     )    %     (    E    J    A    T    N    E    C    R    O    P

83%

80% 60%

46.70%

40% 20% 0% eficiencia teórica

eficiencia real

EFICIENCIAS

ANEXO 3 (FOTOGRAFÍAS DE EVIDENCIA)

IMAG E N 1: C onstrucción del s is te tema ma de a ariete riete

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

29 29  

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

IMAG E N 2: Colegio ´´Corporación Popul Popula ar´´

IMAG E N 3: F ue uent ntee De Ag ua

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

30 30  

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

IMA G E N 4: P rimera ri mera prueba de lla a bomba de a aririete ete..

IMA G E N 5: Imple Implement menta ación ci ón de ma manómet nómetros ros a la bomba bomba.. BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

31 31  

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

IMA G E N 6: S egunda eg unda prueba de lla a bo bomba mba de a ariete riete..

IMA G E N 7: S egunda eg unda prueba de lla a bo bomba mba de a ariete riete..

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

32   32

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

IMA G E N 8: Últ Última ima prueba de la bomba de a aririet ete. e.

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

33   33

 

  MECÁNICA DE FLUIDOS

IMA G E N 9: Toma de caudal caudal de salida del s is te tema ma de a aririete ete..

IMA G E N 10: E xplicación de la la me metod todol olog ogía ía de dell proyect proyecto. o.

BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICA

34   34