1. ÍNDICE
1. ÍNDICE ……………………………………………………………………………..1
2. INTRODUCCIÓN....................................................................................................................3
3. ALCANCE...............................................................................................................................4
4. OBJETIVOS.............................................................................................................................5
1.1 Objetivo Principal..............................................................................................................5
1.2 Objetivos Secundarios.......................................................................................................5
5. MARCO TEÓRICO.................................................................................................................6
5.1 Golpe de Ariete.................................................................................................................6
5.1.1 Definición...................................................................................................................6
5.1.2 Peligros del Golpe de Ariete.......................................................................................7
5.1.3 Medidas contra el Golpe de Ariete.............................................................................8
5.1.4 Dispositivos Anti ariete..............................................................................................8
5.2 Bomba de Ariete Hidráulico............................................................................................11
5.2.1 Definición.................................................................................................................11
5.2.2 Principio de Funcionamiento....................................................................................11
5.2.3 Principales componentes de una bomba de ariete hidráulica...................................12
5.2.4 Principales Ventajas y Desventajas de una bomba de ariete hidráulica...................14
6. CONCLUSIONES..................................................................................................................15
5.3 Conclusión Principal........................................................................................................15
5.4 Conclusiones Secundarias................................................................................................15
7. ANEXOS................................................................................................................................16
8. BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................................18
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2. INTRODUCCIÓN
El presente trabajo de investigación trata sobre uno de los sistemas de bombeo más
antiguos de la humanidad, la bomba de ariete, el cual usa la simple aplicación de la
gravedad a sus sistema, que aprovecha el afamado fenómeno del golpe de ariete (wáter
hummer en inglés).
Empezaremos con una breve descripción del fenómeno golpe de aiete, el cual es el
componente básico para el sistema de la bomba de ariete, sus consecuencias en los sistemas
será analizado, sus beneficios y daños, éstos últimos son significativamente perjudiciales en
sistemas donde hay cambios de sección en sus sistemas de tubería.
Luego daremos paso a la bomba de ariete, el cual utiliza dicho principio del golpe de ariete.
Sus ventajas y desventajas serán analizadas y sus diferentes partes serán brevemente
estudiadas.
Para finalizar se obtendrán conclusiones y recomendaciones sobre el tema investigado, lo
cual nos dará un breve panorama-resumen de lo que nos interesa de este tipo de sistema de
bombeo.
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3. ALCANCE
El alcance del presente documento es meramente didáctico, para el entendimiento del tema
a tratar, no posee alguna aplicación viable para alguna investigación.
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4. OBJETIVOS
1.1 Objetivo Principal
Entender de manera práctica el principio de funcionamiento de una bomba de ariete hidráulica.
1.2 Objetivos Secundarios
Observar los beneficios y daños que produce el golpe de ariete a un sistema y cómo evitarlo.
Entender como funciona una bomba de ariete hidráulico, ver sus partes y entender en qué tipo de
aplicaciones es más utilizado.
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5. MARCO TEÓRICO
5.1 Golpe de Ariete
1.2.1 Definición
Es cuando en un conducto o tubería, se produce una aceleración o desaceleración brusca del
fluido, generalmente debido al cierre de una válvula o compuerta, se produce un golpe de
presión. Es lo que pasaría al cerrar un grifo pero de una manera mucho más pronunciada. Esto
conduce a un incremento en la energía cinética que pasa a convertirse una onda de presión que
viaja a la velocidad del sonido de un lado a otro de la tubería. En caso de que la variación de la
energía cinética hubiera sido significativamente alta, se podrían producir unos picos de presión
capaces prácticamente de destruir la tubería, sobre todo las que tengan una longitud considerable.
Fuente:http://www.elrincondelingeniero.com/Golpe+de+ariete
En una fábrica, una bomba iniciando o finalizando su operación, o un venteo de aire cerrando
repentinamente son claros ejemplos de cuando esto podría suceder.
Además de los sistemas de tuberías para transportar agua, el golpe de ariete se puede presentar de
igual manera en los sistemas de recuperación de condensado (es decir circulación de agua) y de
vapor. Nótese que ya que el vapor está involucrado, este tipo de golpe de ariete es algunas veces
también llamado 'ariete hidráulico'.
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1.2.2 Peligros del Golpe de Ariete
Cuando el vapor es principalmente suministrado a el equipo usuario o a la tubería de distribución
de vapor, un 'bang, bang, bang' metálico y repetitivo; o incluso un 'boom' violento acompañado
de vibración podría ser escuchado. La mayoría de los usuarios de vapor probablemente han
experimentado alguna de estas anteriormente.
Cuando ocurre el golpe de ariete, la presión podría cambiar momentáneamente de manera abrupta
por más de 10MPa dentro de la tubería.
Este impacto puede dañar seriamente la tubería, equipo o cubierta de la maquinaria, resultando en
daños no solo para las juntas en las uniones, pero también en las bridas de válvulas o las válvulas
mismas.
Tan pronto como algo como esto, como una válvula, se daña, grandes cantidades de condensado
caliente o de vapor comienzan a fugarse, lo que podría llevar a un serio accidente. Incluso ha
habido reportes de muertes que se producen debido al golpe de ariete. A pesar de esto, existe muy
poca información o investigación dedicada a sus causas y prevención, y muchos usuarios de
vapor se encuentran en desventaja en cómo hacerle frente a este problema.
Fuente:http://www.chengfluid.com/flow_problems/water_hammer
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1.2.3 Medidas contra el Golpe de Ariete
El golpe de ariete es combatido, en la práctica, por varias medidas.
Limitación de la velocidad en tuberías.
i. Cierre lento de válvulas o registros. Construcción de piezas que no permitan la
obstrucción muy rápida.
ii. Empleo de válvulas o dispositivos mecánicos especiales. Válvulas de alivio, cuyas
descargas impiden valores excesivos de presión.
iii. Fabricación de tubos con espesor aumentado, teniendo en cuenta la sobrepresión
admitida.
iv. Construcción de pozos de oscilación, capaces de absorber los golpes de ariete,
permitiendo la oscilación del agua. Esta solución es adoptada siempre que las condiciones
topográficas sean favorables y las alturas geométricas pequeñas. Los pozos de oscilación
deben ser localizados tan próximos como sea posible de la casa de máquinas.
v. Instalación de cámaras de aire comprimido que proporcionen el amortiguamiento de los
golpes. El mantenimiento de estos dispositivos requiere ciertos cuidados, para que sea
mantenido el aire comprimido en las cámaras.
1.2.4 Dispositivos Anti ariete
En una instalación en la que exista el riesgo de que se produzca el golpe de ariete, es necesario
definir las protecciones que se van a introducir al sistema para minimizar sus efectos hasta
niveles razonables.
El dimensionado estructural de las tuberías debe resistir sobrepresiones y depresiones transitorias.
Entre los sistemas y equipos de protección frente al golpe de ariete que puede modelar AFT
Impulse destacamos:
i. Volante de inercia
El aumento de la inercia en el grupo de presión permite aumentar el tiempo de parada y con ello
disminuir los efectos del golpe de ariete.
Sin embargo su utilización es limitada al tamaño del volante.
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Fuente:www.eoi.es
ii. Cámaras o chimeneas de equilibrio
Son recipientes de gran altura abiertos que protegen el tramo aguas abajo y reducen la intensidad
del golpe de ariete aguas arriba.
Son comunes en conducciones de alimentación a centrales hidroeléctricas o en impulsiones de
abastecimiento, no en entornos industriales.
Su utilización está muy limitada por la topografía de la zona.
Fuente:www.fisica.ru
iii. Calderines, pulmones y acumuladores o cámaras de aire
Son depósitos cerrados cuya parte superior tiene aire o un gas inerte (generalmente nitrógeno)
bajo presión y cuya parte inferior tiene un cierto volumen de agua.
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Después de la parada de las bombas, el depósito suministra agua a la tubería descomprimiéndose,
reduciendo así el descenso de presión debido al golpe de ariete. Posteriormente, se invierte el
sentido del flujo y el agua es de nuevo almacenada en el depósito, comprimiendo el gas.
iv. Tanques de alimentación
Difiere de una cámara de equilibrio por el hecho de que durante el funcionamiento normal está
aislado de la tubería por una válvula de retención. Cuando ocurre una depresión en la tubería por
debajo del nivel de agua del tanque, la válvula abre y alimentando el flujo se evita que la
depresión aumente.
El tanque se alimenta por un "bypass", servido de un flotador.
Están particularmente indicados para proteger puntos altos de la instalación.
Como es evidente, el tanque solamente puede operar cuando la línea de depresión, tras la parada
de los grupos, descienda por debajo del nivel de agua en el tanque.
Fuente:www.cubasolar.cu
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5.2 Bomba de Ariete Hidráulico
1.2.5 Definición
La bomba de golpe de ariete o ariete hidráulico es un motor hidráulico que utiliza la energía de
una cantidad de líquido (comúnmente agua) situada a una altura mayor (el desnivel
de un río, presa, acequia u otro depósito o caudal), con el objetivo de elevar una porción
de esa cantidad de líquido hasta una altura mayor que la inicial, mediante el empleo del fenómeno
físico conocido como golpe de ariete. El equipo bombea un flujo continuo y funciona
ininterrumpidamente sin necesidad de otra fuente de energía. El ariete hidráulico también puede
compararse con un transformador eléctrico, ya que éste recibe una tensión baja
(en voltios) con una corriente eléctrica relativamente alta (en amperios) y obtiene un régimen de
mayor tensión y menor amperaje, y en el caso del ariete ocurre un proceso similar a nivel
hidráulico: recibe un gran caudal (Q + q) con una baja carga (H) y obtiene un régimen de mayor
presión (h) con un menor caudal (q).
Fuente: buildarampump.com
1.2.6 Principio de Funcionamiento
El agua procedente de una fuente de alimentación (1) desciende por gravedad por la tubería de
alimentación o impulso (2) bajo la acción del desnivel en relación con el ariete hidráulico (H),
con un caudal determinado (Q + q), y se derrama al exterior del cuerpo o caja de válvulas (3) del
ariete en una cantidad (Q) hasta adquirir una velocidad suficiente para que la presión dinámica
cierre la válvula de impulso o ímpetu (4)
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El cierre brusco de esta válvula produce el efecto conocido como golpe de ariete, lo cual origina
una sobrepresión en la tubería de alimentación que provoca la apertura de la válvula de retención
(5), que permite el paso del agua hacia el interior de la cámara de aire (6), provoca la compresión
del aire existente y cierta cantidad de agua (q) asciende por la tubería de bombeo o descarga (7).
En ese instante se produce una ligera succión en el cuerpo o caja de válvulas, que provoca una
disminución de la presión, la apertura de la válvula de impulso y el cierre de la válvula de
retención. De esta forma se crean las condiciones para que el proceso se convierta en cíclico, con
el consiguiente ascenso de una columna estable de agua hacia el tanque elevado (8), mediante la
tubería de bombeo.
Fuente:http://www.cubasolar.cu/biblioteca/energia/Energia25/HTML/articulo05.htm
1.2.7 Principales componentes de una bomba de ariete hidráulica
- La válvula de batería (también llamada « válvula de choque »): Es una pieza generalmente
metálica que permite provocar los golpes de ariete cuando se cierra debido a la presión del agua.
Determina el rendimiento del ariete hidráulico, y sobre todo el de la bomba; por ello, es
conveniente que su instalación la realice un técnico cualificado.
- El tubo de batería (también llamado « canalización motriz »): Conecta la bomba al depósito.
- El cuerpo de la bomba: El cuerpo de la bomba recibe el agua procedente de la fuente de
alimentación a partir del tubo de batería y la transmite a la válvula de batería y a la válvula de
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descarga. El golpe de ariete se produce en el cuerpo de la bomba, por lo que esta debe estar
fabricada en un material capaz de resistir las variaciones de presión y un posible ataque químico
del agua procedente de la fuente de alimentación.
- La válvula de descarga (también llamada « clapeta de descarga »):Tiene un papel específico en
cada fase del funcionamiento. Durante la fase de sobrepresión está abierta y permite el paso del
agua desde el cuerpo de la bomba hacia el depósito neumático. Durante la de subpresión está
cerrada e impide el vaciado del depósito en el cuerpo de la bomba.
- El depósito neumático (también llamado « cámara de aire » o « depósito de aire »):
Recibe el agua en los periodos de sobrepresión y la libera al tubo de descarga en los periodos de
subpresión en el cuerpo de la bomba. El depósito es esencial para el buen funcionamiento de la
bomba, y permite incrementar el rendimiento y evitar que el cuerpo de la bomba, la canalización
motriz o el propio depósito exploten como consecuencia de los golpes de ariete.
- El respiradero: Es un pequeño orificio acondicionado por debajo de la válvula de descarga en
el cuerpo de la bomba. Permite alimentar el depósito neumático de aire, necesario para liberar el
agua en la tubería de descarga. Solo se instala en los arietes hidráulicos más avanzados, con el fin
de evitar tener que purgar el depósito de aire.
- La válvula de retención: Permite impedir que, en caso de parada de la bomba, el agua del
conducto de descarga no llegue al depósito.
- El tubo de descarga: Está conectado al depósito neumático y al depósito situado en
altura, donde se recoge el agua.
Fuente: http://www.wikiwater.fr/e43-las-bombas-de-energia.html
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1.2.8 Principales Ventajas y Desventajas de una bomba de ariete hidráulica
Ventajas:
Coste energético (electricidad, gasolina) nulo.
Mantenimiento limitado.
Vida útil en torno a los 10 años.
Volumen reducido.
Desventajas:
Rendimiento limitado (pérdidas importantes a nivel de la válvula de choque).
Sensibilidad a las impurezas del agua.
Procedimiento poco conocido y extendido debido a su escasa comercialización.
Fabricación en series limitadas; pocos proveedores.
Coste de ciertos modelos.
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6. CONCLUSIONES
1.3 Conclusión Principal
Entendimos de manera práctica cuál es el principio de funcionamiento de una bomba de ariete
hidráulico, éste se da en cambios de dirección en una tubería y principalmente en cierre de
válvulas. Consiste en la aceleración o desaceleración de un fluido, lo cual produce un incremento
en su energía cinética y se expresa en una onda de presión que golpea a la velocidad del sonido,
lo cual puede en sistemas de tuberías de longitud considerable romper la tubería.
1.4 Conclusiones Secundarias
Observamos que entre los beneficios de este tipo de sistemas podemos nombrar únicamente a la
bomba de ariete como tal, sus daños van desde avería de válvulas y compuertas, hasta la rotura de
tuberías de largas longitudes; una forma muy práctica de evitarlo es colocar cámaras de aire que
amortigüen esta sobrepresión, el cierre lento de válvulas y compuertas, sobredimensionamiento
de espesores de tubería.
Entendimos que es en un sistema hidráulico, el cual utiliza el principio de la bomba de ariete
para llevar fluido a cierto distancia y altura, mediante el uso de válvulas RAM y cámaras de aire.
Tiene un gran desperdicio en términos de eficiencia, pero ideal para usos de hacienda.
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7. ANEXOS
Fig. 1 Datos del Rendimiento de un ariete que recibe un suministro de 1 litro/minuto
Fig. 2 Longitudes y saltos recomendables según el diá. de cañería de alimentación
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Fig. 3 Cañería de bombeo: longitud y elevación máxima recomendadas según las pérdidas de
carga y presión máxima
Fig. 4Rendimiento de la Bomba de Ariete Cilindro
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8. BIBLIOGRAFÍA
Mott, F. L. (2004). Mecánica de Fluidos. Mexico: McGraw-Hill.
http://eee.estrucplan.com.ar/Articulos/imprimirss.asp?IDArticulo=3155
http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/4020/1/CD-3778.pdf
http://www.wikiwater.fr/e43-las-bombas-de-energia.html
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