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CIUDAD GUAYANA, SEPTIEMBRE DEL 2011
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
“ANTONIO JOSE DE SUCRE”VICE-RECTORADO DE PUERTO ORDAZ
SECCIÓN M1
Ariete Hidráulico
Mecánica De Los Fluidos
Bachiller:González Neidys 20.507.789Lara Diana 19.362.910 Natera Petra 17.338.545
Ariete Hidráulico
INDICE
INTRODUCCION
Golpe De Ariete
Historia De Un Invento Fascinante
Ariete hidráulico
Potencial De Uso
Funcionamiento
Inclusor De Aire
Variables Que Intervienen
Rendimiento (R)
La Altura De Elevación (H)
El Caudal Elevado (Q)
El Caudal De Alimentación (Q)
Construcción Y Puesta En Marcha
Recomendaciones Para Auto – Constructores
Ajustes
Recomendaciones
CONCLUSION
BIBLIOGRAFIA
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
Mecánica De Los Fluidos
Profesor:Mata Luis
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Ariete Hidráulico 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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Ariete Hidráulico
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 (1749-
1810), 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.
Mecánica De Los Fluidos
Ariete Hidráulico
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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Ariete Hidráulico
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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Ariete Hidráulico
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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Ariete Hidráulico
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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Ariete Hidráulico
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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Ariete Hidráulico
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
alimentación
(Q) l/min
30 60 90 120 250 500 1000
Diámetro del
tubo in/mm
11/4”/35 11/2”/41 2”/52 21/2”/70 3”/80 5”/125 8”/200
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.
Mecánica De Los Fluidos
Ariete Hidráulico
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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Ariete Hidráulico
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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Ariete Hidráulico
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.
Mecánica De Los Fluidos
Ariete Hidráulico
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.
Mecánica De Los Fluidos
Ariete Hidráulico
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/agua-
posible/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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Ariete Hidráulico
ANEXOS
Bomba de Ariete Hidráulico PVC 1”
Esquema armado
Mecánica De Los Fluidos
Ariete Hidráulico
Mecánica De Los Fluidos
Ariete Hidráulico
Mecánica De Los Fluidos
