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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