ESTUDIO NUMERICO EXPERIMENTAL DE UNA BOMBA DE ARIETE HIDRAULICA G.R, Cornejo, P.R, Fernndez, F.H, Jo, H.G, Murillo, J.M, Portales, G. San Miguel, L. Talavera, P.A, Ziga.Universidad Catlica de Santa Mara1. ResumenLa bomba de ariete hidrulico es una mquina de construccin y funcionamiento sencillo y de bajo costo; donde aprovechemos la presin generada por el fenmeno del golpe de ariete para reimpulsar un fluido. Utilizamos materiales reciclables para aminorar los costos e utilizamos algunas variantes como dimetros de tubera y volmenes del acumulador para ver los efectos que estos causaban en el volumen del fluido desplazado. As como diversas posiciones de alturas del depsito de alimentacin para conseguir una mayor altura de bombeo. Iniciamos armando la caja de vlvulas uniendo una T con un codo mediante un niple de PVC usando una cinta de tefln para evitar fugas seguidamente del otro extremo ensamblamos otro niple para la conexin de la primera vlvula de alimentacin seguidamente instalamos las otras dos vlvulas check (de paso y de fondo). Seguidamente unimos la vlvula check de paso con otra T de PVC de una pulgada donde en sus extremos colocaremos una vlvula reductora tipo campana seguida de una botella de plstico que conformar nuestro acumulador. Del otro extremo de la T armaremos nuestra vlvula de descarga uniendo un reductor de flujo con una vlvula de cierre. Con los materiales ya instalados colocamos nuestra bomba de ariete a un flujo constante que puede ser de un depsito de agua y en la tubera de descarga conectamos una manguera que nos dar nos dar idea de la altura del volumen del fluido bombeado. Anotamos los datos con diversas alturas del depsito de alimentacin para hallar la relacin en un modelo matemtico con la altura de bombeo y descubrimos que a mayor altura del depsito 1 mayor altura de bombeo mientras que los dimetros de tubera solo variaba las velocidades del fluido y no afectaban considerablemente la altura de bombeo.

Palabras Clave: Bomba de ariete; Numrico experimental; Bomba de ariete hidrulico

2. IntroduccinEn los ltimos aos un inters creciente en los dispositivos de energa renovable y la conciencia de las necesidades tecnolgicas de un mercado en particular en los pases en desarrollo han llevado a una reevaluacin de las bombas de ariete.

El uso de las bombas de ariete en los pases europeos o desarrollados ha pasado a la historia ya que no satisfacen las necesidades de bombeo en aquellos lugares o pases. Pero en nuestro pas donde todava no se cuenta con el desarrollo ni la automatizacin en todos los lugares, pero an existen pequeos pueblos alejados de las ciudades grandes o desarrolladas donde no hay electricidad ni mucho menos agua potable entonces a esos lugares es a donde queremos que nuestro proyecto llegue utilizando el principio del golpe de ariete para poder bombear el agua sin tener que utilizar mucha energa elctrica.Dado que el agua es necesaria para la buena salud y subsistencia de sus pobladores es indispensable disear y construir un sistema de suministro de agua, donde la fuerza motriz sea la elasticidad del lquido, esto debido a la carencias de electricidad en la zona, por lo cual una Bomba de Ariete puede ser la solucin ptima para entregarle la energa al agua que la eleve hasta una cota superior.

En si el proyecto de la bomba de ariete est destinado a la colaboracin del desarrollo en el campo agrcola y a la evolucin de las zonas rurales con el aprovechamiento de las diferentes caractersticas que ofrecen las reas naturales conjuntamente con el cuidado y la ingeniera responsable con el medio ambiente

3. Marco tericoUnabomba de arietees unabomba hidrulicacclica que utiliza laenerga cinticade ungolpe de arieteen un fluido para subir una parte de esefluidoa un nivel superior. No necesita por lo tanto aporte de otra energa exterior. Esto y su sencillez la hacen adecuada para lugares remotos donde no hay acceso aenerga elctricao motores de otro tipo.El principio de funcionamiento es como sigue. El lquido, normalmente agua, procedente de un depsito suministradorAse acelera por un tubo de carga inclinadoBcon lo que su energa potencial se convierte en energa cintica. Cuando la velocidad llega a un valor determinado, la vlvula de descargaC sbitamente cierra cortando el flujo lo cual genera una sobrepresin en el extremo inferior del tubo de carga, ungolpe de ariete, que fuerza el agua a abrir la vlvula anti-retornoDy a subir por el tubo de descargaFhacia el nivel superior del depsitoG. La vlvula de descargaCse vuelve a abrir debido a la bajada de presin del flujo de agua y el ciclo comienza de nuevo, cerrndose cada vez que el flujo adquiere cierto valor.

Fuente: wikipedia

Golpe de ariete

Elgolpe de arieteopulso de Zhukowski, llamado as por el ingeniero rusoNikoli Zhukovskies, junto a lacavitacin, el principal causante de averas entuberas e instalaciones hidrulicas.El golpe de ariete origina debido a que el fluido es ligeramente elstico(aunque en diversas situaciones se puede considerar como unfluidono compresible). En consecuencia, cuando se cierra bruscamente unavlvulao un grifo instalado en el extremo de unatubera de cierta longitud, las partculas de fluido que se han detenido son empujadas por las que vienen inmediatamente detrs y que siguen an en movimiento. Esto origina unasobrepresinque se desplaza por la tubera a unavelocidadque puede superar lasonido en el fluido.

Energa Cintica

Enfsica, laenerga cinticade un cuerpo es aquellaenergaque posee debido a su movimiento. Se define como eltrabajonecesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Una vez conseguida esta energa durante laaceleracin, el cuerpo mantiene su energa cintica salvo que cambie su velocidad. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energa cintica

4. Levantamiento de Estado del Arte

Wenxi, Gaopeng y dems en [1] realizan un estudio del funcionamiento de la bomba de ariete, explicando los materiales necesarios y su fcil uso, tambin los beneficios de su bajo costo. Empleando esta bomba para el uso agrcola, en el funcionamiento de aspersores y la alimentacin de tanques, abrevaderos y hasta piscigranjas situadas a alturas de entre 10 o 16 veces la altura de la misma bomba. Bustamante y Quezada en [2] nos brindan una mejora para la bomba de ariete hidrulico con la adicin de 2 vlvulas de impulsin en serie y tiene por objetivo la configuracin idnea de la vlvula de impulso que se la obtendr con el desarrollo de pruebas de funcionamiento. Del ensayo se obtuvo que la eficiencia del ariete va a ser la mxima cuando se tiene una moderada altura de entrega. Collado, Rodrguez y dems en [3] han conseguido mejorar la eficiencia de la bomba de ariete. Como sabemos, Esta presenta una desventaja a la hora de bombear, esto debido a que la diferencia entre la cantidad de agua que se bombea y la que se pierde es muy grande, disminuyendo considerablemente su eficiencia. En un trabajo anterior se consigui evitar demasiadas perdidas, mediante la adicin de otra vlvula de derrame en lugar de solo una sola, logrando as aumentar la altura de elevacin y el caudal bombeado. Y obviamente, se evit perder demasiada agua como pasaba antes de adicionar la vlvula. Barney, Kerkhoff, Corrado, Barbaro en [4] nos brindan un nuevo diseo troncocnico de la vlvula logrando alcanzar el rendimiento del 60%, se realiz en el ao 2011. El objeto de la investigacin que genera este proyecto, es el nuevo diseo y desarrollo de la vlvula de ariete, elaborada con materiales resistentes a la corrosin y al desgaste. Se presentan los resultados en trminos de: 1) las caractersticas de diseo y construccin; 2) la curva de rendimiento resultante de las pruebas realizadas en el laboratorio; 3) las recomendaciones para obtener su mejor prestacin.

5. Abordaje Experimental:5.1 Modelo Experimental 5.1.1 Construccin e implementacin

Figura N1Se puede observar la bomba de ariete completamente ensamblada, con materiales de PVC como niples, reductores, codos y tambin se aprecia materiales de bronce como es una vlvula check de paso y una de fondo.

Figura N2 Se observa en la bomba de ariete ensamblada la zona de ingreso del agua y tambin la zona de desfogue, junto con la vlvula que har el golpe de ariete.

Figura N3Se aprecia la vlvula encargada de realizar el golpe de ariete, un tanto modificada ya que se le deba de cambiar de lugar el resorte de la vlvula y tambin se debi de instalar un tornillo para que logre hacer el golpe de ariete regulndolo poco a poco con el tornillo.

5.1.2 Clculos de la bomba de ariete.a) Tabla 1 Tabla 1

Eficiencia de la Bomba de Ariete

H entrada (m)H salida (m)Eficiencia (%)

0.51.57.87

0.536.97

0.54.55.42

0.564.99

0.57.54.12

0.593.8

0.5103.57

b) Grafica 1

Grafica 1Se puede apreciar que en la grfica cuando se va incrementando la altura de salida del agua luego de haber pasado por la bomba de ariete la eficiencia se va reduciendo la eficiencia, entonces se puede afirmar que en el proceso de la bomba de ariete, A MAYOR ALTURA DE SALIDA LA EFICIENCIA TIENDE A DISMINUIR.

c) Tabla 2Tabla 2

Perdidas de la Bomba de Ariete

Volumen de entrada: 12m3

H entrada (m)H salida (m)Perdidas (m3)

0.51.54

0.534.15

0.54.54.37

0.565.1

0.57.55.3

0.596.03

0.5106.52

d) Grafico 2

Grafica 2Se puede apreciar que en la grfica cuando se va incrementando la altura de salida del agua luego de haber pasado por la bomba de ariete las prdidas de agua que ingresa van incrementando, estas prdidas se deben a distintas opciones ya sea por fugas en las conexiones como en las uniones con tefln y pegamento y esencialmente porque el funcionamiento de una bomba de ariete existen prdidas al momentos de producir el golpe de ariete, es decir, A MAYOR ALTURA DE SALIDAS LAS PERDIDAS DE AGUA SE INCREMENTAN.e) Tabla 3Tabla 3

Eficiencia y Perdidas de la Bomba de Ariete

H entrada (m)H salida (m)Perdidas (m3)Eficiencia (%)

0.51.547.87

0.534.156.97

0.54.54.375.42

0.565.14.99

0.57.55.34.12

0.596.033.8

0.5106.523.57

f) Grafica 3

Grafica 3Se puede apreciar que en la grfica cuando se incrementa las eficiencias de la bomba de ariete las prdidas de agua se ven elevadas, esto se produce por la altura de salida que poco a poco existe perdidas entre otros, es decir, A MAYOR EFICIENCIA EN LA BOMBA DE ARIETE LAS PERDIDAS VAN INCREMENTANDO.

6. Conclusiones: El uso de la bomba de ariete nos permite el transporte de agua sin utilizar corriente elctrica a alguna fuente energtica que podra contaminar. La bomba de ariete presenta varias prdidas de agua, por lo tanto la eficiencia de esta bomba es muy baja y no tan recomendable en las industrias. La bomba de ariete tiene unos beneficios como los que son de fcil transporte, ensamblaje y mantenimiento, estos beneficios hacen de la bomba de ariete excelente para las zonas rurales donde tienen ros o zonas de gran caudal de difcil acceso al recurso hdrico. La bomba de ariete es utilizada con energa cintica producida por el golpe de ariete, por ella esta bomba no requiere de alguna otra energa exterior, es de fcil transporte por ellos es adecuada para los lugares remotos. La bomba de ariete es una bomba muy econmica ya que se puede construir con materiales reciclables y econmicos, pero a la vez por este medio, no puede ser utilizada como una solucin 100% eficiente. Debido la poca presin del agua de algunas zonas y adems la poca diferencia de alturas y prdidas por los codos y por las vlvulas, la eficiencia de la bomba de ariete, no es ms que el 20% al 30%.

7. Referencias Bibliogrficas:

[1] WENXI Tiana , G.H. Sua, GAOPENG Wanga , SUIZHENG Qiua , ZEJUN Xiao. Estudio Terico y Experimental de la Bomba de Ariete.

[2] BUSTAMANTE OJEDA Augusto, QUEZADA CHUNCHO Manuel Eduardo. Estudio de los parmetros de funcionamiento de la bomba de ariete hidrulico multimpulsor. Universidad Politcnica Salesiana 2009.

[3] COLLADO FIGUEROA, Edwin Samuel RODRIGUEZ RIVAS, Diego Ivan, MONTES ANTAURCO, Robert Lucio, OLORTEGUI LEON, Tony Teodorico. OPTIMIZACIN DE UNA BOMBA DE ARIETE UTILIZANDO DOS VLVULAS DE DERRAME

[4]E. Barney, A. Kerkhoff, L. Corrado, M. Barbaro. Grupo de Energas Renovables de Misiones (GERM), Universidad Nacional de Misiones (U.Na.M.) Facultad de Ingeniera - Ober Misiones

8. Video:

https://www.youtube.com/watch?v=7g7J7yyUf0w&feature=youtu.be

ANEXOS1. PLANOS DE CONSTRUCCION1.1 ENSAMBLE DE LA BPMBA DE ARIETE 3D1.2 PLANOS DEL TUBO TIPO T 2D1.3 PLANOS DEL TUBO TIPO CODO 2D1.4 PLANOS DEL TUBO TIPO CODO 90 2D1.5 PLANOS DEL TUBO 2D1.6 PLANOS DE LA VALVULA 2D