bomba de ariete hidraulico
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Construcción de un ariete hidráulicoTRANSCRIPT
BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICO
Fase 2
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Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Técnicas de Estudio Ing. Oswin Antonio Melgar Hernández Sección: P
“BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICO”
GRUPO # 13 Alumnos Carné
Daniel Hernández 201213287
Bryan Alberto Lorenzo Cadenas 201213521
Lendy Mishelle Bermúdez Cortez 201212862
José Carlos Quiñones Espinoza 201212921
Ángel Esteban Castellanos Días 201212638
Crystian Alexander Romero Gonzales 201212865
Guatemala, 12 de noviembre del 2,012.
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INTRODUCCIÓN
El agua es un recurso natural necesario para la vida y para el higiene
correspondiente que los humanos necesitan, debido a múltiples factores, algunas
personas no cuentan con ese liquido por lo que se tomó la iniciativa de mejorar
sus condiciones de vida.
Con el fin de ayudar a comunidades de escasos recursos que carecían de agua
potable en sus hogares pero contaban con un rio relativamente cerca, se procedió
a la investigación de los beneficios que una bomba de ariete hidráulico podría
ofrecer a los pobladores.
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RESUMEN
Al buscar una solución al problema del abastecimiento agua en algunas
comunidades de escasos recursos, que fuera a la vez un método económico y
accesible para las mismas, se decidió implementar el uso de un ariete hidráulico,
cuyo mecanismo de funcionamiento es bastante sencillo y eficiente, el cual lo
convierte en una opción viable para cumplir con dicha tarea.
Se realizaron pruebas con un ariete prototipo para evaluar su desempeño en el
ambiente adecuado, al ser exitosas se decidió realizar una investigación de campo
para obtener la opinión de las poblaciones a las que se introduciría el ariete, con
todos los datos positivos en ambas tareas se llegó a la conclusión de que es
factible implementar este sistema en las comunidades adecuadas y así ayudar al
ahorro y obtención del liquido vital.
Por último se instaló el dispositivo en una comunidad que cumpliera con los
requerimientos del mismo y que a su vez les fuera útil, se informo a la población
de su funcionamiento, beneficios, costos, etcétera y se le proveyó un caudal
continuo de agua durante cierto tiempo a uno de los hogares, luego de ello se
procedió a realizar encuestas a los habitantes del hogar y a las personas que
pudieron ser testigos de el funcionamiento del ariete para comprobar las hipótesis
de acuerdo con sus opiniones. Aldea “El Triunfo”, Aguas Calientes, Guatemala.
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OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
Ayudar a personas de bajos recursos, con la implementación de un sistema
continuo de agua potable a bajos costos y buen rendimiento.
Implementar el sistema de agua continuo como recurso principal de
abastecimiento de agua en un hogar.
Aprovechar una fuente natural de agua para la distribución del vital líquido a
muchos hogares sin depender de energías externas.
PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN
¿Es necesaria la implementación del ariete para movilizar agua en un
hogar?
¿Qué costo representa para una familia implementar este sistema?
¿En qué condiciones es posible implementar este sistema?
¿Qué otros beneficios puede brindar el uso del ariete?
¿Puede este sistema abastecer la cantidad de agua necesaria en un tiempo
adecuado para el uso diario?
¿Qué impacto ambiental tendría el uso del ariete?
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VARIABLES
Posición Geográfica: se debe analizar el lugar en donde se pretende
instalar el ariete y el lugar a donde se quiere trasportar el agua, así como
las distancias entre los dos puntos anteriores.
Desnivel de Trabajo: es necesario que la toma de agua, como un rio o un
lago, cuente un desnivel de trabajo suficiente entre el ariete y la punta del
tubo de entrada.
Tipo de Toma de Agua: se deben considerar las condiciones del agua que
se quiere trasportar, teniendo en cuenta la finalidad que se le quiera dar a la
misma. Por ejemplo, para dotar de agua un hogar se debe tomar en cuenta
que debe ser lo más limpia posible para evitar cualquier tipo de
enfermedad.
Dimensiones Del ariete: las dimensiones del ariete son una de las variables
que son directamente proporcional a la cantidad de agua que el ariete
lograra abastecer.
Calidad de los materiales: la calidad de los materiales con los que se
disponga construir el ariete determinaran su tiempo de vida y la limpieza del
agua.
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El ariete hidráulico fue patentado en 1796, por Joseph Montgolfier (1749-1810),
consiste en una maquina de construcción y funcionamiento muy sencillo y de bajo
costo, este aprovecha la elevada presión generada por el fenómeno conocido
como “golpe de ariete hidráulico” para impulsar un fluido a una altura superior de
su altura inicial.
A partir de su invención, el ariete hidráulico tuvo una amplia difusión por todo el
mundo. Baste decir, a modo de ejemplo, que estuvo presente en las famosas
fuentes del Taj Mahal en la India, o en el Ameer de Afganistán. Con el tiempo cayó
en desuso, sobre todo debido al avance arrollador de la bomba centrífuga. En la
actualidad asistimos a un renacer del interés acerca de este aparato, debido a que
es tecnológicamente accesible. Eficiente, ecológico y muy didáctico.
Golpe de Ariete Hidráulico
El golpe de ariete (choque hidráulico) es el incremento momentáneo en presión, el
cual ocurre en un sistema de agua cuando hay un cambio repentino de dirección o
velocidad del agua. Cuando una válvula de rápido cierre cierra repentinamente,
detiene el paso del agua que está fluyendo en las tuberías, y la energía de presión
es transferida a la válvula y a la pared de la tubería. Las ondas expansivas se
activan dentro del sistema. Las ondas de presión viajan hacia atrás hasta que
encuentran el siguiente obstáculo sólido, luego continúan hacia adelante, luego
regresa otra vez. La velocidad de las ondas de presión es igual a la velocidad del
sonido; por lo tanto, su “explosión” a medida que viaja hacia adelante y hacia
atrás, hasta que se disipa por la pérdida de fricción. Ni la tubería ni el agua se
comprimirán para absorber el choque del agua.
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Funcionamiento
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El agua se acelera a lo largo del tubo de alimentación hasta alcanzar una
velocidad suficiente como para que se cierre la válvula (A), Figura 1. Entonces se
crea una fuerte presión, al detenerse el agua
Bruscamente. Este golpe de presión abre la válvula (B) y hace pasar un pequeño
chorro de agua al depósito, 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, a cada golpe de aire hace fluir el agua, con continuidad, por la
manguera de elevación. El ritmo de golpes por segundo suele ser de uno o dos.
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. A menudo se producen roturas por esta causa. El ariete
hidráulico es una máquina 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.
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. 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
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
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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 · H / h
Por ejemplo:
o Q (Caudal de alimentación) = 100 litros/minuto
o H (desnivel de trabajo) = 3 metros
o h (Altura de elevación) = 24 metros
o La relación h/H = 8, luego el rendimiento del ariete en estas
condiciones equivale al 57% (0’57).
o El caudal elevado q = 0,57 · 100 · 3 / 24 = 7,125 litros/minuto =
10260 l/día.
El caudal de alimentación (Q)
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)
Lit/min
30 60 90 120 250 500 1000
Diámetro del tubo
Pulgadas/mm
11/4“/35 11/2”/41 2”/52 21/2”/70 3”/80 5”/125 8”/200
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HIPÓTESIS
El ariete podría beneficiar a las comunidades que no poseen un buen
servicio de agua, con la implementación de este sistema se espera que
pueda suplir agua, según el consumo de un hogar.
Las personas de estas comunidades ya no tendrán la necesidad de
transportar el agua manualmente cada vez que la necesiten.
Con este sistema se espera minimizar los gastos en las comunidades.
DISEÑO EXPERIMENTAL
Se Procedió a instalar el ariete dentro del cauce del rio, con una tubería de
entrada de diez metros y una tubería de entrega elevada de 30 metros de altura, la
cual depositaba el caudal elevado en un depósito de almacenamiento para su uso
posterior.
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INSTRUMENTOS UTILIZADOS
Tomar una comunidad como muestra.
Estadística y observación continúa.
Encuestas.
PROCEDIMIENTO DE TRABAJO
Seleccionar meticulosamente una comunidad que carezca de un buen
servicio de abastecimiento de agua y llene los requisitos necesarios para el
buen funcionamiento del ariete. Aldea “El Triunfo”, Aguas Calientes,
Guatemala.
Implementar el ariete en las casas de esta comunidad explicándoles a los
habitantes de la misma su funcionamiento y los cuidados que este necesita.
Visitar frecuentemente la comunidad para verificar el efectivo
funcionamiento del ariete y darle mantenimiento al mismo si este lo
necesitara.
Realizar encuestas entre los habitantes para saber su opinan respecto a
cómo les ha sido de utilidad el ariete. Las preguntas fueron las siguientes:
o ¿Cree usted que la implementación de un ariete hidráulico seria de
gran ayuda para mejorar su sistema de abastecimiento de agua?
o ¿Prefiere usted el uso del ariete hidráulico por sobre otros métodos
para el transporte de agua como el manual?
o ¿El uso del Ariete Hidráulico representaría un ahorro para usted?
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RESULTADOS
Interpretación:
Algunos de los pobladores daban respuestas desfavorables debido a que ellos ya
contaban con un sistema que les proveía agua perpetuamente, el cual utilizaba
poliductos que desviaban parte del cauce del rio hacia su hogar, pero aseguraban
que la implementación del ariete hidráulico era una manera más económica de
realizar la tarea.
Las respuestas proporcionadas por las personas entrevistadas comprueban en su
totalidad las hipótesis planteadas.
75%
80%
85%
90%
95%
100%
105%
Pregunta 1 Pregunta 2 Pregunta 3
Habitantes de Vivienda Experimental
Observadores
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BIBLIOGRAFÍA
1) Kroon, J. R., M. A. Stoner and W. A. Hunt, “Water Hammer: Causes and
Effects”, Journal of the American Water Works, Association. 76: 39–45, Año
1984.
2) Sharp, B.B. and D. B. Sharp. 1996, Water Hammer: Practical Solutions,
New York: Halsted Press.
3) Peter Weinmann, El ariete hidráulico, Edición 9.0, Weinmann
Sondermaschinenbau GmbH, 12 Paginas.