UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL CURSO: HIDRAULICA BASICA GRUPO: “04”
TEMA: DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA MAQUETA BOMBA DE ARIETE HIDRAULICO DOCENTE: Ing. YOREL NORIEGA
APELLIDOS Y NOMBRE:
ANGULO CAHUAYA, CAHUAYA, Luz Mélany CASTRO LUPA, Diego Alonso GUILLEN CERPA, Álvaro HOLGUIN CAMBILLA, José Antonio MEZA VARGAYA, Antonella
Semestre Par AREQUIPA-PERU 2017
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DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA MAQUETA DE BOMBA DE ARIETE HIDRAULICO 1. Tema de investigación. El presente proyecto busca encontrar una herramienta práctica que facilite el trasporte de aguas grises provenientes de la lavadora y agua lluvia, para su posterior uso en labores de descarga de sanitarios y lavado de pisos, sin la necesidad de tener que transportar agua en baldes, labor que desmotiva la utilización de dicho fluido. También se pretende resolver algunas inquietudes como son tener en cuenta consideraciones de diseño y construcción de una bomba de ariete de aplicación doméstica, atendiendo parámetros de funcionamiento y de economía. Vale la pena resaltar que el ariete será desarrollado como aplicación doméstica y no de tipo industrial y de laboratorio.
2. Problema de Investigación. Es importante saber que en los hogares se está llevando a cabo una práctica bastante positiva, y de gran importancia en cuanto al uso eficiente del recurso hídrico. De modo que la reutilización proveniente del lavado de ropas y aguas lluvias, es empleada en beneficios de lavado de pisos, descargas del sanitario y otras actividades que no requieren un alto grado de calidad del agua. Sin embargo, llegamos a la conclusión que lo que puede llegar a desmotivar el uso de reutilizar las aguas grises, es el hecho de transportarla manualmente, desde el punto de almacenamiento hasta el punto de aplicación; ya que estas pueden ser captadas de techos, terrazas, y del lavado de ropas, para luego ser transportadas en baldes hasta el lugar de almacenamiento y disposición final, lo cual genera una serie de inconvenientes tales como: derrames, sobrecargas del líquido, aumento de tiempos y recorridos. Situación que se solucionaría con un mecanismo que permita el transporte de agua desde la descarga final hasta el punto de su aplicación. El ariete hidráulico construido cuenta con ventajas comparativas respecto a otros tales como, no hacer uso de energía eléctrica y combustibles fósiles lo que se traduce en ahorros significativos en electricidad, combustibles, y recursos financieros. En el presente proyecto se propone un ahorro de servicios y finanzas mediante la reutilización de aguas, sin tener que hacer uso del agua potable, lo que implica la sobre explotación de cuencas para la producción de agua destinada a labores que no requieren agua de alta calidad. La implementación del sistema de ariete hidráulico pueda llevar a tener gran utilidad en los hogares, obteniendo gran beneficio en disminución de consumos hídricos, y menor costo en su servicio.
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3. Objetivos de Investigación. 3.1.
3.2.
Objetivo general Diseñar y construir una maqueta de una bomba de ariete hidráulico para uso residencial teniendo en cuenta consideraciones técnicas y económicas
Objetivos específicos Realizar una exploración detallada, de la bibliografía relacionada con bombas de golpe de ariete. Diseñar una bomba de ariete hidráulico para uso residencial. Construir una bomba de ariete hidráulico e instalarla en una maqueta, considerando principios de economía y funcionalidad.
4. Tipo de Investigación. Tipo de investigación es experimental, exploratoria, aplicada. La bomba de ariete hidráulico, es una herramienta que aprovecha la energía cinética de un pequeño desnivel para elevar el agua a una altura superior, sin la necesidad de usar electricidad o combustible alguno. De este modo, esta bomba toma el agua de un depósito situado a una altura ligeramente superior, aprovechando la energía cinética que genera el propio fluido al trasladarse por una tubería hasta el cuerpo de la misma provocando una sobrepresión ocasionada por la apertura y cierre continuo de una válvula de pie de pozo diseñada con el fin que genere la presión adecuada y logre alcanzar su altura ideal, esta sobrepresión producida se denomina golpe de ariete y es el principio básico para su funcionamiento.
5. Hipótesis y variables Al concluir esta investigación, esperamos demostrar, con las variables planteadas en este estudio, la eficiencia del sistema de ariete hidráulico, así como los beneficios de funcionar aprovechando la energía hidráulica, sin requerir otra energía externa. Pudiendo conseguir elevar parte del agua de un arroyo o acequia a una altura superior. También que, a corto o mediano plazo, este estudio sea el medio para que otros estudiantes tomen la referencia para mejorar los Arietes Hidráulicos y por qué diseñar Arietes que presenten mejoras en sus forma, eficiencia y altura de descarga. A un proceso de descripción del sistema eficiencia de operación de estos equipos se puede.
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Las Variables que se tomaran para caracterizar los arietes son:
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Condiciones de operación
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Funcionamiento
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Modelo de Ariete Hidráulico
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Material de Fabricación
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Modo de ejecución
6. Definir qué instrumentos o técnicas se usarán para recopilar la información. Se usará como instrumentos de fuente de información la recopilación y análisis de diversos proyectos de arietes hidráulicos anteriormente realizados en distintas universidades a nivel mundial, así como resultados, conclusiones y aportes que puedan ayudar a mejorar nuestra investigación. También se usará como técnica de recolección de datos la observación y encuesta, se tomará como referencia teórica la lectura de distintos libros de Mecánica de Fluidos e Hidráulica. Así mismo diversos artículos publicados en la Web.
7. METODOLOGÍA Se ha planteado la realización de las siguientes etapas: Etapa 1. Revisión bibliográfica: se hizo una revisión bibliográfica sobre las bombas de ariete hidráulico, diferentes diseños y modelos, materiales y diferentes formas de construcción Etapa 2. Diseño y selección de material: se realizó la selección de un diseño factible que nos entregue buenas eficiencias y se tendrá en cuenta los materiales que no necesiten de muchos recursos. Etapa 3. Construcción y montaje: se hizo el montaje y la construcción del sistema garantizando un buen funcionamiento para abastecer el almacenamiento de agua lluvia.
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Etapa 4. Evaluación y análisis del funcionamiento del sistema: se hizo una evaluación del sistema observando que los datos experimentales y teóricos sean los deseados, se corregirán los resultados no deseados. Etapa 5. Conclusiones y recomendaciones: se concluyó las mejores condiciones para un óptimo desempeño del sistema, también se usan algunas recomendaciones para imprevistos y mejoras en el sistema.
8. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN Una bomba de ariete es un tipo de bomba hidráulica que no necesita energía eléctrica o térmica para su funcionamiento normal, ya que aprovecha la energía cinética producida por el golpe de ariete de un fluido. Un tipo de bomba recomendada para aquellos lugares que no tengan acceso a la electricidad y sin problemas de abastecimiento de agua, con una fuente constante. Vamos a describir la técnica para fabricar una bomba de ariete con tubo de 2 pulgadas de diámetro y caudal de entre 1320 a 2700 litros a la hora.
9. FUNCIONAMIENTO El funcionamiento es sencillo. Para comenzar, tenemos que abrir la válvula de la tubería conectada a la fuente de agua. La presión va a forzar la apertura de la válvula de retención, que permite la entrada de agua en la botella de plástico. El aire contenido en el interior de la botella de plástico se comprime y la resistencia a la entrada de agua aumenta hasta que la presión dentro de la botella sube y provoca el cierre de la válvula. Como se le impide al agua volver a la tubería de suministro, saldrá por el tubo que desemboca en un depósito. Hay que tener en cuenta que el ariete como tal desperdicia agua, sin ese desperdicio no podría funcionar. Se usan en sitios donde el agua corre constantemente y se puede usar la inercia que trae para poder subir el agua. 10. MATERIALES. Los materiales necesarios para construir nuestra bomba de ariete son:
Una botella de plástico ( 2 litros) con tapadera (A). Un tampón de reducción de 1 x 3/4 de pulgada (B). Una T de PVC (C), con rosca de una pulgada. Un tampón de reducción de PVC (D), con rosca de 1 x 3/4 de pulgada. Un adaptador de manguera (E) de 3/4 de pulgada. 1 niple de PVC (F) de una pulgada. Un tampón de reducción de de PVC (G), con rosca de 2 x 1 pulgada. Una válvula de retención vertical (H) de 2 pulgadas. 2 niples galvanizados (I y J) de 2 pulgadas. Una T galvanizada (K) de 2 pulgadas. Una válvula de pozo o de impulso (L). Un tornillo de 5/16 o M8 con tres tuercas y una arandela (M).
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Un muelle accionador de valvula de descarga para inodoros (N). Un tubo de acero de 2 pulgadas de diámetro (O). La longitud varía en función de la altura de la caída del agua y la diferencia entre el agua que será bombeada y el depósito. Un tubo de acero de 3/4 de pulgadas de diámetro (P). La longitud debe ser 10 veces superior al tamaño de la tubería del elemento anterior. 10 cm cuadrados de tela de sombra. Alambre. Pegamento para PVC.
11. PROCEDIMIENTO 1. Perforar un agujero de 15 mm de diámetro en la tapa de la botella (A). Fija el tampón de reducción de 1 x 3/4 de pulgada (B) con el pegamento para PVC. Después, atornilla la T de una pulgada (C) en una de sus salidas, la cual recibirá el tampón de reducción de de PVC (D). Encaja esa pieza con el adaptador para manguera (E) y la tubería de acero de 3/4 pulgadas (P), en ese orden. En el otro extremo de la conexión T coloque el niple de PVC de una pulgada (F). 2. Atornilla el niple (F) al tampón de 2 pulgadas (G). Asegura esta pieza a la válvula (H) y al niple galvanizado de 2 pulgadas (I). 3. Conecta el T galvanizado (K) al niple. En una de sus salidas, coloca el tubo de acero de 2 pulgadas (O). Este tubo de suministro debe ser instalado 30 cm por debajo del nivel del agua para evitar la succión de aire y con un desnivel mínimo de 1,5 m para que agua sea conducida hasta el ariete. Para evitar la obstrucción de la tubería, coloca un pedazo de tela a la entrada de cable y amarre con alambre. 4. Fije en la otra salida del T el tampón galvanizado (J) y el eje de la válvula de impulso (L). Para que el tampón de esta válvula impulsione el agua, haga un agujero en la basedel tamiz (que acompaña a la válvula) para enganchar el tornillo 5/16 (M). Enrosque una de las tuercas a la posición intermedia del tornillo. Enrosque el tornillo hasta que la tuerca toque el fundo del tamiz. Entre las dos tuercas, prenda la arandela en el extremo libre del tornillo. Al recolocar e l tamiz de la válvula, inserte el muelle (N) entre la arandela y el tapón de la válvula. 5. Para el cálculo de la longitud de la tubería de acero que recibe la fuente de agua (O), utilice esta fórmula:
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Donde Lq es la longitud de la tubería de suministro, H es la altura que el agua recorre hasta el tanque y h es la altura de caída de agua desde la fuente al ariete. Suponiendo que S sea 2,5 metros y H 15 m, se tiene:
6. Para calcular el tamaño de la tubería de acero que conduce el agua al depósito (P) se multiplica por diez la longitud del tubo de alimentación LQ. Tomando el ejemplo anterior, el valor sería de 168 m.
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11.
POTENCIAL DE USO Por el bajo costo de construcción, costo de operación cero y cero contaminaciones (no se utiliza ningún tipo de energía ni combustible 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. 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 riego, agua potable y otros.
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