UNIVERSIDAD PERUANA UNIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA E.A.P. DE INGENIERÍA CIVIL “
Año del buen servicio al ciudadano”
BOMBA DE ARIETE
“
•
”
INTEGRANTES:
*PercyAlvaradoRodriguez *HermanOrtízMas *AngelFernándezAliano *RoberthAguilarPalomino *MichaelM.OrmeñoNamuche •
DOCENTE:
*Ing.ReymundoJaulisPalomino •
CURSO:
*HIDRAULICA
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA E.A.P. DE INGENIERÍA CIVIL MECANICA DE SUELOS II
INDICE 1. INTRODUCCION................................................................................................... 3 2. OBJETIVOS ............................................................................................................ 4 2.1.
OBJETIVOS GENERALES............................................................................... 4
2.2.
OBJETIVOS ESPECIFICOS............................................................................. 4
3. MARCO TEORICO ............................................................................................... 4 3.1.
GOLPE DE ARIETE .......................................................................................... 5
3.2.
INCLUSOR DE AIRE ........................................................................................ 8
3.3.
RENDIMIENTO DE UNA BOMBA DE ARIETE. ......................................... 9
3.4.
EL CAUDAL ELEVADO (Q): ........................................................................... 9
3.5.
POTENCIA TEÓRICA DE UNA BOMBA ...................................................... 9
3.6.
ECUACIÓN DE BERNOULLI ........................................................................ 10
3.7.
SUPOSICIONES ............................................................................................... 11
4. HERRAMIENTAS................................................................................................ 11 5. PROCECIMIENTO DE ARMADO.................................................................... 11 6. PRESUPUESTO.................................................................................................... 12 7. CONCLUSIONES................................................................................................. 12 8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ................................................................ 12 ANEXO.......................................................................................................................... 13
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1. INTRODUCCION Desde 1778 la realidad de llevar agua de un lugar distanciado o en altura considerable a otra fue concretada, hasta el día de hoy. La necesidad y el ahorro tanto económico como medioambiental es propicio para el uso de la bomba de ariete. A partir de estos puntos críticos, se resuelve la idea de un mecanismo que sea de autosustento y reductor de las contaminaciones; de este modo, la evolución y la eficiencia de este mecanismo hidráulico viene dando efectos positivos de abastecimiento; ya que, muchas familias y zonas aledañas no poseen la accesibilidad del caso para la obtención del recurso hídrico; eh aquí el punto clave de promover y manifestar el uso de este sistema automático. Con el fin de manifestar el procedimiento y uso de la bomba de ariete, se redacta esta información con algunos ejemplares de funcionamiento interno del fluido y el presupuesto alcanzado; ya que, estos varían según la cantidad de materiales y el caudal que se requiera trasladar.
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2. OBJETIVOS 2.1.
OBJETIVOS GENERALES •
2.2.
Construir una bomba de ariete
OBJETIVOS ESPECIFICOS •
Conocer el mecanismo de construcción y funcionamiento del sistema.
•
Determinar la importancia de la presión de aire.
•
Generar un fluido constante del agua mediante un sistema mecánico sin electricidad. 3. MARCO TEORICO
Los arietes hidráulicos, son uno de los tipos de bomba de agua que funcionan aprovechando la energía hidráulica, sin requerir otra energía externa como la bencina, gas, petróleo electricidad, etc. Esto hace que la construcción y funcionamiento sea sencillo y de bajo costo siendo su rendimiento energético cerca de 70%. Mediante un ariete hidráulico, se puede conseguir elevar parte del agua de un arroyo o acequia a una altura superior de su altura inicial, aprovechando la elevada presión generada por el fenómeno conocido como “golpe de ariete hidráulico”. También se puede emplear para
riego por aspersión.
Ilustración 1. Bomba de ariete
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3.1.
GOLPE DE ARIETE
El golpe de ariete o pulso de Joukowski, se origina debido a que el fluido es ligeramente elástico. En consecuencia, cuando se cierra bruscamente una válvula o un grifo instalado en el extremo de una tubería de cierta longitud, las partículas de fluido que se han detenido son empujadas por las que vienen inmediatamente detrás y que siguen aún en movimiento. Esto origina una sobrepresión que se desplaza por la tubería a una velocidad que puede superar la velocidad del sonido en el fluido. Esta sobrepresión tiene dos efectos: comprime ligeramente el fluido, reduciendo su volumen, y dilata ligeramente la tubería. Cuando todo el fluido que circulaba en la tubería se ha detenido, cesa el impulso que la comprimía y, por tanto, ésta tiende a expandirse.
Ilustración 2. Distribución mecánica de la bomba de ariete
El concepto del funcionamiento de esta bomba es el “golpe de ariete" onda de choque.
El agua tiene un peso, por lo que un volumen de agua que se mueve a cierta velocidad tiene un momento que no quiere que se detenga inmediatamente. Si un flujo de agua que se mueve en una tubería se encuentra con una válvula de cierre de repente, la presión se incrementa de repente debido a que toda el agua se detuvo de golpe (eso es lo que el golpe de ariete es - la punta de presión.(Gomez Cortes & Triana Salgado, 2015)
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Ilustración 4 Agua
(flechas azules) comienza a fluir a través del tren de tubos y la válvula (# 4 en el diagrama), que está abierto al principio. El agua acelera a lo largo de la tubería hasta alcanzar una velocidad que hace que se cierre la válvula #4.
Hay un momento en que el agua se está moviendo tan rápidamente a través de la válvula (# 4) que se agarra a la aleta de retención oscilante, tirando hacia arriba y es detenida por un golpe. El cierre de la válvula hace que haya una alta presión (flechas rojas) en la válvula cerrada. La alta presión que es producida por el golpe hace que el agua (flechas azules) permita la apertura de la válvula de retención #5 y también el pase del agua a la cámara de presión hasta equilibrar las fuerzas. También una parte del agua comienza a moverse (flechas rojas) hacia atrás en la tubería que genera una velocidad pequeña. Ilustración 3
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A medida que la onda de presión o un punto (flechas rojas) se mueve hacia atrás por la tubería, se crea una situación de menor presión (flechas verdes) en la válvula de residuos. El resorte válvula de retención (# 5) se cierra cuando la presión disminuye, mantener la presión en la cámara de presión. Ilustración 5
En algún momento esta presión (flechas verdes) se vuelve muy bajo que la aleta de la válvula de residuos (# 4) vuelve a caer, la apertura de la válvula de desagüe de nuevo. Ilustración 6
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La mayoría de los golpes de ariete de alta presión de onda de choque (flechas rojas) dará a conocer en la entrada del tren de tubos, que está abierto a la masa de agua de origen. Una pequeña porción puede viajar por el tren de tubos, pero en cualquier caso después de la onda de choque se ha puesto en libertad, la presión comienza a aumentar de nuevo en la válvula de residuos (# 4), simplemente debido a la elevación de la fuente de agua, y el agua comienza a fluir hacia el cilindro hidráulico de nuevo. Ilustración 7
Cada "pulso" o el ciclo de la presión empujan un poco más en la cámara de presión. Si la válvula de salida queda cerrada, el ariete se acumulará a una presión máxima (llamado cabeza de corte de las bombas) y dejar de trabajar.(Vargas Rodríguez, 2010) Por lo general, ocho galones de agua deben pasar a través de la válvula de residuos para cada 1 galón de agua bombeada. Que es aceptable para una situación de arroyo o río, pero no puede ser una buena opción para un estanque que no tiene un flujo de buena primavera.(Vargas Rodríguez, 2010) 3.2.
INCLUSOR DE AIRE
El incluso 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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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.(Lluvias, Daniel, & Cadena, 2016) 3.3.
RENDIMIENTO DE UNA BOMBA DE ARIETE.
El rendimiento del ariete hidráulico varía en función de cociente H/h. Al aumentar el valor resultante, el rendimiento disminuye; en la tabla siguiente puede verse cómo varía el rendimiento energético.
Recuadro donde se detalla la variación del Rendimiento en cuanto a el coeficiente de H/h. que no es más que la altura de caída del caudal de acometida y altura del caudal de elevación.
Tabla 1
3.4.
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:
= 3.5.
××
………..…………………………..(1)
POTENCIA TEÓRICA DE UNA BOMBA …………………………. (2)
En donde: γ
: Es el peso específico del fluido
Q: Es el caudal Hb: es la ganancia de carga en la bomba
Esta expresión puede deducirse fácilmente de la expresión general de la potencia:
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La potencia real de una bomba es:
…………………………………………….. (3)
En donde: η:
es el rendimiento de la bomba
Pb: es la potencia teórica de la bomba
3.6.
ECUACIÓN DE BERNOULLI
De la primera ley de la termodinámica se puede concluir una ecuación estéticamente parecida a la ecuación de Bernoulli anteriormente señalada, pero conceptualmente distinta. La diferencia fundamental yace en los límites de funcionamiento y en la formulación de cada fórmula.(Lluvias et al., 2016) La ecuación de Bernoulli es un balance de fuerzas sobre una partícula de fluido que se mueve a través de una línea de corriente, mientras que la primera ley de la termodinámica consiste en un balance de energía entre los límites de un volumen de control dado, por lo cual es más general ya que permite expresar los intercambios energéticos a lo largo de una corriente de fluido, como lo son las pérdidas por fricción que restan energía, y las bombas o ventiladores que suman energía al fluido. La forma general de esta, llamémosla, "forma energética de la ecuación de Bernoulli" es:
……………………(4)
Donde: γ:
es el peso específico (γ = ρg).
W: es una medida de la energía que se le suministra al fluido.
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Hf: es una medida de la energía empleada en vencer las fuerzas de fricción a través
del recorrido del fluido. Los subíndices 1 y 2 indican si los valores están dados para el comienzo o el final del volumen de control respectivamente. g = 9,81 m/s2 y gc = 1 kg·m/(N·s2) 3.7.
SUPOSICIONES
La ecuación arriba escrita es un derivado de la primera ley de la termodinámica para flujos de fluido con las siguientes características. ✓
El fluido de trabajo, es decir, aquél que fluye y que estamos considerando, tiene una densidad constante.
✓
No existe cambio de energía interna. 4. HERRAMIENTAS
❖
Codo 90° PVC
❖
Tubo de empate
❖
Cinta teflón
❖
Tubo reductor 1" a 3/4"
❖ TEE PVC 1”
❖
Llave 1”
NIPLE PVC
❖
Llave 1/2"
❖
Botella de plástico
❖ ❖
Válvula de check de fondo
❖
Válvula check de paso 5. PROCECIMIENTO DE ARMADO ▪
Definir la dirección de salida del agua que será bombeada.
▪
Agujerar un niple, a un diámetro de 2mm. Aprox. para el escape del aire.
▪
Enrollar con el teflón los niples, los cuales servirán para unir los reductores, válvulas, codo, llaves.
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Finalmente, dejar espacio para la colocación de la botella u otro material que funciones como bomba a presión 6. PRESUPUESTO Tabla 1. Cantidad de materiales y monto empleado Fuente: propia
Materiales Codo 90° PVC Cinta teflón TEE PVC 1”
NIPLE PVC Válvula de check de fondo Válvula check de paso Tubo de empate Tubo reductor 1" a 3/4" Llave 1" Llave 1/2"
Cantidad (Und) Precio unitario (s/.) Total 1 S/. 2.80 S/. 2.80 2 S/. 1.00 S/. 2.00 1 S/. 3.50 S/. 3.50 8 S/. 1.00 S/. 8.00 1 S/. 30.00 S/. 30.00 1 S/. 30.00 S/. 30.00 1 S/. 2.00 S/. 2.00 2 S/. 4.00 S/. 8.00 1 S/. 12.00 S/. 12.00 1 S/. 8.00 S/. 8.00 Total S/. 106.30
7. CONCLUSIONES El caudal se va influenciado considerablemente según la altura de elevación. Nuestro rendimiento es muy alto debido a que nuestra altura de elevación es pequeña ya que nuestra altura de elevación es cercana a nuestra altura de alimentación, solo se hizo un ejemplo práctico para demostrar el funcionamiento de la bomba de ariete. El caudal elevado tiene un considerable porcentaje de error respecto al teórico, esto puede deberse a que el rendimiento obtiene en la bibliografía fue hecha en base a alturas grandes. 8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Gomez Cortes, D., & Triana Salgado, D. (2015). Diseño y construcción de una bomba de ariete hidráulico para uso residencial, 56. Retrieved from http://repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/3982/1/Proyecto Final.pdf Lluvias, A. D. E. A., Daniel, J., & Cadena, G. (2016). DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN A BOMBA DE ARIETE. Vargas Rodríguez, J. (2010). Bomba de ariete hidraulico, 1 – 9.
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Anexo
Ilustración 1. Tubos de empate, reductor 1" a 1/2", niple
Ilustración 2. Tubos de T EE 1", reductor 1" a 1/2", llave de paso 1/2", nip le
Ilustración 3. Válvula check de paso, codo 90°, válvula check de fondo, llave de 1"
Ilustración 4. Sistema hidráulico a presión automática
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