ESPECIALIDAD : INGENIERIA CIVIL

CURSO : CANALES

DOCENTE : MANUEL VICENTE HERQUINIO ARIAS

INTEGRANTES :

ANCCASI ANCCASI TANIA

HYO-2015

BOMBA DE GOLPE DE ARIETE

U N I V E R S I DU N I V E R S I DA DA D

C O N T I N E NC O N T I N E NT A LT A L

TITULO DELTITULO DEL INFORMEINFORME

Dedicatoria:A nuestro querido maestro, a nuestros padres. A nuestros colaboradores, que con su dedicación y trabajo nos dieron el tiempo y los medios necesarios para culminar esta investigación y a la vida, por ser siempre una oportunidad; para crecer y realizar metas.

ÍNDICE

ÍNDICE.....................................................................................................................3

INTRODUCCIÓN.....................................................................................................4

ANTECEDENTES.......................................................................................................................5

PRINCIPIO TEORICO................................................................................................................5

GOLPE DE ARIETE................................................................................................................5

CAUSAS DEL GOLPE DE ARIETE......................................................................................8

EFECTOS QUE PRODUCE EL GOLPE DE ARIETE........................................................9

MECANISMOS Y SU FUNCIÓN.........................................................................................10

FASE O PERIODO DE LA TUBERIA: Clasificación y Duración.....................................11

EL GOLPE DE ARIETE APLICADO A LA INGENIERIA..................................................12

PROBLEMAS.............................................................................................................................13

OBJETIVOS...............................................................................................................................13

OBJETIVO GENERAL:.........................................................................................................13

OBJETIVO ESPECÍFICO:....................................................................................................13

JUSTIFICACIÓN........................................................................................................................13

PROCEDIMIENTO.................................................................................................14

PROCESO DE CONSTRUCCION BOMBA DE ARIETE.....................................................14

MATERIALES UTILIZADOS................................................................................................14

ESQUEMA DE ARMADO DE LA BOMBA DE ARIETE, MATERIALES NECESARIOS PARA EL ENSAMBLAJE......................................................................................................16

RESULTADOS.......................................................................................................17

CONCLUSIONES...................................................................................................18

RECOMENDACIONES..........................................................................................19

ANEXOS................................................................................................................20

BIBLIOGRAFIA......................................................................................................20

INTRODUCCIÓN

El fenómeno del golpe de ariete, también denominado transitorio, consiste en la

alternancia de depresiones y sobrepresiones debido al movimiento oscilatorio del agua en

el interior de la tubería, es decir, básicamente es una variación de presión, y se puede

producir tanto en impulsiones como en abastecimientos por gravedad.

Se conoce con el nombre de “transitorios” a los fenómenos de variación de presiones en

las conducciones a presión, motivadas en variaciones proporcionales en las velocidades.

Cuando la variación es tal que implica el impedimento de escurrir, es decir, velocidad final

nula, y cuando además, las oscilaciones de presión por ese motivo son grandes, al

fenómeno se lo denomina “golpe de ariete”.

En realidad, el fenómeno conocido como "Golpe de Ariete" es un caso particular del

estudio de los movimientos transitorios en las conducciones a presión. La diferencia se

encuentra en que los transitorios implican variaciones de velocidad - y su correlación con

la transformación en variaciones de presión - de pequeña magnitud, mientras que el

"Golpe de Ariete" implica las grandes variaciones, de velocidad y presión.

Las maniobras de detenimiento total, implican necesariamente los golpes de ariete de

máxima intensidad puesto que se pone de manifiesto la transformación total de la energía

de movimiento que se transforma en energía de presión.

ANTECEDENTESDesde la antigüedad el hombre ha utilizado la energía hidráulica con el fin de disminuir el

esfuerzo físico en las labores más duras, para moler granos (un molino de moler acoplado

a una rueda hidráulica), para obtener electricidad (generador eléctrico acoplado a una

turbina hidráulica) y para bombear agua (malacate, noria y ariete hidráulico).

El descubrimiento del principio básico del ariete hidráulico y su primera aplicación práctica

se debe a John Whistehurst, el cual construyó un aparato en el año 1972 que fue utilizado

en una fábrica de cerveza. Su invención consistía en una tubería inclinada de 183 metros

de longitud y 1½ pulgadas de diámetro conectada a un tanque de entrega, con una

cámara de aire, controlada por una válvula. La tubería tenía una válvula en su extremo,

operada con la mano; esta válvula se encontraba a 5 metros por debajo del nivel del agua

del tanque de abasto.

PRINCIPIO TEORICO

1. GOLPE DE ARIETE

Se denomina golpe de ariete al choque violento que se produce sobre las paredes de

un conducto forzado, cuando el movimiento líquido es modificado bruscamente. En

otras palabras, el golpe de ariete

se puede presentar en una tubería

que conduzca un líquido hasta el

tope, cuando se tiene un frenado o

una aceleración en el flujo; por

ejemplo, el cambio de abertura en

una válvula en la línea. Al cerrarse

rápidamente una válvula en la

tubería durante el escurrimiento, el

flujo a través de la válvula se

reduce, lo cual incrementa la carga del lado aguas arriba de la válvula, iniciándose un

pulso de alta presión que se propaga en la dirección contraria a la del escurrimiento.

Esta onda provoca sobrepresiones y depresiones las cuales deforman las tuberías y

eventualmente la destruyen. Desde el punto de vista energético puede considerarse

la transformación de la energía cinética del fluido en energía potencial elástica

(cambios de presión) y viceversa. Si la tubería carece de roce y es indeformable y por

lo tanto no hay pérdidas de energía, el fenómeno se reproduce indefinidamente. Si

hay roce y la tubería es elástica parte de la energía se va perdiendo y las

sobrepresiones son cada vez menores hasta que el fenómeno se extingue

En la Ingeniería es muy importante determinar la magnitud de esta sobrepresión con

el objeto de poder diseñar las tuberías con suficiente resistencia para soportarla. En

las válvulas operadas a discreción la sobrepresión no es muy grande porque se

procura que Tv sea grande (cierre lento). Pero en las salidas de operación de equipos

(parada de bombas, daño de válvulas, etc.) la sobrepresión puede ser muy grande,

por lo que se procura disminuirla con válvulas de alivio, cámaras neumáticas,

chimeneas de equilibrio, etc.

En la figura tenemos un reservorio, una tubería y una válvula colocada a una

distancia "L". Si la válvula se cierra en un tiempo "Tv", se desarrollará una

sobrepresión "D h" que viajará con una celeridad "Cs". Cuando la onda llega al

reservorio, toda la tubería está dilatada y toda el agua está comprimida por la

sobrepresión. Sin embargo, es imposible que en el reservorio exista una presión

superior a la carga hidráulica "h", por lo cual la sobrepresión "D h" se reduce a cero

en el punto "A".

1.1. EN ABASTECIMIENTOS POR GRAVEDAD:Si el agua se mueve por una tubería con una velocidad determinada y mediante

una válvula se le corta el paso totalmente, el agua más próxima a la válvula se

detendrá bruscamente y será empujada por la que viene detrás.

Como el agua es algo compresible, empezará a comprimirse en las proximidades

de la válvula, y el resto del líquido comprimirá al que le precede hasta que se anule

su velocidad. Esta compresión se va trasladando hacia el origen conforme el agua

va comprimiendo al límite la que le precede, de manera que al cabo de un cierto

tiempo todo el agua de la tubería está en estas condiciones, concluyendo la

primera etapa del golpe de ariete.

En definitiva, se forma una onda de máxima compresión que se inicia en las

proximidades de la válvula y se traslada al origen. La energía cinética que lleva el

agua se transforma en energía de compresión.

Cuando el agua se detiene, ha agotado su energía cinética y se inicia la

descompresión en el origen de la conducción trasladándose hacia la válvula, y por

la ley pendular esta descompresión no se detiene en el valor de equilibrio, sino que

lo sobrepasa para repetir el ciclo. Esta descompresión supone una depresión, que

retrocede hasta la válvula para volver a transformarse en compresión, repitiendo el

ciclo y originando en el conducto unas variaciones ondulatorias de presión que

constituyen el golpe de ariete.

En definitiva, se producen transformaciones sucesivas de energía cinética en

energía de compresión y viceversa, comportándose el agua como un resorte.

1.2. EN IMPULSIONES:En una impulsión, la parada brusca de motores produce el mismo fenómeno, pero

al contrario, es decir, se inicia una depresión aguas arriba de la bomba, que se

traslada hacia el final para transformarse en compresión que retrocede a la bomba.

En efecto, cuando se produce la parada del grupo de bombeo, el fluido,

inicialmente circulando con velocidad v, continuará en movimiento a lo largo de la

tubería hasta que la depresión a la salida del grupo ocasionada por la ausencia de

líquido (el que avanza no es repuesto, no es “empujado”), provoque su parada. En

estas condiciones, viaja una onda depresiva hacia el depósito, que además va

deteniendo el fluido, de tal manera que al cabo de un cierto tiempo toda la tubería

está bajo los efectos de una depresión y con el líquido en reposo. Ha concluido la

primera etapa del golpe de ariete.

Como la presión en el depósito es siempre superior a la de la tubería, que se

encuentra bajo los efectos de la depresión, se inicia un retroceso del fluido hacia la

válvula de retención con velocidad -v. Con el agua a velocidad de régimen, pero en

sentido contrario, nuevamente se tiene la presión de partida en la tubería, de

manera que al cabo de un cierto tiempo toda ella estará sometida a la presión

inicial y con el fluido circulando a velocidad -v.

El inicio de la tercera fase es una consecuencia del choque del líquido

contra la válvula de retención. El resultado es un brusco aumento de

presión y una detención progresiva del fluido, de modo que al cabo de un

cierto tiempo todo el líquido de la tubería está en reposo y la conducción

sometida a una sobrepresión de la misma magnitud que la depresión inicial.

Esta tercera fase del golpe de ariete en una impulsión es semejante a la

primera fase en el caso de abastecimientos por gravedad.

En la cuarta fase comienza la descompresión, iniciándose de nuevo el movimiento,

por lo que al cabo de un tiempo la situación es idéntica a la que teníamos al

principio. Comienza un nuevo ciclo.

Tanto en abastecimientos por gravedad como en impulsiones, la duración de cada

una de estas fases es a L, siendo L la longitud de la tubería y a la celeridad.

2. CASOS EN LOS QUE SE PRODUCE EL GOLPE DE ARIETE

Además del caso ejemplificado anteriormente, existen diversas maniobras donde

se induce el fenómeno:

Cierre y Apertura de Válvulas.

Arranque de Bombas.

Detención de Bombas.

Funcionamiento inestable de bombas.

Llenado inicial de tuberías.

Sistemas de Protección contra Incendios.

En general, el fenómeno aparecerá cuando, por cualquier causa, en una tubería se

produzcan variaciones de velocidad y, por consiguiente, en la presión.

Como puede observarse del listado anterior todos estos fenómenos se producen

en maniobras necesarias para el adecuado manejo y operación del recurso, por lo

que debemos tener presente que su frecuencia es importante y no un fenómeno

eventual.

3. VALOR DE LA CELERIDAD:

La celeridad (a) es la velocidad de propagación de la onda de presión a través del

agua contenida en la tubería, por lo que su ecuación de dimensiones es L T-1.

Su valor se determina a partir de la ecuación de continuidad y depende

fundamentalmente de las características geométricas y mecánicas de la conducción,

así como de la compresibilidad del agua.

Una expresión práctica propuesta por Allievi, que permite una evaluación rápida del

valor de la celeridad cuando el fluido circulante es agua, es la siguiente:

Siendo: K: Coeficiente función del módulo de elasticidad (e) del

material constitutivo de la tubería, que representa principalmente el efecto de la inercia del grupo motobomba, cuyo valor es:

D: Diámetro interior de la tubería e: Espesor de la tubería

En el caso de que la conducción esté constituida por tramos de tubos de diferentes

características (diámetro, espesor, timbraje, material, etc.), la celeridad media se

calculará como la media ponderada de la celeridad de cada tramo. Si L1, L2, L3,...,

son las longitudes de los tramos de distintas características y a1, a2, a3,..., las

celeridades respectivas, el tiempo total L/a que tarda la onda en recorrer la tubería

será la suma de los tiempos parciales:

4. FASE O PERIODO DE LA TUBERIA CLASIFICACION Y DURACION

Se denomina fase o periodo de la tubería el tiempo en que la onda de

sobrepresión va y vuelva de una extremidad a otra de la tubería.

Siendo:

o L = longitud de la tubería.

o C = Velocidad de propagación de la onda (celeridad)

Cuando la onda llega, al regresar, ella cambia de sentido, haciendo de nuevo el

mismo recorrido de ida y vuelta en el mismo tiempo T, pero con signo contrario,

bajo la fórmula de onda de depresión

El tiempo de cierre de la válvula es un factor importante. Si el cierre es muy rápido,

la válvula quedará completamente cerrada antes de actuar la onda de depresión.

Por otro lado si la válvula es cerrada lentamente, habrá un tiempo para que la

onda de depresión actúe, antes de la obturación completa. De ahí la clasificación

de las manio0bras de cierre.

T = tiempo de maniobra

o Si T < 2L / C Maniobra rápida

o Si T> 2L / C Maniobra lenta

La sobrepresión máxima ocurra cuando la maniobra es rápida, esto es, cuando T<

2L / C (todavía no actuó la onda de depresión)

5. GOLPE DE ARIETE EN LINEAS DE DESCARGA

El caso más importante de golpe de ariete en una línea de descarga de bombas

accionadas por motores eléctricos, se verifica luego de una interrupción de energía

eléctrica.

En este caso, debido a la inercia de las partes rotativas de los conjuntos

elevadores, inmediatamente después de la falta de corriente, la velocidad de las

bombas comienza a disminuir, reduciéndose rápidamente el caudal. La columna

líquida continúa subiendo por la tubería de descarga, hasta el momento en que la

inercia es vencida por la acción de la gravedad. Durante este periodo se verifica

una descompresión en el interior de la tubería.

Enseguida, ocurre la inversión en el sentido del flujo y la columna líquida vuelve a

las bombas.

No existiendo válvulas de retención, las bombas comenzarían, entonces, a

funcionar como turbinas, girando en el sentido contrario.

Con excepción de los casos en que la altura de elevación es pequeña, con

descarga libre, en la línea de bombeo son instaladas válvulas de retención o

válvulas check, con el objeto de evitar el retorno del líquido a través de las

bombas.

La corriente líquida, al retornar a la bomba, encontrando la válvula de retención

cerrada, ocasiona el choque y la compresión del fluido, lo cual da origen a una

onda de sobrepresión (golpe de ariete).

Si la válvula check funciona normalmente, cerrándose en el momento preciso, el

golpe de ariete no alcanzará el valor correspondiente a dos veces la altura

manométrica.

Si, por el contrario, la válvula check no cierra rápidamente, la columna líquida

retornará, pasando a través de la bomba y con el tiempo, pasará a adquirir

velocidades más altas, elevándose considerablemente el golpe de ariete, en el

momento en que la válvula funcione (Pudiendo alcanzar 300% de la carga

estática, dependiendo del tiempo de cierre).

El cálculo riguroso del golpe de ariete en una instalación de bombeo exige el

conocimiento previo de datos relativos a los sistemas de bombeo, que influyen en

el fenómeno:

a. El momento de inercia de las partes relativas de la bomba y el motor.

b. Características internas de la bomba (efectos sobre la disipación de

energía, funcionamiento como turbina).

c. Condiciones de la bomba en la rama de descarga y comportamiento de la

onda de presión.

5.1. BOMBA DE ARIETE HIDRAULICO:Una bomba de ariete es una bomba hidráulica cíclica que utiliza la energía cinética

de un golpe de ariete en un fluido para subir una parte de ese fluido a un nivel

superior. No necesita por lo tanto aporte de otra energía exterior. Esto y su

sencillez la hacen adecuada para lugares remotos donde no hay acceso a energía

eléctrica o motores de otro tipo.

FUNCIONAMIENTO:

Para el funcionamiento de la bomba de ariete hidráulico se requiere contar con

una caída de fluido inicial no menor de un metro que se denomina “altura de

carga” H y un “caudal de alimentación” Q.

Como resultado se tendrá un “caudal de descarga” q una “altura de descarga” h

Es posible impulsar un fluido a alturas h que sean muy superiores a 4 veces la

altura H, sin embargo la cantidad de fluido de llegada q disminuirá

considerablemente haciendo el sistema menos productivo.

De acuerdo al diseño se pueden construir bombas de ariete hidráulico de

diferentes tamaños como 1”, 2”, 4”, 8”, de esto dependerá el caudal de llegada y

por lo tanto la altura final de llegada.

6. MEDIDAS GENERALES CONTRA EL GOLPE DE ARIETE

El golpe de ariete es combatido, en la práctica, por varias medidas.

a. Limitación de la velocidad en tuberías.

b. Cierre lento de válvulas o registros. Construcción de piezas que no permitan la obstrucción muy rápida.

c. Empleo de válvulas o dispositivos mecánicos especiales. Válvulas de alivio, cuyas descargas impiden valores excesivos de presión.

d. Fabricación de tubos con espesor aumentado, teniendo en cuenta la sobrepresión admitida.

e. 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.

f. 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.

PROBLEMAS

¿Cuál es el funcionamiento del golpe de ariete?

¿Cuáles son los materiales para hacer un golpe de ariete?

¿Cuál es su importancia del golpe de ariete?

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Observar, estudiar y describir el funcionamiento del golpe de ariete

OBJETIVO ESPECÍFICO:

Determinar los materiales que se utilizaran.

Identificar la importancia del golpe de ariete.

Conocer la aplicación del golpe de ariete a la ingeniería.

JUSTIFICACIÓN

El estudio del golpe de ariete se justifica por:

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.

Los arietes hidráulicos, son uno de los tipos de bomba de agua que funcionan

aprovechando la energía hidráulica, sin requerir otra energía externa.

Mediante un ariete hidráulico, se puede conseguir elevar parte del agua de un

arroyo o acequia a una altura superior. También se puede emplear para riego por

aspersión.

PROCEDIMIENTO

PROCESO DE CONSTRUCCION BOMBA DE ARIETE

MATERIALES UTILIZADOS

ESQUEMA DE ARMADO DE LA BOMBA DE ARIETE, MATERIALES NECESARIOS PARA EL ENSAMBLAJE

RESULTADOS

CONCLUSIONES

El golpe de ariete que se produce por el corte del suministro de energía eléctrica a

las bombas, origina al interior de la tubería una presión máxima equivalente a la

suma algebraica de la altura manométrica y la presión debida al golpe de ariete, y

una presión mínima igual a la diferencia entre la altura manométrica y la presión

originada por el golpe de ariete.

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 han sido

empujadas por las que vienen detrás inmediatamente y que siguen aun 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 el

volumen, y la dilatación ligeramente tubería. 

El golpe de Ariete es un fenómeno muy peligroso, ya que la sobrepresión

generada puede llegar a entre 60 y 100 veces la presión normal de la tubería,

ocasionando roturas en los accesorios instalados en los extremos (grifos, válvulas,

etc.).