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ariete
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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE
Laureate International Universities
FACULTAD DE INGENIERÍA
Carrera de Ingeniería Civil
CURSO:
Física II
DOCENTE:
Ruiz Enriquez, Milton Osmar
TEMA:
Informe “curva de enfriamiento de newton”
PRESENTADO POR:
Pairazaman Carbajal, Pier 714801
Lobato Javier, Juan Carlos 715219
Chalan Sanchez, Yessel713767
Heras Alvarado, Dante 715213
CAJAMARCA - PERÚ
2015
I. INTRODUCCIÓN
Los arietes hidráulicos, son uno de los tipos de bomba de agua que funcionan
aprovechando la energía hidráulica, sin requerir otra energía externa. Mediante
este principio, se puede conseguir elevar parte del agua ubicado en depósitos
hacia una altura mayor
La bomba de ariete hidráulico se ha utilizado durante más de dos siglos en
muchas partes del mundo, la sencillez y fiabilidad hizo un éxito comercial,
especialmente en Europa, en los días previos a la corriente eléctrica y al motor
de combustión interna con una amplia disponibilidad.
En unas zonas con presencia de edificios de gran atura, donde es necesario
abastecer de agua a los pisos superiores, la posibilidad de un dispositivo simple
y confiable de bombeo es de gran aplicación, razón por la cual decidimos
construir un prototipo de ariete hidráulico
I.1. REALIDAD PROBLEMÁTICA:
hay zonas en la cuidad de Cajamarca que no cuenta con sistema de agua el cual
permita generar una mayor presión a mas altura, por lo tanto lo que se busca con
esta bomba es llegar a esas alturas que no son posibles mediante el golpe de
ariete
I.2. FORMULACION DEL PROBLEMA:
¿Cuál es la utilidad de la bomba de ariete construida por los estudiantes de
ingeniería civil de la universidad Privada del Norte en zonas de Cajamarca?
I.3. JUSTIFICACION DEL PROBLEMA
En base a lo expuesto el presente proyecto busca demostrar que la bomba de
ariete hidráulica construida por los estudiantes de la carrera de Ingeniería Civil
puede tener una gran utilidad en zonas rurales de la cuidad de Cajamarca
I.4. LIMITACIONES
La principal limitación que se tiene en el proyecto es la válvula check, ya que esta
pieza no cumple su función adecuadamente, la que es bombear el agua
No se tiene la fuente de agua necesaria y adecuada para realizar las pruebas de
la bomba de ariete
II. OBJETIVOS
II.1. OBJETIVO GENERAL
Describir los requerimientos físicos y técnicos que se necesitan para
trasladar el agua desde el depósito ubicado en el primer nivel, hacia otro
superior atreves de cálculos aplicados entorno a la física presentando
evidencia real de la bomba de ariete fabricada por los estudiantes de
Ingeniería Civil
II.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar la atura de carga y la altura de descarga del deposito
Determinar y demostrar la presión con la sale de la bomba de ariete
hidráulica después de realizar el proceso de bombeo
III. MARCO TEORICO
1. ANTECEDENTES
Durante los 2 siglos pasados los arietes se utilizaron ampliamente, y se han
instalado mundialmente para proyectos de irrigación, aldeas, huertos,
residencias y palacios, como en el caso de Las bombas de ariete instaladas
en la famosa fuente frente al Palacio de TAJ MAHAL, en India que
suministra 2,727 m3/día.
El principio de funcionamiento fue documentado en 1775, resultado de una
reparación realizada por un fontanero en Bristol, Inglaterra, que aprovecho
ingeniosamente elevar el agua, casi sin ningún costo, del sótano a las
plantas superiores; otro inglés interpuso un vaso de aire, entre el grifo y la
cañería, para elevar agua a una fábrica de cerveza, pero la vibración y el
ruido, impedían el uso de esta máquina, que además era manual.
La primera bomba de ariete autoactivante fue inventada por Joseph
Montgolfier, uno de los dos famosos hermanos franceses que también
inventaron el globo de aire caliente; le dio el nombre de "coup de belier"
(golpe de carnero). El 02 de octubre de 1820 la patente de la bomba fue
asignada a Josiah Easton de Heal de Inglaterra, quien la volvió a diseñar y
comenzó su fabricación comercial. Una de sus bombas originales
permaneció en uso desde 1840 hasta 1936 (96 años), fecha que fue
adquirida por el Museo de Ciencias de South Kensington de Londres. En
1860 el ingeniero John Blake, registró el nombre de "hydram", y comenzó
su fabricación en el condado de Lancashire en Inglaterra tratando de
mejorar su diseño.
En Chile se hizo un modelo por computadora, pero la eficiencia es muy baja
(7%). En el Perú mediante el sistema de hacer un modelo y trabajar con
datos rales, y resolver como si fuera un problema de flujo en tuberías de Fe.
y P.V.C, se están diseñando y fabricando nuevos modelos mas eficientes
(60%), para bajar costos y ponerlos al alcance del agricultor.
2. BASES TEÓRICAS
2.1. ¿Qué es el golpe de ariete?
La Física reconoce el fenómeno denominado golpe de ariete o choque
hidráulico, que ocurre cuando varía bruscamente la presión de un fluido
dentro de una tubería, motivado por el cierre o abertura de una llave,
grifo o válvula; también puede producirse por la puesta en marcha o
detención de un motor o bomba hidráulica.
Durante la fluctuación brusca de la presión el líquido fluye a lo largo de la
tubería a una velocidad definida como de propagación de la onda de
choque. El cambio de presión provoca deformaciones elásticas en el
líquido y en las paredes de la tubería. Este fenómeno se considera
indeseable porque causa frecuentes roturas en las redes hidráulicas de
las ciudades y en las instalaciones intradomiciliarias, y también es
causante de los sonidos característicos que escuchamos en las tuberías
cuando abrimos un grifo bruscamente en nuestras casas
Por tal razón, con frecuencia se diseñan válvulas de efecto retardado o
se instalan dispositivos de seguridad.
El científico ruso N. Zhukovski (1847-1921) estudió este fenómeno por
primera vez en su obra Sobre el choque hidráulico, como parte de sus
indagación es hidroaeromecánicas, que constituyeron la base teórica
para la ulterior comprensión del funcionamiento de la bomba de golpe de
ariete o ariete hidráulico, lo que demuestra que los fenómenos físicos (y
los naturales en general) no deben asumirse como negativos o positivos,
sino como leyes que debemos incorporar a nuestro arsenal cognitivo
hacia una armónica actuación del hombre en la naturaleza y hacia la
plenitud creadora del ser humano. El uso de tecnologías alternativas
como es implementar los sistemas de ariete hidráulico, cuya máquina de
auto operación utiliza como fuente de energía, el agua y esta la bombea
desde un nivel más bajo a una determinada altura, donde dicha agua
adquiere una energía potencial que permite su uso para diversos fines
tales como: irrigación de cultivos, etc.
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.
2.2. ¿Qué es el ariete hidráulico?
La bomba de golpe de ariete o ariete hidráulico es un motor hidráulico
que utiliza la energía de una cantidad de líquido (comúnmente agua)
situada a una altura mayor (el desnivel de un río, presa, acequia u otro
depósito o caudal), con el objetivo de elevar una porción de esa cantidad
de líquido hasta una altura mayor que la inicial, mediante el empleo del
fenómeno físico conocido como golpe de ariete.
El equipo bombea un flujo continuo y funciona ininterrumpidamente sin
necesidad de otra fuente de energía, también puede compararse con un
transformador eléctrico, ya que éste recibe una tensión baja (en voltios)
con una corriente eléctrica relativamente alta (en amperios) y obtiene un
régimen de mayor tensión y menor amperaje, y en el caso del ariete
ocurre un proceso similar a nivel hidráulico: recibe un gran caudal (Q +
q) con una baja carga (H) y obtiene un régimen de mayor presión (h) con
un menor caudal (q), 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 (C), 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.
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.
En el esquema se muestran los elementos esenciales para el
funcionamiento del ariete hidráulico, que son:
La presa, un río o cualquier otro medio que permite crear un desnivel
en relación con el ariete.
El tubo de impulso. Según las reglas convencionales debe tener un
largo entre100 y 500 veces el diámetro del tubo, y un mínimo de 2 y
hasta 7 veces la altura de la presa, según el tipo de ariete.
La válvula de impulso con su cámara, que según las mismas reglas,
debe tener como mínimo el doble del diámetro del tubo de impulso.-
La válvula de retención, la cual generalmente es la mitad del
diámetro de la válvula anterior, depende en primer lugar del caudal de
bombeo y la frecuencia delos golpes.
Cámara de aire, se encuentra encima de la válvula de retención, esta
debe tener un mínimo de 10 veces el volumen del agua que entra por
golpe.
Tubo de bombeo, generalmente de la mitad del diámetro del tubo de
impulso, aunque es más lógico determinarlo según el caudal de
bombeo, el largo del tubo y la potencia disponible.
Por otro lado, para que el ariete funcione, debe haber un desnivel mínimo
de un metro de altura entre la toma de agua y la entrada del ariete.
Cuando hay una caída natural de agua es muy simple la instalación. 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. Hay que tener en cuenta que el agua que se
acelera en el tubo de alimentación, es la que provoca el “golpe de ariete”,
por lo que este ha de tener una longitud, inclinación y diámetro
adecuados, sin curvas ni estrechamientos que provoquen pérdidas de
carga por rozamiento. Una vez instalado el ariete, se varía el recorrido
del eje subiendo bajando el contrapeso y el peso de este hasta que al
abrir la llave de paso y subir y bajar el eje de la mano varias veces el
ariete estabilice a un ritmo de 1 a 2 golpes por segundo. Cuando un
ariete es bien construido y debidamente instalado el mantenimiento es
mínimo. Para facilitar las labores de limpieza es aconsejable ensamblar
las partes aisladas mediante uniones desmontables. Las partes que
deben chequearse generalmente son: válvula de impulso el impulso, la
válvula de descarga, tuercas y tornillos que pueden aflojarse y destruirse
producto de la corrosión, limpiar el filtro y regular la válvula de aire.
ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DEL ARIETE HIDRÁULICO
IV. HIPÓTESISIV.1. FORMULACION DE LA HIPOTESIS:
El prototipo de Ariete Hidráulico cumple con los requerimientos físicos y técnicos que se necesitan para trasladar el agua desde el deposito ubicado en el primer piso de gran capacidad hacia otro deposito ubicado en el segundo piso de la casa
VARIABLES
4.1 INDEPENDIENTES CAUDAL DE ALIMENACIÓN (Q) PENDIENTE ALTURA DE SUMINISTRO (h)
4.2 DEPENDIENTES
ALTURA DE ELEVACIÓN (H) PRESION DE ELEVADO (q)
VARIABLES INDEPENDIENTES Y DEPENDIENTES
V. MATERIAL Y METODOS:
VI. RESULTADOS:
En nuestro proyecto utilizaremos un deposito de agua de 0.40m de
diámetro y 0.50 de profundidad, este descansara en una plataforma de
1.75 m de altura. Para realizar algunos cálculos se procederá hacer un
hoyo en un costado del cilindro a 4 cm del fondo de este, que servirá
para ubicar la manguera de media pulgada. Luego en el cilindro se
introducirá agua hasta una altura de 0.46m, y se obtendrá una altura de
0.42 m de la manguera hacia el nivel del agua, con estos datos
obtendremos el caudal de salida hacia la manguera
Teorema de Torricelli.
V 2=√2 gh
V 2=√2(9.81)(0.42)
V 2=8.2404ms
Como no existe aumento ni pérdida de masa se tiene:
∆m1∆ t
=∆m2∆ t
=ρ1 A1 v1=ρ2 A2 v2
El mismo fluido es homogéneo: ρ1= ρ1 , A1 v1=A2 v2Donde el producto: Av=QQ: se le llama gasto, caudal, flujo de volumen o rapidez de flujo.
La presión en 1 como en 2 es la atmosférica, y V1 = 0, puesto que la relación entre área del tanque y del orificio permite despreciarlo a través de esta ecuación.Note que:
A1A2
=0.1257m2
0.0005m2
A1A2
=251.4
Entonces la velocidad en 2 será 251.4 veces mayor que la velocidad en 1.
Luego para calcular el caudal usaremos la ecuación:Q=A v2
Q= πD2
4V 2
Dónde:D=diámetro de tubería (m)Q= caudal
Q= π 0.02542
42.43
Q=0.0012m3
s
Q=1.2 Ls
