EL
ARIETE HIDRÁULICO
OBJETIVOS
·
Conocer el
funcionamiento de un ariete hidráulico como una bomba para elevar parte de su
caudal a una altura mayor que la de su nivel.
·
Calcular el
caudal mínimo que debe ingresar al ariete para ser bombeado con una eficiencia
óptima.
·
Encontrar la
presión entregada por cada una de las alturas iniciales tomadas desde el ariete
hasta el tanque de abastecimiento.
DESCRIPCIÓN DEL MONTAJE
Funcionamiento: El agua cae de un depósito al ariete, y
la velocidad creciente del agua produce el cierre de la válvula de descargue o
campana produciendo bruscamente mucha presión, la cual abre la válvula de
descargue, entrando el agua a la olla o cámara y comprimiendo momentáneamente
el aire, que al expandirse, cierra esta válvula e impulsa el agua hasta un
depósito superior; entonces el émbolo cae a la campana y vuelve a repetirse el
ciclo.
PARTES DEL ARIETE HIDRÁULICO
FUNDAMENTO TEÓRICO
El ariete hidráulico es una bomba
automática para elevación de agua. Su objetivo es el de aprovechar la energía
de un salto de agua para elevar parte de su caudal a una altura mayor que la
del nivel superior del salto.
Estas máquinas tienen la
característica, que las distinguen de todas las demás máquinas de impulsión de
líquidos, en que no necesitan una energía exterior motriz para la elevación,
ésta se logra a costa del consumo de la fuerza viva a que dá lugar la caída de
una masa de agua, parte de la cual es elevada a una altura mayor.
Debido a la pendiente o altura de
alimentación, la energía cinética desarrollada por el agua, que sale por la
válvula de gasto, aumenta su velocidad, y por lo tanto la presión que ejerce
sobre esta válvula, la cierra por completo, tan pronto como la presión
correspondiente a esta velocidad rebosa el peso de la válvula.
La detención brusca e instantánea
del agua, producirá una transformación de su fuerza viva, que se traducirá en
una sobrepresión considerable (golpe de ariete), en el ariete y paredes del
tubo de alimentación.
La reacción producida sobre las
paredes del tubo, abrirá la válvula automáticamente, ésta válvula se abre de
abajo hacia arriba y eleva una cantidad de agua y produce una fuerte compresión
del aire contenido en la cámara de aire del ariete, que al reaccionar sobre la
masa de agua que entra, produce la impulsión de una parte
q del caudal causante
Q a la altura h a que se encuentra el depósito o tanque de alimentación.
La válvula de gasto se abre
automáticamente, por su propio peso tan pronto como se eleva la cantidad de
agua q, disminuyendo la presión del fluido producido por la onda de presión
negativa.
La válvula se cierra tan pronto
como ha entrado la cantidad de agua q, aprovechando la depresión en la base del
ariete, cerrándose automáticamente por su propio peso y ayudada también por el
peso del agua que entra q.
Como el ariete de la cámara de
aire del ariete, acabaría por agotarse, disolviéndose
en el agua, sino se
renovase, entonces para mantener este nivel surtiéndose aire, se coloca una
pequeña válvula automática, que se abre hacia adentro. Esta válvula funciona
aprovechando la onda de presión negativa que produce una depresión en la caja
del ariete y al producirse dicha depresión, succiona una pequeña cantidad de
aire que va a renovar el de la cámara.
La eficiencia de un ariete
hidráulico depende de la altura de impulsión (H) y de alimentación (h), esta es
calculada empleando la ecuación de Eytelwein, así:
H = Altura de impulsión
h = Altura de alimentación
q = caudal de entrega
Q = caudal que llega al ariete
Si 
entonces 
Por lo tanto la altura de
impulsión no puede ser mayor de 12.8 veces la altura de alimentación.
CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DEL
AGUA EN EL TUBO DE ALIMENTACIÓN DEL ARIETE
donde
t1 = pérdida por la
embocadura o salida del tanque a la tubería
t2 = pérdidas
debidas a la llegada a la caja del ariete
t3 = pérdidas debidas a
la llave de paso en el ariete
tr = pérdidas debidas
al rozamiento de la tubería
Luego de obtener la velocidad con
la fórmula de la energía esta puede comprobarse con la formula de Chezy
donde 
Conociendo que qH = Trabajo útil
Qh = Trabajo total
(1)