Ahora que se ha definido el principio fundamental del ariete hidráulico se prosigue a describir su funcionamiento, para ello se presenta en la figura 1.15 que muestra todos los componentes y pese a que hay muchas variantes sobre la construcción de un ariete este es el esquema básico.
Fig. 1.15 Esquema de instalación de un Ariete Hidráulico. Componentes: 1- Nivel de Agua. 2- Rejilla. 3- Tanque de Alimentación. 4- Tubería de Alimentación. 5- Llave de Cierre. 6- Válvula de Descarga. 7- Base del Ariete. 8- Caja de Válvulas. 9- Desagüe a río. 10- Válvula de impulso. 11- Cámara de Aire. 12- Tubería de Descarga. 13- Tanque Almacenamiento.
Descripción de los componentes.
Rejilla. Es un medio físico para separar las basuras que provienen del
abastecimiento de agua y ayuda a prevenir que ingresen objetos extraños al ariete.
Llave de cierre. Es una válvula de compuerta que activa o detiene el
funcionamiento del ariete y es un componente opcional ya que algunos arietes se diseñan para un uso continuo y hay otros que funcionan bajo determinada demanda de agua.
Válvula de impulso o desfogue. Constituye la parte móvil más importante
y determinante en el funcionamiento del equipo. Es la encargada de producir el golpe de ariete debido al cierre brusco que se produce por el efecto del incremento de la velocidad del agua. Esta válvula permite regular la cantidad de agua que penetra en la cámara de aire, esto se logra al variar el número de golpes por minutos o frecuencia, por medio juegos de contra pesos diseñados y fabricados a tal efecto, los cuales se colocan en el vástago de la válvula. La válvula de impulso está compuesta por: Un vástago, una brida, un plato y tornillos con tuercas de sujeción.
Válvula de descarga. Es la que permite el paso del agua, desde la caja
de válvulas hasta la cámara de aire, no permitiendo su retroceso al cerrarse por los efectos del rebote que se produce con el aire comprimido dentro de la cámara, lo que hace que el agua sea impulsada hasta un nivel superior al de captación. Debe estar construida de forma tal que se logre una buena hermeticidad, lo que evita perdidas en la eficiencia y el rendimiento. La válvula de descarga está compuesta por una brida, plato de goma, platillo semiesférico y un tornillo de sujeción, la misma se encuentra en la base de la cámara de aire.
Caja de válvulas. Es la parte donde se produce la inversión de la onda
de presión y donde se ubican las válvulas de impulso y de descarga, y a su vez es la base de asientos y ubicación de los elementos del ariete.
Cámara de aire. Es el dispositivo que regula el flujo de agua hacia al
tubería de descarga, absorbe la sobrepresión (funciona como amortiguador de los golpes de ariete) e impulsa el agua por la tubería de descarga dando de esta forma un flujo casi continuo, logrando un nivel superior al de captación, va montada sobre su propia base en la caja de válvula mediante tornillos.
Válvula de aire. Opcionalmente se coloca en la cámara de aire y sirve
para regular y renovar el aire absorbido por el agua que se pierde de la cámara. Está ubicada por debajo de la válvula de descarga y puede ser regulable, de forma tal que permita abrir y cerrar en casos requeridos.
Tanque de alimentación. Corresponde a la obra civil que es necesario
construir para abastecer de agua al ariete. Esta obra varia en dependencia de sí se toma agua de un río, arroyo, salto, presa, embalse natural, etc. Además su diseño depende de otros factores como. Sí el agua a bombear será utilizada para consumo humano, la ganadería, la agricultura, etc.
Tubería de alimentación. La tubería de alimentación conecta el tanque
de captación con el ariete y constituye el elemento fijo más importante conjuntamente con la caja de válvulas, y a la vez soporta con mayor intensidad los efectos del choque hidráulico.
Tubería de descarga. Sale de la cámara de aire y se dirige hacia el
tanque de almacenamiento. Esta se puede construir con manguera de goma pero habrá que tener en cuenta la altura a bombear para conocer la presión máxima en columna de agua que resiste.
Tanque de almacenamiento. Corresponde a la obra civil final de la
instalación. Este se diseña en dependencia del máximo caudal bombeado y según la utilidad del agua. Si va a ser utilizada en el consumo humano el tamaño se escogerá para que sea llenado cuando no hay demanda, o sea durante la noche en un tiempo de doce horas, si va a ser utilizado en el riego o en la ganadería este se diseñara en dependencia de la demanda de agua del ganado o la periodicidad del riego. Este tanque debe tener tubo de desagüe, reboso y de distribución.
El funcionamiento del ariete hidráulico es como sigue: El agua que fluye a través de la tubería de alimentación es conducida dentro del cuerpo del ariete y fuera de éste al pasar por la válvula de impulso, por lo que va ganando velocidad hasta que su inercia es suficiente para cerrar dicha válvula véase fig. 1.16 . El cierre repentino de la válvula de impulso origina que la columna de agua en movimiento ejerza una gran presión, la que obliga a que se abra la válvula de descarga situada en el fondo de la cámara de aire, introduciéndose el agua en ésta y comprimiendo el aire de la cámara hasta que se gasta toda la energía de la columna de agua. En este momento se cierra la válvula de retención y el aire comprimido desaloja el agua hacia la tubería de descarga en el fondo de la cámara de aire la columna de agua recula levemente, ver figura 1.17, eliminando la presión de la válvula de impulso permitiendo su apertura y reanudándose el ciclo, el que se repite intermitentemente. Las veces en que la válvula de impulso se abre o se cierra en un minuto se conoce como, golpes por minuto.
Fig. 1.16 El agua circula por el cuerpo del ariete hidráulico, saliendo por la válvula de impulso, esto hace que la columna de agua incremente su velocidad y su fuerza de impulso sea mayor al peso de la válvula, de este modo se cierra para que el agua que circula ingrese a la cámara de aire.
Fig. 1.17 El aire contenido en la cámara de aire es comprimido hasta que la energía cinética del agua que ingresa se agota, el aire se descomprime y expulsa el volumen de líquido contenido en su interior a través de la tubería de descarga.
Fig. 1.18 Gráficas de funcionamiento del ariete hidráulico.
En el tiempo 1, ver figura 1.18, se inicia el ciclo con el descenso del agua, desde la fuente de abastecimiento, aumentando su velocidad al fluir a través de la válvula de impulso abierta, desperdiciándose una cierta cantidad de agua. En el instante 2 la válvula de impulso se cierra repentinamente provocando que la energía de velocidad que mantiene la descarga de agua se convierta en energía de presión en la caja de válvulas originando que se abra la válvula de retención hacia la cámara de aire, por lo que penetra un pequeño volumen de agua que se aloja parcialmente en la tubería de descarga y en la propia cámara.
En el instante 3 al disiparse en la forma anterior la presión, disminuye al grado de volverse negativa debido a la succión provocada por la falta de agua que pasó a la cámara y a la tubería de descarga, lo que provoca la apertura de la válvula de impulso restableciéndose el ciclo al crearse las condiciones de presión iniciales. El efecto de succión permite la apertura de la válvula de la cámara de aire, válvula de inyección o ventosa, lo que a su vez origina que se mantenga un flujo regular de descarga. Se considera normal un número de 40 a 50 pulsaciones o ciclos por minuto, aunque disminuyendo la carrera de la válvula de impulso pueden llegar a 90 y aún un poco más (Martínez Saimos, F. et. al, 2003).
CAPÍTULO 2.
“CÁLCULO Y DISEÑO”