“UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA”

“FACULTAD DE INGENIERÍA”
E.A.P. INGENIERÍA MECÁNICA

“BOMBA DE ARIETE PARA IMPULSAR AGUA”

DOCENTE:
AREVALO DAZA Jorge Luis

CARRERA:
INGENIERÍA MECÁNICA

CICLO:
V

ESTUDIANTE:

 Cruz Vargas, Fabrizzio Sebastian

 Bravo Mendoza, Alexandro
 Ruiz Castillo, Jesús
 Mesías Mendieta, Jorge
 Castillo Flores, Juan
 De la Cruz Arroyo, Sergio
CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS

Nuevo Chimbote – Perú

2021
 INDICE
JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................................3
INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................4
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .....................................................................................5
CAPITULO I ...............................................................................................................................6
1. OBJETIVOS ........................................................................................................................7
1.1. GENERAL ...................................................................................................................7
1.2. ESPECÍFICOS .............................................................................................................7
2. HIPÓTESIS ..........................................................................................................................7
3. ANTECEDENTES ...............................................................................................................7
4. MARCO TEÓRICO .............................................................................................................8
4.1. BOMBA DE ARIETE ..................................................................................................8
4.1.1. TEORIA DEL GOLPE DE ARIETE ....................................................................9
4.2. PARTES DE UNA BOMBA DE ARIETE...................................................................9
4.2.1. FUENTE DE ALIMENTACION .......................................................................10
4.2.2. TUBERIA DE ALIMENTACION .....................................................................10
4.2.3. TUBERIA DE ELEVACIÓN .............................................................................10
4.2.4. BOMBA DE ARIETE ........................................................................................10
CAPITULO II ............................................................................................................................14
4.3. FUNCIONAMIENTO ................................................................................................15
5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS .......................................................................................17
5.1. VENTAJAS ................................................................................................................17
5.2. DESVENTAJAS ........................................................................................................18
6. IMPACTO ..........................................................................................................................18
6.1. IMPACTO ECONÓMICO .........................................................................................18
6.2. IMPACTO SOCIAL ...................................................................................................18
7. DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LA BOMBA ..............................................................18
7.1. MATERIALES...........................................................................................................18
7.2. ANALISIS DE COSTO DE CONTRUCCION: .........................................................21
CAPITULO III ...........................................................................................................................22
8. CÁLCULOS Y ANÁLISIS BOMBA DE ARIETE ...........................................................23
CONCLUSIONES .....................................................................................................................33
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................33
 JUSTIFICACIÓN
Una solución para la escasez de agua en comunidades o ideal para un simple sistema de
riego, es emplear una bomba que no emplee ni consuma nada de energía eléctrica, por lo
tanto, es ideal que aproveche la misma fuerza impulsora que trae la corriente de agua, de
realizar esto se obtiene no solamente beneficios económicos, sino que también reduce la
contaminación ambiental generada por el derrame de aceites o por la construcción de
desagües.

De construir una bomba de ariete con características funcionales y específicas, pero el

principal punto de construcción de esta sería su bajo costo. Esto generaría una relevancia
social inmensa pues se impulsaría ecológicamente el riego en zonas de siembra y también
seria una de los pilares fundamentales para combatir la pobreza en zonas rurales y
contaminadas.
 INTRODUCCIÓN
La presente monografía titulada “Bomba de Ariete”, ha sido realizada para el curso de
Mecánica de Fluidos, dentro del marco del cumplimiento de los lineamientos de
Investigación Formativa de la Universidad Nacional Del Santa.

Nuestro producto está enfocado además de en un problema social bastante común que es
la escasez de agua también se encuentra enfocado en la contribución a un sector en
específico, el sector agrícola, haciendo que el cultivo y la distribución de regado para los
campos agrícolas sea de una manera mucho más eficiente y rápida. Tratando de evitar el
uso excesivo de maquinaria que contaminan el medio ambiente y los cultivos. Por lo
tanto, nos planteamos la siguiente pregunta ¿Cómo es que llevamos agua a las zonas altas
donde existe una gran escasez de agua y le damos uso agrícola?

Este trabajo tiene el objetivo fundamental de seleccionar la información exacta y precisa

sobre la bomba de ariete, sus funciones, los componentes que se pueden utilizar durante
los procesos y las ventajas y desventajas que este pude conllevar. Por esta razón, tenemos
como objetivo específico evidenciar los aspectos básicos de su uso y funciones, posterior
como segundo objetivo específico es detallar el proceso de fabricación de esta maquinaria
casera y la influencia que este pude llegar a generar en los diversos sectores del País y en
específico el agrícola.

Esperamos que este trabajo sirva de agrado y de motivación para prosperas

investigaciones, puesto que tiene un tema selecto de gran interés.
 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
A pesar de los avances tecnológicos hoy en día uno de los grandes problemas que existen
es el exceso de consumo de combustibles fósiles o la generación de energía eléctrica que
dañan de forma considerable los ecosistemas de nuestro planeta. En el medio rural existe
un mínimo de consumo de estos combustibles, en algunos lugares no se cuenta ni con
electricidad ni con agua potable para el consumo diario. Para resolver estos problemas se
requieren de dispositivos que bombeen el agua la cual se encuentran en zonas distantes
en embalses o mantos freáticos, estos dispositivos no deberán consumir estos tipos de
combustibles, de lograrse esto se resolverán los de agua potable en los lugares apartados
de las ciudades y se evitarán cualquier tipo de contaminantes al medio ambiente. Si en el
lugar existe la presencia de un rio o de algún caudal de agua que tenga alguna caída que
genere una fuerza potencial, ésta puede ser canalizada y utilizada para crear una bomba
que trabaje con golpe de ariete, provocando con esto el envío del fluido hasta un depósito
donde se pueda almacenar y posteriormente distribuirlo para sus diversos usos, la altura
que se pretende vencer es por lo menos el doble de la altura del depósito de descarga, que
se pretende colocar por lo menos a 1m o 2m de altura.
CAPITULO I
1. OBJETIVOS
1.1. GENERAL
- Usar una bomba hidráulica de ariete variable para elevar agua.
1.2. ESPECÍFICOS
- Explicar y demostrar los principios detrás de la bomba de ariete.
- Convertir una bomba hidráulica de ariete simple en una variable.
- Comprobar si nuestra bomba de ariete cuenta con la capacidad necesaria de
hacer llegar agua a las poblaciones indígenas.
2. HIPÓTESIS
El agua, como fluido, durante su desplazamiento tiene una velocidad y va acumulando
energía cinética, ambas las usaremos para elevar el agua mediante el golpe de ariete.
Emplearemos válvulas para que el agua sea frenada de golpe, lo que la haga buscar
otro camino para continuar su recorrido, y de esta manera haremos que el nivel del
agua se eleve, posterior mente idearemos un sistema para que la válvula sea regulable
para las posibles variaciones en el caudal del agua.
3. ANTECEDENTES
En primer lugar, tenemos que decir que estas máquinas se encuentran entre las más
antiguas y se llegaron a utilizar en el antiguo Egipto, Grecia, Roma, India y China.
En la actualidad son las segundas maquinas comúnmente utilizadas después de los
motores eléctricos. Este ariete hidráulico fue una maravilla en la historia al principio
de los grandes inventos, y alcanzó una madurez al mismo tiempo que las maquinas a
vapor y al motor de combustión interna. Se ha conjeturado demasiado acerca del
verdadero creador empírico de esta bomba, pero una de las crónicas más aceptables
es en donde se le atribuye la invención al inglés John Whitehurst en 1775, construyó
un aparato con funcionamiento novedoso ,que consistía en accionar manualmente un
grifo de tubería conectada a un tanque de abasto, en un nivel superior ,para provocar
el fenómeno físico conocido como “golpe de Ariete”, que permitía elevar el líquido a
un tanque de almacenamiento colocado a una altura mayor, pero su dicha aplicación
no fue tan aceptada por el gran ruido y vibración propios de dicho equipo, además era
manual. Este ariete era capaz de levantar el agua hasta una altura aproximada de 4.9
m. Este invento, que fue reconocido en el año 1776, fue precedido por otros
investigadores que se ocuparon de añadir elementos al equipo y tratar de descubrir
secretos de su “aparente magia”.
 Al transcurrir 6 años aparecieron los hermanos franceses: Joseph Montgolfier junto a
su hermano Etienne, inventaran el globo aerostático, concibió un ariete auto activante,
en principio similar a los contemporáneos, aunque entonces le denominó “le belier
hydraulique” (el golpe hidráulico).
La mejora con la anterior radica en que ya no se utilizaba la fuerza externa para abrir
la válvula de impulso, si no la fuerza inherente del agua en movimiento se encargaba
de realizar esta tarea.
El ariete hidráulico fue patentado en 1796, por Joseph Montgolfier, que como en la
actualidad consistía en una máquina que aprovechaba únicamente la energía de un
pequeño salto de agua para elevar parte de su caudal a una altura superior.
Su trabajo fue mejorado por Pierre francois Montgolfier, su hijo (1816), quien diseño
una válvula para introducir el aire en la cámara del hydram esto mejoró su
rendimiento, se informó que bombeó a una altura de 48m.
A partir de su invención el ariete hidráulico tuvo una amplia difusión por todo el
mundo, como, por ejemplo, en las fuentes del Taj Mahal en la India, en el Ameer de
Afganistán.
El interés en las bombas de ariete, disminuyó en los años 50 y 60 a consecuencia del
boom petrolero, además el abandono de su uso fue merced al avance arrollador de la
bomba centrífuga. En el Perú no se cuenta con un registro de funcionamiento de los
sistemas de ariete hidráulicos por lo que se ve la necesidad de elaborar una base de
datos de cada uno de los modelos existentes para que personas interesadas en el uso
de dicha tecnología, tales como proveedores, profesionales, e incluso estudiantes de
carreras afines a la ingeniería agrícola lleguen a obtener información de las
características de operación de dichos modelos a evaluar y en un periodo futuro
determinar la posibilidad de realizar mejoras a estos equipos en su estructura con
recursos de nuestra zona.
4. MARCO TEÓRICO
4.1. BOMBA DE ARIETE
La bomba de ariete es una máquina hidráulica que carece de motor, pero que es
capaz de aprovechar la energía potencial que posee una cantidad de fluido ,esto
debido gracias a la sobrepresión producida por el fenómeno del golpe de ariete,
para elevar una parte de ese fluido a una altura considerablemente mayor.
Intentaremos explicar la composición del fenómeno del "golpe de ariete" muy
brevemente, y luego continuaremos definiendo los componentes completos
 instalados de la bomba de émbolo, y luego nos centraremos en la propia bomba
de ariete y luego daremos un diagrama esquemático. El sistema operativo de la
bomba y los procesos que ocurren en su interior.
4.1.1. TEORIA DEL GOLPE DE ARIETE
Básicamente, el golpe de ariete es un fenómeno que ocurre en una tubería
larga, que ocurre cuando una columna de agua que pasa por ella se detiene
repentinamente. A menudo sucede en la vida diaria. Para dar un ejemplo de
esto, los equipos anticuados a veces producen ruidos molestos: cuando se
cierra el grifo, toda la tubería retumba. Este ruido muestra claramente que el
agua que se mueve a cierta velocidad deja de correr casi de inmediato,
transfiriendo repentinamente la energía cinética que posee.

FIGURA N° 1. Proceso del golpe de ariete en una tubería.

4.2. PARTES DE UNA BOMBA DE ARIETE

Aquí le presentaremos el esquema básico de una instalación de bomba de ariete
que contiene varias partes:

FIGURA N°2. Esquema de una instalación de bomba de ariete

4.2.1. FUENTE DE ALIMENTACION
Es una fuente continua de agua, generalmente un río, y el agua descargada
por la bomba de descarga volverá a unos metros más abajo. También puede
ser un tanque de agua lo suficientemente grande, generalmente de plástico u
hormigón. La fuente de agua debe proporcionar agua por encima de la altura
H de la bomba de ariete. La altura H depende en gran medida del tipo de
bomba que esté utilizando, así como la altura final y el rendimiento requerido
del agua que desea bombear.
4.2.2. TUBERIA DE ALIMENTACION
La conexión entre la caja de alimentación y la bomba de émbolo es una
tubería muy larga y dura. A través de esta tubería, el fluido acelera hacia la
bomba de émbolo a una cierta velocidad. Varias ondas de choque también
se propagarán por la tubería, por lo que debe tener una alta resistencia y debe
ser reparada para evitar problemas. Se recomienda minimizar los codos, el
estrechamiento y las imperfecciones.
4.2.3. TUBERIA DE ELEVACIÓN
Es una tubería más estrecha que la tubería de suministro de agua a través de
la cual el agua se elevará hasta la altura requerida h. Esto no se verá afectado
por un aumento repentino de presión, por lo que el material más utilizado
suele ser el plástico. La altura de elevación principal es aproximadamente 4-
6 veces la altura de alimentación (H).
4.2.4. BOMBA DE ARIETE
Esta es la parte más importante y la estudiaremos más a fondo. Es un método
de recolección de agua que llega a través de una tubería de suministro de
agua y se intenta elevar una parte del agua a través de una tubería de drenaje
o una tubería ascendente, mientras que el resto del costo fluye hacia afuera
desde este último. Consta de varias partes:
 FIGURA N°3 PARTES DE UNA BOMBA DE ARIETE

4.2.4.1. VALVURLA DE NO RETORNO

Esto también se conoce comúnmente como válvula de retención, que
es una válvula que solo permite que el fluido pase en una de dos
direcciones. La válvula conecta la caja de la válvula con el tubo vertical
y su función es abrirse solo cuando la presión en la bomba es alta, de
modo que el agua sube por el tubo vertical en ese momento y se cierra
cuando la presión del agua es alta. El nivel del agua en la bomba es más
bajo que el nivel del agua en el tubo vertical, por lo que el agua no fluye
hacia arriba de la válvula.

FIGURA N°4 Válvula de NR y esquema simplificado de la misma

4.2.4.2. VALVULA DE CHOQUE

La válvula se comunicará con el exterior con el resto de la bomba de
émbolo buzo. Su función es dejar que el agua se descargue por un
tiempo para que la columna de agua se acelere a lo largo de toda la
tubería de suministro de agua. Después de un cierto período de tiempo,
se debe cerrar lo antes posible para detener repentinamente el líquido y
 generar una fuerte sobrepresión. Esta válvula se puede encontrar en
muchas configuraciones muy diferentes, pero la forma más fácil es usar
una válvula de retención para dar la vuelta para que no fluya a través
de un flujo determinado, y debido a su propio peso o la suma de su peso
más un contrapeso adicional.

FIGURA N°5 Válvula de choque y esquema simplificado de la misma

4.2.4.3. CAJA DE VÁLVULAS

Esta parte de la bomba es la zona de unión de la tubería de alimentación
con las dos válvulas. En muchos casos no es una caja propiamente
dicha, sino que pueden ser varias piezas de unión, incluso el final de la
misma tubería de alimentación, pero conviene diferenciarla, ya que los
procesos que se llevan a cabo en esta zona no son los mismos que los
de ninguna otra parte.

FIGURA N°6 Esquema simplificado de la caja de válvulas

4.2.4.4. CAMARA DE AIRE O PULMÓN

Es un pequeño tanque de almacenamiento de líquido (vaso de
expansión), que debe estar inmediatamente después de la válvula NR y
antes del tubo ascendente, que estará equipado con un colchón de aire.
El aire tendrá la siguiente función: absorber continuamente el impacto
y la sobrepresión que se experimentará en un momento específico, y
liberar gradualmente energía en el fluido durante el resto del ciclo, lo
que ayudará a empujar la tubería. Elevación. Esta es una forma de
absorber los impactos y proporcionar un flujo de salida más constante.

FIGURA N°7 Esquema simplificado de la caja de válvulas

CAPITULO II
 4.3. FUNCIONAMIENTO
Para comprender el funcionamiento de la bomba de ariete, tenemos que
centrarnos en explicar el proceso que se llevará a cabo una y otra vez de forma
continua:
Primero, la válvula de choque abierta comienza a reducir el agua en el tanque de
suministro de agua a través de la tubería de suministro de agua hasta que llega a
la caja de la válvula y fluye a través de la válvula de choque:

Esquema 1: El agua sale al exterior por la válvula de choque.

A medida que se le acelera el agua, aumenta la fuerza de arrastre que ésta ejerce
sobre la clapeta de la válvula de choque, hasta que es suficiente para cerrarla de
golpe:

Esquema 2: La fuerza de arrastre del agua provoca que la válvula de choque se cierre de
golpe.

Al cerrarse bruscamente la válvula de choque, la columna de agua que se traslada por la

tubería de alimentación aún posee una gran energía cinética. Esta energía cinética se
disipa a costa de aumentar repentinamente la presión en la caja de válvulas:
 Esquema 3: Se produce un ‘golpe de ariete’ y aumenta mucho la presión del fluido.

Al tener la caja de válvulas una gran presión, permite la apertura de la válvula de

NR y el paso de agua desde la caja de válvulas hacia la cámara de aire y a través
de la tubería de elevación:

Esquema 4: La válvula de NR se abre y permite el paso de agua hacia el pulmón y la

tubería de elevación.

Cuando se igualan las presiones a uno y otro lado de la válvula de NR, ésta se cierra
cortando el paso del fluido, y la presión que se ha acumulado en el aire de la cámara es
transmitida al fluido, que es elevado por la tubería de salida o de elevación:
 Esquema 5: e cierra la válvula de choque y se va liberando la presión
almacenada en el pulmón.

Pasados unos instantes, la presión en la caja de válvulas sigue disminuyendo, hasta

que la clapeta de la válvula de choque se abre debido a su propio peso, y comienza
a salir de nuevo agua por ella:

Esquema 6: La válvula de choque se abre y comienza de nuevo todo el proceso.

De esta forma, el proceso sigue repitiéndose una y otra vez de forma continuada hasta
que sea interrumpida de manera voluntaria, cerrando una llave de paso.

5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS
5.1. VENTAJAS
1. No requiere electricidad, combustible ni trabajo humano para su
funcionamiento.
2. Todo el equipo es de bajo costo y sus piezas son de fácil recambio.
 3. Requiere un mínimo de manutención
4. Funciona automáticamente ante un suministro de agua

5.2. DESVENTAJAS
1. Acceso a la tecnología ya que es poco usada en los países de América Central.
2. El mantenimiento es de mucho cuidado para que no se detenga el
funcionamiento.
3. En la toma de agua no debe haber entrada de aire y el sitio donde se ubica el
ariete debe tener un desagüe por el agua que salpica.
4. Con alto desnivel de bombeo necesita un caudal grande para el
funcionamiento.

6. IMPACTO
6.1. IMPACTO ECONÓMICO
La bomba de ariete permite mejorar la disponibilidad de agua para los cultivos
establecidos en la época lluviosa (en caso de una canícula) o en el verano, y debido a la
infiltración posterior en la parcela facilita terminar un ciclo productivo al principio de la
época seca o durante una canícula.
6.2. IMPACTO SOCIAL
También permite llevar el agua hasta varios lugares de la parcela con el menor esfuerzo,
dando la oportunidad para utilizarla para otros fines, tales como:
Consumo humano, doméstico o para el abrevado del ganado.
7. DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LA BOMBA
En este capítulo se muestra de manera detallada los diferentes aspectos tenidos en
cuenta durante el diseño, construcción y puesta en marcha de la bomba. Se presentará
la bomba finamente construida y las pruebas de bombeo.
7.1. MATERIALES

 VÁLVULA CHECK 3/4": Válvula antirretorno o válvula check está compuesta

principalmente de latón que soporta una presión máxima de 1 379 kPa / 200 PSI,
y presenta una temperatura máxima de trabajo de 100ºc y mínima de -20ºc.
 VÁLVULA DE BOLA PVC DE 3/4" Y 1/2": Estas llaves o válvulas de bola de
pvc soportan una presión máxima de 150 PSI y trabaja a una temperatura máxima
de 65º y mínima de -10ºc.

 TUBERÍAS: Estos tubos compuestos de policloruro de vinilo no plastificado

(PVC) pueden soportar hasta una presión máxima de 1034.21kpa / 150PSI y
trabajan a una temperatura máxima de 60ºc y mínima de -10ºc.
 CODO PVC 3/4": Utilizado para conexiones de la bomba de ariete.
 TEE PVC 3/4": Utilizado como conexión para las tuberías de la bomba de ariete.

 REDUCTOR DE 3/4" A 1/2": Se utilizará como medio de conexión de la llave de

paso de 1/2" y así reducir el caudal del fluido.

 NIPLES DE 3/4" X 1”: Utilizado como conexión bomba de ariete, es el medio

por donde se moverá el fluido.
7.2. ANALISIS DE COSTO DE CONTRUCCION:

MATERIAL CANTIDAD PRECIO(S/.)

Válvula Check 1” 1 28.00
Válvula de Canastilla 1” 1 27.00
Válvula de bola PVC 1” 1 10.00
Válvula de bola PVC 1/2” 1 8.00
Teflón 2 2.00
Codo PVC 1” 1 2.00
Adaptador hembra macho 2 4.00
1”
TEE PVC 1" 2 7.00
Reductor 1” a 1/2" 1 1.50
Reductor 4” a 2” 1 1.00
Reductor 2” a 1” 1 1.00
Niples 1” x 2 1/2” 4 8.00
Niples 1" x 1 1/2” 2 1.40
Tapa 4” 1 5.00
Tubería PVC de 1” x 5m 1 28.00
TOTAL 133.50
CAPITULO III
8. CÁLCULOS Y ANÁLISIS BOMBA DE ARIETE
CÁLCULOS PARA LA BOMBA DE ARIETE

Nuestro proyecto se basa en la aplicación de la bomba de ariete para bombear agua dulce a
alturas más elevadas, teniendo en consideración el uso de las ecuaciones de mecánica de
fluidos, como lo son la ecuación general de la energía y las perdidas en tuberías y válvulas.
PROPIEDADES DEL FLUIDO A ESTUDIAR (AGUA A 20°C)
El fluido que se utilizó para el bombeo fue agua dulce a 20°C que fue almacenada en una
represa de forma estática, para que luego esa energía potencial se trasforme en cinética y sea
capaz de propulsar nuestra bomba de ariete.
a) PROPIEDADES DEL MATERIAL DE LAS TUBERÍAS Y UNIONES (PVC)

Para facilitar el cálculo del módulo de Young de la tubería, se presenta a continuación una
tabla donde se puede encontrar dicho valor para algunos de los materiales más comunes con
los que se puede trabajar.

Propiedades de las tuberías utilizadas:

- Tubería de 1”:
𝐷𝑒 = 33.35𝑚𝑚
𝐷𝑖 = 29.40𝑚𝑚

- Tubería de ½”:
𝐷𝑒 = 21.25𝑚𝑚
𝐷𝑖 = 15.40𝑚𝑚
- Tubería de alimentación 1”:
𝐿 = 5𝑚
a) DATOS OBTENIDOS DE MANERA EXPERIMENTAL:
PRUEBA N° 1

- DESNIVEL DE TRABAJO (ℎ = 0.65𝑚)

Medido de manera experimental utilizando una wincha, este desnivel corresponde la
distancia desde la superficie libre de la represa hasta donde está instalada la bomba de ariete.
- ALTURA DE ELEVACIÓN (𝐻 = 2𝑚)
Medido de manera experimental utilizando una wincha, este desnivel corresponde la
distancia desde donde está instalada la bomba de ariete hasta el punto máximo donde
obtendremos nuestro caudal de salida.

- CAUDAL DE ENTRADA (Q)

Para realizar una correcta medición del caudal de entrada, se midió el tiempo en el cual
nuestra tubería de alimentación llenaba recipientes de 4L y 16L, en el cual las siguientes
tablas os mostraran el caudal de entrada o alimentación a la bomba utilizando la siguiente
ecuación:
𝑽
𝑸= 𝑒𝑛 𝑳/𝒔
𝒕

V (L) T (s) 𝑸𝒏 (L/s) V (L) T (s) 𝑸𝒏 (L/s)

4 3.86 1.036 16 15.35 1.042
4 4.36 0.917 16 16.5 0.970
4 4.14 0.966 16 16.59 0.964
4 4.31 0.928 16 18.25 0.877
4 3.7 1.081 16 15.93 1.004
4 3.62 1.105 16 16.93 0.945
Ʃ𝑸𝒏 /𝒏 1.006 Ʃ𝑸𝒏 /n 0.967

Promediando nuestros dos caudales de alimentación obtenido tomando datos de volúmenes

y tiempos será:
1.006 + 0.967
𝑄=
2
𝑸 = 𝟎. 𝟗𝟖𝟕 𝑳/𝒔

- CAUDAL DE SALIDA (Q)

Para esta toma se utilizó un recipiente de 4L y se midió el tiempo en el cual nuestra bomba
llenada ese recipiente, y se anotaron los datos en la siguiente tabla:
 V (L) T (s) 𝒒𝒏 (L/s)
4 70 0.057
4 73 0.055
4 73 0.055
4 77 0.052
4 76 0.053
4 74 0.054
Ʃ𝒒𝒏 /𝒏 0.054

Nuestro caudal de salida q nos da un valor de 𝟎. 𝟎𝟓𝟒 𝑳/𝒔 el cual parece una cantidad
insignificante, pero si lo transformamos a 𝑳/𝒎𝒊𝒏 será 𝟑. 𝟐𝟒 𝑳/𝒎𝒊𝒏, y más aún si lo
convertimos a L/h será 194.4 L/h el cual ya empieza a verse una cantidad considerable de
agua, y este caudal q es el que obtenemos luego de elevar 𝟏. 𝟑𝟓𝒎 por encima de la superficie
de líquido que tenemos en la represa.

PRUEBA N° 2

- 𝐷𝐸𝑆𝑁𝐼𝑉𝐸𝐿 𝐷𝐸 𝑇𝑅𝐴𝐵𝐴𝐽𝑂 (ℎ = 0.65𝑐𝑚)

Medido de manera experimental utilizando una wincha, este desnivel corresponde la
distancia desde la superficie libre de la represa hasta donde está instalada la bomba de ariete.
- 𝐴𝐿𝑇𝑈𝑅𝐴 𝐷𝐸 𝐸𝐿𝐸𝑉𝐴𝐶𝐼Ó𝑁 (𝐻 = 3.20𝑚)
Medido de manera experimental utilizando una wincha, este desnivel corresponde la
distancia desde donde está instalada la bomba de ariete hasta el punto máximo donde
obtendremos nuestro caudal de salida.
- CAUDAL DE ENTRADA (Q)
El caudal de entrada que baja por la tubería de alimentación en la misma que de la PRUEBA
N°2, porque utilizamos la misma conexión a la represa, entonces:
𝑸 = 𝟎. 𝟗𝟖𝟕 𝑳/𝒔
- CAUDAL DE SALIDA (q)
Para esta toma se utilizó un recipiente de 4L y se midió el tiempo en el cual nuestra bomba
llenada ese recipiente, y se anotaron los datos en la siguiente tabla:
 V (L) T (s) 𝒒𝒏 (L/s)

4 186 0.022

4 184 0.022

4 183 0.022

4 180 0.022

4 190 0.021

4 194 0.021

Ʃ𝒒𝒏 /𝒏 0.021

Nuestro caudal de salida q nos da un valor de 𝟎. 𝟎𝟐𝟏 𝑳/𝒔 el cual parece una cantidad
insignificante, pero si lo transformamos a 𝑳/𝒎𝒊𝒏 será 𝟏. 𝟐𝟔 𝑳/𝒎𝒊𝒏, y más aún si lo
convertimos a L/h será 75.6 L/h el cual ya empieza a verse una cantidad considerable de
agua, y este caudal q es el que obtenemos luego de elevar 𝟐. 𝟓𝟓𝒎 por encima de la superficie
de líquido que tenemos en la represa, el cual es casi el doble de la altura elevada en la
PRUEBA N°1.

b) CÁLCULO DE PRESIÓN DE ENTRADA

Para la PRUEBA N° 1: Comprobaremos el caudal de entrada mediante ecuaciones de la
mecánica de fluidos
 De la ecuación general de la energía entre los puntos 1 y 2 para calcular el caudal de
entrada a la bomba:

2 Nivel de
referencia

- CÁLCULO DE LA PRESIÓN DE ENTRADA:

𝜋 𝜋
Usando 𝑄 = 0,987 𝐿/𝑠 ; 𝐷 = 0,0294 𝑚, 𝐴 = 𝐷2 = (0,0294)2 = 6,788𝑥10−4 𝑚2
4 4
-Ecuación entre de la energía entre (1) y (2)

𝑃1 𝑣12 𝑃2 𝑣22
+ + 𝑧1 − ℎ𝑓 = + + 𝑧2
𝛾 2𝑔 𝛾 2𝑔
𝑃1 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 = 0, 𝑣1 ≈ 0, 𝑍2 = 0 (nivel de referencia)

La ecuación quedaría:
𝑃2 𝑣22
𝑧1 − ℎ𝑓 = + … . . (𝑖)
𝛾 2𝑔
Del caudal:
𝐿 1𝑚3
𝑄 = 0,987 ( )
𝑠 1000𝐿

𝑄 = 0,987𝑥10−3 𝑚3 /𝑠

𝑄 = 𝐴. 𝑣2

𝑄 0,987𝑥10−3 𝑚3 /𝑠
𝑣2 = =
𝐴 6,788𝑥10−4

𝑣2 = 1,454 𝑚/𝑠
 - CÁLCULO DE PÉRDIDAS POR LA TUBERÍA Y VÁLVULA DE PASO
𝐿𝑒𝑞
La longitud equivalente en diámetro de conducto = 3 para una válvula de paso
𝐷

𝐿𝑒𝑞−𝑎𝑐𝑐
=3
𝐷
𝐿𝑒𝑞−𝑎𝑐𝑐
=3
0,0294
𝐿𝑒𝑞−𝑎𝑐𝑐 = 0,0882
𝐿𝑒𝑞 = 5 + 𝐿𝑒𝑞−𝑎𝑐𝑐
𝐿𝑒𝑞 = 5 + 0,0882
𝐿𝑒𝑞 = 5,0882𝑚

- HALLAMOS EL FACTOR DE FRICCIÓN

Primero, el número de Reynolds para determinar el flujo
DATOS:

Agua a 20°C
ѵ = 1,02 𝑥 10−6 𝑚2 /𝑠

𝒗. 𝑫 1,454𝑚/𝑠
𝑹𝒆 = = 𝑥0,0294𝑚
ѵ 1,02𝑥10−6
𝑅𝑒 = 41 909
Re > 4 000, FLUJO TURBULENTO
RUGOSIDAD RELATIVA:
ɛ 0,0015 𝑚𝑚
= = 5,1 𝑥 10−5
𝑫 29,4𝑚𝑚
USANDO EL DIAGRAMA DE MOODY PARA DETERMINAR EL FACTOR DE
FRICCIÓN:

Del diagrama de Moody obtenemos:

f=0,022

5,0882𝑚 (1,454𝑚/𝑠 2 )2
ℎ𝑓 = 0,022𝑥 𝑥
0,0294𝑚 2𝑥9,81𝑚/𝑠 2

ℎ𝑓 = 0,41 𝑚

Reemplazando en (i)

𝑃2 (1,454𝑚/𝑠 2 )2
0,65 𝑚 – 0,41 𝑚 = +
9810𝑁/𝑚3 2𝑥9,81𝑚/𝑠 2

𝑃2
0,24 𝑚 = + 0,1077𝑚
9810𝑁/𝑚3

P2 = 1297.8 Pa
 CÁLCULO DE LA SOBREPRESIÓN:

- Celeridad de la onda (a)

9900
𝑎=
√48,3 + 𝐾𝑐 𝐷𝑖
𝑒
9900
𝑎=
29,4
√48,3 + 33,3 ∗
1,975
9900
𝑎=
√48,3 + 495,71
9900
𝑎=
23,324
𝑎 = 424,5𝑚/𝑠

 TIEMPO CRITICO

2𝐿 2(5,3𝑚)
𝑇𝑐 = =
𝑎 424,5𝑚/𝑠
𝑇𝑐 = 0,02497𝑠
𝑇 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑖𝑒𝑟𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑙𝑣𝑢𝑙𝑎, 𝑐𝑎𝑙𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 = 0,96𝑠
2𝐿 2𝐿𝑉
𝑇> , 𝑐𝑖𝑒𝑟𝑟𝑒 𝑙𝑒𝑛𝑡𝑜 → 𝑠𝑒 𝑢𝑠𝑎 𝑀𝑖𝑐ℎ𝑎𝑢𝑑 ∆𝐻 =
𝑎 𝑔𝑇
2𝐿 𝑎𝑉
𝑇< , 𝑐𝑖𝑒𝑟𝑟𝑒 𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑜 → 𝑠𝑒 𝑢𝑠𝑎 𝐴𝑙𝑙𝑖𝑒𝑣𝑖 ∆𝐻 =
𝑎 𝑔
2𝐿
Como: 𝑇 > , usaremos la ecuación de Michaud:
𝑎

Donde:
2𝐿𝑉  L: longitud de la tubería (m)
𝛥𝐻 =
𝑔𝑇  V: velocidad del régimen de agua (m/s)
 T: tiempo de parada o de cierre (s)
 g: aceleración de la gravedad (m/s2)
 ΔH: sobrepresión debido al golpe de ariete
(mca)
 DATOS:
L=5,30 m
V=1,454 m/s
T=0,96 s
g= 9,81 m/s2
𝑚
2(5,80𝑚)(1,454 𝑠 )
𝛥𝐻 = 𝑚
(9,81 2 )(0,96𝑠)
𝑠

ΔH=1,64 m

→ ΔH=1,64 mca

Convertido a kPa

PΔH=16.1 kPa

 EFICIENCIA DE LA BOMBA
H= altura de elevación
h= Altura de alimentación
𝑞𝑏 = Caudal de salida
𝑄𝑝 + 𝑞𝑏 = Caudal de entrada

𝑃𝑢
𝑛= 𝑥100%
𝑃𝑏
𝐿
𝑞𝑏 ∗ 𝐻 0,054 𝑠 ∗ 2𝑚
𝑛= 𝑥100% = 𝑥100%
(𝑄𝑝 + 𝑞𝑏 ) ∗ ℎ 𝐿
0,987 ∗ 0,65𝑚
𝑠
𝑛 = 16,8%
 CONCLUSIONES

- Mediante este proyecto se demostró tanto matemáticamente, gráfica y

visualmente que la bomba de ariete elaborada tiene un flujo de salida bastante
considerable.
- Se ha demostrado y comprobado mediante ensayos éxitos los principio que se
ha empleado durante la construcción de nuestra bomba de ariete.
- Después de la realización de ensayos de demostró que nuestra bomba si serviría
como un mecanismo de producción constante de agua para pueblos indígenas
de capacidad considerable.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
 BVSDE. (2010). “Tecnologías para agua de consumo humano”.
Recuperado de:
http://www.bvsde.paho.org/bvsacg/fulltext/saneamiento/cap5.pdf
 PUCP (Grupo Apoyo Rural). “Bomba de Ariete Hidráulico”. Lima,
Perú.
 ROJAS, A. (2012). “Bomba de Ariete”. Chimbote, Perú. Recuperado
de: https://es.slideshare.net/skan2/bomba-de-ariete
 PUCP (Grupo Apoyo Rural). (2007). “Funcionamiento de la Bomba de
Ariete”. Lima, Perú.
 AYALA, J. (2011). “Bomba de Ariete Hidraulico”. Lima, Perú.
 PERRY, R. “Mecánica de Fluidos”. Tercera Edición.
 GREENE, R. “Válvulas selección, uso y mantenimiento”.
 SEARS & ZEMANSKY. (2009). “Física Universitaria”. México: Pearson
Education.
 ALONSO & FINN. (1986). “Física Volumen 1”. Fondo Educativo
Interamericano S.A
 BERNAL, J. (1979). “Historia Social de la Ciencia”. Editorial
Península.