Un ariete hidráulico tradicional tiene sólo dos partes móviles, una válvula de «desecho» cargada por resorte o peso, a veces conocida como válvula «clack», y una válvula de retención de «entrega», lo que hace que sea barato de construir, fácil de mantener y muy fiable.
El ariete hidráulico de Priestly, descrito en detalle en la Enciclopedia Británica de 1947, no tiene partes móviles. NOTA: Esta bomba dice no tener válvulas móviles y utiliza aire a alta presión, por lo que puede ser en realidad una bomba Pulser.
Secuencia de funcionamientoEditar
1. Entrada – tubería de impulsión
2. Flujo libre en la válvula de descarga
3. Salida – tubería de impulsión
4. Válvula de descarga
5. Válvula de retención de entrega
6. Recipiente de presión
En la figura 2 se muestra un ariete hidráulico simplificado. Inicialmente, la válvula de residuos está abierta (es decir, bajada) debido a su propio peso, y la válvula de entrega está cerrada bajo la presión causada por la columna de agua de la salida . El agua en la tubería de entrada empieza a fluir bajo la fuerza de la gravedad y va cogiendo velocidad y energía cinética hasta que la creciente fuerza de arrastre levanta el peso de la válvula de residuos y la cierra. El impulso del flujo de agua en la tubería de entrada contra la válvula de descarga ahora cerrada provoca un golpe de ariete que eleva la presión en la bomba por encima de la presión causada por la columna de agua que presiona desde la salida. Este diferencial de presión abre ahora la válvula de descarga, y obliga a que parte del agua fluya hacia la tubería de descarga. Debido a que esta agua está siendo forzada a subir por la tubería de impulsión más que a bajar desde la fuente, el flujo se ralentiza; cuando el flujo se invierte, la válvula de retención de impulsión se cierra. Mientras tanto, el golpe de ariete provocado por el cierre de la válvula de descarga también produce un pulso de presión que se propaga de nuevo por la tubería de entrada hasta la fuente, donde se convierte en un pulso de succión que se propaga de nuevo por la tubería de entrada. Este pulso de succión, con el peso o el muelle de la válvula, vuelve a abrir la válvula de residuos y permite que el proceso comience de nuevo.
Un recipiente a presión que contiene aire amortigua el choque de la presión hidráulica cuando la válvula de residuos se cierra, y también mejora la eficiencia del bombeo al permitir un flujo más constante a través de la tubería de suministro. Aunque, en teoría, la bomba podría funcionar sin él, el rendimiento disminuiría drásticamente y la bomba estaría sometida a tensiones extraordinarias que podrían acortar considerablemente su vida útil. Uno de los problemas es que el aire presurizado se disolverá gradualmente en el agua hasta que no quede nada. Una solución a este problema es hacer que el aire se separe del agua mediante un diafragma elástico (similar a un depósito de expansión); sin embargo, esta solución puede ser problemática en los países en desarrollo, donde es difícil conseguir recambios. Otra solución es una válvula de aspiración instalada cerca del lado de accionamiento de la válvula de suministro. Esta válvula inhala automáticamente una pequeña cantidad de aire cada vez que la válvula de suministro se cierra y se produce el vacío parcial. Otra solución es introducir una cámara de aire de un neumático de coche o de bicicleta en el recipiente de presión con algo de aire dentro y la válvula cerrada. Este tubo es, en efecto, lo mismo que el diafragma, pero se implementa con materiales más disponibles. El aire en el tubo amortigua el choque del agua igual que lo hace el aire en otras configuraciones.
EficienciaEditar
Una eficiencia energética típica es del 60%, pero hasta el 80% es posible. Esto no debe confundirse con la eficiencia volumétrica, que relaciona el volumen de agua entregada con el agua total tomada de la fuente. La porción de agua disponible en la tubería de entrega se reducirá en función de la relación entre la altura de entrega y la altura de suministro. Así, si la fuente está a 2 metros por encima del ariete y el agua se eleva a 10 metros por encima del ariete, sólo puede estar disponible el 20% del agua suministrada, el otro 80% se derrama a través de la válvula de descarga. Estas proporciones suponen una eficiencia energética del 100%. El agua real suministrada se reducirá aún más por el factor de eficiencia energética. En el ejemplo anterior, si la eficiencia energética es del 70%, el agua suministrada será el 70% del 20%, es decir, el 14%. Suponiendo una relación de 2 a 1 entre la cabeza de suministro y la cabeza de entrega y una eficiencia del 70%, el agua entregada será el 70% del 50%, es decir, el 35%. Las relaciones muy elevadas entre la cabeza de suministro y la de entrega suelen dar lugar a una menor eficiencia energética. Los proveedores de arietes suelen proporcionar tablas con las relaciones de volumen esperadas basadas en pruebas reales.
Diseño de la tubería de impulsión y entregaEditar
Dado que tanto la eficiencia como el ciclo fiable dependen de los efectos del golpe de ariete, el diseño de la tubería de impulsión es importante. Debe ser entre 3 y 7 veces más larga que la distancia vertical entre la fuente y el ariete. Los arietes comerciales pueden tener un accesorio de entrada diseñado para adaptarse a esta pendiente óptima. El diámetro de la tubería de impulsión suele coincidir con el diámetro del accesorio de entrada del ariete, que a su vez se basa en su capacidad de bombeo. La tubería de impulsión debe ser de diámetro y material constantes, y debe ser lo más recta posible. Cuando sea necesario hacer curvas, éstas deben ser suaves y de gran diámetro. Incluso se permite una gran espiral, pero deben evitarse los codos. El PVC funcionará en algunas instalaciones, pero es preferible la tubería de acero, aunque es mucho más cara. Si se utilizan válvulas, deben ser del tipo de flujo libre, como una válvula de bola o una válvula de compuerta.
La tubería de impulsión es mucho menos crítica, ya que el recipiente a presión evita que los efectos del golpe de ariete se desplacen por ella. Su diseño general estaría determinado por la caída de presión admisible en función del caudal previsto. Por lo general, el tamaño de la tubería será aproximadamente la mitad del de la tubería de suministro, pero para tramos muy largos puede estar indicado un tamaño mayor. La tubería de PVC y las válvulas que sean necesarias no suponen ningún problema.
Inicio del funcionamientoEditar
Un ariete recién puesto en funcionamiento o que ha dejado de ciclar debería arrancar automáticamente si el peso de la válvula de residuos o la presión del muelle están ajustados correctamente, pero puede reiniciarse de la siguiente manera: Si la válvula de residuos está en la posición elevada (cerrada), debe empujarse manualmente a la posición abierta y soltarse. Si el flujo es suficiente, entonces hará un ciclo al menos una vez. Si no continúa el ciclo, se debe empujar hacia abajo repetidamente hasta que se cicle de forma continua por sí misma, normalmente después de tres o cuatro ciclos manuales. Si el ariete se detiene con la válvula de residuos en la posición baja (abierta), debe levantarse manualmente y mantenerse así durante el tiempo necesario para que la tubería de suministro se llene de agua y para que las burbujas de aire suban por la tubería hasta la fuente. Esto puede llevar algún tiempo, dependiendo de la longitud y el diámetro de la tubería de suministro. A continuación, se puede poner en marcha manualmente empujando hacia abajo unas cuantas veces, como se ha descrito anteriormente. Tener una válvula en la tubería de suministro en el ariete facilita el arranque. Cierre la válvula hasta que el ariete comience a funcionar, y luego ábrala gradualmente para llenar la tubería de suministro. Si se abre demasiado rápido, se detendrá el ciclo. Una vez que la tubería de suministro está llena, la válvula puede dejarse abierta.
Problemas comunes de funcionamientoEditar
La falta de suministro de agua suficiente puede deberse a un ajuste incorrecto de la válvula de descarga, a tener demasiado poco aire en el recipiente de presión o simplemente a intentar elevar el agua por encima del nivel del que es capaz el ariete.
El ariete puede resultar dañado por la congelación en invierno o por la pérdida de aire en el recipiente de presión, lo que provoca un exceso de tensión en las piezas del ariete. Estos fallos requerirán soldadura u otros métodos de reparación y quizás la sustitución de piezas.
No es raro que un ariete en funcionamiento requiera reinicios ocasionales. El ciclo puede detenerse debido a un mal ajuste de la válvula de residuos, o a un flujo de agua insuficiente en la fuente. Puede entrar aire si el nivel del agua de suministro no está al menos unos centímetros por encima del extremo de entrada de la tubería de suministro. Otros problemas son la obstrucción de las válvulas con residuos, o una instalación incorrecta, como el uso de una tubería de suministro de diámetro o material no uniforme, con curvas pronunciadas o un interior rugoso, o una demasiado larga o corta para la caída, o fabricada con un material insuficientemente rígido. Un tubo de suministro de PVC funcionará en algunas instalaciones, pero no es tan óptimo como el acero.