lunes, 31 de marzo de 2014
martes, 18 de marzo de 2014
glosario
Hidrodinámica: Estudia la dinámica de los líquidos.
Para el estudio de la hidrodinámica normalmente se consideran tres aproximaciones importantes:
· Que el fluido es un líquido incompresible, es decir, que su densidad no varía con el cambio de presión, a diferencia de lo que ocurre con los gases.
· Se considera despreciable la pérdida de energía por la viscosidad, ya que se supone que un líquido es óptimo para fluir y esta pérdida es mucho menor comparándola con la inercia de su movimiento.
· Se supone que el flujo de los líquidos es en régimen estable o estacionario, es decir, que la velocidad del líquido en un punto es independiente del tiempo.
Ley de Torricelli: Si en un recipiente que no está tapado se encuentra un fluido y se le abre al recipiente un orificio la velocidad con que caerá ese fluido será:
Número de Reynolds: Indica si el fluido es laminar o turbulento, o si está en la zona de transición. Re <2300Indica laminar, Re>4000 turbulencia.
p Es la densidad.
c La velocidad.
D Es el diámetro del cilindro.
u Es la viscosidad dinámica
Caudal: El caudal o gasto es una de las magnitudes principales en el estudio de la hidrodinámica. Se define como el volumen de líquido <v> que fluye por unidad de tiempo <t> . Sus unidades en el Sistema Internacional son los m3/s y su expresión matemática
ariete hidraulico
Construcción de un ariete hidráulico con el fin de bombear agua sin necesidad de electricidad.
El ariete hidráulico es una máquina de construcción y funcionamiento hasta cierto punto sencillo y no muy costoso, hecha con materiales de plomería tales como: niples, válvulas, tubos, etc. Su utilidad es claramente eficiente ya que hoy en día sabemos que una bomba eléctrica es cara, mientras que el ariete hidráulico aprovecha la elevada presión generada por el fenómeno conocido como “golpe de ariete hidráulico” para impulsar un fluido a una altura superior de su altura inicial. Con esto una persona puede subir agua desde una fuente que se encuentre cerca hasta su hogar. Por el bajo costo de construcción, costo de operación cero y cero contaminación (no se utiliza ningún tipo de energía ni combustible fuera de la fuerza del fluido) se considera que este equipo puede ser utilizado en casi toda actividad donde el caudal inicial de fluido no sea un problema o pueda ser reciclado.
Es posible impulsar un fluido a alturas h que sean muy superiores a 4 veces la altura H, sin embargo la cantidad de fluido de llegada q disminuirá considerablemente haciendo el sistema menos productivo. De acuerdo al diseño se pueden construir bombas de ariete hidráulico de diferentes tamaños como 1”, 2”, 4”, 8”, de esto dependerá el caudal de llegada y por lo tanto la altura final de llegada.
Utiliza el fenómeno conocido como “golpe de ariete” para elevar el agua. Este fenómeno se suele observar cuando se interrumpe repentinamente el flujo del agua en una tubería; lo que pasa inmediatamente es que los tubos se estremecen a causa de una súbita subida de presión al interior de la tubería. Entonces, en la bomba de ariete se interrumpe constantemente el flujo de la tubería de admisión gracias a una válvula check, lo que ocasiona que se suba la presión y parte del agua sea impulsada hacia el tubo que eleva el agua.
El agua se acelera a lo largo del conducto hasta alcanzar una determinada velocidad que hace que se cierre la válvula A; entonces se crea una fuerte presión, ejercida por el agua que se encuentra en movimiento y es detenida de golpe; así permite la apertura de la válvula B y pasa agua al depósito, hasta que se equilibran las presiones; Se abre la válvula A y el ciclo se repite una y otra vez.
El agua pasa a golpes de ariete al depósito, pero sale de este con continuidad ya que el ariete funciona de uno a dos ciclos por segundo. La cámara de aire del depósito es fundamental para su funcionamiento. Para asegurar la permanencia de esta cámara de aire se usa el inclusor de aire que incorpora unas pocas burbujas en cada ciclo.
Las diferentes variables que participan en el funcionamiento del ariete hidráulico, se relacionan de la siguiente forma:
Caudal elevado = (2•Q•h) / (3•H) (en litros/minuto)
Donde:
Q : es el caudal de alimentación en litros por minuto
h : desnivel de trabajo en metros
H : altura de elevación en metros
PROBLEMA.
¿Cómo bombear agua de una altura inicial a una mayor sin necesidad de utilizar electricidad?
OBJETIVO.
Construir un prototipo y comprobar la utilidad del ariete hidráulico dentro del bombeo de agua mediante energía renovable.
DESARROLLO
Un ariete hidráulico solo puede elevar parte del agua que recibe, pero aún así es un dispositivo muy útil considerando que se puede utilizar para aprovechar arroyos o ríos con suficiente pendiente. Es esas situaciones el agua “desechada” regresará a la fuente sin generar desperdicio del preciado líquido.
Esquema general del sistema: Fuente del agua (A), tubo de admisión (B), válvula check de fondo (C), válvula check de paso (D), cámara de aire (E), tubo de subida (F), depósito elevado (G), altura bombeada (H) y desnivel de la fuente del agua (h).
Los elementos que se señalan en el esquema anterior son las distintas partes de un ariete hidráulico. La válvula check de fondo, (C) generalmente se coloca verticalmente hacia arriba para que se abra continuamente y permita salir el agua con cada ciclo. La válvula check de paso (D) permite que el agua suba pero que no baje. La cámara de aire amortigua la presión súbita, perimitiendo de esta forma un flujo parejo. Cada uno de estos componentes son muy accesibles y pueden utilizarse los hechos de PVC.
MATERIALES:
• 1botella de plástico de 2L.
• Reductor tipo campana 1” a ¾”.
• 5 niples PVC de 1” x 1”.
• 2 Tee PVC de 1”.
• 1 reducción de 1” a ½”.
• 1 válvula PVC de ½”.
• 1 codo PVC mixto de ½”.
• 1 válvula check de paso de 1”.
• 1 codo PVC de 1”.
• 1 válvula check de fondo de 1”.
• 1 niple de 1” x 2”
• 1 válvula PVC de 1”.
• Cinta de teflón.
• 1 adaptador PVC de 1”.
• 1 niple PVC ½” x 1.5”.
• 1 abrazadera de 1”.
• 1 abrazadera de ½”.
• Pegamento para PVC.
*Al final para probar el dispositivo puede utilizar una manguera de ½” y una de 1”, o bien un adaptador PVC para otro tipo de tubo o manguera con la que se cuente.
El ariete hidráulico es una máquina de construcción y funcionamiento hasta cierto punto sencillo y no muy costoso, hecha con materiales de plomería tales como: niples, válvulas, tubos, etc. Su utilidad es claramente eficiente ya que hoy en día sabemos que una bomba eléctrica es cara, mientras que el ariete hidráulico aprovecha la elevada presión generada por el fenómeno conocido como “golpe de ariete hidráulico” para impulsar un fluido a una altura superior de su altura inicial. Con esto una persona puede subir agua desde una fuente que se encuentre cerca hasta su hogar. Por el bajo costo de construcción, costo de operación cero y cero contaminación (no se utiliza ningún tipo de energía ni combustible fuera de la fuerza del fluido) se considera que este equipo puede ser utilizado en casi toda actividad donde el caudal inicial de fluido no sea un problema o pueda ser reciclado.
Es posible impulsar un fluido a alturas h que sean muy superiores a 4 veces la altura H, sin embargo la cantidad de fluido de llegada q disminuirá considerablemente haciendo el sistema menos productivo. De acuerdo al diseño se pueden construir bombas de ariete hidráulico de diferentes tamaños como 1”, 2”, 4”, 8”, de esto dependerá el caudal de llegada y por lo tanto la altura final de llegada.
Utiliza el fenómeno conocido como “golpe de ariete” para elevar el agua. Este fenómeno se suele observar cuando se interrumpe repentinamente el flujo del agua en una tubería; lo que pasa inmediatamente es que los tubos se estremecen a causa de una súbita subida de presión al interior de la tubería. Entonces, en la bomba de ariete se interrumpe constantemente el flujo de la tubería de admisión gracias a una válvula check, lo que ocasiona que se suba la presión y parte del agua sea impulsada hacia el tubo que eleva el agua.
El agua se acelera a lo largo del conducto hasta alcanzar una determinada velocidad que hace que se cierre la válvula A; entonces se crea una fuerte presión, ejercida por el agua que se encuentra en movimiento y es detenida de golpe; así permite la apertura de la válvula B y pasa agua al depósito, hasta que se equilibran las presiones; Se abre la válvula A y el ciclo se repite una y otra vez.
El agua pasa a golpes de ariete al depósito, pero sale de este con continuidad ya que el ariete funciona de uno a dos ciclos por segundo. La cámara de aire del depósito es fundamental para su funcionamiento. Para asegurar la permanencia de esta cámara de aire se usa el inclusor de aire que incorpora unas pocas burbujas en cada ciclo.
Las diferentes variables que participan en el funcionamiento del ariete hidráulico, se relacionan de la siguiente forma:
Caudal elevado = (2•Q•h) / (3•H) (en litros/minuto)
Donde:
Q : es el caudal de alimentación en litros por minuto
h : desnivel de trabajo en metros
H : altura de elevación en metros
PROBLEMA.
¿Cómo bombear agua de una altura inicial a una mayor sin necesidad de utilizar electricidad?
OBJETIVO.
Construir un prototipo y comprobar la utilidad del ariete hidráulico dentro del bombeo de agua mediante energía renovable.
DESARROLLO
Un ariete hidráulico solo puede elevar parte del agua que recibe, pero aún así es un dispositivo muy útil considerando que se puede utilizar para aprovechar arroyos o ríos con suficiente pendiente. Es esas situaciones el agua “desechada” regresará a la fuente sin generar desperdicio del preciado líquido.
• 1botella de plástico de 2L.
• Reductor tipo campana 1” a ¾”.
• 5 niples PVC de 1” x 1”.
• 2 Tee PVC de 1”.
• 1 reducción de 1” a ½”.
• 1 válvula PVC de ½”.
• 1 codo PVC mixto de ½”.
• 1 válvula check de paso de 1”.
• 1 codo PVC de 1”.
• 1 válvula check de fondo de 1”.
• 1 niple de 1” x 2”
• 1 válvula PVC de 1”.
• Cinta de teflón.
• 1 adaptador PVC de 1”.
• 1 niple PVC ½” x 1.5”.
• 1 abrazadera de 1”.
• 1 abrazadera de ½”.
• Pegamento para PVC.
*Al final para probar el dispositivo puede utilizar una manguera de ½” y una de 1”, o bien un adaptador PVC para otro tipo de tubo o manguera con la que se cuente.
PROCEDIMIENTO
1) Se unirá la válvula check de fondo a un
conector que ira unido a un codo de pvc de 1”.
2)
Se unirá ese codo, a una tee de pvc de 1”, en uno de las laterales de la tee.
3)
En el orificio superior de la tee, se unirá la válvula check de paso, y en el
otro lateral se unirá un codo de 45° de 1” para que por ahí ingrese el flujo de
agua.
4)
Después de la válvula check de paso, se colocara un tee en forma vertical de
modo que la válvula de paso quede en uno de los laterales, y en el otro ira
nuestra botella, que será la que amortigüe el golpe de ariete.
5)
Finalmente en la parte central de la tee ubicada arriba de la válvula de fondo,
conectaremos una manguera o tubo, que será la salida del agua, es decir que
este tubo o manguera ira hacia el contenedor a donde debemos llevar el agua.
NOTA:
para evitar las fugas a lo largo del recorrido del agua en nuestro dispositivo,
lo que haremos será unir todas las roscas que tengamos, utilizando teflón, para
que no se fugue el agua, así mismo para las uniones con niples para conectar
los pedazos de pvc, emplearemos cemento para pvc.
*El
ariete quedará conectado de acuerdo como lo muestra la siguiente imagen:
Prototipo de ariete hidráulico, elaborado por los
miembros del equipo.
RESULTADOS
1)
En un primer experimento al verte agua en el prototipo, nos dimos cuenta que
existían fugas en la parte inferior de la botella, también notamos que como
vertíamos el agua a través de un embudo, esta no llegaba con suficiente
presión, para realizar el golpe de ariete; el agua lograba salir por la
manguera pero de una manera débil y pausada.
2)Para
el segundo experimento, habíamos
colocado silicón en los bordes de la botella para evitar las fugas que se daban
en esta área, también reemplazamos el verter agua con un embudo, y lo cambiamos
por una ampliación de 1” a 1 ½” para que ahí pudiera embonar una boquilla de
garrafón y así el agua fluyera constante y manteniendo una presión adecuada,
también realizamos un orifico en la parte inferior del garrafón para permitir
la salida de aire y para poder estar rellenando el garrafón mientras se probaba
el prototipo, debemos aclarar que una vez terminado el prototipo, se puede
colocar al pie de un recipiente de mayor tamaño y entonces ya no se necesitara
el garrafón.
ANALISIS
DE RESULTADOS
1)
En el primer experimento se notó un flujo pausado por la falta de presión en el
agua, además el agua expulsad no alcanzaba gran altura por la falta de
velocidad, por lo que es necesario para que funcione exista un flujo constante
y amplio. Además se notó que aproximadamente de los 3 litros que vertimos solo
alcanzó a salir por la parte de la manguera menos de ½ litro, es decir, se
desperdició más del 80 % del agua.
2)
En este segundo experimento se notó que una salida constante y veloz del agua a
través de la manguera ya que se empleó la presión que ejercía el garrafón en el
agua que fluía ´por el prototipo, además esta vez el agua se desperdiciaba
menos por lo que concluimos que es necesario un flujo constante que deviene en una
adecuada presión para que pueda subir a
una altura mayor, en este caso nosotros logramos subir alrededor de una 65% de
agua existiendo un desperdicio total de alrededor de 35% de agua. Por último se
notó que de acuerdo a la altura existente entre la fuente inicial de agua y el
ariete, será el flujo y presión de agua que recorrerá de la fuente al ariete y
en base a esto se determinará a qué tantos metros podrá subir el líquido.
Para
que éste 35% de agua no se desperdicie se podría usar algún tipo de adaptador
en la válvula check de fondo que logré regresar el agua al sistema o bien a la
fuente inicial.
CONCLUSIONES
El
ariete hidráulico es un sistema muy eficiente para muchas personas, sin embargo
no siempre puede ser útil ya que en ocasiones llega a desperdiciar demasiada
agua, para una comunidad que se encuentra cerca de un arrollo o río el ariete
es verdaderamente una posibilidad barata y no contaminable, además de
renovable. Ya que en vista que el sistema se coloca en el mismo arrollo el agua
no se desperdicia y la que escapa por la válvula regresa al arrollo, pero en el
caso de usarlo en una casa en alguna ciudad, resulta ser más complicado y con
mayores problemas de ahorro de agua si es que no se llega a instalar
correctamente.
Un
detalle importante es que no se necesita tener conocimientos avanzados de
física, sino con un poco de lógica y tal vez experiencia empírica en el área de
plomería se puede construir. El estudio y aplicación de la hidrodinámica
resultan ser conocimientos interesantes y útiles que nos llevan a una sociedad
menos contaminante y mayor aprovechamiento intelectual.
FUENTES
DE INFORMACIÓN
-http://www.intikallpa.org/Bomba_de_Ariete/:
Artículo publicado por Vargas Rodríguez Javier.
-http://solucionessolares.blogspot.mx/:
Artículo escrito por Valer Roberto.
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