bomba de ariete hidraulico

1. ¿QUE ES UNA BOMBA DE ARIETE?
Una bomba de ariete es una máquina hidráulica desprovista de motor, capaz de aprovechar la
energía potencial que posee una cantidad de fluido gracias a la sobrepresión producida por el
fenómeno del golpe de ariete, para elevar una parte de ese fluido a una altura considerablemente
mayor.
Esquema de la instalación de una bomba de ariete.
(Fuente: NITSU Energía alternativa)
GOLPE DE ARIETE
Ocurre en la vida diaria con frecuencia. Un ejemplo de ello es el ruido estruendoso que en ocasiones
se produce en instalaciones antiguas, cuando al cerrar un grifo retumba la tubería entera. Ese ruido
es señal de que el agua que se desplazaba a una cierta velocidad se ha detenido casi
instantáneamente, transmitiendo de golpe la energía cinética que poseía.
Proceso del golpe de ariete en una tubería
(Fuente: Cultura del Dia)

2. RESEÑA HISTORICA
La primera bomba de ariete conocida se atribuye al inglés John Whitehurst en 1772. Este ilustre
personaje experimentaba con el agua que fluía rápidamente por los tubos, y en su cervecería,
ubicada en el condado de Cheshire, inventó una máquina muy rudimentaria, la cual era accionada
manualmente. Este hydram, al que denominó “pulser pump” estaba accionado por un grifo en una
tubería conectada a un tanque de abasto, en un nivel superior, para provocar el fenómeno físico
conocido como golpe de ariete, el cual le permitió elevar el líquido a un tanque de almacenamiento
colocado a 4.9 metros de altura.
Esquema de funcionamiento del ariete ideado por John Whitehurst
1. Tanque de entrega
2. Tubería inclinada
3. Válvula principal
4. Tubería auxiliar
5. Válvula o grifo
6. Cámara de aire
7. Tubería de subida
8. Tanque elevado
Unos años después, en 1776, la sagacidad humana añadió elementos al invento de John Whitehurst
y se fabricó el primer ariete hidráulico auto activante de la mano de los hermanos Montgolfier, cuya
mejora consistía en que ya no se necesitaba de ninguna fuerza externa para abrir la válvula de
impulso, sino que era la propia fuerza inherente del agua la que se encargaba de realizar esa tarea.
A este nuevo prototipo le denominó “belier hydraulique”.

3. Esquema del ariete hidráulico ideado por Joseph Michael Montgolfier, construido con el mismo
principio de funcionamiento de los equipos actuales
FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA DE ARIETE
En un principio, la válvula de impulso se encuentra abierta como consecuencia del propio peso que
la mantiene en esa posición, mientras que la válvula de descarga se encuentra cerrada. Desde la
fuente de suministro el agua fluye por la tubería de alimentación, mientras va adquiriendo una
aceleración, atravesando el cuerpo del ariete y escapando a través de la válvula de impulso.
A medida que transcurre un pequeño periodo de tiempo, el agua que circula por la tubería de
alimentación alcanza cierta aceleración suficiente para que la presión dinámica del fluido actúe
sobre la válvula de impulso, venciendo su propio peso, y la cierre. Esta interrupción del flujo de agua
produce una sobrepresión instantánea de gran empuje, conocida como golpe de ariete, que obliga
a abrir la válvula de descarga o válvula check, entrando el flujo de agua hacia el pulmón,
comprimiendo el aire que ahí se encuentra.

4. Una vez disipada la sobrepresión generada en el pulmón, y por lo tanto igualada la presión a uno y
a otro lado de la válvula anti retorno, el aire comprimido actúa como una especie de muelle,
transmitiendo al fluido la presión que se ha acumulado en el aire de la cámara, provocando el cierre
la válvula check y el bombeo del agua a través de la tubería de descarga.
Cuando la presión del aire, en la cámara, aumenta hasta ser igual o mayor que la fuerza impulsora
ocurre el retroceso de agua cerrando la válvula de descarga y abriendo la válvula de impulso, con lo
que se repite de nuevo el ciclo. El retroceso del 26 agua permite la inyección de aire por medio de
la válvula de aire, con el fin de compensar el aire absorbido por el agua.
El ciclo de bombeo del ariete hidráulico ocurre de forma muy rápida, repitiéndose este fenómeno
del orden de 40 a 120 veces por minuto (Jeffery et al. 1992). Durante cada ciclo sólo un pequeño
volumen de agua logra alcanzar el depósito de descarga como consecuencia de que mucha cantidad

5. de fluido escapa a través de la válvula de impulso. Sin embargo, ciclo tras ciclo, las 24 horas diarias,
los 365 días del año, hace que el caudal elevado sea significativo.
TIPOS DE BOMBA DE ARIETE
A lo largo de la historia de la bomba de ariete, los constructores de estas han variado algunos
aspectos constructivos con uno u otro objetivo, ya sea para adaptarla a un caudal de entrada mínimo
(ariete de arroyuelo), para conseguir alturas de funcionamiento mayores, para hacerla más
robusta… o simplemente por razones estéticas. Obviamente pueden cambiar ciertos aspectos de la
bomba, pero el principio de funcionamiento seguirá siendo exactamente el mismo.
Las dos piezas que más frecuentemente varían de una bomba de ariete a otra, son la válvula de
choque y el depósito de aire.
La válvula de choque suele estar orientada hacia arriba, de forma que la gravedad ayude a la
propia válvula a abrirse una vez se haya producido el cierre repentino. Sin embargo, pueden
verse bombas en las que nos encontremos la válvula colocada horizontalmente, o incluso
orientada hacia abajo, y dotada de un sistema de pesos o resortes que la ayuden a abrirse una
vez cerrada. Estos pesos o resortes son de vital importancia si queremos dotar a nuestra bomba
de un amplio rango de funcionamiento, ya que el peso de la válvula de choque definirá la
velocidad que tendrá que llevar el agua para cerrarla, y esta velocidad al cierre influirá muchísimo
en el funcionamiento de la bomba. De hecho, es común en muchas bombas de ariete que este
parámetro pueda verse modificado, dotando a la bomba de versatilidad de funcionamiento.

6. El depósito de aire también sufre variaciones de una construcción a otra, y además es común
encontrar sistemas que garanticen que en el depósito siempre haya una cierta cantidad de aire,
ya que la cantidad de aire normalmente se va reduciendo lentamente con el tiempo, debido a
las minúsculas pérdidas, y a que una pequeña parte de este aire se disuelve en el agua que le
rodea. Soluciones frecuentes suelen ser añadir junto a la válvula de NR una “válvula de purga de
aire que gracias al efecto Venturi succiona del exterior una pequeña cantidad de aire cada vez
que pasa fluido por la válvula de NR. Otra forma de asegurar que siempre haya aire en la cámara
es introducir en ésta elementos estancos con aire.
BOMBAS DE ARIETE EN PARALELO
Cuando la fuente de agua que se dispone es grande y caudalosa, puede encontrarse varias bombas
de ariete trabajando a la vez, unidas a la misma tubería de elevación. Es lo que se conoce como una
instalación de bombas de ariete conectadas en paralelo.
ARIETE MULTIPULSOR
El ariete hidráulico multipulsor sustituye la única válvula de los arietes convencionales por un
conjunto adecuado de válvulas en posiciones óptimas con el fin de aumentar la potencia y los
rendimientos. Esto permite una baja relación entre la velocidad máxima del agua en el sistema y la
velocidad del agua en el momento de cierre de las válvulas con un mínimo de contra impulso, lo que

7. permite reducir el largo y el diámetro del tubo de impulso. También permite utilizar un solo tubo de
impulso con varias unidades multipulsoras, lo que permite aumentar la potencia frente a los arietes
convencionales que necesitan diseñar el equipo en función de un diámetro dado.
Ariete hidráulico multipulsor con tres válvulas
Ariete hidráulico multipulsor, modelo AH-4 (IMPAG) con 10 válvulas

8. 1. DISEÑO
Conceptos previos:
Hidráulica.- Ciencia que estudia el comportamiento y la energía que generan los fluidos.
Energía cinética.- Es denominada en la hidráulica, como el trabajo necesario para que un fluido se
desplace de una masa establecida que se encuentra en reposo hasta cierta velocidad.
Energía potencial.- Energía que tiene un cuerpo que está a determinada altura sobre el suelo.
Bomba hidráulica.- Es una máquina necesaria para aumentar la presión de un fluido incorporando
energía al sistema hidráulico y trasladar el líquido de una zona de menor presión a otra de mayor
mediante la impulsión y aspiración.
Golpe de ariete.- Este fenómeno físico es muy frecuente en instalaciones hidráulicas con flujos a
presión, debido al cambio brusco de velocidad de un flujo en tuberías llenas como es este el caso de
abrir válvulas que permiten controlar el líquido en una conducción es así que el golpe de ariete se
define como un fenómeno perjudicial pues puede provocar sobre presiones e incluso llegar a la
rotura de los sistemas al existir fuertes alteraciones de presión.
“El golpe de ariete no está relacionado con variaciones graduales en la presión y/o la velocidad del
fluido, sino con un cambio brusco. Este tipo de fenómenos se propaga aproximadamente a la
velocidad del sonido: se inicia por el cierre de una válvula, y termina desvaneciéndose por el
amortiguamiento o fricción en la tubería a presión.
Criterios Hidráulicos
“La instalación de un sistema de bombeo no debe entenderse como armar las piezas y ponerla en
operación. Se requiere de una serie de cálculos sencillos pero fundamentales para determinar, a
partir de los datos de partida, las características de la bomba como su rendimiento, caudal de
descarga y altura máxima de elevación o de bombeo.”
Requisitos hidráulicos de instalación
● Caudal de impulsión.
● Dimensionamiento del tanque de impulsión
● Altura de descarga
● Longitud de la tubería de impulsión.
● Diámetro de la tubería de impulsión.
Componentes de un sistema de ariete
“Consta de lo siguiente: “Fuente de alimentación ubicada a una altura; tubería de impulso, lleva un
caudal; Válvula de impulso; válvula de retención; cámara de aire; tubería de descarga, lleva un
caudal; Tanque de abastecimiento, donde se realiza la descarga a una altura.”

9. Reservorio de alimentación (2): Constituye la fuente de suministro de agua y permite la entrada a la
tubería de alimentación.
Tubería de alimentación (3): Conducto rígido relativamente corto, que cubre totalmente el salto
hidráulico, conduciendo el agua desde el reservorio de alimentación hasta la válvula de impulso.
Válvula de control (5): Es una válvula que sirve para detener el flujo de ingreso, cuando se requiere
parar la bomba de ariete en caso de efectuar mantenimiento.
Válvula de impulso (6): Elemento principal, válvula ubicada en el extremo aguas debajo de la tubería
de alimentación, cuyo cierre instantáneo origina la sobrepresión que permite bombear parte del
agua de alimentación del ariete, y cuya apertura permite la salida o alivio.
Válvula de aire (7): Un pequeño orificio ubicado en la zona de válvula, permite ingresar y restituir
lentamente el aire que se pierde al mezclarse con el agua y salir junto con ella a través de la tubería
de descarga.
Válvula de retención (8): Válvula de tipo check, localizada al ingreso de la cámara de aire, cuya
apertura origina el paso de una parte del gasto de alimentación (Q) hacia la cámara de aire y cuyo
cierre evita el flujo en sentido opuesto.
Cámara de presión (9): Ubicada inmediatamente por encima de la válvula de retención, el aire
comprimido que en ella se confía, permite el ascenso del agua a través de la tubería de descarga, al
actuar en forma similar a la de un resorte.
Tubería de descarga (11): Conducto que transporta el agua desde la cámara de aire hasta el
reservorio de almacenamiento o sistema de distribución. No necesariamente esta línea de
conducción tiene que ser rígida.
Funcionamiento de la bomba de ariete
Se requiere de un desnivel de agua constante denominada altura de alimentación (1), como mínimo
desde 1.0 metro de altura; que puede ser el agua proveniente de un rio, canal o manante, el agua
debe ser sedimentada y filtrada para evitar que se obstruyan las válvulas. Al abrir la válvula de
Fig. Nº 01: Componentes de un sistema de ariete.
Fuente: Elaboración propia.

10. control (5) el agua del reservorio de almacenamiento (2) desciende por la tubería de alimentación
(3) en una cantidad denominada caudal de alimentación (4) con elevada energía cinética, luego en
un corto tiempo se cierra bruscamente la válvula de impulso (6). Esta detención repentina del flujo
origina un aumento brusco o golpe de presión.
Por el principio de acción y reacción en la válvula de impulso (6) se originan sobre-presiones en
sentido contrario. Por un lado, parte del agua pasa a través de la válvula de retención - check (8) a
la cámara de presión, comprimiendo el aire de la cámara (9). Cuando se agota la energía de presión,
se cierra la válvula de retención (8) y el aire de la cámara (9) se descomprime elevando el caudal
(10) por la tubería de bombeo (11) hasta el reservorio (12) ubicado a la altura (13).
Al mismo tiempo que el agua ingresa a la cámara de presión (9) parte del agua retrocede por la
tubería de alimentación (3), ocasionando una presión de succión en la válvula de impulso (5), que
ayuda al mecanismo de la válvula (6) en abrir la misma, igualmente la presión de succión activa la
válvula de aire (7) permitiendo el ingreso de aire al sistema que renueva el aire de la cámara (8),
luego de este proceso se repite nuevamente el ciclo.
Funcionamiento
Una de las recomendaciones para que la bomba entre en correcto funcionamiento es la pendiente
que estará entre los 10º a 45º, la cual permitirá que el fluido acelere por gravedad, hasta que
encuentre la velocidad suficiente y cierre la válvula de impulso, inmediatamente se producirá una
fuerte presión.
El cierre repentino de la válvula produce una sobrepresión en el tubo de alimentación denominada
como golpe de ariete el cual por acción de la misma abrirá la válvula cheque y subirá un chorro de
agua a la cámara de aire que representa un amortiguador comprimiendo el aire.
El aire contenido en la cámara es comprimido y, a continuación, se expande y fuerza al agua de la
cámara en el tubo de flujo de salida. Cómo invierte el flujo, la válvula de impulsión se cierra. Si todo
el flujo de agua se ha detenido, la válvula cheque cargado vuelve a abrir, lo que permite que el
proceso comienza de nuevo.
“El ciclo de bombeo del ariete hidráulico ocurre de forma muy rápida, repitiendo este fenómeno del
orden de 40 a 120 veces por minuto (Jeffery et al. 1992). Durante cada ciclo sólo un pequeño
volumen de agua logra alcanzar el depósito de descarga como consecuencia de que mucha cantidad
de fluido escapa a través de la válvula de impulso. Sin embargo, ciclo tras ciclo, las 24 horas diarias,
los 365 días del año, hace que el caudal elevado sea significativo.”
Características de la bomba de ariete
El ariete hidráulico contiene las siguientes características:
● Su vida útil es larga y funciona correctamente las 24 horas del dia.
● Es ecológico, eficiente y su elaboración es muy sencilla.
● No tiene costo de mantenimiento.
● Es un sistema económico.

11. ● Que funciona aprovechando la energía renovable.
Datos de partida para la bomba
● Altura de alimentación.
● Altura de descarga.
● Caudal disponible de alimentación.
● Caudal de descarga
Rendimiento
El rendimiento de la bomba de ariete es fundamental para especificar qué porcentaje podrá
bombear, está en función de las alturas del fluido tanto de suministro como de descarga Hd/Hs.
2. PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DEL ARIETE
2.1. Ubicación de la bomba
La ubicación donde se va a ocupar la bomba es la etapa fundamental para el diseño, que estará en
función a las necesidades, teniendo en cuenta que es muy común en zonas donde exista
determinada inclinación.
2.2. Altura de entrega
La altura de entrega está en función de elevar el caudal a un determinado nivel, puede elevarse
desde 4 a 12 veces la altura de alimentación.
En este parámetro se demostrará que esta bomba de ariete llega a una altura de entrega de mínimo
6 m.
2.3. Altura de suministro
Para determinar la altura de suministro para llegar a la altura de descarga es necesario tomar en
consideración la siguiente ecuación teniendo como rango de 1 a 12 metros.

12. Hd= Altura de descarga. (m)
Hs= Altura de suministro. (m)
2.4. Tubería de suministro
Esta tubería es muy esencial para el desarrollo del proyecto puesto que cumple dos funciones
principales como soportar los efectos que ocasionan el golpe de ariete, permitir el acceso del agua
al cuerpo del ariete hidráulico.
Es recomendable que la tubería sea de acero galvanizado puesto que al ser de material plástico o
PVC sería propenso a dañarla ya que la sobrepresión originada por el golpe de ariete sería muy
fuerte, es decir, en caso de utilizar materiales inapropiados como plásticos obligará al constante
mantenimiento y posibles fugas en la tubería. La bomba funcionará correctamente siempre y
cuando cumpla si la relación entre la longitud y diámetro estén dentro del rango establecido.
Donde:
L= Longitud de tubería. (m)
D= Diámetro interior. (m)
2.5. Tubería de entrega
Su función primordial de la tubería de entrega es transportar el líquido vital hasta su descarga, en
donde el diámetro de la misma se lo encontrara dividiendo para dos de la tubería de suministro.
2.6. Caudal de entrega (q)
Se lo calcula con la siguiente ecuación:
Donde:
Hs= es la altura de suministro. (m)
Q= Caudal de alimentación.
Hd: Altura de descarga. (m)
2.7. Caudal libre
“El caudal libre es obtenido con la consideración de que la válvula de impulso se mantenga inmóvil
permitiendo que el agua fluya hacia la atmósfera sin ninguna interrupción.”
Para resolver problemas con pérdidas de energía, provocadas por la fricción interna en un conducto
es necesario aplicar la ecuación de Bernoulli que facilita la obtención de la velocidad del flujo en el
interior de la misma.

13. Donde:
P1= Presión en el punto 1 (Pa)
P2= Presión en el punto 2 (Pa)
ϒ = Peso específico del agua (N/m3 )
V1= Velocidad en el punto 1 (m/s)
V2= Velocidad en el punto 2 (m/s)
hA= Energía añadida por un dispositivo mecánico.
hL= Energía removida por un dispositivo mecánico.
Hr= Pérdidas de energía (mayores y menores) (m)
g= Gravedad (m/s2)
2.8. Pérdidas de energía
“El flujo de fluidos a través de conductos cerrados, involucra pérdidas de energía, debidas
principalmente a la naturaleza de las paredes de los tubos (rugosidad), en el caso de secciones rectas
de tuberías. En accesorios, como codos a 90°, más bien se producen perturbaciones de la corriente
que origina remolinos y vórtices que intensifican las pérdidas.”
“Ecuaciones constitutivas o de acople son necesarias para el establecimiento del equilibrio
hidráulico. En el caso de transporte de fluidos en tuberías, estas contabilizan la pérdida de carga por
efecto -principalmente- de la fricción y turbulencia. Las pérdidas de energía son de tipo mayores o
distribuidas (h l ) y menores o localizadas ( h lm ), la suma de estas es conocida como pérdida de
carga total ( h lT )”
2.9. Pérdidas mayores
Estas pérdidas se deben al rozamiento de un fluido con el conducto, se utiliza la ecuación de Darcy
Weisbach:
Donde:
f = Factor de fricción.
L= Longitud de la corriente de flujo. (m)
D= Diámetro de la tubería. (m)

14. V2= Velocidad en el punto 2.
g= Gravedad (m/s )
2.10. Pérdidas menores
Estas pérdidas suceden cuando existe un cambio en el recorrido del fluido, por la presencia de
accesorios o válvulas.
Donde:
k= coeficiente de resistencia al flujo.
V2= Velocidad en el punto 2.
2.11. Número de Reynolds. (NRE)
El número de Reynolds es un número adimensional que permite identificar el tipo de flujo.
Donde:
V= Velocidad del fluido.
D= Diámetro de la tubería. (m)
ν = Viscosidad relativa.
2.12. Caudal de suministro (Q)
Al existir varias pérdidas de energía ya sean mayores por la fricción de un fluido o menores por la
presencia de elementos que forman parte del sistema (accesorios, válvulas) la bomba de ariete no
utiliza toda la cantidad de agua que proviene del tubo de alimentación.
La eficiencia es directamente proporcional a la cota de toma con la de suministro, así mismo es
inversamente proporcional a la altura de suministro, en donde se encuentra en un rango de 20 a
90%, en caso de desconocer su valor se asume un 50%.
Donde:

15. q = Caudal de entrega.
Hd= Altura de descarga. (m)
Hs= Altura de suministro. (m)
η = Eficiencia. (%)
2.13. Caudal desechado (Qp)
El caudal desechado es considerado como el agua que el ariete hidráulico expulsa a la atmósfera.
Q= q + Qp
Donde:
Q= Caudal de suministro.
q = Caudal de entrega.
2.14. Potencia de la bomba de ariete (P)
La potencia que se necesita para elevar el flujo está en función del peso específico, caudal y altura
de entrega.
Donde:
γ = Peso específico del agua.
q = Caudal de descarga.
Hd= Altura de descarga. (m)
REFERENCIAS
 L. L. G. José María Romero Guerrero, «EL ARIETE HIDRÁULICO. PROYECTO E,» Diseño y
Tecnología para el Desarrollo, nº 1, pp. 224-2367, 2014.
 W. R. C. M. R. P. MuAoz2, «Modelo numØrico del golpe de ariete con Scilab,» REVISTA
INGENIERË A E INVESTIGACI&N, vol. 27, nº 3, pp. 98-105, 2007.
 G. Kaless, «Una nueva aproximación para la evaluación del golpe de ariete incluyendo la
condición inicial de presurización de la instalación y del fluido,» Ingeniería del agua, vol. 20,
nº 2, pp. 59-72, 2016.