Cilindro hidráulico

En un modelo simplificado: inicialmente, la válvula de descarga está abierta (es decir, bajada) debido a su propio peso, y la válvula de descarga está cerrada bajo la presión estática de la columna de agua en la salida. El agua en la tubería de entrada comienza a fluir por la fuerza de la gravedad y gana velocidad y energía cinética hasta que la creciente fuerza de arrastre levanta el peso de la válvula de descarga y la cierra. El impulso del flujo de agua en la tubería de entrada contra la válvula de descarga ahora cerrada produce un golpe de ariete que eleva la presión en la bomba por encima de la presión estática causada por la columna de agua en la salida. Este diferencial de presión abre la válvula de descarga y fuerza a que parte del agua fluya hacia la tubería de descarga. Debido a que esta agua es forzada cuesta arriba a través de la tubería de descarga más lejos de lo que cae cuesta abajo desde la fuente, el flujo disminuye; cuando el flujo se invierte, la válvula de retención de descarga se cierra. Mientras tanto, el golpe de ariete del cierre de la válvula de descarga también produce un pulso de presión que se propaga de regreso por la tubería de entrada ^{[ 17 ]} hasta la fuente, donde se convierte en un pulso de succión que se propaga de regreso por la tubería de entrada. ^{[ 18 ]} Este pulso de succión, con el peso o resorte en la válvula, vuelve a abrir la válvula de desechos y permite que el proceso comience de nuevo.

Un recipiente a presión que contiene aire amortigua el choque de presión hidráulica cuando se cierra la válvula de descarga, y también mejora la eficiencia de bombeo al permitir un flujo más constante a través de la tubería de suministro. Aunque en teoría la bomba podría funcionar sin él, la eficiencia caería drásticamente y la bomba estaría sujeta a esfuerzos extraordinarios que podrían acortar considerablemente su vida útil. Un problema es que el aire presurizado se disolverá gradualmente en el agua hasta que no quede nada. Una solución a este problema es separar el aire del agua mediante un diafragma elástico (similar a un tanque de expansión ); sin embargo, esta solución puede ser problemática en países en desarrollo donde es difícil conseguir repuestos. Otra solución es una válvula de purga instalada cerca del lado de accionamiento de la válvula de suministro. Esta aspira automáticamente una pequeña cantidad de aire cada vez que se cierra la válvula de suministro y se desarrolla el vacío parcial. ^{[ 19 ]} Otra solución es insertar una cámara de aire de un neumático de automóvil o bicicleta en el recipiente a presión con algo de aire en su interior y la válvula cerrada. Este tubo es, en esencia, igual que el diafragma, pero está fabricado con materiales más fáciles de conseguir. El aire en su interior amortigua el impacto del agua, al igual que en otras configuraciones.

La eficiencia energética típica es del 60%, pero es posible alcanzar hasta el 80%. Esto no debe confundirse con la eficiencia volumétrica, que relaciona el volumen de agua suministrada con el total de agua extraída de la fuente. La porción de agua disponible en la tubería de suministro se reduce en la proporción entre la altura de suministro y la altura de descarga. Por lo tanto, si la fuente está a 2 metros (6,6 pies) por encima del pistón y el agua se eleva a 10 metros (33 pies) por encima del pistón, solo el 20% del agua suministrada estará disponible, y el 80% restante se desperdiciará a través de la válvula de descarga. Estas proporciones asumen una eficiencia energética del 100%. El volumen real de agua suministrada se reduce aún más por el factor de eficiencia energética. En el ejemplo anterior, si la eficiencia energética es del 70%, el volumen de agua suministrada será el 70% del 20%, es decir, el 14%. Suponiendo una relación de altura de suministro a altura de descarga de 2:1 y una eficiencia del 70%, el volumen de agua descargado sería el 70% del 50%, es decir, el 35%. Las relaciones muy altas entre la altura de descarga y la de suministro suelen resultar en una menor eficiencia energética. Los proveedores de arietes suelen ofrecer tablas con las relaciones de volumen esperadas basadas en pruebas reales.  

Dado que tanto la eficiencia como el ciclo confiable 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 pistón. Los pistones comerciales pueden tener una conexión de entrada diseñada para acomodar esta pendiente óptima . ^{[ 20 ]} El diámetro de la tubería de suministro normalmente coincidiría con el diámetro de la conexión de entrada en el pistón, 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 sean necesarias curvas, deben ser suaves y de gran diámetro. Incluso se permite una espiral grande, pero deben evitarse los codos . El PVC funcionará en algunas instalaciones, pero se prefiere la tubería de acero, aunque es mucho más cara. Si se utilizan válvulas, deben ser de 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 depósito a presión evita que los efectos del golpe de ariete se propaguen a través de ella. Su diseño general se determinará en función de la caída de presión admisible según el caudal previsto. Normalmente, el diámetro de la tubería será aproximadamente la mitad del de la tubería de impulsión, pero para tramos muy largos puede ser necesario un diámetro mayor. Las tuberías de PVC y las válvulas necesarias no suponen ningún problema.

Un émbolo recién puesto en funcionamiento o que haya dejado de funcionar debería arrancar automáticamente si el peso de la válvula de desagüe o la presión del resorte están ajustados correctamente, pero puede reiniciarse de la siguiente manera: ^{[ 17 ]} Si la válvula de desagüe está en la posición elevada (cerrada), debe empujarse manualmente hacia abajo hasta la posición abierta y soltarse. Si el flujo es suficiente, entonces funcionará al menos una vez. Si no continúa funcionando, debe empujarse hacia abajo repetidamente hasta que funcione continuamente por sí solo, generalmente después de tres o cuatro ciclos manuales. Si el émbolo se detiene con la válvula de desagüe en la posición baja (abierta), debe levantarse manualmente y mantenerse arriba el tiempo que sea 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. Luego se puede arrancar manualmente empujándolo hacia abajo varias veces como se describió anteriormente. Tener una válvula en la tubería de suministro en el émbolo facilita el arranque. Cierre la válvula hasta que el émbolo comience a funcionar, luego ábrala gradualmente para llenar la tubería de suministro. Si se abre demasiado rápido, detendrá el ciclo. Una vez que la tubería de suministro esté llena, la válvula puede dejarse abierta.

La falta de suministro de agua suficiente puede deberse a un ajuste incorrecto de la válvula de desagüe, a que haya muy poco aire en el recipiente a presión o, simplemente, a intentar elevar el agua a un nivel superior al que permite el pistón.

El pistón puede dañarse por la congelación en invierno o por la pérdida de aire en el recipiente a presión, lo que provoca una tensión excesiva en sus componentes. Estas fallas requerirán soldadura u otros métodos de reparación, y posiblemente el reemplazo de piezas.

No es raro que un ariete en funcionamiento requiera reinicios ocasionales. El ciclo puede detenerse debido a un ajuste incorrecto de la válvula de descarga o a un flujo de agua insuficiente en la fuente. Puede entrar aire si el nivel de 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 que sea demasiado larga o corta para la caída, o que esté hecha de un material insuficientemente rígido. Una tubería de suministro de PVC puede funcionar en algunas instalaciones, pero una tubería de acero es mejor.