Bomba de ariete - Pablo Cavero

ENERGÍAS RENOVABLES BOMBA DE ARIETE HIDRAULICO

El agua: un manantial de desarrollo
Es un recurso de uso casi infinito:en nuestros hogares, campos y fábricas. Captamos su energía mediante la hidroeléctrica, pescamos en ella por deporte y para alimentarnos, usamos su superficie para recreación y para el transporte, sacia nuestra sed, nutre nuestros bosques,y acarrea desperdicios y desechos industriales hasta el mar. El agua es tan vital que puede significar la diferencia entre el bienestar o la crisis económica. Actualmente ya se ha producido crisis energética en los países desarrollados por la falta de agua.

Antecedentes: Este invento de los hermanos Montgolfier en 1796, fue rescatado en los años 50 para luego ser olvidado por tener una baja eficiencia. Se fabrican muy poco en Sudamérica. En Inglaterra trataron de mejorar el diseño (DTU).En Chile se hizo un modelo por computadora, pero la eficiencia es muy baja (7%).En Perú mediante el sistema de hacer un modelo y trabajar con datos reales, y resolver como si fuera un problema de flujo en tuberías de Fe. y P.V.C , se están diseñando y fabricando nuevos modelos mas eficientes (60%),para bajar costos y ponerlos al alcance del agricultor. Modelos desde 1”,2 , 3,4, 6,pulgadas de diámetro, con el empleo de conexiones de tuberías para facilitar su construcción y mantenimiento. Bomba de ariete Nº1

Condiciones para operación:
Se requiere un desnivel constante de agua mínimo de 0.3 metros de altura; el agua proveniente de un río, canal o estanque debe ser sedimentada y filtrada para mejorar su calidad y evitar que se obstruyan las válvulas.
Cuando no hay caída de agua se puede usar una tubería, tal que en una distancia razonable podamos obtener un desnivel superior a 0.3 metros. En ese punto se puede colocar una chimenea o hacer un reservorio para instalar la tubería motriz
Considerando una pendiente de 1%, es posible obtener un metro de desnivel en 100 metros de distancia tal como se explica en el gráfico.
Mediante una rueda hidráulica se puede accionar una
bomba de caracol para elevar el agua para la bomba de ariete.

Bomba de ariete Nº 2

Vál.de aire 1 2 3 5 4 6 Esquema de funcionamiento de la bomba de ariete

Funcionamiento de la bomba de ariete:
La ecuación de la energía de Bernoulli dice que la suma de la presión, velocidad y altura es una constante.
Al descender el agua por la tubería con energía cinética (1) a gran velocidad, cierra bruscamente la válvula de impulso (2).
Esta detención origina un aumento brusco o golpe de presión. Se abre la válvula check de descarga (4) y parte del agua comprime el aire de la Cámara. (5)
Cuando se acaba la energía se cierra la válvula de descarga, el aire de la cámara se descomprime elevando el agua por la tubería de bombeo .(6)
Por el principio de acción y reacción el agua de la tubería (3) retrocede, ocasionado una succión en la válvula de aspiración que renueva el aire de la cámara y por pérdida de presión se produce la apertura de la válvula de impulso para repetir el ciclo.
Bomba de ariete Nº4

Aplicaciones:
Las bombas de ariete nos permiten accionar aspersores o elevar agua a tanques, colinas, andenes, riego de chacras, abrevaderos de animales, piscigranjas, etc. a una altura de 10 a 16 veces la altura de alimentación del agua.
Se pueden instalar en serie o en paralelo.
Cuando se instalan en paralelo, se puede utilizar una sola tubería de descarga.

Ventajas:
No requiere electricidad, combustible ni mano de obra para su funcionamiento.
Todo el equipo es de bajo costo, las piezas se encuentran en el mercado local.
Los modelos con conexiones, de tuberías son re potenciables.
El mantenimiento es mínimo y su reparación se hace en cualquier taller de gasfitería.
Funciona automáticamente con nivel constante de agua.
Suministra agua enriquecida con oxígeno.
Con una manguera de PVC acciona un aspersor.
Bomba de ariete con micro aspersores

Modelo de bomba de Ariete Nº 1 Fabricada en PVC y Fe Altura máxima de bombeo, 60m. Altura de caída: 1m. Diámetro de la tubería de impulso: 1”

Esquema gráfico de la Bomba de ariete Nº2 fabricada con conexiones de tubería galvanizada

Sistema de elevación del Nivel del agua

Bomba de ariete Nº4 y 4-2 fabricada con accesorios de tubería

Bomba de ariete Nº4 Construida con cámara de aire de PVC, tubos, accesorios, nipples y discos soldables de Fe. Con tubería PVC de clase 10 de 4 “de diámetro y una longitud de 12m. Enterrada 50cm de profundidad con chimenea anclada en concreto. Altura de caída 2.5 m. Altura de elevación 20m. Longitud de tubería de bombeo de 200 metros. Base de la bomba anclada en losa de concreto. Acciona un aspersor de ¾” que riega una superficie circular de 22m. de diámetro.

RENDIMIENTO EN TUBERÍAS DE ACERO Y PVC

Tipos de Instalaciones de arietes

BANCO DE PRUEBAS DE BOMBAS DE ARIETE U.N.A.L.M

Un Ariete hidráulico es un dispositivo que utiliza la energía de la caída de agua para elevar una menor cantidad de agua a una mayor altitud que la fuente. Ver la figura 1. Hay sólo dos piezas móviles, por lo tanto, hay poco desgaste. Los Arietes hidráulicos son económicos y fáciles de instalar. Pueden construirse con planos detallados y, bien instalados darán muchos años de servicio sin Costo de bombeo. Por esta razón, el Ariete hidráulico es una solución atractiva donde existe una caída de agua. Un Ariete debe ser considerado cuando hay una fuente que puede proporcionar por lo menos siete veces más agua de la que bombea. El agua debe estar libre de basura y arena. Debe haber un sitio para el Ariete por lo menos 0.5m por debajo de la fuente de agua para ser elevada a un nivel superior al de la fuente. Factores en el Diseño Antes de seleccionar un Ariete, se necesitan algunos datos. Estos se muestran en la Figura 1 y son : 1. La diferencia de altura entre la fuente de agua y el sitio del Ariete (llamado caída vertical). 2. La diferencia de altura entre el sitio del ariete y el tanque de almacenamiento (elevación). 3. La cantidad de flujo disponible de la fuente. 4. La cantidad de agua necesaria (Q) 5. La longitud de tubería entre la fuente y el sitio del ariete (tubería motriz). 6. La longitud de tubería entre el Ariete y el lugar de almacenamiento (Tubería de bombeo) Agua para el mundo (traducido por Pablo Cavero La Rosa) Diseño de un Ariete hidráulico Nota Técnica N º RWS.4.D.5

Litros bombeados en 24 horas Una vez obtenida esta información, se hace un cálculo para ver si la cantidad de agua necesaria puede ser suministrada por un por un Ariete. La fórmula es: q = (Q x H x n) / h Donde: q = agua bombeada en litros por minuto. Para litros por día, multiplicar q*por 60min/hora* 24horas/ día.. Q = Cantidad de agua suministrada en litros por minuto. H = La caída o la altura de la fuente por encima del Ariete en metros. n = El rendimiento del Ariete (para modelos de uso comercial 0,66, para domésticos 0,33 si no se indica otra cosa). h = La altura de bombeo por encima del Ariete en metros. Tabla 1. Datos del rendimiento de un Ariete que recibe un suministro de 1 litro/minuto Caída de Trabajo (m) Elevación - Altura vertical del agua sobre el Ariete (m) 5 5 7.5 10 15 20 30 40 50 60 80 100 125 1.0 144 77 65 33 29 19.5 12.5 1.5 135 96.5 70 54 36 19 15 2.0 220 156 105 79 53 33 25 19.5 12.5 2.5 280 200 125 100 66 40.5 32.5 24 15.5 12 3.0 260 180 130 87 65 51 40 27 17.5 12 3.5 215 150 100 75 60 46 31.5 20 14 4.0 255 173 115 86 69 53 36 23 16 5.0 310 236 155 118 94 71.5 50 36 23 6.0 282 185 140 112 93.5 64.5 47.5 34.5 7.0 216 163 130 109 82 60 48 8.0 187 149 125 94 69 55 9.0 212 168 140 105 84 62 10.0 245 187 156 117 93 69 12.0 295 225 187 140 113 83 14.0 265 218 167 132 97 16.0 250 187 150 110 18.0 280 210 169 124 20.0 237 188 140

La Tabla 1 resuelve esta fórmula para los Arietes con eficiencia de 66 por ciento, un suministro de 1 litro por minuto, y con una caída de trabajo y altura de elevación que se muestra en la tabla. Para suministros mayores que 1 litro / minuto, basta con multiplicar por el número de litros suministrados. Componentes de un Ariete hidráulico Para una instalación se necesita una fuente, una tubería motriz, el Ariete, una tubería de bombeo y por lo general un tanque de almacenamiento. Estos se muestran en la Figura 1. Cada uno de estos componentes se discute a continuación: Suministro. La captación debe ser diseñada para que no ingrese la basura y la arena ya que estos pueden obstruir el Ariete. Si el agua no está libre de estos materiales, instalar un filtro y hacer un sumidero. Cuando la fuente está muy alejado del sitio del Ariete, la línea de suministro puede ser diseñada para llevar agua hacia la tubería motriz como se muestra en la figura 2. La línea de suministro, si es necesario, debe ser por lo menos de un diámetro más grande que la tubería motriz. Tubería motriz. Debe ser de un material rígido para lograr la máxima eficiencia. Esto es por lo general de fierro galvanizado, , aunque otros materiales en el caso de PVC o concreto pueden trabajar en caídas inferiores a 4 metros. Con el fin de reducir la pérdida de carga debido a la fricción, la longitud de la tubería dividida por el diámetro de la tubería debe ser dentro del rango de 150-1000. El cuadro 2 muestra el mínimo y máximo de longitudes de tuberías para diferentes tamaños. Tabla 2. Rango de longitud de tuberías para diversos diámetros Diámetro de tubería (mm) Longitud (m) Mínimo Máximo 13 2 13 20 3 20 25 4 25 30 4.5 30 40 6 40 50 7.5 50 80 12 80 100 15 100

El diámetro de la tubería motriz es según el tamaño del Ariete y las recomendaciones del fabricante, como se muestra en la Tabla 3 . La longitud es de cuatro a seis veces la caída vertical. Ariete. Los Arietes pueden ser construidos usando válvulas check comerciales o fabricándolas. También están disponibles en diversos tamaños y capacidades de bombeo. Los Arietes se pueden utilizar en paralelo hasta alcanzar el caudal o altura deseada. Cada Ariete debe tener su propia tubería motriz, pero todos pueden usar una tubería común de bombeo como se muestra en la Figura 3 Tabla 3. Diámetros de tubería motriz Nº de tamaño según el fabricante Tamaño de Ariete 1 2 3 3.5 4 5 6 Diámetro de tubería (mm) 32 38 51 63.5 76 101 127 Tabla 4. Capacidad de Arietes según el Número o Tamaño Tamaño de Ariete 1 2 3 3.5 4 5X 6X 5Y 6Y Volumen de agua requerido (litros / min.) 7-16 12-25 27-55 45-96 68-137 136-270 180-410 136-270 180-410 Máxima elevación (m) 150 150 120 120 120 105 105 105

En la instalación se debe nivelar y fijar el ariete en una base de concreto, y que las aguas residuales sean drenadas lejos. La bomba no puede funcionar sumergida. Puesto que el Ariete por lo general funciona 24 horas del día, el tamaño se puede determinar para un período de 24 horas. La Tabla 4 muestra diferentes tamaños y capacidades de Ariete. Tubería de bombeo. La tubería de bombeo puede ser de cualquier material que pueda resistir la presión del agua. El tamaño de la tubería puede estimarse usando La tabla 5. Tanque de almacenamiento. Esta localizado en un nivel donde pueda abastecer los punto de uso. El tamaño se basa en la demanda máxima por día. Selección de un Ariete Una pequeña comunidad de 10 casas con un total de 60 personas. Hay una caída de agua de l0m.en la parte baja del pueblo, que desemboca hacia un cauce que está 15m por debajo de la caída. La caída produce 30.000 litros de agua por día. Hay un lugar para instalar un Ariete cerca del cauce. Este lugar está 5m. más alto que el cauce y a una distancia de 35m. de caída. Se planea construir un tanque público para el pueblo y está a una distancia de 200 m. del sitio del Ariete . La altura de elevación hasta la tapa del tanque de almacenamiento es 23m. Los pasos a seguir para el diseño son los siguientes:. Tabla 5. Tamaño de la tubería de bombeo Diámetro de la tubería de bombeo (mm) Caudal (litros / min) 30 6-36 40 37-60 50 61-90 80 91-234 100 235-360

Identificar los factores de diseño necesarios: 1. Caída es vertical 10m. 2. La elevación hasta la tapa de almacenaje del tanque es de23m. 3. Cantidad de flujo disponible es igual a 30000 litros /día, dividido por 1440 minutos por día (30000/1440) = 20,8 litros por minuto. 4. La cantidad de agua necesaria (asumir 40 litros por día por persona) y como máximo uso es 60 personas x 40 litros por día = 2.400 litros por día. 2400/1440 = 1,66 litros por minuto (use 2 litros por minuto) 5. La longitud de la tubería motriz es de 35m. 6. La longitud de la tubería de bombeo es de 200m. Los datos anteriores sirven para dimensionar el sistema. Usar La Tabla 1, para una caída de 10m y una elevación de 80m, solo 117 litros pueden ser bombeados al día por cada litro por minuto suministrado. Puesto que se necesitan 2400 litros por día, el número de litros por minuto necesarios pueden encontrarse dividiendo 2400 por 117: 2400/117 = 20,5 litros por minuto el suministro necesario. Del ítem 3 arriba, el suministro disponible es de 20,8 litros por minuto, por lo que la fuente es suficiente. La Tabla 3 puede usarse para seleccionar el tamaño de Ariete. El volumen del agua o el suministro es 20,5 litros por minuto. De la Tabla 4, el Ariete N º 2 requiere de 12 a 25 litros por minuto, el A No. 2 puede elevar el agua a una altura máxima de 150 metros de acuerdo con la Tabla 4. Es lo adecuado ya que la tapa del tanque está a 23 m. Por lo tanto, se elige un Ariete N º 2 . La Tabla 3 muestra que para un Ariete N º 2 el diámetro de la tubería es de 38mm. La Tabla 2 indica que la mínimo y máxima longitud para una tubería de 40mm (el tamaño aprox. 38mm) es de 6m-40m. Puesto que la caída está a 35m de distancia, la longitud es correcta. La Tabla 5 se puede utilizar para seleccionar una tubería de 30 mm de diámetro que suministra 20,5 litros por minuto.

Centrado y ajuste de la válvula de impulso

MANTENIMIENTO: Limpiar el filtro de la tubería de impulso y la cisterna según el grado de contaminación. Si se observa que las algas obstruyen las válvulas, cambiar el filtro de rejilla por uno de acero inoxidable. Limpiar el oxido y pintar la bomba con esmalte por lo menos una vez al año. Si se deterioran los discos de las válvulas, estos se pueden cambiar por otros de neopreno o nitrilo. Puede convenir cambiar la válvula de descarga ya que la venden en el mercado local, pero es necesario modificarla cambiando las partes de plástico por partes metálicas Si cambia el disco de caucho (7), retire el conjunto con una llave inglesa o si se retira la bomba por mantenimiento, el disco sale por el agujero vacío, retirando los pernos de ajuste de la carrera. Si se cambian alguno de los pernos de centrar la válvula o la bomba ha sufrido golpes por el transporte, se procederá a centrar la válvula de la siguiente manera: Después de ensamblar el conjunto, presione el disco contra la base simulando un cierre perfecto. Ajuste las contratuercas (1) y (2) verificando que el eje del disco esté centrado. Ajuste la contratuerca (3) y si es necesario afloje y ajuste la contratuerca (5) dejando un espacio libre de 2cm. para el ajuste de la carrera. Repita los pasos nuevamente si es necesario. Ajuste sólo la tuerca inferior (4) hasta hacer contacto con el soporte, luego ajuste la otra tuerca Accione la válvula manualmente, tirando de la parte superior, al cerrar se sentirá un golpe seco, si se atasca repita los pasos hasta lograrlo. Ajuste la presión del resorte y la carrera hasta lograr un caudal optimo. Nota: Los datos de la Tabla 0 son del ariete construido por el autor de este artículo. Los datos de la tabla 4 son de fabricantes brasileños, si comparamos resultados, vamos a tener en muchos casos un rendimiento igual o mejor.

Sistema para elevar El nivel del agua.

Se observa una amplia ventaja en la utilización del ariete como fuente de energía con respecto a la motobomba, no sólo económica, sino que su empleo como fuente de energía es netamente ecológica al no tener que utilizar combustible diesel, ni lubricantes para su combustión. Se ha realizado el modelo matemático de la bomba de ariete. Los nuevos modelos son mas eficientes y se sigue investigando con otros materiales para bajar costos. Los modelos antiguos pueden ser actualizados y reparados para que sigan operando por muchos años. Comentario BAH4 con cámara de 12”

Trabajo de Campo
Ensamblar la bomba de ariete Nº1
Cargar la bomba, abrir la válvula
Accionar la válvula de impulso.
Verificar que el agua sea constante
Medir la presión máxima .
Medir la altura de bombeo
Medir caudal de alimentación
Medir caudal de bombeo
Ajustar la presión de la válvula
a 250,500, 750, 1000 gramos y
medir caudales.
Calcular la potencia de la bomba
Medir la eficiencia de la bomba
.

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Bomba de ariete - Pablo Cavero

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