Proyecto y escrito realizado junto con Emiliano Bazán Rosas y Héctor Rueda, con la asesoría del profesor Ing. Eladio Nambo Gutiérrez. Presentado en Expociencias Michoacán 2013 en Morelia y Expociencias Nacional 2013 en Mazatlán.
1. Introducción
La bomba de ariete es una bomba hidráulica que hace que el agua se eleve a un lugar superior. Utiliza exclusivamente la energía cinética. Es sencilla, fácil de construir y/o usar, en especial, en lugares sin electricidad o motores.
Las utilizaron algunas culturas “antiguas” para elevar el agua de un lugar a otro más alto. John Whitehurst creó un aparato que accionaba en una tubería conectada a un tanque de abasto, para causar el fenómeno de golpe de ariete, que permitía elevar el líquido a un tanque de a mayor altura.
La primera bomba de ariete “formalizada” fue hecha en 1796 por Montgolfier quien la instaló en su fábrica. Durante el siglo XIX la bomba de ariete se hizo muy popular pero al llegar la electricidad y los motores, cayó en desuso.
El científico ruso N. Zhukovski (1847-1921) estudió el golpe de ariete por primera vez como parte de sus indagaciones hidroaeromecánicas.
Las utilizaron algunas culturas “antiguas” para elevar el agua de un lugar a otro más alto. John Whitehurst creó un aparato que accionaba en una tubería conectada a un tanque de abasto, para causar el fenómeno de golpe de ariete, que permitía elevar el líquido a un tanque de a mayor altura.
La primera bomba de ariete “formalizada” fue hecha en 1796 por Montgolfier quien la instaló en su fábrica. Durante el siglo XIX la bomba de ariete se hizo muy popular pero al llegar la electricidad y los motores, cayó en desuso.
El científico ruso N. Zhukovski (1847-1921) estudió el golpe de ariete por primera vez como parte de sus indagaciones hidroaeromecánicas.
1.1 Justificación
El uso de esta bomba nos va a posibilitar el acceso al líquido vital (agua), además será asequible, rápido y cómodo. Esto facilitará las acciones, como el uso en una casa-habitación para el aseo y la alimentación, el riego de árboles forestales, la irrigación de los cultivos e invernaderos, el abrevar al ganado, regar la huerta, etc.
1.2 Problema
¿Cómo lograr que el agua que se sitúa en partes bajas se traslade a un lugar más alto? Hoy en día en nuestro país existen muchos lugares que cuentan con ríos, riachuelos y arroyos; sin embargo el costo de la tecnología impide que se aproveche estas corrientes de agua.
1.3 Hipótesis
Utilizando las bombas de ariete y de sus mejoras, se logrará que el agua, que localiza en una zona baja se eleve a otro lugar.
1.4 Objetivos (generales y específicos)
- Implementar la bomba de ariete para mover agua de zonas bajas al hogar de las personas en zonas rurales.
- Mejorar el funcionamiento de una bomba de ariete modificando la construcción convencional de ésta.
2. Metodología
En los países desarrollados, las bombas de ariete son una alternativa que se ha relegado debido a su bajo rendimiento, pero es un sistema de bombeo económico para países en vías de desarrollo como el nuestro. Como se necesita que el agua se eleve, de un lugar bajo a una parte con más altitud, en zonas rurales se ocupa de unas bombas que no usen electricidad y que sean “automáticas”.
El tipo de bombas que responde a estos requerimientos son las bombas de ariete. Estas máquinas tienen un funcionamiento algo complicado pero que es fácil de entender al observar un dibujo que describa el mecanismo.
Mecanismo
El agua debe proceder de un depósito que suministra el líquido (puedes aprovecharse la corriente de algún arroyo), se acelera por un tubo o manguera que estará inclinada, así la energía potencial se convertirá en energía cinética. Cuando la velocidad acrecienta considerablemente la válvula de descarga bruscamente cierra, fragmentando el flujo lo cual forma una sobrepresión en el extremo inferior del tubo de carga, esto es el fenómeno del golpe de ariete, que obliga al agua a abrir la válvula anti-retorno y a subir por la manguera de descarga hacia el nivel superior del depósito. La válvula de descarga se vuelve a abrir debido al bajón de presión del flujo de agua y el ciclo comienza de nuevo.
Sobre la válvula anti-retorno se coloca un acumulador lleno de aire a presión, que amortigua los golpes de ariete y mantiene un flujo más constante del agua por la manguera de descarga. El aire se acaba disolviendo en el agua por lo que es necesario reponerlo o hacer un pequeño agujero en la parte debajo de la válvula anti-retorno para evitar que se disuelva.
El mecanismo cierra la válvula de retención o anti-retorno así permite que se invierta momentáneamente el flujo del agua por lo que al cerrar súbitamente la válvula se produce una expulsión de agua.
En el mejor de los casos el rendimiento puede llegar al 85%, respecto al total de agua, pero decrece según crece la altura a la que queremos elevarla y puede caer hasta el 20% o menos en instalaciones que bombean a gran altura.
La bomba de ariete no es manual, puesto que no necesita de intervención humana para funcionar y sirve mucho para bombear el agua a alturas grandes y considerables.
2.1 Diagrama de flujo
2.1.1. Localizar la fuente de agua.
2.1.2. Obtener datos de flujo y alturas del trabajo.
2.1.3. Dimensionar la bomba.
2.1.4. Diseñar un experimento.
2.1.5. Realizar pruebas (Fórmulas).
2.1.6. Analizar los resultados.
2.1.7. Ordenar la información.
3. Resultados
Tabla y gráficos
Tabla Eficiencia de Bomba. Fórmula= q= (Q*H*n)/h
|
Q
(l/
min)
|
H
|
n
|
h
|
q(l/min) para eficiencia de 0.30 y una H=1 m
|
q(l/min) para eficiencia de 0.60 y una H=1 m
|
q(l/min) para eficiencia de 0.60 y una H=5 m
|
q(l/min) para eficiencia de 0.40 y una H=5 m
|
q(l/min) para eficiencia de 0.40 y una H=8 m
|
flujo desperdiciado
|
|
20
|
1
|
0.30
|
5
|
1.20
|
2.4
|
12
|
8
|
13
|
7
|
|
25
|
2
|
0.35
|
10
|
1.50
|
3
|
15
|
10
|
16
|
9
|
|
30
|
3
|
0.4
|
15
|
1.80
|
3.6
|
18
|
12
|
19
|
11
|
|
35
|
4
|
0.45
|
20
|
2.10
|
4.2
|
21
|
14
|
22
|
13
|
|
40
|
5
|
0.5
|
25
|
2.40
|
4.8
|
24
|
16
|
26
|
14
|
|
45
|
6
|
0.55
|
30
|
2.70
|
5.4
|
27
|
18
|
29
|
16
|
|
50
|
7
|
0.6
|
35
|
3.00
|
6
|
30
|
20
|
32
|
18
|
|
55
|
8
|
0.65
|
40
|
3.30
|
6.6
|
33
|
22
|
35
|
20
|
|
60
|
9
|
0.7
|
45
|
3.60
|
7.2
|
36
|
24
|
38
|
22
|
|
65
|
10
|
0.75
|
50
|
3.90
|
7.8
|
39
|
26
|
42
|
23
|
q= agua bombeada en l/min
Q= Cantidad de agua suministrada en l/min
H=altura de la fuente en m
n=0.66 (modelo mejorado), 0.33 (modelo doméstico)
h= altura total del bombeo en m
4. Conclusión
Nuestros objetivos se cumplieron ya que pudimos mejorar la eficiencia de la bomba de ariete y se está viendo la manera de llevar estas tecnologías a las zonas rurales, se está buscando apoyo a las autoridades.
Como se explica en el marco teórico es realmente fácil, aprovechar el agua que circula por los abundantes ríos y arroyos que se encuentran en el país.
La bomba de ariete es realmente barata, se gastan aproximadamente $700, un precio accesible y funciona las 24 horas del día, los 7 días de la semana y los 365 días del año.
Además, se ofrece una tabla y un gráfico en el que se observa el rendimiento de la bomba de ariete. Donde se puede apreciar que la altura del depósito de suministro y la eficiencia de la bomba son claves en la implementación del sistema. Si se desea un óptimo funcionamiento en la bomba se recomienda utilizar tres válvulas check y a una altura por lo menos de 5 lts en el suministro. Asimismo no hay que olvidar las pérdidas de carga por fricción, la elasticidad y el material de la bomba. Se recomienda también construir un pequeño dique donde se situara la bomba y así poder reutilizar el agua sobrante de la bomba.
También se muestra una comparación entre los tipos de bomba y su rendimiento, donde se observa que la bomba de ariete aunque no es ni tan eficiente y eficaz como las otras bombas, éstas cubren las necesidades para la mayoría de los hogares rurales mexicanos.
Es importante saber distinguir entre Eficiencia que es la capacidad de desperdiciar la menor cantidad de agua y la Eficacia es la capacidad de bombear más agua. El ariete hidráulico no revela aún todos sus secretos a los científicos, pero nosotros mientras estamos redescubriendo la magia de su bondad.
5. Referencias
http://www.estrucplan.com.ar/Articulos/verarticulo.asp?IDArticulo=3155
http://erchivo.uc3m.es:8080/handle/10016/14685
http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/4020/1/CD-3778.pdf
http://www.ups.edu.ec/documents/2497096/2497486/Art6.pdf
http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/29527/1/MendezRodriguezyRosasCortes.pdf
http://books.google.com.mx/books?hl=es&lr=&id=k5aduoRGsakC&oi=fnd&pg=PA11&dq=construccion+de+una+bomba+de+ariete&ots=SMmId6uwC0&sig=B1EnbDEcSX5cBJbfu7zY7kehC5U#v=onepage&q&f=false
Schulz, Hellmuth, Bombas: funcionamiento, calculo y construcción. Barcelona.1964.330 p.
7. Anexos
Tabla 7.1. Listado de materia prima.
|
DESCRIPCIÓN
|
CANTIDAD
|
DIMENSIONES
|
|
Válvula de alimentación
|
1
|
1` de diámetro
|
|
Válvula de check
|
1
|
1` de diámetro
|
|
Accesorio T
|
2
|
1` de diámetro
|
|
Reductor tipo campana
|
1
|
De 1` de diámetro a 3/4
|
|
Válvula de pie de pozo o pichancha
|
3
|
1` de diámetro
|
|
Unidores o niples con rosca
|
6
|
1` de diámetro y 2` de largo
|
|
Codo de 90°
|
1
|
1` de diámetro
|
|
Válvula de salida
|
1
|
1/2 de pulgada
|
|
Cinta de teflón
|
1
|
