6 bomba ariete hidraulico
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BOMBA DE ARIETE HIDRAULICO. Banco de Pruebas de la UNTRM-A
Miguel Angel Barrena GurbillónIngeniero Químico
Maestro en Microbiología Industrial y BiotecnologíaDoctor en Ciencias e Ingeniería
[email protected] 971-141141
INSTITUTO DE INVESTIGACION PARA EL DESARROLLO SUSTENTABLE DE CEJA DE SELVA
• La bomba de ariete hidráulico es un motor hidráulico que utiliza la energía de una cantidad de líquido (Q) situada a una altura mayor (h), con el objetivo de elevar una porción (q) de esa cantidad de líquido hasta una altura mucho mayor (H), mediante el empleo del golpe de ariete. Este equipo bombea un flujo continuo y funciona ininterrumpidamente sin necesidad de otra fuente de energía (Lorente, 2005; Sarduy, 2008).
Instalación del sistema de bombeo con BAH
Bomba de ariete
hidráulico de 1”
Botella de plástico de
gaseosa de 2 L
Reducción de 1” a ¾” de
fierro galvanizado
Te de 1”
Válvula check de tubería de 1” de bronce
Válvula check de fondo de
pozo de 1” de bronce
Codo de PVC de 1” x 90º
Llave de paso de 1” de plástico
Unión universal de 1” de PVC para acoplar la
tubería de alimentación
Te de 1”
Llave de paso de 1/2” de plástico
Niple de ½” para acoplar la
manguera de descarga
Reducción de PVC de 1” a ½”
Bomba coreana de ariete hidráulico de una válvula
Descarga de la bomba
Tanque de compresión de aire
Mecanismo de cierre de la válvulaEntrada de
alimentación
Cuerpo de la bomba
Válvula de cierre o impulso
BAH multipulsor
• El ariete hidráulico multipulsor resulta de sustituir la única válvula de impulso del ariete convencional por un conjunto de válvulas para aprovechar mejor los caudales disponibles y aumentar la potencia y los rendimientos. Es posible utilizar una sola válvula de descarga para varias válvulas de impulso, lo que permite aumentar la potencia con unidades livianas (Pérez, 2003; Sarduy, 2008).
BAH de dos válvulas de cierre
Descarga de la bomba
Tanque de compresión de aire
Válvula de cierre o impulso
Entrada de alimentación
Cuerpo de la bomba
Anclaje de la bomba
Bomba de ariete hidráulico de 2”, con dos válvulas de cierre. Prototipo INDES 111
• Se diseñó y ensambló con accesorios de fierro galvanizado de 2”. Cada una de las dos válvulas impulsoras se fabricó en un torno a partir de tubo de fierro de alta presión de 1,5” de diámetro; el disco de cierre y su eje guía se fabricó de fierro comercial. En cada eje guía se colocó un resorte. El tanque de compresión de aire se hizo de un tubo de fierro galvanizado de 3” de diámetro por 60 cm de largo. En la base de este tanque se colocó una válvula check.
Primera etapa del funcionamiento de la bomba de ariete hidráulico
Segunda, tercera y cuarta etapa del funcionamiento de la bomba de
ariete hidráulico.
Segunda etapa Tercera etapa
Cuarta etapa
Secuencia del ensamble de la BAH de 2”. Prototipo INDES 111.
Sistema Integral de Producción e Investigación Agroecológica (SIPIAG INDES-CES/PROINDES)
Area de prueba de la bomba de ariete en el Campus de la UNTRM de Amazonas - PERU
Reservorio
Ubicación del ariete
5 m
20 m
15 m
10 m
• El caudal elevado teórico (qt), depende del rendimiento (R), el caudal de alimentación (Q), el desnivel de trabajo (h) y la altura de elevación (H): qt = R·Q·h/H.
• Se registraron los datos experimentales para calcular el caudal real elevado (qr).
• El caudal desechado es el caudal de agua que la bomba de ariete no eleva (Qd). La eficiencia (η) de la bomba de ariete será: η = (Q - Qd)/Q
Rendimiento energético de una bomba de ariete hidráulico en función de H/h. Fuente: Izquierdo y Velásquez, 1992.
R = -0,003(H/h)2 – 0,013(H/h) + 0,879
Reservorio del que se alimenta a la
bomba de ariete, ubicada 2,5 m más
abajo.
Bomba de ariete de dos válvulas.
PROTOTIPO INDES 111
Bomba de ariete de una válvula
Conducción del caudal bombeado
hasta el Pabellón de Laboratorios
de la UNTRM
Medición del caudal elevado por la BAH de 2” a 5 m, 10 m, 15 m y 20 m de altura.
Medición del caudal elevado a 5 m, 10 m, 15 m y 20 m.
Medición del caudal desechado por la bomba de ariete hidráulico
Tabla 1. Datos experimentales y calculados para el ariete de 2” con h = 2,5 m; con una válvula de cierre sin resorte. Q = 37,63 L/min.
Altura de
elevación: H
(m)
Cierre de
válvulas
(cierres/min)
Caudal
elevado
real: qr
(L/min)
Caudal
desechado: Qd
(L/min)
Eficiencia
η
(%)
5 180 21,11 16,52 56,09
10 185 15,48 22,15 41,14
Tabla 2. Datos experimentales y calculados para el ariete de 2” con h = 2,5 m. Con dos válvulas de cierre sin resorte. Q = 55,87 L/min.
Altura de
elevación: H
(m)
Cierre de
válvulas
(cierres/min)
Caudal
elevado
real: qr
(L/min)
Caudal
desechado: Qd
(L/min)
Eficiencia
η
(%)
5 75 27,67 28,20 49,53
10 78 24,53 31,34 43,91
15 80 20,21 35,66 36,17
20 85 15,44 40,43 27,64
Figura 4. Representación de los datos experimentales (0) y de la línea cúbica (-) generada por el SPSS para el Caudal elevado vs
Altura. Bomba con dos válvulas sin resorte (Prototipo INDES 110).
y = 0,001x3 - 0,053x2 – 0,006x + 28,9
Figura 5. Representación de los datos experimentales (0) y de la línea cúbica (-) generada por el SPSS para la eficiencia vs altura.
Bomba con dos válvulas sin resorte (Prototipo INDES 110).
y = 0,002x3 - 0,096x2 + 51,7
Tabla 3. Datos experimentales y calculados para el ariete de 2” con h = 2,5 m. Con una válvula de cierre con resorte. Q = 44,2 L/min.
Altura de
elevación: H
(m)
Cierre
válvulas
(cierres/min)
Caudal
elevado
real: qr
(L/min)
Caudal
desechado: Qd
(L/min)
Eficiencia
η
(%)
10 50 16,30 27,90 36,88
15 55 12,48 31,72 28,24
20 60 9,21 34,99 20,84
• La BAH con resorte en su válvula no funciona para alturas menores a 10 m, porque la cabeza hidráulica no logra hacer cerrar la válvula con resorte, quedando estática sin producir los cierres que harían que el agua sea impulsada a través de la tubería de descarga. Al quedar abierta la válvula, solo habrá derrame de agua y no bombeo.
• Comparando los datos de las Tablas 1 y 3 (con una válvula sin y con resorte, respectivamente) a 10 m de altura, el cierre de válvulas se reduce a la tercera parte; se incrementó el caudal elevado en 5,29%, sin embargo la eficiencia disminuyó en 10,35%.
Tabla 4. Datos experimentales y calculados para el ariete de 2” con h = 2,5 m con dos válvulas de cierre con resorte. Q = 60,73 L/min.
Altura de
elevación: H
(m)
Cierre
válvulas
(cierres/
min)
Caudal
elevado
real: qr
(L/min)
Caudal
desechado: Qd
(L/min)
Eficiencia
: η
(%)
10 28 24,50 36,23 40,34
15 30 19,36 41,37 31,88
20 36 14,33 46,40 23,59
• Comparando los datos de las Tablas 2 y 4 a 20 m de altura, el cierre de válvulas se reduce a la mitad, lo cual perturbará menos a la bomba por los fuertes impactos de estos cierres; sin embargo, disminuyeron el caudal elevado en 7,19% y la eficiencia en 14,65%.
Figura 6. Representación de los datos experimentales (0) y de la línea cúbica (-) generada por el SPSS para el caudal elevado vs
altura. Bomba con dos válvulas con resorte (Prototipo INDES 111).
y = 0,0000489x3 - 1,051x + 34,963
Figura 7. Representación de los datos experimentales (0) y de la línea cúbica (-) generada por el SPSS para la eficiencia vs altura.
Bomba con dos válvulas con resorte (Prototipo INDES 111).
y = 0,003x2 - 1,777x + 57,77
Tabla 5. Tiempo de llenado de 1 m3 con el caudal bombeado (q) a diferentes
alturas (H) por una bomba de ariete hidráulico de 2”.Altura de
elevación
H
(m)
qr1
(L/min)
Tiempo
llenado
01 m3
(min)
qr2
(L/min)
Tiempo
llenado
01 m3
(min)
qr3
(L/min)
Tiempo
llenado
01 m3
(min)
qr4
(L/min)
Tiempo
llenado
01 m3
(min)
5 21,11 47,37 27,67 36,14 -- -- -- --
10 15,48 64,60 24,53 40,77 16,30 61,35 24,50 40,82
15 -- -- 20,21 49,48 12,48 80,13 19,36 51,65
20 -- -- 15,44 64,77 9,21 108,58 14,33 69,78
qr1: Caudal real elevado con 01 válvula sin resorteqr2: Caudal real elevado con 02 válvulas sin resorteqr3: Caudal real elevado con 01 válvula con resorteqr4: Caudal real elevado con 02 válvulas con resorte
Tabla 6. Presión producida por el cierre de la válvula para causar el golpe de ariete en la bomba de ariete
hidráulico de 1,5”, coreana, con h=2,5 m.
Altura
elevación
H
(m)
Presión al
inicio del
cierre
(psi)
Presión al final
del cierre
(psi)
Cambio de
presión del
golpe de ariete
(psi)
10 12,5 15,0 2.5
15 20,0 22,5 2,5
20 25,0 30,0 5,0
Presión a 10 m = 15 psi Presión a 20 m = 30 psi
Tabla 7. Cierres de válvula, caudal alimentado y eficiencia de la bomba de ariete hidráulico de 1,5”, coreana, con h=2,5 m.
Altura de
elevación
H
(m)
Cierres de
válvula
(cierres/min)
Caudal
elevado
qr
(L/min)
Caudal
desechado
Qd
(L/min)
Caudal
alimentado
Q
(L/min)
Eficiencia
η
(%)
10 58 17,49 88,24 105,73 16,54
15 64 11,26 63,49 74,75 15,06
20 64 6,36 49,58 55,94 11,37
Tabla 8. Comparación de las características de operación de la bomba de ariete hidráulico coreana y
el prototipo INDES 111.
Tipo de
bomba de
ariete
hidráulico
Altura de
elevación
(m)
Cierre de
válvula
(cierres/min)
Caudal real
elevado
(L/min)
Tiempo
para llenar
1 m3
(h)
Eficiencia
(%)
Coreana de
una válvula 20 64 6,36 2,62 11,37
Prototipo
INDES 111 20 36 14,33 1,16 23,59
