BOMBA DE ARIETE HIDRAULICO

Es un recurso de uso casi infinito:en nuestros hogares, campos y fbricas. Captamos su energa mediante la hidroelctrica, pescamos en ella por deporte y para alimentarnos, usamos su superficie para recreacin 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 econmica. Actualmente ya se ha producido crisis energtica en los pases desarrollados por la falta de agua.

Este invento de los hermanos Montgolfier en 1796, fue rescatado en los aos 50 para luego ser olvidado por tener una baja eficiencia. Se fabrican muy poco en Sudamrica. En Inglaterra han mejorado el diseo (DTU).En Chile se hizo un modelo por computadora, pero la eficiencia es muy baja (7%).En Per mediante el sistema de hacer un modelo y trabajar con datos reales, y resolver como si fuera un problema de flujo en tuberas de Fe. y P.V.C , se estn diseando y fabricando nuevos modelos mas eficientes (60%),para bajar costos y ponerlos al alcance del agricultor.Modelos desde 1,1 , 2 , 3,4, 6 pulgadas de dimetro, con el empleo de conexiones de tuberas para facilitar su construccin y mantenimiento.Bomba de ariete N1

Se requiere un desnivel constante de agua mnimo de 0.3 metros de altura; el agua proveniente de un ro, canal o estanque debe ser sedimentada y filtrada para mejorar su calidad y evitar que se obstruyan las vlvulas. Cuando no hay cada de agua se puede usar una tubera, 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 tubera motrizConsiderando una pendiente de 1%, es posible obtener un metro de desnivel en 100 metros de distancia tal como se explica en el grfico.

En el caso de un canal o acequia profunda se puede colocar una compuerta para elevar el agua hasta una altura donde pueda accionarla bomba de ariete . Se debe instalar un sistema de rebose para la seguridad del sistema de riego.

Bomba de ariete N 2

1254Esquema de funcionamiento de la bomba de ariete124563

Segn la ecuacin de Bernoulli, la suma de la presin, velocidad y altura es una constante.El agua desciende por la tubera de alimentacin (1) con energa cintica, alcanza su velocidad mxima, y cierra la vlvula de impulso (2). Esta detencin origina un aumento brusco o golpe de presin. Aparecen fuerzas de sentido opuesto. Por un lado se abre la vlvula check de descarga (4) y parte del agua comprime el aire de la Cmara.(5)Cuando se acaba la energa se cierra la vlvula de descarga (4), el aire de la cmara(5) se descomprime elevando el agua por la tubera de bombeo.(6)Por otro lado el retroceso del agua de la tubera (1) ocasiona una succin en la vlvula de aspiracin (3) que renueva el aire de la cmara (5), y por la prdida de presin se produce la apertura de la vlvula de impulso (2) para repetir el ciclo.

Bomba de ariete N3

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 20 a 30 veces la altura de alimentacin del agua.Se pueden instalar en serie o en paralelo.Cuando se instalan en paralelo, se puede utilizar una sola tubera de descarga.

Banco de Ariete.

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 tuberas son re potenciables.El mantenimiento es mnimo y su reparacin se hace en cualquier taller de gasfitera.Funciona automticamente con nivel constante de agua.Suministra agua enriquecida con oxgeno.Con una manguera de PVC acciona un aspersor.

Bomba de ariete con micro aspersores

Modelo de bomba de Ariete N 1 para laboratorioFabricada en PVC y Fe.Altura de presin mxima 60m.c.aAltura de cada 1m.Dimetro de tubera de impulso 1

Bomba de ariete N2-2 fabricada con conexiones de tubera galvanizada

Bomba de ariete N 3-3

Bomba de ariete N4 Construida con cmara de aire de PVC, tubos, accesorios, nipples y discos soldables de Fe.Con tubera PVC de clase 10 de 4 de dimetro y una longitud de 12m.Enterrada 50cm de profundidad con chimenea anclada en concreto.Altura de cada 2.5 m.Altura de elevacin 20m.Longitud de tubera de bombeo de200 metros.Base de la bomba ancladaen losa de concreto.Acciona un aspersor de que riega una superficie circular de 22m. de dimetro.

RENDIMIENTO DE TUBERAS DE ACERO Y PVC

Tipos de Instalaciones de arietes

Un Ariete hidrulico es un dispositivo que utiliza la energa de la cada de agua para elevar una menor cantidad de agua a una mayor altitud que la fuente.. Ver la figura 1. Hay slo dos piezas mviles, por lo tanto, hay poco desgaste. Los Arietes hidrulicos son econmicos y fciles de instalar. Pueden construirse con planos detallados y, debidamente instalados darn muchos aos de servicio sin costos de bombeo. Por estas razones, el Ariete hidrulico es una solucin atractiva donde existe una cada de agua. Un Ariete debe ser considerado cuando hay una fuente que puede proporcionar por lo menos siete veces ms 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 Diseo Antes de seleccionar un Ariete, se necesitan algunos datos. Estos se muestran en la Figura 1 y son: La diferencia de altura entre la fuente de agua y el sitio del Ariete (llamado cada vertical).

3. La cantidad de flujo disponible de la fuente. 2. La diferencia de altura entre el sitio del ariete y el tanque de almacenamiento (elevacin). 4. La cantidad de agua necesaria (Q) 5. La longitud de tubera entre la fuente y el sitio del ariete (tubera motriz)6. La longitud de tubera entre el Ariete y el lugar de almacenamiento (Tubera de bombeo)

Agua para el mundo (traducido por Pablo Cavero La Rosa) Diseo de un Ariete hidrulico Note No. RWS.4.D.5 Nota Tcnica N RWS.4.D.5 E.E.U.U. AID,1982

Una vez obtenida esta informacin, se hace un clculo para ver si la cantidad de agua necesaria puede ser suministrada por un Ariete ,la frmula es: q = (Q x H x n) / h . Donde: q = agua bombeada en litros por minuto. Para litros por da, multiplicar q*por 60min/hora* 24horas/ da. Q = Cantidad de agua suministrada en litros por minuto. H = La cada 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 domsticos 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 Litros bombeados en 24 horas Cada de Trabajo(m)) Elevacin - Altura vertical del agua sobre el Ariete (m) 5 7.5 10 15 20 30 40 5060 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 10.0245 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 frmula para los Arietes con eficiencia de 66 por ciento, un suministro de 1 litro por minuto, y con una

cada de trabajo y altura de elevacin que se muestra en la tabla. Para suministros mayores que 1 litro / minuto, basta con multiplicar por el nmero de litros suministrados. Componentes de un Ariete hidrulico Para una instalacin se necesita una fuente, una tubera motriz, el Ariete, una tubera 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 continuacin:Suministro. La captacin debe ser diseada para que no ingrese la basura y la arena ya que estos pueden obstruir el Ariete. Si el agua no est libre de estos materiales, instalar un filtro y hacer un sumidero. . Cuando la fuente est muy alejado del sitio del Ariete, la lnea de suministro puede ser diseada para llevar agua hacia la tubera motriz como se muestra en la Figura 2. La lnea de suministro, si es necesario, debe ser por lo menos de de un dimetro ms grande que la tubera motriz. Tubera motriz. Debe ser de un material rgido para lograr la mxima eficiencia. Esto es por lo general de fierro galvanizado, aunque otros materiales en el caso de PVC o concreto pueden trabajar en cadas inferiores a 4 metros. Con el fin de reducir la prdida de carga debido a la friccin, la longitud de la tubera dividida por el dimetro de la tubera debeser dentro del rango de 150-1000. El cuadro 2 muestra el mnimo y mximo de longitudes de tuberas para diferentes tamaos.

Tabla 2. Rango de longitud de tuberas para diversos dimetros Dimetro de tubera (mm) Longitud (m) Mnimo Mximo 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 dimetro de la tubera motriz es segn el tamao del Ariete y las recomendaciones del fabricante, como se muestra en la Tabla 3. La longitud es de cuatro a seis veces la cada vertical. Ariete. Los Arietes pueden ser construidos usando vlvulas check comerciales o fabricndolas. Tambin estn disponibles en diversos tamaos y capacidades de bombeo. Los Arietes se pueden utilizar en paralelo hasta alcanzar el caudal o altura Cada Ariete debe tener su propia tubera motriz, pero todos pueden usar una tubera comn de bombeo como se muestra en la Figura 3.

Tabla 3. Dimetros de tubera motriz N de tamao segn el fabricante Tamao de Ariete 1 2 3 3.5 4 5 6

Dimetro de tubera (mm) 32 38 51 63.576 101 127

Tabla 4. Capacidad de Arietes segn el Nmero o Tamao Tamao 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 Mxima elevacin (m) 150 150 120 120 120 105 105 105

En la instalacin 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 da, el tamao se puededeterminar para un perodo de 24 horas. La Tabla 4 muestra diferentes tamaos y capacidades de Ariete.Tubera de bombeo. La tubera de bombeo puede ser de cualquier material que pueda resistir la presin del agua. El tamao de la tubera puede estimarse usando La tabla 5. Tanque de almacenamiento. Esta localizado en un nivel donde pueda abastecer los punto de uso. El tamao se basa en la demanda mxima por da. Seleccin de un Ariete Una pequea comunidad de 10 casas con un total de 60 personas. Hay una cada de agua de l0m.en la parte baja del pueblo, que desemboca hacia un cauce que est 15m por debajo de la cada. La cada produce 30.000 litros de aguapor da. Hay un lugar para instalar un Ariete cerca del cauce. Este lugar est 5m. ms alto que el cauce y a una distancia de 35m de la cada. Se planea construir un tanque pblico para el pueblo y est a una distancia de 200 m. del sitio del Ariete . La altura de elevacin hasta la tapa del tanque de almacenamiento es 23m. Los pasos a seguir para el diseo son los siguientes:

Tabla 5. Tamao de la tubera de bombeoDimetro de la tubera 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 diseo necesarios: 1. Cada es vertical 10m. 2. La elevacin hasta la tapa de almacenaje del tanque es de23m. 3. Cantidad de flujo disponible es igual a 30000 litros por da, dividido por 1440 minutos por da (30000/1440) = 20,8 litros /min.4. La cantidad de agua necesaria (asumir 40 litros por da por persona) y como mximo uso es 60 personas x 40 litros por da = 2.400 litros por da. Tambin :2400/1440 = 1,66 litros por minuto (use 2 litros por minuto) 5. La longitud de la tubera motriz es de 35m. 6. La longitud de la tubera de bombeo es de 200m. Los datos anteriores sirven para dimensionar el sistema. Usar La Tabla 1, para una cada de 10m y una elevacin de 80m, solo 117 litros pueden ser bombeados al da por cada litro por minuto suministrado. Puesto que se necesitan 2400 litrospor da, el nmero de litros por minuto necesarios pueden encontrarse dividiendo 2400 entre 117: 2400/117 = 20,5 litros por minuto el suministro necesario. Del tem 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 tamao de Ariete. El volumen del agua o el suministro es 20,5 litros/min De la Tabla 4, el Ariete N 2 requiere de 12 a 25 litros por minuto, el A riete N 2 puede elevar el agua a una alturamxima de 150 metros de acuerdo con la Tabla 4. Es lo adecuado ya que la tapa del tanque est a 23 m. Por lo tanto, se elige un Ariete N 2 . La Tabla 3 muestra que para un Ariete N 2 el dimetro de la tubera es de 38mm. La Tabla 2 indica que la la mnima y mxima longitud para una tubera de 40mm (el tamao aprox. 38mm) es de 6m-40m. Puesto que la cada est a 35m de distancia, la longitud es correcta. La Tabla 5 se puede utilizar para seleccionar una tubera de 30 mm de dimetro que suministra 20,5 litros por minuto.

cCentrado y ajuste de la vlvula de impulso

MANTENIMIENTO: Limpiar el filtro de la tubera de impulso y la cisterna segn el grado de contaminacin. Si se observa que las algas obstruyen las vlvulas, 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 ao. Si se deterioran los discos de las vlvulas, estos se pueden cambiar por otros de neopreno o nitrilo. Puede convenir cambiar la vlvula de descarga ya que la venden en el mercado local, pero es necesario modificarla cambiando las partes de plstico por partes metlicasSi 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 vaco, retirando los pernos de ajuste de la carrera. Si se cambian alguno de los pernos de centrar la vlvula o la bomba ha sufrido golpes por el transporte, se proceder a centrar la vlvula de la siguiente manera: Despus 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 est 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 slo la tuerca inferior (4) hasta hacer contacto con el soporte, luego ajuste la otra tuercaAccione la vlvula manualmente, tirando de la parte superior, al cerrar se sentir un golpe seco, si se atasca repita los pasos hasta lograrlo. Ajuste la presin del resorte y la carrera hasta lograr un caudal optimo. Nota: La presin del resorte se debe ajustar entre 250,500,750, mximo 1000 gramos donde sea optimo el caudal La carrera de la vlvula se ajusta para obtener una eficiencia ptima .

Propagacin y velocidad de las ondas longitudinales Sea t el tiempo de Q a C Sea v u la velocidad reducida -v Luego la aceleracin negativa ser a = - en el intervalo de Q a C. (1)Fuerza en Q y C para presiones diferentes PC y PQ :F = PC.A PQ.A = A(PC-PQ) = AP (2)Por (1) y (2) y 2da. Ley de Newton: F = m.a AP = m. (3) El volumen de fluido en un intervalo de tiempot es: A.vt, luego la masa es (4).(4) en (3) : (6)Luego: el fluido que ocupa un volumen en Q (7) , es comprimido en una cantidad al volver hacia C. (8)(8)/ (7) (9)(6) en (9): tambin: (mdulo de elasticidad). B es positivo (+), porque un aumento de presin causa una disminucin de volumen. La velocidad de la onda en el medio es: Resnick-Halliday

Configuracin bsica de un sistema hidrulicoGrafico de golpe de ariete en tubera de Hnos.Twyman Essel. S.A.

Modelamiento de la bomba de Ariete BAH1Un problema que tiene mas de 200 aos

Observaciones y consideracionesCaudal de bombeo: q=0.72 litros/minuto.Caudal de alimentacin: Q=10.8 litros/minutoAltura de bombeo: h=8 metrosAltura de alimentacin: H=1 metroEficiencia: n=0.53Caudal bombeado/da =0.72*60*24=1036.8 litrosTemperatura del agua= 15CViscosidad del agua = 1Densidad del agua=999Kg/m3Dimetro de la tubera de alimentacin: 26.6mmDimetro de la cmara de aire: 52.5mm.Dimetro de la vlvula de impulso: 38 mm.Dimetro de la vlvula de bombeo y accesorios: 15.8mm.Dimetro de la tubera de bombeo: 12.5mm.Longitud de la tubera de alimentacin= 3m.Altura mxima de presin=40 m.c.aLos datos para el modelamiento han sido tomados de un modelo propio, los resultados en cuanto a eficiencia Comparados con los modelos brasileos son similares y en algunos casos superioresEsto se hizo para comprobar que este modelamiento puede ser aplicado a otros modelos sin mayor problema.El mtodo empleado consiste en hacer un modelo de bomba de ariete con accesorios de tuberas y despus de obtener los datos tabulados de caudales, relacin de alturas diferentes de bombeo, presiones, rendimientos, etc., aplicar las ecuaciones de Bernoulli trabajando con estos datos reales, resolviendo como si fuera un problema de flujo en tuberas.Existen muchos modelos que se han fabricado en los cuales se puede aplicar este mtodo. La dificultad esten las tablas de resistencia de los accesorios de tuberas que no estn actualizadas.

1 ) Antes de cerrar la vlvula de impulso:v=m/s0.028=0.000555716m2.2) Cargar la bomba cerrando manualmente la vlvula de impulso

Q=l/min. 10.8 lit/ minuto=0.18lit/s=0.8607*104

1.510.08*40.40.060.410.93.157894T7.747894

1.510.08*40.40.060.412.410.26T16.35

Cuando se acciona la vlvula de impulso: Cuando se abre la vlvula de bombeo:

3) (4)4)

=q/A q=l/min Re 0.030.72=0.0001960667975m2V3=0.06120363138m/s0.000012m3/s=0.0966020*104

0.380.061.2*42T7.24

12.541.2*30.90.420.5T17.96

5) Cuando se cierra la vlvula de bombeo:

T.6) (5)

Tm/s En (5) (5)+ (4): 0.03 (5) =0.09778479704

0.50.141.22.84.64

1.2*32.50.38118.9126.39

V6=q/aq ReV60.72lit/min.=0.000122718m2 0.000012m3/s=0.1204*104=19.7

=997kg/m3D=dimetro de la tubera: 26.6mm.e= espesor de la tubera: 3mm.E=modulo de elasticidad del PVC: 2.943*109Pa.C=sujecin de la tubera (1)

Golpe de Ariete en BAH1

k=2.067*109 Pa (compresin del H2O)c=velocidad de la onda de presin en m/sSobrepresin en metros de columna de agua (m.c.a)

Presin total: - Este modelamiento nos permite apreciar como se producen los cambios en la ecuacin de la energa.- Al trabajar con datos reales, los valores de las presiones nos permiten seleccionar mejor los materiales y las tuberas en el caso del PVC tiene una mayor aplicacin. - Al aumentar el dimetro de la cmara de aire de la BAH1 se apreci el aumento de la presin y altura del nivel del agua de la cmara. - Al disminuir el tiempo de cierre de las vlvulas, el tiempo de la presin mxima del golpe de ariete es mayor y aumenta el caudal bombeado. - El caudal de impulso es menor y como consecuencia se obtienen rendimientos superiores al 60%. - Se ha construido una BAH1 que con 1m. De altura de cada se obtiene una presin mxima de 40m.c.a . En el siguiente ejemplo se verifica que al aumentar el dimetro de la cmara de aire aumenta la presin. Esto se tomar en cuenta en los nuevos diseos de bombas de ariete.Observaciones y conclusiones

4 ) Cuando se abre la vlvula de bombeo (4)

5 ) Cuando se cierra la vlvula de bombeo: (5)

0.50.031.22.8T4.53

12.541.2*30.910.03T18.07

6 ) en (5) (5) + (4) : Flujo de fluidosEn vlvulas, accesorios y tuberasCRANE

1.2*32.50.38118.91T26.39

q0.030.1018591636m/s0.75lit/min=18.91

Canal Inca para subir el nivel del agua

Se observa una amplia ventaja en la utilizacin del ariete como fuente de energa con respecto a la motobomba, no slo econmica, sino que su empleo como fuente de energa es netamente ecolgica al no tener que utilizar combustible diesel, ni lubricantes para su combustin.

Si se tiene en cuenta el estudio realizado en 150 lugares con posibilidades de utilizar esta tecnologa, se ahorrara ms de 480* t al ao de combustible diesel, con un ahorro que permitira amortizar tres estaciones de bombeo con bomba de Ariete.

ComentarioBAH4 con cmara de 12

Trabajo de CampoEnsamblar la bomba de ariete N1Cargar la bomba, abrir la vlvula Accionar la vlvula de impulso.Verificar que el agua sea constanteMedir la presin mxima .Medir la altura de bombeoMedir caudal de alimentacinMedir caudal de bombeoMedir la frecuencia.Medir la eficiencia de la bombaVariar la carga:0.5,0.75, 1kg.Tabular los datosObservaciones y conclusiones.

pablocavero@hotmail.com 534-4579 Cel: 990364126

**************