REA DE INNOVACIN TECNOLGICA EN GENERAL
TTULO: CONSTRUCCIN Y EVALUACIN DE UNA BOMBA HIDRAULICA DE
ARIETE
CONTENIDO
PAG
1.- RESUMEN EJECUTIVO AMPLIADO 3
2.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA..5
3.- IMPORTANCIA.6.4.- MARCO TERICO..7
5.- MATERIALES Y MTODOS.12
6.- RESULTADOS 15
7.- CONTRASTACIN DE HIPTESIS.16
8.- DISCUSIN..17
9.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.20
10.- REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.21
11.- APNDICES..22
RESUMEN EJECUTIDO AMPLIADO
La bomba de ariete o ariete hidrulico, es una mquina que
aprovecha nicamente la energa de un pequeo salto de agua para
elevar parte de su caudal a una altura superior; es utilizada en
sectores rurales donde los escasos recursos econmicos de los
pobladores hacen difcil el acceso a los sistemas de bombeo
convencionales, debido al alto costo de funcionamiento de los
mismos. El principio de funcionamiento es simple, un flujo de agua
atraviesa el cuerpo del mecanismo con una energa cintica suficiente
para cerrar una vlvula abruptamente, provocando un violento golpe;
este golpe produce una sobre presin capaz de elevar una cierta
cantidad de agua a una altura considerable, si bien es cierto estos
sistemas de bombeo poseen muchas ventajas (son econmicos,
sostenibles, de fcil diseo e instalacin, requieren un mantenimiento
mnimo y funcionan las 24 horas del da los 365 das del ao), aun as
no son muy eficientes, es decir, la cantidad de agua que bombea es
poca, en relacin a la cantidad de agua que se pierde. En este
trabajo se ha optimizado el diseo de una bomba de ariete utilizando
dos vlvulas de derrame en lugar de una sola, logrando as aumentar
considerablemente la altura de elevacin del agua y el caudal
bombeado, disminuyendo drsticamente la cantidad de agua en prdida
(ntese que al aumentar la cantidad de vlvulas, el derrame tendera a
aumentar, pero ocurre lo contrario) consiguiendo as un importante
incremento en el rendimiento de la bomba.
ABSTRACT
The hidraulic ariete Pumpor hidraulic ariete, is a machine which
only uses the energy from a litle step off water to elevate part of
the caudal to a highest place; is common to use this pump in some
rural sectors where the economicre sources from the population are
lowest, and make a hard the acces to conventionals pumping systems,
because the expensive cost from themselves. The principle of
function is simple, a fluid of water cross a trough the mecanism
with a kinetic energy wich is suficient to close a valve suddenly,
this cause a hard stroke which makes an avobe pression that can
elevate some water volume to a considerable height of elevation, if
is certain this pump systems have a lot of vantages (economics,
sostenible ways, easy to install, requires a low main tance and
works 24 hours/365 days a year), even tought there are very
efficients, a mean, the capacity of the elevated water is low
comparing with the water lost. This paperwork had optimized the
design of an arietes pump, using two leakage valves, making better
the height of elevation of water and the pumped caudal, decreasing
the leak aged water (note that if there are an increment of valves
the leakage of water will tended to increase but ocur the oposit),
increase with that way the rendimient of the pump
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAEn zonas rurales la disponibilidad de
electricidad y combustible es escasa, y para los agricultores se
les es difcil transportar el agua y elevarla a grandes
distancias.Haciendo frente a esta necesidad de encontrar una
alternativa de bombeo econmica, que permita mejorar la calidad de
vida de las poblaciones rurales y al mismo tiempo eficaz, se
emprendi la bsqueda de un dispositivo que funcionara bajo este
principio, que empleara bsicamente las piezas y mtodos fciles de
construir y adquirir y que mantuviera las ventajas de rendimiento,
que facilite la vida a los agricultores o pobladores de las zonas
rurales. En s, nuestra bomba consta de una tubera de presin, una
vlvula de paso, una cmara de compresin, un tubo de elevacin como
producto un golpe de ariete que permite la elevacin del agua. Las
autoridades debe ofrecer financiamiento a pequeos y medianos
productores agrcolas y ganaderos, para que puedan adquirir e
instalar el ariete. Adems instaurar la ampliacin de lneas de
financiamiento para la construccin, si es necesario, de pequeas
represas que permitan la creacin de la diferencia de altura entre
la fuente de agua y el ariete, lo cual hace posible el
funcionamiento de ste equipo. Los objetivos principales trazados al
realizar este trabajo son: Disear y construir una bomba de ariete
de alto rendimiento. Brindar una alternativa de bombeo eficiente y
al alcance de la economa de los pobladores de las zonas rurales.
Dar una solucin al problema de distribucin de agua para riego y
consumo directo en las zonas rurales. Contribuir con el desarrollo
de tecnologa limpia y de impacto ambiental minimo. IMPORTANCIAEl
presente proyecto es importante para los pobladores de las zonas
rurales ya que permite hacer el trabajo de los agricultores ms
factible y alcanzable.Es importante que los pobladores, conozcan el
uso y el marco terico de esta bomba hidrulica de ariete, para poder
dar solucin a sus problemas de disponibilidad de agua y de
dispersin a las hectreas de esta. Es importante que se d a conocer
este proyecto a ms personas, ya que se reduce as la problemtica de
dicho medio.Es tambin importante ya que con los altos precios de
los combustibles y de las bombas hidrulicas de motor elctricas, el
ariete es la mejor opcin para todas las necesidades urbanas
marginales Los agricultores y ganaderos podran abastecerse de agua
a un costo mnimo, y un aspecto muy importante, se dependera menos
de los combustibles de origen fsiles y la poblacin se incentivara
ms en el uso de equipos ecolgicos.
MARCO TEORICOANTECEDENTES DEL PROBLEMADEFINICIONES BSICASBomba
de ariete: Una bomba de ariete es una bomba hidrulica cclica que
utiliza la energa cintica de un golpe de ariete en un fluido para
subir una parte de ese fluido a un nivel superior. No necesita por
lo tanto aporte de otra energa exterior. Esto y su sencillez la
hacen adecuada para lugares remotos donde no hay acceso a energa
elctrica o motores de otro tipo.
Ariete hidrulico:El ariete hidrulico, es un tipo de bomba de
agua que funciona aprovechando la energa hidrulica, sin requerir
otra energa externa. Mediante un ariete hidrulico, se puede
conseguir elevar parte del agua de un arroyo o acequia a una altura
superior. Tambin se puede emplear para riego por aspersin. El
ariete hidrulico es un sistema de construccin sencilla y su
rendimiento energtico es de cerca del 70%.
FUNCIONAMIENTO Esquema de funcionamiento de una bomba de
arieteA. Depsito de origen;B. Tubera de carga;C. Vlvula de
descarga;D. Vlvula de retencin;E. Caldern de presin;F. Tubera de
descarga;G. Depsito de descarga;K. Vlvula (opcional) de admisin de
aire.El principio de funcionamiento es como sigue.
El lquido, normalmente agua, procedente de un depsito
suministradorAse acelera por un tubo de carga inclinado Bcon lo que
su energa potencial se convierte en energa cintica. Cuando la
velocidad llega a un valor determinado, la vlvula de
descargaCsbitamente cierra cortando el flujo lo cual genera una
sobrepresin en el extremo inferior del tubo de carga, ungolpe de
ariete, que fuerza el agua a abrir la vlvula anti-retornoDy a subir
por el tubo de descargaFhacia el nivel superior del depsitoG. La
vlvula de descargaCse vuelve a abrir debido a la bajada de presin
del flujo de agua y el ciclo comienza de nuevo, cerrndose cada vez
que el flujo adquiere cierto valor.
EnEse coloca una campana o caldern lleno de un gas a presin,
normalmente aire, que amortigua los golpes de ariete y mantiene un
flujo ms constante de fluido por el tuboF. Este gas se acaba
disolviendo en el agua por lo que es necesario reponerlo o
envolverlo en un globo de goma para evitar que se disuelva. Algunas
bombas van provistas de un sistema que inyecta una burbuja de aire
con cada ciclo. Este sistema consiste en que se disea el mecanismo
para que al cerrar la vlvulaDpermite que se invierta momentneamente
el flujo del agua por lo que al cerrar sbitamente la vlvula se
produce una depresin que fuerza la entrada de un poco de aire por
la vlvulaK. Si la bomba de ariete tuviera un rendimiento energtico
perfecto entonces la masa de agua perdida por la vlvulaC, a la que
llamaremosQ, multiplicada por la altura de suministrohsera igual a
la alturaHmultiplicada por la masa de agua elevada,q. Es decir:q =
Q*h/H. En la realidad el rendimiento siempre es inferior y depende
en gran medida de la relacinh/H. En el mejor de los casos el
rendimiento puede llegar al 85% pero decrece segn crece la alturaHy
puede caer hasta el 20% o menos en instalaciones que bombean a gran
altura.
FUNCIONAMIENTO DEL ARIETE HIDRAULICO El funcionamiento del
dispositivo es bastante simple y de fcil manejo. El agua se acelera
a lo largo del conducto hasta alcanzar una determinada velocidad
que hace que se cierre lavlvulaA; entonces se crea una fuerte
presin, ejercida por el agua que se encuentra en movimiento y es
detenida de golpe; as permite la apertura de la vlvula B y pasa
agua al depsito, hasta que se equilibran laspresiones; Se abre la
vlvula A y el ciclo se repite una y otra vez.
GOLPE DE ARIETEEl agua pasa agolpes de arieteal depsito, pero
sale de este con continuidad ya que el ariete funciona de uno a dos
ciclos por segundo.La cmara de aire del depsito es fundamental para
su funcionamiento. Para asegurar la permanencia de esta cmara de
aire se usa el inclusor de aire que incorpora unas pocas burbujas
en cada ciclo.El golpe de ariete se origina debido a que el fluido
es ligeramente elstico (aunque en diversas situaciones se puede
considerar como un fluido no compresible). En consecuencia, cuando
se cierra bruscamente una vlvula o un grifo instalado en el extremo
de una tubera de cierta longitud, las partculas de fluido que se
han detenido son empujadas por las que vienen inmediatamente detrs
y que siguen an en movimiento. Esto origina una sobrepresin que se
desplaza por la tubera a una velocidad que puede superar la
velocidad del sonido en el fluido. Esta sobrepresin tiene dos
efectos: comprime ligeramente el fluido, reduciendo su volumen, y
dilata ligeramente la tubera. Cuando todo el fluido que circulaba
en la tubera se ha detenido, cesa el impulso que la comprima y, por
tanto, sta tiende a expandirse. Por otro lado, la tubera que se
haba ensanchado ligeramente tiende a retomar su dimensin normal.
Conjuntamente, estos efectos provocan otra onda de presin en el
sentido contrario. El fluido se desplaza en direccin contraria
pero, al estar la vlvula cerrada, se produce una depresin con
respecto a la presin normal de la tubera. Al reducirse la presin,
el fluido puede pasar a estado gaseoso formando una burbuja
mientras que la tubera se contrae. Al alcanzar el otro extremo de
la tubera, si la onda no se ve disipada, por ejemplo, en un depsito
a presin atmosfrica, se reflejar siendo mitigada progresivamente
por la propia resistencia a la compresin del fluido y la dilatacin
de la tubera.
DIMENSIONAMIENTO Las diferentes variables que participan en el
funcionamiento del ariete hidrulico, se relacionan de la siguiente
forma:Caudal elevado = (2 . Q . h) / (3 . H) (en litros/minuto)
donde:Q: es el caudal de alimentacin en litros por minutoh:
desnivel de trabajo en metrosH: altura de elevacin en metros
Esquema de bomba de agua tipo ariete hidrulico.
EjemploSi el caudal de alimentacin es de 300 l/min, el desnivel
de trabajo 1 m y la altura de elevacin 25 m, el caudal elevado por
el ariete hidrulico ser:Caudal elevado = (2 x 300 l/min x 1 m) / (3
x 25 m) = 8 l/min (11520 l/da)Vemos que el rendimiento energtico es
muy bueno (65 a 80%), y siempre superior a una centrfuga con motor
elctrico, al menos en instalaciones pequeas.
MATERIALES Y MTODOS
De acuerdo al diseo se pueden construir bombas de ariete
hidrulico en PVC de diferentes tamaos como 1 y 2, esto depender del
caudal de llegada y por lo tanto la altura final de llegada del
agua. El modelo validado a diferencia del modelo tradicional, su
construccin conlleva menos elementos metlicos, incorporando piezas
fabricadas en PVC (uniones, codos, adaptadores, reductores, tubos).
En la figura siguiente, se observa una bomba ariete pvc de 2.
MATERIALES:
BOMBA DE ARIETE PVC
Tubo de alimentacin rgido de ms de 2 metros de largo y de 1 de
dimetro. Tiene que estar roscado en los extremos y en uno de ellos
hay que instalar la unin cnica macho para acoplar el ariete. El
tubo de alimentacin no est en el dibujo.
BOMBA DE ARIETE DE COMBUSTION 2
BOMBA ARIETE METLICA
Se trata de arietes con muchas de sus piezas fabricadas de
hierro fundido; son modelos pequeos, destinados a superar
necesidades de agua domiciliar e inmediata; con vida til muy larga
y presentan dificultades de mantenimiento.
Una segunda generacin de arietes, dispone de piezas son soldadas
y un mayor diversidad de diseos para distintas condiciones de
operacin (pequeos, grandes, medianos).
ARIETE HIDRULICO
NrMATERIALCANT.
1CONECTOR TUBO DE ENTRADA (alimentario) SIMPLAST WISA 25 x
3/4"1
2Conector latn t1
3,6Reduccin 1 hasta 2
4vlvula de retencin en latn 1" paso interior1
5Regulador del tiempo de ciclo (frecuencia del ariete)5
7Vlvula de retencin 1 latn tipo EUROPA1
8conector 1" x 32 mm1
9,12conector rpido typo GEKA 1 1/4"2
10Tubo 1 cao de presin1
11,13abrazadera de manga RVS JUBILEE 30-40 mm2
14conector rpido para manga typoGEKA 1/2"1
cinta selladora 12 m x 12 mm x 0,1 mmfibre selladora WRTH 26 mm
x 32 mm x 2 mm
RESULTADOS
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UNA BOMBA DE ARIETE
VENTAJASDESVENTAJAS
1. No requiere electricidad, combustible ni trabajo humano para
su funcionamiento. 2. Todo el equipo es de bajo costo y sus piezas
son de fcil recambio, materiales de reparacin de fcil acceso 3.
Requiere un mnimo de manutencin 4. Funciona automticamente ante un
suministro de agua 5. Puede usarse todo el ao en los cuerpos de
agua disponibles1. Poco acceso a la tecnologa (no hay asistencia
tcnica) 2. La altura a la que se desea bombear depende de la cada
de agua. 3. Bombeo por pulsacin 4. Bombea poco caudal. 5.
Rendimientos bajos en relacin a las electrobombas y motobombas.
QU PROBLEMA PERMITE RESOLVER? Adems de ser mucho ms econmico que
las bombas de motor elctricas, el ariete tiene la ventaja de que
una vez instalado no presenta fallas en su funcionamiento por mucho
tiempo, adems de que no requiere combustible de ninguna especie. El
ariete puede ser la solucin a la falta de agua de las zonas urbanas
marginales, que la utilizan para mltiples necesidades siendo la ms
importante la preservacin de la vida humana. Este aparato de bombeo
se debe fomentar y estimular su utilizacin por varias razones: Su
bajo costo, su fcil manejo y auto-propulsin de energa para realizar
su trabajo. Tambin su mnimo gasto en reparacin y calibraciones y la
facilidad con las que cualquier persona con conocimientos bsicos de
hidraulica, aprenden a realizar las reparaciones que se deben
efectuar despus de cierto tiempo de uso. El sector agropecuario
tiene en el ariete la oportunidad de desarrollar cultivos con poca
inversin. Lo importante del ariete es que no depende para su
funcionamiento de insumos que estn fuera de la comunidad rural y
mucho menos del exterior. Todo lo que necesita es el agua y su
fuerza hidrulica. Cuando se tiene una diferencia de altura de
varios metros entre la fuente y el ariete, se puede llevar el agua
a alturas que superan los 60 metros. Repblica Dominicana es un pas
muy montaoso y de grandes irregularidades en su topografa. Por eso
lo ms comn es encontrar acuferos (arroyos, ros, lagunas) en los que
con pocas modificaciones se puede instalar de manera eficiente este
sencillo y til aparato hidrulico. En caso de que la fuente de agua
no presente la cada de ms de un metro de altura, se puede hacer a
travs de pequeas represas, con las cuales se crea la diferencia de
altura necesaria para que el agua ponga en funcionamiento al ariete
y comience a enviarla al lugar previamente establecido.
CONTRASTACIN DE HIPTESIS
Con el ariete no son necesarios combustible ni electricidad para
transportar el agua a grandes distancias y tambin subirla hasta ms
de 60 metros de altura. Por esta razn, en el sector agropecuario
muchos han comenzado a poner sus ojos otra vez en el ariete, que
puede ser la solucin para el riego de terrenos cercanos a ros,
arroyos y manantiales, los cuales no pueden irrigarse por gravedad,
por estar en un nivel ms alto que la fuente acufera. Con el ariete
se logra aprovechamiento donde la fuente de agua tenga una cada de
ms de un metro de altura. Mientras menos golpes por minuto se
producen, mayor cantidad de agua es enviada a la cmara de presin.
La cantidad de agua que logra enviar el ariete al lugar donde se
almacena no es mucha, pero como trabaja sin descanso durante las 24
horas del da y los 365 das del ao sin ningn gasto, logra acumular
suficiente cantidad. Cuando se requiere de una mayor cantidad, para
hacer frente a un consumo intenso, se deben colocar simultneamente
varios arietes. La cantidad de arietes ser limitada solamente por
el caudal de agua de la fuente de abastecimiento. En el Per en
diferentes gobiernos se deline una poltica econmica, enfocada en
incentivar el desarrollo agrcola, y la agroindustria, como
principal fuente generadora de empleo en la zona rural, proteccin a
la pequea y mediana industria, limitacin a las importaciones
suntuarias, nuevos estmulos a la actividad exportadora, y ampliacin
de la produccin de energa elctrica. En ese contexto se crearon
centros de tecnologa que impuls, entre otras tecnologas, la creacin
y establecimiento de un centenar de arietes en todo el pas. Muchos
de ellos siguen funcionando en la actualidad.
DISCUSIN
Bomba Ariete PVCBomba de combustin 2Bomba Ariete Metlica
Compatibilidad con las condiciones de uso en la finca
Acceso a insumos y materiales externos
Todos los materiales se encuentran en cualquier ferretera de los
mercados locales. Fcilmente un productor la puede construir en su
finca.Un poco limitado requiere de una buena disponibilidad de
dinero para su compra y acceso a suministro de combustible Necesita
de un artesano metal mecnico, para su construccin difcilmente un
productor la podr construir en su finca.
Necesidad de insumos y materiales
Para su construccin se requiere de materiales de PVC y pequeos
accesorios galvanizados, Por ejemplo: reductores, adaptadores,
uniones de PVC y codos, niples, T y vlvulas y check de bronce.
Necesita pega y tefln y herramientas necesarias: dos llave estilson
y sierra No requiere de su construccin. Solo de gasolina y aceite
de dos tiempo. Para su construccin se requiere caera de acero
galvanizado, un cilindro de acero y equipo de soldadura. Para el
mantenimiento, un juego de herramientas (llaves estilson, corona y
tenaza)
Necesidad de mano de obra:
La demanda de mano de obra es baja, ya que para instalar la
bomba en el ro o arroyo, se necesitan alrededor de 2 personas y el
mantenimiento es relativamente mnimo, solo se limita a mantener el
flujo de agua y aire. La demanda de mano de obra es baja, ya que
para instalar la bomba en el ro arroyo, se necesitan alrededor de 2
personas y el mantenimiento se refiere a mantener libre de
obstrucciones la entrada de agua. Su mantenimiento requiere de
conocimiento y adiestramiento.La demanda de mano de obra es baja,
ya que una vez instalada la bomba en la fuente, el mantenimiento se
refiere a mantener libre de obstrucciones y de arena la entrada de
agua, adems de realizar cada 6 meses un recambio de la goma de la
vlvula de impulso (Empaque de hule).
Nivel de conocimiento necesario:
Es una tecnologa que no requiere conocimiento especializado para
la fabricacin. No requiere de mucho mantenimiento. Requiere
conocimiento especializado para el mantenimiento y su reparacin. Es
una tecnologa que requiere conocimiento especializado para la
fabricacin. Para el mantenimiento se necesita un mnimo de
conocimientos ms que para el cambio de la vlvula de impulso.
Tenencia de la tierra:
Por la inversin baja solamente se justifica en pequeos
productores y con tierra propia; sin embargo debido a que puede
movilizarse el equipo a otro lugar (condicionada a que haya un ro)
puede adecuarse a todo tipo de pequeos Por la inversin alta de
compra, su adquisicin se limita a productores medianos; debido a
que puede movilizarse el equipo a otro lugar puede adecuarse a
productores que cultivan de 3 a 5 mz de hortalizas.Por la inversin
alta que incluye la compra de la bomba de ariete, solamente se
justifica en fuentes de gran caudal.
Compatibilidad con las capacidades de produccin en la finca
Capacidad econmica del productor:
Para la implementacin de esta tecnologa se requiere que el
productor tenga una mnima capacidad econmica para invertir. Para la
implementacin de esta tecnologa se requiere que el productor tenga
capacidad econmica para invertir en activos, funcionamiento y
mantenimiento. Para la implementacin de esta tecnologa se requiere
que el productor tenga capacidad econmica para inversin
inicial.
Sistema de Produccin:
Se adecua a pequeas areas cultivos de a mz. De cucurbitceas y
hortalizas; sin embargo lo ideal es utilizarla en el verano para
aquellos productos que tengan demanda en el mercado, por ejemplo:
tomate, chiltoma, pepino, rbano, repollo. Se adecua a cualquier
cultivo; en areas de 3 a 5 mzs. Se adecua a cualquier cultivo; sin
embargo lo ideal es utilizarla para aquellos que tengan demanda en
el mercado, por ejemplo: tomate, pepino, rbano, repollo, maz para
venta en elote y otros.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Econmico: La bomba de ariete permite mejorar la disponibilidad
de agua para los cultivos establecidos en la poca lluviosa (en caso
de una cancula) o en el verano, y debido a la infiltracin posterior
en la parcela facilita terminar un ciclo productivo al principio de
la poca seca o durante una cancula.
Social: genera beneficios para las familias campesinas, pues
permite llevar el agua hasta varios lugares de la parcela con el
menor esfuerzo, dando la oportunidad para utilizarla para otros
fines: consumo humano y el abrevado del ganado.
Con los altos precios de los combustibles y de las bombas
hidrulicas de motor elctricas, el ariete es la mejor opcin para los
productores agropecuarios y para todas las necesidades del
campo.
Los agricultores y ganaderos podran abastecerse de agua a un
costo mnimo, y un aspecto muy importante, se dependera menos de los
combustibles de origen fsiles y la poblacin se incentivara ms en el
uso de equipos ecolgicos.
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
Agricultura de las Amricas. 1964. Bomba sin motor. El ariete
hidrulico. Mayo. pp. 46-48 y 62-64.
Apolo Vicente y otros: Optimizacin de diversos tipos de arietes
hidrulicos y su aprovechamiento para riego de pequea parcelas en
centro Loja. Ecuador.
Fox, Kenneth R. 1984. Manual sobre diseo, construccin,
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publicacin Num. 50. Ecuador. SIMAS. Arietes Hidrulico en Nicaragua,
2006.
REFERENCIAS ELECTRONICAS
http://www.wot.utwente.nl/publications/breurram_es.pdfhttp://www.seescyt.gov.do/CyT/Ideass%20Innovacion%20Desarrollo/BrochureAriete.pdfhttp://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_arietehttp://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_hidr%C3%A1ulicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Golpe_de_ariete
APNDICES