PRESENTACIÓN BOMBA DE ARIETE [Modo de compatibilidad]

Transcripción

Primeras Jornadas Internacionales
sobre Bombas Manuales y de Ariete
Bombas de Ariete
Luis Lorenzo Gutiérrez
José Antonio Mancebo Piqueras
Primeras Jornadas Internacionales sobre Bombas Manuales y de Ariete
Contenido
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
La Bomba de Ariete. Un poco de historia
Utilidad
El golpe de ariete
Fundamento hidráulico
Diferentes opciones
Máximo aprovechamiento
El ariete hidráulico multipulsor
1. La bomba de Ariete. Un
poco de historia
El ingenio construido por el inglés
John Whitehust en 1772, se
basaba en un principio de
funcionamiento novedoso.
Accionando manualmente un
grifo en una tubería conectada a
un depósito de abasto, situado a
un nivel superior, provocaba un
golpe de ariete que permitía
elevar el líquido hasta un depósito
colocado a una altura superior al
depósito de alimentación.
Fig. 1. Esquema de funcionamiento del ariete ideado por John
Whitehurst:
1. Tanque de entrega
2. Tubería inclinada
3. Válvula principal
4. Tubería auxiliar
5. Válvula o grifo
6. Cámara de aire
7. Tubería de subida
8. Tanque elevado.
En 1776 el francés Joseh
Montgolfier concibió un ariete
automático, construido
siguiendo el mismo principio
que los equipos actuales, al
que denominó belier
hydraulique. Este prototipo fue
luego perfeccionado y
finalmente patentado en 1796.
Desde entonces el ariete
hidráulico ha tenido una amplia
difusión por todo el mundo.
Fig. 2. Esquema del ariete hidráulico ideado por Joseph Michael
Montgolfier, construido con el mismo principio
de funcionamiento de los equipos actuales.
Fue utilizado para alimentar a las famosas fuentes del Taj Mahal en la India y en el
Ameer de Afganistán.
En Francia también se utilizó la Bomba de Ariete para abastecer de agua a algunas
fuentes.
Fig. 3. Jardines del Taj Mahal
(1656), actualmente regados
mediante sistemas basados en
bombas de ariete. El agua se
toma del río Yamuna.
En primer plano el mausoleo
construido en mármol blanco.
Fig. 4. El río Murgah
desaparece en el desierto en
Ameer (Afganistan).
Aprovechamiento de recursos
hídricos. El desierto
transformado en un vergel.
Fig. 5. Ariete hidráulico Châtellerault, 1868
Fig. 6. La fuente Chataigner. Bléneau, 1904
2. Utilidad
Fig. 7. Esquema de funcionamiento de una bomba de ariete
Fig. 8. Esquema del sistema de bombeo de agua mediante el ariete hidráulico.
Fig. 9. Aprovechamiento de los recursos hídricos y elevación de agua mediante sistemas basados en
el ariete hidráulico.
Fig. 10. La bomba de ariete es impulsada por la energía del agua que fluye por la tubería que la alimenta. Funciona
continuamente, todo el día sin interrupción. No requiere electricidad ni otro combustible que la alimente. Así, no tiene
costos operacionales ni causa polución al medio ambiente.
Fig. 12. Esquema de la instalación
Fig.11. Ariete Walton 7
Algunos de los modelos diseñados tienen capacidad para impulsar hasta 40.000 litros al día.
Fig. 13. Captación desde una corriente
en superficie (río, acequia, embalse,
etc).
Fig. 13a
Fig. 13b
Fig. 14. Captación desde un manantial
3. El golpe de ariete
Se denomina golpe de ariete al choque violento que se produce sobre las paredes de un
conducto forzado, cuando el movimiento líquido es modificado bruscamente.
Un ejemplo sencillo lo tenemos en el efecto que se produce sobre la tubería cuando se
cierra rápidamente una llave de paso, un grifo, etc.
Fig. 15. Proceso del golpe de ariete en una tubería.
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La sobrepresión se origina en la válvula que se cierra, y viaja por la tubería a una
velocidad que se llama celeridad ‘’C’’.
La celeridad es la velocidad de propagación de la onda, la cual puede ser calculada por
la fórmula propuesta por Allievi:
C=
9900
D
48,3 + λ
e
donde:
C = celeridad de la onda, m/s.
D = diámetro de la tubería, en m.
e = espesor de la tubería, en m.
λ = coeficiente que tiene en cuenta el módulo elástico del material de la tubería.
Estos valores se conocen para cada material.
Se denomina fase o periodo de la tubería el tiempo en que la onda de sobrepresión va
y vuelve de una extremidad a otra de la tubería:
2L
T=
C
siendo:
L = longitud de la tubería y C la velocidad de propagación de la onda (celeridad.
T = tiempo de maniobra.
Si T < 2 L
Maniobra rápida
C
Si T >
2L
C
Maniobra lenta
En la fórmula de Allievi, λ es, como de ha indicado, un coeficiente dependiente de la
elasticidad (ε) del material constitutivo de la tubería, que representa principalmente
el efecto de inercia del impulso hidráulico, cuyo valor es:
λ=
1010
ε
Valores de λ para hallar la celeridad
Material de la tubería
Palastros de hierro y acero
Fundición
PVC
PE baja densidad
PE alta densidad
Ε(kg/m2)
λ
2x1010
1010
3x108
2x107
9x107
0.5
1
33 (20-50)
500
111.1
4. Fundamento hidráulico
Aprovechamiento ingenieril del ‘’golpe de ariete’’
Fig. 16. Para el funcionamiento de la bomba de ariete hidráulico se requiere contar con una caída inicial no menor de un
metro que se denomina ‘’altura de carga’’ H y un ‘’caudal de alimentación’’ Q. Como resultado se tendrá un ‘’caudal de
descarga’’ q y una ‘’altura de descarga’’ h.
Es posible impulsar un fluido a alturas h que sean muy superiores a 4 veces la altura H, sin
embargo la cantidad de llegada q disminuirá considerablemente haciendo el sistema
menos rentable.
cálculo
2.Q.H
H Otro
q=
aproximado
Donde ρ=0,66
q= Q
ρ
3.h
h
El rendimiento (ρ) del ariete hidráulico representa el porcentaje de agua que se puede
bombear en relación al total de la canalizada por el ariete, y varía en función del cociente
h/H. Al aumentar el valor resultante, el rendimiento disminuye. En la tabla siguiente
puede verse cómo varía el rendimiento energético.
h/H
2
3
4
6
8
10
12
ρ
0,85
0,81
0,76
0,67
0,57
0,43
0,23
Ejemplo:
Q= (Caudal de alimentación) = 100
litros/minuto
H = (Altura de carga= 3 metros
h = (Altura de descarga) = 24 metros
La relación h/H = 8, luego el rendimiento del ariete en estas condiciones equivale al 57% (0,57)
El caudal elevado q = 0,57x100x3/24= 7,125 litros/minuto = 10.260 litros/día
Fig. 17. El equipo de bombeo basado en el principio del fenómeno físico conocido como ‘’golpe de ariete’’ supone una
tecnología limpia, ecológica, eficiente y sostenible.
Los costes varían según el modelo y las obras complementarias. Esta tecnología tiene un coste total de entre 425 a
1215 €.
La bomba de ariete, al contrario que la motobomba, no agota el caudal de alimentación o abastecimiento por lo que el
agua sobrante puede ser utilizado por otros bombas del mismo tipo.
5. Diferentes opciones
Fig. 18. Disposición de las bombas de ariete. A la izquierda, disposición en paralelo. A la derecha, disposición en serie.
[Tacke (1988)].
6. Máximo aprovechamiento
Fig. 19. Ocho bombas de ariete instaladas en paralelo en Dehradun, India. [Chi, (2002)].
Fig.20. Instalación de 5 bombas de ariete conectadas en paralelo.
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7. El ariete hidráulico multipulsor
Jan Haemhouts
Fig. 21.- Ariete multipulsor
La patente del ariete hidráulico tradicional modificado se atribuye al técnico belga Jan
Haemhouts, quien en 1990 llegó a Cuba y desde esa fecha hasta el día de su muerte
en 1998 trabajó en diversos países: Haití, Nicaragua y Cuba.
A Jan le movía la pasión desbordante de llevar el agua allí donde fuera necesaria
utilizando para ello las tecnologías alternativas y participativas.
Fig. 22 Ariete hidráulico multipulsor con tres válvulas.
El ariete hidráulico multipulsor sustituye la única válvula de los arietes convencionales por un
conjunto adecuado de válvulas en posiciones óptimas con el fin de aumentar la potencia y los
rendimientos. Esto permite una baja relación entre la velocidad máxima del agua en el sistema y la
velocidad del agua en el momento de cierre de las válvulas con un mínimo de contraimpulso, lo
que permite reducir el largo y el diámetro del tubo de impulso.
También permite utilizar un solo tubo de impulso con varias unidades multipulsoras, lo que permite
aumentar la potencia frente a los arietes convencionales que necesitan diseñar el equipo en
función de un diámetro dado.
Fig. 23. Ariete hidráulico multipulsor, modelo AH-4 (IMPAG) con 10 válvulas.
Fig. 24 Ariete hidráulico multipulsor
Este modelo de ariete hidráulico multipulsor con una tubería de impulso de 6’’ permite salvar
desniveles de 5 m, distancias de más de 200 m y volúmenes de agua diarios de 173.000 litros.
Puede beneficiar a una comunidad entre cien y mil habitantes o utilizarse para el riego de
pequeñas parcelas o para el abastecimiento de pequeñas granjas.

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