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, instalacin y mantenimiento de arietes hidrulicos. Predesur, 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