bomba de ariete hidráulico 2025

¿Que es una bomba de ariete?

La bomba de ariete hidráulico, comúnmente conocida como hidram, bombea agua desde su fuente a una comunidad. Utiliza el poder natural del agua que cae o se mueve rápidamente, lo que significa que el hidram no requiere ningún suministro de energía externa para funcionar. Este proceso funciona según un principio llamado «golpe de ariete», en el que una gran cantidad de agua que se mueve rápidamente se empuja a través de una pequeña abertura para crear presión.

A medida que aumenta la presión dentro del sistema, alcanza un punto crítico que luego eleva una fracción del flujo de agua. Estas cantidades más pequeñas de agua se levantan repetidamente y finalmente se recolectan en un tanque de almacenamiento colocado sobre una comunidad.

El tanque de almacenamiento luego devuelve el agua a la comunidad usando la gravedad. Un solo hydram puede elevar el agua hasta 200 metros verticales y suministra aproximadamente 20 000 litros de agua por día (suficiente para llenar 250 baños) a una comunidad.

Los Hydrams son únicos por su simplicidad, durabilidad y operación prácticamente gratuita. Son asequibles porque su energía proviene de la misma agua que proporcionan. Son simples porque están construidos con solo 2 piezas móviles: una válvula de entrega y una válvula de desecho. Este diseño simple significa que se pueden construir principalmente con materiales fuertes como el acero. También significa que se pueden construir y reparar utilizando objetos cotidianos reciclados.

Por ejemplo, se pueden fabricar válvulas nuevas y de reemplazo utilizando llantas de automóvil viejas y bisagras de puertas. Finalmente, si está bien diseñado, el sistema puede redirigir el agua no utilizada de regreso a la fuente de agua original. Esto significa que una comunidad puede recibir el obsequio de agua conveniente y confiable transportada a su comunidad sin ningún desperdicio.

¿Dónde es apropiado la bomba de ariete ?

Las hidras son particularmente útiles en regiones montañosas remotas donde las comunidades viven muy por encima de su fuente de agua más cercana. Esto permite a las personas ahorrar un tiempo valioso, ya que ya no tienen que emprender viajes lejanos a las fuentes de agua a través de peligrosos caminos de montaña. Lo que es más importante, las hidras requieren una fuente de agua de gran volumen para funcionar de manera eficaz.

Esto se debe a que el hydram solo eleva una pequeña fracción, aproximadamente el 10%, del agua que fluye a través de la bomba. Por lo tanto, no tiene sentido instalar un hidram en un pequeño arroyo. En los casos de fuentes de agua de menor volumen, ¡un sistema SolarMUS tiene más sentido!

Funcionamiento de la bomba de ariete hidráulico

Las bombas de ariete hidráulico funcionan utilizando la presión desarrollada por una onda de choque de «golpe de ariete». Cualquier objeto en movimiento tiene una fuerza de inercia. Se requiere energía para poner el objeto en movimiento, y también se requerirá energía para detener el movimiento, y se requerirá más energía si el movimiento se inicia o se detiene rápidamente. Un flujo de agua en una tubería también tiene inercia (o cantidad de movimiento) que resiste cambios repentinos de velocidad.

Cerrar lentamente una válvula permite que esta inercia se disipe con el tiempo, produciendo un aumento de presión muy pequeño en la tubería. Cerrar una válvula muy rápidamente creará un aumento de presión u onda de choque a medida que el agua que fluye se detiene, la cual vuelve a subir por la tubería, de forma muy parecida a como se detiene un tren, con vagones de tren individuales que golpean el acoplamiento frente a ellos en rápida sucesión a medida que se quitan los frenos. aplicado.

Cuanto más rápido se cierra la válvula, mayor es la onda de choque producida. Un flujo de agua más rápido también producirá una onda de choque más grande cuando se cierre una válvula, ya que se involucra más inercia o impulso. Una tubería más larga también producirá una onda de choque más grande por la misma razón.

Un ariete hidráulico se basa en un flujo de agua no presurizado en una tubería colocada desde la fuente de agua hasta la bomba (llamada tubería de «impulsión»).

Este flujo se produce colocando el ariete hidráulico a cierta distancia por debajo de una fuente de agua y haciendo pasar la tubería de impulsión desde la fuente de agua hasta la bomba. El ariete hidráulico emplea dos válvulas de retención, que son las únicas partes móviles de la bomba.

Instalaciones típicas de bombas de ariete hidráulico

En su forma más simple, la instalación de una bomba de ariete hidráulico incluye una tubería de impulsión para llevar agua desde la fuente de agua hasta la bomba, la bomba de ariete hidráulico y una tubería de suministro para llevar agua desde la bomba hasta el abrevadero o el sitio donde se necesita agua. (figura 7).

El tamaño de la tubería de impulsión determina el tamaño real de la bomba y también determina el caudal máximo que se puede esperar de la bomba. Dado que la eficiencia de la bomba depende de capturar la mayor cantidad posible de la onda de choque del golpe de ariete, el mejor material de tubería de impulsión para la instalación de una bomba de ariete hidráulico es la tubería de acero galvanizado.

La mayoría de los ganaderos utilizan tubería de PVC debido al menor costo y la dificultad de colocar y ensamblar tubería de acero galvanizado. Las instalaciones de bombas de ariete hidráulico que utilizan una tubería de impulsión de PVC funcionarán bien, pero la elasticidad de la tubería permitirá que parte de la onda de choque del golpe de ariete se disipe ligeramente con la expansión de la pared de la tubería. Si se utiliza tubería de PVC para la instalación de la tubería de conducción, elija tubería de PVC con una pared más gruesa. La tubería de PVC de cédula 80 sería la mejor opción, y la tubería de PVC de cédula 40 sería una opción secundaria.

Figura 7  Instalación típica de una bomba de ariete hidráulico, con (a) tubería de impulsión, (b) tubería de entrega y (c) ubicación de la bomba de ariete hidráulico anotada. Crédito de la imagen: W. Bryan Smith, Universidad de Clemson.

La mejor instalación de tubería de impulsión colocaría la tubería en una pendiente constante desde la fuente de agua hasta la bomba de ariete hidráulico, sin dobleces ni codos, y la anclaría con pernos y/o amarres galvanizados a rocas grandes o plataformas de concreto para evitar el movimiento. . Esto permitiría el desarrollo de ondas de choque más eficiente.

Gravi-Chek Company sugiere que la pendiente óptima de la tubería de conducción es de un pie de caída por cada cinco pies de longitud, lo que corresponde a una pendiente del 20 %. ²Sin embargo, esto no siempre es práctico en las instalaciones de suministro de agua para el ganado.

La bomba de ariete funcionará con tuberías que no estén instaladas en una pendiente constante, siempre que todas las pendientes de las tuberías estén niveladas o hacia abajo hacia la bomba (figura 8). No puede haber “jorobas” o puntos de instalación hacia arriba y hacia abajo en la tubería de impulsión, ya que esto permitirá que se capture aire en la tubería, lo que permitirá la disipación de las ondas de choque.

Si se debe elegir entre instalar la tubería de conducción en una pendiente constante y usar una tubería de conducción más rígida (como acero galvanizado), elija la tubería de conducción más rígida. Esto tendrá un mayor impacto en el rendimiento de la bomba que la pendiente de la tubería de impulsión.

La entrada de la tubería de conducción debe instalarse al menos seis pulgadas por debajo de la superficie del agua. Si la entrada se instala justo debajo de la superficie del agua, la corriente de agua que ingresa a la tubería durante el inicio de cada ciclo puede crear un vórtice o remolino que puede atraer aire hacia la tubería.

Esta acción de vórtice generalmente toma más tiempo para desarrollarse que el tiempo de ciclo esperado de medio segundo a un segundo, pero podría desarrollarse. También es una buena idea colocar algún tipo de pantalla hecha en forma de bola o globo grande (doce pulgadas o más de diámetro) sobre la entrada de la tubería de conducción para ayudar a excluir desechos, pequeños anfibios y peces pequeños. El gran tamaño de la pantalla evitará la restricción del flujo de agua hacia la tubería y también puede ayudar a prevenir el desarrollo de vórtices.

Figura 8. Una tubería de impulsión de PVC colocada en el lecho de un arroyo. El acero galvanizado no era una opción debido a la topografía y geometría del lecho. La bomba de ariete hidráulico funcionó bien, pero cada curva permitió que se disipara una pequeña porción de la onda de choque. Una tubería recta de acero galvanizado habría capturado una onda de choque más grande y proporcionado más presión. Crédito de la imagen: W. Bryan Smith, Universidad de Clemson.

Existe un rango de longitudes de tubería de conducción permitidas para cada tamaño de tubería utilizado. Si la tubería de impulsión es demasiado corta o demasiado larga, la onda de presión que permite que la bomba funcione no se desarrollará correctamente.

La publicación Hydraulic Rams for Off-Stream Livestock Watering proporciona las siguientes ecuaciones desarrolladas por NG Calvert para la longitud mínima y máxima de la tubería de impulsión. ³

Longitud mínima de la tubería de conducción:

L = 150 x diámetro del tubo de impulsión

Longitud máxima de la tubería de transmisión:

L = 1000 x diámetro del tubo impulsor

Por ejemplo, si se usara una tubería de impulsión de 1 pulgada, la longitud mínima recomendada sería (150 x 1” =) 150 pulgadas o 12,5 pies; la longitud máxima recomendada sería (1000 x 1” =) 1000 pulgadas o 83,3 pies. La Tabla 1 proporciona una muestra de longitudes mínimas y máximas de tubería de conducción para varios tamaños de tubería de conducción.

Tabla 1. Longitudes mínimas y máximas recomendadas de la tubería de impulsión en función del diámetro de la tubería de impulsión (redondeado a pies completos).

La literatura de Rife Ram Company ofrece un método diferente de selección de la longitud de la tubería de conducción. ⁴ El método Rife no tiene en cuenta el tamaño de la tubería, sino que se basa únicamente en la caída de elevación vertical o la caída desde la fuente de agua hasta la bomba de ariete hidráulico. Los valores se presentan en la tabla 2.

Tabla 2. Longitudes de tubería de conducción recomendadas en función de la caída de altura.

Las recomendaciones de Rife en la tabla 2 mantienen una pendiente de tubería dada para cada rango de caídas de altura. Cualquier método (tabla 1 o tabla 2) puede usarse para determinar la longitud de la línea principal; satisfacer ambos métodos puede proporcionar el mejor rendimiento de la bomba de ariete.

Hay soluciones de instalación si la longitud máxima permitida de la tubería de impulsión no es lo suficientemente larga para llegar a la fuente de agua desde la ubicación de la bomba de ariete hidráulico. Una opción es instalar un “tubo vertical” a la distancia máxima del tubo de impulsión desde la bomba de ariete (figura 9).

Esta tubería vertical debe tener tres tamaños de tubería más grandes que la tubería de impulsión y debe estar abierta en la parte superior para permitir que la onda de choque del golpe de ariete se disipe en ese punto. La tubería vertical debe instalarse verticalmente, con la parte superior de la tubería vertical aproximadamente un pie por encima del nivel de la fuente de agua. La tubería de suministro, que debe tener al menos un tamaño de tubería más grande que la tubería de impulsión, se extiende desde ese punto hasta la fuente de agua.

Figura 9. Instalación de una bomba de ariete hidráulico con (a) tubería vertical y (b) tubería de suministro para permitir una solución de tubería más larga desde la fuente de agua hasta la ubicación de la bomba de ariete. Crédito de la imagen: W. Bryan Smith, Universidad de Clemson.

Determinación de caída o caída de elevación

Las bombas hidráulicas de ariete funcionan en función de la cantidad de caída o caída de elevación desde la fuente de agua hasta el sitio donde se coloca la bomba de ariete. La cantidad de caída determinará el rendimiento de la bomba de ariete. La cantidad de caída o caída disponible en un lugar determinado se puede medir con una vara de medir y un nivel de carpintero. Comience en el sitio donde se colocará la bomba de ariete hidráulico. Sostén la vara de medir verticalmente, colocando un extremo en el suelo.

Coloque el nivel de carpintero en la vara de medir, manteniéndola nivelada, con la parte superior nivelada con la parte superior de la vara de medir. Mire a lo largo de la parte superior del nivel del carpintero en la pendiente que sube al suministro de agua, y mirando a lo largo de la parte superior del nivel, escoja un punto en la pendiente (figura 10).

Ese punto es la altura de la vara de medir sobre el punto de partida. Vaya a ese lugar y repita el proceso de avistamiento, continuando cuesta arriba después de cada avistamiento hasta llegar al suministro de agua. Cuente el número de veces que se colocó la vara de medir en el suelo, multiplique ese número por la longitud de la vara de medir, agregue cualquier medida de vara parcial para el último avistamiento (vea la figura 10), y el resultado será la caída de altura o la caída desde el fuente de agua hasta la ubicación de la bomba de ariete.

Figura 10. Uso de un nivel de carpintero y una vara de medir para determinar el desnivel desde la fuente de agua hasta la ubicación propuesta de la bomba de ariete hidráulico. Crédito de la imagen: W. Bryan Smith, Universidad de Clemson.

Capacidad de la bomba de ariete hidráulico

Las bombas de ariete hidráulico son muy ineficientes, generalmente bombean solo un galón de agua por cada ocho galones de agua que pasan a través del ariete. Sin embargo, bombearán agua hasta diez pies (o más en algunos casos) de elevación vertical por cada pie de caída de elevación desde la fuente de agua hasta el ariete hidráulico. Por ejemplo, si hay una caída de elevación de siete pies desde la fuente de agua hasta el ariete hidráulico, el usuario puede esperar que el ariete hidráulico bombee agua hasta setenta pies o más en elevación vertical por encima del ariete.

Las elevaciones de entrega más altas disminuyen el flujo de la bomba: cuanto mayor sea la diferencia de elevación entre el ariete hidráulico y la salida de la tubería de entrega, menor será el flujo de agua entregada.

La literatura de Rife Hydraulic Engine Manufacturing Company proporciona la siguiente ecuación para calcular el flujo de la bomba del ariete hidráulico. ⁴

D = 0,6 x Q x F/E

En esta ecuación, Q es el caudal de impulsión disponible en galones por minuto, F es la caída en pies desde la fuente de agua hasta el ariete, E es la elevación desde el ariete hasta la salida de agua y D es el caudal de la entrega. agua en galones por minuto. 0,6 es un factor de eficiencia y puede diferir un poco entre varias bombas de ariete. Por ejemplo, si se dispone de un caudal de doce galones por minuto para operar una bomba de ariete (Q), la bomba se coloca seis pies por debajo de la fuente de agua (F) y el agua se bombeará hasta una altura de veinte pies para el punto de salida (E), la cantidad de agua que se puede bombear con una bomba de ariete de tamaño adecuado es:

0,6 x 12 gpm x 6 pies / 20 pies = 2,16 gpm

La misma bomba con el mismo flujo de impulsión proporcionará menos flujo si el agua se va a bombear a una altura más alta. Por ejemplo, utilizando los datos del ejemplo anterior pero aumentando la elevación de elevación a cuarenta pies (E):

0,6 x 12 gpm x 6 pies / 40 pies = 1,08 gpm

La tasa de flujo de entrada de la bomba, Q, siempre estará determinada por el tamaño de la tubería de impulsión, la longitud de la tubería de impulsión y la elevación de la fuente de agua por encima del ariete hidráulico.

La Tabla 3 utiliza la ecuación de Rife para enumerar algunos rangos de caudal para varios tamaños de bombas de ariete hidráulico en función de la pérdida por fricción encontrada en la tubería de PVC Schedule 40. Los rangos de flujo de la bomba en el gráfico se basan en una caída (F) de cinco pies de elevación y una elevación de elevación (E) de veinticinco pies. Cambiar los valores de E o F cambiará el rendimiento esperado de la bomba de ariete.

Tabla 3. Tasas de flujo típicas del ariete hidráulico casero.

Nota : Los valores se basan en veinticinco pies de elevación y cinco pies de caída de elevación.

Algunas de las tasas de flujo de suministro enumeradas en la tabla 3 son bastante pequeñas, pero incluso la bomba de ariete de 3/4 de pulgada entregará una cantidad considerable de agua con el tiempo. Las bombas de ariete hidráulico funcionan las veinticuatro horas del día, los siete días de la semana, por lo que, incluso con el caudal mínimo de entrada de la bomba, la bomba de ariete de 3/4 de pulgada proporcionará (0,10 gpm x 60 minutos x 24 horas =) 144 galones de agua por día , que supliría la necesidad diaria de agua de cuatro a cinco cabezas de ganado de 1,200 libras.

Si se desea más flujo, se puede usar un ariete hidráulico más grande o se puede instalar otro ariete hidráulico con un tubo impulsor separado y luego conectarlo al mismo tubo de suministro al canal de agua, siempre que haya suficiente flujo de agua en el canal. fuente de agua para abastecer esta demanda.

Descripción del diagrama:

– Una bomba hidráulica funciona utilizando el impulso del agua que cae para bombear una pequeña cantidad de esa agua muy por encima de su fuente.

– La bomba se coloca debajo de una fuente de agua y se conecta a ella con una tubería, llamada tubería de impulsión. La gravedad alimenta el agua por la tubería de conducción a una cámara en la bomba.

– Dos válvulas proporcionan posibles salidas a la cámara. Estas son la válvula de desecho y la válvula de entrega. La válvula de desecho está configurada para que normalmente esté abierta, pero la alta presión en la cámara la obliga a cerrarse. La válvula de entrega está configurada para que normalmente esté cerrada, pero la alta presión en la cámara la obliga a abrirse.

– El agua entra en la cámara y sale libremente a través de la válvula de desagüe. Este flujo libre permite que el agua aumente su velocidad.

– A medida que más y más agua fluye más y más rápido a través de la cámara, ejerce más y más presión sobre la válvula de desagüe hasta que la válvula de desagüe se cierra de golpe.

– El agua ya no tiene salida de la cámara, pero sigue entrando más agua a alta velocidad. La presión aumenta rápidamente. Aquí es donde ocurre el golpe de ariete.

– El aumento de la presión fuerza la apertura de la válvula de impulsión. El agua fluye a través de la válvula de entrega hacia una cámara llena de aire comprimido, que se encuentra en el fondo de una segunda tubería, llamada tubería de entrega.

– El aire comprimido ejerce presión sobre el agua, obligándola a subir por la tubería de impulsión, que lleva el agua hasta su destino.

– Con el agua forzada fuera de la bomba, la presión cae. La válvula de entrega se cierra y la válvula de desecho se vuelve a abrir.

– El ciclo se repite y el agua se recoge gradualmente en el recipiente de almacenamiento de arriba. Luego, el agua se distribuye a los hogares, las empresas y las granjas según la demanda mediante un sistema de tuberías alimentadas por gravedad.

Animaciones de bomba de ariete:

Video 1

Video 2

Ventajas y desventajas de la bomba de ariete