Bomba de ariete hidraúlico nicaraguense

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
RECINTO UNIVERSITARIO PEDRO ARÁUZ PALACIOS
FACULTAD TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE MODELOS DE BOMBAS DE ARIETE HIDRÁULICO DE
MAYOR DIFUSIÓN EN NICARAGUA
PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN
PARA TRABAJO DE DIPLOMA
ÍNDICE
CONTENIDO PAGINA
TITULO 1
ÍNDICE DE CONTENIDO 2
INTRODUCCIÓN 3
ANTECEDENTES 4
JUSTIFICACIÓN 5
OBJETIVOS 5
MARCO TEÓRICO 6
HIPÓTESIS 9
DISEÑO METODOLÓGICO 9
CRONOGRAMA DE EJECUCIÓN 11
BIBLIOGRAFÍA 11
INTRODUCCIÓN
La bomba de ariete, es un sistema diseñado para provocar reiteradamente el golpe de ariete, de cuya energía se
vale para impulsar agua a un nivel más alto. En este proceso, el sistema pierde agua para compensar la altura
que eleva.
Esta tecnología se desarrolló en Alemania en 1796, cuando Joseph M de Montgolfier, coinventor del globo
aerostático de aire caliente, construyó un ariete de operación automática. En Nicaragua existen instalados y
operando una cantidad considerable de arietes hidráulicos o bombas de ariete. Ejemplo de ello es uno que
tiene más de 40 años de estar operando en la zona de Boaco y se encuentra en perfecto estado.
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En nuestro país, las mejores condiciones para trabajar con los arietes de forma generalizada se encuentran en
la zona norte, debido a la topografía quebrada del terreno, lo que provoca que los ríos y quebradas cuenten
con muchas caídas de agua en su recorrido, creando las condiciones óptimas para su empleo. En otras zonas
también es posible su desarrollo, considerando que con un buen diseño o con los componentes adecuados es
posible su accionamiento con una caída que puede ser provocada, de solo cincuenta centímetros. Así se
extiende la viabilidad de uso en distintos lugares del territorio Nacional donde se encuentren escorrentías
superficiales (Ríos, quebradas, etc.)
Se ha logrado identificar distintos modelos de ariete en el país, de los cuales hemos tenido contacto físico con:
• El ariete casero creado por Tecnología Investigativa Apropiada (TIA)
• El Ariete Tipo Salvadoreño.
• El modelo HANG.
• El modelo Danes.
• El modelo Multipulsor.
Estos modelos los hemos logrado identificar en capacitaciones sobre el uso y manejo del ariete, participando
de la XI feria de Energía Renovable y Vida sostenible que se realizo este año en la Universidad Nacional de
Ingeniería (UNI CENTRAL) y VI bolsa nacional y III regional de oferta y demanda de innovación
tecnológica del agua que se realizo en la Universidad Nacional Agraria.
Esta tecnología se esta desarrollando en pequeños talleres quienes trabajan de forma empírica pero muy
innovadores, lográndolos fabricar sin tener un nivel académico o conocimientos de hidráulica, con el cual
puedan certificar cada uno de estos modelos. Por ello mismo no logran ofrecer información técnica de los
equipos que producen e instalan.
La promoción de este sistema no ha contado con todas las especificaciones técnicas que amerita la tecnología.
Así su construcción, instalación y la operación depende exclusivamente de la experiencia de sus promotores.
Se requiere que la bomba sea conocida en colegios, centros técnicos, universidades, profesionales que trabajen
en el ramo, investigadores, productores agrícolas y proveedores, a fin de lograr que estos la ingresen a su
menú de ofertas tecnológicas.
Por tal razón, nuestra tesis se enfocara en dar respuesta a todas la interrogantes en cuanto a: Precios, quien lo
fabrica, donde se localiza el taller, materiales que se usan para su construcción, funcionamiento de cada
equipo y obtener la curva característica.
De aquí que la importancia de esta investigación reside en que favorece a los distintos agentes involucrados en
este proceso así:
• Los talleres productores e instaladores de arietes, quienes dispondrán de su curva característica y podrán
valorar anticipadamente el rendimiento de cada equipo según la condición del lugar.
• Profesionales rurales, que contaran con parámetros técnicos que les permitan ofrecer este tipo de
tecnologías cuando corresponda.
• Los demandantes de tecnologías limpias de bombeo, que podrán contar con un catálogo de estos equipos y
la información de los oferentes.
• La universidad que participa en la solución de una necesidad concreta de segmentos de población.
ANTECEDENTES
La bomba de ariete llegó a Nicaragua con el ferrocarril (inicios del S. XX) y traídas por mineros, madereros y
otros extranjeros para mejorar sus condiciones de vida. Debido a que se trataba de modelos a base de hierro
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fundido, por mucho tiempo no se intentó replicarlos.
Durante los años ochenta, esta tecnología empezó a expandirse. Tanto por la crisis del petróleo como por la
llegada al país de distintos grupos cooperantes. De aquí a finales del 90, se mantuvo el concepto de que era
una tecnología solo para pequeños caudales y es hasta inicios del 2000 que se instalan y prueban modelos para
una escala mayor.
Muchos de los actuales fabricantes de arietes, han recibido el apoyo técnico del grupo ACER (Asociación de
Consultores) instancia que además ha venido sistematizando el desarrollo de la experiencia de los arietes y
son sus principales promotores. Ellos facilitarán su base de datos: contactos, fabricantes, etc. para el desarrollo
de esta investigación y son quienes asesoran.
La Universidad de Ingeniería ya desarrolló una primera tesis sobre el tema, con la asesoría del mismo grupo y
posterior a esta, otros temas se prevén inevitables.
La Universidad de Ingeniería ya desarrolló una primera tesis sobre el tema, con la asesoría del mismo grupo
con el nombre DISEÑO DE UNA BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICO PARA ABASTECIMIENTO DE
AGUA y posterior a este, otros temas se prevén inevitables.
JUSTIFICACIÓN
En Nicaragua no se cuenta con un registro de funcionamiento de los sistemas de ariete hidráulicos por lo que
se ve la necesidad de elaborar una base de datos de cada uno de los modelos existentes, para que personas
interesadas en el uso de dicha tecnología, tales como proveedores , profesionales e incluso estudiantes de
carreras a fines a la ingeniería agrícola lleguen a obtener información de las curvas características de
operación dichos modelos a evaluar y en un periodo futuro determinar la posibilidad de realizar mejoras a
estos equipos en su estructura con recursos locales.
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Evaluar el funcionamiento de los principales modelos de arietes hidráulicos, en condición de campos para la
elaboración de una base de datos técnicos.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Identificar los modelos mas propagados de ariete hidráulicos en Nicaragua.
• Determinar las características hidráulicas de los seis principales arietes hidráulicos en Nicaragua.
• Ofrecer información de los distintos modelos que incluya: características constructivas, condiciones
de operación, Curvas características.
MARCO TEÓRICO
Nicaragua, un país en vía de desarrollo; Donde sus pobladores han optado por el uso de tecnologías
alternativas como es implementar los sistemas de ariete hidráulico, cuya máquina de auto operación utiliza
como fuente de energía, el agua y esta la bombea desde un nivel mas bajo a una determinada altura, donde
dicha agua adquiere una energía potencial que permite su uso para diversos fines tales como: irrigación de
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cultivos, etc.
El sistema se basa en el fenómeno conocido en la hidráulica como golpe de ariete, el cual se observa cuando
se interrumpe el flujo de agua cerrando bruscamente una tubería. La energía cinética, que trae el agua en
movimiento, al ser detenida, origina un aumento brusco o golpe de presión.
Con el ariete hidráulico se producen continuamente estos golpes en un tubo que se alimenta con agua de una
presa, de un río o cualquier desnivel, y se aprovechan los aumentos de presión para mandar una parte del agua
que pasa por el tubo a una altura superior. (Ver Figura anexo)
En el esquema se muestran los elementos esenciales para el funcionamiento del ariete hidráulico, que son:
−La presa, un río o cualquier otro medio que permite crear un desnivel en relación con el ariete (generalmente
de 0,5 m como mínimo).
−El tubo de impulso. Según las reglas convencionales debe tener un largo entre 100 y 500 veces el diámetro
del tubo, y un mínimo de 2 y hasta 7 veces la altura de la presa, según el tipo de ariete.
−La válvula de impulso (válvula 3) con su cámara, que según las mismas reglas, debe tener como mínimo el
doble del diámetro del tubo de impulso.
−La válvula de retención (válvula 4), la cual generalmente es la mitad del diámetro de la válvula anterior,
depende en primer lugar del caudal de bombeo y la frecuencia de los golpes.
−Encima de la válvula de retención se encuentra la cámara de aire (5) que debe tener un mínimo de 10 veces
el volumen del agua que entra por golpe.
−Por último se observa el tubo de bombeo, generalmente de la mitad del diámetro del tubo de impulso,
aunque es más lógico determinarlo según el caudal de bombeo, el largo del tubo y la potencia disponible.
Cuando se llena el sistema, la válvula de impulso se cierra por la presión de la carga inicial de la presa y el
agua sube a través de la válvula de retención, que se abre por la misma presión, hasta el nivel de la presa por
el principio de los vasos comunicantes.
Se abre la válvula de impulso manualmente y el agua en el tubo de impulso comienza a acelerarse hasta que
tiene suficiente velocidad para cerrar esta válvula. En este momento ocurre el golpe de ariete que produce la
apertura de la válvula de retención, permite la descarga de energía del agua en movimiento y la entrada de
agua en la cámara de aire, y de ahí en el tubo de bombeo, donde sube el agua a un nivel superior.
Al cesar el empuje del agua en el tubo de impulso, se cierra la válvula 2 por la presión que tiene encima.
Al repetir algunas veces la apertura manual de la válvula de impulso, la presión en el tubo de bombeo sube
tanto que la columna de agua del tubo de impulso sufre una resistencia para entrar en la cámara de aire, y
comienza a actuar como un martillo que golpea una superficie dura.
Es decir, la columna en el tubo de impulso golpea y "rebota", o retrocede (por la flexibilidad de los
materiales), lo que hace que se produzca un flujo inverso hacia la entrada del tubo de impulso.
En este momento el agua ejerce una succión en el interior del tubo de impulso, por lo cual se abre la válvula
de impulso y se reinicia la aceleración de la columna hasta que se cierra la válvula de impulso de nuevo.
De esta forma continúa el funcionamiento automáticamente, de día y de noche.
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El ariete hidráulico puede ser considerado como un motor hidráulico, y en su versión convencional funciona
al mismo tiempo como bomba. Para un acercamiento fácil y práctico al cálculo general de este aparato, es más
cómodo compararlo con un transformador eléctrico.
El ariete eleva el agua a una altura superior a los 70 metros, dependiendo de las condiciones del terreno.
Depende de la diferencia de altura entre la toma de agua y el ariete. El agua se puede conducir a una distancia
superior a los 2.000 metros entre el ariete y el estanque en altura.
Por otro lado, para que el ariete funcione, debe haber un desnivel mínimo de un metro de altura entre la toma
de agua y la entrada del ariete. Cuando hay una caída natural de agua es muy simple la instalación.
El rendimiento 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.
Hay que tener en cuenta que el agua que se acelera en el tubo de alimentación, es la que provoca el golpe de
ariete, por lo que este ha de tener una longitud, inclinación y diámetro adecuados, sin curvas ni
estrechamientos que provoquen pérdidas de carga por rozamiento.
Una vez instalado el ariete, se varia el recorrido del eje subiendo bajando el contrapeso y el peso de este hasta
que al abrir la llave de paso y subir y bajar l eje de de la mano varias veces el ariete estabilice a un ritmo de 1
a 2 golpes por segundo.
Cuando un ariete es bien construido y debidamente instalado el mantenimiento es mínimo. Para facilitar las
labores de limpieza es aconsejable ensamblar las partes aisladas mediante uniones desmontables.
Las partes que deben chequearse generalmente son: válvula de impulso el impulso, la válvula de descarga,
tuercas y tornillos que pueden aflojarse y destruirse producto de la corrosión, limpiar el filtro y regular la
válvula de aire.
Esquema Sobre el Funcionamiento del Ariete Hidráulico.
1. Fuente de Alimentación
2. Tubería de Impulso
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3. Válvula de Impulso
4. Válvula de Retención
5. Cámara de Aire
6. Caja de Válvulas
7. Tubería de Descarga
8. Tanque de Abastecimiento.
HIPÓTESIS
Al concluir esta investigación, esperamos poder demostrar, con las variables planteadas en este estudio, la
eficiencia de cada uno de lo sistemas de ariete hidráulicos así como en casos puntuales señalar que tipo de
sistemas necesita ser replanteado para que trabaje con mayor eficiencia.
También que a corto o mediano plazo, este estudio sea el medio para que otros estudiantes tomen la referencia
para mejorar los Arietes Hidráulicos y por que diseñar Arietes que presenten mejoras en sus forma, eficiencia
y altura de descarga.
A un proceso de descripción del sistema eficiencia de operación de estos equipos se puede.
Las Variables que se tomaran para caracterizar los arietes son:
• Modelos de arietes hidráulicos
• Condiciones de operación
• Funcionamiento
• Material de Fabricación
• Localización del Taller Artesanal
DISEÑO METODOLÓGICO
El estudio se llegara a cabo en los siguientes zonas: Municipios de Dipilto y Mozonte del Departamento de
Nueva Segovia, Departamento de Jinotega, Departamento Matagalpa, Municipio de santo Tomas del
Departamento de Chontales, Departamento de León, Departamento de Rivas, y en el Municipio de San Rafael
del Sur del Departamento de Managua con Ingenieros que trabajan en el área de consultaría.
Se tomaran tres muestras por cada modelo de los sistemas de Ariete Hidráulico y se realizaran algunas
variantes para evaluar el rendimiento en diferentes condiciones (ejemplo: recorrido de válvula de impulso,
altura de descarga, etc.), en las que se encuentran trabajando, para lograr una ampliación en los datos que se
pretenden levantar en campo se utilizaran instrumentos especializados como; manómetros , cinta métricas,
cronómetros y Pie de Rey para que nuestra recolección de datos sea lo más veraz posible sobre cada ariete, en
cada sitio que será visitado.
La tesis es de forma investigativa porque se recopilaran los datos en campo para luego elaborar las curvas
características con especificaciones técnicas.
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Las etapas a seguir en el marco metodológico se denotan en el siguiente cuadro:
Primera Etapa: Identificación de los Arietes Hidráulicos
Actividades
1 − Solicitar información a proveedores y
fabricantes.
2 − Establecer una cita de campo.
3 − Recibir información previa.
Materiales
Broshur, teléfono, fax, email.
Vía telefónica
Folletos y Material Didáctico
Segunda Etapa: Recolección de Datos en Campo.
Actividades
1 − Crear un Cuestionario.
Materiales
Libreta de Campo y Lápiz
Pie rey, cinta métrica, manómetro, calculadora,
2 − Levantamiento de datos técnicos en campo.
recipiente(balde),cronometro
Tercera Etapa: Procesar la Información.
Actividades
1 −. Construcción de la Base de Datos de cada
uno de los modelos de los arietes hidráulicos.
2 − Aplicación de los Datos de cada uno de los
modelos de ariete hidráulicos.
Materiales
Computadora y Libreta de Campo
Modelos Computacionales
Cuarta Etapa: Discusión de los Resultados
Actividades
1 − Encuentro con el Grupo de Proveedores y
Fabricantes de Ariete Hidráulico.
2 −. Presentación de un Modelo de Ariete
Hidráulico.
Materiales
Transporte, Material Didáctico, Data Show, etc.
Computadora, Data Show
Quinta etapa: Validación de los Ariete Hidráulico en Laboratorios
Sexta Etapa: Redacción Final del Proyecto.
CRONOGRAMA DE EJECUCIÓN
No. ACTIVIDADES
MES 1 MES 2 MES 3 MES 4 MES 5
1
X
2
3
4
PROTOCOLO
CONTACTOS (Identificar Fabricantes y Proveedores de
Ariete Hidráulico)
LEVANTAR INFORMACIÓN GENERAL DE CADA
UNO DE LOS MODELOS IDENTIFICADOS
LEVANTAR INFORMACIÓN EN CONDICIONES DE
X
X
X
X
X
X
7
5
6
7
CAMPO
PROCESAR LA INFORMACIÓN PARA OBTENER LA
CURVA CARACTERÍSTICA POR MODELO
HIDRÁULICO
VALIDACIÓN DEL ARIETE EN LABORATORIO
ESPECIALIZADO
DISCUSIÓN DE DATOS PARA REDACCIÓN DE TESIS
MONOGRÁFICA
DEFENSA DE TESIS EVALUACIÓN DEL
FUNCIONAMIENTO DE EL ARIETE HIDRÁULICO EN
NICARAGUA
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X
X
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Bibliografía.
• http://www.terra.org/
• Monografía diseño de ariete hidráulico − Milton Hernández y Rodolfo Pérez
• Optimización de diversos tipos de arietes hidráulicos y su aprovechamiento para riego de pequeñas
parcelas − Apolo Vicente
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