Instalación de una bomba de ariete

Esta mañana una persona me ha pedido que le recomiende que tuberías debería de utilizar para instalar su bomba de ariete BaserriSoft de 1″.

Como en su terreno hay un desnivel de de al rededor de 50m le he recomendado que utilice una tubería de 25mm y 6 atmósferas (para alturas de hasta 30m se puede utilizar una tubería de 4 atmósferas). Teniendo en cuenta el desnivel que hay, uno pude pensar qué se puede utilizar una tubería de 16 o de 20mm, puesto que el caudal que se eleva es muy pequeño. Pero eso no es así puesto que cuanto más pequeña es la tubería de subida tiene que hacer más fuerza par elevar el agua, por eso a partir de los 20-30m es mejor utilizar un tubería de 25mm.

La tubería que va del manantial al deposito (la amarilla), no es muy importante y puede componerse de una o varias tuberías de distintos diámetros. Hay que conseguir que cuando el ariete este en marcha rebose algo de agua del deposito de 1000 litros.

En cambio la tubería roja, es mejor que se realice de acero o PVC, para que la bomba aproveche mejor la inercia generada por el golpe del ariete que se genera al cerrarse la clapeta de golpe. No obstante esta instalación se puede hacer con tubo de poliestireno de 32mm sin problemas (excepto en las instalaciones que levan el agua a mucha altura).

Si nos fijamos en el dibujo, a varios metros del contenedor IBC o bidón de 1000 litros, hay un tramo de tubería roja que esta mirando hacia arriba, esta tubería principalmente tiene dos funciones, la primera es amortiguar el retroceso del golpea de ariete de nuestro circuito, y el segundo es expulsar la ramas, hojas y demás partículas flotantes que se cuelan en nuestro circuito. La parte más alta de este tubo de drenaje tiene que estar al mismo nivel que la parte mas alta del deposito de 1000 litros.

Para instalar una bomba de ariete ariete BaserriSoft de 3/4 para la subida (tubería azul) podemos utilizar tuberías de 20 o 25mm y 4 – 6 bares de presión, dependiendo de la altura a la que vamos a elevar el agua y según lo explicado con anterioridad con la bomba de 1″.

Para instalar una bomba de ariete ariete BaserriSoft de 3/4 podemos utilizar tubo de poliestireno de 25mm en las tres secciones, teniendo en cuenta lo explicado con anterioridad con el ariete BaserriSoft de 1″.

Elevar agua de un canal de riego

A menudo me preguntan si es posible elevar el agua de un manantial o canal de riego con una bomba de ariete cuando no tenemos un salto de agua. Y mi respuesta es NO, pero…

Ahora os esplicare el pero.

Hace un par de años estando en Navarra en la huerta del tío de un amigo, me explico como tenía que andar cargando con un generador desde el coche a la huerta cada vez que tenía que llenar el deposito que utilizaba para regar la huerta, ya que como el canal de riego de encontraba albor debajo del nivel de la huerta no podía instalar una bomba de ariete, y como había tantos robos, no se podía dejar el generador en la huerta.

Tras analizar el terreno le di dos soluciones:

La primera solución que se me ocurrió (OPCION A), era la que menos me gustaba y consistía en instalar una bomba de ariete de 1/4 dude pulgada en el terreno de un vecino con el que se llevaba bien. En ese punto el canal tenía 1,20m de altura respecto al suelo, y si instalaríamos un sifón podríamos elevar el agua hasta el deposito de agua de la huerta.

Al final descartamos está opción ya que por una parte la instalación se tendría que realizar en el terreno de un vecino y por otra parte al tener un salto de agua muy pequeño no elevaría mucho agua, y como entre el canal de agua y la huerta había más de 15m de diferencia de altura necesitábamos un poco más de fuerza de empuje.

Al final, la segunda opción (OPCION B) fue la que instalamos:

En una esquina del terreno, junto al canal enterramos varios bloques de hormigón a modo de cimientos, y sobre ellos pusimos un andamio de obra. Sobre el andamio pusimos 2 contenedores IBC, que son los típicos depósitos de 1000 litros que casi todos tenemos en nuestras huertas.

Para llenar los contenedores instalamos un kit de los que se utilizan para hacer fuentes o recircular el agua en los estanques. El kit se componía de una placa solar y una pequeña bomba de agua eléctrica. Para evitar que la bomba de agua este funcionando constantemente, en uno de los bidones se instalo un sensor de nivel que cortaba la alimentación de la bomba al detectar que los dos depósitos estaban llenos.

Durante algo mas de un año los contenedores los estuvieron llenado con las bombas eléctricas y las placas solares. En los últimos meses a mi amigo le ha dado por experimentar con las ruedas hidráulicas, y acabo sustituyendo el motor y la placa solar por una rueda hidráulica en espiral. Gracias a la cual llena constante mente los depósitos y el sobrante regresa nuevamente a la acequia. Con el agua que derrama el ariete pasa lo mismo, es recogido en un cubo y mediante mangueras regresa nuevamente a la acequia para poder ser utilizada por un agricultor.

A continuación os dejo la foto de una rueda hidráulica en espiral.

Rueda hidráulica en espiral.

Gallinero AC Diagrama de flujo

Diagrama de flujo del Gallinero AC, que es la puerta de gallinero automática con Arduino.

En todos los años que llevo programando, esta ha sido la primera vez en la que me he visto obligado a tener que realizar un diagrama de flujo.

A medida que el programa crecía, me resultaba muy dicicil el navegar a través de el para seguir programando.

Gallinero AC

Hace unos meses me presente ala 11ª convocatoria de proyectos abiertos de Tabakalera Donosti con el proyecto Nerd Farmer. El proyecto que presente fue el diseño de una puerta de gallinero automatizada y sencilla de manejar. Así es como surgió el Gallinero AC que estoy desarrollando. El proyecto actualmente se encuentra en una fase muy avanzada.

Diagrama bloques Gallinero AC

En breve creare una carpeta de Github para empezar a compartir todo el material que pueda.

Como se puede observar en esta especie de pseudo diagrama de bloques, el Gallinero AC cuenta con una placa de desarrollo de hardware basada en Arduino, y entorno a ella iremos conectando todos los sensores y periféricos que componen la puerta del gallinero.

Su funcionamiento es mu sencillo, la puerta del gallinero se abrirá y se cerrara a la hora que nosotros le indiquemos, o tras cotejar la intensidad de luz que le llega a una foto resistencia.

Las puertas se abrirán y cerraran gracias a un motor paso a paso NEMA 17. Para detectar si la puerta está abierta o cerrada, utilizaremos dos sensores Hall (sensores de magnetismo).

Mediante un DTH11 obtendremos la temperatura y la humedad de nuestro gallinero.

A ademas la placa contara con 2 entradas TTL y 2 salidas TTL (0 – 5V), en las cuales podremos conectar un sinfín de periféricos.

En breve empezaré a colgar mucha más gráficos, documentación.

Heridas con la motosierra

Hace poco indagando sobre una maquina nueva que quiero montar encontré estas estadísticas sobre las zonas y heridas más frecuentes durante el manejo de una motosierra.

Actualmente en el mercado hay un gran número de EPIs que nos pueden ayudar a mitigar los daños en caso de un accidente.

El Ariete Hidráulico

El ariete hidráulico fue inventado por Joseph Montgolfier (1749-1810) en 1796, y el ariete hidráulico consiste en una máquina que aprovecha la energía que produce un pequeño salto de agua, para elevar parte de su caudal a una altura superior.

A partir de su invención, el ariete hidráulico tuvo una amplia difusión por todo el mundo. No fueron pocos los caseríos de Euskadi que pudieron tener agua gracias este invento, a pesar de estar a varios kilómetros de la fuente de agua. Con el tiempo este invento cayó en desuso, ya que las nuevas moto-bombas eléctricas o a gasolina de eran capaces de manejar el agua manera más eficiente.

En la actualidad, asistimos a un nuevo renacer de este invento, debido a que su uso resulta mas ecológico que el de una moto-bomba, ya que con el ariete no nos apoderamos de todo el agua de la fuente o cauce como solía pasar con otro tipo de bombas, y el agua que nos sobra puede ser utilizada por los animales o otra persona mas abajo.

Que necesitamos

Para conseguir elevar el agua para regar tu huerta con comodidad huertas o parcelas que se encuentren más elevadas que el agua que se dispone, solo necesitas tener una fuente de agua mas o menos constante, por muy pequeña que esta sea y disponer de un pequeño desnivel donde poder colocar nuestro ariete universal.

Que es un ariete universal

El ariete universal es una una máquina muy sencilla, que eleva el agua a una altura superior, sin necesidad de una fuente de energía externa (funciona sin gasolina y sin electricidad). Para su funcionamiento utiliza un efecto que se llama golpe de ariete que ya lo explicaremos mas a delante.

El ariete universal es una maquina que se construye con piezas de fontanería muy comunes, y en caso de rotura, desgaste, y etc… para poder encontrar una pieza de remplazo, solo tenemos que acudir a una tienda de suministros de fontanería o centro de bricolaje donde encontraremos un remplazo con casi total seguridad.

Funcionamiento

El agua que se encuentra en un deposito, cauce o manantial a una altura superior respecto a nuestro Ariete, el agua cae y se acelera a lo largo del tubo de alimentación en dirección a nuestro Ariete, alcanzando una velocidad e inercia suficiente para poder cerrar las válvulas que generan el golpe de ariete y dejar pasar un pequeño chorro de agua al depósito, equilibrando ambas presiones. En ese momento, la gravedad abre la válvulas de choque y se cierra la válvula del deposito, repitiéndose de nuevo el ciclo de manera constante.

El agua, a cada golpe de ariete, pasa al depósito, donde presuriza el aire que contiene. Este volumen de aire hace fluir el agua, con continuidad, por la manguera de elevación. Cada ved que el circuito se cierra bruscamente o mejor dicho cada ved que se produce un golpe de ariete, se genera una sobre presión, que eleva parte del caudal de agua a través de la salida a una gran altura. El resto del agua retorna de nuevo al río, o se puede redirigir de nuevo a otro ariete situado en una altura inferior.

Generalmente se considera que el ariete esta bien ajustado y funcionando a un buen ritmo o cadencia cuando este está funcionando a uno o dos golpes por segundo.

El caudal de alimentación (Q)

Este caudal de alimentación es el que nos da la medida del ariete. A mayor caudal de alimentación, mayor ariete podemos poner. En general, la decisión estará dada por el caudal de la fuente o regata que dispongamos.

El ariete tiene que consumir algo menos de lo que nos da la fuente, porque si el tubo de alimentación coge aire, deja de funcionar correctamente.

Se recomienda que el tubo de alimentación sea de hierro galvanizado y su longitud conviene que sea del 30 al 50% de la altura de elevación (H), No tiene que tener curvas bruscas ni estrechamientos, ni puntos altos donde se puedan acumular burbujas de aire.

En la siguiente tabla se puede ver cuál es el diámetro (D) del tubo de alimentación, según el caudal de alimentación de que se disponga.

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Rendimiento

El rendimiento del ariete varía en función del cociente H/h.

Al aumentar el valor resultante, el rendimiento disminuye. En la tabla siguiente puedes ver cómo varía el rendimiento energético.

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Como puede deducirse de la tabla, no debe superar más de 12 veces el desnivel de trabajo (h), ya que el rendimiento es muy bajo a partir de ese factor.

El caudal elevado (q)

El caudal elevado depende de varios factores, del rendimiento (R), el caudal de alimentación (Q), el desnivel de trabajo (h) y la altura de elevación (H). La ecuación por la que se relacionan es la siguiente:

q = (R*Q*h) / H

Tabla orientativa de caudales elevados

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El rendimiento de los arietes de doble campana o doble impacto es un 15% mas superior respecto a los arietes de una sola campana, tanto en cantidad de agua, como en la altura elevada.

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Instalación

La instalación del ariete se puede realizar de distintas maneras ya que su instalación variara según el entorno y la captación de agua que estemos utilizando.

Pero en todas las configuraciones que realicemos, es muy importante que a la entrada de la captación de agua coloquemos filtro para evitar que entre arena, hojas y hierbas a nuestro ariete.

También es conveniente colocar el ariete sujeto en una pequeña base metálica (lo mas pesada posible) o de hormigón, ya que si el ariete esta suelto parte de la inercia del golpe de ariete se pierde al desplazarse por el efecto del golpe.

Alimentación desde un manantial

No es conveniente el conectar directamente el ariete a un manantial, ya que las vibraciones del golpe de ariete que se trasmiten a través del tubo pueden deteriorar el manantial. Para evitar que se dañe el manantial, es mejor colocar un bidón de captación.

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El bidón de captación no es mas que un bidón de pequeñas dimensiones al cual si queremos, le podemos colocar un sistema de filtrado para depurar el agua que estamos captando de nuestro manantial.

Alimentación desde un cauce

Si las características del cauce del río no nos permite instalar un bidón de captación, instalaremos un tubo de captación similar al de la imagen.

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El tubo de captación lo dejaremos semi enterrado en el lecho del cauce de forma que el agua pueda entrar por el orificio que hay en la parte superior del tubo exterior, de esta manera los sedimentos y restos de hojas se depositaran en la base del tubo exterior y el agua

penetrara a trabes de los orificios que tiene el tubo central.

Alimentación desde un bidón o deposito

De todas las configuraciones esta es la mejor forma de alimentar un ariete hidráulico. Para ello necesitaremos un bidón o deposito de al menos 200 litros, y si nos es posible instalaremos un bidón de 1000 litros.

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Hasta el deposito llevarnos las mangueras procedentes de uno o varias captaciones de agua, y la salida de agua del deposito instalaremos las mangueras que alimentan nuestro ariete, de esta manera obtendremos un flujo constante y homogéneo de agua con el cual alimentar el ariete. Posteriormente nuestro ariete elevara el agua hasta el deposito donde queremos almacenar el agua.

Ajuste y puesta en marcha

El ajuste de un ariete universal resulta mucho mas sencillo que el de un ariete construido con una válvula de ímpetu, puesto que en un ariete universal no tenemos que andar regulando el peso y la carrera de las válvulas.

Si la instalación es nueva, lo primero que tenemos que hacer abrir todas las llaves de paso de nuestro ariete, y dejar durante un buen rato que el agua saga a chorros por la salida del aireador. Ya que al hacer esto nos estamos vaciando de aire la tubería que alimenta nuestro ariete. A continuación para el ajuste y puesta en marcha seguiremos los siguientes pasos:

  • Cerraremos la llave del aireador y varios segundos después la llave de salida de nuestro ariete.
  • Si queremos ahora seria un buen momento para colocar un manómetro en la salida del aireador, ya que la utilización de un manómetro nos puede facilitar mucho el trabajo.
  • Cerraremos totalmente la llave de entrada de nuestro ariete, y la abriremos poco a poco hasta observar que la válvula que genera el golpe de ariete se ha cerrado. A esta pieza móvil que abre y cierra la válvula a partir de ahora le llamaremos placa.
  • Con la ayuda de un palito realizaremos una pulsación sobre la placa. Al hacer esto estamos generando un golpe de ariete de manera manual, ya que al pulsar sobre la placa la válvula se libera y el agua empezara a salir a chorros cerrando nuevamente la válvula.
  • Repetiremos el paso anterior tantas veces como sean necesarias generalmente de 12 a 20 veces. Poco a poco veremos en el manómetro como aumenta la presión de nuestro cámara de aire.
  • Llegara un momento en el que la placa se empiece a abrir y cerrar por si sola, generalmente sobre los 2 bares de presión (según el modelo del ariete) y veremos como aumentar la presión a cada golpe de ariete.
  • Con el fin de igualar la presión del cámara de aire y la presión de la manguera de salida del ariete, abriremos (muy poco) y cerraremos rápidamente la llave de salida. Para que el ariete no se nos ahogue y deje de funcionar la presión del cámara de aire nunca debe bajar de la presión con la que se ha puesto a funcionar.
  • Cuando se estabilicen ambas presiones, abriremos la llave de salida, y paulatinamente iremos abriendo la llave de entrada del ariete, para conseguir que entre más caudal en el circuido. Estos pasos solo son necesarios para la puesta en marcha o cada vez que vaciamos el circuito para un mantenimiento. Si el ariete esta bien ajustado y se nos para por que el circuito ha cogido aire o algún otro motivo, con solo pulsar una o dos veces sobre la placa ya debería de entrar en funcionamiento. Como hemos comentado con anterioridad, se considera que un ariete esta bien ajustado cuando el ariete pega uno o dos golpes por segundo.

Mantenimiento

El ariete es una máquina muy rústica, basta con limpiar de hojas el filtro de alimentación y con airearlo de vez en cuando.

Al proceso de extraer el agua que se va acumulando en la cámara de aire del ariete se le conoce como “airear el ariete”. Para realizar esta maniobra hay que cerrar las llaves de entrada y salida de agua y entonces abrir la llave de aireado, esperar a que se vacíe de agua la cámara de aire. Cuando no salga más agua, cerrar la llave de aireado, y abrir nuevamente las llaves de entrada y salida para que el ariete siga en marcha.

Anexo
Medida de la caída o altura del salto

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Se puede hacer con un nivel de agrimensor, en cuyo caso, quien lo tenga, sabrá manejarlo. También se puede utilizar un nivel de carpintero, una tabla derecha y una escala. Se pone la tabla horizontal en cada medida y así obtenemos la caída total.

Medida del caudal

Para calcular el caudal que disponemos, conviene realizar esta medida durante el durante los meses de verano o la temporada más seca, para calcular todo de acuerdo con los mínimos caudales disponibles.

Existen distintas formas de realizar esta medida, pero el método más sencillo es el del bidón o deposito. Consiste en canalizar el agua a través de un tubo o canaleta y verterla en un bidón de una capacidad conocida, y cronometrar cuanto tarda en llenarse. Posteriormente aplicando la formula que viene a continuación calcularemos el caudal:

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Caudal en litros/s = Volumen del depósito en litros / Tiempo de llenado en segundos

Nuevos diseños de Bombas de Ariete

1 TENDENCIAS GENERALES

La bomba de ariete ya tiene una tecnología “madura”. Durante los últimos dos siglos, los diseños de las bombas se han estabilizado y se han probado muchas variaciones respecto a la configuración básica (de la tubería de transmisión, la bomba, la caseta de la bomba y de la tubería de suministro). Uno podría pensar que no es probable que haya más cambios significativos en la bomba de ariete o en el sistema en el que se utiliza. Sin embargo, se han producido cambios tanto en las necesidades de bombeo como en los materiales.

Antes de la invención de los motores de gasolina o de la llegada de la electricidad a las granjas, las bombas de ariete eran la única forma factible para elevar el agua de los arroyos o manantiales a las laderas vecinas. En consecuencia, se toleró un alto costo; se utilizaron bombas fuertes pero caras hechas de acero fundido y bronce. Hoy en día existen más alternativas, con lo cual el bombeo de agua mediante bombas de ariete “siguen teniendo su cota de mercado asegurada”, ya que con este tipo de bombas el suministro de agua para humanos y ganado se vuelve más barato y simple.

En todo el mundo el agua es cada vez más escasa y sucia. En consecuencia los sitios donde instalar un ariete, donde un flujo de agua limpia caiga abruptamente desde altura, cada vez son más difíciles de encontrar. A menudo el agua que se quiere utilizar con fines domésticos requiere de una limpieza o potabilización. Hay varias soluciones posibles para solventar este problema de flujo de agua contaminada. Una es filtrar el flujo de agua en la entrada. Otras es usar una bomba indirecta que permita la caída de agua sucia para impulsar la extracción de agua limpia de una fuente cercana. Por último en el peor de los casos, si no podemos filtrar ese agua, ese agua lo podemos utilizar para el riego, el ganado, y en todas aquellas aplicaciones donde la calidad del agua no sea tan importante.

El filtrado y la potabilización del agua son sumamente importanetes, y las opciones técnicas para llevarlo acabo aumentan cada día. Actualmente con un pequeño panel fotovoltaico, podemos esterilizar el agua químicamente o mediante una luz ultravioleta (actualmente hay luces LED que nos pueden esterilizar el agua) para un hogar o una pequeña aldea. Para agregar estos procesos de esterilización en un sistema de bombeo mediante una bomba de ariete, puede requerir varios ajustes en el diseño de la instalación, por ejemplo, un sistema que solo permita la entrega de agua mientras este funcionando la luz que potabiliza el agua.

El bombeo indirecto es una técnica que se conoce desde hace más de cien años. Las bombas indirectas todavía se fabrican, pero son complejas y, por lo tanto, costosas. Tienen mas piezas sensibles al desgaste que las bombas de ariete y requieren una fuente de agua limpia cerca del flujo de agua sucio, para poder impulsar el agua limpia. Uno podría argumentar que realizar una infraestructura tan elaborada en la instalación con su correspondiente mantenimiento es ir en una dirección equivocada. Pero la experiencia en el campo, lo que nos viene a demostrar es que la mayor limitación de está tecnología, esta en las personas que piensan que “esta tecnología es demasiado complicada”.

Según la experiencia de los autores de esté documento, principalmente en un contexto africano, incluso después de un curso de capacitación de 3 semanas, muchos técnicos de agua no tienen la confianza suficiente para inspeccionar, diseñar e instalar un sistema de bombeo mediante una bomba de ariete. Las reglas del diseño parecen complejas, y los técnicos temen cometer cualquier error que pueda ocasionar que un sistema falle. Sin embargo, los sistemas ocasionalmente fallan: por desgaste y corrosión, por un flujo insuficiente o por daños producidos por una inundación, bloqueo de la instalación por la sedimentación, por robo o un daño malicioso. No es posible construir un sistema perfecto.

Para bombear el agua con un motor diesel o de gasolina, en su forma más simple, el usuario lleva la bomba al sitio, coloca una manguera de succión en la fuente de agua, extiende la manguera de suministro y arranca la bomba. Con el bombeo eléctrico tiene que utiliza la red eléctrica o una placa fotovoltaica, para ello tiene que transportar la placa y las baterías, con lo cual el procedimiento es un poco más complejo. El bombeo mediante bomba de ariete es más complejo nuevamente. Por lo tanto, ha habido un creciente interés en simplificar la tecnología, especialmente para ser utilizado en sistemas de riego operados por campesinos.

2 BOMBAS MÁS SIMPLES

Una bomba normalmente se comprende una válvula de impulso (válvula de choque) ajustable, una válvula de suministro (con un antirretorno), un recipiente a presión (cámara de presión) para suavizar el flujo suministro pulsante y un sistema de anclaje. Cuando es el aire  libre (ya que el aire puede estar contenido dentro de pelotas de tenis o otros objetos) de la cámara de presión el medio que amortigua la presión que ejerce el suministro pulsante en el recipiente a presión (que debe ser vertical para funcionar correctamente), se necesita instalar una tercera válvula (“snifter”) para reponer este aire.

Los nuevos desarrollos de bombas de ariete con el fin de simplificar los diseños de las bombas de ariete hidráulico pueden tomar varias formas, pero en estos diseños principalmente lo que se pretende es lo siguiente:

– Quitar el mecanismo para ajustar el flujo de accionamiento.

– Reemplazar el aire libre de la cámara de presión por aire contenido.

– Simplificar el anclaje de la bomba y su fijación al tubo de impulsión y entrega.

Al eliminar el mecanismo de ajuste, por supuesto, se eliminan todos los beneficios del ajuste, se pierde la capacidad de ajustar la bomba para adaptar los golpes del ariete con el flujo de accionamiento disponible localmente. En algunas circunstancias, especialmente cuando solo se necesita una pequeña fracción del flujo de la corriente, no hay gran mérito en sintonizar los golpes del ariete. Cuando un fabricante produce una gama de bombas, es normal que cada incremento de tamaño corresponda a un aumento de dos o tres veces en el flujo de impulsión máximo. Una bomba que no esta ajustada al nunca nos dará su flujo de impulsión máximo (o “nominal”).

Por lo tanto, el uso de tales bombas individualmente restringirá el flujo de accionamiento y, por lo tanto, la entrega, a uno de los pocos valores ampliamente espaciados. Sin embargo, si se usan en paralelo varias (digamos tres) bombas idénticas, o dos bombas de diferente tamaño, generalmente es posible obtener dentro del 25% de cualquier flujo de impulsión ideal. De hecho, existen cuatro alternativas distintas para el ajuste en el sitio para adaptar las bombas al flujo disponible, dos de ellas aplicables cuando el sistema está instalado y dos cuando está en uso.

Durante la instalación, la capacidad de flujo de impulsión de un sistema se puede seleccionar aproximadamente seleccionando el número y el tamaño correctos de las bombas que se instalarán en paralelo. Alternativamente, se pueden instalar bombas que ya estén “preestablecidas” para un flujo de impulsión en particular. Este nivel más bajo de ajuste no solo simplifica el diseño de la bomba (por ejemplo, pueden fabricarse una bomba con dos o tres tipos diferentes de válvula de impulso), eliminando la posibilidad de que el usuario desajuste completamente su bomba. El mal funcionamiento por culpa de la ignorancia del operador es bastante común en los sistemas de alta tecnología, así como en las bombas de ariete más simples.

Cuando una bomba de ariete está funcionando, aveces puede ser necesario el hacer frente a una caída del flujo de agua disponible. Si las bombas no son ajustables, esto solo se puede hacer reduciendo el número de bombas en funcionamiento o haciéndolas funcionar de manera intermitente. Usando la disposición de “tres bombas del mismo tamaño” o “dos ​​bombas de diferentes tamaños” recomendadas anteriormente, por lo general suele ser posible hacer frente a los cambios en el flujo de la corriente del agua cambiando solamente el número de bombas en uso. La operación intermitente, generalmente se suele usar en instalaciones con una sola bomba, para poder trabajar así es recomendable disponer de un depósito capaz de almacenar al menos 2 horas de flujo de impulsión. En la práctica, la operación intermitente, donde el usuario enciende la bomba cuando el depósito está lleno y se apaga cuando está vacío, es muy rara. Está práctica Suele ser más común en pequeñas granjas o en algunas aplicación de bombeo o drenaje de agua. Técnicamente, también  es posible el utilizar un sifón autocebante para lograr una operación intermitente sin intervención humana: pero resulta muy difícil el encontrar un ejemplo, debido a la complejidad de la instalación.

Dada la conveniencia de tener más de una bomba funcionando en paralelo por razones de fiabilidad, la dificultad relativa que requiere tener todas las bombas correctamente sintonizadas y ajustadas al flujo de impulsión del sistema y al flujo de la corriente (a menudo extremadamente variable) y a todo esto le tenemos que añadir la probabilidad de un mal funcionamiento producido por el manejo de operadores inexpertos, al final en muchas instalaciones para evitar estos problemas, optan por instalar bombas más simples que no se pueden ajustar o que están sintonizadas (“preestablecidas”) ya de fábrica.

El uso del aire contenido para amortiguar las pulsaciones en el flujo de entrega tiene una gran ventajas respecto al uso de un recipiente de aire convencional. Por aire contenido o paquete de aire»

 nos referimos al aire en una vejiga, espuma con celdas de aire selladas. Los vasos de expansión comerciales que se instalan en los circuitos ACS o calefacción que se instalan para evitar el aumento de la presión, contienen un diafragma para separar el aire del agua, sin embargo, tales diafragmas son difíciles de fabricar y sellar y, por lo tanto, son caros. Por el contrario, la espuma con celdas de aíre selladas, o como el plástico de burbujas, ya se ha utilizado con éxito en varias bombas de ariete de pequeño tamaño. Las ventajas de sustituir los paquetes de aire por el aire libre de un recipiente a presión convencional son varias. La cámara de presión ya no necesita ser vertical, el aire no puede perderse a través de pequeños agujeros en las soldaduras o accesorios, la válvula de aspiración ya no es necesaria, la bomba puede funcionar bajo el agua. Las desventajas son la posible falla por fatiga de los materiales que contienen aire, la pérdida lenta de aire a través de las paredes de las vejigas o la espuma y la reducción significativa del volumen de aire en el arranque.

Considere un recipiente de aire convencional de un volumen 10 litros en una bomba de ariete que entrega hasta 90 metros. Inicialmente, antes del arranque, el aire está a una presión atmosférica (1 bar). En el momento del arranque, la presión absoluta aumenta rápidamente a 10 bar a medida que el aire se calienta y comprime. Luego se enfría ya que su volumen pasa a ser aproximadamente de un1 litro, es decir, una décima parte de su valor inicial: el recipiente de aire ahora está casi lleno de agua. Durante el funcionamiento a lo largo de un período de varias horas, el aire se repone a través de la válvula de aspiración a su volumen original de 10 litros. La bomba funcionara bastante ruidosamente hasta que esto tenga lugar.

Sin embargo, si remplazamos al aire libre por un un paquete de aire cerrado, no existirá un mecanismo de reabastecimiento, por lo tanto, durante todo el tiempo de ejecución el volumen siempre permanecerá en 1 litro. Por lo tanto, es necesario proporcionar un paquete de aire cuyo volumen inicial sea igual a:

Vinit = volumen de aire requerido en funcionamiento

(Vop) × presión de suministro en bares absolutos.

(Tenga en cuenta que la altura de entrega de 10 metros corresponde a 2 barras absolutos, 20 metros a 3 barres, etc.)

Investigaciones y experimentos recientes sugieren que el volumen de aire en funcionamiento (Vop) puede ser de forma segura tan pequeño como el doble del volumen de agua suministrada en cada ciclo. [La eficiencia de la bomba no disminuye significativamente en comparación a cuando Vop es grande, y la sobrepresión de aproximadamente del 30% también suele ser tolerable desde el punto de vista de la fatiga.] Una bomba de riego solo puede elevarse a 20 metros, por lo que el volumen de aire inicial de Vinit, es solo 3 veces Vop, mientras que una bomba de ariete domestica puede elevar el agua a 80 metros (Vinit = 9 veces Vop) o más. Por lo tanto, esperaríamos que este problema de compresión de aire sea más severo en las bombas de gran elevación. Sin embargo, a medida que aumenta el cabezal de entrega (mientras el cabezal de impulsión y el flujo de impulsión se mantienen constantes), el volumen suministrado por ciclo disminuye. La combinación de estos efectos significa que para un tamaño de bomba dado, el tamaño inicial apropiado del paquete de aire no varía mucho con el cabezal de entrega. En términos prácticos, el tamaño mínimo inicial del paquete se relaciona aproximadamente con el tamaño de la bomba como se muestra en la Tabla 1.

Esta tabla indica un volumen inicial de paquete de aire y, por lo tanto, el tamaño del recipiente, equivalente a 1 m de tubería de impulsión (o menos longitud de un diámetro mayor) debería ser suficiente: este es un tamaño tolerable.

Con un paquete de aire, el diseño de la bomba se puede simplificar esencialmente a una válvula de impulso seguida de un tubo horizontal que encierra el paquete ingresado a través de la válvula de suministro de retención. Esto da como resultado un diseño de bomba bastante compacto que se puede colocar debajo del agua para maximizar el cabezal de accionamiento y reducir el ruido. Aunque existen algunos problemas particulares que pueden surgir al operar bajo el agua, por ejemplo, succionar suciedad a través de la válvula de impulso, una mayor vulnerabilidad a los daños por inundación y la dificultad de acceso para la sintonización, para otras cosas muchas las ventajas que presenta mucho mayores que las desventajas.

A medida que los materiales mejoren, empezaremos a ver cada vez más bombas de ariete que incorporen celdas de aire o incluso un diafragma en lugar de las celdas de aire tradicionales.

En las instalaciones de regadío donde las bombas y las tuberías se tienen que desmontar cada noche, o al final de la estación seca,  requieren de bombas muy simples y sin accesorios que puedan molestar durante la manipulación.

La fuerza de choque o los golpes de ariete producido por las bombas cuando están en uso son grandes, por lo que los anclajes deben de ser fuertes y resistente. Cada vez es más habitual el encontrarse con bombas de ariete donde parte de su estructura se encuentra dentro de un bloque de hormigón, o atornilladas a una cuna permanente (es decir, hormigonada).

3 NUEVOS MATERIALES, MENOS COSTOSOS Y DE MAYOR RENDIMIENTO

Para conseguir una bomba de ariete los mátete ríales de larga duración como pueden ser el hierro o el latón son los más adecuados, pero en los últimos años con la irrupción nuevos materiales como el PVC en el mercado, estos materiales han ido encontrado su lugar particularmente en las bombas de ariete baratas de un rendimiento modesto pero adecuado. Durante los últimos veinte años, las tuberías metálicas han sido reemplazadas en gran medida por el plástico, especialmente PVC, ABS y HDPE. 

Por lo tanto resulta muy tentador el utilizar estos materiales resistentes a la corrosión y fáciles de trabajar para construir el cuerpo de una bomba de ariete. Desafortunadamente, la baja rigidez, la resistencia a la fatiga y la resistencia a la luz solar de los plásticos plantea muchos problemas.

El efecto conocido como golpe de ariete que subyace detrás del funcionamiento de la bomba de ariete se disipa en materiales muy elásticos, o peor, estos absorben su energía. Por esta razón, tratamos de evitar la acumulación de aire en las tuberías de transmisión y buscamos un alto nivel de rigidez en las paredes. La altura máxima a la que puede llegar una bomba de ariete es aproximadamente hmax = ν Cdp / g. Donde ν es la velocidad máxima del agua en la tubería de accionamiento y Cdp es la velocidad del sonido en esa agua. Se puede demostrar que para una tubería infinitamente rígida, Cdp / g es de aproximadamente 140 metros de altura por metro / segundo, en una tubería de acero es típicamente de 120 pero en una tubería de plástico es solo de aproximadamente 30.

[La fórmula utilizada normalmente es:  

Donde C es la velocidad del sonido en el agua, D y t son el diámetro y el grosor de la tubería de plástico, G la rigidez del agua y E la rigidez del plástico.]

Este efecto se demuestra cuando comparamos dos bombas de ariete similares, una fabricada en PVC y la otra en acero, tras analizar los resultados veremos que la primera sólo nos entrega aproximadamente el 30% de la altura respecto a la bomba de ariete fabricada íntegramente en acero. 

Para entregas el agua a alturas realmente alta, es imprescindible que el tubo de accionamiento sea de acero. En cambio para entregar el agua a una altura inferior a 50 metros, podemos utilizar un tubo de accionamiento de plástico sin problemas.

Todos los materiales muestran fatiga en el sentido de que, un material pueda tolerar una carga fácilmente si se aplica solo unas pocas veces, pero si se aplica millones de veces puede acabar fallando. Un sistema de bombeo  compuesto por una bomba de ariete, provocan que la bomba y las tuberías de transmisión estén experimentan entre 15 y 100 millones de pulsos de presión por año, por lo que la falla por fatiga es un peligro real. Para utilizar tuberías de plástico, generalmente suele ser suficiente con seleccionar una tubería de una presión nominal 3 veces superior a la presión de suministro. Debido a que el fallo por fatiga es tan probable en las bombas de PVC, estas se suelen reforzar con partes metálicas o con fibra de vidrio.

Los plásticos moldeados por inyección que se utilizan en bombas centrífugas y bombas manuales, también podrían usarse para fabricar bombas de ariete, pero debido a los costes tan altos de la producción actualmente no sale a cuenta. Incluso se han hecho pruebas con cuerpos de hormigón obteniendo buenos resultados, el material es barato, aunque pesado, pero los problemas de obtener densidades realmente altas y de sellar las juntas entre las secciones de concreto aparentemente han derrotado a los diseñadores de bombas de concreto.

Las bombas de ariete fabricadas de plástico (bombas de pequeñas dimensiones o para elevar el agua a baja altura), ya ha encontrado su hueco en el mercado junto con las fabricadas de metal para elevaciones más altas.

Parece poco probable que pronto se empleen materiales o procesos más complejos para fabricar estos dispositivos.

Actualmente la forma de reducir los costes de la fabricación de las bombas de ariete pasa por la utilización de menos materiales, más baratos o más simples, de la producción en masa y de las simplificación de los diseños. Actualmente la comprensión de las bombas de ariete es mejor que en el pasado y gracias a los cambios y modificaciones que se han realizado respecto al diseño inicial se a logrado una mayor eficiencia de las bombas de ariete y una reducción significativa de los coste de producción.

La producción en masa de las bombas de ariete está limitado por un mercado con una demanda muy pequeña. Los intentos de ensamblar las bombas de ariete a partir de accesorios producidos en masa generalmente no han logrado un alto rendimiento, ni una bajada de los costes deproducción. Los accesorios no son nada baratos y los costes de producción si suben mucho sis se utiliza un gran número de accesorios para fabricar la bomba de ariete. Es más, bombas hechas con accesorios de fontanería generalmente son torpes y tienen demasiadas piezas.

Actualmente para la fabricación de bombas de ariete de acero, la disponibilidad de tubos de sección cuadrada ha supuesto una simplificación del diseño y montaje en comparación con los tubos redondos que tradicionalmente se venían utilizando. Los tubos cuadrados no son eficientes para contener altas presiones, pero esto normalmente no es un problema. Lo más adecuado es fabricar las bombas de ariete con piezas de fundición, pero esto no es posible en muchos países, por eso en algunos países las producen mediante mecanizado, forjado o conectores roscados. Las juntas y piezas soldadas se pueden abrir nuevamente si es necesario cortándolas con una amoladora para realizar tantas reparaciones y modificaciones como sean necesarias. 

Probablemente la mayor necesidad de reducción de costos se encuentra en las aplicaciones de riego. Si se pudiera desarrollar una tubería que actúe como un sifón, los costos de instalación de las bombas de riego podrían reducirse sustancialmente. Actualmente se está realizando esfuerzo para diseñar sistemas portátiles que puedan trabajar con presas de tan solo 500 milímetros, donde la bomba y su tubería de transmisión se puedan desconectar rápidamente del anclaje y la presa..

El alto rendimiento de una bomba de ariete, toma varias formas, como mayor eficiencia, mayor altura de entrega, operación más silenciosa y mayor durabilidad. Parece que en el pasado se usó poca teoría cuando se diseñaban las bombas o todo el sistemas completo. Hoy en día, las bombas de ariete siguen fascinando a los ingenieros, por lo que hay varias publicaciones que ayudan en el diseño de bombas de ariete de alto rendimiento. Por ejemplo, las principales fuentes de ineficiencia están bien documentadas y no es difícil diseñar un sistema económico con una eficiencia del 70%.

En Nepal, los Andes, Ruanda y en otros lugares, existe la necesidad de bombas de ariete que eleven el agua hasta 200 metros, mucho más allá del límite de las máquinas normales. Se conocen los procedimientos y materiales para lograr altísimas alturas, pero hasta ahora el mercado para tales bombas ha sido demasiado pequeño para cubrir los costos de desarrollarlas por completo. DCS, Butwal en el Himalaya han alcanzado una elevación de 180 metros con cierta fiabilidad.

La operación silenciosa se ha logrado tradicionalmente colocando bombas y conductos subterráneos. Durante años, algunas bombas (por ejemplo, las máquinas de Blake) han utilizado válvulas de impulso de goma en sistemas metálicos para reducir el ruido. La utilización de tuberías de impulsión de plástico puede reducir un poco la eficiencia, pero “se reduce el ruido” de los golpes.

Solo en el área de durabilidad no se puede encontrar una mejora significativa. Quizás la vida útil de las bombas baratas ha aumentado un poco desde su nivel bajo anterior, pero todavía está muy por debajo de lo que se puede lograr con las máquinas tradicionales “sobre-diseñadas”.

Filtro para recoger agua para una bomba de ariete

En este último video muestro el sistema de filtrado de agua que hemos estado utilizando durante los últimos 10 años en el caserío de un amigo para llevar el agua hasta un abrevadero para dar de beber a sus caballos.

El agua la recoge el filtro desde un manantial, y lo dirigimos hasta un ariete de bajo rendimiento el cual eleva el agua constantemente hasta el abrevadero de los caballos. El agua que rebosa y sobra, regresa nuevamente hasta el arroyo y así continua su curso y puede ser utilizada por otra personas o animales.

Como instalar una bomba de ariete hidráulico

En este video se explica de forma un poco escueta cómo instalar una bomba de ariete.

Es muy importante el no conectar directamente la bomba de ariete a un manantial sin utilizar un aliviadero (ya explicaremos en que consiste esto otro día), ya que el retroceso del golpe de ariete puede deterioráramos el manantial.

En esta ocasión para instalar el sistema de filtrado y recogida de agua, hemos utilizado dos sistemas diferentes.

El primero lo fabrique recortando un bidón de 25 litros, al cual le coloque varios tubos en forma de ele. El tubo más corto lo coloque a la salida del bidón, y el tubo más largo que es el que se queda hacia arriba, tas taponarlo, los llene de agujeros por todo su contorno para que atraves de ellos solo entre el agua.

El segundo filtro, lo fabrique con un tubo de 90mm al cual le puse un par de tapas en los extremos, en la parte superior del tubo le realice una apertura en la parte superior para que entre el agua dentro del tubo de 90mm y atravesé los dos tapones por un segundo tuvo que estaba perforado por todas partes, para que atraves de el entre el agua al sistema de tuberías del ariete.

Siempre que recolectemos agua para alimentar un ariete, antes de que el agua llegue al ariete, tiene que pasar por un sistema de filtrado. Si no se filtra el agua para evitar que las ramas, hojas entren dentro de nuestro ariete o sistemas de tuberías, estas pueden causar daños o un mal funcionamiento del ariete.

Bomba de ariete permaculture 1×2 en funcionamiento

El otro día subí a nuestro canal de youtube el primer video de una serie de videos sobre bombas de ariete hidráulico que estoy preparando.

En este primer video describo las características de la bomba de ariete universal premaculture 1×2.

La bomba de ariete universal premaculture 1×2 es la bomba de ariete de alto rendimiento más pequeña que solemos fabricar.

Está fabricada con elementos universales de fontanería de media pulgada, y tal y como comentamos en el video, esta bomba puede elevar el agua a mas de 55m de altura. Algún día de estos os enseñaré cómo se fabrica.

Para realizar las primeras pruebas empezamos por sellar la salida de una de la válvulas, para poder trabajar solo con una única válvula de impacto.

Al trabajar con una sola válvula, el caudal de agua necesario para echar andar el ariete es mucho menor que el que necesitaríamos para trabajar con dos válvulas. Pero al trabajar con una sola válvula, estaríamos consiguiendo los mismo resultados que obtendríamos al trabajar con un ariete de bajo rendimiento. En estas condiciones el golpe de ariete que generaría este ariete, es muy devil, y a 25 metros de altura solo hemos podido obtener algo más de 4 litros por minuto. Esto no está nada mal, ya que al cabo del día estaríamos elevando la no despreciable cantidad de 5760 litros de agua diarios.

Si forzamos un poco más este ariete (funcionando solo con una válvula), con el mismo salto de agua de 4 metros, a 35 metros de altura nos sigue llegando un poco de agua, concretamente nos llegan 750 mililitros (lo equivalente a una botella de vino) de agua por minuto. Esto que nos puede parecer poca cantidad, al cabo del día son 1080 litros diarios, lo suficiente para poder regar un huerto mediano tirando a grande sin problemas.

Tras liberar la válvula que teníamos sellada, y empezaremos a trabajar con las dos válvulas. A 40metros de altura y tras recorrer más de 200m de tubo conseguimos 4 litros de agua por minuto. Al cavo del día conseguimos 5800 litros de agua diarios, y a la semana conseguimos 40600 litros de agua semanales. Por desgracia, el terreno donde hicimos las pruebas reales, no se elevaba mas de 50 metros de altura, con lo cual no pudimos hacer pruebas reales a alturas más elevadas. No obstante calculo que este ariete podría eleva el agua hasta los 70 o 80 metros de altura o más.

No obstante, según mi experiencia para elevar el agua a más de 30 metros de altura yo siempre recomiendo el utilizar arietes de al menos 3/4 de pulgada, ya que los arietes de 3/4 de pulgada para funcionar necesitan un poco mas de caudal que un ariete de 1/2 pero generan un golpe algo mayor y a más de 30 metros de altura obtendremos resultados más satisfactorios.