6 bomba ariete hidraulico

BOMBA DE ARIETE HIDRAULICO. Banco de Pruebas de la UNTRM-A

Miguel Angel Barrena GurbillónIngeniero Químico

Maestro en Microbiología Industrial y BiotecnologíaDoctor en Ciencias e Ingeniería

mabg98@hotmail.com 971-141141

INSTITUTO DE INVESTIGACION PARA EL DESARROLLO SUSTENTABLE DE CEJA DE SELVA

• La bomba de ariete hidráulico es un motor hidráulico que utiliza la energía de una cantidad de líquido (Q) situada a una altura mayor (h), con el objetivo de elevar una porción (q) de esa cantidad de líquido hasta una altura mucho mayor (H), mediante el empleo del golpe de ariete. Este equipo bombea un flujo continuo y funciona ininterrumpidamente sin necesidad de otra fuente de energía (Lorente, 2005; Sarduy, 2008).

Instalación del sistema de bombeo con BAH

Bomba de ariete

hidráulico de 1”

Botella de plástico de

gaseosa de 2 L

Reducción de 1” a ¾” de

fierro galvanizado

Te de 1”

Válvula check de tubería de 1” de bronce

Válvula check de fondo de

pozo de 1” de bronce

Codo de PVC de 1” x 90º

Llave de paso de 1” de plástico

Unión universal de 1” de PVC para acoplar la

tubería de alimentación

Te de 1”

Llave de paso de 1/2” de plástico

Niple de ½” para acoplar la

manguera de descarga

Reducción de PVC de 1” a ½”

Bomba coreana de ariete hidráulico de una válvula

Descarga de la bomba

Tanque de compresión de aire

Mecanismo de cierre de la válvulaEntrada de

alimentación

Cuerpo de la bomba

Válvula de cierre o impulso

BAH multipulsor

• El ariete hidráulico multipulsor resulta de sustituir la única válvula de impulso del ariete convencional por un conjunto de válvulas para aprovechar mejor los caudales disponibles y aumentar la potencia y los rendimientos. Es posible utilizar una sola válvula de descarga para varias válvulas de impulso, lo que permite aumentar la potencia con unidades livianas (Pérez, 2003; Sarduy, 2008).

BAH de dos válvulas de cierre

Descarga de la bomba

Tanque de compresión de aire

Válvula de cierre o impulso

Entrada de alimentación

Cuerpo de la bomba

Anclaje de la bomba

Bomba de ariete hidráulico de 2”, con dos válvulas de cierre. Prototipo INDES 111

• Se diseñó y ensambló con accesorios de fierro galvanizado de 2”. Cada una de las dos válvulas impulsoras se fabricó en un torno a partir de tubo de fierro de alta presión de 1,5” de diámetro; el disco de cierre y su eje guía se fabricó de fierro comercial. En cada eje guía se colocó un resorte. El tanque de compresión de aire se hizo de un tubo de fierro galvanizado de 3” de diámetro por 60 cm de largo. En la base de este tanque se colocó una válvula check.

Primera etapa del funcionamiento de la bomba de ariete hidráulico

Segunda, tercera y cuarta etapa del funcionamiento de la bomba de

ariete hidráulico.

Segunda etapa Tercera etapa

Cuarta etapa

Secuencia del ensamble de la BAH de 2”. Prototipo INDES 111.

Sistema Integral de Producción e Investigación Agroecológica (SIPIAG INDES-CES/PROINDES)

Area de prueba de la bomba de ariete en el Campus de la UNTRM de Amazonas - PERU

Reservorio

Ubicación del ariete

5 m

20 m

15 m

10 m

• El caudal elevado teórico (qt), depende del rendimiento (R), el caudal de alimentación (Q), el desnivel de trabajo (h) y la altura de elevación (H): qt = R·Q·h/H.

• Se registraron los datos experimentales para calcular el caudal real elevado (qr).

• El caudal desechado es el caudal de agua que la bomba de ariete no eleva (Qd). La eficiencia (η) de la bomba de ariete será: η = (Q - Qd)/Q

Rendimiento energético de una bomba de ariete hidráulico en función de H/h. Fuente: Izquierdo y Velásquez, 1992.

R = -0,003(H/h)2 – 0,013(H/h) + 0,879

Reservorio del que se alimenta a la

bomba de ariete, ubicada 2,5 m más

abajo.

Bomba de ariete de dos válvulas.

PROTOTIPO INDES 111

Bomba de ariete de una válvula

Conducción del caudal bombeado

hasta el Pabellón de Laboratorios

de la UNTRM

Medición del caudal elevado por la BAH de 2” a 5 m, 10 m, 15 m y 20 m de altura.

Medición del caudal elevado a 5 m, 10 m, 15 m y 20 m.

Medición del caudal desechado por la bomba de ariete hidráulico

Tabla 1. Datos experimentales y calculados para el ariete de 2” con h = 2,5 m; con una válvula de cierre sin resorte. Q = 37,63 L/min.

Altura de

elevación: H

(m)

Cierre de

válvulas

(cierres/min)

Caudal

elevado

real: qr

(L/min)

Caudal

desechado: Qd

(L/min)

Eficiencia

η

(%)

5 180 21,11 16,52 56,09

10 185 15,48 22,15 41,14

Tabla 2. Datos experimentales y calculados para el ariete de 2” con h = 2,5 m. Con dos válvulas de cierre sin resorte. Q = 55,87 L/min.

Altura de

elevación: H

(m)

Cierre de

válvulas

(cierres/min)

Caudal

elevado

real: qr

(L/min)

Caudal

desechado: Qd

(L/min)

Eficiencia

η

(%)

5 75 27,67 28,20 49,53

10 78 24,53 31,34 43,91

15 80 20,21 35,66 36,17

20 85 15,44 40,43 27,64

Figura 4. Representación de los datos experimentales (0) y de la línea cúbica (-) generada por el SPSS para el Caudal elevado vs

Altura. Bomba con dos válvulas sin resorte (Prototipo INDES 110).

y = 0,001x3 - 0,053x2 – 0,006x + 28,9

Figura 5. Representación de los datos experimentales (0) y de la línea cúbica (-) generada por el SPSS para la eficiencia vs altura.

Bomba con dos válvulas sin resorte (Prototipo INDES 110).

y = 0,002x3 - 0,096x2 + 51,7

Tabla 3. Datos experimentales y calculados para el ariete de 2” con h = 2,5 m. Con una válvula de cierre con resorte. Q = 44,2 L/min.

Altura de

elevación: H

(m)

Cierre

válvulas

(cierres/min)

Caudal

elevado

real: qr

(L/min)

Caudal

desechado: Qd

(L/min)

Eficiencia

η

(%)

10 50 16,30 27,90 36,88

15 55 12,48 31,72 28,24

20 60 9,21 34,99 20,84

• La BAH con resorte en su válvula no funciona para alturas menores a 10 m, porque la cabeza hidráulica no logra hacer cerrar la válvula con resorte, quedando estática sin producir los cierres que harían que el agua sea impulsada a través de la tubería de descarga. Al quedar abierta la válvula, solo habrá derrame de agua y no bombeo.

• Comparando los datos de las Tablas 1 y 3 (con una válvula sin y con resorte, respectivamente) a 10 m de altura, el cierre de válvulas se reduce a la tercera parte; se incrementó el caudal elevado en 5,29%, sin embargo la eficiencia disminuyó en 10,35%.

Tabla 4. Datos experimentales y calculados para el ariete de 2” con h = 2,5 m con dos válvulas de cierre con resorte. Q = 60,73 L/min.

Altura de

elevación: H

(m)

Cierre

válvulas

(cierres/

min)

Caudal

elevado

real: qr

(L/min)

Caudal

desechado: Qd

(L/min)

Eficiencia

: η

(%)

10 28 24,50 36,23 40,34

15 30 19,36 41,37 31,88

20 36 14,33 46,40 23,59

• Comparando los datos de las Tablas 2 y 4 a 20 m de altura, el cierre de válvulas se reduce a la mitad, lo cual perturbará menos a la bomba por los fuertes impactos de estos cierres; sin embargo, disminuyeron el caudal elevado en 7,19% y la eficiencia en 14,65%.

Figura 6. Representación de los datos experimentales (0) y de la línea cúbica (-) generada por el SPSS para el caudal elevado vs

altura. Bomba con dos válvulas con resorte (Prototipo INDES 111).

y = 0,0000489x3 - 1,051x + 34,963

Figura 7. Representación de los datos experimentales (0) y de la línea cúbica (-) generada por el SPSS para la eficiencia vs altura.

Bomba con dos válvulas con resorte (Prototipo INDES 111).

y = 0,003x2 - 1,777x + 57,77

Tabla 5. Tiempo de llenado de 1 m3 con el caudal bombeado (q) a diferentes

alturas (H) por una bomba de ariete hidráulico de 2”.Altura de

elevación

H

(m)

qr1

(L/min)

Tiempo

llenado

01 m3

(min)

qr2

(L/min)

Tiempo

llenado

01 m3

(min)

qr3

(L/min)

Tiempo

llenado

01 m3

(min)

qr4

(L/min)

Tiempo

llenado

01 m3

(min)

5 21,11 47,37 27,67 36,14 -- -- -- --

10 15,48 64,60 24,53 40,77 16,30 61,35 24,50 40,82

15 -- -- 20,21 49,48 12,48 80,13 19,36 51,65

20 -- -- 15,44 64,77 9,21 108,58 14,33 69,78

qr1: Caudal real elevado con 01 válvula sin resorteqr2: Caudal real elevado con 02 válvulas sin resorteqr3: Caudal real elevado con 01 válvula con resorteqr4: Caudal real elevado con 02 válvulas con resorte

Tabla 6. Presión producida por el cierre de la válvula para causar el golpe de ariete en la bomba de ariete

hidráulico de 1,5”, coreana, con h=2,5 m.

Altura

elevación

H

(m)

Presión al

inicio del

cierre

(psi)

Presión al final

del cierre

(psi)

Cambio de

presión del

golpe de ariete

(psi)

10 12,5 15,0 2.5

15 20,0 22,5 2,5

20 25,0 30,0 5,0

Presión a 10 m = 15 psi Presión a 20 m = 30 psi

Tabla 7. Cierres de válvula, caudal alimentado y eficiencia de la bomba de ariete hidráulico de 1,5”, coreana, con h=2,5 m.

Altura de

elevación

H

(m)

Cierres de

válvula

(cierres/min)

Caudal

elevado

qr

(L/min)

Caudal

desechado

Qd

(L/min)

Caudal

alimentado

Q

(L/min)

Eficiencia

η

(%)

10 58 17,49 88,24 105,73 16,54

15 64 11,26 63,49 74,75 15,06

20 64 6,36 49,58 55,94 11,37

Tabla 8. Comparación de las características de operación de la bomba de ariete hidráulico coreana y

el prototipo INDES 111.

Tipo de

bomba de

ariete

hidráulico

Altura de

elevación

(m)

Cierre de

válvula

(cierres/min)

Caudal real

elevado

(L/min)

Tiempo

para llenar

1 m3

(h)

Eficiencia

(%)

Coreana de

una válvula 20 64 6,36 2,62 11,37

Prototipo

INDES 111 20 36 14,33 1,16 23,59

Muchas gracias.

mabg98@hotmail.com

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