Arietes Hidráulicos

Descripción de la tecnología:

Adoptado de Fuentes Renovables de Energía para Sistemas de Abastecimiento de agua/IRC

Este sistema opera por el principio de crear un aumento súbito de presión o golpe de ariete en el tubo de entrada, al detenerse súbitamente el agua que fluye a través de él

Para poder instalar esta tecnología se debe contar con una fuente de agua que suministre un caudal uniforme y continuo.
La fuente debe suministrar de 2.4 a 20 veces más del caudal que se desee bombear. Estas bombas pueden operar con un flujo tan pequeño como 4 litros/minuto, siempre y cuando la caída sea suficiente. Si el flujo de agua es relativamente grande, una caída de 0.80 metros es suficiente para operar una bomba de ariete.

El tubo que alimenta el agua desde la fuente hasta la bomba de ariete se llama tubo de entrada o de suministro. La parte móvil esencial de la bomba es la válvula de impulso la cual, al abrirse, permite que el flujo de agua en el tubo de entrada gane velocidad y potencia. El cierre súbito de esta válvula hace que el flujo pare y de esta forma crea el aumento de presión en el tubo de entrada, el cual se convierte en potencia para bombear agua.

Al comienzo del ciclo de bombeo el agua de la fuente baja rápidamente por el tubo de entrada, ganando velocidad y potencia y pasa a través del cuerpo de la bomba, escapando finalmente a través de la válvula de impulso. A medida que el flujo a través de la válvula se vuelve más rápido, la presión hidráulica sobre la válvula aumenta hasta que excede el peso de la válvula, o la carga del resorte que sostiene la válvula, y se le obliga a cerrar súbitamente. La columna de agua en movimiento se para instantáneamente, y se crea un aumento súbito de presión en el tubo de alimentación. Esto obliga a que la válvula de entrega se abra y el agua fl uya a través de esta válvula abierta a la cámara de aire. Este flujo continúa hasta que la energía del salto de presión se haya acabado. La válvula de impulso se abre entonces, debido a su propio peso o a la carga del resorte, y el agua de la fuente nuevamente empieza a correr a través del tubo de entrada, comenzando un nuevo ciclo de bombeo.

La mayoría de las bombas de ariete hidráulico opera de 30 a 100 ciclos por minuto, dependiendo del peso o la tensión del resorte en su válvula de impulso. La cámara de aire amortigua los pulsos de presión del agua que entra en ella, y de esta forma asegura que el fl ujo sea relativamente continuo en la tubería de entrega.

Una pequeña válvula de aire va fi ja a la carcasa de la bomba. Durante cada ciclo de bombeo, se aspira una pequeña cantidad de aire por ella. Esto es esencial, porque parte del aire se disuelve en el agua y sale de la cámara de aire con el agua bombeada. Si no se reemplaza este aire perdido, la cámara de aire se llenaría de agua y la bomba de ariete hidráulico dejaría de operar. Las bombas de ariete hidráulico no arrancan solas. Usualmente se opera la válvula de impulso manualmente hasta que la bomba comience a trabajar por la acción del impulso del agua.

¿Qué es el golpe de ariete?
La física reconoce el fenómeno denominado golpe de ariete o choque hidráulico, que ocurre cuando varía bruscamente la presión de un fl uido dentro de una tubería motivado por el cierre o abertura de una llave, grifo o válvula; también puede producirse por la puesta en marcha o detención de un motor o bomba hidráulica. Durante la fluctuación brusca de la presión, el líquido fluye a lo largo de la tubería a una velocidad definida como de propagación de la onda de choque.

El cambio de presión provoca deformaciones elásticas en el líquido y en las paredes de la tubería. Este fenómeno se considera indeseable porque causa frecuentes roturas en las redes hidráulicas de las ciudades y en las instalaciones intradomiciliarias, y también es causante de los sonidos característicos que escuchamos en las tuberías cuando abrimos un grifo bruscamente en nuestras casas. Por tal razón, con frecuencia se diseñan válvulas de efecto retardado o se instalan dispositivos de seguridad.

¿Qué es el ariete hidráulico?
Un ariete hidráulico es una bomba elevadora de agua. Su característica principal es su bajísimo costo operacional ya que no consume bencina, gas, petróleo, electricidad etc. Esta bomba ofrece un funcionamiento ininterrumpido por muchos años por estar fabricada en plástico reforzado con fi bra de vidrio.

Su costo de instalación no es más elevado que el de otros sistemas de bombeo (casetas, tomas de agua, fi ltros, anclajes, tanque elevado) con la ventaja de que puede ser instalada a la intemperie, ya que no necesita una caseta de motobombas.

La bomba de golpe de ariete o ariete hidráulico es un motor hidráulico que utiliza la energía de una cantidad de líquido (comúnmente agua) situada a una altura mayor (el desnivel de un río, presa, acequia u otro depósito o caudal), con el objetivo de elevar una porción de esa cantidad de líquido hasta una altura mayor que la inicial, mediante el empleo del fenómeno físico conocido como golpe de ariete. El equipo bombea un fl ujo continuo y funciona ininterrumpidamente sin necesidad de otra fuente de energía.

El ariete hidráulico también puede compararse con un transformador eléctrico, ya que éste recibe una tensión baja (en voltios) con una corriente eléctrica relativamente alta (en amperios) y obtiene un régimen de mayor tensión y menor amperaje, y en el caso del ariete ocurre un proceso similar a nivel hidráulico: recibe un gran caudal (Q + q) con una baja carga (H) y obtiene un régimen de mayor presión (h) con un menor caudal (q).

En la siguiente figura se ilustra el Principio de funcionamiento del ariete

El agua procedente de una fuente de alimentación (1) desciende por gravedad por la tubería de alimentación o impulso (2) bajo la acción del desnivel en relación con el ariete hidráulico (H), con un caudal determinado (Q + q), y se derrama al exterior del cuerpo o caja de válvulas (3) del ariete en una cantidad (Q) hasta adquirir una velocidad suficiente para que la presión dinámica cierre la válvula de impulso o ímpetu (4).

El cierre brusco de esta válvula produce el efecto conocido como golpe de ariete, lo cual origina una sobrepresión en la tubería de alimentación que provoca la apertura de la válvula de retención (5), que permite el paso del agua hacia el interior de la cámara de aire (6), provoca la compresión del aire existente y cierta cantidad de agua (q) asciende por la tubería de bombeo o descarga (7). En ese instante se produce una ligera succión en el cuerpo o caja de válvulas, que provoca una disminución de la presión, la apertura de la válvula de impulso y el cierre de la válvula de retención. De esta forma se crean las condiciones para que el proceso se convierta en cíclico, con el consiguiente ascenso de una columna estable de agua hacia el tanque elevado (8), mediante la tubería de bombeo.

Las Características de Operación del ariete se visualizan con mejor detalle en el gráfi co de la siguiente página.

Elevación: El ariete puede elevar el agua a una altura superior a los 70 metros, dependiendo de las condiciones del terreno, básicamente depende de la diferencia de altura entre las tomas de agua y el ariete. La figura siguiente explica esta situación.

Distancia: Se puede conducir el agua a una distancia superior a los 2.000 metros entre el ariete y el estanque en altura. No tiene una gran perdida de carga como las motobombas, ya que la velocidad del agua es muy baja.

Detalle para crear el desnivel de funcionamiento para el ariete en este caso 1 metro

NOTA: El agua que bota el ariete se devuelve al canal.

Sobre desniveles
Para que el ariete funcione debe haber un desnivel mínimo de 1 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.

Pero, ¿Qué sucede si no hay una caída de agua en mi propiedad? Es posible crear el desnivel necesario. Como es de suponer, todo canal de agua tiene una pendiente natural, obviamente, la parte más baja en altura se encontrará siguiendo el curso de agua.

Aprovechando esta condición se puede crear un desnivel usando un largo de cañería tal que en una distancia razonable podamos obtener un desnivel de un metro como mínimo. Considerando una pendiente de 1 % es posible obtener un metro de desnivel en 100 metros de distancia. Las fotos del lado derecho ilustran lo mencionado.

Se puede ver que el canal no es de gran caudal, se observa la toma de agua (la manguera más gruesa) que va corriente abajo hacia el ariete y la manguera de retorno desde el ariete hacia el estanque (la más delgada).

Captación de agua

Caída de agua o desnivel aprox 4 mts

El estanque de agua se encuentra a 8 metros sobre el canal, 12 metros sobre el ariete y a una distancia de 60 metros del ariete. En estas condiciones, el estanque esta recibiendo 22.000 litros aproximadamente al día. Las siguientes fotos ilustran la situación descrita.