E43 - Las bombas de energía hidráulica (ariete hidráulico)


1) ¿En qué consiste ? En disponer de un aparato que no solo permita bombear agua, sino también elevar automáticamente a grandes alturas el agua (...)

 1) ¿En qué consiste ?

En disponer de un aparato que no solo permita bombear agua, sino también elevar automáticamente a grandes alturas el agua procedente de un depósito o un punto de alimentación (río/arroyo, lago/estanque, etc.).

 2) ¿Quién utiliza principalmente este medio y desde cuándo ?

El ariete hidráulico fue inventado en 1796 por Joseph Michel Montgolfier. Se trata de un dispositivo barato y que necesita poco mantenimiento, lo que lo hace especialmente apto para el uso en zonas montañosas, como los apriscos, o en aldeas que se encuentren elevadas con respecto a los puntos de agua.
Este procedimiento se basa en un fenómeno fácilmente observable en nuestros propios sistemas de conducción de agua, y al que se denomina « golpe de ariete ». Cuando se cierra bruscamente un grifo se puede escuchar un ruido, similar a una ligera detonación ; se debe a la onda de choque generada por la detención brusca del agua en movimiento. Este fenómeno deteriora las canalizaciones y puede incluso hacerlas estallar. Se trata de transformar esta energía inútil, e incluso peligrosa, en energía útil.

 3) ¿Por qué ?

Los principales puntos fuertes de las bombas de ariete hidráulico son sus reducidas necesidades de mantenimiento y la ausencia de costes relacionados con la presencia de un motor, ya que la energía que permite su funcionamiento procede de la caída del agua. Permiten paliar los problemas de las bombas aspirantes, cuya altura de aspiración disminuye con la aspiración, por lo que no posibilitan la alimentación de entornos elevados por gravedad (tuberías inclinadas por las que el agua desciende naturalmente con la pendiente), y ofrecen una alternativa a las costosas soluciones basadas en la presencia de un motor eléctrico o de gasóleo.

 4) ¿Quiénes son los principales interesados ? Lugares o contextos en los que este medio parece el más adecuado

Se trata de un método particularmente adecuado para las zonas situadas a cierta altitud y próximas a un estanque o una fuente de agua. Esta tecnología posibilita el abastecimiento de agua de las aldeas o instalaciones rurales aisladas situadas a cierta altitud.

5) ¿En qué consiste este procedimiento ? ¿Cómo se pone en práctica ?

Descripción de los principales componentes de una bomba de ariete hidráulico
(Sección destinada sobre todo a aquellos que desean conocer esta bomba de manera más detallada)
- La válvula de batería (también llamada « válvula de choque ») :
Es una pieza generalmente metálica que permite provocar los golpes de ariete cuando se cierra debido a la presión del agua. Determina el rendimiento del ariete hidráulico, y sobre todo el de la bomba ; por ello, es conveniente que su instalación la realice un técnico cualificado.
- El tubo de batería (también llamado « canalización motriz ») :
Conecta la bomba al depósito.
- El cuerpo de la bomba :
El cuerpo de la bomba recibe el agua procedente de la fuente de alimentación a partir del tubo de batería y la transmite a la válvula de batería y a la válvula de descarga. El golpe de ariete se produce en el cuerpo de la bomba, por lo que esta debe estar fabricada en un material capaz de resistir las variaciones de presión y un posible ataque químico del agua procedente de la fuente de alimentación.
- La válvula de descarga (también llamada « clapeta de descarga ») :
Tiene un papel específico en cada fase del funcionamiento. Durante la fase de sobrepresión está abierta y permite el paso del agua desde el cuerpo de la bomba hacia el depósito neumático. Durante la de subpresión está cerrada e impide el vaciado del depósito en el cuerpo de la bomba.
- El depósito neumático (también llamado « cámara de aire » o « depósito de aire ») :
Recibe el agua en los periodos de sobrepresión y la libera al tubo de descarga en los periodosde subpresión en el cuerpo de la bomba. El depósito es esencial para el buen funcionamiento de la bomba, y permite incrementar el rendimiento y evitar que el cuerpo de la bomba, la canalización motriz o el propio depósito exploten como consecuencia de los golpes de ariete.
- El respiradero :
Es un pequeño orificio acondicionado por debajo de la válvula de descarga en el cuerpo de la bomba. Permite alimentar el depósito neumático de aire, necesario para liberar el agua en la tubería de descarga. Solo se instala en los arietes hidráulicos más avanzados, con el fin de evitar tener que purgar el depósito de aire.
- La válvula de retención :
Permite impedir que, en caso de parada de la bomba, el agua del conducto de descarga no llegue al depósito.
- El tubo de descarga :
Está conectado al depósito neumático y al depósito situado en altura, donde se recoge el agua.


Figura 1 - Esquema de un ariete hidráulico (fuente [3] : « Econogie »)

 

Figura 2 - Ariete hidráulico clásico (Blakes) de fabricación europea (fuente [3] :« Econogie »)
Figura 3 - Ariete hidráulico utilizado en el Sureste Asiático (fuente[3] : « Econogie »)

a) Principio de funcionamiento

El agua llega al interior del cuerpo de la bomba con una velocidad creciente que provoca el cierre de la válvula de batería (válvula de choque) por influencia de la presión interna. Dicho cierre provoca una sobrepresión que permite la apertura de la válvula de descarga y posibilita el paso del agua que está en el cuerpo de la bomba al depósito neumático. El aire contenido en este último se comprime.
La presión en el cuerpo de la bomba disminuye, y la válvula de descarga se vuelve a cerrar debido a la presión del aire contenido en el depósito y al peso del agua. El aire comprimido en el depósito neumático permite propulsar parte del agua contenida en él hasta que las presiones del agua liberada al tubo de descarga y del peso del agua y la presión atmosférica se equilibran.
A continuación, la válvula de batería se abre de nuevo y, si la fuente de alimentación no se ha cortado, el ciclo vuelve a comenzar.

Vídeos sobre el principio de funcionamiento de los arietes hidráulicos y su aplicación.
- Philippe Fievet. Bélier FVT. Disponible (online) en : http://www.youtube.com/watch ?v=lV2P...

- Meribah Ram Pump. Pump water without electricity or fuel. Disponible (online) en :
http://www.youtube.com/watch ?v=Na-PhTS07KQ

- Bazaine. Mon bélier hydraulique. Hydraulic ram pump. Disponible (online) en :
http://www.youtube.com/watch ?v=GAqG...


Figura 4 - Resumen del funcionamiento (fuente [2])

 6) Dificultades especiales y soluciones. Medidas de precaución

En caso de que el depósito no esté equipado con un respiradero, sino únicamente con dos grifos (uno para la admisión del aire y otro para la purga del agua), es extremadamente importante detener la bomba regularmente para purgar el depósito de aire. Esto se debe a que el aire puede disolverse en el agua. Tras cierto número de ciclos, el aire se disuelve en el agua y se evacúa junto con el agua descargada, haciendo que el dispositivo sea vulnerable frente a los golpes de ariete. En caso de que la bomba vaya equipada con un respiradero, es importante comprobar regularmente su buen funcionamiento y eliminar la suciedad o los residuos que puedan taponarlo.
En función de las necesidades o la escasez del recurso, el agua perdida a nivel de la válvula de choque puede recuperarse en una balsa de recogida o verterse al medio natural.
El caudal de la bomba es relativamente constante, por lo que hay que evitar modificaciones en el ajuste de la válvula de choque. También es habitual la instalación de varias bombas de ariete en paralelo, con el fin de controlar el caudal deseado jugando con el número de bombas en funcionamiento.
Las gravas y otros residuos perturban el buen funcionamiento de la bomba (desgaste del tubo de batería y bloqueo de la válvula de batería), por lo que es necesario equipar el tubo de batería con un tamiz para impedir la entrada de impurezas en la bomba.
Para evitar los fenómenos de resonancia y mantener clara el agua, es importante que el tubo de batería esté bien fijado al cuerpo de la bomba, que debe estar a su vez sólidamente anclado a una base de hormigón y tener una altura suficiente para que la válvula de choque no esté sumergida y la bomba pueda funcionar.
La longitud ideal del tubo de batería es 100 veces superior a su diámetro ; estos parámetros se escogen en función de la presión de servicio y de la altura de elevación deseada (para obtener más detalles, consultar la fuente [3]). Para no verse demasiado dañado por los golpes de ariete, es preferible que el conducto sea recto y que esté elaborado a partir de un acero de gran calidad.
El tubo de descarga puede estar fabricado en cualquier material capaz de soportar la presión de descarga ; no obstante, en el caso de alturas de elevación importantes, es preferible que la parte inferior del tubo sea de acero.

 7) Ventajas e inconvenientes principales

Ventajas :
- Coste energético (electricidad, gasolina) nulo.
- Mantenimiento limitado.
- Vida útil en torno a los 10 años.
- Volumen reducido.

Desventajas :
- Rendimiento limitado (pérdidas importantes a nivel de la válvula de choque).
- Sensibilidad a las impurezas del agua.
- Procedimiento poco conocido y extendido debido a su escasa comercialización.
- Fabricación en series limitadas ; pocos proveedores.
- Coste de ciertos modelos.

 8) Coste (de fabricación y mantenimiento)

Los precios de compra de las bombas de ariete hidráulico son muy variables, yendo desde los 500 o 1.500 euros hasta los 4.000 euros en modelos de gama alta (consultar fuente [5]). No obstante, también es posible elaborar una bomba artesanal de este tipo con un menor coste (fuentes [6] y [7]), aunque su vida útil será más reducida.
El mantenimiento de la bomba puede realizarse regularmente por sus usuarios, lo que hace que no haya costes adicionales. En cambio, las partes más frágiles, como la válvula de batería y la válvula de descarga, pueden necesitar una sustitución en caso de desgaste excesivo.
En Francia, la compañía Walton fabrica unas 50 bombas de ariete cada año. Algunas sirven para abastecer a aldeas africanas de entre 600 y 1.000 habitantes.
Los alumnos y profesores de un instituto de formación profesional francés situado en Tarare han realizado con éxito sus propios prototipos.

 9) Dónde encontrar más información

a) Sitios web

(1) Econologie. Le Bélier Hydraulique.
Disponible (online) en : http://www.econologie.info/share/pa...

(2) Wikipedia. Bomba de ariete.
Disponible (online) en : http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_...

(3) Archivos documentales de la FAO. Les machines élévatoires.
Disponible (online) en : http://www.fao.org/docrep/010/ah810...

(4) Onpeutlefaire. Ficha técnica : « Le bélier hydraulique : le pompage perpétuel ».
Disponible (online) en : http://www.onpeutlefaire.com/le-bel...

(5) Energies Nouvelles Entreprises. Los arietes hidráulicos.
Disponible (online) en : http://energies-nouvelles-entrepris...

(6) Faisonsle. Pompe bélier hydraulique.
Disponible (online) en : http://www.faisonsle.com/belierhydr...

(7) Universidad de Clemson. Home-made Hydraulic Ram Pump (en inglés).
Disponible (online) en : http://virtual.clemson.edu/groups/i...

(8) Codeart. Réalisation d’un bélier hydraulique.
Disponible (online) en : http://www.codeart.org/pdf/dossier/...
Documento de 10 páginas que explica el funcionamiento de un ariete hidráulico y proporciona elementos para escoger el mejor adaptado, calcular su rendimiento e instalarlo correctamente.

(9) Walton. Exemples d’adductions d’eau potable par pompage béliers hydrauliques au Burundi. Disponible (online) en : http://www.walton.fr/hydraulic-ram
Ejemplos de aldeas alimentadas por bombas de ariete hidráulico.

(10) Marcel Frelin. Coups de bélier.
Disponible (online) en : http://www.techniques-ingenieur.fr/...
Documento técnico de 27 páginas sobre la elaboración de modelos y el dimensionamiento del golpe de ariete.

(11)Patrick HADENGUE "Les pompes à bélier"

Muy bien documento técnico(francese) :

Disponible en    https://sites.google.com/site/pompe...

b) Vídeos

(Ver los enlaces recogidos en la sección 5).

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