Introducción un

Uno de los principales problemas que enfrentan los paises en desarrollo en particular los de America Latina es la imposibilidad de suministrar agua, en cantidad y calidad suficientes, a los sectores rural y urbano-marginal. El abastecimiento de agua esta supeditado a la disponibilidad de fuentes de energía compatibles con las condiciones sociales, culturales y economicas de los sectores con menores recursos de nuestra Región.

Con frecuencia, es necesario aplicar técnicas de elevación de agua para posibilitar su aprovechamiento mediante un trabajo de bombeo. Los equipos mas difundidos para elevación de agua de tipo convencional son las motobombas y las eléctrobombas. Las primeras aprovechan la energía de combustibles derivados del petroleo y las segúndas la energía eléctrica para impulsar una bomba centrifuga.

Sin embargo, los combustibles hidrocarburos y la eléctricidad no son las fuentes de energía mas adecuadas al ambito rural y urbano-marginal. Ello debido a los problemas relacionados con el almacenamiento, transporte y distribución de combustibles, además de los ocasiónados por la generación de desechos que contaminan el ambiente.

De otra parte, las elevadas inversiónes requeridas no permiten contar con un suministro continuo y confiable de energía eléctrica e hidrocarburos en estas zonas.

Mediante la aplicación de tecnologías apropiadas, se han desarrollado equipos para elevación de agua que operan en base a energías no convencionales como la energía eolica, solar e hidraúlica bajo la forma de pequeños saltos o caidas de agua.

Estas fuentes son mas ventajosas que las convencionales, debido a que su disponibilidad es practicamente ilimitada, los costos son minimos y no contaminan el ambiente.

Equipos como bombas de ariete hidraulico, aerobombas, turbobombas, riobombas y bombas manuales forman un paquete de tecnologías evolutivas

Aplicaciones:

Se adapta facilmente para el bombeo de agua de las partes bajas de los valles hacia las partes altas.

Es ideal para bombear agua donde pueden obtenerse caidas de agua "H" (mayores de 1 m), ya sea desde un manantial, canal, acequia, arroyo, o desde un rio.

Selección:

El tamano adecuado para una necesidad se selecciona en función a la relación de las alturas h/H y al caudal que se desea elevar. Deben considerarse los siguientes datos:

Q = Disponibilidad de agua (m3/s)

H = Altura de caida máxima (m)

h = Altura de bombeo (m)

q = Cantidad de agua elevar (m3/s)

l = Distancia de bombeo (m) Costos:

CE: Varia entre US$ 200 y US$ 25,000

CI : Aproximadamente 10% del CE

CM: Aproximadamente 5% del CE

CO: Menores a US$ 100

La adquisición de cualquier máquina de bombeo, implica también gastos de instalación, operación y mantenimiento, los que variaran según el tipo de máquina.Estos se presentan en porcentajes de los costos de adquisición del equipo utilizando las siguientes abreviaturas:

CE: Costo del equipo. Valor al contado del precio del equipo. No incluye los costos que dependen del lugar de instalación, como tuberias , reservorios y demas accesorios de instalación

CI Costo de instalación, que incluye mano de obra, transporte, etc

CM Costo de mantenimiento preventivo anual, que incluye reparación periodica de los equipos y cambio de piezas.

CO Costos operativos anuales, que incluye el costo del insumo energetico y el costo de la supervisión y control del funcionamiento del equipo

Todos los valores están dados en dólares americanos (US$).

Bibliografía

Grupo de Apoyo al Sector Rural

Pontificia Universidad Católica del Perú

PERRY, Manual del Ingeniero Quimico. Sexta edicion.

Hojas de divulgacion tecnica del CEPIS

Bombas de ariete

Las bombas de ariete hidraulico son máquinas sencillas que permiten elevar un caudal de agua q, hasta una altura h mayor que la altura o caida H que constituye la fuente de alimentación de la bomba. Su funcionamiento aprovecha las grandes presiónes del fenomeno conocido como

golpe de ariete hidraulico generado mediante el cierre violento de una valvula. Para ello un caudal Q (mayor que q) ingresa a la bomba y se derrama, activando las valvulas que la bomba tiene para este fin (2).

Caracteristicas:

- Existen tamanos que varian entre 2" (50,8 mm) en la tuberia de alimentación hasta las 20" (508 mm) en el modelo mas grande. Pueden elevarse caudales de hasta 60 l/s. La altura máxima de bombeo es de aproximadamente 300 m.

Turbobombas

El sistema consiste en el acoplamiento de una turbina tipo Michell-Banki a una bomba centrifuga(3). La variada aplicación de estos sistemas puede incluir la generación de energía eléctrica mecánica directamente (molinos, aserraderos, etc.).

Caracteristicas: Se pueden construir con material y tecnología de bajo costo en talleres mecanicos. Aprovechan manantiales, rios o corrientes de agua con caudales de 30 a 1500 litros por segundo. Funcionan con saltos "H" de 2 a 25 m. Bombean hasta un máximo de 60 m y 70 l/s o producen eléctricidad en potencias de hasta 60 kW con un rendimiento del 55%

Aplicaciones:

Se adaptan especialmente para bombear el agua desde las partes bajas de los valles hacia las zonas altas y pueden generar eléctricidad en forma simultánea al bombeo.

Selección:

Si en un rio o manantial se cuenta con cierta cantidad de agua Q (m3/s) y se dispone de una caida determinada H (m), se puede seleccionar el equipo de turbobombeo según el siguiente procedimiento:

Se calcula el máximo caudal en l/s que podra bombear el equipo según:

Q.(H-L)

q = ------------ . 550

h + 0,05.L

donde:

q = caudal que bombea

h = altura de bombeo (m)

L = longitud de bombeo (m)

Ejemplo: Si Q = 500 l/s; H = 11 m; h = 40 m; L = 80 m se tiene q= 62 l/s

Costos:

Las turbobombas no tienen tamanos estándarizados y deben calcularse para cada instalación. Los costos aproximados son:

CE US$1,200 x kW de potencia

CI 10% del CE

CM 7% del CE

CO Menores a US$ 100

Riobombas

La riobomba es una máquina compuesta por una rueda hidraúlica de corriente libre y una bomba alternativa de pistónes (4). La rueda aprovecha la energía cinetica del agua que circula por un rio, arroyo o canal de poca pendiente. Mediante un mecanismo de biela-manivela, el giro de la rueda se transforma en movimiento lineal alternativo para accionar las bombas reciprocantes que elevan el agua desde el rio hasta el nivel de descarga deseado.

Aplicaciones:

Es una alternativa de solución al problema de elevación de agua cuando no hay posibilidades de aplicar un sistema de bombeo basado en la caida de agua como fuente de energía. En estos casos, el agua que circula por un rio, arroyo o canal, tiene poca pendiente y no permite la instalación de bombas de ariete o turbobombas. También es factible generar energía eléctrica o impulsar otros equipos mecanicos simultáneamente al bombeo de agua.

Costos

Dependen de las caracteristicas especificas de cada instalación. Se pueden aproximar según:

CE : Aproximadamente US$1,500 x kW

CI : 20% del CE

CM: 5% del CE

CO: Menores a US$ 100

Selección: Las dimensiónes principales de la rueda (diámetro y ancho) dependen de la velocidad del agua, asi como de la sección transversal del canal o rio y de la cantidad de agua que se desea bombear. Segun el análisis de los prototipos, la potencia se calcula según:

Pot = 0,41 . V3. A

donde:

Pot = Potencia de turbina (kW)

V = Velocidad del rio (m/s)

A = Area transversal de la rueda hidraúlica (m2)

A partir de esto, la bomba de pistón puede elevar una cantidad de agua q (m3/dia) hasta altura h (m) según:

q . h = 8800 . Pot

Por ejemplo, si V = 1 m/s, A = 0,5 x 1,4 = 0,7 m2 entonces: Pot = 0,287 kW y según esto q x h = 2525. Para una altura de h = 20 m se tiene 126 m3/dia.

Caracteristicas: Para los modelos estándarizados: Diametro de la rueda: De 2,40 a 6,0 m. / Ancho de la rueda :De 1,40 a 6,0 m. / Dimensiónes del sistema de bombeo: - Diametros estándarizados de 2 1/2", 4", 6" y 8" - Carreras estándarizadas de 10, 20, 30, 40, 50 y 60 cm - Caudal de bombeo máximo: 20 l/s, minimo: 0.5 l/s

Aerobombas

Estas máquinas transforman la energía eolica en energía mecánica. Esto se consigue mediante un rotor que gira movido por el arrastre de la velocidad del viento. Por medio de una transmisión de biela-manivela, se impulsa una bomba de pistón que a su vez eleva el agua.

Caracteristicas:

La Aerobomba MCTB500, es de tipo multipala americano, con rotor de 12 paletas y 5 m de diámetro. Su velocidad nominal de rotación es 30 rpm. , tiene perfil aerodinámico y transmisión por eje de acero AISI-SAE 1020 con rodamiento de bolas sellado y biela regulable. La torre es de 7 m de alto y tiene un tornamesa giratorio con control de dirección por veleta. Lleva un freno automático (tipo palanca). Bomba de tipo reciprocante (pistón) con cámaras de amortiguamiento.

Aplicaciones:

Esta aerobomba puede elevar agua hasta una altura máxima de 20 m. El caudal máximo que se puede obtener de este equipo es de 4 l/s. Por lo tanto puede ser usada para extraer agua desde pozos subterráneos o para elevar el agua desde estánques hacia niveles superiores.

Selección:

Se ilustra con un ejemplo: Si la velocidad promedio del viento durante 6 horas es de V = 5 m/s y se desea extraer agua desde 15 m de profundidad, el caudal que se extrae sera: 1,8 l/s o 7 m3/h. Por tanto, en 6 horas se bombearan 42 m3. Alternativamente se puede utilizar la siguiente formula para la potencia en Watts:

Pot = 0,078 . D2 . V3

Siendo D el diámetro del rotor en m y V la velocidad del viento en m/s.

Costos

Son variables con cada lugar de instalación.

CE: Entre US$2,700 y US$6,000

CI: 15% del CE

CM: 15% del CE

CO: Menores a US$ 100

Aerogeneradores

Los aerogeneradores producen energía eléctrica mediante un proceso de dos etapas. La primera consiste en captar la energía eolica y tansformarla en energía mecánica por medio de un rotor aerodinámico. La segunda etapa transforma la energía mecánica en eléctrica en un generador sincrono. La energía eléctrica pasa luego a traves de un regulador de voltaje, que corrige las variaciones producidas dentro de este y permite su almacenamiento en baterias (6). La corriente procedente de las baterias es repartida en dos circuitos. Uno de ellos es de corriente continua y tiene capacidad para alimentar circuitos de alumbrado y todos aquellos aparatos que poseen resistencias ohmicas. El segúndo circuito se conecta a un convertidor que cambia la corriente continua en alterna, y eleva los 12, 24 o 36 voltios de la bateria a 110 o 220 voltios.

Aplicaciones:

La potencia eléctrica que el aerogenerador puede suministrar permite alimentar una gran variedad de artefactos eléctricos de pequena potencia, entre ellos eléctrobombas de hasta 1/2HP. De esta manera, se puede bombear agua ya sea desde pozos subterráneos o desde la superficie hasta niveles mas altos.

Caracteristicas: Referidas al Aerogenerador WAIRA:

Rotor bipala de 3 m de diámetro, hecho de material híbrido fibra de vidrio/poliester/epoxy) con perfil aerodinámico NACA 4412 para 300 RPM. Transmisión de multiplicación por faja y poleas de aluminio-silicio. Generador sincrono con rectificación completa y regulador de voltaje incorporado a 12 o 24 voltios. Torre de perfiles de acero de 6 m Inversor para la

conversión de los 12 o 24 voltios almacenados en las baterias a 220 V. Baterias que según el tamaño, permiten trabajar hasta con 2,000 W en forma continua durante todo el dia (si hay viento las 24 horas).

Selección:

La potencia suministrada depende de la velocidad del viento según:

Potencia = 1225 V3

donde V = velocidad del viento (m/s).

Segun esto, para vientos de 10 m/s podemos obtener potencias de 1225 lo que permite el funcionamiento de bombas centrifugas (eléctro-bombas) de hasta de 1/2 HP que proporcionan un caudal q de hasta 6 m3/h, a una altura de h = 20 m. De esta manera, la generación de eléctricidad con energía eolica constituye una alternativa al problema de bombeo.

Costos:

CE: Modelo Waira 3.0 US$ 1,500

CI : 5% del CE

CM: US$200

CO: Menores a US$ 100

Bomba a pistón

Existen numerosos tipos de bomba como esta. Las investigaciones han demostrado que las de mayor rendimiento son las bombas que poseen cámaras de amortiguamiento, tanto en la succión como en la descarga. El diseño de cada bomba depende de la profundidad del pozo. El costo aproximado es de US$300, sin incluir la tuberia de succión.

Bomba de tracción animal

Consiste en un mecanismo diseñado para convertir el movimiento en circulo que recorre un animal de tiro (asno, buey, caballo, etc.), en movimiento alternativo. De esta manera, se acciona una bomba de pistón para lograr la succión necesaria. Pueden utilizarse varios animales, según la profundidad del pozo y el caudal que se requiera.