sábado, 27 de agosto de 2011

bomba de soga


Qué es la bomba de soga?

Es una bomba manual para la extracción de agua desde un pozo u otra fuente hasta la superficie o nivel deseado, con un mínimo de esfuerzo físico.

Constituye una tecnología apropiada para los países en vias de desarollo por su bajo costo, sencillez, eficiencia y, sobre todo, porque su fabricación, instalación, mantenimiento y explotación pueden ser asumidos por las comunidades mediante sus propios recursos.
Principio de funcionamiento
La bomba de soga constituye un circuito cerrado entre la fuente de agua y la superficie o nivel deseado, mediante una soga sinfín en la que se disponen pistones de goma u otro material, a intervalos determinados
La soga asciende por un tubo de subida, pasa por una polea motriz y baja libre hasta la fuente de agua. En la parte inferior se coloca una guía que facilita la entrada de la soga y los pistones en el tubo de subida.

Entre los pistones y el diámetro interior del tubo de subida, generalmente de PVC, existe una holgura mínima para disminuir el desgaste de los pistones y el interior del tubo, el cual es irregular en dimensiones y rugosidad superficial.

Los pistones se mueven en una sola dirección y, cuando llegan arriba, el agua bombeada se desvía hacia el usuario.
Al accionar la polea motriz, los pistones que ascienden por dentro de la tubería empujan la columna de agua hacia arriba por su parte superior, y succionan otra columna de agua por debajo.

Existen diferentes modelos de bombas de soga, pero todos tienen el mismo principio de funcionamiento.


Componentes de la bomba
La bomba de soga ha experimentado transformaciones en cada país, por su inherente capacidad de adaptarse a las posibilidades tecnológicas y la capacidad productiva de cada lugar. En particular, prevemos un diseño que integre la fusión de piezas estandarizadas por la industria y el comercio contemporáneos, con elementos concebidos en las comunidades a partir de los procesos de soldadura, fundición y otros, que permitan disminuir los costos y facilitar la intercambiabilidad de sus componentes.

No obstante, a continuación se describen las sugerencias más aceptadas en la práctica nacional e internacional.

Estructura o base. Soporte que permite la colocación de la polea motriz con su eje y manivela, de forma tal que esta quede sobre el pozo. La estructura puede ser construida de madera o de perfiles metálicos, como platinas, angulares, cabillas, etc. El diseño varía en dependencia de las características constructivas del pozo (Fig. 2).


Fig. 3. Principales componentes para el funcionamiento de la bomba de soga:
1. Soga.
2. Pistones.
3. Polea motriz.
4. Guía inferior.
5. Tubería de subida.
6. Tubería de descarga.
7. Pozo.
Polea. Puede ser construida de madera o de metal, revestida de goma, o utilizar las pestañas de neumáticos deteriorados. Esta última es la forma más usual. Las pestañas se unen de forma invertida mediante grapas, a las que se van fijando los rayos, de alambrón o cabilla, y los rayos se fijan al centro de la polea (Fig. 4).

Fig. 4. Una forma de asumir el diseño de la polea motriz: En el centro de los rayos, en forma de estrella, se suelda el buje, y en las puntas, las grapas, en las cuales se colocan las pestañas de neumáticos deteriorados, unidas de forma invertida.
Manivela. De madera o metal, se fija al centro de la polea y a la estructura mediante bujes o cojinetes que permiten la rotación. Las manivelas pueden ser simples o dobles, en dependencia del esfuerzo a realizar, y siempre en sus extremos deben estar provistas de manillas, para no dañar al usuario.

Bujes o cojinetes. Permiten la rotación de la polea, accionada por el usuario mediante la manivela. Pueden ser simples tubos fijos a la estructura o base, por los que gira el eje de la polea, o sistemas más complejos como los cojinetes industriales. Para mejorar la fricción se recomiendan bujes de bronce, metal-metal y teflón. Este último es un polímero ligero, resiste la corrosión y el impacto, funciona como aislante eléctrico y, adicionalmente, es fácil de maquinar, características que le confieren prioridad a su uso cuando se decide realizar una producción seriada.

Tubería.
El tubo de subida debe ser de PVC o manguera plástica. El diámetro a utilizar depende de la profundidad del pozo y en su ensamblaje deben cumplirse algunos requerimientos básicos. El extremo inferior del tubo de subida debe tener forma de campana que permita el paso fluido de la soga y los pistones, sin daño para estos últimos.
.En caso de utilizar tubos, el empalme de la columna debe hacerse por emboquillado, fijando cada empalme mediante ligas de cámara de autos, o con una goma especial. Se recomienda utilizar dos ligas estiradas longitudinalmente, para mantener la unión comprimida. En el extremo superior de la tubería de subida debe acoplarse un diámetro mayor, provisto de la conexión (Tee) que permite el desvío del agua hasta el recipiente. Con esto también se logra la estabilidad en el flujo de agua que se recibe y se evitan pérdidas por la parte superior. El tubo guía, utilizado sólo en pozos tubulares de pequeños diámetros, siempre debe tener mayor diámetro que el de subida, pues su objetivo es guiar la soga y proteger los pistones de las irregularidades de la pared del pozo.

Pistones. Los más recomendables son los de goma, pero se utilizan también de madera dura, plástico y otros materiales. Su diámetro se determina en dependencia del diámetro interior de la tubería de subida, de forma tal que exista una holgura entre ellos para evitar el atasco total (Fig. 5). La durabilidad de este elemento depende de la calidad del material y de su correcto uso. La distancia a que van colocados se determina a partir de la holgura mencionada, o sea, mientras mayor sea la holgura menor será la distancia entre los pistones. Sin embargo, la distancia entre pistones será mayor en la medida en que aumente la profundidad del pozo. En ocasiones, los pistones construidos de goma o plástico tienen forma de campana, con su periferia flexible y un centro rígido. La distancia entre pistones varía de 0,5 a 5 m; pero comúnmente es de 2 m.

Los experimentos realizados con pistones, con láminas flexibles o sin ellas, de diámetros iguales al diámetro del tubo de subida, muestran que las bombas con láminas flexibles en los pistones bombean más agua con relación a los pistones tradicionales, en regímenes y parámetros similares de las bombas utilizadas.Fuerzas ejercidas sobre pistones de diferentes formas: a) fuerza de fricción del tubo sobre el pistón hacia abajo, y b) fuerza im-pulsora de la soga sobre el pistón hacia arriba.
1. Tapa superior. 2. Lámina flexible. 3. Tapa inferior. 4. Tubo de subida. 5. Soga. 6. Pasadores.
Guías. Se construyen de metal, madera dura y de cerámica esmaltada; esta última es la más recomendable para alargar la vida de la soga y los pistones. La forma de la guía puede ser variada. Guías de profundidad. Su función básica es guiar la soga y los pistones al girar hacia arriba, además de permitir la entrada fluida a la tubería de subida (Fig. 6). De esta guía pende el contrapeso. Guía superior. Generalmente, se utilizan rodillos de cerámica esmaltada o aisladores eléctricos y su función es, en el caso de pozos tubulares, guiar la soga y los pistones hacia la entrada del pozo, para eliminar fricciones perjudiciales (Fig. 7).

Contrapeso. Su función principal es mantener la tubería en una posición lo más perpendicular posible, y puede ser una piedra, un bloque, algún pedazo de metal u otro cuerpo pesado.

Soga. Preferiblemente de nailon y su diámetro oscila entre 5 y 10 mm, en dependencia al diámetro del tubo de subida. En la práctica, su vida útil es de 2 años, aproximadamente.


Fig. 6. Guía inferior o de profundidad construida con un segmento de tubo de PVC, al que se une una roldana de madera dura mediante un eje y dos tuercas.


Fig. 7. Guía superior construida
con un aislador eléctrico y fijada
al poste de una bicibomba, con
descarga a un tanque elevado.
Sistema de bloqueo o freno. Este elemento se incorpora para impedir el retroceso de la polea en sentido contrario al convenido, o accionar la polea en sentido opuesto. Así se evitan roturas en el equipo.
Características técnicas
El equipo tiene un alto rendimiento y bombea grandes caudales: desde 2 L/s a una profundidad de 5 m hasta 0,2 L/s a 40 m (Tab. 1). La bomba permite su utilización de forma intensiva.

Tabla 1. Diámetros recomendados de polea y tubo de subida.
Diámetro del tubo
de subida (mm)
12,7-19,05
19,05
38,1-50,8
Profundidad
de bombeo (m)
15-40
5-15
hasta 5
Paso máximo
entre pistones (m)
3
2
1,5
Caudal estimado
de bombeo (L/s)
0,2-0,7
0,2-1
1-2
Mientras mayor sea el diámetro interior del tubo de subida, y la velocidad de los pistones aumente, mayor será la eficiencia de la bomba. Otro elemento que influye en la eficiencia de la bomba de soga es la holgura entre el diámetro de los pistones y el diámetro interior del tubo de subida.
Además de su fácil construcción, operación y mantenimiento, la bomba de soga se caracteriza por su gran adaptabilidad, porque puede instalarse en pozos con profundidades mayores de 40 m, permite bombear agua más arriba del nivel del suelo, y puede ser accionada manualmente, por un malacate (tracción animal), un motor (energía eléctrica convencional), un sencillo molino de viento (energía eólica) o por celdas fotovoltaicas (energía solar).

La eficiencia de la bomba de soga alcanza más de 80 % (prácticamente más del doble de otras bombas manuales) y su costo es de 2 a 3 veces menor que las de émbolo. El mantenimiento y la reparación son sencillos, basados fundamentalmente en el cambio de la soga, los pistones y pintura, como mínimo a los dos años de explotación (Tab. 2).


Fig. 8. Molde para fabricar pistones inyectados.
1. Apertura de inyección.
2. Parte hembra.
3. Inserto.
4. Parte macho.
Tabla 2. Vida útil promedio de las principales piezas
componentes de la bomba de soga.

Pistones
aprox. 18 meses
Soga
aprox. 24 meses
Tuberías
más de 48 meses
Guías
más de 48 meses
Polea motriz
más de 48 meses
Estructura
más de 48 meses
Instalación
Inicialmente se debe comprobar la limpieza del pozo, de modo que esté libre de raíces u otras suciedades que puedan obstruir el funcionamiento de la bomba. Con posterioridad, se debe determinar el nivel del espejo del agua y la profundidad total del pozo.

Para la instalación de la bomba se deben realizar las siguientes acciones:
* Fijar la tubería de descarga a la parte superior de la tubería de subida.
* Fijar la guía de profundidad a la parte inferior de la tubería de subida, mediante ligas, teniendo en cuenta que la parte libre es opuesta a la descarga y que es necesario colocar o conformar una campana de entrada.
* Fijar los pistones a la soga, a la distancia necesaria, mediante nudos. Cuando los pistones no tienen el mismo diámetro, se crea un «vacío».
* Pasar la soga con pistones por dentro de la tubería de descarga y a través de la guía de profundidad, para amarrar los extremos en la parte superior. Tener cuidado para no colocar los pistones al revés.
* Colocar contrapeso al final del tubo de subida.
* Colocar la estructura en la parte superior del pozo.
* Introducir en el pozo la columna de tubos y fijarla a la estructura.
* Pasar la soga por la polea, calcular su tensión y hacer el amarre final.
* Comenzar el accionamiento para el bombeo.
Mantenimiento y reparación
Las operaciones de mantenimiento son sencillas:
* En las primeras semanas de uso puede ser necesario tensar la soga, ya que los nudos tienden a alargarse. Para realizar esta operación se deben soltar las puntas y unirlas luego, cuando se haya obtenido la tensión necesaria para que la soga no patine sobre la polea.
* Con cualquier tipo de aceite se deben engrasar periódicamente los bujes o cojinetes del eje de la polea y la manivela.
* Es aconsejable revisar con periodicidad la fijación de la polea a la manivela y a la estructura.
* Se debe limpiar y pintar la bomba cada año para evitar la corrosión.
Las reparaciones más frecuentes, con un intervalo de 18 a 24 meses, son el cambio de los pistones y la soga (Tab. 2):
* Es aconsejable cambiar la soga cuando se detecte un desgaste pronunciado. Esta operación se realiza uniendo la soga vieja a otra nueva (similar, pero sin pistones). Con esa soga de apoyo se puede introducir otra nueva con pistones.
* Cuando la soga se rompe, antes de quitar la tubería del pozo se deja bajar una soga de apoyo con algún peso amarrado en uno de sus extremos. Después se quita la tubería del pozo y se introduce la soga nueva con pistones, con ayuda de la soga de apoyo.
* Si el problema radica en la obstrucción de la tubería por las suciedades del pozo, se debe sacar e intentar su limpieza, o sustituirla total o parcialmente.
Bomba de soga de torre
Esta variante de la bomba de soga permite solucionar el problema de elevar el agua, de forma manual, hacia un nivel superior a la superficie del pozo o fuente de abasto (Fig. 9).
El principio de funcionamiento es el mismo, con la diferencia de que en una torre o poste se sostiene una polea superior, el tubo de subida y la tubería de descarga. La fuerza motriz ya no se aplica en el punto más alto, sino a la altura del pozo con la polea motriz. La soga sube por dentro del tubo de subida hasta la parte superior de la torre, da la vuelta en la polea superior, que gira libremente, y desciende para envolver a la polea motriz en aproximadamente 270°antes de ser conducida por la guía superior hasta el tubo guía para entrar en el pozo.

Fig. 9. Bomba de soga de torre y detalle de la guía superior.
Como torre o poste puede utilizarse cualquier material que soporte el peso de los componentes y la fuerza ejercida para mover la soga.

La altura de bombeo comprende la suma de las alturas desde la superficie del suelo hasta el nivel en que se coloca la guía de profundidad dentro del pozo y desde la superficie del suelo hasta la tubería de descarga que tributa al tanque elevado, donde se almacena el agua bombeada que después se utiliza por gravedad. Como esta altura suele ser mayor que la habitual, en la polea se colocan dos manivelas para ser accionadas por dos personas y de esa forma aumentar la potencia de bombeo, como en la bomba de soga para grandes caudales, que adicionalmente tiene las características de mayor diámetro del tubo de subida, menores alturas de bombeo y, por lo tanto, pistones de mayor diámetro. Con este último modelo pueden alcanzarse 2 L/s a 10 m de desnivel de bombeo, con la acción de dos hombres.
Bomba de soga para el bombeo no vertical
No siempre la fuente de abasto es un pozo. En ocasiones se requiere bombear agua desde un río, presa, canal o acequia, y en esos casos la bomba de soga se presenta como un equipo difícilmente superable por la facilidad y el bajo costo con que se soluciona el problema (Fig.10).
Basta inclinar, en el ángulo necesario, el tubo de subida. Por las condiciones de trabajo, casi siempre se requiere añadir el tubo guía para facilitar el recorrido deseado de la soga con los pistones.

El resto de las especificaciones técnicas se comportan como en la bomba de soga para el bombeo desde un pozo.


Fig. 10. Bomba de soga para bombear agua
desde un río, una presa, un canal o una acequia.

con informacion tomada de
http://www.cubasolar.cu/biblioteca/energia/energia19/html/articulo02.htm
con algunas modificaciones

videos