Interchange fee reduction scenario analysis

Otro tipo de bomba de desplazamiento positivo que hemos introducido en la sección primera de este capítulo es la bomba de diafragma. Se estima que se comenzó a emplear a partir del año 1730, y su mecanismo se ha usado ampliamente en las bombas de combustible. Actualmente se emplea en varios tipos de bombas manuales.

3.3.3.1 Principio de funcionamiento

Esta bomba está fundamentada en el movimiento de una membrana elástica en contacto con un volumen provisto de dos válvulas antirretorno tal y como se muestra en la figura 3.3.11. Al elevarse esta membrana o diafragma el agua es absorbida a través de la válvula de entrada a la izquierda, a continuación, como se observa en la parte derecha de la figura, se acciona el diafragma en sentido opuesto, forzando al comprimir el espacio interior el cierre de la válvula izquierda y la apertura de la que se sitúa a la derecha que permitirá la salida del agua.

Figura 3.3.11 Mecanismo de una bomba de diafragma

El empleo del diafragma en las bombas manuales presenta ventajas frente a los dispositivos de pistón. El sellado es mayor, presenta una eficiencia mecánica superior ya que el movimiento del diafragma implica mucha menos fricción que el desplazamiento del pistón en el cilindro, no posee una varilla como la del mecanismo de pistón, con lo que se eliminan los problemas derivados de su sellado y las pérdidas respectivas por fricción y es más resistente frente a aguas más agresivas (aquellas que contienen arenas o barro). Por el contrario existen notables desventajas, tanto por el precio de los materiales que componen estas bombas, como por lo complicado de su mecanismo, que exige unos conocimientos más allá de lo que los criterios VLOM aconsejan. Además no pueden ser empleadas en pozos tan estrechos como las bombas de pistón y su altura de bombeo efectiva es menor ya que no alcanza a desarrollar presiones tan altas.

Existen diferentes bombas manuales cuyo funcionamiento esta fundamentado en este mecanismo. Las más empleadas son la Vergnet y la Abi-ASM que detallaremos a continuación.

3.3.3.2 Bombas Vergnet

Es una bomba manual de diafragma en la este se acciona mediante un pedal y un pistón asociado a él, como se recoge en la figura 3.3.12. El diafragma se sitúa dentro de un cilindro rígido en el interior del pozo de tal manera que su estiramiento y contracción provocará el bombeo desde el cilindro a la superficie. Al pisar el usuario el pedal, el pistón en su bajada rellena la membrana estirando sus paredes flexibles e incrementando así la presión dentro del cilindro rígido. Esta presión obliga al cierre de la válvula inferior de succión y abre la de descarga facilitando que el agua suba a la superficie a través de la tubería de descarga. A continuación el usuario retirará la presión sobre el pedal, con lo que se contrae la membrana elástica, reduciendo la presión dentro del cilindro rígido y provocando de esa manera el cierre de la válvula de descarga y abriendo la de succión que permitirá la entrada de agua desde el pozo al cilindro rígido.

Capítulo 3. Bombas manuales de agua

Esta bomba además de todas las características comentadas cuenta respecto a las instalaciones de bombeo manual basadas en el mecanismo de pistón con la ventaja de ser accionada con el pie con lo que se podrá emplear una mayor fuerza, y desarrollar una potencia superior. Además puede ser extraída completamente del pozo fácilmente, de manera manual.

3.3.3.3 Bombas Abi-ASM

Estas bombas son una combinación de la anterior, la Vergnet y los mecanismos de acción de las bombas de pistón. Los sistemas fundamentados en el empleo de una palanca son preferidos por los usuarios a los que utilizan un pedal, aunque el esfuerzo requerido sea mayor. Así pues el funcionamiento de esta bomba es exactamente igual al de la anterior, la única diferencia reside en la estructura superficial del equipo que presenta las características que describimos para las bombas de pistón. A través de la palanca se elevará una varilla que accionará el pistón que rellena y vacía el diafragma como ya detallamos para la bomba Vergnet.

Los valores típicos de los parámetros de funcionamiento de las bombas de diafragma vienen recogidos en la tabla 3.3.3. En esta tabla hemos recogido los valores proporcionados por los distintos organismos internacionales más especializados como el banco mundial o la SKAT.

Tabla 3.3.3 Valores experimentales de los parámetros básicos de las bombas de diafragma para distintos organismos internacionales

Tipo Nombre Altura bombeo(m) Caudal (l/min) Potencia (W) Rendimiento Fuerza máxima (Kg-f) Fuente Diafragma Vergnet 7 10 59 15 47 BM Diafragma Vergnet 7 24 199 14 47 BM Diafragma Vergnet 45 5 51 57 76 BM Diafragma Vergnet 10 16.7 75 SKAT Diafragma Vergnet 15 15 75 SKAT Diafragma Vergnet 20 12,5 75 SKAT Diafragma Abi-ASM 7 10 82 14 20 BM Diafragma Abi-ASM 25 10 129 32 35 BM Diafragma Abi-ASM 45 10 175 43 45 BM

3.3.3.4 Recopilación y análisis de resultados experimentales

Mediante estos valores de referencia presentados en la tabla 3.3.2 y recogiendo el análisis planteado para las bombas manuales de pistón vamos a intentar conocer cuál es la capacidad de las bombas basadas en el mecanismo de diafragma en el abastecimiento de agua. Para ello utilizaremos de nuevo la tabla 3.3.2 y definiremos un caudal típico. En esta ocasión deberemos añadir en esta tabla la modificación relacionada con el empleo de la potencia desarrollada a través del pedal, esto implicará un aumento en el caudal recogido, al contar con esfuerzos superiores. De esta manera la tabla habrá de recoger los valores previstos en ambas situaciones, tanto en el accionamiento mediante palanca empleado en la bomba de diafragma Abi-ASM, como el basado en el pedal característico de la Vergnet (Consumers 1983). La tabla 3.3.4 presenta este estudio, para su elaboración se han recogido las conclusiones del apartado 3.2 respecto al desarrollo de potencia de tal forma que para alturas de bombeo reducidas se plantea si se emplea una bomba manual de palanca, una potencia introducida en la tabla 3.2 como de 50W pudiendo alcanzar hasta 75W para profundidades de bombeo superiores. En el caso de bombas accionadas a pedal este esfuerzo se puede elevar desde los 75 W hasta los 100 W. Como ya se explicó para los sistemas de pistón estas potencias se consideran como referencia valorando que estas instalaciones deben estar preparadas para ser accionadas básicamente por usuarias que como ya se planteó alcanzan potencias de 50W empleando palancas o de 75W mediante pedaleo. El aumento de esta potencia introducida solo se justifica a alturas de bombeo elevadas, e implicará que no toda la población usuaria podrá alcanzar realmente a manejar estos equipos.

Además se ha mantenido el mismo planteamiento que el realizado para el análisis de las bombas de pistón para el resto de parámetros presentados.

Capítulo 3. Bombas manuales de agua

Tabla 3.3.4 Caudal mínimo adecuado, medio y máximo para distintas alturas de bombeo. Se incluye el rendimiento y la potencia manual y en pedal, característica para cada altura.

Potencia ergométrica bombeo W& (W) Tipo de bomba ηbomba ,BM Altura de bombeo h (m) Caudal típico típico Q (l/min) 50 Palanca 0,45 7 19,6592398 75 Pedal 0,45 7 29,4888598 55 Palanca 0,5 12 14,0163099 80 Pedal 0,5 12 20,3873598 60 Palanca 0,55 20 10,0917431 85 Pedal 0,55 20 14,2966361 65 Palanca 0,6 30 7,95107034 90 Pedal 0,6 30 11,0091743 70 Palanca 0,65 40 6,95718654 95 Pedal 0,65 40 9,44189602 75 Palanca 0,7 50 6,42201835 100 Pedal 0,7 50 8,56269113

A partir de aquí estos valores de caudal delimitarán qué regímenes de funcionamiento experimentales de este tipo de bombas se pueden denominar como razonables y cuales otros no, ya sea por un caudal insuficiente, por esfuerzos excesivos o por otros condicionantes técnicos o tecnológicos.

Con esta información y como en el caso de las bombas manuales de pistón contrastaremos los valores teóricos de caudal presentados en la tabla 3.3.4 con los experimentales recogidos en la tabla 3.3.3. Comprobamos que el caudal experimental extraído para las bombas de pedal, que en teoría debería de ser superior al recogido por las bombas de pistón, está ligeramente por debajo. Esto es debido a que el rendimiento en las pruebas de laboratorio del BM de estos equipos es mucho menor al esperado. Aún así estos equipos de diafragma aseguran al menos los mismos regímenes de caudal que presentaba el otro mecanismo de pistón estudiado para profundidades intermedias, características de las bombas de pistón de acción directa. Por lo tanto aunque estos equipos puedan dar más de sí, su uso es interesante, ya que requieren menos esfuerzos en su empleo. Habrá que valorar todos los factores detallados para en cada situación respecto a hábitos culturales, repuestos, condiciones de profundidad del pozo, etc. para concluir si estas bombas de diafragma son más adecuadas o no que las de pistón, ya que ambas se pueden encuadrar dentro del criterio VLOM.

Gráfico 3.3.5 Contraste de los datos experimentales de caudal, presentados por el BM y recogidos en la tabla 3.3.3, frente a los calculados a nivel teórico de la tabla 3.3.4, para

distintas condiciones de altura de bombeo.

0 20 40 60 80 0 10 20 30 40 50 Altura de bombeo (m) Q (l/min)

Caudal típico para palanca Caudal Vergnet

Caudal Abi-ASM Caudal Pistón

Caudal típico para pedal