Cachumbambé
hidráulico
Por Alejandro
Montecinos Larrosa
Jugar
y bombear agua pueden convertirse en verbos que provoquen
un acercamiento de los niños a los principios de la hidráulica
y la cultura energética y ambiental.
La nueva sección de Energía y tú –Parque
hidráulico infantil– procurará facilitar la
consecución de ese objetivo.
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Los
sociólogos y sicólogos conceden al juego una incidencia
básica e inalienable en la formación de la personalidad
y en el proceso cognitivo de los niños y niñas. El juego
provoca una aprehensión creciente del mundo, con deleite. Muchos
adultos –léase padres– pretenden que los niños
nos iluminen con precocidades, pero en ocasiones descuidan una condición:
los niños deberían ser libres de expresar sus energías
para desarrollar sus talentos individuales, en un ambiente no restrictivo.
La fusión dialéctica de la educación familiar, los
aportes de las escuelas y la actividad lúdica, en cada una de las
etapas del proceso, facilita el desarrollo armónico de los niños,
por lo que deben buscarse alternativas que satisfagan ese propósito.
Parque
hidráulico infantil
El parque hidráulico infantil se concibe como un espacio donde
los niños puedan ejercer su más vital actividad, el juego,
de forma tal que con la motivación lúdica interactúe
la apropiación de los principios de la hidráulica y el conocimiento
del uso de las energías alternativas, además de contribuir
a conformar criterios sobre la necesidad
de una cultura ecológica. El proyecto formula la creación
de un parque de diversiones para los niños, en el que a los aparatos
convencionales (tiovivo, cachumbambé, columpio, etc.) se le adaptan
equipos para el bombeo o suministro de agua.
Algunos conocimientos hidráulicos y mecánicos pueden provocar
la imaginación para proyectar y ejecutar los más disímiles
artefactos o equipos para el parque, desde una bicibomba, unos pedales
especiales (hidropaso) acoplados a bombas de diafragma y un tiovivo conectado
a un malacate de cartabón, hasta un cachumbambé que bombee
agua.
La bicibomba consiste en una bomba de soga de torre acoplada a una bicicleta,
de forma tal que al pedalear se eleva el agua hasta un recipiente al que
puede instalarse una ducha, un lavamanos e incluso otros elementos como
una escultura o fuente, o un sistema de regadío.
El hidropaso permite bombear agua con el peso que ejerce una persona al
caminar por unos pedales o pasos que accionan las bombas de diafragma
correspondientes conectadas con la fuente de abasto.
Resulta muy sencillo adecuar el principio de funcionamiento de un malacate
de cartabón
a un tiovivo, porque este equipo incorpora una transmisión por
engranaje y un mecanismo de excéntrica o manivelas triangulares
que convierten el movimiento de rotación del eje del tiovivo en
movimiento rectilíneo alternativo de la varilla del cilindro de
la bomba que se le incorpore.
Y el cachumbambé hidráulico resulta tan sencillo y seductor
como el regocijo de los niños al verificar que por cada vez que
suben y bajan en el tradicional aparato un chorro de agua se eleva por
encima de ellos.
Especialistas del Centro Integrado de Tecnología Apropiada (CITA),
de Camagüey, lograron concebir una primera versión de este
parque en el mayor recinto ferial de la Isla, EXPOCUBA, a finales de la
última década del pasado siglo, y su aceptación superó
las expectativas, como ocurrirá cada vez que se asuma un proyecto
análogo.
¿Cachumbambé hidráulico?
Difícil imaginar un cubano que desconozca las bondades del cachumbambé.
Casi todos podemos referir alguna anécdota relacionada con este
omnipresente equipo en los parques infantiles. La novedad radica en su
versión hidráulica, que en principio constituye un aparato
mecánico al que se instalan aditamentos y una bomba de agua con
sus respectivos conductos y accesorios, para bombear agua a partir del
movimiento alternativo producido por el accionar del peso de los niños
al columpiarse. Es susceptible de ubicación en parques y lugares
de esparcimiento infantil, siempre que existan condiciones para las instalaciones
hidráulicas y el abastecimiento de agua.
La utilización del peso del niño como fuente energética
provoca en él la curiosidad, propiciatoria de su acercamiento a
los elementos esenciales del bombeo y de las leyes más generales
de la hidráulica.
A la intención didáctica se le incorpora la utilización
del movimiento alternativo del cachumbambé hidráulico para
bombear agua hacia un tanque colector u otros usos sociales, productivos,
recreativos o artísticos, en las escuelas, círculos infantiles,
campamentos pioneriles y comunidades.
Diseño
El equipo fusiona dos elementos esenciales: el cachumbambé y la
bomba de agua
(Fig. 1).

Fig. 1. Esquema general del cachumbambé hidráulico.
1. Cachumbambé.
2. Base. 3. Cilindro de la bomba. 4. Cheque de succión. 5. Tubo
de succión.
6. Tubos conductores.7. Tanque colector. 8. Fuente ornamental. 9. Regadíos.
El diseño del cachumbambé
es convencional, similar a muchos instalados en el país.
Lo novedoso es la incorporación de elementos que permiten acoplarlo
al cilindro de una bomba de agua, igualmente convencional.
Las bombas son las máquinas elevadoras de agua más comunes
usadas en la práctica del riego o el bombeo en general. Estos equipos
proporcionan diversos caudales de agua, en dependencia de sus parámetros
constructivos y operacionales.
Por las características del movimiento del cachumbambé se
debe optar por una bomba
de desplazamiento positivo, que impulsa el agua mediante el movimiento
alternativo del émbolo o pistón en el interior de un cilindro
colocado en posición vertical. La selección
de este tipo de bomba para conectar en el cachumbambé obedece a
una serie de ventajas, entre las que sobresalen su flexibilidad, facilidad
de conservación, robustez y moderado costo inicial.
Esta bomba puede emplearse en pozos de cualquier profundidad. Cuando el
descenso
del nivel del agua es menor de 5 m, el cilindro suele instalarse fuera
del pozo. En cambio, cuando el nivel hidrostático es superior a
5 m, el cilindro se conecta a una tubería de bajada y se instala
dentro del pozo.
El caudal de la bomba instalada al cachumbambé está limitado
por la fuerza que pueden ejercer uno o varios niños con sus propios
pesos. En consecuencia, mientras mayor sea la profundidad de la que se
extrae el agua, mayor es el esfuerzo y por tanto menor el caudal obtenido:
Un hombre puede bombear 35 litros por minuto con una bomba instalada a
6 m de profundidad, y 6 litros por minuto con la misma bomba situada a
una profundidad de 30 m.
Como el componente energético en el caso del cachumbambé
hidráulico es el peso corporal de niños, incluso muy pequeños,
entonces es necesario instalar la bomba
en lugares donde el nivel del agua esté lo más cercano a
la base del aparato.
Las bombas instaladas de esta manera, cuando sufren mucho desgaste, tienen
que cebarse para empezar a funcionar, o sea, la tubería de succión
debe llenarse con agua tomada de un depósito exterior a fin de
eliminar el aire, aunque esto no es una limitante significativa.
Según el esquema propuesto (Fig. 1), también pueden utilizarse
las bombas alternativas de doble efecto o las bombas de diafragma. La
primera basa su funcionamiento en el mismo principio que las de simple
efecto, con la diferencia de que los dos movimientos son activos. Si bien
aumenta el caudal de agua que se bombea en igual período, es mucho
más costosa su fabricación. Por su parte, las bombas de
diafragma son sencillas y de fácil fabricación, pero tienen
muy poca capacidad de succión, por lo que pueden ser empleadas
sólo para bombear desde cisternas o pozos con el nivel del agua
cercano a la superficie del terreno (Fig. 2).

Fig. 2. Bombas de diafragma acopladas a un cachumbambé.
El
otro elemento importante del equipo, el cachumbambé, tiene un diseño
convencional, con cuatro capacidades. La decisión de usar tubos
de dos pulgadas para la estructura fundamental del cachumbambé
se debe a la experiencia negativa en EXPOCUBA, donde
el aparato instalado sufrió algunas roturas porque los tubos empleados
eran de una pulgada y media de diámetro y no soportaron el peso
de los adolescentes.
Inicialmente estaba previsto que el cachumbambé hidráulico
lo utilizaran exclusivamente niños, pero su ubicación en
un espacio público impide tal restricción. Por otro lado,
la participación de adolescentes y adultos en el juego con los
niños puede enriquecer el intercambio comunicacional y educativo.
De ahí la necesidad de reforzar los elemtos constitutivos de su
estructura.
Funcionamiento
La presión atmosférica es suficiente para sostener una columna
de 760 mm de mercurio, al nivel del mar. Debido a que el agua es 13,6
veces menos pesada que el mercurio a igualdad de volumen, cabe suponer
que la presión atmosférica puede mantener levantada una
columna de agua de altura 13,6 veces mayor que la de mercurio. Por tanto,
teóricamente la presión atmosférica al nivel del
mar basta para elevar una columna de agua de 10,3 m en una tubería
vertical en la que se ha hecho el vacío perfecto. Las condiciones
en que suele hacerse el bombeo distan bastante de las ideales, por las
imperfecciones de las bombas, las fugas de aire, la presencia de aire
disuelto en el agua, etc.; por tanto, en la práctica, la altura
de aspiración, es decir, la distancia vertical entre el cilindro
de la bomba y el nivel del agua no debe ser nunca superior a 5 0 6 m.
A partir del principio formulado se explica el funcionamiento de este
tipo de equipos,
que se divide en dos períodos que actúan simultáneamente
(Fig. 3). En el primer período, que puede llamarse de acción
o carrera ascendente, al moverse el pistón (2) en el sentido indicado
por la flecha, aumenta el espacio vacío en la parte inferior del
cilindro (1b).
La presión que se ejerce sobre la cara superior del pistón
mantiene cerrada la válvula (3),
y el peso del aire o presión atmosférica que se ejerce sobre
el nivel del agua obliga a ésta a subir por el tubo de succión
(4), levanta las válvulas inferiores (5 y 6), y penetra en el cuerpo
de la bomba para llenar el lugar ocupado antes por el aire en la parte
inferior del cilindro (1b). En este momento, cuando el émbolo llega
al final de su carrera, se tiene la parte inferior del cilindro llena
de agua y las válvulas (3, 5 y 6) cerradas. En esta posición
se inicia el segundo movimiento. La válvula de retención
o cheque (6) cumple la función de mantener con agua el tubo de
succión (4).
En el segundo período, llamado también de presión
o carrera descendente, el pistón se mueve hacia abajo, obligando
al agua contenida en la parte inferior del cilindro (1b) a pasar a la
superior (1a), a través de la válvula (3), que se abre impulsada
por la presión de la misma agua, mientras que las válvulas
inferiores (5 y 6) permanecen cerradas. El pistón llega así
hasta la parte inferior del cilindro. A continuación el pistón
vuelve a subir y se llena nuevamente la parte inferior del cilindro (2b),
e impulsa hacia arriba el agua de la parte superior (2a), obligándola
a subir por el tubo de salida, ya que la válvula (3) se cierra.
Si en lugar de tener un simple tubo de descarga, la bomba tiene agregado
un conducto de elevación, el agua será elevada hasta el
recipiente colocado a la altura que se desee.
Considerada en su forma elemental, una máquina de esta naturaleza
es un recipiente cilíndrico que se llena y vacía alternativamente,
un número determinado de veces en un tiempo dado. De aquí
se deduce que la ecuación fundamental para el cálculo de
estas bombas es la misma que se emplea para determinar la capacidad de
un cilindro. Donde
y es esta capacidad; h, el recorrido del pistón; y d, el diámetro
del cilindro. Así, se tiene que y = d2h/4
= 0,7854 d2h.
En el tipo de bomba descrito, el émbolo en su primer movimiento
cumple totalmente su función activa, pues absorbe el agua por la
parte inferior y origina así la resistencia activa necesaria para
vencer la diferencia de nivel existente entre las superficies del líquido
en las partes inferior y superior del cilindro. En el segundo tiempo,
al volver el pistón hacia abajo, la resistencia es teóricamente
igual a cero, sin considerar las resistencias pasivas, es decir, en estas
bombas la función activa solamente se ejerce en el movimiento del
émbolo hacia arriba.
Al vincular la bomba con el cachumbambé se asegura la fuente energética
por la acción del peso de los niños o adultos que jueguen
sobre el aparato. En el esquema desarrollado, en el cachumbambé
se acoplan las varillas de dos pistones, para propiciar el bombeo en cada
uno de los movimientos alternativos del equipo.
Especificaciones constructivas
El diseño, los materiales y las tecnologías de elaboración
y ensamblaje dependerán de las posibilidades financieras, técnicas
y tecnológicas que existan en cada lugar.
Las soluciones deben ser locales, con un sentido de apropiación
y enriquecimiento de las que aquí se ofrecen.
La construcción del cachumbambé no debe convertirse en un
problema técnico significativo. Los materiales pueden ser los más
diversos, en dependencia del diseño concreto que se asuma, y la
construcción de los elementos puede ser, desde el punto
de vista tecnológico, mediante soldadura, sujeción mecánica
o la combinación de ambos procedimientos.
La bomba es el elemento que mayores dificultades ofrece para su adquisición
o fabricación; no obstante, puede emprenderse con éxito.
Para evitar problemas de corrosión, los materiales para la construcción
de las bombas deben ser inoxidables, y especialmente el cilindro tendrá
una superficie interior lo más pulida posible y un diámetro
uniforme. Suelen hacerse de bronce, latón, hierro esmaltado
o plástico. Las zapatillas del émbolo por lo general son
de cuero, aunque si el émbolo es de plástico, habrá
que usar zapatillas flexibles (gomas especiales) para evitar ralladuras
en el cilindro a causa del accionar de las partículas arenosas
durante el movimiento alternativo del émbolo.
Instalación
Para la instalación del cachumbambé hidráulico también
se deben tener en cuenta las características de cada lugar, desde
el punto de vista social, urbanístico y económico,
y en dependencia de las condiciones hidráulicas existentes.

Fig. 3. Funcionamiento de una bomba alternativa.
Siempre resulta útil fundir un dado de hormigón al que
se fija la base del cachumbambé, de forma tal que al poner las
bombas en las agarraderas, los tubos conductores o de descarga (o la parte
inferior de la Tee) se sitúen al mismo nivel de la superficie de
la tierra, arena o césped.
Las variantes para el acondicionamiento del lugar donde se instale el
cachumbambé hidráulico serán diversas. Sólo
se deben tener en cuenta la altura del cachumbambé (en posición
horizontal) con respecto a la superficie del suelo, y las distancias desde
el eje
de rotación hasta los extremos del cachumbambé y hasta los
soportes de las varillas de la bomba. Estos parámetros son los
que determinan el recorrido real del émbolo de la bomba, que debe
ser menor que el recorrido potencial del émbolo dentro del cilindro
seleccionado.
Si el cilindro tiene un recorrido potencial de 230 mm y recorre 158 mm,
por cada movimiento completo del cachumbambé se podrá bombear
0,67 litros. Entonces, si los niños realizan diez movimientos completos
en un minuto se obtendrán 6,7 litros por minuto. Por movimiento
completo se entiende el desplazamiento de un extremo del cachumbambé
desde la posición inferior hasta la posición superior, y
como el cachumbambé tiene dos extremos y posee acopladas dos bombas
de agua, se obtiene que al mismo tiempo se realizan dos movimientos completos
y por tanto se obtendrán 13,4 litros por minuto.
La limitante para aumentar la capacidad de bombeo del cachumbambé
hidráulico radica en que las fuerzas motrices del sistema son el
peso y la fuerza que ejercen los niños sobre el cachumbambé.
Es importante señalar que debe preverse la ulterior utilización
del agua bombeada, para que el sistema sea útil en sí y
para hacer más efectiva la intención didáctica y
formativa del equipo. En ese sentido las soluciones también pueden
ser las más diversas. El destino del agua que se bombea dependerá
de la creatividad con que se asuma el proyecto.
Si sólo se le otorga al cachumbambé una finalidad didáctica,
por razones objetivas que impidan otra utilidad, la propia agua bombeada
puede regresar a la fuente. Ese es el caso cuando no exista pozo u otra
fuente de abasto. Entonces pueden instalarse las bombas
en estanques u otros espacios creados especialmente que suministren el
agua necesaria para el bombeo en un circuito cerrado.

Fig. 4. Esquema del cachumbambé hidráulico.
1. Cachumbambé. 2. Cilindros de las bombas.
La existencia de una bomba alternativa (defectuosa o no) y un cachumbambé
ya instalado, pueden ser los ingredientes primarios para iniciar el montaje
de un cachumbambé hidráulico, que en un círculo infantil
permite a los niños regar un pequeño huerto o en una escuela
facilita el abasto de agua al comedor, o en un parque para que brote agua
en una fuente ornamental.
A jugar
Los adultos –padres o abuelos casi todos– podemos ya desenterrar
de la memoria nuestras experiencias con uno de los protagonistas en los
juegos infantiles, el simple cachumbambé, y contribuir a la formación
de una cultura energética y ambiental sostenible, de forma amena
y potencialmente útil.
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