TOPE HIDRÁULICO COMO
SISTEMA DE BOMBEO MECÁNICO
PARA APROVECHAMIENTO DE
ENERGÍA VEHICULAR
HYDRAULIC SPEED BUMP AS A MECHANICAL PUMPING
SYSTEM FOR VEHICULAR ENERGY HARVESTING
Jorge Guzmán Herrera
Instituto Tecnológico Superior de Perote, México
Jesús Guzmán Martínez
Instituto Tecnológico Superior de Perote, México
Francisco Alberto Torres Moreno
Instituto Tecnológico Superior de Perote, México
Erick Iván Téllez Velazquez
Instituto Tecnológico Superior de Perote, México
pág. 10487
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v9i6.22202
Tope Hidráulico como Sistema de Bombeo Mecánico para
Aprovechamiento de Energía Vehicular
Jorge Guzmán Herrera1
doc-123@itsperote.edu.mx
Instituto Tecnológico Superior de Perote
México
Jesús Guzmán Martínez
doc-011@itsperote.edu.mx
Instituto Tecnológico Superior de Perote
México
Francisco Alberto Torres Moreno
d oc-152@itsperote.edu.mx
Instituto Tecnológico Superior de Perote
México
Erick Iván Téllez Velazquez
Erick.ivan.tellez@gmail.com
https://orcid.org/0000-0003-0443-9208
Instituto Tecnológico Superior de Perote
México
RESUMEN
El acceso al agua en entornos rurales y en instituciones con infraestructura hidráulica limitada continúa
siendo un desafío técnico y económico, especialmente cuando el bombeo se basa exclusivamente en
energía eléctrica o combustibles fósiles. En paralelo, el tránsito vehicular genera una cantidad
significativa de energía cinética que habitualmente se disipa en forma de calor y deformación en los
topes viales. En este contexto, el presente trabajo propone el diseño y análisis de un sistema de bombeo
mecánico basado en un tope hidráulico, capaz de transformar la energía cinética vehicular en energía
hidráulica para el transporte de agua hacia un depósito elevado dentro del Instituto Tecnológico
Superior de Perote. La propuesta integra principios de las bombas de pedal de bajo costo. Se describe
el diseño del prototipo tope-bomba, el dimensionamiento del cilindro de bombeo, la selección de
válvulas y la configuración del tope, así como pruebas experimentales preliminares. Los resultados
muestran que, bajo condiciones de tráfico representativas, el sistema es capaz de generar ciclos de
bombeo repetitivos y desplazar volúmenes de agua suficiente para un servicio de baño que podrían
complementar el suministro proveniente de bombas eléctricas convencionales.
Palabras clave: energía cinética vehicular, bombeo mecánico, bomba de ariete, sustentabilidad,
hidráulica aplicada
1 Autor princpal
Correspondencia: Erick.ivan.tellez@gmail.com
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v9i6.22202
Tope Hidráulico como Sistema de Bombeo Mecánico para
Aprovechamiento de Energía Vehicular
Jorge Guzmán Herrera1
doc-123@itsperote.edu.mx
Instituto Tecnológico Superior de Perote
México
Jesús Guzmán Martínez
doc-011@itsperote.edu.mx
Instituto Tecnológico Superior de Perote
México
Francisco Alberto Torres Moreno
d oc-152@itsperote.edu.mx
Instituto Tecnológico Superior de Perote
México
Erick Iván Téllez Velazquez
Erick.ivan.tellez@gmail.com
https://orcid.org/0000-0003-0443-9208
Instituto Tecnológico Superior de Perote
México
RESUMEN
El acceso al agua en entornos rurales y en instituciones con infraestructura hidráulica limitada continúa
siendo un desafío técnico y económico, especialmente cuando el bombeo se basa exclusivamente en
energía eléctrica o combustibles fósiles. En paralelo, el tránsito vehicular genera una cantidad
significativa de energía cinética que habitualmente se disipa en forma de calor y deformación en los
topes viales. En este contexto, el presente trabajo propone el diseño y análisis de un sistema de bombeo
mecánico basado en un tope hidráulico, capaz de transformar la energía cinética vehicular en energía
hidráulica para el transporte de agua hacia un depósito elevado dentro del Instituto Tecnológico
Superior de Perote. La propuesta integra principios de las bombas de pedal de bajo costo. Se describe
el diseño del prototipo tope-bomba, el dimensionamiento del cilindro de bombeo, la selección de
válvulas y la configuración del tope, así como pruebas experimentales preliminares. Los resultados
muestran que, bajo condiciones de tráfico representativas, el sistema es capaz de generar ciclos de
bombeo repetitivos y desplazar volúmenes de agua suficiente para un servicio de baño que podrían
complementar el suministro proveniente de bombas eléctricas convencionales.
Palabras clave: energía cinética vehicular, bombeo mecánico, bomba de ariete, sustentabilidad,
hidráulica aplicada
1 Autor princpal
Correspondencia: Erick.ivan.tellez@gmail.com
pág. 10488
Hydraulic Speed Bump as a Mechanical Pumping System for Vehicular
Energy Harvesting
ABSTRACT
Access to water in rural environments and in institutions with limited hydraulic infrastructure remains
a technical and economic challenge, especially when pumping relies exclusively on electrical energy or
fossil fuels. At the same time, vehicular traffic generates a significant amount of kinetic energy that is
usually dissipated in the form of heat and deformation at road speed bumps. In this context, the present
work proposes the design and analysis of a mechanical pumping system based on a hydraulic speed
bump, capable of converting vehicular kinetic energy into hydraulic energy for transporting water to an
elevated storage tank within the Instituto Tecnológico Superior de Perote. The proposal integrates
principles derived from low-cost treadle pumps. The design of the speed bump–pump prototype, the
sizing of the pumping cylinder, the selection of valves, and the configuration of the speed bump are
described, along with preliminary experimental tests. The results show that, under representative traffic
conditions, the system is capable of generating repetitive pumping cycles and displacing sufficient
volumes of water to supply a restroom service, which could complement the water supply provided by
conventional electric pumps.
Keywords: vehicular kinetic energy, mechanical pumping, hydraulic ram pump, sustainability, applied
hydraulics
Artículo recibido 10 diciembre 2025
Aceptado para publicación: 10 enero 2026
Hydraulic Speed Bump as a Mechanical Pumping System for Vehicular
Energy Harvesting
ABSTRACT
Access to water in rural environments and in institutions with limited hydraulic infrastructure remains
a technical and economic challenge, especially when pumping relies exclusively on electrical energy or
fossil fuels. At the same time, vehicular traffic generates a significant amount of kinetic energy that is
usually dissipated in the form of heat and deformation at road speed bumps. In this context, the present
work proposes the design and analysis of a mechanical pumping system based on a hydraulic speed
bump, capable of converting vehicular kinetic energy into hydraulic energy for transporting water to an
elevated storage tank within the Instituto Tecnológico Superior de Perote. The proposal integrates
principles derived from low-cost treadle pumps. The design of the speed bump–pump prototype, the
sizing of the pumping cylinder, the selection of valves, and the configuration of the speed bump are
described, along with preliminary experimental tests. The results show that, under representative traffic
conditions, the system is capable of generating repetitive pumping cycles and displacing sufficient
volumes of water to supply a restroom service, which could complement the water supply provided by
conventional electric pumps.
Keywords: vehicular kinetic energy, mechanical pumping, hydraulic ram pump, sustainability, applied
hydraulics
Artículo recibido 10 diciembre 2025
Aceptado para publicación: 10 enero 2026
pág. 10489
INTRODUCCIÓN
El acceso confiable al agua constituye un elemento clave para el desarrollo económico, social y
ambiental de las comunidades. En numerosos contextos rurales y en instituciones educativas o de
servicios, el suministro hídrico depende de sistemas de bombeo accionados por motores eléctricos o de
combustión interna, los cuales implican costos elevados de operación, dependencia de la red eléctrica,
emisiones contaminantes y vulnerabilidad ante fallas en el suministro de energía. Este escenario ha
impulsado el interés por tecnologías de bombeo alternativas que aprovechen fuentes de energía
mecánica o renovable disponibles localmente. Entre dichas tecnologías destacan las bombas de pedal o
treadle pumps, que han sido ampliamente utilizadas en Asia y África como dispositivos de bajo costo
para el riego a pequeña escala. Además, Drechsel et al. (2006) destacan que el uso eficiente del agua en
agricultura requiere sistemas de captación y transporte que reduzcan pérdidas y dependencias
energéticas. De acuerdo con el International Water Management Institute (2006), las tecnologías de
gestión hídrica para pequeños agricultores deben priorizar simplicidad, accesibilidad y autonomía
energética, principios alineados con el sistema tope-bomba. Merrey y Sally (2008) señalan que la
operación comunitaria en sistemas de riego es determinante para la sostenibilidad de tecnologías
hidráulicas, lo que sugiere que el dispositivo tope-bomba podría integrarse a esquemas de gestión local.
Estos sistemas, accionados por la energía mecánica humana, han demostrado impactos positivos en la
productividad agrícola, los ingresos de los hogares y la seguridad alimentaria (Mangisoni, 2008). La
experiencia acumulada en torno a las bombas de pedal ha sido complementada por estudios de
ergonomía, análisis cinemático y optimización estructural, orientados a mejorar su desempeño, reducir
la fatiga del operador y maximizar el caudal bombeado (Bhat et al., 2020; Pereira et al., 2006;
Santaeufemia et al., 2014). De manera paralela, las bombas de ariete hidráulico constituyen una solución
que aprovecha la energía del propio flujo de agua para elevar una fracción del caudal a una cota superior,
sin necesidad de suministro eléctrico continuo. Investigaciones recientes han mostrado que parámetros
como la altura de la válvula de descarga, el volumen de la cámara de aire y la geometría del sistema
influyen de manera significativa en la eficiencia global del dispositivo (Othman et al., 2020; Rahman,
2025).
INTRODUCCIÓN
El acceso confiable al agua constituye un elemento clave para el desarrollo económico, social y
ambiental de las comunidades. En numerosos contextos rurales y en instituciones educativas o de
servicios, el suministro hídrico depende de sistemas de bombeo accionados por motores eléctricos o de
combustión interna, los cuales implican costos elevados de operación, dependencia de la red eléctrica,
emisiones contaminantes y vulnerabilidad ante fallas en el suministro de energía. Este escenario ha
impulsado el interés por tecnologías de bombeo alternativas que aprovechen fuentes de energía
mecánica o renovable disponibles localmente. Entre dichas tecnologías destacan las bombas de pedal o
treadle pumps, que han sido ampliamente utilizadas en Asia y África como dispositivos de bajo costo
para el riego a pequeña escala. Además, Drechsel et al. (2006) destacan que el uso eficiente del agua en
agricultura requiere sistemas de captación y transporte que reduzcan pérdidas y dependencias
energéticas. De acuerdo con el International Water Management Institute (2006), las tecnologías de
gestión hídrica para pequeños agricultores deben priorizar simplicidad, accesibilidad y autonomía
energética, principios alineados con el sistema tope-bomba. Merrey y Sally (2008) señalan que la
operación comunitaria en sistemas de riego es determinante para la sostenibilidad de tecnologías
hidráulicas, lo que sugiere que el dispositivo tope-bomba podría integrarse a esquemas de gestión local.
Estos sistemas, accionados por la energía mecánica humana, han demostrado impactos positivos en la
productividad agrícola, los ingresos de los hogares y la seguridad alimentaria (Mangisoni, 2008). La
experiencia acumulada en torno a las bombas de pedal ha sido complementada por estudios de
ergonomía, análisis cinemático y optimización estructural, orientados a mejorar su desempeño, reducir
la fatiga del operador y maximizar el caudal bombeado (Bhat et al., 2020; Pereira et al., 2006;
Santaeufemia et al., 2014). De manera paralela, las bombas de ariete hidráulico constituyen una solución
que aprovecha la energía del propio flujo de agua para elevar una fracción del caudal a una cota superior,
sin necesidad de suministro eléctrico continuo. Investigaciones recientes han mostrado que parámetros
como la altura de la válvula de descarga, el volumen de la cámara de aire y la geometría del sistema
influyen de manera significativa en la eficiencia global del dispositivo (Othman et al., 2020; Rahman,
2025).
pág. 10490
Estas tecnologías se enmarcan dentro de lo que se conoce como soluciones de energía verde para
bombeo de agua. Por otro lado, el tránsito vehicular en zonas urbanas, campus universitarios y carreteras
constituye una fuente de energía mecánica que, en la práctica, se desperdicia. Cuando un vehículo
atraviesa un tope, gran parte de su energía cinética se disipa en forma de deformación y calor. Diversos
autores han propuesto dispositivos capaces de aprovechar dicho paso vehicular para la generación de
energía eléctrica o mecánica, mediante mecanismos de compresión, resortes y transmisiones
(Chakraborty y Rahman, 2019; Olayemi y Adewale, 2022). Sin embargo, el uso de esta energía para
accionar sistemas hidráulicos de bombeo ha sido poco explorado e implementados. La problemática
que motiva este trabajo se sitúa en el contexto del Instituto Tecnológico Superior de Perote, donde existe
la necesidad de reducir el consumo eléctrico asociado al bombeo de agua hacia depósitos elevados
utilizados para servicios generales (limpieza, sanitarios, riego de áreas verdes). Simultáneamente, la
institución presenta un flujo vehicular cotidiano en accesos y estacionamientos de un promedio de 70
vehículos al día, de lunes a sábado, lo cual constituye una fuente de energía mecánica potencialmente
aprovechable. El objetivo general de este trabajo es diseñar, construir y evaluar un prototipo de sistema
de bombeo mecánico basado en un tope hidráulico, que aproveche la energía cinética vehicular para
impulsar agua hacia un depósito elevado dentro de la institución. Como objetivos específicos se
plantean: (Fase 1) revisar el estado del arte de tecnologías de bombeo mecánico y de aprovechamiento
de energía vehicular; (Fase 2) diseñar el mecanismo tope-bomba, dimensionando el cilindro de bombeo
y los elementos estructurales; (Fase 3) construir un prototipo experimental e instrumentarlo para
medición de parámetros básicos; y (Fase 4) analizar el desempeño preliminar del sistema, comparándolo
cualitativamente con tecnologías afines reportadas en la literatura.
Teóricamente, el estudio se sustenta en los principios de conservación de la energía mecánica, en la
hidráulica de bombas alternativas y en los fundamentos del diseño mecánico orientado a tecnologías de
topes. La relevancia de esta investigación radica en que explora una vía no convencional de
recuperación de energía residual, integrando experiencias previas en bombas de pedal y bombas de
ariete con una aplicación concreta en un entorno Institucional. Además, contribuye a la discusión sobre
soluciones de bajo costo y bajo impacto ambiental para el bombeo de agua en contextos donde existen
necesidades de abastecimiento hídrico y flujo vehicular constante.
Estas tecnologías se enmarcan dentro de lo que se conoce como soluciones de energía verde para
bombeo de agua. Por otro lado, el tránsito vehicular en zonas urbanas, campus universitarios y carreteras
constituye una fuente de energía mecánica que, en la práctica, se desperdicia. Cuando un vehículo
atraviesa un tope, gran parte de su energía cinética se disipa en forma de deformación y calor. Diversos
autores han propuesto dispositivos capaces de aprovechar dicho paso vehicular para la generación de
energía eléctrica o mecánica, mediante mecanismos de compresión, resortes y transmisiones
(Chakraborty y Rahman, 2019; Olayemi y Adewale, 2022). Sin embargo, el uso de esta energía para
accionar sistemas hidráulicos de bombeo ha sido poco explorado e implementados. La problemática
que motiva este trabajo se sitúa en el contexto del Instituto Tecnológico Superior de Perote, donde existe
la necesidad de reducir el consumo eléctrico asociado al bombeo de agua hacia depósitos elevados
utilizados para servicios generales (limpieza, sanitarios, riego de áreas verdes). Simultáneamente, la
institución presenta un flujo vehicular cotidiano en accesos y estacionamientos de un promedio de 70
vehículos al día, de lunes a sábado, lo cual constituye una fuente de energía mecánica potencialmente
aprovechable. El objetivo general de este trabajo es diseñar, construir y evaluar un prototipo de sistema
de bombeo mecánico basado en un tope hidráulico, que aproveche la energía cinética vehicular para
impulsar agua hacia un depósito elevado dentro de la institución. Como objetivos específicos se
plantean: (Fase 1) revisar el estado del arte de tecnologías de bombeo mecánico y de aprovechamiento
de energía vehicular; (Fase 2) diseñar el mecanismo tope-bomba, dimensionando el cilindro de bombeo
y los elementos estructurales; (Fase 3) construir un prototipo experimental e instrumentarlo para
medición de parámetros básicos; y (Fase 4) analizar el desempeño preliminar del sistema, comparándolo
cualitativamente con tecnologías afines reportadas en la literatura.
Teóricamente, el estudio se sustenta en los principios de conservación de la energía mecánica, en la
hidráulica de bombas alternativas y en los fundamentos del diseño mecánico orientado a tecnologías de
topes. La relevancia de esta investigación radica en que explora una vía no convencional de
recuperación de energía residual, integrando experiencias previas en bombas de pedal y bombas de
ariete con una aplicación concreta en un entorno Institucional. Además, contribuye a la discusión sobre
soluciones de bajo costo y bajo impacto ambiental para el bombeo de agua en contextos donde existen
necesidades de abastecimiento hídrico y flujo vehicular constante.
pág. 10491
METODOLOGÍA
La presente investigación se enmarca en un enfoque aplicado, de tipo experimental. Se desarrolló en
cuatro fases principales: diagnóstico del contexto, diseño conceptual y detallado, construcción del
prototipo, y pruebas experimentales preliminares.
Fase 1. Diagnóstico del contexto y requerimientos
En primer término, se realizó un diagnóstico del sistema actual de abastecimiento de agua en el Instituto
Tecnológico Superior de Perote, identificando puntos de consumo, alturas geométricas de bombeo y el
uso del agua. Se consideró el promedio de los vehículos que entran al estacionamiento del Instituto
Tecnológico superior de Perote (ITSPe) que es de 70 vehículos al día. Del estudio realizado de los
diferentes depósitos de agua distribuidos en las Instalaciones del ITSPe, se determinó utilizar en las
primeras pruebas, un baño que se encuentra a 20 m del paso de vehículos al estacionamiento (Figura 1)
Figura 1. Depósitos de agua de los baños ubicados a 20 metros del paso de vehículos al interior del
estacionamiento.
METODOLOGÍA
La presente investigación se enmarca en un enfoque aplicado, de tipo experimental. Se desarrolló en
cuatro fases principales: diagnóstico del contexto, diseño conceptual y detallado, construcción del
prototipo, y pruebas experimentales preliminares.
Fase 1. Diagnóstico del contexto y requerimientos
En primer término, se realizó un diagnóstico del sistema actual de abastecimiento de agua en el Instituto
Tecnológico Superior de Perote, identificando puntos de consumo, alturas geométricas de bombeo y el
uso del agua. Se consideró el promedio de los vehículos que entran al estacionamiento del Instituto
Tecnológico superior de Perote (ITSPe) que es de 70 vehículos al día. Del estudio realizado de los
diferentes depósitos de agua distribuidos en las Instalaciones del ITSPe, se determinó utilizar en las
primeras pruebas, un baño que se encuentra a 20 m del paso de vehículos al estacionamiento (Figura 1)
Figura 1. Depósitos de agua de los baños ubicados a 20 metros del paso de vehículos al interior del
estacionamiento.
pág. 10492
Fase 2.
Revisión de tecnologías de bombeo y aprovechamiento de energía
Se llevó a cabo una revisión de literatura sobre tecnologías de bombeo mecánico de bajo costo,
incluyendo treadle pumps, bombas de ariete y soluciones híbridas. Se tomaron como referencias
centrales los trabajos de Mangisoni (2008), Bhat et al. (2020), Pereira et al. (2006), Santaeufemia et al.
(2014), Genda (2023) y estudios de evaluación y optimización de bombas de ariete (Othman et al.,
2020; Rahman, 2025).
Asimismo, se revisaron propuestas de aprovechamiento de energía vehicular mediante topes mecánicos
o hidráulicos.
Esta revisión permitió identificar principios de diseño relevantes: uso eficiente de la energía mecánica
humana en las bombas de pedal, criterios ergonómicos, geometría óptima de componentes, uso de
cámaras de aire en bombas de ariete, y estrategias para minimizar pérdidas de energía en mecanismos
de impacto.
Fase 3.
Diseño y detallado del sistema tope-bomba
Con los lineamientos anteriores, se desarrolló el diseño utilizando un software comercial CAD de un
sistema compuesto por:
▪ Un tope hidráulico móvil que se acciona al paso de un vehículo.
▪ Un sistema de transmisión mecánica que convierte el desplazamiento vertical del tope en
movimiento lineal de un émbolo.
▪ Un cilindro hidráulico de bombeo, con válvulas de retención en la succión y descarga (Figura 2).
▪ Un resorte o mecanismo de retorno que restituyen el tope a su posición inicial (Figura 3).
▪ Tubería de impulsión que conduce el agua al depósito.
Fase 2.
Revisión de tecnologías de bombeo y aprovechamiento de energía
Se llevó a cabo una revisión de literatura sobre tecnologías de bombeo mecánico de bajo costo,
incluyendo treadle pumps, bombas de ariete y soluciones híbridas. Se tomaron como referencias
centrales los trabajos de Mangisoni (2008), Bhat et al. (2020), Pereira et al. (2006), Santaeufemia et al.
(2014), Genda (2023) y estudios de evaluación y optimización de bombas de ariete (Othman et al.,
2020; Rahman, 2025).
Asimismo, se revisaron propuestas de aprovechamiento de energía vehicular mediante topes mecánicos
o hidráulicos.
Esta revisión permitió identificar principios de diseño relevantes: uso eficiente de la energía mecánica
humana en las bombas de pedal, criterios ergonómicos, geometría óptima de componentes, uso de
cámaras de aire en bombas de ariete, y estrategias para minimizar pérdidas de energía en mecanismos
de impacto.
Fase 3.
Diseño y detallado del sistema tope-bomba
Con los lineamientos anteriores, se desarrolló el diseño utilizando un software comercial CAD de un
sistema compuesto por:
▪ Un tope hidráulico móvil que se acciona al paso de un vehículo.
▪ Un sistema de transmisión mecánica que convierte el desplazamiento vertical del tope en
movimiento lineal de un émbolo.
▪ Un cilindro hidráulico de bombeo, con válvulas de retención en la succión y descarga (Figura 2).
▪ Un resorte o mecanismo de retorno que restituyen el tope a su posición inicial (Figura 3).
▪ Tubería de impulsión que conduce el agua al depósito.
pág. 10493
Figura 2. Diseño del cilindro hidráulico del Sistema tope-bomba.
Figura 2. Diseño del cilindro hidráulico del Sistema tope-bomba.
pág. 10494
Figura 3. Diseño del Sistema complete del tope-bomba.
Se efectuaron cálculos de dimensionamiento del cilindro de bombeo, considerando el peso promedio
de los vehículos que transitan por el acceso, el área del tope, la carrera del émbolo y la altura de
elevación. Estos cálculos se basaron en el equilibrio de energía mecánica, la ecuación de Bernoulli y
pérdidas por fricción aproximadas. Se tomó como referencia la capacidad de succión y descarga de
bombas de pedal y bombas de ariete de escala similar.
Para esto, se calculó el volumen que puede contener el cilindro (Figura 4) con ayuda de la Ecuación 1.
Se consideró un 20% de pérdida por el tiempo de cierre de la válvula en el que retorna agua al cilindro.
Figura 3. Diseño del Sistema complete del tope-bomba.
Se efectuaron cálculos de dimensionamiento del cilindro de bombeo, considerando el peso promedio
de los vehículos que transitan por el acceso, el área del tope, la carrera del émbolo y la altura de
elevación. Estos cálculos se basaron en el equilibrio de energía mecánica, la ecuación de Bernoulli y
pérdidas por fricción aproximadas. Se tomó como referencia la capacidad de succión y descarga de
bombas de pedal y bombas de ariete de escala similar.
Para esto, se calculó el volumen que puede contener el cilindro (Figura 4) con ayuda de la Ecuación 1.
Se consideró un 20% de pérdida por el tiempo de cierre de la válvula en el que retorna agua al cilindro.
pág. 10495
Figura 4. Medidas del cilindro de bomebo del Sistema tope-bomba.
Ecuación 1
Bombeo efectivo= 2.75 litros x 70 vehiculos x dos ejes que hacen presión =385 litros bombeados al día.
Fase 4. Construcción del prototipo y pruebas experimentales
Se construyó un prototipo a escala representativa que incluye el tope, el mecanismo de transmisión y el
cilindro de bombeo. Los materiales fueron seleccionados considerando disponibilidad local, costo y
resistencia mecánica. El montaje se realizó sobre una estructura metálica que simula el pavimento del
acceso vehicular.
Para las pruebas preliminares se diseñó un arreglo experimental con:
▪ Depósito inferior de alimentación (Figura 5).
▪ Prototipo tope-bomba instalado en el piso.
▪ Línea de descarga hacia un pequeño tanque elevado de prueba.
▪ Instrumentos básicos: manómetro y un depósito de agua.𝑉 = 𝜋 ∗ 𝑑2 ∗ ℎ
4 = 3.1416 18.75 2(12)
4 = 13,253.625
4 = 3313.40 𝑐𝑚3
Figura 4. Medidas del cilindro de bomebo del Sistema tope-bomba.
Ecuación 1
Bombeo efectivo= 2.75 litros x 70 vehiculos x dos ejes que hacen presión =385 litros bombeados al día.
Fase 4. Construcción del prototipo y pruebas experimentales
Se construyó un prototipo a escala representativa que incluye el tope, el mecanismo de transmisión y el
cilindro de bombeo. Los materiales fueron seleccionados considerando disponibilidad local, costo y
resistencia mecánica. El montaje se realizó sobre una estructura metálica que simula el pavimento del
acceso vehicular.
Para las pruebas preliminares se diseñó un arreglo experimental con:
▪ Depósito inferior de alimentación (Figura 5).
▪ Prototipo tope-bomba instalado en el piso.
▪ Línea de descarga hacia un pequeño tanque elevado de prueba.
▪ Instrumentos básicos: manómetro y un depósito de agua.𝑉 = 𝜋 ∗ 𝑑2 ∗ ℎ
4 = 3.1416 18.75 2(12)
4 = 13,253.625
4 = 3313.40 𝑐𝑚3
pág. 10496
Figura 5. Cilindro de bombe del Sistema del tope-bomba.
Las pruebas consistieron en hacer pasar un vehículo ligero (o un equivalente mecánico de carga
controlada) sobre el tope, registrando un promedio de 400 litros de agua bombeado por día. Se
realizaron pruebas durante dos para los distintos vehículos y velocidades de paso (figura 6)
Figura 5. Cilindro de bombe del Sistema del tope-bomba.
Las pruebas consistieron en hacer pasar un vehículo ligero (o un equivalente mecánico de carga
controlada) sobre el tope, registrando un promedio de 400 litros de agua bombeado por día. Se
realizaron pruebas durante dos para los distintos vehículos y velocidades de paso (figura 6)
pág. 10497
Figura 6. Pruebas del Sistema de tope-bomba para los diferentes vehículos.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los resultados indican que el sistema tope-bomba comparte varias ventajas de las bombas de pedales
como la ausencia de consumo eléctrico durante la operación, simplicidad mecánica relativa y potencial
de fabricación local. Sin embargo, evita la fatiga asociada al trabajo humano repetitivo, ya que la energía
es aportada por los vehículos. Estudios como los de Pereira et al. (2006) y McComb et al. (2016)
muestran que el diseño geométrico y ergonómico de las bombas de pedal es crucial para alcanzar un
buen desempeño y minimizar la fatiga, y el uso de resortes para regresar el embolo a su posición original
es efectivo.
Figura 6. Pruebas del Sistema de tope-bomba para los diferentes vehículos.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los resultados indican que el sistema tope-bomba comparte varias ventajas de las bombas de pedales
como la ausencia de consumo eléctrico durante la operación, simplicidad mecánica relativa y potencial
de fabricación local. Sin embargo, evita la fatiga asociada al trabajo humano repetitivo, ya que la energía
es aportada por los vehículos. Estudios como los de Pereira et al. (2006) y McComb et al. (2016)
muestran que el diseño geométrico y ergonómico de las bombas de pedal es crucial para alcanzar un
buen desempeño y minimizar la fatiga, y el uso de resortes para regresar el embolo a su posición original
es efectivo.
pág. 10498
En el caso del tope, la ergonomía se traduce en criterios de confort para los usuarios de la vialidad
(evitar golpes bruscos, alturas excesivas, ruidos etc.), que deben equilibrarse con la necesidad de generar
suficiente desplazamiento para el bombeo.
Lo anterior se ve reflejado en el Sistema de tope-bomba, el cual gracias a su sistema de resortes, es
capaz de regresar a su posición original inmediatamente después de que el vehículo ha dejado de
presionar el tope, sin generar un ruido excesivo.
Los resultados del prototipo también guardan relación con los estudios sobre bombas de ariete
hidráulico, donde variables como la altura de la válvula de descarga y la configuración de la cámara de
aire influyen fuertemente en la eficiencia (Othman et al., 2020; Rahman, 2025). En el sistema tope-
bomba, aunque el principio no es exactamente el mismo, se observa que la sincronización del cierre de
válvulas y la rigidez del mecanismo de retorno son determinantes para evitar golpes excesivos, pérdidas
de energía o fallos de cebado, sin embargo, debido al tiempo en el que el resorte regresa la válvula a su
lugar, parte del agua bombeada regresa al cilindro de bombeo.
Una optimización conceptual inspirada en Santaeufemia et al. (2014) y McComb et al. (2016) sugiere
que el sistema podría mejorarse mediante el ajuste de la carrera del émbolo, la relación de transmisión
entre tope y cilindro, la selección de resortes con características adecuadas y el uso de cámaras de
compensación de presión. Estos ajustes, combinados con análisis numéricos y simulaciones, permitirían
acercar el desempeño del prototipo a soluciones más robustas y eficientes.
Limitaciones observadas
Entre las principales limitaciones detectadas se encuentran:
▪ Pérdidas del agua bombeada por el sistema mecánico.
▪ Necesidad de mayor instrumentación para cuantificar con precisión caudal, presión y energía
aprovechada.
No obstante, durante las pruebas el prototipo confirma que la idea de aprovechar la energía cinética
vehicular para el bombeo de agua es técnicamente viable y permite mejorar el sistema utilizando al
prototipo como base.
En el caso del tope, la ergonomía se traduce en criterios de confort para los usuarios de la vialidad
(evitar golpes bruscos, alturas excesivas, ruidos etc.), que deben equilibrarse con la necesidad de generar
suficiente desplazamiento para el bombeo.
Lo anterior se ve reflejado en el Sistema de tope-bomba, el cual gracias a su sistema de resortes, es
capaz de regresar a su posición original inmediatamente después de que el vehículo ha dejado de
presionar el tope, sin generar un ruido excesivo.
Los resultados del prototipo también guardan relación con los estudios sobre bombas de ariete
hidráulico, donde variables como la altura de la válvula de descarga y la configuración de la cámara de
aire influyen fuertemente en la eficiencia (Othman et al., 2020; Rahman, 2025). En el sistema tope-
bomba, aunque el principio no es exactamente el mismo, se observa que la sincronización del cierre de
válvulas y la rigidez del mecanismo de retorno son determinantes para evitar golpes excesivos, pérdidas
de energía o fallos de cebado, sin embargo, debido al tiempo en el que el resorte regresa la válvula a su
lugar, parte del agua bombeada regresa al cilindro de bombeo.
Una optimización conceptual inspirada en Santaeufemia et al. (2014) y McComb et al. (2016) sugiere
que el sistema podría mejorarse mediante el ajuste de la carrera del émbolo, la relación de transmisión
entre tope y cilindro, la selección de resortes con características adecuadas y el uso de cámaras de
compensación de presión. Estos ajustes, combinados con análisis numéricos y simulaciones, permitirían
acercar el desempeño del prototipo a soluciones más robustas y eficientes.
Limitaciones observadas
Entre las principales limitaciones detectadas se encuentran:
▪ Pérdidas del agua bombeada por el sistema mecánico.
▪ Necesidad de mayor instrumentación para cuantificar con precisión caudal, presión y energía
aprovechada.
No obstante, durante las pruebas el prototipo confirma que la idea de aprovechar la energía cinética
vehicular para el bombeo de agua es técnicamente viable y permite mejorar el sistema utilizando al
prototipo como base.
pág. 10499
CONCLUSIONES
El desarrollo del prototipo de tope hidráulico como sistema de bombeo mecánico demuestra que es
posible convertir la energía cinética de los vehículos que circulan por un acceso en energía hidráulica
útil para el bombeo de agua hacia un depósito elevado. La integración de principios de diseño derivados
de la bomba de pedal y bombas de ariete permite configurar un dispositivo que opera sin consumo
eléctrico directo y que puede fabricarse con materiales disponibles localmente como es el caso del
presente trabajo.
Los antecedentes revisados evidencian que las tecnologías de bombeo mecánico de bajo costo tienen
impactos significativos en la mejora del acceso al agua y en la reducción del uso de energía eléctrica
cuando se aplican a comunidades rurales (Mangisoni, 2008; Hussain y Hanjra, 2004). Del mismo modo,
las bombas de ariete se han consolidado como soluciones de energía limpia para elevación de agua,
siempre que su diseño sea optimizado e integrado adecuadamente al entorno (Othman et al., 2020;
Rahman, 2025). El sistema tope-bomba podría considerarse como una alternativa complementaria en
esta familia de tecnologías, orientada a contextos institucionales y urbanos con flujo vehicular
recurrente.
En síntesis, el trabajo presentado contribuye a la línea de investigación sobre tecnologías apropiadas de
bombeo de agua, proponiendo una solución innovadora que aprovecha una fuente de energía constante
poco explotada: el paso de vehículos sobre topes, y este tipo de sistemas permiten adaptaciones y
mejoras utilizando la misma base.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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generation. Journal of Renewable Energy Systems, 8(1), 45–53.
Drechsel, P., Scott, C. A., Raschid-Sally, L., Redwood, M., y Bahri, A. (2006). Wastewater use in
irrigated agriculture: Confronting the livelihood and environmental realities. International
Water Management Institute.
CONCLUSIONES
El desarrollo del prototipo de tope hidráulico como sistema de bombeo mecánico demuestra que es
posible convertir la energía cinética de los vehículos que circulan por un acceso en energía hidráulica
útil para el bombeo de agua hacia un depósito elevado. La integración de principios de diseño derivados
de la bomba de pedal y bombas de ariete permite configurar un dispositivo que opera sin consumo
eléctrico directo y que puede fabricarse con materiales disponibles localmente como es el caso del
presente trabajo.
Los antecedentes revisados evidencian que las tecnologías de bombeo mecánico de bajo costo tienen
impactos significativos en la mejora del acceso al agua y en la reducción del uso de energía eléctrica
cuando se aplican a comunidades rurales (Mangisoni, 2008; Hussain y Hanjra, 2004). Del mismo modo,
las bombas de ariete se han consolidado como soluciones de energía limpia para elevación de agua,
siempre que su diseño sea optimizado e integrado adecuadamente al entorno (Othman et al., 2020;
Rahman, 2025). El sistema tope-bomba podría considerarse como una alternativa complementaria en
esta familia de tecnologías, orientada a contextos institucionales y urbanos con flujo vehicular
recurrente.
En síntesis, el trabajo presentado contribuye a la línea de investigación sobre tecnologías apropiadas de
bombeo de agua, proponiendo una solución innovadora que aprovecha una fuente de energía constante
poco explotada: el paso de vehículos sobre topes, y este tipo de sistemas permiten adaptaciones y
mejoras utilizando la misma base.
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