|
Bombas de impulsión.
Para muchas necesidades de la vida diaria tanto en la vida
doméstica como en la industria, es preciso impulsar sustancias
a través de conductos, los aparatos que sirven para este fin se
conocen como bombas de impulsión. Aunque en la práctica
se pueden bombear gases e incluso sólidos en suspensión
gaseosa o líquida, para los intereses de esta página se
consideran bombas solo las máquinas diseñadas para
trasegar líquidos. La diversidad de estas máquinas es
extensa, aquí solo trataremos de manera elemental las más
comunes.
Clasificación de
las bombas.
Todas las bombas pueden clasificarse en dos grupos generales:
1.- Bombas de
desplazamiento positivo.
2.- Bombas de presión
límite.
Las bombas de desplazamiento
positivo no tienen límite de presión máxima
de impulsión, esta presión de salida puede llegar a
valores que ponen en peligro la integridad de la bomba si el conducto
de escape se cierra completamente. Para garantizar el funcionamiento
seguro de ellas, es necesario la utilización de alguna
válvula de seguridad que derive la salida en caso de
obstrucción del conducto.
Si el ajuste es apropiado, estas bombas pueden bombear el aire de su
interior y con ello, crear la suficiente depresión en el
conducto de admisión como para succionar el líquido a
bombear desde niveles más bajos que la posición de la bomba, aun
cuando estén llenas de aire.
Se caracterizan porque el caudal de bombeo casi no es afectado por la
presión de funcionamiento.
Se pueden clasificar en:
1.- Bombas de émbolo.
2.- Bombas de
engranes.
3.- Bombas de diafragma.
4.- Bombas de paletas.
Las bombas de presión
límite son aquellas que impulsan el líquido solo
hasta determinada presión, a partir de la cual el caudal es
cero. Estas bombas pueden funcionar por un tiempo relativamente largo
sin averías con el conducto de salida cerrado. Existe en ellas
una dependencia generalmente no lineal entre el caudal bombeado y la
presión de descarga.
Las mas comunes son:
Figura 1. Bomba de émbolo.
Figura 2.
Funcionamiento de la bomba de émbolo.
Figura 3. Bomba de
engranes.
|
1.- Bombas centrífugas.
2.- Bombas de hélice.
3.- Bombas de
diafragma con resorte.
Veamos ahora algunas características de cada una de ellas.
Bombas de
desplazamiento positivo.
Bombas de émbolo.
En estas bombas el líquido es forzado por el movimiento de uno o
mas pistones ajustados a sus respectivos cilindros tal y como lo
hace un compresor.
En la figura 1 se muestra
un animado de como se produce el bombeo, observe el movimiento de las
válvulas de entrada y salida con el movimiento del
pistón. Durante la carrera de descenso del pistón, se
abre la válvula de admisión accionada por el vacío
creado por el propio pistón, mientras la de descarga se aprieta
contra su asiento, de esta forma se llena de líquido el espacio
sobre él. Luego, cuando el pistón sube, el incremento de
presión cierra la válvula de admisión y empuja la
de escape, abriéndola, con lo que se produce la descarga. La
repetición de este ciclo de trabajo produce un bombeo pulsante a
presiones que pueden ser muy grandes.
El accionamiento del pistón en las bombas reales se fuerza a
través de diferentes mecanismos, los mas comunes son:
1.- Mecanismo
pistón-biela-manivela
2.- Usando una leva
que empuja el pistón en la
carrera de impulsión y un resorte de retorno para la
carrera de succión como en la bomba de inyección
Diesel.
Estas bombas de pistones son de desplazamiento positivo, y dada la
incompresibilidad de los líquidos no pueden funcionar con el
conducto de salida cerrado, en tal caso, se produciría o bien la
rotura de la bomba, o se detiene completamente la fuente de movimiento,
por ejemplo, el motor eléctrico de accionamiento.
Como durante el trabajo se produce rozamiento entre el pistón
y
el cilindro, necesitan de sistemas de lubricación especiales
para poder ser utilizadas en la impulsión de líquidos
poco lubricantes
tales como el agua. Tampoco pueden ser usadas con
líquidos contaminados con partículas que
resultarían abrasivas para el conjunto.
Una variante de este
método de bombeo se utiliza en los molinos de
viento tradicionales, en este caso el cilindro es inoxidable,
generalmente de bronce, y el pistón, también inoxidable,
está dotado de sellos o zapatillas de cuero, las que duran
bastante tiempo
lubricadas con el agua de funcionamiento a las bajas velocidades de
acción de estos molinos.
En la figura 2 abajo se muestra un animado
de este método, observe como en este caso la impulsión es
axial, y hay una válvula colocada en el centro del
pistón. Esta
válvula permite el paso desde la cámara inferior del
cilindro a la cámara superior durante la carrera de descenso,
luego, cuando el pistón sube se cierra, y el agua es impulsada
hacia arriba por el pistón.
Otra válvula en la parte inferior del cilindro permite la
entrada del agua a este cuando el pistón sube y crea
succión debajo, pero se cierra cuando este baja, obligando al
agua a cambiar de la cámara inferior a la superior del
pistón a través de la válvula central.
Bombas de engranes.
Hay diferentes variantes
de las bombas de engranes, pero la más común es la que se muestra
animada en la figura 3.
En un cuerpo cerrado están colocados dos engranes acoplados de
manera que la holgura entre estos y el cuerpo sea muy pequeña.
El accionamiento de la bomba se realiza por un árbol acoplado a
uno de los engranes y que sale al exterior. Este engrane motriz
arrastra el otro.
Los engranes al girar atrapan el
líquido en el volumen de la cavidad de los dientes en uno de los
lados del cuerpo, zona de succión, y lo trasladan confinado por
las escasas holguras hacia el otro lado. En este otro lado, zona de
impulsión, el líquido es desalojado de la cavidad por la
entrada del diente del engrane conjugado, por lo que se ve obligado a
salir por el conducto de descarga.
La presión a la salida en estas bombas es también
pulsante como en las bombas de pistones, pero los pulsos de
presión son en general menores en magnitud y más frecuentes, por
lo que puede decirse que tienen un bombeo más continuo que
aquellas.
Este tipo de bombas es muy utilizado para la impulsión de
aceites lubricantes en las máquinas y los sistemas de accionamiento
hidráulico.
Bombas de diafragma.
En la figura 4 se muestra
de forma esquemática un animado del funcionamiento de estas
bombas.
El elemento de bombeo en este caso es un diafragma flexible, colocado
dentro de un cuerpo cerrado que se
acciona desde el exterior por un mecanismo reciprocante.
Este movimiento reciprocante hace aumentar y disminuir el volumen
debajo del diafragma, observe que un par de válvulas
convenientemente
colocadas a la entrada y la salida fuerzan el líquido a circular
en la dirección de bombeo.
Como en las bombas de diafragma no hay piezas fricionantes, ellas
encuentran aplicación en el bombeo de líquidos
contaminados con sólidos, tal como los lodos, aguas negras
y similares.
Figura 4. Bomba de
diafragma.
Bombas de paletas.
Utilicemos el esquema de
la figura 5 para la descripción de las bombas de paletas.
Figura 5. Bomba de
paletas.
|
Dentro de un cuerpo con una cavidad interior cilíndrica, se
encuentra un rotor giratorio excéntrico por donde entra el
movimiento a la bomba. En este rotor se han practicado unos canales que
albergan a paletas deslizantes, construidas de un material
resistente a la fricción.
Cada paleta es empujada por un resorte
colocado en el fondo del canal respectivo contra la superficie interior
de la cavidad del cuerpo. Este resorte elimina la holgura entre
la paleta y el interior de la bomba con independencia de la
posición del rotor, y además compensa el desgaste que
puede producirse en ellas con el uso prolongado.
Cuando el rotor excéntrico gira, los espacios entre las paletas
de convierten en cámaras que atrapan el líquido en el
conducto de entrada, y lo trasladan al conducto de salida. Observe que,
debido a la excentricidad, del lado de la entrada, la cámara se
agranda con el giro y crea succión, mientras que del lado de la
salida, la cámara se reduce y obliga al líquido a salir
presurizado.
En la figura 6 puede verse un animado del funcionamiento de una de
estas bombas utilizando solo dos paletas para simplificar.
La debida
hermeticidad de las paletas y el cuerpo se garantiza por la
presión del resorte colocado entre ellas.
Figura 6.
Funcionamiento de la bomba de paletas.
Bombas de presión
limitada
Figura 7. Impelente
de una bomba
centrífuga.
Figura 8. Elementos
constructivos de una
bomba centrífuga.
|
Bombas centrífugas.
Como el nombre lo indica, estas bombas utilizan la fuerza
centrífuga inducida al líquido por un impelente con
paletas que gira a alta velocidad dentro de un cuerpo de dimensiones y
forma adecuados. Este impelente se mueve confinado en el interior de un
cuerpo en forma de espiral conocido como voluta, que dirige el
líquido impelido por la fuerza centrífuga a la salida.
En
la figura 7 se muestra una foto de uno de estos impelentes.
El mostrado en la figura 7
es del tipo abierto. Observe las aletas curvas que forman parte de
él.
Cuando el impelente gira dentro del líquido, sus paletas lo
atrapan por el borde interior (cerca del centro) y lo conducen dirigido
por el perfil de la paleta.
Debido al giro a alta velocidad, el fluido
adquiere un movimiento circular muy rápido que lo proyecta
radialmente con fuerza, el cuerpo entonces completa el trabajo
dirigiéndolo al conducto de salida.
En la figura 8 se presenta
un esquema ilustrativo del impelente y el cuerpo que puede servir para
entender, y en la figura 9 un esquema animado que de manera muy
elemental sirve para ilustrar como una bomba centrífuga impulsa
el
líquido.
En este caso las paletas se han representado rectas, pero el principio
de funcionamiento es el mismo.
Las bombas
centrífugas por su modo de operar, solo pueden
generar presiones de salida limitadas, está claro, la
presión la genera la fuerza centrífuga, por lo que su
máximo valor dependerá de esta, la que a su vez depende
de la velocidad de giro y del diámetro del impelente, de manera
que a mayor velocidad y diámetro, mayor presión final.
Como la velocidad de giro y el diámetro del impelente no pueden
aumentarse indefinidamente sin que peligre su integridad física,
entonces estas bombas, no pueden generar presiones muy altas como lo
hacen las de desplazamiento positivo.
Otra característica que las distingue, es que el caudal
bombeado depende de la presión de salida, de forma que a mayor
presión menos caudal. La figura 10 muestra un gráfico
típico de la relación presión-caudal de
estas bombas.
Figura 9. Funcionamiento
de la bomba
centrífuga.
Figura 10. Caudal
contra presión de la bomba centrífuga.
Bombas de hélice.
Figura 11. Bomba de
hélice.
Figura 12. Bomba de
diafragma con resorte.
|
Las bombas de hélice se comportan en principio igual que las
centrífugas, con la diferencia de que las presiones de trabajo
son menores.
En el esquema de la
derecha (figura 11) se muestra un esquema simplificado de una bomba de
hélice, o bombas axiales.
Observe la construcción, una hélice de palas de empuje
axial está confinada con escasa holgura en un cuerpo
cilíndrico
acodado, esta hélice al girar empuja el líquido hacia la
salida.
Estas bombas encuentran aplicación en aquellas situaciones en
las cuales la bomba está sumergida, o por debajo del nivel del
líquido a bombear y donde se necesiten grandes caudales de
bombeo a bajas presiones.
Bombas de
diafragma con resorte.
Estas bombas son en principio iguales que las bombas de diafragma tratadas anteriormente,
la
diferencia
principal es que el mecanismo de accionamiento solo mueve
el diafragma en la dirección de succión, la carrera de
impulsión se hace por el empuje de un resorte. La fuerza de este
resorte es la que determina la presión máxima de bombeo.
Observe el animado de la
figura 12, en él se muestra un esquema del funcionamiento. Note
que si el conducto de salida se cierra, la incompresibilidad del
líquido impide que el diafragma baje, por lo que el
vástago empujador perderá el contacto con la leva, el que
no se recuperará hasta que se libere el conducto de salida.
El típico uso de estas bombas es como elemento de trasiego del
combustible desde el depósito
hasta el carburador
en los motores de
combustión interna.
Para ir al índice
general del portal aquí.
|
