Bomba hidráulica

Bomba hidráulica
	ferramienta y Turbomáquina

Una bomba hidráulica ye una máquina xeneradora que tresforma la enerxía cola que ye remanada (xeneralmente enerxía mecánica) n'enerxía del fluyíu incompresible que mueve. El fluyíu incompresible pue ser líquidu o un amiestu de líquidos y sólidos como pue ser el formigón antes de cuayar o la pasta de papel. Al amontar la enerxía del fluyíu, auméntase la so presión, la so velocidá o'l so altor, toes elles rellacionaes según el principiu de Bernoulli. Polo xeneral, una bomba utilizar p'amontar la presión d'un líquidu añadiendo enerxía al sistema hidráulicu, pa mover el fluyíu d'una zona de menor presión a otra de mayor presión.

Esiste una ambigüedá nel usu del términu bomba, yá que xeneralmente ye utilizáu pa referise a les máquines de fluyíu que tresfieren enerxía, o bombien fluyíos incompresibles, y polo tanto nun alterien la densidá del so fluyíu de trabayu, a diferencia d'otres máquines como la son los compresores, que'l so campu d'aplicación ye la neumática y non la hidráulica. Pero tamién ye común atopar el términu bomba pa referise a máquines que bombien otru tipu de fluyíos, según ser les bombes de vacíu o les bombes d'aire.

Historia

La primer bomba conocida foi descrita por Arquímedes nel sieglu III e.C. y conozse como torniellu d'Arquímedes, anque esti sistema fuera utilizáu enantes por Senaquerib, rei d'Asiria nel sieglu VII e.C. ^[1]

Nel sieglu XII, Al Jazarí describió ya ilustró distintos tipos de bombes, incluyendo bombes reversibles, bombes de doble aición, bombes de vacíu, bombes d'agua y bombes de desplazamientu positivu.^[2]^[3]

Tipos de bombes

Bomba de lóbulos dobles.	Bomba de engranajes.
Bomba rotodinámica axial.	Bomba centrífuga de 5 etapes.

Según el principiu de funcionamientu

La principal clasificación de les bombes establecer según el sistema de funcionamientu nel que se basen.

Bombes volumétricas, nes que'l so principiu de funcionamientu ta basáu na hidrostática, de cuenta que l'aumentu de presión realizar pol emburrie de les parés de les cámares que varien el so volume. Nesti tipu de bombes, en cada ciclu l'órganu propulsor xenera de manera positiva un volume dao o cilindrada. En casu de poder variar el volume máximo de la cilindrada falar de bombes de volume variable. Si esi volume nun puede variase, entós dizse que la bomba ye de volume fixo. De la mesma esti tipu de bombes pueden subdividise en

Bombes d'émbolu alternativu, nes qu'esiste unu o dellos compartimientos fixos, pero de volume variable, pola aición d'un émbolu o d'una membrana. Nestes máquines, el movimientu del fluyíu ye discontinuu y los procesos de carga y descarga realizar por válvules qu'abren y cierren alternativamente. Dellos exemplos d'esti tipu de bombes son la bomba alternativa de pistón, la bomba rotativa de pistones o la bomba pistones de accionamiento axial.
Bombes volumétricas rotatives o rotoestáticas, nes qu'una masa fluyida ye confinada n'unu o dellos compartimientos que se mueven dende la zona d'entrada (de baxa presión) hasta la zona de salida (d'alta presión) de la máquina. Dellos exemplos d'esti tipu de máquines son la bomba de paletes, la bomba de lóbulos, la bomba de engranajes, la bomba de torniellu o la bomba peristáltica.

Bombes rotodinámicas, nes que'l principiu de funcionamientu ta basáu nel intercambiu de cantidá de movimientu ente la máquina y el fluyíu, aplicando la hidrodinámica. Nesti tipu de bombes hai unu o dellos rodetes con álabes que xiren xenerando un campu de presiones nel fluyíu. Nesti tipu de máquines el fluxu del fluyíu ye continuu. Estes turbomáquines hidráuliques xeneradores pueden subdividise en:

Radiales o centrífugues, cuando'l movimientu del fluyíu sigue una trayeutoria perpendicular a la exa del rodete impulsor.
Axiales, cuando'l fluyíu pasa peles canales de los álabes siguiendo una trayeutoria contenida nun cilindru.
Diagonales o helicocentrífugas cuando la trayeutoria del fluyíu realizar n'otra direición ente les anteriores, esto ye, nun conu coaxial cola exa del rodete.

Según el tipu de accionamiento

Electrobombas. Genéricamente, son aquelles aicionaes por un motor llétricu, pa estremales de les motobombas, davezu remanaes por motores de combustión interna.
Bombes neumátiques que son bombes de desplazamientu positivu nes que la enerxía d'entrada ye neumática, de normal a partir d'aire comprimío.
Bombes de accionamiento hidráulicu, como la bomba d'ariete o la noria.
Bombes manuales. Un tipu de bomba manual como la bomba de balancín.

Tipos de bombes d'émbolo

Bomba aspirante

Nuna "bomba aspirante", un cilindru que contién un pistón móvil ta conectáu col suministru d'agua por aciu un tubo. Una válvula bloquia la entrada del tubu al cilindru. La válvula ye como una puerta con terlices, que solo s'abrir escontra riba, dexando xubir, pero nun baxar, l'agua. Dientro del pistón, hai una segunda válvula que funciona na mesma forma. Cuando se remana'l rabil, el pistón xube. Esto aumenta'l volume esistente debaxo del pistón, y, poro, la presión mengua. La presión del aire normal qu'actúa sobre la superficie de l'agua, del pozu, fai xubir el líquidu pol tubu, devasando la válvula-que s'abrir- y facer entrar nel cilindru. Cuando'l pistón baxa, ciérrase la primer válvula, y ábrese la segunda, que dexa que l'agua pase a la parte cimera del pistón y ocupe el cilindru que ta enriba d'este. El golpe siguiente escontra riba fai xubir l'agua a la dúcil y, coles mesmes, llogra qu'ente más agua nel cilindru, per debaxo del pistón. L'aición sigue mientres el pistón xube y baxa.

Una bomba aspirante ye d'aición llindada, en ciertos sentíos. Nun puede apurrir un remexu continuu de líquidu nin faer xubir l'agua al traviés d'una distancia mayor a 10 m. ente la superficie del pozu y la válvula inferior, una y bones la presión normal del aire solo puede actuar con fuercia abondo pa caltener una columna d'agua d'esi altor. Una bomba impelente vence eses torgues.

Bomba impelente

La bomba impelente consiste nun cilindru, un pistón y un cañu que baxa hasta'l depósitu d'agua. Coles mesmes, tien una válvula que dexa entrar l'agua al cilindru, pero nun tornar. Nun hai válvula nel pistón, que ye dafechu sólidu. Dende l'estremu inferior del cilindru sale un segundu tubu que llega hasta una cámara d'aire. La entrada a esa cámara ye bloquiada por una válvula que dexa entrar l'agua, pero nun salir. Dende l'estremu inferior de la cámara d'aire, otru cañu lleva l'agua a un tanque de l'azotea o a una mangón.

Cebáu de bombes rotodinámicas

Pal correutu funcionamientu de les bombes rotodinámicas precísase que tean llenes de fluyíu incompresible, esto ye, de líquidu, pos nel casu tar llenes de fluyíu compresible (cualesquier gas como'l aire) nun funcionar correutamente.

El cebáu de la bomba consiste n'enllenar de líquidu la tubería d'aspiración succión y la carcasa de la bomba, pa facilitar la succión de líquidu, evitando que queden bolses d'aire nel interior. Al ser necesaria esta operación nes bombes rotodinámicas, dizse que nun tienen capacidá autocebante. Sicasí, les bombes de desplazamientu positivu son autocebantes, esto ye, anque tean llenes d'aire son capaces d'enllenar de fluyíu'l circuitu d'aspiración.

Esquema d'una bomba instalada percima del nivel d'agua.

Nun circuitu como l'amosáu nel esquema axuntu ensin nengún dispositivu adicional, al detener la bomba centrífuga el fluyíu del circuitu d'aspiración cai escontra'l depósitu balerándose la bomba pol vacíu creáu pol circuitu primariu.

L'altor d'elevación $H$ qu'apurre la bomba ye siempres la mesma y respuende a la siguiente fórmula:

$H={P_{I}-P_{A} \over \rho g}$

onde $P_{I}$ ye la presión de impulsión, $P_{A}$ ye la presión d'aspiración, $\rho$ ye la densidá del fluyíu y $g$ l'aceleración de la gravedá.

Estenando la diferencia de presiones tiense que:

$(P_{I}-P_{A})={\rho \ g\ H}$

D'esta fórmula puede reparase que la diferencia de presiones que consigue la bomba ente la impulsión y l'aspiración ye mayor cuanto mayor seya la densidá del fluyíu a mover. De tala forma que pal casu concretu de l'agua tiense:

$(P_{I}-P_{A})_{aire}={\rho _{aire}\ g\ H}=1,29\cdot 9,81\cdot H$

$(P_{I}-P_{A})_{agua}={\rho _{agua}\ g\ H}=1000\cdot 9,81\cdot H$

Colo cual:

${(P_{I}-P_{A})_{aire} \over (P_{I}-P_{A})_{agua}}={\rho _{aire} \over \rho _{agua}}={1,29 \over 1000}=0,00129$

Esto ye, si la bomba ta llena d'aire la presión d'aspiración ye 0,00129 vegaes la que consiguiría dicha bomba si tuviera llena d'agua, esto ye, si tuviera cebada. Polo que si la bomba ta vacida l'altor que s'alza l'agua nel circuitu d'aspiración sobre'l nivel de l'agua nel depósitu ye mínima y totalmente insuficiente por que l'agua llegue a la bomba.

Per otra parte el funcionamientu d'una bomba centrífuga en vacíu puede estropiar el selláu de la bomba por cuenta de una deficiente refrigeración yá que nun circula fluyíu pel so interior qu'ayuda a ameyorar la disipación del calor producíu pola bomba.

Polo tanto n'instalaciones de bombéu que'l so esquema coincide col indicáu nel esquema axuntu ye necesariu un sistema adicional pa evitar que la bomba se descebe. Dalgunos d'estos sistemes numbérense de siguío:

Puede construyise un furu na parte cimera de la carcasa de la bomba y refundiar agua sobre'l mesmu por que la bomba al encender tea llena d'agua y pueda bombiar correutamente. Nun se trata d'un sistema bien eficiente.
Puede usase una válvula de pies (Válvula antirretorno). Dexa'l pasu del líquidu escontra la bomba pero torguen el so regresu al depósitu una vegada apagóse la bomba colo que torga'l descebe de la tubería de impulsión. Puede presentar problemes cuando'l fluyíu tien suciedá que se deposita nel asientu de la válvula menguando la so estanqueidad, per otra parte supón una perda de carga más o menos importante na tubería de impulsión polo qu'aumenta'l riesgu de que se produza cavitación na bomba.
Usu d'una bomba de vacíu. La bomba de vacíu ye una bomba de desplazamientu positivu qu'estrayi l'aire de la tubería de impulsión y fai que'l fluyíu llegue a la bomba centrífuga y d'esta miente quede cebada.
D'últimes otra posibilidá consiste n'instalar la bomba so carga, ye dicir per debaxo del nivel del líquidu, anque esta disposición non siempres ye posible, sacantes que se instale somorguiada, colo cual la bomba tien que ser especial.

Selláu de bombes

Les bombes precisen de sellos hidráulicos pa torgar que los fluyíos que tán siendo impulsaos salgan al esterior de la máquina al traviés de la vía de tresmisión de movimientu dende'l motor a los internos móviles de la bomba.

Nel campu del refinamientu de petroleu y de la petroquímica esisten sellos mecánicos de bombes estandarizados por API (American Petroleum Institute) que, anque se trata d'una asociación estauxunidense, son d'aplicación en tol mundu. Cada tipu de sellu recibe'l nome de PLAN API. Estos sellos pueden ser simples o dobles y, amás, pueden disponer o non d'un sistema de refrigeración.

Tamién esiste una clasificación de sellos de bombes según ANSI.

De siguío inclúyese la equivalencia API - ANSI de los sistemes de selláu o planes más utilizaos:^[4]

PLAN API 11 (ANSI PLAN 7311)
PLAN API 12 (ANSI PLAN 7312)
PLAN API 21 (ANSI PLAN 7321)
PLAN API 22 (ANSI PLAN 7322)
PLAN API 31 (ANSI PLAN 7331)
PLAN API 41 (ANSI PLAN 7341)
PLAN API 13 (ANSI PLAN 7313)
PLAN API 23 (ANSI PLAN 7323)
PLAN API 32 (ANSI PLAN 7332)
PLAN API 62 (ANSI PLAN 7362)
PLAN API 52 (ANSI PLAN 7352)
PLAN API 53 (ANSI PLAN 7353)
PLAN API 54 (ANSI PLAN 7354)

Ver tamién

Teoría y funcionamientu

Tipos de bombes

Bomba centrífuga

Otres bombes y aplicaciones especiales

Máquines de fluyíu

Referencies

↑ Stephanie Dalley and John Peter Oleson (January 2003). "Sennacherib, Archimedes, and the Water Screw: The Context of Invention in the Ancient World", Technology and Culture 44 (1).
↑ Al-Jazari, The Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices : Kitáb fí ma'rifat al-hiyal al-handasiyya, translated by P. Hill (1973). Springer.
↑ Derek de Solla Price (1975). Review of Ibn al-Razzaz al-Jazari, The Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices. Technology and Culture 16 (1), p. 81.
↑ Páxina web de SEALCO. Planes de selláu de bombes

Enllaces esternos

[1] Stephanie Dalley and John Peter Oleson (January 2003). "Sennacherib, Archimedes, and the Water Screw: The Context of Invention in the Ancient World", Technology and Culture 44 (1).

[Jazari-2] Al-Jazari, The Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices : Kitáb fí ma'rifat al-hiyal al-handasiyya, translated by P. Hill (1973). Springer.

[3] Derek de Solla Price (1975). Review of Ibn al-Razzaz al-Jazari, The Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices. Technology and Culture 16 (1), p. 81.

[4] Páxina web de SEALCO. Planes de selláu de bombes

[1]

[2]

[3]

[4]