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Bomba hidráulica

Bomba hidráulica
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Concepto:Máquina generadora que transforma la energía con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve.

Bomba hidráulica. Máquina que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido puede ser líquido, o una mezcla de líquidos y sólidos como el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel.

Historia

Desde hace milenios el hombre aprendió a abastecerse de agua mediante mecanismos para transferirla de un lugar a otro. Ejemplos de estas máquinas primitivas son la noria movida por accionamiento humano o tracción animal y el malacate, empleados por las antiguas culturas egipcias y babilónicas. Arquímedes describió en el siglo III antes de nuestra era lo que hoy se conoce como tornillo de Arquímedes, aunque este sistema había sido utilizado anteriormente por Senaquerib, rey de Asiria en el siglo VII a.n.e. En el siglo XII, Al-Jazari describió e ilustró diferentes tipos de bombas, incluyendo bombas reversibles, bombas de doble acción, bombas de vacío, bombas de agua y bombas de desplazamiento positivo.

Funcionamiento

El movimiento del agua y otros líquidos y gases se hace creando una diferencia de presión entre dos puntos por succión, compresión, vacío, empuje y otros medios. El accionamiento de las bombas puede ser con energía humana (bomba manual), humana o animal (noria), animal (malacate), motor eléctrico (turbina y otras), eólica (molino de viento), o incluso con la energía de una corriente de agua (ariete, molino de agua).

Clasificación

Para una clasificación de los diferentes tipos de bombas hidráulicas, se deben conocer los términos más importantes para evaluar sus méritos, ellos son:

  • Amplitud de presión: Son los límites máximos de presión con los cuales una bomba puede funcionar adecuadamente. Las unidades más usadas son kg/cm2 o lb/plg2.
  • Volumen: Es la cantidad de fluido que una bomba puede entregar a la presión de operación. Las unidades son L/min o gal/min.
  • Amplitud de la velocidad: Se constituyen en los límites máximo y mínimo en los cuales las condiciones a la entrada y soporte de la carga permitirán a la bomba funcionar satisfactoriamente. La unidad empleada es r.p.m.
  • Eficiencia mecánica: Se puede determinar mediante la relación entre el caballaje teórico a la entrada, necesario para un volumen específico en una presión específica y el caballaje real a la entrada necesario para el volumen específico a la presión específica.
  • Eficiencia volumétrica: Se puede determinar mediante la relación entre el volumen teórico de salida a 0 lb/plg2 (kg/cm2) y el volumen real a cualquier presión asignada.
  • Eficiencia total: Se puede determinar mediante el producto entre la eficiencia mecánica y la eficiencia volumétrica.

Cómo seleccionar una bomba hidráulica

Las bombas deben seleccionarse según el concepto del trabajo a realizar, con base a: Presión máxima de trabajo; Rendimiento de la bomba; Precisión y seguridad de operación; Fácil mantenimiento; Máximo flujo; Control requerido en la fase de arranque.

Las características mecánicas de las bombas son definidas por las condiciones de la operación, como presión, temperaturas, condiciones de succión y el material bombeado. Las características hidráulicas son inherentes a cada tipo de bomba y están influidos por la densidad, viscosidad, tipo de accionamiento y tipo de control.

Tipos de bombas hidráulicas

Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya que generalmente es utilizado para referirse a las máquinas de fluido que transfieren energía, o bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de trabajo, a diferencia de otras máquinas como lo son los compresores, cuyo campo de aplicación es la neumática y no la hidráulica.

Pero también es común encontrar el término bomba para referirse a máquinas que bombean otro tipo de fluidos, así como lo son las bombas de vacío o las bombas de aire.

Para la clasificación de las bombas existen dos criterios:

Según el principio de funcionamiento

Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas. En ellas que el principio de funcionamiento está basado en la hidrostática, de modo que el aumento de presión se realiza por el empuje de las paredes de las cámaras que varían su volumen. En este tipo de bombas, en cada ciclo el órgano propulsor genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, por lo que también se denominan:

Bombas volumétricas. En caso de poder variar el volumen máximo de la cilindrada se habla de bombas de volumen variable. Si ese volumen no se puede variar, entonces se dice que la bomba es de volumen fijo. A su vez este tipo de bombas pueden subdividirse en:

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Bomba alternativa manual para uso doméstico
Bombas de émbolo alternativo. En ellas que existe uno o varios compartimentos fijos, pero de volumen variable, por la acción de un émbolo o de una membrana. En estas máquinas, el movimiento del fluido es discontinuo y los procesos de carga y descarga se realizan por válvulas que abren y cierran alternativamente. Su órgano fundamental es un émbolo o pistón que se desplaza alternativamente dentro de un cilindro. Algunos ejemplos de este tipo de bombas son la bomba alternativa de pistón, la bomba rotativa de pistones o la bomba pistones de accionamiento axial. En las bombas de simple efecto una válvula se abre para que penetre el agua en la cavidad que va dejando el pistón en su ascenso y luego se cierra cuando el pistón desciende para que ésta no regrese, abriéndose otra válvula para que salga el líquido hacia el lugar deseado. En las bombas de doble efecto la disposición de las válvulas permite que se absorba y se impele líquido tanto en el movimiento de subida como en el de bajada del pistón. Las bombas más simples son muy utilizadas en viviendas que no cuentan con energía eléctrica, pero otros modelos más complejos de varios pistones alternativos sirven para diferentes usos técnicos.
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Turbina de agua de acción centrífuga
Bombas volumétricas rotativas o rotoestáticas. En éstas una masa fluida es confinada en uno o varios compartimentos que se desplazan desde la zona de entrada (de baja presión) hasta la zona de salida (de alta presión) de la máquina. Algunos ejemplos de este tipo de máquinas son la bomba de paletas, la bomba de lóbulos, la bomba de engranajes, la bomba de tornillo o la bomba peristáltica.

Bombas rotodinámicas. Su principio de funcionamiento está basado en el intercambio de cantidad de movimiento entre la máquina y el fluido, aplicando la hidrodinámica. En este tipo de bombas hay uno o varios rodetes con álabes que giran generando un campo de presiones en el fluido. En este tipo de máquinas el flujo del fluido es continuo. Poseen un eje rotor dotado de paletas permanentemente en contacto con el líquido. Al girar, las paletas golpean al líquido proporcionándole una presión haciéndolo salir de la bomba. Estas bombas están selladas, pues si penetra el aire no funcionan. Para ello la tubería debe disponer de una válvula de no retorno que hace que siempre permanezca agua dentro de la centrífuga y la tubería de extracción. Son las turbinas más comunes para uso doméstico, agrícola o industrial en lugares con energía eléctrica.

Estas turbomáquinas hidráulicas generadoras pueden subdividirse en:

  • Radiales o centrífugas, cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria perpendicular al eje del rodete impulsor.
  • Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los álabes siguiendo una trayectoria contenida en un cilindro.
  • Diagonales o helicocentrífugas, cuando la trayectoria del fluido se realiza en otra dirección entre las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete.

Según el tipo de accionamiento

  • Electrobombas. Genéricamente, son aquellas accionadas por un motor eléctrico, para distinguirlas de las motobombas, habitualmente accionadas por motores de explosión
  • Bombas neumáticas. Son bombas de desplazamiento positivo en las que la energía de entrada es neumática, normalmente a partir de aire comprimido.
  • Bombas de accionamiento hidráulico. Como la bomba de ariete o la noria.
  • Bombas manuales. Un tipo de bomba manual es la bomba de balancín.

Bomba vertical y horizontal. El eje de rotación de una bomba puede ser horizontal o vertical, (rara vez inclinado). De esta disposición se derivan diferencias estructurales en la construcción de la bomba que a veces son importantes, por lo que también las aplicaciones de los dos tipos de construcción suelen ser, a menudo, distintas y bien definidas.

Bombas horizontales. La disposición del eje de giro horizontal presupone que la bomba y el motor se hallan a la misma altura. Éste tipo de bombas se utiliza para funcionamiento en seco, exterior al líquido bombeado que llega a la bomba por medio de una tubería de aspiración.

Las bombas centrífugas, sin embargo, no deben rodar en seco, ya que necesitan del líquido bombeado como lubricante entre aros rozantes e impulsor, y entre empaquetadura y eje. Como no son autoaspirantes requieren, antes de su puesta en marcha, el estar cebadas; esto no es fácil de conseguir si la bomba no trabaja en carga, estando por encima del nivel del líquido, que es el caso más corriente con bombas horizontales, siendo a menudo necesarias las válvulas de pie, (aspiración), y los distintos sistemas de cebado.

Como ventajas específicas se puede decir que las bombas horizontales, (excepto para grandes tamaños), son de construcción más barata que las verticales y, especialmente, su mantenimiento y conservación es mucho más sencillo y económico; el desmontaje de la bomba se suele hacer sin necesidad de mover el motor y al igual que en las de cámara partida, sin tocar siquiera las conexiones de aspiración e impulsión.

Bombas verticales. Las bombas con eje de giro en posición vertical tienen, casi siempre, el motor a un nivel superior al de la bomba, por lo que es posible, al contrario que en las horizontales, que la bomba trabaje rodeada por el líquido a bombear, estando, sin embargo, el motor por encima de éste.

Bombas verticales de funcionamiento en seco. En las bombas verticales no sumergidas, el motor puede estar inmediatamente sobre la bomba, o muy por encima de ésta. El elevarlo responde a la necesidad de protegerlo de una posible inundación o para hacerlo más accesible si, por ejemplo, la bomba trabaja en un pozo. El eje alargado puede ser rígido o flexible por medio de juntas universales, lo que simplifica el siempre difícil problema del alineamiento. Se emplean muy a menudo las mismas bombas horizontales modificadas únicamente en sus cojinetes. La aspiración es lateral, (horizontal); en las bombas grandes, frecuentemente, es por abajo, aunque a veces se transforma en lateral mediante un simple codo.

La ventaja de las bombas verticales, es que requieren muy poco espacio horizontal que las hace insustituibles en barcos, pozos, etc.; sin embargo se necesita un espacio vertical superior suficiente para permitir su cómodo montaje y desmontaje. Para bombas de gran caudal, la construcción vertical resulta en general más barata que la horizontal. Las bombas verticales se emplean normalmente en aplicaciones marinas, para aguas sucias, drenajes, irrigación, circulación de condensadores.

Bombas verticales sumergidas. El funcionamiento sumergido de las bombas centrífugas elimina el inconveniente del cebado, por lo que el impulsor se halla continuamente, aún parado, rodeado por el líquido a impulsar y, por lo tanto, la bomba está en disposición de funcionar en cualquier momento. El control de la unidad requiere únicamente la puesta en marcha del motor de accionamiento, sin necesidad de dispositivos adicionales de cebado previo. La aspiración, que es siempre por abajo, se hace a una cierta profundidad con respecto al nivel libre del líquido. Si esta profundidad es menor de lo debido, 2 ó 3 veces el diámetro del orificio de aspiración, se pueden crear en la superficie vórtices o remolinos por cuyo centro se introduce aire en la bomba, con la consiguiente pérdida de caudal y deficiente funcionamiento.

El eje del que van provistas estas bombas, va guiado normalmente por cojinetes de fricción separados a intervalos regulares (de 1,5 a 3 metros) y lubricados por aceite, grasa, o el mismo líquido bombeado; en este último caso, el eje se suele disponer en el interior de la tubería de impulsión vertical, cerca del motor, en que ésta se desvía horizontalmente mediante un codo adecuado. En los casos de lubricación por grasa o aceite, el eje va dentro de un tubo portador de los cojinetes, siendo este conjunto, a su vez, exterior o interior a la tubería de impulsión.

La otra solución tiene la ventaja de requerir un menor espacio, siendo en ambos casos innecesaria la empaquetadura, lo que constituye también una circunstancia muy favorable, dados los inconvenientes que ésta lleva a veces consigo.

Las bombas sumergidas tienen la ventaja de ocupar un espacio horizontal mínimo, sólo el necesario para acomodar el motor vertical y la impulsión, siendo incluso ésta a veces subterránea. Las ventajas hidráulicas son evidentes al desaparecer todos los problemas de aspiración que constituyen el principal inconveniente en el funcionamiento de las bombas centrífugas. Desde un punto de vista mecánico, esta disposición presenta grandes inconvenientes con respecto a la horizontal. Las bombas son inicialmente más caras y su mantenimiento mucho más elevado, ya que cualquier reparación exige el desmontaje de la bomba para izarla a la superficie. El eje alargado, somete a los cojinetes a un trabajo duro que sobre todo, si están lubricados por agua o líquidos sin grandes propiedades lubricantes, hace que su vida sea corta e imprevisible.

Los tipos más importantes de bombas verticales sumergidas son las bombas de turbinas verticales o de pozo profundo, las bombas de hélice y las bombas de voluta sumergidas.

Otras bombas de agua. El ariete hidráulico es un equipo que no necesita que se le suministre energía exterior, pues eleva el agua basado en aumentos instantáneos de presión producidos en su interior por una corriente de agua. Vea el artículo “Ariete Hidráulico”. La noria y el malacate aprovechan la energía humana para mover un eje rotatorio horizontal o vertical que acciona un mecanismo dotado de cucharones (cangilones) u otros medios que elevan el agua. El molino de agua es una especie de noria que aprovecha la energía de la corriente de agua para mover un transportador de cangilones.

Fuente