Una bomba hidráulica es una máquina generadora que
transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es
accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido
incompresible puede ser líquido o una mezcla de
líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de
papel. Al incrementar la energía del fluido, se
aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de
Bernoulli.
En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido
añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de
menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud.
entonces:
De la primera ley de la termodinámica se puede concluir una ecuación estéticamente parecida a la ecuación de Bernoulli anteriormente señalada, pero conceptualmente distinta. La diferencia fundamental yace en los límites de funcionamiento y en la formulación de cada fórmula. La ecuación de Bernoulli es un balance de fuerzas sobre una partícula de fluido que se mueve a través de una línea de corriente, mientras que la primera ley de la termodinámica consiste en un balance de energía entre los límites de un volumen de control dado, por lo cual es más general ya que permite expresar los intercambios energéticos a lo largo de una corriente de fluido, como lo son las pérdidas por fricción que restan energía, y las bombas o ventiladores que suman energía al fluido. La forma general de esta, llamémosla, "forma energética de la ecuación de Bernoulli" es:
V12/2g + P1/y + z1g + W = hf + V22 + P2/y + z2g
En un sistema termodinámico:
Me = Ms
m1h1 + Wbomba = m2h2
donde
m= flujo másico
h= entalpia
Wbomba= el trabajo de la bomba
y mh es la energía, entediendose que la energia de entrada(estado 1), más el trabajo que se le ejerce en la bomba es igual a la energía de salida (estado 2).
En un sistema termodinámico:
Me = Ms
m1h1 + Wbomba = m2h2
donde
m= flujo másico
h= entalpia
Wbomba= el trabajo de la bomba
y mh es la energía, entediendose que la energia de entrada(estado 1), más el trabajo que se le ejerce en la bomba es igual a la energía de salida (estado 2).
Existe una ambigüedad
en la utilización del término bomba,
ya que generalmente es utilizado para referirse a las máquinas de fluidoque 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
La primera bomba
conocida fue descrita por Arquímedes y se conoce como tornillo de
Arquímedes,
descrito por Arquímedes en el siglo III a. C., aunque este sistema
había sido utilizado anteriormente por Senaquerib,
rey de Asiria en el siglo VII a. C.1
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.2 3
Según el principio de
funcionamiento
La principal clasificación de las
bombas según el funcionamiento en que se base:
Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas, en las que el
principio de funcionamiento está basado en lahidrostática, 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
·
Bombas de émbolo alternativo, en las 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.
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.
·
Bombas volumétricas rotativas o rotoestáticas, en las que 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, en las que el 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. 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[editar]
·
Electrobombas.
Genéricamente, son aquellas accionadas por un motor eléctrico, para
distinguirlas de las motobombas, habitualmente accionadas por
motores de combustión interna.
·
Bombas neumáticas que 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 de engranajes
- Bomba rotodinámica axial
En una "bomba aspirante", un cilindro que contiene un pistón móvil está conectado con el suministro de agua mediante un tubo. Una válvula bloquea la entrada del tubo al cilindro. La válvula es como una puerta con goznes, que solo se abre hacia arriba, dejando subir, pero no bajar, el agua. Dentro del pistón, hay una segunda válvula que funciona en la misma forma. Cuando se acciona la manivela, el pistón sube. Esto aumenta el volumen existente debajo delpistón, y, por lo tanto, la presión disminuye. La presión del aire normal que actúa sobre la superficie del agua, del pozo, hace subir el líquido por el tubo, franqueando la válvula-que se abre- y lo hace entrar en el cilindro. Cuando el pistón baja, se cierra la primera válvula, y se abre la segunda, que permite que el agua pase a la parte superior del pistón y ocupe el cilindro que está encima de éste. El golpe siguiente hacia arriba hace subir el agua a la espita y, al mismo tiempo, logra que entre más agua en el cilindro, por debajo del pistón. La acción continúa mientras el pistón sube y baja.
Una bomba aspirante
es de acción limitada, en ciertos sentidos. No puede proporcionar un chorro
continuo de líquido ni hacer subir el agua a través de una distancia mayor a 10
m. entre la superficie del pozo y la válvula inferior, ya que la presión normal
del aire sólo puede actuar con fuerza suficiente para mantener una columna de
agua de esa altura. Una bomba impelente vence esos obstáculos.
Bomba impelente
Bomba Aspirante (tipo de bomba de embolo alternativo)
Bomba
impelente
La bomba impelente
consiste en un cilindro, un pistón y un caño que baja hasta el depósito de
agua. Asimismo, tiene una válvula que deja entrar el agua al cilindro, pero no
regresar. No hay válvula en el pistón, que es completamente sólido. Desde el
extremo inferior del cilindro sale un segundo tubo que llega hasta una cámara de aire. La entrada a esa
cámara es bloqueada por una válvula que deja entrar el agua, pero no salir.
Desde el extremo inferior de la cámara de aire, otro caño lleva el agua a un tanque de la azotea o a una manguera.
En un circuito sin ningún dispositivo adicional, al detener
la bomba centrífuga el fluido del
circuito de aspiración cae hacia el depósito vaciándose la bomba por el vacío
creado por el circuito primario.
La
altura de elevación "H"
que proporciona la
bomba es siempre la misma y responde a la siguiente fórmula:
H = Pi - Pa / pg
donde "Pi"
es la presión de impulsión,
"Pa" es la presión de
aspiración,
"p"es la densidad del
fluido y "g" la aceleración de la
gravedad.
Despejando
la diferencia de presiones se tiene que:
(Pi - Pa) = p g H
De esta fórmula se puede observar que la diferencia de presiones que
consigue la bomba entre la impulsión y la aspiración es mayor cuanto mayor sea
la densidad del fluido a mover. De tal forma que para el
caso concreto del agua se tiene:
(Pi - Pa)agua = p(agua) g H =1000*g*H
(Pi - Pa)aire = p(aire) g H = 1.29*g*H
Con lo cual:
(Pi - Pa)aire/(Pi-Pa)agua == p(aire)/p(agua) = 0.00129
Es
decir, si la bomba está llena de aire la presión de aspiración es 0,00129 veces
la que conseguiría dicha bomba si estuviese llena de agua, es decir, si
estuviese cebada. Por lo que si la bomba está vacía la altura que se eleva el
agua en el circuito de aspiración sobre el nivel del agua en el depósito es
mínima y totalmente insuficiente para que el agua llegue a la bomba.
Por otra
parte el funcionamiento de una bomba centrífuga en vacío puede estropear el
sellado de la bomba debido a una deficiente refrigeración dado que no circula
fluido por su interior que ayuda a mejorar la disipación del calor producido
por la bomba.
Por lo
tanto en instalaciones de bombeo cuyo esquema coincide con el indicado en el
esquema adjunto es necesario un sistema adicional para evitar que la bomba se
descebe. Algunos de estos sistemas se enumeran a continuación:
·
Se
puede construir un orificio en la parte superior de la carcasa de la bomba y
arrojar agua sobre el mismo para que la bomba al encenderse esté llena de agua
y pueda bombear correctamente. No se trata de un sistema muy eficiente.
·
Se
puede usar una válvula de pie (Válvula antirretorno). Permite el paso
del líquido hacia la bomba pero impiden su regreso al depósito una vez se ha
apagado la bomba con lo que impide el descebe de la tubería de impulsión. Puede
presentar problemas cuando el fluido tiene suciedad que se deposita en el
asiento de la válvula disminuyendo su estanqueidad, por otra parte supone una pérdida de carga más o menos
importante en la tubería de impulsión por lo que aumenta el riesgo de que se
produzca cavitación en la bomba.
·
Uso
de una bomba de vacío. La bomba de vacío
es una bomba de desplazamiento positivo que extrae el aire de la tubería de
impulsión y hace que el fluido llegue a la bomba centrífuga y de este modo
quede cebada.
·
Por
último otra posibilidad consiste en instalar la bomba bajo carga, es decir por
debajo del nivel del líquido, aunque esta disposición no siempre es posible, a
no ser que se instale sumergida, con lo cual la bomba tiene que ser especial.
Se adjuntan videos del funcionamiento de algunos tipos de bomba
Se adjuntan videos del funcionamiento de algunos tipos de bomba
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