Las bombas mecánicas pueden estar sumergidas en el fluido que bombean o estar colocadas en el exterior del mismo.
Las bombas se pueden clasificar por su método de desplazamiento en bombas de desplazamiento positivo, bombas de impulso, bombas de velocidad, bombas de gravedad, bombas de vapor y bombas sin válvulas. Existen tres tipos básicos de bombas: de desplazamiento positivo, centrífugas y de flujo axial. En las bombas centrífugas la dirección del flujo del fluido cambia en noventa grados a medida que fluye sobre el impulsor, mientras que en las bombas de flujo axial la dirección del flujo no cambia.
Bombas de desplazamiento positivoEditar
Una bomba de desplazamiento positivodesplazamiento hace que un fluido se mueva atrapando una cantidad fija y forzando (desplazando) ese volumen atrapado hacia la tubería de descarga.
Algunas bombas de desplazamiento positivo utilizan una cavidad expansiva en el lado de succión y una cavidad decreciente en el lado de descarga. El líquido entra en la bomba cuando la cavidad del lado de succión se expande y el líquido sale de la descarga cuando la cavidad se colapsa. El volumen es constante a lo largo de cada ciclo de funcionamiento.
Comportamiento y seguridad de las bombas de desplazamiento positivoEditar
Las bombas de desplazamiento positivo, a diferencia de las centrífugas, pueden producir teóricamente el mismo caudal a una velocidad determinada (rpm) sin importar la presión de descarga. Por lo tanto, las bombas de desplazamiento positivo son máquinas de flujo constante. Sin embargo, un ligero aumento de las fugas internas a medida que aumenta la presión impide un caudal verdaderamente constante.
Una bomba de desplazamiento positivo no debe funcionar contra una válvula cerrada en el lado de descarga de la bomba, porque no tiene una cabeza de cierre como las bombas centrífugas. Una bomba de desplazamiento positivo que funciona contra una válvula de descarga cerrada continúa produciendo flujo y la presión en la línea de descarga aumenta hasta que la línea se rompe, la bomba se daña gravemente, o ambas cosas.
Por lo tanto, es necesaria una válvula de alivio o de seguridad en el lado de descarga de la bomba de desplazamiento positivo. La válvula de seguridad puede ser interna o externa. El fabricante de la bomba normalmente tiene la opción de suministrar válvulas de alivio o de seguridad internas. La válvula interna suele utilizarse sólo como medida de seguridad. Una válvula de seguridad externa en la línea de descarga, con una línea de retorno a la línea de succión o al tanque de suministro, proporciona una mayor seguridad tanto para las personas como para el equipo.
Tipos de desplazamiento positivoEditar
Una bomba de desplazamiento positivo puede clasificarse además según el mecanismo utilizado para mover el fluido:
- Desplazamiento positivo de tipo rotatorio: bomba de engranajes interna o externa, bomba de tornillo, bomba de lóbulos, bloque de lanzadera, paletas flexibles o paletas deslizantes, pistón circunferencial, impulsor flexible, raíces helicoidales retorcidas (p.p. ej. la bomba Wendelkolben) o bombas de anillo líquido
- Bombas de desplazamiento positivo de tipo recíproco: bombas de pistón, bombas de émbolo o bombas de membrana
- Bombas de desplazamiento positivo de tipo lineal: bombas de cable y bombas de cadena
- Bombas de engranajes – un tipo simple de bomba rotativa en la que el líquido es empujado alrededor de un par de engranajes.
- Bombas de tornillo – la forma de las partes internas de esta bomba suele ser la de dos tornillos que giran uno contra otro para bombear el líquido
- Bombas rotativas de paletas
- Bombas de disco hueco (también conocidas como bombas de disco excéntrico o bombas de disco rotativo hueco), similares a los compresores scroll, tienen un rotor cilíndrico encerrado en una carcasa circular. Cuando el rotor orbita y gira en cierta medida, atrapa el fluido entre el rotor y la carcasa, arrastrando el fluido a través de la bomba. Se utiliza para fluidos altamente viscosos como los productos derivados del petróleo, y también puede soportar altas presiones de hasta 290 psi.
- Las bombas vibratorias o bombas de vibración son similares a los compresores lineales, teniendo el mismo principio de funcionamiento. Funcionan utilizando un pistón cargado por resorte con un electroimán conectado a la corriente alterna a través de un diodo. El pistón cargado con muelles es la única parte móvil, y está situado en el centro del electroimán. Durante el ciclo positivo de la corriente alterna, el diodo permite que la energía pase a través del electroimán, generando un campo magnético que mueve el pistón hacia atrás, comprimiendo el muelle y generando succión. Durante el ciclo negativo de la corriente alterna, el diodo bloquea el flujo de corriente hacia el electroimán, dejando que el muelle se descomprima, moviendo el pistón hacia delante, y bombeando el fluido y generando presión, como una bomba de pistón. Debido a su bajo coste, se utiliza ampliamente en las máquinas de café espresso de bajo coste. Sin embargo, las bombas vibratorias no pueden funcionar durante más de un minuto, ya que generan grandes cantidades de calor. Los compresores lineales no tienen este problema, ya que pueden ser enfriados por el fluido de trabajo (que suele ser un refrigerante).
- Bombas de émbolo – un émbolo alternativo empuja el fluido a través de una o dos válvulas abiertas, cerradas por la succión en el camino de vuelta.
- Bombas de diafragma – similares a las bombas de émbolo, donde el émbolo presuriza aceite hidráulico que se utiliza para flexionar un diafragma en el cilindro de bombeo. Las válvulas de diafragma se utilizan para bombear fluidos peligrosos y tóxicos.
- Bombas de pistón de desplazamiento – suelen ser dispositivos sencillos para bombear manualmente pequeñas cantidades de líquido o gel. El dispensador de jabón de mano común es una bomba de este tipo.
- Bombas de pistones radiales: una forma de bomba hidráulica en la que los pistones se extienden en dirección radial.
- Bomba de lóbulos rotativos
- Bomba de cavidades progresivas
- Bomba de engranajes rotativos
- Bomba de pistón
- Bomba de diafragma
- Bomba de tornillo
- Bomba de engranajes
- Bomba hidráulica
- Bomba de paletas rotativas
- Bomba peristáltica
- Bomba de cuerda
- Bomba de rodete flexible
- Compresores de aire industriales de alta capacidad.
- Supercargadores de raíz en motores de combustión interna.
- Una marca de sirena de defensa civil, la Thunderbolt de la Federal Signal Corporation.
- Bombas de ariete hidráulicas: la energía cinética de un suministro de agua de baja altura se almacena temporalmente en un acumulador hidráulico de burbujas de aire, y luego se utiliza para impulsar el agua a una altura mayor.
- Bombas de pistón – funcionan con recursos naturales, únicamente mediante energía cinética.
- Bombas de puente aéreo – funcionan con aire introducido en la tubería, que empuja el agua hacia arriba cuando las burbujas se mueven hacia arriba
- Energía continua
- Conversión de la energía añadida en aumento de la energía cinética (aumento de la velocidad)
- Conversión del aumento de la velocidad (energía cinética) en un aumento de la altura de presión
Bombas de desplazamiento positivo rotativasEditar
Estas bombas mueven el fluido mediante un mecanismo giratorio que crea un vacío que captura y aspira el líquido.
Inventajas: Las bombas rotativas son muy eficientes porque pueden manejar fluidos muy viscosos con mayores caudales a medida que aumenta la viscosidad.
Desventajas: La naturaleza de la bomba requiere espacios muy estrechos entre la bomba giratoria y el borde exterior, lo que hace que gire a una velocidad lenta y constante. Si las bombas rotativas funcionan a altas velocidades, los fluidos provocan erosión, lo que acaba por agrandar las holguras por las que puede pasar el líquido, lo que reduce el rendimiento.
Las bombas rotativas de desplazamiento positivo se dividen en 5 tipos principales:
Bombas alternativas de desplazamiento positivodesplazamiento positivoEditar
Las bombas reciprocantes mueven el fluido utilizando uno o más pistones oscilantes, émbolos o membranas (diafragmas), mientras que las válvulas restringen el movimiento del fluido a la dirección deseada. Para que se produzca la aspiración, la bomba debe tirar primero del émbolo en un movimiento hacia fuera para disminuir la presión en la cámara. Una vez que el émbolo empuja hacia atrás, aumentará la cámara de presión y la presión hacia dentro del émbolo abrirá entonces la válvula de descarga y liberará el fluido en la tubería de impulsión a gran velocidad.
Las bombas de esta categoría van desde las simples, con un cilindro, hasta en algunos casos cuádruples (cuatro) cilindros, o más. Muchas bombas de pistón son dúplex (dos) o tríplex (tres) cilindros. Pueden ser de simple efecto, con aspiración en un sentido del movimiento del pistón y descarga en el otro, o de doble efecto, con aspiración y descarga en ambos sentidos. Las bombas pueden ser accionadas manualmente, por aire o vapor, o por una correa accionada por un motor. Este tipo de bomba se utilizó mucho en el siglo XIX, en los primeros tiempos de la propulsión a vapor, como bombas de agua de alimentación de calderas. En la actualidad, las bombas alternativas suelen bombear fluidos muy viscosos, como el hormigón y los aceites pesados, y se utilizan en aplicaciones especiales que exigen bajos caudales contra una gran resistencia. Las bombas manuales recíprocas se utilizaban mucho para bombear agua de los pozos. Las bombas de bicicleta comunes y las bombas de pie para inflar utilizan la acción recíproca.
Estas bombas de desplazamiento positivo tienen una cavidad en expansión en el lado de succión y una cavidad en disminución en el lado de descarga. El líquido entra en las bombas cuando la cavidad del lado de succión se expande y el líquido sale de la descarga cuando la cavidad se colapsa. El volumen es constante en cada ciclo de funcionamiento y el rendimiento volumétrico de la bomba puede lograrse mediante el mantenimiento rutinario y la inspección de sus válvulas.
Las bombas alternativas típicas son:
Diversas bombas de desplazamiento positivoEditar
En estas bombas se aplica el principio de desplazamiento positivo:
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Bomba de engranajesEditar
Es la forma más sencilla de las bombas rotativas de desplazamiento positivo. Consiste en dos engranajes engranados que giran en una carcasa estrechamente ajustada. Los espacios entre los dientes atrapan el fluido y lo fuerzan alrededor de la periferia exterior. El fluido no se desplaza hacia atrás en la parte engranada, porque los dientes engranan estrechamente en el centro. Las bombas de engranajes se utilizan mucho en las bombas de aceite de los motores de los coches y en varios grupos hidráulicos.
Bomba de tornilloEditar
Una bomba de tornillo es un tipo más complicado de bomba rotativa que utiliza dos o tres tornillos con rosca opuesta – por ejemplo, un tornillo gira en el sentido de las agujas del reloj y el otro en sentido contrario. Los tornillos están montados en ejes paralelos que tienen engranajes que se engranan para que los ejes giren juntos y todo se mantenga en su sitio. Los tornillos giran sobre los ejes e impulsan el fluido a través de la bomba. Al igual que en otras formas de bombas rotativas, el espacio libre entre las piezas móviles y la carcasa de la bomba es mínimo.
Bomba de cavidad progresivaEditar
Ampliamente utilizada para el bombeo de materiales difíciles, como los lodos de depuradora contaminados con grandes partículas, esta bomba consta de un rotor helicoidal, aproximadamente diez veces más largo que su anchura. Puede visualizarse como un núcleo central de diámetro x con, normalmente, una espiral curva enrollada alrededor de un grosor de la mitad de x, aunque en realidad se fabrica en una sola pieza de fundición. Este eje encaja dentro de un manguito de goma resistente, de un grosor de pared también típicamente x. A medida que el eje gira, el rotor empuja gradualmente el fluido hacia arriba del manguito de goma. Este tipo de bombas pueden desarrollar una presión muy alta con volúmenes bajos.
Bombas de tipo RootsEditar
Nombrada en honor a los hermanos Roots que la inventaron, esta bomba de lóbulos desplaza el líquido atrapado entre dos largos rotores helicoidales, cada uno encajado en el otro cuando están perpendiculares a 90°, girando dentro de una configuración de línea de sellado de forma triangular, tanto en el punto de aspiración como en el de descarga. Este diseño produce un flujo continuo con igual volumen y sin vórtices. Puede trabajar a bajas tasas de pulsación, y ofrece un rendimiento suave que algunas aplicaciones requieren.
Las aplicaciones incluyen:
Bomba peristálticaEditar
Una bomba peristáltica es un tipo de bomba de desplazamiento positivo. Contiene el fluido dentro de un tubo flexible colocado dentro de una carcasa de bomba circular (aunque se han fabricado bombas peristálticas lineales). Una serie de rodillos, zapatas o rascadores unidos a un rotor comprimen el tubo flexible. Al girar el rotor, la parte del tubo comprimida se cierra (u ocluye), forzando el paso del fluido a través del tubo. Además, cuando el tubo se abre a su estado natural tras el paso de la leva, atrae (restituye) el fluido hacia la bomba. Este proceso se denomina peristaltismo y se utiliza en muchos sistemas biológicos como el tracto gastrointestinal.
Bombas de émboloEditar
Las bombas de émbolo son bombas alternativas de desplazamiento positivo.
Están formadas por un cilindro con un émbolo alternativo. Las válvulas de aspiración y descarga están montadas en la cabeza del cilindro. En la carrera de succión, el émbolo se retrae y las válvulas de succión se abren provocando la succión del fluido en el cilindro. En la carrera de avance, el émbolo empuja el líquido fuera de la válvula de descarga.Eficiencia y problemas comunes: Con un solo cilindro en las bombas de émbolo, el flujo de fluido varía entre el flujo máximo cuando el émbolo se mueve a través de las posiciones medias, y el flujo cero cuando el émbolo está en las posiciones finales. Se desperdicia mucha energía cuando el fluido se acelera en el sistema de tuberías. Las vibraciones y los golpes de ariete pueden ser un problema grave. En general, los problemas se compensan utilizando dos o más cilindros que no trabajan en fase entre sí.
Bombas de émbolo triplexEditar
Las bombas de émbolo triplex utilizan tres émbolos, lo que reduce la pulsación de las bombas de émbolo simple. La adición de un amortiguador de pulsaciones en la salida de la bomba puede suavizar aún más la ondulación de la bomba, o el gráfico de ondulación de un transductor de la bomba. La relación dinámica entre el fluido de alta presión y el émbolo requiere generalmente juntas de émbolo de alta calidad. Las bombas de émbolo con un mayor número de émbolos tienen la ventaja de aumentar el caudal, o de suavizar el flujo sin un amortiguador de pulsaciones. El aumento de las piezas móviles y de la carga del cigüeñal es un inconveniente.
Los lavaderos de coches suelen utilizar estas bombas de émbolo de estilo triplex (quizás sin amortiguadores de pulsaciones). En 1968, William Bruggeman redujo el tamaño de la bomba triplex y aumentó la vida útil para que los lavaderos de coches pudieran utilizar equipos con menor tamaño. Los sellos de alta presión, los sellos de baja presión y los retenes de aceite duraderos, los cigüeñales endurecidos, las bielas endurecidas, los émbolos cerámicos gruesos y los rodamientos de bolas y de rodillos más resistentes mejoran la fiabilidad de las bombas triplex. Las bombas tríplex se encuentran ahora en un sinfín de mercados de todo el mundo.
Las bombas tríplex con una vida útil más corta son habituales para el usuario doméstico. Una persona que utiliza una lavadora a presión doméstica durante 10 horas al año puede estar satisfecha con una bomba que dure 100 horas entre reconstrucciones. Las bombas tríplex de grado industrial o de servicio continuo, en el otro extremo del espectro de calidad, pueden funcionar hasta 2.080 horas al año.
La industria de la perforación de petróleo y gas utiliza enormes bombas tríplex transportadas en semirremolques, denominadas bombas de lodo, para bombear el lodo de perforación, que enfría la broca y lleva los recortes de vuelta a la superficie.Los perforadores utilizan bombas triplex o incluso quintuplex para inyectar agua y disolventes en las profundidades del esquisto en el proceso de extracción llamado fracking.
Bombas de doble diafragma accionadas por aire comprimidoEditar
Una aplicación moderna de las bombas de desplazamiento positivo son las bombas de doble diafragma accionadas por aire comprimido. Al funcionar con aire comprimido, estas bombas son intrínsecamente seguras por diseño, aunque todos los fabricantes ofrecen modelos con certificación ATEX para cumplir con la normativa industrial. Estas bombas son relativamente baratas y pueden realizar una gran variedad de tareas, desde el bombeo de agua fuera de los diques hasta el bombeo de ácido clorhídrico desde un almacenamiento seguro (dependiendo de cómo se fabrique la bomba – elastómeros / construcción del cuerpo). Estas bombas de doble diafragma pueden manejar fluidos viscosos y materiales abrasivos con un proceso de bombeo suave ideal para transportar medios sensibles al cizallamiento.
Bombas de mecateEditar
Inventadas en China como bombas de cadena hace más de 1000 años, estas bombas pueden fabricarse con materiales muy sencillos: Una cuerda, una rueda y un tubo de PVC son suficientes para hacer una simple bomba de cuerda. La eficiencia de las bombas de cuerda ha sido estudiada por organizaciones de base y las técnicas para fabricarlas y hacerlas funcionar han sido continuamente mejoradas.
Bombas de impulsoEditar
Las bombas de impulso utilizan la presión creada por el gas (normalmente aire). En algunas bombas de impulso el gas atrapado en el líquido (generalmente agua), se libera y se acumula en algún lugar de la bomba, creando una presión que puede empujar parte del líquido hacia arriba.
Las bombas de impulso convencionales incluyen:
En lugar de un ciclo de acumulación y liberación de gas, la presión puede crearse mediante la combustión de hidrocarburos. Estas bombas accionadas por combustión transmiten directamente el impulso de un evento de combustión a través de la membrana de actuación al fluido de la bomba. Para permitir esta transmisión directa, la bomba debe estar hecha casi por completo de un elastómero (por ejemplo, caucho de silicona). Así, la combustión hace que la membrana se expanda y, por tanto, bombee el fluido fuera de la cámara de bombeo adyacente. La primera bomba blanda accionada por combustión fue desarrollada por la ETH de Zúrich.
Bombas de ariete hidráulicoEditar
Una bomba de ariete hidráulico es una bomba de agua accionada por energía hidráulica.
Adquiere agua a una presión relativamente baja y un caudal elevado y la expulsa a una altura hidráulica mayor y un caudal menor. El dispositivo utiliza el efecto de los golpes de ariete para desarrollar una presión que eleva una parte del agua de entrada que impulsa la bomba a un punto más alto que el punto de partida del agua.
El ariete hidráulico se utiliza a veces en zonas remotas, donde hay tanto una fuente de energía hidroeléctrica de baja altura como una necesidad de bombear agua a un destino más elevado que la fuente. En esta situación, el ariete es a menudo útil, ya que no requiere ninguna fuente externa de energía que no sea la energía cinética del agua que fluye.
Bombas de velocidadEditar
Las bombas dinámicas pueden subdividirse en función del medio por el que se consigue el aumento de velocidad.
Estos tipos de bombas tienen una serie de características:
Una diferencia práctica entre las bombas dinámicas y las de desplazamiento positivo es la forma en que funcionan en condiciones de válvula cerrada. Las bombas de desplazamiento positivo desplazan físicamente el fluido, por lo que el cierre de una válvula aguas abajo de una bomba de desplazamiento positivo produce una acumulación continua de presión que puede causar un fallo mecánico de la tubería o de la bomba. Las bombas dinámicas se diferencian en que pueden funcionar con seguridad en condiciones de válvula cerrada (durante cortos periodos de tiempo).
Bombas de flujo radialEditar
También se denomina bomba centrífuga a este tipo de bombas. El fluido entra a lo largo del eje o centro, es acelerado por el impulsor y sale en ángulo recto con respecto al eje (radialmente); un ejemplo es el ventilador centrífugo, que se utiliza comúnmente para implementar una aspiradora. Otro tipo de bomba de flujo radial es la bomba de vórtice. En ellas, el líquido se mueve en dirección tangencial alrededor de la rueda de trabajo. La conversión de la energía mecánica del motor en la energía potencial del flujo se produce por medio de múltiples remolinos, que son excitados por el impulsor en el canal de trabajo de la bomba. Generalmente, una bomba de flujo radial funciona a presiones más altas y caudales más bajos que una bomba de flujo axial o mixto.
Bombas de flujo axialEditar
También se denominan bombas de todo fluido. El fluido es empujado hacia fuera o hacia dentro para moverlo axialmente. Funcionan a presiones mucho más bajas y caudales más altos que las bombas de flujo radial (centrífugas). Las bombas de flujo axial no pueden funcionar a gran velocidad sin una precaución especial. Si el caudal es bajo, el aumento total de la altura y el alto par asociado a esta tubería significaría que el par de arranque tendría que convertirse en una función de aceleración para toda la masa de líquido en el sistema de tuberías. Si hay una gran cantidad de líquido en el sistema, acelere la bomba lentamente.
Las bombas de flujo mixto funcionan como un compromiso entre las bombas de flujo radial y axial. El fluido experimenta tanto la aceleración radial como la elevación y sale del impulsor en algún punto entre 0 y 90 grados de la dirección axial. Como consecuencia, las bombas de flujo mixto funcionan a presiones más altas que las bombas de flujo axial, pero con descargas más altas que las bombas de flujo radial. El ángulo de salida del flujo dicta la característica de cabeza de presión-descarga en relación con las de flujo radial y mixto.
Bomba de chorro eductorEditar
Esta utiliza un chorro, a menudo de vapor, para crear una baja presión. Esta baja presión aspira el fluido y lo impulsa hacia una región de mayor presión.
Bombas de gravedadEditar
Las bombas de gravedad incluyen el sifón y la fuente de Herón. El ariete hidráulico también se denomina a veces bomba de gravedad; en una bomba de gravedad el agua se eleva por la fuerza gravitatoria y por eso se llama bomba de gravedad
Bombas de vaporEditar
Las bombas de vapor han sido durante mucho tiempo principalmente de interés histórico. Incluyen cualquier tipo de bomba accionada por una máquina de vapor y también bombas sin pistón como la de Thomas Savery o la bomba de vapor Pulsometer.
Recientemente ha habido un resurgimiento del interés en las bombas de vapor solares de baja potencia para su uso en el riego de pequeños agricultores en los países en desarrollo. Anteriormente, las pequeñas máquinas de vapor no han sido viables debido a la creciente ineficiencia a medida que los motores de vapor disminuyen de tamaño. Sin embargo, el uso de materiales de ingeniería modernos, junto con configuraciones de motor alternativas, ha hecho que estos tipos de sistemas sean ahora una oportunidad rentable.
Bombas sin válvulasEditar
El bombeo sin válvulas ayuda al transporte de fluidos en varios sistemas biomédicos y de ingeniería. En un sistema de bombeo sin válvulas, no hay válvulas (ni oclusiones físicas) para regular la dirección del flujo. Sin embargo, la eficacia del bombeo de fluidos de un sistema sin válvulas no es necesariamente inferior a la de un sistema con válvulas. De hecho, muchos sistemas fluidodinámicos de la naturaleza y la ingeniería dependen en mayor o menor medida del bombeo sin válvulas para transportar los fluidos de trabajo en ellos. Por ejemplo, la circulación de la sangre en el sistema cardiovascular se mantiene en cierta medida incluso cuando las válvulas del corazón fallan. Por otra parte, el corazón embrionario de los vertebrados comienza a bombear sangre mucho antes de que se desarrollen las cámaras y las válvulas. En la microfluídica se han fabricado bombas de impedancia sin válvulas, que se espera que sean especialmente adecuadas para manejar biofluidos sensibles. Las impresoras de chorro de tinta que funcionan según el principio del transductor piezoeléctrico también utilizan el bombeo sin válvulas. La cámara de la bomba se vacía a través del chorro de impresión debido a la reducción de la impedancia del flujo en esa dirección y se rellena por acción capilar.