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Clasificación
Las bombas destinadas a comunicar presión y velocidad a los fluidos se
clasifican como sigue:
1. De embolo, con uno o varios cilindros.
2. Centrifugas, con uno o varios escalonamientos.
3. Dispositivos con deflectores-guía, émbolos radiales; pistones excéntricos;
impulsores de lóbulo; y aparatos a base de engranajes interiores, con igual
o distinto número de dientes en los rotores.
4. Bombas de base de un fluido impulsor, con caudal continuo o intermitente.
Las bombas de embolo funcionan ejerciendo directamente la presión sobre el
fluido bombeado. Las bombas centrifugas ejercen la presión indirectamente,
deteniendo gradualmente la impulsión comunicada al fluido mediante la rápida
rotación de un impulsor alojado dentro de una carcasa de forma adecuada. En las
bombas de embolo, la entrada y salida del agua están controladas por válvulas
que se abren y se cierran indirectamente, mientras que en las bombas centrifugas
la entrada y descarga son continuas, sin válvulas y sin dispositivos de control. Las
bombas rotatorias similares a la representada en la figura 203 combinan el
método de la presión positiva de la bomba de embolo con la entrada y descarga
continuas de las bombas centrifugas, mediante el empleo de impulsores rotativos,
tornillos, engranajes, émbolos oscilantes y deflectores fijos o de guía.
Generalmente son de poco peso y costo inicial, sin válvulas, de diversas
capacidades, y pueden emplearse para presiones de descarga de 70 kg/cm2 como
máximo, con aceites ligeros y densos. Sus límites de presión corrientes caen ente
7 y 35 kg/cm2. Las bombas rotatorias están muy indicadas para trasegar fluidos
viscosos y densos.
En las bombas con flujo impulsor la velocidad y presión de un fluido
determinado actúa directamente sobre otro, comunicándole toda o parte de su
energía. Los inyectores, eyectores, aspiradores y algunos elevadores son
aparatos de flujo continuo.
Bombas de embolo accionadas directamente por vapor.
Una bomba de embolo o alternativa en su forma más simple consiste en un
cilindro provisto de orificios de entrada y salida, controlados por válvulas
apropiadas y un embolo que se mueve alternativamente dentro del cilindro. Este
tipo de bombas se puede utilizar para introducir en las calderas el agua de
alimentación; para evacuar el condensador y el aire de los condensadores; y para
la alimentación de prensas y montacargas hidráulicos. Las bombas accionadas
directamente por vapor pueden ser de dos tipos, esto es, dúplex y simplex.
Las bombas dúplex tienen dos cilindros de vapor y dos de agua, con los
cilindros de vapor colocados uno al lado del otro, tal como aparece en la figura
192. Análogamente, los cilindros de agua son adyacentes entre si y situados en el
otro extremo de la máquina. Todos los cilindros de vapor y de agua son de doble
afecto, es decir, se efectúa trabajo en ambos extremos de cada uno. En todas las
bombas accionadas directamente por vapor el embolo del cilindro de vapor va
montado sobre el mismo vástago del embolo del cilindro de agua servido por
aquel. El embolo del cilindro de la figura 192 tiene dos platos metálicos circulares
con discos de fibra entre ellos, los cuales sirven para evitar las fugas del fluido
trasegado, entre el embolo y las paredes del cilindro. Este procedimiento
denominado embolo con empaquetadura, reduce las fugas de un extremo del
cilindro al otro cuando la bomba está funcionando. Cada extremo de los cilindros
de vapor tiene lumbreras independientes para el vapor vivo y de escape, tal como
se indica en la figura 192. Este sistema reduce la carrera de la válvula de vapor y
las fugas de este a través de la válvula. En las bombas dúplex el mecanismo de
las válvulas del cilindro de vapor es accionado por el vástago del cilindro
adyacente. En las bombas accionadas directamente por vapor el consumo de este
fluido es grande, porque en ellas el vapor no se expansiona, ya que el cierre de la
admisión acurre al final de la carrera. La figura 192 representa que la válvula de
corredera del cilindro de vapor de una admisión sin restricción de este fluido en un
extremo de dicho cilindro. La lumbrera de escape de vapor del otro extremo del
cilindro esta entonces cerrada, quedando encerrado algo de vapor que sirve de
almohadilla.
Las bombas simplex tienen un solo cilindro de vapor y otro de agua, con sus
émbolos montados sobre un mismo vástago. Las válvulas de vapor y de agua
pueden ser similares a las de la figura 192; generalmente, el mecanismo de la
válvula de vapor es seccionado por el vástago como a los émbolos.
Las válvulas de la bomba de la figura 192 consisten en discos a base de
compuesto de caucho, soportados por caperuzas de latón, y adaptados
fuertemente a sus asientos planos mediante muelles helicoidales. Para el agua
caliente y presiones relativas más grandes de 14 kg/cm2 pueden utilizarse válvulas
metálicas comprimidas por muelles. La misión de los tipos de bombas consiste en
tomar un fluido, tal como de agua, a un cierto nivel y descargarlo a presión y a otro
nivel. La figura 192 representa la forma como el embolo del cilindro de agua y sus
válvulas funcionan para llevar a cabo este cometido. Cuando el embolo se mueve
hacia la izquierda, el fluido es obligado a salir por el orificio situado debajo de la
válvula de descarga levantada (izquierda, parte superior), tal como se indica. Al
mismo tiempo se produce un vacío parcial en el cilindro a la derecha del embolo, y
si la disminución de la presión es suficientemente grande, el agua u otro liquido
fluye por el tubo de aspiración (representado de trazos), la válvula de aspiración
(derecha, parte inferior) se levanta, y el extremo derecho del cilindro se llena del
fluido sombreado. Cuando el embolo se mueve hacia la derecha, se produce la
descarga a través de la válvula levantada (derecha, parte superior), y el fluido
entra en el extremo izquierdo del cilindro a través de la válvula de aspiración
(izquierda, parte inferior). El cilindro de agua o de otro fluido de las bombas
simplex funciona de la misma manera. Los fluidos pueden elevarse por la acción
de la presión atmosférica ejercida sobre su superficie, pero también puede fluir al
cilindro impedidos por una presión más grande que la atmosférica. La altura a la
cual puede elevarse un fluido por aspiración depende de su temperatura, de los
rozamientos, y de otras perdidas en la tubería de aspiración del cilindro hidráulico.
Los tamaños de las bombas accionadas directamente por vapor se especifican
por los diámetros de los cilindros de vapor y de agua, y por la longitud de su
carrera, indicando asimismo si son del tipo simplex o dúplex.
Bombas de embolo buzo.
En lugar de embolo o pistón corriente en los cilindros de líquido de las bombas
accionadas directamente se emplean frecuentemente émbolos buzos o alargados.
Para evitar las fugas alrededor de estos émbolos se dispone una empaquetadura
fibrosa o metálica, tal como indica la figura 193. Las empaquetaduras interiores
son menos accesibles que las exteriores; estas últimas permiten ver con más
facilidad las fugas del líquido manipulado. Los émbolos buzos de las bombas con
empaquetadura exterior son movidos por un yugo que lleva dos varillas laterales,
las cuales unen entre sí a los émbolos. En cada caso la energía es proporcionada
por uno o dos cilindros de vapor, situados a la izquierda del cilindro o cilindros de
líquido (fig. 192) dependiendo d si la bomba es simplex o dúplex.
Las bombas de pistón o de embolo buzo, que funcionan a una velocidad
uniforme con la ayuda de la inercia de un volante, se denomina bombas rotatorias
o bombas de volante. Cuando el movimiento alternativo del pistón o embolo buzo
se deriva de la rotación de un cigüeñal accionado mecánicamente, la bomba se
denomina bomba motriz, la cual puede trabajar a velocidad constante por medio
de engranes, correas, o cadenas; en este caso la fuente de energía puede ser de
vapor, el gas o la electricidad. Cuando se emplea un solo embolo, la bomba motriz
se denomina simplex, si tiene dos émbolos dúplex. La rotación del cigüeñal es
transmitida a cada embolo por medio de una biela; la bancada está dividida en
compartimiento, y el funcionamiento es el mismo que el de cualquier bomba de
embolo. El rendimiento de este tipo de bomba depende de gran parte de la
máquina que la acciona, y del rendimiento de la transmisión. Si van accionadas
por un motor eléctrico, el rendimiento global de las bombas motrices se halla
comprendido entre 60 y 80 %.
Bombas centrifugas
Estas máquinas para el trasiego de líquidos se basan en el mismo principio
que los ventiladores centrífugos utilizados para mover masas de aire y otros
gases, y su funcionamiento sigue las mismas leyes generales. Las bombas
centrifugas son máquinas de velocidad relativamente elevada y generalmente van
acopladas directamente a una turbina de vapor y un motor eléctrico; también
pueden ser accionadas por correas trapeciales, o por motores de explosión. El
agua entra en el impulsor (fig. 194) por su centro (alrededor del eje), fluye
radialmente hacia afuera y abandona la periferia del impulsor a una velocidad que
es resultante de la velocidad periférica del alabe del impulsor y de la velocidad
relativa del líquido. El vector de la velocidad resultante es similar al de la figura
110, que es correspondiente a un ventilador centrifugo con alabes curvados hacia
atrás. En la envolvente o carcasa de la bomba, en cuyo interior gira el rodete
impulsor, la velocidad dl líquido (agua) va decreciendo gradualmente, y la anergia
de movimiento se transforma en energía de presión. El líquido que se bombea
queda a presión y sale de la bomba venciendo la resistencia que se encuentra a
su paso. La forma dada a una bomba centrifuga está encaminada a convertir sin
perdidas la energía de velocidad en energía potencial, reduciendo a un mínimo la
fricción de la rotación del impulsor, y equilibrando los empujes laterales
desarrollados en el eje.
Las bombas centrifugas pueden agruparse, desde el punto de vista comercial,
como sigue: de espiral, de turbina (difusor), y de flujo axial; por el número de
escalonamientos; de aspiración simple, y de doble aspiración, de impulsor abierto
y de impulsor cerrado, horizontales y verticales.
Bombas de espiral
La bomba representada en la figura 194 tiene la carcasa en espiral, la cual
forma un espacio gradualmente creciente para el agua alrededor del impulsor. En
este espacio el líquido manipulado pierde velocidad lentamente, a medida que
fluye hacia el orificio de salida, sin la ayuda de paletas difusoras. La bomba de la
figura 194, tiene un solo escalonamiento, una entrada de líquido, eje horizontal,
carcasa en espira, y un impulsor abierto o cerrado. El impulsor de tipo abierto se
asemeja a una rueda de paletas, teniendo estas sujetas a una cara del mismo. Al
girar un impulsor de tipo abierto produce torbellinos y fugas del líquido manipulado
entre los alabes y las paredes de la carcasa, y al tener una sola entrada produce
un empuje axial sobre el eje, el cual es preciso compensar. Los impulsores
abiertos son de bajo rendimiento, y se utilizan generalmente en bombas de bajo
coste destinadas a líquidos espesos, tales como melaza, pulpa y aguas sépticas.
El impulsor de tipo de corona (fig. 195) tiene una placa sobre cada extremo de los
alabes, formando conductos cerrados para el agua. El líquido manipulado entre en
el impulsor por su centro y por cada lado, no pudiéndose escapar de los alabes
por quedar encajonado lateralmente en los mismos (fig. 195).
La bomba centrifuga de la figura 196 es de un solo escalonamiento y de doble
aspiración e ilustra sobre el empleo de un impulsor cerrado. El impulsor de doble
entrada tiene una capacidad de trasiego más grande que los de entrada única
para un diámetro y velocidad de rotación determinados. Con los rodetes
impulsores de doble entrada quedan compensados los esfuerzos laterales sin
tener que recurrir a platos hidráulicos ni a cojinetes de empuje. En la figura 196
aparece un tubo que hace cierre hidráulico en cada casa de estopada. Este cierre
ayuda a evitar que se aspire aire en la succión de la bomba, la cual reducirá la
altura a que podría elevarse el líquido, por la acción de la presión atmosférica, en
la tubería de aspiración.
Los rodetes impulsores se fabrican en bronce, porque este material resiste a la
corrosión y conserva la forma y lisura inicial de la superficie en contacto con el
líquido manipulado.
Bombas centrifugas de turbina
Este tipo de bombas centrifugas emplea un sistema de paletas difusoras fijas
que rodean al rodete impulsor, tal como se indica en la figura 197. Entre los
difusores las secciones rectas van aumentando gradualmente, y en estos
conductos la velocidad del líquido al abandonar los bornes de los alabes del
rodete va disminuyendo, transformándose la mayor parte de su presión dinámica
en presión estática. La conversión de la presión dinámica no solamente tiene lugar
en la carcasa en espiral, sino también en los difusores. El sistema de difusor
puede aplicarse a bombas con dos o más escalonamientos.
Bombas de flujo axial
Las bombas horizontales (de eje horizontal) de las figuras 194 y 196 tiene los
rodetes impulsores con su corona o coronas formando ángulo recto con el eje de
rotación. Esta misma construcción puede emplearse en bombas verticales, en las
cuales el eje de rotación es vertical. El termino flujo radial se aplica a los rodetes
impulsores de estos tipos de bombas.
Las bombas de flujo axial se diferencias de las de flujo radial en que tienen un
rodete impulsor en el cual la dirección del líquido y su componente de velocidad
dirigida hacia adelante son paralelas al eje de rotación de la bomba (fig. 198). Las
bombas de flujo axial pueden construirse para trabajar horizontalmente.
Las bombas de flujo mixto (fig. 199) tienen los rodetes de forma que descargan
el fluido manipulado en una dirección intermedia entre radial y axial. Los rodetes
impulsores de flujo axial y los de flujo mixto son siempre de tipo abierto.
Bombas de escalonamiento múltiples
En estas bombas el líquido manipulado pasa por dos o más rodetes
impulsores. Cada escalonamiento está formado por un compartimiento
independiente, en cuyo interior el rodete gira solitario del eje de rotación común a
todos los escalonamientos. Cada escalonamiento entrega el líquido en la entrada
del impulsor de escalonamiento siguiente, a excepción del último escalonamiento,
el cual descarga el líquido en la tubería de salida de la bomba. La presión final del
líquido (agua) depende del número de escalonamientos, de las características
constructivas de la bomba y de la velocidad de rotación de los rodetes. Las
bombas comerciales de escalonamiento múltiples tienen de dos a once
escalonamientos, según sea el tipo y fabricante. Sus carcasas pueden ser d
espiral o de difusor; y los rodetes, de simple entrada, o lo que es menos frecuente,
de doble entrada.
La figura 200 representa una bomba centrifuga horizontal, con 4
escalonamientos; rodetes en oposición con aspiración única; con carcasa espiral;
y con uno de sus cojinetes del tipo empuje. El defecto de empuje prácticamente
queda compensado (excepto en condiciones anormales) por la colocación de sus
impulsores en oposición. Cuando los rodetes no están en oposición, es preciso
disponer en la bomba un cojinete de empuje, o un tambor de compensación, sobre
el cual se ejerce una fuerza igual a la diferencia entre la desarrollada en la boca de
entrada de cada rodete y la ejercida sobre una superficie igual situada en la cara
opuesta del impulsor.
Los escalonamientos de las bombas de la figura 200 no están en orden
correlativo a lo largo del eje de rotación. En este caso el líquido saliendo de un
escalonamiento es conducido al siguiente por conductos que pueden ser internos
o externos a la carcasa de la bomba. En la ilustrada en la figura 200 los pasos
entre los escalonamientos 1 y 2, y entre los 2 y 3, son externos, no apareciendo
representada la unión entre la salida del escalonamiento 3 y la entrada del
escalonamiento 4.
La bomba centrifuga de escalonamientos múltiples, de tipo cilindro, de la figura
201, combina la construcción de la carcasa de la turbina o difusor con impulsores
de simple entrada, los cuales funcionan sin conductos auxiliares para evitar el
agua de un escalonamiento al siguiente. La carcasa interior de la bomba está
formada por segmentos independientes, cada uno de los cuales constituye un
escalonamiento. Estos segmentos se mantienen firmemente unidos entre sí; su
despiece y leyenda aparecen en la figura 202.
En el conjunto representado en la figura 201 el esfuerzo lateral se compensa
por medio de un tambor y un cojinete axial. Todos los rodetes impulsores
aparecen en corte, excepto el último, el cual se muestra en vista exterior.
Los difusores son similares a los de la figura 202 y con los pasos de agua
formando parte del anillo-canal, en cuyo interior van alojados el rodete impulsor y
las diferencias piezas representadas en la figura 202. La carcasa interior se halla
rodeada de agua, a la presión de descarga del ultimo escalonamiento, mantenida
en un espacio anular comprendido entre las carcasas interior y exterior. La camisa
de agua así formada permite mantener dentro de la bomba una temperatura casi
constante, hasta 427°C. La parte superior del conjunto se halla rodeada de una
envolvente de chapa metálica. Las bombas de cilindro están indicadas para la
alimentación de calderas, con presiones relativas hasta 210/245 kg/cm2 y agua a
elevada temperatura.
Bombas centrifugas de eje vertical
Cuando las bombas de eje horizontal no pueden instalarse con una altura de
aspiración reglamentaria menos de 7 metros) puede ser conveniente emplear
bombas centrifugas de eje vertical. Este es el caso de los pozos profundos,
evacuación de aguas sépticas y sumideros, y cerca de ríos cuyo nivel de agua
varía consideradamente. La bomba puede instalarse completamente sumergida en
el agua; pero cuando resulta posible es mejor situarla es seco para hacerla más
accesible. Los cojinetes de las bombas verticales requieren más cuidados, y por
este motivo las de eje horizontal se emplean siempre que sea factible.