Las bombas hidráulicas son máquinas operativas que mueven volúmenes de fluido de forma continua y/o discontinua.
La bomba suministra ENERGÍA MECÁNICA a un fluido, que puede ser:
Energía cinética – que hace que el fluido adquiera velocidad y que, por tanto, influye en el caudal.
Energía de presión – que además puede ser:
- Geodético: elevar el fluido a altura.
- Piezométrico: para superar las diferencias de presión en las tuberías.
Las bombas hidráulicas pueden ser de varios tipos en función de las más variadas condiciones de uso, dependiendo del tipo de fluido a utilizar, presiones de funcionamiento, temperaturas y características del sistema.
Las bombas se clasifican según su principio de funcionamiento y sus características de construcción.
Comenzamos con una primera macro subdivisión:
- Bombas volumétricas: se caracterizan por el movimiento alternativo de las partes móviles. La energía mecánica de empuje se transfiere al líquido aumentando directamente su presión.
- BOMBAS cinéticas: se caracterizan porque la parte móvil que gira transfiere energía cinética al líquido, que posteriormente se transforma en energía de presión.
- Bombas especiales
El uso de bombas hidráulicas en la historia
Las bombas hidráulicas aparecieron por primera vez en el siglo III a.C. gracias a Arquímedes, que diseñó la bomba conocida como Tornillo de Arquímedes: este dispositivo era capaz de mover grandes cantidades de fluido a bajas alturas. El tornillo de Arquímedes se sigue utilizando hoy en día, sobre todo en el sector de la depuración de aguas.
En el mismo periodo histórico hizo su aparición la bomba Noria: se trata de un mecanismo capaz de elevar fluidos a alturas superiores, de hasta 20/30 metros. La operación es típica de un molino, donde un curso de agua actúa como fuente de energía fluida y mecánica. El fluido se elevaba mediante recipientes en forma de copa.
Hacia 1600, la invención de los primeros sistemas de biela-manivela permitió la creación de las primeras bombas de pistón, accionadas por la fuerza de los brazos. La llegada del vapor y su utilización como fuente de energía motriz permitió mejorar tecnológicamente este tipo de bombas, que empezaron a ser capaces de elevar fluidos a profundidades considerables, hasta el punto de que también se utilizaban en las minas para drenar pozos subterráneos.
Con el paso de los años, los avances tecnológicos permitieron crear sistemas capaces de mover grandes cantidades de fluido a alturas de elevación cada vez mayores: el uso de motores de combustión interna y, más tarde, de motores eléctricos permitió desarrollar máquinas rotativas que transformaban la energía cinética en presión.
Antecedentes técnicos de las bombas hidráulicas
Como hemos visto, las bombas hidráulicas se subdividen en tres categorías distintas, así que veamos cada tipo en detalle:
Bombas alternativas
Las bombas alternativas (o de pistón) se caracterizan por el movimiento rectilíneo alternativo de un órgano móvil, el pistón. Esto ejerce presión sobre el fluido, transfiriéndole energía. Este tipo de bomba es adecuado para desarrollar alturas de elevación muy elevadas la capacidad de la bomba depende del tamaño y la velocidad de rotación del sistema.
Las bombas alternativas pueden clasificarse a su vez en dos tipos:
- Bombas de émbolo: se caracterizan por una arquitectura en la que el movimiento del fluido es provocado esencialmente por un émbolo conectado a un sistema biela-manivela.
- Bombas de membrana: se caracterizan por una arquitectura en la que el fluido se desplaza mediante membranas puestas en movimiento por aire u otros sistemas.
Ejemplos concretos de bombas alternativas son las bombas de inyección de combustible de los motores diésel modernos.
Bombas centrífugas
Las bombas centrífugas constan de una cámara de sección creciente, denominada espiral o difusor, conectada en el centro con el conducto de aspiración y en la periferia con el conducto de descarga. En el interior de la espiral, un órgano giratorio, llamado rodete o impulsor, gira a gran velocidad (de 1500 a 3000 rpm). El líquido contenido en la voluta, debido a la alta velocidad angular transmitida por el impulsor, es empujado por la fuerza centrífuga hacia la periferia y, en consecuencia, se crea una depresión en el centro; así, parte de la energía cinética se transforma en energía de presión, transportando el líquido hacia la tubería de impulsión y creando una depresión en el centro de la bomba que extraerá más líquido de la tubería de aspiración.
Las bombas centrífugas se componen esencialmente de:
- Distribuidor: órgano fijo a través del cual el líquido a bombear entra en dirección axial y se envía al impulsor.
- Difusor: también llamado scroll, elemento fijo que transforma la energía cinética acumulada por el líquido en energía de presión (aumentando progresivamente la sección transversal de este órgano), transportando así el líquido en dirección radial hacia el tubo de impulsión.
- Rodete: Es un órgano giratorio, de forma y perfil diferentes, acoplado al eje del motor del que recibe la energía para impartir al líquido. El rodete es el elemento principal de la bomba, formado por una serie de álabes cuya curvatura debe satisfacer dos requisitos (aforismos hidráulicos) para minimizar las pérdidas de presión de la bomba:
La entrada del líquido en la bomba debe estar libre de golpes
La salida del líquido en la bomba debe producirse con la menor velocidad posible
Es posible elegir entre distintos modelos de impulsor, en función de la altura requerida y del tipo de fluido que se deba mover:
- Impulsor de flujo radial: consiste en una serie de álabes insertados entre dos discos enchavetados al eje de la bomba, con un canal estrecho o ancho y álabes rectos o curvos.
- Rodete abierto: con álabes helicoidales estriados directamente en el cubo, adecuado para el transporte de líquidos con partículas sólidas en suspensión.
Las bombas centrífugas pueden ser multiimpulsor cuando es necesario superar alturas de elevación elevadas y, al mismo tiempo, mantener caudales altos. En ellas, varios impulsores están conectados al mismo eje. La geometría interna obliga al líquido que sale de un impulsor a entrar en el siguiente. De este modo, la bomba funciona como varias bombas en serie, pero de forma más compacta. En el mercado existen bombas de eje horizontal y vertical. Esta última puede utilizarse cuando el espacio disponible para la instalación es muy reducido, ya que el motor se coloca justo encima de la bomba. Un tipo particular de bomba de eje vertical es la bomba sumergible, en la que el motor eléctrico se coloca dentro de un recipiente hermético. Por tanto, estas bombas pueden instalarse por debajo del nivel del líquido y se utilizan para bombear agua de pozos especialmente profundos o de depósitos subterráneos. Las bombas centrífugas también pueden ser autocebantes, estas bombas son capaces, a diferencia de las bombas centrífugas normales, de aspirar el aire contenido en la línea de aspiración y crear un vacío en el interior de la bomba que asegura la aspiración del líquido a bombear. Estas bombas son de un solo impulsor, tienen una buena altura de elevación, pero suelen tener un rendimiento inferior al de las bombas centrífugas normales, debido a la recirculación de parte del líquido bombeado. Según las disposiciones técnicas y las soluciones mecánicas adoptadas, pueden ser esencialmente de dos tipos:
- Bombas centrífugas autocebantes de canal lateral: Disponen de una cámara independiente en la parte más externa, dividida en dos sectores que identifican la cámara de aspiración y la cámara de impulsión. En la zona central de las dos cámaras hay una luz de succión y otra de descarga, respectivamente. En la parte posterior de esta cámara exterior hay una cámara en la que gira un impulsor abierto en forma de estrella, que gira con un juego mínimo, para garantizar una elevada capacidad de cebado, es decir, trabaja en contacto con el cuerpo y la culata de la bomba, creando así un vacío que arrastra el líquido desde la cámara de aspiración a través del orificio de entrada hasta el orificio de descarga y, a continuación, hasta la cámara de descarga. En una o ambas paredes de la cámara o en la cara del rotor, la bomba está provista de una ranura circular, convenientemente conformada en forma de canal, que provoca una circulación secundaria del líquido entre el impulsor y los canales laterales.
- Bombas centrífugas autocebantes de anillo líquido, estas bombas están equipadas con un impulsor de estrella abierta, que gira excéntricamente dentro de la cámara de bombeo; la rotación del impulsor hace que el líquido a bombear se espese en la periferia de la cámara, formando un anillo líquido que llenará el espacio delimitado entre los álabes del impulsor, expulsando todo el aire; de esta forma, se crea un vacío progresivo que produce la succión del líquido.
Los principales usos de las bombas centrífugas incluyen el bombeo de productos químicos, agua, en agricultura, galvanización, torres de reducción de humos y en la industria petroquímica. Las bombas centrífugas suelen elegirse por su gran capacidad de caudal, su compatibilidad con soluciones abrasivas, su potencial de mezcla y su ingeniería relativamente sencilla.
Bombas rotativas
Las bombas rotativas se caracterizan por el movimiento rotatorio lento de las piezas móviles: ruedas dentadas o lóbulos. La energía se transfiere ejerciendo presión sobre el fluido de forma similar a las bombas de pistón. El funcionamiento de una bomba rotativa requiere que se mueva un volumen fijo de fluido en cada rotación. Estas bombas son autocebantes y proporcionan un caudal casi constante independientemente de la presión. Las bombas rotativas están diseñadas con distancias muy pequeñas entre las piezas giratorias y las fijas para minimizar las pérdidas desde el lado de impulsión al de aspiración.
Las bombas rotativas pueden clasificarse a su vez en tres tipos según el tipo de piezas móviles con las que están construidas:
- Bombas de engranajes que utilizan el movimiento de los engranajes para bombear fluidos por desplazamiento. Son uno de los tipos más comunes de bombas para aplicaciones de potencia hidráulica.
- Bombas de lóbulos similares a las bombas de engranajes, con la diferencia de que los lóbulos están diseñados de forma que se juntan, en lugar de tocarse y girar entre sí.
Las bombas rotativas se utilizan habitualmente para hacer circular aceite lubricante en equipos mecánicos o para proporcionar presión a sistemas de funcionamiento hidráulico.
