Bomba hidràulica

Erro al crear miniatura:

Bomba hidràulica

Erro al crear miniatura:

Antiga bomba manual.

Una bomba hidràulica o bomba d'aigua és una màquina generadora que transforma l'energia en la que és accionada (generalment energia mecànica) en energia del decorregut incompresible que mou. El decorregut incompresible pot ser líquit o una mescla de líquits i sòlits com pot ser el formigó abans de forjar o la pasta de paper. En incrementar la energia del decorregut, s'aumenta la seua pressió, la seua velocitat o la seua altura, totes elles relacionades segons el principi de Bernoulli. En general, una bomba s'utilisa per a incrementar la pressió d'un líquit afegint energia al sistema hidràulic, per a moure el decorregut d'una zona de menor pressió a una atra de major pressió. Existix una ambigüitat en l'utilisació del terme bomba (també pompa), ya que generalment és utilisat per a referir-se a les màquines de decorregut que transferixen energia, o bombegen (també pompean) decorreguts incompresibles, i per lo tant no alteren la densitat del seu decorregut de treball, a diferència d'atres màquines com lo són els compressors, el camp dels quals d'aplicació és la neumàtica i no la hidràulica. Pero també és comú trobar el terme bomba per a referir-se a màquines que bombegen un atre tipo de decorreguts, aixina com ho són les bombes de buit o les bombes d'aire.

Història

La primera bomba coneguda va ser descrita per Arquímedes en el III a. C. i es coneix com tornell d'Arquímedes, encara que un sistema semblat havia segut utilisat anteriorment per Senaquerib, rei d'Asiria en el VII a. C.

En el XII, Al Jazarí va descriure i va ilustrar diferents tipos de bombes, incloent bombes reversibles, bombes de doble acció, bombes de buit, bombes d'aigua i bombes de desplaçament positiu.

Tipos de bombes

Erro al crear miniatura: Bomba de lòbuls dobles.	Bomba d'engranages.
Erro al crear miniatura: Bomba rotodinámica axial.	Erro al crear miniatura: Bomba centrífuga de 5 etapes.

Segons el principi de funcionament

La principal classificació de les bombes s'establix segons el sistema de funcionament en el que es basen.

• Bombes volumètriques, en les que el seu principi de funcionament està basat en la hidrostàtica, de modo que l'aument de pressió es realisa per l'espente de les parets de les cambres que varien el seu volum. En este tipo de bombes, en cada cicle l'orgue propulsor genera de manera positiva un volum donat o cilindrada. En cas de poder variar el volum màxim de la cilindrada es parla de bombes de volum variable. Si eixe volum no es pot variar, llavors es diu que la bomba és de volum fix. A la seua volta este tipo de bombes poden subdividirse en:
  • Bombes d'émbolo alternatiu, en les que existix un o varis compartimento fixos, pero de volum variable, per l'acció d'un émbolo o d'una membrana. En estes màquines, el moviment del decorregut és discontinu i els processos de càrrega i descàrrega es realisen per vàlvules que òbrin i tanquen alternativament. Alguns eixemples d'este tipo de bombes són la bomba alternativa de pistón, la bomba rotativa de pistones o la bomba pistones d'accionament axial.
  • Bombes volumètriques rotatives o rotoestáticas, en les que una massa decorreguda és confinada en un o varis compartimento que es desplacen des de la zona d'entrada (de baixa pressió) fins a la zona d'eixida (d'alta pressió) de la màquina. Alguns eixemples d'este tipo de màquines són la bomba de paleta, la bomba de lòbuls, la bomba d'engranages, la bomba de tornell o la bomba peristáltica.
• Bombes rotodinámicas, en les que el principi de funcionament està basat en l'intercanvi de cantitat de moviment entre la màquina i el decorregut, aplicant l'hidrodinàmica. En este tipo de bombes hi ha un o varis rodetes en álabes que giren generant un camp de pressions en el decorregut. En este tipo de màquines el fluix del decorregut és continu. Estes turbomáquinas hidràuliques generadores poden subdividirse en:
  • Centrífugas, quan el moviment del decorregut seguix una trayectòria perpendicular a l'eix del rodete impulsor.
  • Axials, quan el decorregut passa pels álabes d'un rotor seguint una trayectòria axial sobre l'eix contingut en un cilindre.
  • Diagonals o helicocentrífugas quan la trayectòria del decorregut es realisa en una atra direcció entre les anteriors, és dir, en un con coaxial en l'eix del rodete.

Segons el tipo d'accionament

• Electrobombas. Genèricament, són aquelles accionades per un motor elèctric, per a distinguir-les de les motobombas, habitualment accionades per motors de combustió interna.
• Bombes neumàtiques que són bombes de desplaçament positiu en les que l'energia d'entrada és neumàtica, normalment a partir d'aire comprimit.
• Bombes d'accionament hidràulic, com la bomba d'ariet o la nòria.
• Bombes manuals. Un tipo de bomba manual com la bomba de balancín.
• Motobombas diésel. Un tipo de bomba mogut per un motor diésel.

Tipos de bombes d'émbolo

Bomba aspirant

Bomba aspirant d'émbolo alternatiu.

En una "bomba aspirant", un cilindre que conté un pistón mòvil està conectat en el suministrament d'aigua per mig d'un tubo. Una vàlvula bloqueja l'entrada del tubo al cilindre. La vàlvula és com una porta en goznes, que solament s'obri cap a dalt, deixant pujar, pero no baixar, l'aigua. Dins del pistón, hi ha una segona vàlvula que funciona en la mateixa forma. Quan es acciona la manivela, el pistón puja. Açò aumenta el volum existent baix del pistón, i, per lo tant, la pressió disminuïx. La pressió de l'aire normal que actua sobre la superfície de l'aigua, del pou, fa pujar elíquit pel tubo, afranquint la vàlvula —que s'obri— i ho fa entrar en el cilindre. Quan el pistón baixa, es tanca la primera vàlvula, i s'obri la segona, que permet que l'aigua passe a la part superior del pistón i ocupe el cilindre que està damunt d'est. El colp següent cap a dalt fa pujar l'aigua a la espita i, al mateix temps, conseguix que entre més aigua en el cilindre, per baix del pistón. L'acció continua mentres el pistón puja i baixa. Una bomba aspirant és d'acció llimitada, en certs sentits. No pot proporcionar una chorrada contínua de líquit ni fer pujar l'aigua a través d'una distància major a 10 m. entre la superfície del pou i la vàlvula inferior, ya que la pressió normal de l'aire solament pot actuar en força suficient per a mantindre una columna d'aigua d'eixa altura. Una bomba impelente venç eixos obstàculs.

Bomba de Sevilla

Un tipo de bomba aspirant que pot elevar aigua a més de dèu metros és el de la bomba de Sevilla, descoberta accidentalment en 1798, que va ser citada i comentada en obres estrangeres. Esta bomba eleva una mescla d'aire i aigua. Es tractaria del cas invers de la trompa d'aigua.

Bomba impelente

La bomba impelente consistix en un cilindre, un pistón i un caño que baixa fins al depòsit d'aigua. Aixina mateix, té una vàlvula que deixa entrar l'aigua al cilindre, pero no retornar. No hi ha vàlvula en el pistón, que és completament sòlit. Des de l'extrem inferior del cilindre ix un segon tubo que aplega fins a una cámara. L'entrada a eixa cambra és bloquejada per una vàlvula que deixa entrar l'aigua, pero no eixir. Des de l'extrem inferior de la cámara, un atre caño du l'aigua a un tanc o a una mànega.

Reparació de bombes

Erro al crear miniatura:

molí de vent abandonat conectat a una bomba d'aigua en depòsit d'aigua en primer pla

Examinar els registres de reparació de bombes i el temps mig entre fallos (MTBF) és de gran importància per als usuaris de bombes responsables i conscienciats. En vista d'això, el prefacio del Manual de l'usuari de bombes 2006 aludix a les estadístiques de "averies de bombes". Per comoditat, estes estadístiques de fallos es traduïxen a sovint en MTBF (en este cas, vida útil instalada abans del fallo).

A principis de 2005, Gordon Buck, ingenier cap de John Crane Inc. per a operacions de camp en Baton Rouge, Luisiana, va examinar els registres de reparació de vàries refineria i plantes químiques per a obtindre senyes significatives sobre la fiabilitat de les bombes centrífugas. Es varen incloure en l'estudi un total de 15 plantes en funcionament en casi 15 000 bombes. La més chicoteta d'estes plantes tenia unes 100 bombes; vàries plantes tenien més de 2000. Totes les instalacions estaven situades en Estats Units. Ademés, es consideraven "noves", atres "renovades" i atres "establides". Moltes d'estes plantes -pero no totes- tenien un contracte d'aliança en John Crane. En alguns casos, el contracte d'aliança incloïa la presència in situ d'un tècnic o ingenier de John Crane Inc. per a coordinar diversos aspectes del programa. No obstant, no totes les plantes són refineria i els resultats són diferents en atres llocs. En les plantes químiques, les bombes han segut històricament artículs de "usar i tirar", ya que l'atac químic llimita la seua vida útil. Les coses han millorat en els últims anys, pero l'espai alguna cosa restringit disponible en els "antics" prensaestopas DIN i ASME llimita el tipo de tancament que cap. A menos que l'usuari de la bomba millore la cambra de sagellat, la bomba només admet versions més compactes i senzilles. Sense esta millora, la vida útil en instalacions químiques sol rondar entre el 50% i el 60% dels valors de refineria. El manteniment no programat sol ser un dels costs de propietat més significatius, i els fallos de tancaments mecànics i cojinetes es troben entre les principals causes. Tinga en conte el valor potencial de seleccionar bombes que costen més inicialment, pero duren molt més entre reparacions. El MTBF d'una bomba millor pot ser d'un a quatre anys major que el de la seua homòloga no millorada. Cal tindre en conte que els valors mijos publicats d'averies de bombes evitades oscilen entre 2600 i 12 000 dólars. Açò no inclou els costs d'oportunitat perduts. Es produïx un incendi en una bomba per cada 1000 averies. Tindre menys fallos de bombes significa tindre menys incendis destructius de bombes. Com ya s'ha senyalat, una averia típica d'una bomba, basada en informes reals de l'any 2002, té un cost mig de 5000 dólars. Açò inclou costs de material, peces, mà d'obra i despeses generals. Prolongar el MTBF d'una bomba de 12 a 18 mesos aforraria 1.667 dólars a l'any, lo que podria ser major que el cost de millorar la fiabilitat de la bomba centrífuga.

Acebat de bombes rotodinámicas

Per al correcte funcionament de les bombes rotodinámicas es necessita que estiguen plenes de decorregut incompresible, és dir, de líquit, puix en el cas estar plenes de decorregut compresible (qualsevol gas com el aire) no funcionarien correctament. L'acebat de la bomba consistix en omplir de líquit la canonada d'aspiració succió i la carcassa de la bomba, per a facilitar la succió de líquit, evitant que queden bosses d'aire en l'interior. En ser necessària esta operació en les bombes rotodinámicas, es diu que no tenen capacitat autocebante. No obstant, les bombes de desplaçament positiu són autocebantes, és dir, encara que estiguen plenes d'aire són capaços d'omplir de decorregut el circuit d'aspiració.

Erro al crear miniatura:

Esquema d'una bomba instalada per damunt del nivell d'aigua.

En un circuit com el mostrat en l'esquema adjunt sense cap dispositiu adicional, en detindre la bomba centrífuga el decorregut del circuit d'aspiració cau cap al depòsit buidant-se la bomba pel buit creat pel circuit primari. L'altura d'elevació $H$ que proporciona la bomba es siempre la misma y responde a la siguiente fórmula:

$H=\frac{P_I-P_A}{\rho g}$

donde $P_I$ es la presión d'impulsión, $P_A$ es la presión d'aspiración, $\rho$ es la densidad del fluido y $g$ la aceleración de la gravedad. Despejando la diferencia de presiones se tiene que:

$(P_I-P_A)=\rho gH$

d'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 per a el caso concreto del agua se tiene:

$(P_I-P_A{)}_{aire}={\rho }_{aire}gH=1,29\cdot 9,81\cdot H$

$(P_I-P_A{)}_{agua}={\rho }_{agua}gH=1000\cdot 9,81\cdot H$

Con lo cual:

$\frac{(P_I-P_A{)}_{aire}}{(P_I-P_A{)}_{agua}}=\frac{{\rho }_{aire}}{{\rho }_{agua}}=\frac{1,29}{1000}=0,00129$

És dir, si la bomba està plena d'aire la pressió d'aspiració és 0,00129 voltes la que conseguiria dita bomba si estiguera plena d'aigua, és dir, si estiguera ordi. Per lo que si la bomba està buida l'altura que s'eleva l'aigua en el circuit d'aspiració sobre el nivell de l'aigua en el depòsit és mínima i totalment insuficient per a que l'aigua aplegue a la bomba. Per una atra part el funcionament d'una bomba centrífuga en buit pot estropejar el sagellat de la bomba per una deficient refrigeració ya que no circula decorregut pel seu interior que ajuda a millorar el malbarat de la calor produïda per la bomba. Per lo tant en instalacions de bombeig l'esquema del qual coincidix en l'indicat en l'esquema adjunt és necessari un sistema adicional per a evitar que la bomba es descebe. Alguns d'estos sistemes s'enumeren a continuació:

• Es pot construir un orifici en la part superior de la carcassa de la bomba i tirar aigua sobre el mateix per a que la bomba en encendre's estiga plena d'aigua i puga bombejar correctament. No es tracta d'un sistema molt eficient.
• Es pot usar una vàlvula de peu (Vàlvula antirretorno). Permet el pas delíquit cap a la bomba pero impedixen la seua tornada al depòsit una volta s'ha apagat la bomba en lo que impedix el descebe de la canonada d'impulsión. Pot presentar problemes quan el decorregut té brutea que es deposita en l'assent de la vàlvula disminuint la seua estanqueidad, per una atra part supon una pèrdua de càrrega més o menys important en la canonada d'impulsión per lo que aumenta el risc de que es produïxca cavitación en la bomba.
• Us d'una bomba de buit. La bomba de buit és una bomba de desplaçament positiu que extrau l'aire de la canonada d'impulsión i fa que el decorregut aplegue a la bomba centrífuga i d'esta manera quede acebada.
• Per últim una atra possibilitat consistix en instalar la bomba baix càrrega, és dir per baix del nivell delíquit, encara que esta disposició no sempre és possible, a no ser que s'instale sumergida, en lo que la bomba té que ser especial.

Sagellat de bombes

Erro al crear miniatura:

Bomba d'engranages.

Erro al crear miniatura:

Bomba d'engranages.

Erro al crear miniatura:

Bomba d'engranages.

Les bombes precisen de sagells hidràulics per a impedir que els decorreguts que estan sent impulsats ixquen a l'exterior de la màquina a través de la via de transmissió de moviment des del motor als interns mòvils de la bomba. En el camp del refine de petròleu i de la petroquímica existixen sagells mecànics de bombes estandardisats per API (American Petroleum Institute) que, encara que es tracta d'una associació nortamericana, són d'aplicació en tot lo món. Cada tipo de sagell rep el nom de PLA API. Estos sagells poden ser simples o dobles i, ademés, poden dispondre o no d'un sistema de refrigeració. També existix una classificació de sagells de bombes segons ANSI. A continuació s'inclou l'equivalència API - ANSI dels sistemes de sagellat o plans més utilisats:

• PLA API 11 (ANSI PLA 7311)
• PLA API 12 (ANSI PLA 7312)
• PLA API 21 (ANSI PLA 7321)
• PLA API 22 (ANSI PLA 7322)
• PLA API 31 (ANSI PLA 7331)
• PLA API 41 (ANSI PLA 7341)
• PLA API 13 (ANSI PLA 7313)
• PLA API 23 (ANSI PLA 7323)
• PLA API 32 (ANSI PLA 7332)
• PLA API 62 (ANSI PLA 7362)
• PLA API 52 (ANSI PLA 7352)
• PLA API 53 (ANSI PLA 7353)
• PLA API 54 (ANSI PLA 7354)

Vore també

Teoria i funcionament

• Hidràulica
• Hidrostàtica
• Hidrodinàmica
• Principi de Bernoulli

Tipos de bombes

• Bomba d'engranages
• Bomba de tornell
• Tornell d'Arquímedes
• Bomba peristáltica

• Bomba centrífuga

• Bomba d'ariet
• Colp d'ariet
• Nòria

Atres bombes i aplicacions especials

• Bomba d'aire
• Bomba de buit
• Bomba neumàtica
• Injector-bomba
• Bomba sumergible

Màquines de decorregut

• Màquina de decorregut
• Màquina hidràulica
• Turbomáquina
• Turbina hidràulica
• Compressor
• Turbocompressor

Enllaços externs

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre bombes hidràuliques.

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre bomba.
• shtml Bombes.
• shtml Bombes i compressors.
• Bombes de desplaçament Positiu. [2] archivat en Wayback Machine.
• shtml Animació flash d'una bomba de lòbuls dobles.
• Animació flashlash d'una bomba de lòbuls triples. [3] archivat en Wayback Machine.
• Image i vídeo del funcionament d'una bomba de lòbuls.
• Funcionament de les bombes d'engranages externs. [4] archivat en Wayback Machine.
• Tipos de bombes d'aigua, manteniment i el seu funcionament.