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.