Clasificación Primaria de Bombas
Las bombas se clasifican en función de qué forma se aporta energía al agua.
Bombas Gravimétricas
Solo aportan energía en forma de cota; solo se cambia el agua de una cota a otra. Cogen agua de un punto bajo y la llevan a un punto alto.
Bombas Volumétricas o de Desplazamiento
Aportan energía en forma de presión. Se añade presión al agua con un movimiento alternativo de vaivén.
- Rotativas: interviene un elemento que gira y transmite presión al fluido por la rotación.
- Reciprocantes: funcionan gracias al movimiento de un émbolo, pistón o un diafragma, que cierra la cavidad y genera presión.
Bombas Rotodinámicas o Turbobombas (Centrífugas)
Se aporta energía al fluido en forma de presión y en forma cinética; un elemento que gira en la bomba es el que le transmite velocidad.
- Bomba centrífuga: máquina que transforma la energía mecánica en hidráulica a través de una acción centrífuga.
- Axiales: el agua sale en la dirección al eje de la bomba; impulsan más caudal, pero a menor presión que las centrífugas.
- Helicocentrífugas: representan un punto medio entre la axial y la centrífuga.
Este tipo de bombas requiere que se gire a altas velocidades, por ello se usa el motor. Aunque al conjunto se le llama, de forma imprecisa, bomba, se debería llamar conjunto moto-bomba. Si disminuye el término cinético, aumenta la presión y viceversa. Cada bomba tiene un límite de presión porque tiene un límite de velocidad (curvas características). A mayor anchura, mayor velocidad.
Los rodetes presentan álabes, los cuales son los responsables de la impulsión.
Bomba Vórtex
Es un tipo de bomba centrífuga. El rodete tiene álabes rectos y empotrados en la carcasa de la bomba. Está diseñada para aguas con muchos sólidos en suspensión o sólidos muy viscosos.
El Fenómeno del Golpe de Ariete
El golpe de ariete es un fenómeno donde el agua ejerce un aumento de presión brusco en la zona donde hemos cerrado la tubería. Tiene un impacto alto en los diseños, pero en situaciones concretas (no siempre).
- Sobrepresión: la tubería puede reventar.
- Depresión: la tubería se puede aplastar o comprimir.
1.1. Gravedad
Se produce por el cierre instantáneo de la válvula en su extremo final. Ocurre un aumento brusco de la presión y luego disminuye, luego vuelve a aumentar y disminuir, y así continuamente (Sobrepresión-Depresión).
1.2. Bombeo (Impulsión)
Se origina por el paro brusco o accidental de una bomba. La bomba deja de funcionar y se produce un fenómeno de disminución de presión y luego de aumento, y así sucesivamente (Depresión-Sobrepresión).
Los efectos se van atenuando poco a poco conforme pasa el tiempo. A más energía cinética (mayor velocidad del agua), mayor será la sobrepresión. Cuanto más rápido sea el cierre de la válvula, más altos serán los golpes de ariete.
2. Descripción del Golpe de Ariete
- Cerca de la válvula, la velocidad es cero (v=0) y se convierte en presión; las partículas se comprimen unas contra otras. La sobrepresión se va desplazando hacia el depósito, y aquí aparece el término de celeridad (velocidad con la que se desplaza la zona que está sometida a sobrepresión por golpe de ariete). El tiempo en llegar hasta el depósito es L/a.
- Cuando toda la tubería está sometida a sobrepresión, empieza a descomprimirse con la misma velocidad de celeridad.
- Las partículas empiezan a separarse porque hay una diferencia de presiones entre la tubería y el depósito, produciéndose un movimiento de partículas desde la tubería hasta el depósito que tarda L/a.
- Cuando el tiempo es 2L/a, toda la tubería ha vuelto a la situación inicial.
- Sin embargo, la inercia de las partículas para igualar las presiones hace que estas se sigan desplazando, produciendo un tercer ciclo (3L/a). Al separarse las partículas más de la válvula hacia el depósito, se produce una descompresión (a menor distancia entre partículas, más presión; a mayor distancia, menos presión) hasta llegar a un tiempo igual a 3L/a.
Clasificaciones de las Bombas Rotodinámicas
Según la dirección de flujo:
- Flujo Radial: bombas centrífugas.
- Flujo Axial: bombas de hélice (el agua entra y sale en la dirección del eje).
- Flujo Mixto o Semiaxial: bombas helicoidales.
Según la posición del eje:
- Bombas de eje vertical.
- Bombas de eje horizontal.
En los rodetes expuestos, cada rodete aporta un salto de presión: el rodete más bajo es el que aporta menos presión y el más alto el que aporta más presión.
Según el número de rodetes:
- Simples / unicelulares.
- Múltiples / multicelulares.
Los rodetes pueden ser: abiertos, semiabiertos y cerrados; y de simple o doble aspiración.
1.3. Alturas en una Instalación Elevadora
La cota de referencia es la cota donde está la bomba. Aspirar consiste en atraer el aire exterior a los pulmones y originar una corriente de fluido mediante la producción de una baja presión.
Cavitación
La cavitación es la evaporación espontánea del líquido; el agua se evapora a la temperatura a la que circula. Se puede producir en tuberías y bombas. En tuberías, se da en los estrechamientos: como la velocidad aumenta mucho, el término cinético es más grande y la presión más pequeña, tan pequeña que puede llegar a ser tan negativa que el agua llega a cavitar.
La cavitación se produce cuando la bomba está por encima del nivel al que toma el agua (aspiración) y a la entrada de la bomba se producen presiones inferiores a la presión atmosférica en la tubería de aspiración (puede llegar a ser tan pequeña que sea presión de vapor).
Continuación del Ciclo de Presión
6) Donde toda la tubería está descomprimida (depósito con más presión que la tubería), el sistema tiende a equilibrarse y las partículas en la tubería inician otro ciclo (4L/a). 7) Las partículas vuelven a intentar buscar el equilibrio entre presiones de depósito y tubería para llegar a la situación de equilibrio de nuevo. La inercia de entrada de partículas me devuelve a la situación 1), donde se comprimen las partículas cerca de la válvula.
Todo ello ocurre para un líquido en situación ideal, sin pérdidas de carga y con tubería y líquido elásticos perfectos. Los cambios de presiones se producen sobre la presión en equilibrio, es decir, la presión estática.