Guía Completa de Bombas: Funcionamiento, Tipos y Principales Ventajas

Desde el dominio de la tecnología, se inventó un dispositivo «bomba» para elevar, transportar o comprimir fluidos. Este invento ha facilitado la vida en el mundo moderno al usarse para múltiples propósitos.

En este artículo conocerás la definición, diagrama, componentes, aplicaciones, función, clasificaciones, especificaciones, tipos y funcionamiento de una bomba, así como las ventajas e inconvenientes de todos los tipos.

¿Qué es una bomba?

Una bomba es un dispositivo mecánico que mueve o transporta fluidos (líquidos o gases). Funciona mediante acción mecánica convertida de energía eléctrica en energía hidráulica. También puede verse como un dispositivo que gasta energía para elevar, transportar o comprimir fluidos.

Las primeras bombas servían para elevar agua, como las norias persas y romanas. Como se dijo, operan por algún mecanismo (típicamente alternativo o rotativo). Consumen energía para realizar trabajo mecánico (mover fluido).

El sistema puede diseñarse para operar con diversas fuentes de energía: manual, eléctrica, eólica, motores, etc. Las bombas están disponibles en muchos tamaños, desde microscópicas para aplicaciones médicas hasta grandes industriales.

La primera bomba fue descrita por Arquímedes en el siglo III a. C., de ahí el nombre de bomba de tornillo de Arquímedes.

Opinión final sobre la definición: una bomba es una máquina o equipo mecánico diseñado para elevar líquido de nivel bajo a alto. Puede hacer fluir líquido de zona de baja presión a alta presión. También actúa como impulsor (booster) en redes de tuberías.

Si la carcasa contiene un solo impulsor giratorio, se llama bomba de una etapa. Si contiene dos o más impulsores, es bomba de dos o múltiples etapas.

Nota: una bomba produce movimiento o caudal de líquido; no genera presión. Produce el caudal necesario para que se desarrolle la presión, función de la resistencia al flujo en el sistema.

Aplicaciones de las bombas

El uso de bombas hoy es vasto. Como se indicó, aplicaciones tempranas incluyen molinos de viento o agua para bombear agua. Hoy, se diseñan específicamente para riego, suministro de gasolina, agua, refrigeración (compresor), aire acondicionado, movimiento de químicos, aguas residuales, control de inundaciones, etc.

En biología, existen bombas químicas y biomecánicas. La biomímesis a veces se usa para desarrollar nuevos tipos de bombas mecánicas.

Por sus diversas aplicaciones, tienen distintas formas y tamaños: desde muy grandes a muy pequeñas, para gas o líquido, alta o baja presión, alto o bajo caudal.

Nota: en general, la función de una bombar es mover líquido o gas. Una bomba de líquido no puede simplemente aspirar aire; su mecanismo difiere. Se explica más abajo.

A continuación, aplicaciones y función de una bomba mecánica:

• Extracción de agua de pozos,
• Filtrado de acuarios, estanques y aireación
• Industria automotriz: refrigeración e inyección de combustible
• Bombeo de petróleo y gas natural en sector energético
• Torres de refrigeración y componentes de calefacción, ventilación y aire acondicionado
• Industria médica: procesos bioquímicos en desarrollo y fabricación de medicamentos
• Sustitución artificial de órganos, en particular corazón artificial y prótesis peneana

Clasificaciones de las bombas

La clasificación puede hacerse de muchas formas: según aplicaciones, materiales de construcción, transporte del líquido y orientación espacial. También según el principio por el que se comunica energía al fluido. Esto hace que todos los tipos caigan en dos grandes categorías: bombas dinámicas (centrífugas) y bombas de desplazamiento positivo. Se explicará más adelante.

Además, según cómo se comunica energía al fluido, los métodos básicos incluyen desplazamiento volumétrico, adición de energía cinética y uso de fuerza electromagnética.

Los fluidos se desplazan mecánicamente o por otro fluido. La energía cinética puede añadirse mediante rotación a alta velocidad del fluido o impulso en dirección del flujo. En clasificación por fuerza electromagnética, el fluido bombeado debe ser buen conductor eléctrico. Las bombas para transportar o presurizar gases se llaman compresores, soplantes o ventiladores.

Además, las bombas cuyo desplazamiento es mecánico se llaman bombas de desplazamiento positivo. Finalmente, las bombas cinéticas comunican energía cinética al fluido mediante un impulsor de rotación rápida.

Componentes de la bomba

Al categorizarse en bombas dinámicas y de desplazamiento positivo, a continuación los componentes principales de cada tipo.

Partes principales de bombas dinámicas o centrífugas: impulsor, carcasa, tubería de impulsión y tubería de aspiración. Para bombas de desplazamiento positivo, disponibles en varios tipos, sus partes también difieren. Por ejemplo, una bomba de diafragma incluye dos diafragmas, válvula de transferencia, bolas o válvulas de retención. Las de engranajes tienen componentes distintos.

Especificaciones

Al servir a distintos propósitos, hay distintas expectativas en potencia (CV), caudal volumétrico, presión de salida en metros (o pies) de columna. La aspiración de entrada en pies (o metros) de columna es otro aspecto. Esta columna puede simplificarse como los pies o metros que la bomba puede elevar o bajar una columna de fluido a presión atmosférica.

Los ingenieros usan el término «velocidad específica» desde el punto de vista del diseño inicial. Identifica el tipo de bomba más adecuado para una combinación dada de caudal y altura.

En una bomba, se comunica potencia al fluido para aumentar su energía por unidad de volumen. La relación de potencia está entre la conversión de energía mecánica del mecanismo de la bomba y los elementos de fluido dentro. En general, se rige por ecuaciones diferenciales simultáneas, conocidas como ecuaciones de Navier-Stokes. La ecuación de Bernoulli es más simple, relacionando solo las energías del fluido.

Tipos de bombas

Diversos tipos según clasificaciones: bombas dinámicas y de desplazamiento positivo.

Bombas dinámicas

Incluyen centrífuga, centrífuga vertical, centrífuga horizontal, sumergible y sistemas de hidrantes. Veamos su explicación.

Bomba centrífuga:

Son las más comunes en el mundo. Funcionamiento sencillo, bien descrito y probado. Son robustas, eficientes y relativamente baratas y fáciles de fabricar. En su funcionamiento, la presión del fluido aumenta desde la entrada a la salida. El cambio de presión impulsa el líquido por el sistema.

Un motor eléctrico transmite potencia mecánica al líquido mediante el impulsor giratorio. El flujo entra por el centro del impulsor y sale por sus palas. La importancia es que su potencia aumenta la velocidad del fluido y la energía cinética puede transformarse en fuerza.

Bomba Centrífuga Vertical

También llamadas bombas de voladizo (cantilever). Usan eje exclusivo y diseñadas para que el volumen caiga dentro del pozo al tener los cojinetes fuera de este. No se usa recipiente de llenaje para cubrir el eje; en su lugar, usan buje de estrangulación (throttle bushing).

Bomba Centrífuga Horizontal

Usan mínimo dos o más impulsores. Ampliamente usadas en servicios de bombeo por su eficacia; cada etapa es esencialmente una bomba separada. Todas las etapas en una misma carcasa y montadas en un mismo eje. En un solo eje horizontal pueden montarse mínimo ocho etapas. En cada etapa, la altura aumenta en igual cantidad. Las bombas multietapa pueden ser de simple o doble aspiración en el primer impulsor.

Bomba Sumergible (Submersible Pump)

También llamadas bombas de aguas pluviales, residuales y sépticas. Aplicaciones: servicios de edificación, domésticos, industriales, comerciales, rurales, municipales, reciclaje de agua de lluvia.

Aptas para aguas pluviales, residuales, subterráneas, negras, grises y de lluvia. Residuos industriales, químicos, agua de pozo, alimentos. Diferentes impulsores: cerrado, vórtice, contra-bloqueo, multietapa, monocanal, trituradoras. Según aplicación, pueden elegirse para alto/bajo caudal, alta/baja altura.

Sistemas de Bomba de Hidrante (Fire Hydrant Pump Systems)

También llamados impulsores de hidrante, bombas contra incendios, bombas de agua contra incendios. Son bombas de agua de alta presión para aumentar la capacidad de extinción en construcciones incrementando la presión en el servicio de hidrantes. Aplicaciones: riego y transferencia de agua.

Bombas de desplazamiento positivo

Cinco tipos: diafragma, engranajes, peristáltica, lóbulos y pistón. Veamos su explicación.

Bomba de diafragma (Diaphragm pump):

Conocidas como AOD (diafragmas accionados por aire), neumáticas y AODD. Usadas en aplicaciones continuas: plantas generales, industriales, mineras. Especialmente donde no hay energía disponible o en zonas inestables y combustibles. También en fabricación de alimentos, minas de carbón subterráneas, transferencia de químicos.

En su funcionamiento, dos diafragmas son accionados por aire comprimido. Con válvula de transferencia se logra aspiración, aplicando aire alternativamente a ambos diafragmas. Cada diafragma tiene bolas o válvulas de retención.

Bombas de Engranajes (Gear Pumps)

Bomba de desplazamiento positivo rotativo. Forzan cantidad estable de líquido por cada revolución. Mueven líquido con maquinaria que entra y sale del engranaje para acción de bombeo suave. Pueden bombear a mayores presiones y destacan en fluidos de alta viscosidad.

No tienen válvulas que causen pérdidas por fricción y altas velocidades del impulsor. Por eso manejan líquidos espesos como combustibles y aceites lubricantes. Aunque no son aptas para sólidos ni fluidos agresivos.

Bombas Peristálticas (Peristaltic Pumps)

También llamadas bombas de tubo. Bombas de desplazamiento positivo usadas en procesamiento químico, alimentario y tratamiento de agua. Capaces de caudal estable para dosificación y mezcla. Pueden bombear variedad de líquidos: pasta dental, todo tipo de químicos.

Bombas de Lóbulos (Lobe Pumps)

Ofrecen fiabilidad, resistencia a corrosión, alta eficiencia, cualidades higiénicas. Manejan fluidos de alta viscosidad y sólidos sin dañarlos. Su funcionamiento se asemeja a bombas de engranajes, salvo que los lóbulos no contactan entre sí. Además, tienen cámaras de bombeo superiores que permiten mover lodos. Fabricadas en acero inoxidable muy pulido.

Bomba de Pistón (Piston Pump)

Última bomba de desplazamiento positivo. Usadas en riego, aplicaciones que requieren alta presión fiable, y sistemas de alta entrega para transferir chocolate, repostería, pintura, etc.

Cómo funciona una bomba

Con la explicación de los diversos tipos, es obvio que su funcionamiento difiere. Con esa explicación deberías comprender el principio. Sin embargo, el aspecto básico es usar fuerzas mecánicas para empujar materiales o sustancias, ya sea elevándolos físicamente o por compresión.

Mira el vídeo para aprender más sobre el funcionamiento de una bomba:

Conclusión

Las bombas son dispositivos mecánicos descritos por Arquímedes, diseñados para transmitir fluidos, líquidos o gases. El sistema puede operar con muchas fuentes de energía. En este artículo hemos examinado definición, aplicaciones, clasificaciones y tipos de bombas. También explicamos el funcionamiento en formato vídeo.

Espero que hayas sacado provecho de esta lección; si es así, comparte con otros estudiantes técnicos. ¡Gracias por leer! Hasta la próxima.