Estos dispositivos están presentes en casi todos los ámbitos de la vida cotidiana y son responsables de gran parte del consumo de energía en las ciudades. Por ello, es fundamental que técnicos e ingenieros tengan un conocimiento sólido sobre ellas

Ámbar Herrera, con información e imágenes de Dhimex

Por definición, una bomba es una máquina que transforma la energía con la que es accionada, generalmente mecánica (BHP), en energía hidráulica (WHP).

Es una de las máquinas más antiguas de la civilización humana. Algunos de sus predecesores son las ruedas de agua o norias que, desde entonces, transformaban la energía mecánica en hidráulica.

En fechas recientes, la empresa mexicana Dhimex impartió un webinar introductorio, dirigido por el ingeniero José Luis Frías Lavalle. Allí, se revisaron las principales características y conceptos referentes a las bombas.

Cero Grados recopiló los siguientes puntos impartidos durante el curso, ya que se trata de un tema fundamental que deben dominar todos los que forman parte de la industria HVACR.

Conceptos Asociados

• BHP: Brake Horse Power / Potencia de freno, neta o de flecha
• WHP: Water Horse Power / Energía hidráulica o del agua
• Gasto: dimensión del volumen por unidad de tiempo
• Carga: presión, expresada en pies, columna de agua o metros columna de agua
• Eficiencia: relación entre la energía de entrada y salida (siempre es menor a uno)
• Reversibilidad: la energía dos puede regresar a la máquina y salir como energía uno

El 90 por ciento de las bombas se conecta a un motor eléctrico que es, quizá, la máquina más popular del mundo. Esta unión es nombrada por muchos como “motobomba”.

La energía de entrada de la motobomba es eléctrica, expresada en kW (multiplicación de un voltaje) y su energía de salida (WHP) es una presión expresada en carga, por una presión expresada en gasto. Para cuantificar la energía de salida de las bombas se utiliza la fórmula:

Sistemas Básicos de Aplicación

• Abierto: cambia la elevación, adquiere velocidad, vence la presión estática y dinámica
• Cerrado: recircula el agua a través de un sistema de tuberías. No se hace trabajo de vencer presión estática porque el nivel de succión se iguala con el de descarga
• Proceso de potencia: presuriza, adquiere velocidad y vence presión estática

Regulación

El Instituto de Hidráulica (HI) es el encargado de medir el comportamiento, tamaño, eficiencia, nomenclatura y demás aspectos de las bombas en el continente americano.

En México, se maneja la NOM-004-ENER-2014 para medir la eficiencia del conjunto motor/bomba. Otros estándares son el 14.6 para pruebas de aceptación del comportamiento hidráulico de bombas rotodinámicas o el 40.5 para determinar el consumo de electricidad de las mismas.  

Otras asociaciones que cooperan con el instituto son la ANSI (Instituto Nacional Estadounidense de Estándares, por sus siglas en inglés) y la ASME (Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos, por sus siglas en inglés).

Generalidades

Nomenclatura. Es el código de modelo de bomba de cada fabricante y es reconocido por el HI. Informa el costo, eficiencia, tamaño, etcétera.

Convención para punto de observación. Siempre debe ser desde la parte del motor o el eje. A favor o en contra de las manecillas del reloj, referido con el punto de observación.

La carcasa o el extremo líquido. Las carcasas de las bombas se pueden girar sin afectar su comportamiento, al igual que las boquillas de succión. La configuración interna de la carcasa puede ser radial, con un impulsor que gira, o de difusor, con dos impulsores, uno fijo en el exterior y otro móvil en el interior.

Partición. Es la forma en que se accede a las partes internas móviles de la bomba. Algunas bombas como la radial con descarga en línea de centros, tienen un sistema de mantenimiento trasero de acceso (back-pull out).

Etapas. Las bombas pueden ser de una etapa o multi etapas, con varios impulsores y varias carcasas contenidas en una misma unidad.

Impulsor. Existe el suspendido, con un punto de apoyo, o el impulsor entre baleros, con dos puntos de apoyo. Hay distintos tipos de impulsores, el abierto, que tiene álabes fijos a una masa central; el de centro cerrado y el semiabierto, con una sola tapa posterior de refuerzo.

Clasificación

Las bombas se clasifican en dos tipos, según sus principios de operación y por cómo adicionan energía al fluido:

• Cinéticas: la conducción del fluido se hace por medio de la rotación de aspas, álabes o paletas
• Desplazamiento positivo: el movimiento de un fluido se hace por medio de variación de volumen

Estas últimas se clasifican principalmente en tres y tienen diversas especificaciones:

• Reciprocantes / vapor, potencia, volumen controlado / disposición mecánica /número de etapas
• Rotatorias / elemento actuador / tipo de actuador / división de acuerdo con el HI de desplazamiento positivo    
• Caja de expansión

Algunos tipos de bombas de desplazamiento positivo son las bombas rotatorias de desplazamiento, de potencia, álabe deslizante, de tubo flexible, de álabe flexible con lóbulos flexibles y las reciprocantes.

Bombas Cinéticas

Igualmente, las bombas cinéticas, también llamadas centrífugas o rotodinámicas, son de diferentes tipos y cuentan con diversas especificaciones.

Bomba cinética centrífuga rotodinámica. Sus dos componentes principales son el impulsor, que imparte energía de velocidad al fluido, y la carcasa, que convierte la velocidad en energía de posicionamiento y presión. Algunos ejemplos de bombas cinéticas centrífugas son las de impulsor suspendido, sumergibles en una sola tapa, las verticales en línea, con succión al extremo, de flujo axial, de carcasa bipartida, multi-etapas, enlatadas, con cámara autocebante, etcétera.

Bomba de turbina regenerativa. Es un tipo de bomba cinética que, aunque no es centrifuga, realiza una regeneración de presión a través de las fuerzas centrífugas que entran y salen de las cavidades de los álabes.

Bombas centrífugas. Son cinéticas, si bien no todas son centrífugas, algo que depende es la forma de operación del rodete.

Es importante verificar que la bomba tenga un impulsor congruente con su rotación, porque si gira en el sentido opuesto produce gasto y carga con baja eficiencia. La diferencia entre el uso de las bombas centrífugas y las de desplazamiento positivo radica en la relación gasto/carga, así como en las características del fluido, ya que las cinéticas no pueden manejar fluidos viscosos ni densos.

Bombas Normadas

Ejemplos de bombas normadas por el HI y por industrias particulares son la bomba API-610 del Instituto del Petróleo Americano y la ANSI B73-1, cuya principal característica es que sus piezas son intercambiables entre diferentes fabricantes.

Conclusiones

Todos estos ejemplos corroboran la gran variedad de bombas que existen, de acuerdo al tipo de características que tengan, ya sea por su tamaño, carcasa, impulsor, tipo de partición, etcétera.

El ingeniero José Luis Frías aseguró que existe “un gran potencial de mejora”, tanto en la operación de las bombas cinéticas centrífugas como en las de desplazamiento positivo. El curso estuvo enfocado en las primeras, dado que son las de mayor demanda en la industria, indicó Lavalle.

“Las bombas son el corazón mecánico de los sistemas hidráulicos e hidrónicos”, concluyó el ingeniero Frías y, por lo tanto, es fundamental poder identificarlas y saber el papel que juegan en las actividades de la industria.