Bomba (enginyeria)

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Una bomba elèctrica menuda

Una bomba, en enginyeria i hidrodinàmica, és un aparell usat per moure gasos, líquids o altres fluids. Una bomba és generalment una màquina hidràulica generadora que transforma l'energia (generalment energia mecànica) amb la que s'acciona en energia hidràulica del fluid incompressible que mou.

Una bomba mou líquids o gasos de baixa pressió a alta pressió i supera la diferència de pressió mitjançant l'addició de treball físic al sistema. A una bomba de gas se l'anomena compressor de gas encara que aleshores no es tracta de la ciència hidràulica sinó de la pneumàtica. El més antic sistema de bomba és el cargol d'Arquimedes usat ja per Senaquerib rei d'Assíria en el segle VII abans de Crist.[1] Les bombes treballen usant forces mecàniques per impulsar la matèria ja sigui per elevació física o per la força de la compressió.

El fluid incompressible pot ser gas líquid o una mescla de líquids i sòlids com pot ser el formigó abans de prendre o la pasta de paper. En incrementar-se l'energia del fluid, s'augmenta la seva pressió, la seva velocitat o la seva alçada totes les quals estan relacionades seguint el principi de Bernoulli. En general una bomba s'utilitza per a incrementar la pressió d'un líquid afegint energia al sistema hidràulic per a moure el fluid d'una zona de menor pressió o altitud a una altra de major pressió o altitud.

Tipus de bombes[modifica | modifica el codi]

Una electrobomba per a xarxa d'abastiment d'aigua
Bomba de lòbuls dobles.
Bomba rotodinàmica axial.
Bomba centrífuga de 5 etapes.

Segons el principi de funcionament[modifica | modifica el codi]

La principal classificació de las bombes es realitza atenent al principi de funcionament en el que es basen:

Bombes de desplaçament positiu o volumètriques, en les que el principi de funcionament està basat en la hidrostàtica, de manera que l'augment de pressió es realitza per l'empenta de les parets de las cambres que varien el seu volum. En aquest tipus de bombes, en cada cicle l'òrgan propulsor genera de manera positiva un volum donat o cilindrada, per la qual cosa també s'anomenen bombes volumètriques. En cas de poder variar el volum màxim de la cilindrada es parla de bombes de volum variable. Si aquest volum no es pot variar, aleshores hom diu que la bomba és de volum fix.

A més aquests tipus de bombes poden subdividir-se en

  • Bombes de èmbol alternatiu, en les que hi ha un o diversos compartiments fixes, però de volum variable, per l'acció d'un èmbol o d'una membrana. En aquestes màquines el moviment del fluid és discontinu i els processos de càrrega i descàrrega es fan per vàlvules que obren i tanquen alternativament. Alguns exemples d'aquest tipus de bombes són la bomba alternativa de pistó, la bomba rotativa de pistons i la bomba pistons d'accionament axial.
  • Bombes volumètriques rotatives o rotoestàtiques, en les quals una massa fluida és confinada en un o diversos compartiments que es desplacen des de la zona d'entrada (de baixa pressió) fins a la zona de sortida (d'alta pressió) de la màquina. Alguns exemples d'aquest tipus de màquines són la bomba de paletes, la bomba de lòbuls, la bomba de engranatges, la bomba de cargol o la bomba peristàltica.
  • Bombes rotodinàmiques, en les que el principi de funcionament és basat en l'intercanvi de quantitat de moviment entre la màquina i el fluid, aplicant la hidrodinàmica. En aquest tipus de bombes hi ha un o diversos rodets que giren generant un camp de pressions en el fluid. En aquest tipus de màquines el flux del fluid és continu.

Aquestes turbomàquines hidràuliques generadores es poden classificar en:

  • Radials o centrífugues, quan el moviment del fluid segueix una trajectòria perpendicular al eix del rodet impulsor.
  • Axials, quan el fluid passa pels canals dels rodets seguint una trajectòria continguda en un cilindre.
  • Diagonals o helicocentrífugues quan la trajectòria del fluid es realitza en una altra direcció entre les anteriors, és a dir en un conus axial amb l'eix del rodet.

Segons el tipus d'accionament[modifica | modifica el codi]

  • Electrobombes. Genéricament, són aquelles accionades per un motor elèctric, per a distingir-les de les motobombes, habitualment accionades per motors de explosió
  • Bombes pneumàtiques 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 sínia.
  • Bombes manuals. Un tipus de bomba manual és la bomba de balancí.

Tipus de bombes d'èmbol[modifica | modifica el codi]

Bomba aspirant[modifica | modifica el codi]

Bomba aspirant de èmbol alternatiu.

En una "bomba aspirant", un cilindre que conté un pistó mòbil està conectat amb el sbuministre d'aigua mitjançant un tub. Una vàlvula bloqueja l'entrada del tub al cilindre. La vàlvula és com una porta amb frontisses que només s'obre cap amunt, deixant pujar però no baixar l'aigua. Dins del pistó, hi ha una segona vàlvula que funciona en la mateixa forma. Quan s'acciona la manivella, el pistó puja. Això augmenta el volum existent sota del pistó, i, per tant, la pressió disminueix. La pressió de l'aire normal que actua sobre la superfície de l'aigua, del pou, fa pujar el líquid pel tub, franquejant la vàlvula-que s'obre- i la fa entrar en el cilindre. Quan el pistó baixa, es tanca la primera vàlvula, i s'obre la segona, que permet que l'aigua passi a la part superior del pistó i ocupi el cilindre que està sobre d'aquest. El cop següent cap amunt fa pujar l'aigua i al mateix temps aconsegueix que entri més aigua al cilindre, per sota del pistó. L'acció continua mentres el pistó puja i baixa.

Una bomba aspirant és d'acció limitada, en certs sentits. No pot proporcionar un raig continu de líquid ni fer pujar l'aigua a través d'una distància me's gran de 10 metres entre la superfície del pou i la vàlvula inferior donat que la pressió normal de l'aire només pot actuar amb prou força per a mantenir una columna d'aigua a aquesta alçada. Una bomba impelent venç aquests obstacles.

Bomba impel·lent[modifica | modifica el codi]

Bomba impel·lent d'èmbol alternatiu.

La bomba impel·lent consisteix en un cilindre, un pistó i una canonada que baixa fins al dipòsit d'aigua. Així mateix, té una vàlvula que deixa entrar l'aigua al cilindre, però no tornar. No hi ha vàlvula en el pistó, que és completament sòlid. Des de l'extrem inferior del cilindre surt un segon tub que arriba fins a una cambra d'aire. L'entrada a aquesta cambra és bloquejada per una vàlvula que deixa entrar l'aigua, però no sortir. Des de l'extrem inferior de la cambra d'aire, una altra canonada porta l'aigua a un dipòsit de les golfes o a una mànega de succió.

Encebat de bombes rotodinàmiques[modifica | modifica el codi]

Per a el correcte funcionament de les bombes rotodinàmiques es necessita que estiguin plenes de fluid incompressible, és a dir, de líquid, donat que en el cas d'estar plnes de fluid compressible (qualsevol gas com l'aire) no funcionarienn correctament.

L'encebat de la bomba consisteix en omplir de líquid la canonada d'aspiració succió i la carcassa de la bomba, per a facilitar la succió del líquid, evitant que quedin bosses d'aire en l'interior. En ser necessària aquesta operació en les bombes rotodinàmiques, es diu que no tenen capacitat autoencebant. Tanmateix, les bombes de desplaçament positiu són autoencebants, és a dir, encara que estiguin plenes d'aire són capaces d'omplir de fluid el circuit d'aspiració.

L'altura d'elevació H que proporciona la bomba és sempre la mateixa i respon a la següent fórmula: H = {P_{I}-P_{A} \over \rho g} on P_{I} és la pressió d'impulsió, P_{A} és la pressió d'aspiració, \rho és la densitat del fluid i g l'acceleració de la gravetat. Mostrant la diferència de pressions queda: (P_{I}-P_{A}) = {\rho\ g\ H}

D'aquesta fórmula es pot observar que la diferència de pressions que aconsegueix la bomba entre la impulsió i l'aspiració és més gran com més gran sigui la densitat del fluid a moure. De tal forma que per al cas de l'aigua es té: (P_{I}-P_{A})_{aire} = {\rho_{aire}\ g\ H}=1,29 \cdot 9,81 \cdot H (P_{I}-P_{A})_{aigua} = {\rho_{aigua}\ g\ H}=1000 \cdot 9,81 \cdot H

Amb el que: {(P_{I}-P_{A})_{aire} \over (P_{I}-P_{A})_{aigua}} = {\rho_{aire} \over \rho_{aigua}} = {1,29 \over 1000} = 
0,00129

És a dir, si la bomba està plena d'aire la pressió d'aspiració es de 0,00129 vegades la que aconseguiria tal bomba si estès plena d'aigua, és a dir si estès encebada. Per la qual cosa si la bomba està buida l'altura que s'alça l'aigua en el circuit d'aspiració sobre el nivell de l'aigua en el dipòsit és mínima i totalment insuficient perquè l'aigua arribi a la bomba.

D'altra banda el funcionament d'una bomba centrífuga en el buit pot espatllar el segellat de la bomba per motiu d'una deficient refrigeració ja que no circula fluid pel seu interior que ajuda a millorar la dissipació de la calor produïda per la bomba.

Segellat de les bombes[modifica | modifica el codi]

Les bombes necessiten de segellats hidràulics per a impedir que els fluids que estan essent impulsats surtin a l'exterior de la màquina a través de la via de transmissió de moviment des del motor als interns mòbils de la bomba.

Vegeu també[modifica | modifica el codi]

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Stephanie Dalley and John Peter Oleson (January 2003). "Sennacherib, Archimedes, and the Water Screw: The Context of Invention in the Ancient World", Technology and Culture 44 (1).

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]