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SECCIÓN 1: CLASIFICACIÓN Y TIPOS DE BOMBAS
CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS
Las bombas son máquinas en las cuales se produce una transformación de la energía mecánica en energía hidráulica (velocidad y presión) comunicada al fluido que circula por ellas. Atendiendo al principio de funcionamiento, pueden clasificarse en los siguientes grupos:
- Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas:
En ellas se cede energía de presión al fluido mediante volúmenes confinados. Se produce un llenado y vaciado periódico de una serie de cámaras, produciéndose el trasiego de cantidades discretas de fluido desde la aspiración hasta la impulsión. Pueden a su vez subdividirse en alternativas y rotativas. Dentro del primer grupo se encuentran las bombas de pistones y émbolos; al segundo pertenecen las bombas de engranajes, tornillo, lóbulos, paletas, etc (fig. 9.1).
fig. 9.
La turbobomba es una máquina hidráulica que cede energía al fluido mediante la variación del momento cinético producido en el impulsor o rodete. Atendiendo a la dirección del flujo a la salida del rodete, pueden clasificarse en:
- Centrífugas: el flujo a la salida del rodete tiene dirección perpendicular al eje (flujo radial).
- Axiales: dirección del flujo a la salida es paralela al eje (flujo axial).
- Helicocentrífugas: el flujo es intermedio entre radial y axial (flujo mixto).
La forma del rodete y de la carcasa son variables según el tipo de bomba centrífuga. En las bombas de flujo radial el líquido entra axialmente en el rodete por la boquilla de aspiración y se descarga radialmente hacia la carcasa. En las bombas de flujo mixto el líquido entra axialmente en el rodete y se descarga en una dirección entre la radial y la axial. En las bombas de flujo axial el líquido entra y sale del rodete axialmente (fig. 9.2).
Flujo radial Flujo mixto Flujo axial
fig. 9.
Nos centraremos en el estudio de las bombas centrífugas por ser las más empleadas en la impulsión de aguas residuales.
fig. 9.
El sellado del eje constituye un elemento de gran importancia en el funcionamiento de una bomba, pues evita de forma completa o parcial, la evolución del fluido bombeado al exterior. Existen dos tipos fundamentales de dispositivos para sellar el eje de una bomba: el sellado o cierre por empaquetadura, consistente en un prensaestopas que ajustado adecuadamente, limita el caudal de fluido que sale al exterior a una pequeña cantidad, que resulta, por otra parte, necesaria pues de lo contrario no habría refrigeración de la estopa, se quemaría y resultaría inservible. La figura 9.5 representa la vista seccional de una bomba con cierre por empaquetadura:
fig. 9.
La otra posibilidad la constituye el cierre mecánico, que se compone de dos elementos uno fijo a la carcasa que recibe el nombre de asiento y otro móvil que gira con el eje de la bomba y que se denomina cara. Por medio de un resorte y la propia presión del fluido bombeado, la cara desliza sobre el asiento de forma que no existe ningún escape de fluido al exterior. El inconveniente de este tipo de cierres es que dejan la bomba inutilizada cuando se estropean, con los problemas que ello puede ocasionar en estaciones de bombeo destinadas a operar ininterrumpidamente. En el caso de cierre por empaquetadura, si la fuga de fluido aumenta eventualmente, bastará con actuar sobre el prensaestopas, lo que permitirá a la maquina seguir funcionando (fig. 9.6).
fig. 9.
BOMBAS PARA IMPULSIÓN DE AGUAS RESIDUALES
Bombas centrífugas con impulsor en voladizo Se caracterizan por tener los cojinetes a un lado del impulsor de manera que éste queda en voladizo. La aspiración se produce en dirección axial, esto es, en la dirección del eje, mientras que la brida de descarga se sitúa por encima de la voluta. Las de menor tamaño pueden compartir eje con el motor, formando un conjunto único (fig.9.7). Por el contrario, en las de tamaño medio y grande, la bomba y el motor son independientes. Ambos se unen por medio de un acoplamiento, lo que permite que bomba y motor puedan ser seleccionados independientemente uno de otro.
fig. 9.
Normalmente incorporan un rodete de doble aspiración que, además de impulsar grandes caudales, permite compensar los esfuerzos axiales de un lado con los del lado opuesto. El agua bombeada no debe contener sólidos en suspensión de gran tamaño, pues producirían la obturación del rodete.
fig. 9.
Bombas de flujo axial Las bombas de flujo axial se emplean para bombear grandes caudales a poca altura. Son más baratas que las bombas de flujo radial o mixto (fig. 9.11).
Con frecuencia se emplean para el bombeo del efluente tratado de una estación depuradora o aguas pluviales sometidas a un desbaste previo. No deben utilizarse para bombear agua residuales sin tratar.
fig. 9.
Bombas de tornillo Como indicábamos al comienzo de este capítulo, las bombas de tornillo pertenecen al grupo de las bombas de desplazamiento positivo.
Se basan en el principio del tornillo de Arquímedes (fig.9.12), consistente en un eje giratorio inclinado que lleva ensamblado una serie de chapas formando una superficie helicoidal que produce una elevación del fluido en su movimiento de rotación.
Estas bombas presentan dos ventajas sobre las bombas centrífugas en el bombeo de aguas residuales:
- Utilizan sólidos de gran tamaño sin que por ello se atasquen.
- Funcionan con velocidad constante para una gran variedad de caudales con rendimientos bastante notables.
Pueden tener tamaños desde 0.3 a 3 m. de diámetro exterior y sus capacidades oscilan desde 0.01 a 3.2 m^3 /s.
Las bombas de tornillo están inclinadas un ángulo normalizado de 30º a 38º; en el caso de 30º la bomba tiene mayor capacidad pero ocupa más espacio que si se emplea un ángulo de 38º. Se limita la altura de bombeo a unos 7 m.
fig. 9.
Bombas dilaceradoras
A la vez que impulsan agua, el rodete dotado de alabes con elementos de corte dilacera los sólidos en suspensión (fig.9.14). Su rendimiento no es muy elevado.
fig. 9.
Bombas de tornillo excéntricas
De utilidad para la impulsión de líquidos con gran viscosidad y alto contenido de sólidos (fig.9.15). Se emplean para el bombeo de lodos y fangos activos.
fig. 9.
Bombas de emulsión por aire (air-lift )
Están constituidas por una tubería de impulsión a la que se inyecta aire a presión por su parte inferior. Con ello se produce una mezcla aire-agua de densidad inferior a la del agua circundante, con tendencia a ascender (fig. 9.16).
Se utilizan para alturas de elevación pequeñas de hasta 1,5 m con rendimientos mediocres entorno al 30%. La ventaja principal de este tipo de bomba es que al carecer de elementos móviles son inatascables.
fig. 9.
Utilizado para aguas negras domésticas, extracción de aguas residuales, lodos y aguas pluviales en estaciones de bombeo o en E.D.A.R.
fig. 9.
Impulsor cerrado de dos o tres canales
Al igual que el rodete monocanal, no tolera sustancias fibrosas o filamentosas. Sin embargo, el desgaste de los álabes por el trasiego de sustancias abrasivas no produce desequilibrios dinámicos (fig.9.18).
fig.9.
Se utilizan para aguas de escorrentía superficial y aguas negras.
Impulsor vortex
Se utiliza para líquidos muy viscosos, compuestos por lodos y partículas sólidas. La impulsión se produce por la creación de un torbellino que origina un aumento de la presión. Tolera muy bien sustancias abrasivas, pues la mayoría de los sólidos en suspensión no llegan a tocar los álabes del rodete (fig. 9.19).
Como inconveniente, se produce una caída importante en el rendimiento de la bomba a la que va acoplado, debido al espacio libre entre los álabes del impulsor y las paredes laterales.
Es especialmente apto para el bombeo de aguas residuales con fibras largas y sustancias en seco.
fig. 9.
Impulsor dilacerador:
Produce una dilaceración de los sólidos en suspensión del fluido bombeado, por lo que se reduce el tamaño de éstos. No resulta adecuado para aguas con plásticos en suspensión (fig.9.20).
fig. 9.
Como en el caso anterior, el rendimiento disminuye de forma considerable.
Impulsor de tornillo centrífugo:
Su principal aplicación, es el trasiego de aguas negras domésticas e industriales (fig.9.21). Admite sustancias fibrosas con elementos de gran longitud, aunque no resulta adecuado
fig. 9.
para sustancias abrasivas
