Bombas de desplazamiento positivo.

Las bombas de desplazamiento positivo, que elevan un volumen determinado en cada ciclo de funcionamiento, pueden dividirse en dos clases principales, recíprocas y rotativas. Las bombas alternativas incluyen los tipos de pistón, émbolo y diafragma; las bombas rotativas incluyen las bombas de engranajes, de lóbulos, de tornillo, de paletas y de levas.

La bomba de émbolo es el tipo más antiguo de uso común. Las bombas de pistón y émbolo consisten en un cilindro en el que un pistón o émbolo se mueve hacia adelante y hacia atrás. En las bombas de émbolo, el émbolo se mueve a través de una junta empaquetada estacionaria y es empujado hacia el fluido, mientras que en las bombas de pistón la junta empaquetada es llevada por el pistón que empuja el fluido fuera del cilindro. A medida que el pistón se mueve hacia fuera, el volumen disponible en el cilindro aumenta, y el fluido entra a través de la válvula de entrada unidireccional. A medida que el pistón se mueve hacia dentro, el volumen disponible en el cilindro disminuye, la presión del fluido aumenta, y el fluido es forzado a salir a través de la válvula de salida. La velocidad de bombeo varía desde cero en el punto en el que el pistón cambia de dirección hasta un máximo cuando el pistón se encuentra aproximadamente en la mitad de su carrera. La variación de la velocidad de bombeo puede reducirse utilizando ambos lados del pistón para bombear el fluido. Las bombas de este tipo se denominan de doble efecto. Las fluctuaciones en el caudal de bombeo pueden reducirse aún más utilizando más de un cilindro.

El caudal total de bombeo de las bombas de pistón puede variarse cambiando la velocidad de giro del vástago o la longitud de la carrera del pistón. El pistón puede ser accionado directamente por el vapor, el aire comprimido o el aceite hidráulico, o a través de una conexión mecánica o una leva que transforma el movimiento rotatorio de una rueda motriz en un movimiento alternativo del vástago del pistón.

Las bombas de pistón y de émbolo son caras, pero son extremadamente fiables y duraderas. Se sabe que las bombas de pistón han funcionado sin reparaciones ni sustituciones durante más de 100 años.

La acción de una bomba de diafragma es similar a la de una bomba de pistón en la que el pistón se sustituye por un diafragma flexible pulsante. Esto supera la desventaja de tener empaquetaduras de pistón en contacto con el fluido que se bombea. Como en el caso de las bombas de pistón, el fluido entra y sale de la bomba a través de válvulas de retención. El diafragma puede ser accionado mecánicamente por un pistón directamente unido al diafragma o por un fluido como aire comprimido o aceite.

Las bombas de diafragma suministran una salida pulsante de líquidos o gases o una mezcla de ambos. Son útiles para el bombeo de líquidos que contienen partículas sólidas y para el bombeo de productos químicos caros, tóxicos o corrosivos en los que no se pueden tolerar las fugas a través de la empaquetadura.

Las bombas de diafragma pueden funcionar en seco durante un largo período de tiempo. Además, la velocidad de bombeo de la mayoría de estas bombas puede modificarse durante el funcionamiento.

El tipo más común de bomba de engranajes se ilustra en la figura 1. Uno de los engranajes es accionado y el otro funciona libremente. Un vacío parcial, creado por el desacoplamiento de los engranajes que giran, atrae el fluido hacia la bomba. Este fluido se transfiere al otro lado de la bomba entre los dientes del engranaje giratorio y la carcasa fija. A medida que los engranajes giratorios se engranan, generan un aumento de la presión que obliga al fluido a pasar a la línea de salida. Una bomba de engranajes puede descargar el fluido en cualquier dirección, dependiendo del sentido de rotación de los engranajes.

En la figura 2 se muestra una bomba de engranajes interna. El engranaje impulsado es un rotor con dientes cortados internamente, que engranan con los dientes de un engranaje loco cortado externamente, colocado fuera del centro del rotor. La parte semilunar de la carcasa fija divide el flujo de fluido entre el engranaje loco y el rotor. Las bombas de engranajes pueden bombear líquidos que contienen vapores o gases. Como dependen del líquido bombeado para lubricar las piezas móviles internas, no son adecuadas para bombear gases. Proporcionan una salida constante con pulsaciones insignificantes para una velocidad determinada del rotor. La erosión y la corrosión provocan un aumento de la cantidad de líquido que resbala por la bomba. Como las bombas de engranajes están sujetas a atascos, no son adecuadas para bombear líquidos que contengan partículas sólidas. Sin embargo, como no necesitan válvulas de retención, pueden utilizarse para bombear líquidos muy viscosos.

Las bombas de lóbulos se parecen a las bombas de engranajes externos, pero tienen rotores con dos, tres o cuatro lóbulos en lugar de engranajes; los dos rotores son accionados. Las bombas de lóbulos tienen una salida más pulsante que las bombas de engranajes externos y están menos sujetas al desgaste. Los compresores de lóbulos también se utilizan para bombear gases; cada rotor tiene dos lóbulos.

En una bomba de tornillo, un rotor de tornillo helicoidal gira en una carcasa fija que tiene una forma tal que las cavidades formadas en la entrada se mueven hacia la descarga a medida que el tornillo gira. Cuando se forma una cavidad, se crea un vacío parcial que atrae el fluido hacia la bomba. Este fluido se transfiere entonces al otro lado de la bomba dentro de la cavidad que progresa. La forma de la carcasa fija es tal que en el extremo de descarga de la bomba la cavidad se cierra, generando un aumento de la presión que obliga al fluido a entrar en la línea de salida.

Las bombas de tornillo pueden bombear líquidos que contienen vapores o partículas sólidas. Proporcionan una salida constante con pulsaciones insignificantes para una velocidad determinada del rotor. Como las bombas de tornillo no necesitan válvulas de retención de entrada y salida, pueden utilizarse para bombear líquidos muy viscosos. Aunque las bombas de tornillo son voluminosas, pesadas y caras, son robustas, se desgastan lentamente y tienen una vida útil excepcionalmente larga.

En la figura 3 se ilustra una bomba de paletas deslizantes. El rotor está montado descentrado. Los álabes rectangulares se colocan a intervalos regulares alrededor de la superficie curva del rotor. Cada pala se mueve libremente en una ranura. La fuerza centrífuga de la rotación lanza los álabes hacia fuera para formar un sello contra la carcasa fija. A medida que el rotor gira, se crea un vacío parcial en el lado de succión de la bomba, aspirando líquido. Este fluido se transfiere al otro lado de la bomba en el espacio entre el rotor y la carcasa fija. En el lado de descarga, el volumen disponible disminuye y el aumento de presión resultante obliga al fluido a entrar en el conducto de salida; la velocidad de bombeo puede variar cambiando el grado de excentricidad del rotor. Las bombas de paletas no necesitan válvulas de retención de entrada y salida; pueden bombear líquidos que contengan vapores o gases, pero no son adecuadas para bombear líquidos que contengan partículas sólidas. Los compresores de paletas se utilizan para bombear gases.

Las bombas de paletas proporcionan una salida constante con pulsaciones insignificantes para una velocidad determinada del rotor. Son robustas y sus paletas, fácilmente reemplazables, se autocompensan del desgaste. La capacidad de bombeo no se ve afectada hasta que los álabes están muy desgastados.