Cómo funcionan las bombas: funcionamiento y rendimiento
Conceptos básicos de la bomba
Una bomba es un dispositivo para mover fluidos de un lugar a otro o para presurizar gases. Los fluidos tienden a fluir desde un área de mayor presión a un área de menor presión. La mayoría de las bombas simples utilizan un pistón móvil y válvulas unidireccionales . Las válvulas unidireccionales permiten que el fluido, que es cualquier cosa que pueda fluir, ya sea gas o líquido, se mueva en una sola dirección en el sistema. Estas válvulas evitan que el fluido fluya hacia atrás. Los pistones aplican presión al fluido, moviendo el fluido a donde queremos que vaya. Los líquidos son incompresibles , lo que significa que no se pueden comprimir. Por lo tanto, las bombas solo pueden mover líquidos. Debido a que los gases son comprimibles, las bombas pueden forzar cada vez más gas a entrar en un espacio cerrado, aumentando la presión del gas.
Funcionamiento básico de la bomba.
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Considere una simple bomba de bicicleta que se muestra arriba. Está compuesto por un pistón que es una válvula unidireccional sellada dentro de un cilindro equipado con dos válvulas unidireccionales. La válvula unidireccional en la parte superior permite que entre aire en el cilindro cuando la varilla adjunta mueve el pistón hacia abajo. El pistón se sella contra el cilindro que actúa como una válvula unidireccional y presiona el aire debajo de él. Este movimiento hacia abajo hace que sucedan dos cosas: el pistón es empujado hacia abajo por la varilla adjunta, y el aire sale de la parte inferior de la bomba bajo presión. Al mismo tiempo, el aire entra en la parte superior de la bomba para llenar el área de menor presión creada por el aumento de volumen. Cuando esto sucede, ambas válvulas unidireccionales se abren permitiendo que el aire se mueva.
Cuando se tira de la varilla, ambas válvulas unidireccionales se cierran, sellando eficazmente el cilindro de su entorno. A medida que se tira del pistón hacia arriba, la porción de aire en el cilindro por encima del pistón se comprime en un volumen más pequeño y se presuriza. Al mismo tiempo, la porción del cilindro debajo del pistón aumenta de volumen, disminuyendo efectivamente la presión. El aire se fuerza desde la parte superior de alta presión a la sección de presión inferior del cilindro de abajo, pasando el pistón de la válvula unidireccional.
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Eficiencia de la bomba
Para operar de manera eficiente esta bomba simple, es imperativo tirar del pistón hasta la parte superior del cilindro en la carrera ascendente y presionar el pistón completamente hasta la parte inferior del cilindro en la carrera descendente. No hacerlo resultará en un movimiento ineficaz de aire por parte de la bomba. Si no comprime completamente el pistón contra la parte inferior del cilindro, quedará algo de aire en la parte inferior del cilindro. Durante la siguiente carrera ascendente, una menor diferencia de presión entre la parte superior e inferior del cilindro limitará la cantidad de aire transferido a la parte inferior del cilindro. Esto dejará algo de aire presurizado en la parte superior del cilindro y atraerá menos aire a través de la válvula unidireccional superior durante la siguiente carrera descendente. Entonces,
En la mayoría de las otras bombas actúan las mismas fuerzas. Considere la bomba rotativa que se muestra a continuación.
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A medida que el pistón giratorio (etiquetado A) gira en la dirección que se muestra, la porción de aire que es roja en la imagen es forzada contra el divisor (etiquetado F) que disminuye el volumen y aumenta la presión, forzándolo a salir por la abertura (etiquetado C). Al mismo tiempo, el volumen de aire debajo del pistón aumenta en volumen, lo que reduce la presión y atrae aire a través de la abertura (etiquetada B) en la parte inferior. A medida que el lóbulo del pistón giratorio pasa por el divisor F y gira hacia abajo, sella un nuevo volumen de aire más grande y comienza a comprimirlo, repitiendo el proceso. Este tipo de bomba funciona según los mismos principios que la bomba básica descrita en primer lugar.
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En bombas mecánicas como la anterior, el calor se acumula por la fricción interna, que calienta el aire a medida que entra en la bomba. El aire caliente aumenta de volumen y no se comprime tan fácilmente. A medida que la bomba de aire se calienta y comienza a calentar el aire internamente, se vuelve menos eficiente para bombear el aire. Para hacer frente al problema de la acumulación de calor, las bombas industriales grandes a menudo enfrían el aire antes de que ingrese en las bombas de compresión. Las tuberías en la parte superior de esta bomba tienen agua fría circulando a través de ellas que enfría el aire entrante, y este aire frío ayuda a mantener la bomba fría y aumenta la eficiencia.
Resumen de la lección
Los cambios de presión hacen que los fluidos se muevan de alta presión a baja presión. Controlando estos cambios de presión, utilizando válvulas unidireccionales y presurizando pistones de varios tipos, las bombas pueden diseñarse para mover fluidos de manera fácil y eficiente. En las bombas de pistón, las carreras incompletas hacia arriba o hacia abajo del pistón disminuirán el movimiento del aire. La entrada de aire frío aumenta la eficiencia de la bomba.
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