Caudal y presión en bombas: rendimiento, tipos hidrostáticos, hidrodinámicos y de pistón

Caudal

Caudal es el volumen de líquido que deberá moverse por unidad de tiempo. Este varía en función de la velocidad a la que sea accionada la bomba. Una vez definida la velocidad de accionamiento, se podrá definir la cilindrada de la bomba mediante la fórmula (solo para desplazamiento positivo): Caudal (teórico) = cilindrada × velocidad.

El caudal teórico es siempre superior al caudal real, ya que la bomba tiene un determinado rendimiento volumétrico (fugas internas). El caudal real es el que realmente suministra la bomba y es igual al caudal teórico menos las fugas internas o el retroceso del fluido de la impulsión a la aspiración. Caudal (real) = Caudal (teórico) × rendimiento volumétrico.

El rendimiento volumétrico será la relación entre el caudal real y el teórico: n_v = Q_r / Q_T. Cuando este rendimiento sea inferior al que facilita el fabricante, la bomba deberá repararse o sustituirse, ya que el consumo de energía necesario para mantener sus condiciones de trabajo se incrementará, lo que implica un aumento en el coste de la energía.

Además, tendremos que tener en cuenta el rendimiento mecánico, ya que parte de la potencia suministrada se desperdicia para vencer los rozamientos internos. El rendimiento total de una bomba es el producto de sus rendimientos volumétrico y mecánico: n_T = n_v × n_mec. El rendimiento total de una bomba disminuye con el uso y desgaste de los elementos internos.

Presión o altura

Bombas hidrostáticas: en este tipo de bombas la presión es el factor más importante dentro de sus características; por ello puede hablarse de distintos tipos de presión:

• Presión de trabajo: corresponderá a la presión que ésta pueda vencer en forma continuada durante un determinado periodo de tiempo (estos valores los facilita el fabricante).
• Presión de rotura del elemento: presión máxima orientativa que puede resistir en función del material y el diseño de la bomba.
• Presión cíclica: número de ciclos de 0 a X kg/cm2 que resiste la bomba.
• Presión máxima de las puntas: presión máxima puntual que puede alcanzarse en la salida.

Bombas hidrodinámicas: en este tipo de bombas, generalmente empleadas para elevar líquidos, se habla de la altura a la que puede elevarse el fluido bajo condiciones determinadas.

Bomba de émbolo o pistón

Las bombas de émbolo o pistón constan de un cilindro accionado por una biela que comprime al líquido en el interior del cilindro. Las bombas volumétricas alternativas requieren válvulas de entrada y salida, o válvulas antirretorno, ya que si cesa el movimiento el líquido puede retroceder (dibujo pistón).

El caudal de bombeo sufre pulsaciones o discontinuidades, ya que durante la admisión de líquido no hay descarga del mismo y durante la expulsión el caudal varía, pasando por un máximo. Para evitar tiempos muertos entre pulsaciones se disponen de émbolos con actuación por las dos caras (acción doble), de manera que cuando aspira por un lado está expulsando por el otro. Estas bombas proporcionan caudales muy constantes en períodos largos. Alcanzan presiones de salida elevadas y son muy útiles para impulsar líquidos muy viscosos, pero no para los que contienen sólidos abrasivos.

Ventajas

• Presiones de salida elevadas.
• Caudal constante en periodos largos (especialmente en bombas de doble acción).
• Adecuadas para líquidos viscosos.

Inconvenientes

• Elevado coste de mantenimiento.
• Requieren mucho espacio.
• Pulsación en la descarga (a menos que se adopten medidas para amortiguarla).

Notas finales

Es importante monitorizar tanto el rendimiento volumétrico como el mecánico de las bombas. Un rendimiento inferior al esperado indica necesidad de reparación o sustitución para evitar aumentos en el consumo energético y en los costes operativos.