🌀 Tema 30: Bombas hidráulicas

Ayuntamiento de Zaragoza · Bombera/o Conductor/a

Resumen

La BOMBA CENTRÍFUGA es la de los vehículos de bomberos: transforma la energía mecánica del motor de accionamiento en energía hidráulica. Primero los álabes giratorios del rodete aumentan la velocidad del agua y después, como dentro no hay cámaras cerradas, el agua pasa por la zona del difusor y convierte parte de esa velocidad en presión. El aumento de energía entre la boca de aspiración y la de impulsión, expresado en presión, es la ALTURA MANOMÉTRICA (Hm); la potencia que recibe el agua es la potencia útil, y el RENDIMIENTO (η) es la potencia útil entre la potencia consumida por el motor. Sus ventajas: caudal constante, presión uniforme, construcción sencilla, poco peso y mantenimiento y flexibilidad de regulación. Su gran pega: no son autoaspirantes y necesitan cebado.

ELEMENTOS (manual de vehículos del CEIS, al que remite el capítulo de hidráulica). Rotativos: el RODETE o impulsor, un disco con álabes unido al eje que acelera el agua (a igual diámetro, más anchura axial da más caudal; más álabes, menos pérdidas por turbulencia), y el EJE, con su manga y sus juntas. Estacionarios: la CARCASA, circular concéntrica o en VOLUTA (caracol de sección creciente que recoge el agua del rodete, frena su velocidad y sube la presión hacia la brida de impulsión), las BOCAS de aspiración e impulsión, la cámara de sellado y el mecanismo de cebado. El agua entra axial por el eje del rodete y sale tangencial por el colector.

CURVAS CARACTERÍSTICAS: las obtiene el fabricante por ensayo, cerrando poco a poco una válvula a la salida y midiendo caudal, presión y potencia. El caudal va en el eje horizontal, y en vertical la altura manométrica, la potencia consumida o el rendimiento. La Hm es máxima con caudal nulo (válvulas cerradas) y baja al aumentar el caudal. El punto de mayor rendimiento es el ÓPTIMO, y en él se fijan el caudal y la presión nominales de la bomba; el CEIS aconseja trabajar entre el 60 y el 120 % de ese punto. Las bombas de bomberos, a diferencia de las industriales de régimen fijo, tienen mando de aceleración (normalmente no pasan de 5000 r.p.m.): por eso no hay una curva de cada tipo sino FAMILIAS de curvas, que suben o bajan según las revoluciones. Es lo que el epígrafe llama leyes de semejanza; el manual del CEIS no da sus fórmulas.

BOMBAS MONOCELULARES Y MULTICELULARES (el manual habla de ETAPAS): cada conjunto rodete-difusor es una etapa, y si la presión no basta el agua pasa a un segundo rodete y las presiones se suman. Una etapa (un impulsor) es para baja carga; dos impulsores en serie, carga media; tres o más, carga alta. La primera etapa da unos 18-20 kg/cm² y con dos se llega a 20-30 kg/cm² o más. Las bombas del servicio suelen tener dos etapas: la de ALTA ronda los 40 atm (gota fina, efecto niebla) con caudales muy inferiores a los de la de BAJA, que no suele pasar de 12-14 atm. Las motobombas portátiles llevan una bomba centrífuga de una sola etapa.

PUNTO DE FUNCIONAMIENTO: la curva de la instalación representa las pérdidas de carga (continuas y locales) según el caudal, más la altura geométrica. Donde se cortan la curva de la bomba y la de la instalación está el punto de funcionamiento: allí la presión que da la bomba iguala a la que pierde la instalación. Para dar más caudal con la misma apertura de lanza se ACELERA la bomba (sube la presión en punta de lanza); si se abre más la lanza, sube el caudal y baja la presión de trabajo. ACOPLAMIENTO: en PARALELO (entradas y salidas unidas) se mantiene la altura manométrica de una bomba y se suman los caudales; en SERIE (la salida de una a la entrada de la siguiente) se mantiene el caudal y se suman las alturas, lo adecuado para impulsiones a gran altura. Las turbobombas también se pueden montar en serie o en paralelo.

ASPIRACIÓN: el agua no sube por la succión, sino empujada por la presión atmosférica exterior. Por eso el máximo teórico es 10,33 m, que nunca se alcanza porque la presión atmosférica baja con la altitud y el tiempo (a 1.000 m son 9,11 m.c.a.), la presión de vapor sube con la temperatura del agua, el vacío no es perfecto y hay pérdidas en mangotes y alcachofa. En la práctica se queda en 7-8 m. Cuando hay que aspirar a más de 8 m, o más lejos de lo que llegan los mangotes, se usa la TURBOBOMBA, movida por el agua que le manda la bomba del vehículo. Las electrobombas sumergibles y la motobomba rana, al trabajar con el cuerpo de bomba sumergido, no necesitan cebado.

CEBADO: la bomba centrífuga da mucha presión en la impulsión pero apenas succiona, así que hay que hacer llegar el agua hasta ella e inundarla antes de arrancar. Sin cebado no funciona y puede averiarse al girar en vacío (el rodete queda sin lubricación ni refrigeración). Solo se lo ahorra cuando el agua está por encima de la bomba. Sistemas: eyector de gases (efecto Venturi con el escape del motor), depresor de vacío (bomba de vacío, normalmente eléctrica), anillo de agua (bomba volumétrica), bombas autocebantes (depósito que llena cuerpo y aspiración) y bomba de pistones. El cebado está hecho cuando el agua toca el rodete; entonces el sistema de cebado se desconecta.

CAVITACIÓN: si la presión baja en algún punto por debajo de la presión de vapor, el agua hierve a temperatura ambiente y forma burbujas que, al llegar a zonas de más presión, implosionan (el agua se ha multiplicado por unas 1700 veces al vaporizarse y vuelve a condensar de golpe). Las presiones locales llegan a 1000 kg/cm², con picaduras, corrosión mecánica de los álabes, ruido de grava y vibraciones que desequilibran el rodete y dañan los rodamientos. Aparece con grandes alturas de aspiración y/o grandes caudales, y a veces por pedir demasiado caudal incluso desde el depósito. Se evita bajando la altura de aspiración o el caudal y aumentando la sección de los mangotes; la altura geométrica máxima de aspiración se fija en 8-8,5 m.

Claves para el examen

• Bomba centrífuga: energía mecánica del motor → energía hidráulica (rodete acelera, difusor/voluta convierte velocidad en presión).
• Hm = altura manométrica (aumento de energía expresado en presión). Rendimiento η = potencia útil / potencia consumida.
• Curva característica: caudal en abscisas; Hm máxima con caudal nulo (válvulas cerradas). Valores nominales = punto de máximo rendimiento.
• Bombas de bomberos: mando de aceleración (normalmente ≤ 5000 r.p.m.) → familias de curvas que suben o bajan con las r.p.m.
• Etapas: 1 impulsor = baja carga; 2 en serie = carga media; 3 o más = carga alta. Alta ≈ 40 atm; baja ≤ 12-14 atm.
• Rodete + eje = rotativos; carcasa (concéntrica o voluta), bocas, cámara de sellado y cebador = estacionarios.
• Punto de funcionamiento = corte de la curva de la bomba con la de la instalación.
• Más caudal con la misma lanza → acelerar (sube la presión en lanza). Más apertura de lanza → más caudal y menos presión.
• Paralelo: misma Hm, se suman caudales. Serie: mismo Q, se suman alturas (impulsiones a gran altura).
• Aspiración: máximo teórico 10,33 m; real 7-8 m. A 1.000 m de altitud, 9,11 m.c.a. Turbobomba si la aspiración supera 8 m.
• Cebado: imprescindible salvo que el agua esté por encima de la bomba. Eyector de gases = Venturi con el escape.
• Cebado hecho cuando el agua toca el rodete → desconectar el cebador.
• Cavitación: vapor ×1700, presiones locales de hasta 1000 kg/cm², ruido de grava. Se evita con menos altura, menos caudal y mangotes más gruesos.

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