La bomba Humphrey es una gran bomba de pistón líquido alimentada por gas de combustión interna . La bomba fue inventada por HA Humphrey y presentada por primera vez en papel a la Institución de Ingenieros Mecánicos el 19 de noviembre de 1909. [1] [2] [3] Una bomba capaz de bombear 250.000 galones por hora a una altura de 35 pies se exhibió en la Exposición de Bruselas de 1910, donde obtuvo dos Grandes Premios , tanto para motores como para bombas. [4]
Entre 1906 y 1925 se construyó una pequeña cantidad de bombas para su uso en proyectos de suministro de agua a gran escala. [1] [2] Aunque sólo se construyeron unas pocas bombas, algunas continuaron en servicio hasta la década de 1960. [5]
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La bomba de Humphrey consta de un gran tubo en forma de U lleno de agua. Un extremo está sellado por un pesado "cabeza de combustión" de hierro fundido o acero. El cabezal de combustión contiene las válvulas de entrada y de escape, la fuente de ignición y soporta la presión de la cámara de combustión. El agua ingresa a la bomba a través de válvulas de entrada con resorte debajo de la cámara de combustión. Una característica distintiva de la bomba Humphrey, en comparación con otras, es que el agua sólo tiene que fluir a través de este único conjunto de válvulas: no hay válvulas de salida antirretorno, sólo se aprovecha la inercia del agua entregada dentro de la tubería de salida para controlar su flujo. Al no haber válvulas de impulsión que se abren y cierran repentinamente, el caudal de agua cambia suavemente, evitando golpes de ariete y los problemas habituales en este tipo de bombas. [1]
El gas combustible, mezclado con aire, se introduce en la cámara de combustión y luego se dispara mediante una chispa eléctrica. La fuerza del gas en expansión empuja el agua hacia abajo desde la cámara de combustión y la acelera a lo largo del tubo de suministro. Una vez que la presión de la cámara cae a la del agua de entrada, el agua suministrada ya no se acelera sino que la gran masa de agua en la tubería larga continúa fluyendo por su propia inercia. Esto reduce la presión en la cámara por debajo de la atmosférica, lo que hace que las válvulas de entrada de aire y gas se abran, aspirando aire fresco como efecto de eliminación . A medida que el agua comienza a fluir de regreso por la U, esto aumenta la presión de la cámara y hace que las válvulas de escape se abran. [1]
HA Humphrey patentó las versiones de su motor de cuatro y dos tiempos . [5] El diseño de cuatro tiempos requería enclavamientos mecánicos en las válvulas de entrada, de modo que las válvulas de escape y de barrido se abrieran una vez durante el ciclo para permitir el barrido del escape, pero no durante el ciclo de compresión posterior. También era posible un ciclo de dos tiempos, si se podía lograr una evacuación adecuada. El aire atrapado dentro de la cámara de combustión de una bomba Humphrey tiene dos funciones: para la combustión y también como resorte neumático para mantener la columna de agua oscilante. Como esta acción de resorte implica un gran volumen de aire, en relación con el mínimo de aire necesario para la combustión, el aire se enfría fácilmente por debajo de la temperatura de ignición para preencender la siguiente carga. Sin embargo , todavía existiría el riesgo de que el motor de cuatro tiempos fuera ineficiente , a menos que la eliminación sea lo suficientemente efectiva como para eliminar los gases de escape anteriores. Esto se hizo usando una cámara de combustión alta y delgada para que el aire de combustión permaneciera aproximadamente aislado de la mayor parte del aire de la cámara y, por lo tanto, pasara primero a través de las válvulas de escape. No había una válvula de aire de barrido separada. [2]
Varias empresas llevaron a cabo una gran cantidad de trabajo experimental en la versión de dos tiempos del motor Humphrey con la esperanza de mejorar la eficiencia y la densidad de potencia del tipo. Sin embargo, en la práctica era imposible evitar que el gas entrante se mezclara con los productos del ciclo de combustión anterior, lo que provocaba la pérdida de gas a través de las válvulas de escape. [2]
La única bomba Humphrey de 2 tiempos que entró en servicio fue un único ejemplo diseñado por AP Steckel e instalado en el astillero Sun en Pensilvania en 1925. Todas las demás instalaciones comerciales eran del tipo de 4 tiempos. [5]
La principal limitación de la bomba Humphrey es que no tiene capacidad de succión, de hecho debe instalarse en un sumidero seco varios metros por debajo del nivel de suministro. Dado el tamaño físico de la bomba y la necesidad de proteger el equipo contra inundaciones, este no es un pequeño ejercicio de ingeniería, que requiere (en el ejemplo de Cobdogla) varios miles de toneladas de concreto. [6]
Sin embargo, sus ventajas son: al no tener piezas móviles excepto las docenas de válvulas de entrada accionadas por resorte, tiene poco mantenimiento y alta confiabilidad. [6] La eficiencia de la bomba Humphrey también era buena para los estándares de la época. La bomba de demostración expuesta en la exposición de Bruselas fue probada por el profesor WC Unwin en 1909 [5] y se descubrió que requería alrededor de un 33% menos de gas combustible del que se habría consumido si se hubieran utilizado motores de gas contemporáneos que impulsaran bombas que movieran la misma cantidad de agua. a la misma altura. [2]
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Se sabe que se construyeron diez bombas Humphrey para servicio comercial entre 1912 y 1925: [5]
El embalse King George V , cerca de Chingford en el este de Londres, tenía cuatro bombas Humphrey instaladas cuando se construyó la estación de bombeo por primera vez en 1912. [7] [8] [9] Cada bomba era capaz de bombear 40.000.000 de galones de agua por día. Posteriormente se añadió una quinta bomba, más pequeña. [2] Las bombas fueron construidas por Siemens en sus instalaciones de Stafford, Inglaterra. [5]
Se instaló una sola bomba de 66" de diámetro en Del Rio , Texas, en 1914. [10] Fue construida por Humphrey Gas Pump Co. de Syracuse, Nueva York, que había obtenido la licencia de las patentes de Humphrey. [5]
Se instaló una sola bomba Humphrey en una planta de aguas residuales en Southend-on-Sea , Inglaterra, durante 1914. La bomba tenía una altura de 65 pies y una capacidad de 198.000 galones por día. Se iniciaron las obras de construcción de una segunda bomba, pero se cancelaron en 1915. [5]
Dos bombas, cada una con una capacidad de 1.500.000 galones imperiales (6,8 ml) por hora [6] (36.000.000 galones imperiales (160 ml) por día), se instalaron en Cobdogla , en el río Murray en Australia, desde 1923. Fueron construidas por William Beardmore and Company en Glasgow y enviado a Australia para su montaje. [11] [12]
Sun Shipbuilding and Dry Dock Company instaló una bomba Humphrey de 36" de diámetro en Chester, Pensilvania, en 1927. La bomba se utilizó en operaciones en dique seco y también con fines experimentales. Fue diseñada como un motor de 2 tiempos para funcionar en un rango de altura de 20 a 150 pies (6 a 46 m) El motor se instaló en un cajón de acero de 18 pies 6 (5,6 m) de diámetro y 50 pies (15,25 m) de profundidad, a unos 40 pies por debajo del río Delaware. se suministró al motor a esta profundidad a través de un compresor. La bomba se sometió a pruebas de resistencia de 8 horas al día en 1925 - 27 antes de cambiar a 24 horas al día con agua a una altura de 150 pies durante semanas en 1928. [5]
En 1914 también se consideró la construcción de una gran planta de drenaje e irrigación para Egipto. [13] Su construcción se vio interrumpida debido al estallido de la Primera Guerra Mundial . Originalmente iba a utilizar dieciocho bombas, cada una de las cuales entregaría 100.000.000 de galones por día a una altura de 20 pies. [1] [14] Cada cámara de bomba debía tener 8 pies 8 pulgadas de diámetro y 14 pies de alto. La construcción final habría utilizado diez bombas, cinco de Beardmore y cinco de la división italiana de Brown Boveri . [13]
Aproximadamente al mismo tiempo también se describió una bomba similar, la bomba Joy. Era mucho más pequeño, alrededor de seis pulgadas de diámetro en lugar de seis pies, y también tenía conexiones de tubería de agua mucho más pequeñas. Esta masa de agua reducida también redujo la relación de compresión disponible en la cámara de combustión, lo que llevó a una eficiencia reducida. Sin embargo, la capacidad de la bomba para funcionar con una altura de succión de unos pocos pies, en lugar de tener que sumergirse como la bomba Humphrey, fue una conveniencia. Se pensaba que esta bomba tenía alguna aplicación para tareas portátiles o de pequeña escala, donde su conveniencia superaba la eficiencia. [15]
Las bombas Chingford fueron reemplazadas por bombas eléctricas en la década de 1960, aunque tres de las bombas permanecen in situ. [dieciséis]
Las bombas de Cobdogla funcionaron desde 1927 hasta 1965. En 1985, una fue restaurada como modelo funcional y recibió el Premio IMechE Engineering Heritage . [17]
La construcción de un modelo funcional de una bomba Humphrey se completó en 2008 y el modelo se demostró en varias jornadas de puertas abiertas en museos del Reino Unido. [dieciséis]
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