Una bomba de refuerzo es una máquina que aumenta la presión de un fluido. Puede utilizarse con líquidos o gases, y los detalles de construcción varían según el fluido. Un amplificador de gas es similar a un compresor de gas , pero generalmente es un mecanismo más simple que a menudo tiene solo una etapa de compresión y se utiliza para aumentar la presión de un gas que ya está por encima de la presión ambiental. También se fabrican amplificadores de dos etapas. [1] Los amplificadores se pueden utilizar para aumentar la presión del gas, transferir gas a alta presión, cargar cilindros de gas y barrer.
En los proyectos de nueva construcción y modernización, se utilizan bombas de refuerzo de presión de agua para proporcionar la presión de agua adecuada a los pisos superiores de los edificios de gran altura. La necesidad de una bomba de refuerzo de presión de agua también puede surgir después de la instalación de un dispositivo de prevención de reflujo (BFP), que actualmente es obligatorio en muchos municipios [ ¿dónde? ] para proteger los suministros públicos de agua de los contaminantes dentro de un edificio que ingresan al suministro público de agua. El uso de BFP comenzó después de que se aprobara la Ley de Agua Limpia . Estos dispositivos pueden causar una pérdida de 12 PSI y pueden hacer que los fluxómetros en los pisos superiores no funcionen correctamente. Después de que las tuberías hayan estado en servicio durante un período prolongado, se pueden acumular sarro en las superficies internas que provocarán una caída de presión cuando fluya el agua.
Las bombas de refuerzo para la presión del agua doméstica suelen ser bombas centrífugas simples accionadas eléctricamente con una válvula antirretorno. Pueden ser bombas de velocidad constante que se activan cuando la presión cae por debajo del punto de ajuste de presión baja y se desactivan cuando la presión alcanza el punto de ajuste alto, o bombas de velocidad variable que se controlan para mantener una presión de salida constante.
Las bombas de velocidad constante se activan mediante un interruptor de baja presión normalmente cerrado y funcionarán hasta que la presión aumente para abrir el interruptor de alta presión. Se activarán cuando se utilice suficiente agua para provocar una caída de presión por debajo del punto de ajuste bajo. Un acumulador en la tubería ascendente reducirá los ciclos.
Las bombas de velocidad variable utilizan retroalimentación de presión para controlar electrónicamente la velocidad del motor y mantener una presión de descarga razonablemente constante. La mayoría de las aplicaciones funcionan con corriente alterna y utilizan un inversor para controlar la velocidad del motor.
Las instalaciones que suministran agua a edificios de gran altura pueden necesitar amplificadores en varios niveles para proporcionar una presión aceptablemente constante en todos los pisos. En tal caso, se pueden instalar amplificadores independientes en varios niveles, cada uno de los cuales aumenta la presión proporcionada por el nivel inmediatamente inferior. También es posible aumentar una vez la presión hasta la máxima requerida y luego utilizar un reductor de presión en cada nivel. Este método se utilizaría si hay un tanque de retención en el techo con alimentación por gravedad al sistema de suministro. [2]
Los edificios de varios pisos equipados con sistemas de rociadores contra incendios pueden requerir una bomba de refuerzo de gran tamaño para suministrar suficiente presión y volumen de agua a los pisos superiores en caso de incendio. Estas bombas suelen estar accionadas por un motor diésel dedicado a este fin. El motor necesita un tanque de combustible y un controlador automático que pondrá en marcha la bomba de refuerzo cuando sea necesario. A menudo se incluye en el sistema una pequeña bomba de refuerzo eléctrica auxiliar (llamada "bomba jockey") para mantener las tuberías de los rociadores a una presión suficiente, sin necesidad de poner en marcha el gran motor diésel.
Todo sistema de emergencia debe someterse a pruebas y mantenimiento periódicos para garantizar su fiabilidad. Es necesario poner en marcha y hacer funcionar un motor diésel para realizar pruebas, y se debe realizar el mantenimiento o el reemplazo periódico de un banco de baterías para el motor de arranque. En los últimos años, se puede sustituir el motor diésel por una bomba eléctrica más grande con una batería de respaldo sustancial , lo que reduce, pero no elimina, la necesidad de mantenimiento.
El aumento de presión de gas se puede utilizar para llenar cilindros de almacenamiento a una presión más alta que la del suministro de gas disponible, o para proporcionar gas de producción a una presión más alta que la presión de la línea. Algunos ejemplos incluyen:
Las bombas de refuerzo de gas suelen ser compresores de pistón o de émbolo. Un compresor de una sola etapa y de simple efecto es la configuración más sencilla y consta de un cilindro, diseñado para soportar las presiones de funcionamiento, con un pistón que se mueve hacia adelante y hacia atrás dentro del cilindro. La culata está equipada con puertos de suministro y descarga, a los que se conectan las mangueras o tuberías de suministro y descarga, con una válvula antirretorno en cada uno, que restringe el flujo en una dirección desde el suministro hasta la descarga. Cuando el compresor está inactivo y el pistón está estacionario, el gas fluirá desde la manguera de entrada, a través de la válvula de entrada, hacia el espacio entre la culata y el pistón. Si la presión en la manguera de salida es menor, fluirá hacia afuera y hacia donde esté conectada la manguera de salida. Este flujo se detendrá cuando la presión se iguale, teniendo en cuenta las presiones de apertura de la válvula. [1]
Una vez que el flujo se ha detenido, se pone en marcha el amplificador y, a medida que el pistón se retira a lo largo del cilindro, aumentando el volumen entre la cabeza del cilindro y la corona del pistón, la presión en el cilindro disminuirá y el gas fluirá hacia adentro desde el puerto de entrada. En el ciclo de retorno, el pistón se mueve hacia la cabeza del cilindro, disminuyendo el volumen del espacio y comprimiendo el gas hasta que la presión es suficiente para superar la presión en la línea de salida y la presión de apertura de la válvula de salida. En ese punto, el gas fluirá fuera del cilindro a través de la válvula de salida y el puerto.
Siempre habrá algo de gas comprimido restante en los espacios del cilindro y de la culata en la parte superior de la carrera. El gas en este "espacio muerto" se expandirá durante la siguiente carrera de inducción y solo después de haber caído por debajo de la presión del gas de suministro, fluirá más gas de suministro hacia el cilindro. La relación entre el volumen del espacio del cilindro con el pistón completamente retraído y el espacio muerto es la "relación de compresión" del amplificador, también denominada "relación de refuerzo" en este contexto. La eficiencia del amplificador está relacionada con la relación de compresión y el gas solo se transferirá mientras la relación de presión entre el gas de suministro y el de descarga sea menor que la relación de refuerzo, y el caudal de suministro disminuirá a medida que aumente la relación de presión de entrada a suministro.
El caudal comienza muy cerca del volumen barrido cuando no hay diferencia de presión, y disminuye de manera constante hasta que no hay transferencia efectiva cuando la relación de presión alcanza la relación de impulso máxima. [1]
La compresión del gas provocará un aumento de la temperatura. El calor se transmite principalmente por el gas comprimido, pero los componentes del propulsor también se calientan por el contacto con el gas caliente. Algunos propulsores se enfrían mediante camisas de agua o aletas externas para aumentar la refrigeración por convección con el aire ambiente, pero los modelos más pequeños pueden no tener ningún sistema de refrigeración especial. Los sistemas de refrigeración mejorarán la eficiencia, pero su fabricación costará más.
Los amplificadores que se utilicen con oxígeno deben estar hechos de materiales compatibles con el oxígeno y utilizar lubricantes compatibles con el oxígeno para evitar incendios. [1]
Los amplificadores de gas pueden ser accionados por un motor eléctrico , hidráulico , por aire a baja o alta presión, o manualmente mediante un sistema de palanca.
Los sistemas accionados por aire comprimido suelen ser sistemas de accionamiento lineal, en los que un cilindro neumático acciona directamente el pistón de compresión, a menudo en una carcasa común, separados por uno o más sellos. Un sistema de accionamiento neumático de alta presión puede utilizar la misma presión que la presión de salida para accionar el pistón, y un sistema de accionamiento de baja presión utilizará un pistón de mayor diámetro para multiplicar la fuerza aplicada. [1]
Una disposición habitual para los propulsores de aire de baja presión es que los pistones del propulsor estén acoplados directamente con el pistón de accionamiento, en la misma línea central. El cilindro de baja presión tiene una sección considerablemente mayor que los cilindros de alta presión, en proporción a la relación de presión entre el gas propulsor y el propulsor. Un propulsor de acción simple de este tipo tiene un cilindro propulsor en un extremo del cilindro de potencia, y un propulsor de acción doble tiene un cilindro propulsor en cada extremo del cilindro de potencia, y el vástago del pistón tiene un pistón de accionamiento en el medio y un pistón propulsor en cada extremo. [1]
Los propulsores de oxígeno requieren algunas características de diseño que pueden no ser necesarias en los propulsores para gases menos reactivos. Es necesario garantizar que el aire de impulsión, que puede no estar lo suficientemente limpio para un contacto seguro con el oxígeno a alta presión, no pueda filtrarse más allá de los sellos hacia el cilindro del propulsor, o que el oxígeno a alta presión no pueda filtrarse hacia el cilindro de impulsión. Esto se puede hacer proporcionando un espacio entre el cilindro de baja presión y el cilindro de alta presión que se ventile a la atmósfera, y el vástago del pistón se selle en cada lado donde pasa a través de este espacio. Cualquier fuga de gas de cualquiera de los cilindros más allá de los sellos del vástago se escapa sin causar daños al aire ambiente. [1]
Un caso especial de los propulsores a gas es aquel en el que el propulsor utiliza el mismo suministro de gas para alimentar el propulsor y el gas que se va a impulsar. Este sistema desperdicia gas y es más adecuado para proporcionar pequeñas cantidades de aire a mayor presión cuando ya hay disponibles grandes cantidades de aire a menor presión. Este sistema a veces se conoce como propulsor "bootstrap". [1]
Los propulsores eléctricos pueden utilizar un motor de corriente alterna monofásica o trifásica. La salida rotatoria de alta velocidad del motor debe convertirse en un movimiento alternativo de los pistones a menor velocidad. Una forma de hacerlo (Dräger y los propulsores militares rusos KN-3 y KN-4) es conectar el motor a una caja de engranajes con transmisión por tornillo sin fin con un eje de salida excéntrico que impulsa una biela que impulsa el pistón de doble extremo a través de un muñón central. Este sistema es muy adecuado para un propulsor de doble efecto, ya sea con un propulsor de una etapa mediante cilindros conectados en paralelo con el mismo diámetro interior, o cilindros de dos etapas de diferentes diámetros interiores conectados en serie. Algunos de estos propulsores permiten desconectar la biela y colocar un par de palancas largas para la operación manual en emergencias o cuando no hay energía eléctrica disponible. [1]
Se han fabricado amplificadores manuales con la configuración descrita anteriormente, ya sea con una sola palanca vertical o con una palanca horizontal de doble extremo estilo balancín, y también con dos cilindros paralelos montados verticalmente, muy similares a las bombas de aire de buzo operadas por palanca utilizadas para el primer traje de buceo estándar , pero con un diámetro interior mucho más pequeño para permitir que dos operadores generen altas presiones. [1]
Los propulsores de gas de alta presión son fabricados por Haskel, MPS Technology, Dräger, Gas Compression Systems y otros. Se fabricaron modelos robustos y sencillos (KN-3 y KN-4) para las Fuerzas Armadas Soviéticas y los ejemplos sobrantes son utilizados actualmente por buceadores técnicos , ya que son relativamente económicos y se suministran con un completo kit de repuestos y herramientas. [5]