La bomba Humphrey es una bomba de pistón líquida de gran tamaño alimentada por gas de combustión interna . La bomba fue inventada por H. A. Humphrey y presentada por primera vez en un artículo en 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 recibió 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 solo se construyeron unas pocas bombas, algunas continuaron en servicio hasta la década de 1960. [5]
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La bomba Humphrey consiste en un tubo grande en forma de U, lleno de agua. Un extremo está sellado por un pesado 'cabezal de combustión' de hierro fundido o acero. El cabezal de combustión contiene las válvulas de entrada y escape, la fuente de ignición y resiste la presión de la cámara de combustión. El agua entra en 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 solo tiene que fluir a través de este único conjunto de válvulas: no hay válvulas de salida antirretorno, solo se utiliza la inercia del agua suministrada dentro de la tubería de salida para controlar su flujo. Como no hay válvulas de suministro que se abran y cierren repentinamente, el flujo de agua cambia suavemente, evitando el golpe de ariete y los problemas habituales para este tipo de bomba. [1]
El gas combustible, mezclado con aire, se introduce en la cámara de combustión y luego se enciende mediante una chispa eléctrica. La fuerza del gas en expansión impulsa 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, pero la gran masa de agua en el tubo largo 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, atrayendo aire fresco como un efecto de barrido . 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 versiones de cuatro y dos tiempos de su motor. [5] El diseño de cuatro tiempos requería enclavamientos mecánicos en las válvulas de admisión, de modo que las válvulas de escape y de barrido se abrieran una vez durante el ciclo para permitir el barrido de los gases de escape, pero no durante el ciclo de compresión posterior. También era posible un ciclo de dos tiempos, si se podía lograr un barrido adecuado. El aire atrapado dentro de la cámara de combustión de una bomba Humphrey tiene dos funciones: tanto para la combustión como también como un resorte de aire para mantener la columna de agua oscilante. Como esta acción del resorte implica un gran volumen de aire, en relación con el aire mínimo necesario para la combustión, el aire se enfría fácilmente por debajo de la temperatura de ignición para preencender la siguiente carga. Sin embargo, todavía habría un riesgo de un motor de cuatro tiempos ineficiente , a menos que el barrido sea lo suficientemente efectivo como para barrer los gases de escape anteriores. Esto se hizo utilizando una cámara de combustión alta y delgada de modo que el aire de combustión permaneciera aproximadamente aislado de la mayor parte del aire de la cámara y, por lo tanto, se eliminara primero a través de las válvulas de escape. No había una válvula de aire de eliminación separada. [2]
Varias empresas realizaron una gran cantidad de trabajos experimentales en la versión de dos tiempos del motor Humphrey con la esperanza de mejorar la eficiencia y la densidad de potencia del modelo. Sin embargo, en la práctica, fue imposible evitar que el gas entrante se mezclara con los productos del ciclo de combustión anterior, lo que provocó la pérdida de gas a través de las válvulas de escape. [2]
La única bomba Humphrey de dos tiempos que entró en servicio fue un único ejemplar diseñado por AP Steckel e instalado en el astillero Sun en Pensilvania en 1925. Todas las demás instalaciones comerciales eran del tipo de cuatro 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, no se trata de un ejercicio de ingeniería menor, ya que requiere (en el ejemplo de Cobdogla) varios miles de toneladas de hormigón. [6]
Sin embargo, sus ventajas son: no tiene partes móviles, a excepción de las docenas de válvulas de entrada accionadas por resorte, por lo que requiere poco mantenimiento y es muy confiable. [6] La eficiencia de la bomba Humphrey también era buena para los estándares de la época. La bomba de demostración exhibida 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 combustión de gas contemporáneos para impulsar 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]
En el embalse King George V , cerca de Chingford , en el este de Londres, se instalaron cuatro bombas Humphrey 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. Una quinta bomba, más pequeña, se añadió más tarde. [2] Las bombas fueron construidas por Siemens en sus instalaciones de Stafford, Inglaterra. [5]
En 1914 se instaló una sola bomba de 66" de diámetro en Del Río , Texas. [10] Esta fue construida por Humphrey Gas Pump Co. de Syracuse, NY, que había obtenido la licencia de las patentes de Humphrey. [5]
En 1914 se instaló una sola bomba Humphrey en una planta de tratamiento de aguas residuales en Southend-on-Sea , Inglaterra. 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]
Se instalaron dos bombas, cada una con una capacidad nominal de 1.500.000 galones imperiales (6,8 Ml) por hora [6] (36.000.000 galones imperiales (160 Ml) por día), en Cobdogla , en el río Murray en Australia, a partir de 1923. Estas fueron construidas por William Beardmore and Company en Glasgow y enviadas a Australia para su ensamblaje. [11] [12]
En 1927, la Sun Shipbuilding and Dry Dock Company instaló una bomba Humphrey con un diámetro interior de 36" en Chester (Pensilvania). La bomba se utilizó en operaciones en dique seco y también con fines experimentales. Fue diseñada como un motor de dos tiempos para funcionar en un rango de altura de impulsión de entre 6 y 46 m (20 y 150 pies). El motor se instaló en un cajón de acero de 5,6 m (18 pies 6 pulgadas) de diámetro y 15,25 m (50 pies) de profundidad, aproximadamente 12 m por debajo del río Delaware. Se suministraba aire al motor a esta profundidad a través de un compresor. La bomba se sometió a pruebas de resistencia durante 8 horas al día entre 1925 y 1927 antes de cambiar a 24 horas al día con agua a una altura de impulsión de 45 m (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] La construcción de esta se interrumpió debido al estallido de la Primera Guerra Mundial . Originalmente, se iban a utilizar dieciocho bombas, cada una de las cuales suministraba 100.000.000 de galones por día a una altura de 20 pies. [1] [14] Cada cámara de bomba debía tener 8 pies y 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]
Una bomba similar, la bomba Joy, también fue descrita aproximadamente en la misma época. Esta era mucho más pequeña, alrededor de quince centímetros de diámetro en lugar de seis pies, y también tenía conexiones de tuberías 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 menor eficiencia. Sin embargo, la capacidad de la bomba para funcionar con una elevación de succión de unos pocos pies, en lugar de necesitar estar sumergida como la bomba Humphrey, era una comodidad. Se pensaba que esta bomba tenía alguna aplicación para tareas portátiles o de pequeña escala, donde su conveniencia superaba a la eficiencia. [15]
Las bombas de Chingford fueron reemplazadas por bombas eléctricas en la década de 1960, aunque tres de las bombas permanecen en su lugar. [16]
Las bombas de Cobdogla funcionaron entre 1927 y 1965. En 1985, una de ellas fue restaurada como ejemplar funcional y recibió el premio IMechE Engineering Heritage Award . [17]
La construcción de un modelo funcional de una bomba Humphrey se completó en 2008 y el modelo se exhibió en varias jornadas de puertas abiertas en museos del Reino Unido. [16]
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