Una bomba de refuerzo es una máquina que aumenta la presión de un fluido. Puede usarse con líquidos o gases y los detalles constructivos varían según el fluido. Un refuerzo de gas es similar a un compresor de gas , pero generalmente es un mecanismo más simple que a menudo tiene una sola etapa de compresión y se usa para aumentar la presión de un gas que ya está por encima de la presión ambiental. También se fabrican propulsores de dos etapas. [1] Los impulsores se pueden utilizar para aumentar la presión del gas, transferir gas a alta presión, cargar cilindros de gas y limpiar.
En proyectos de nueva construcción y modernización, se utilizan bombas elevadoras de presión de agua para proporcionar una presión de agua adecuada a los pisos superiores de los edificios de gran altura. La necesidad de una bomba elevadora 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 aprobó la Ley de Agua Limpia . Estos dispositivos pueden provocar una pérdida de 12 PSI y pueden provocar que los fluxómetros de los pisos superiores no funcionen correctamente. Después de que las tuberías han estado en servicio durante un período prolongado, se pueden acumular sarro en las superficies interiores, lo que provocará una caída de presión cuando el agua fluya.
Las bombas de refuerzo para la presión del agua doméstica suelen ser bombas centrífugas sencillas de accionamiento eléctrico con válvula de retención. Pueden ser bombas de velocidad constante que se encienden cuando la presión cae por debajo del punto de ajuste de baja presión y se apagan 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 encienden mediante un interruptor de baja presión normalmente cerrado y se contentarán con funcionar hasta que la presión aumente para abrir el interruptor de alta presión. Realizarán ciclos cada vez que se use suficiente agua para provocar una caída de presión por debajo del punto de ajuste bajo. Un acumulador en la tubería aguas arriba reducirá los ciclos.
Las bombas de velocidad variable utilizan retroalimentación de presión para controlar electrónicamente la velocidad del motor para 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 impulsores en varios niveles para proporcionar una presión aceptablemente constante en todos los pisos. En tal caso, se pueden instalar impulsores independientes en varios niveles, cada uno de los cuales aumenta la presión proporcionada por el siguiente nivel inferior. También es posible aumentar una vez la presión 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.
Los edificios de varios pisos equipados con sistemas de rociadores contra incendios pueden requerir una bomba de refuerzo grande para suministrar suficiente presión y volumen de agua a los pisos superiores en caso de incendio. Estas bombas suelen estar propulsadas 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 auxiliar accionada eléctricamente (llamada "bomba jockey") para mantener las tuberías de rociadores a una presión suficiente, sin necesidad de arrancar el gran motor diésel.
Cualquier sistema de emergencia debe ser probado y mantenido periódicamente para garantizar su confiabilidad. Se debe arrancar y operar un motor diésel para realizar pruebas, y se debe mantener o reemplazar periódicamente 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 mayor que la del suministro de gas disponible, o para proporcionar gas de producción a una presión mayor que la presión de la línea. Ejemplos incluyen:
Las bombas de refuerzo de gas suelen ser compresores de pistón o de émbolo. Un reforzador de una sola etapa y de simple efecto es la configuración más simple y comprende 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, lo que restringe el flujo en una dirección desde el suministro hasta la descarga. Cuando el servomotor 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 cualquier lugar al que esté conectada la manguera de salida. Este flujo se detendrá cuando se iguale la presión, teniendo en cuenta las presiones de apertura de la válvula. [1]
Una vez que se detiene el flujo, se activa el refuerzo y, a medida que el pistón se retira a lo largo del cilindro, aumentando el volumen entre la culata y la corona del pistón, la presión en el cilindro disminuirá y el gas fluirá desde el puerto de entrada. En el ciclo de retorno, el pistón se mueve hacia la culata, 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 saldrá del cilindro a través de la válvula de salida y el puerto.
Siempre quedará algo de gas comprimido 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 sólo después de que haya 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 retirado y el espacio muerto es la "relación de compresión" del servomotor, también denominada "relación de sobrealimentación" en este contexto. La eficiencia del propulsor está relacionada con la relación de compresión, y el gas solo se transferirá mientras la relación de presión entre el suministro y el gas de descarga sea menor que la relación de impulsión, y la tasa de entrega disminuirá a medida que aumenta la relación de presión de entrada a entrega.
La tasa de entrega comienza muy cerca del volumen barrido cuando no hay diferencia de presión y cae constantemente 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 temperatura. El calor lo transporta principalmente el gas comprimido, pero los componentes del propulsor también se calentarán por contacto con el gas caliente. Algunos propulsores se enfrían mediante camisas de agua o aletas externas para aumentar el enfriamiento por convección mediante el aire ambiente, pero es posible que los modelos más pequeños no tengan ninguna instalación de enfriamiento especial. Los sistemas de refrigeración mejorarán la eficiencia, pero su fabricación costará más.
Los impulsores que se utilizarán con oxígeno deben estar fabricados con materiales compatibles con el oxígeno y utilizar lubricantes compatibles con el oxígeno para evitar incendios. [1]
Los propulsores de gas pueden ser accionados por un motor eléctrico , hidráulico , aire a baja o alta presión, o manualmente mediante un sistema de palanca.
Los accionados por aire comprimido suelen ser sistemas de accionamiento lineal, en los que un cilindro neumático impulsa directamente el pistón de compresión, a menudo en una carcasa común, separada por uno o más sellos. Una disposición de accionamiento neumático de alta presión puede utilizar la misma presión que la presión de salida para impulsar el pistón, y una unidad de baja presión utilizará un pistón de mayor diámetro para multiplicar la fuerza aplicada. [1]
Una disposición común para los propulsores accionados por aire a baja presión es que los pistones propulsores estén acoplados directamente con el pistón impulsor, 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 gas impulsado. Un reforzador de acción simple de este tipo tiene un cilindro de refuerzo en un extremo del cilindro de potencia, y un reforzador de doble acción tiene un cilindro de refuerzo en cada extremo del cilindro de potencia, y el vástago del pistón tiene un pistón de accionamiento en el medio y un refuerzo. pistón en cada extremo. [1]
Los impulsores de oxígeno requieren algunas características de diseño que pueden no ser necesarias en impulsores para gases menos reactivos. Es necesario garantizar que el aire de impulsión, que puede no estar lo suficientemente limpio para un contacto seguro con oxígeno a alta presión, no pueda filtrarse a través de los sellos hacia el cilindro de refuerzo, o que el oxígeno a alta presión no pueda filtrarse al 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 sella en cada lado donde pasa a través de este espacio. Cualquier fuga de gas de cualquiera de los cilindros que pase por los sellos del vástago escapa sin causar daño al aire ambiente. [1]
Un caso especial para los propulsores propulsados por gas es cuando el propulsor utiliza el mismo suministro de gas para alimentar el propulsor y el gas que se va a propulsar. Esta disposición desperdicia gas y es más adecuada para su uso para proporcionar pequeñas cantidades de aire a mayor presión donde ya están disponibles grandes cantidades de aire a menor presión. Este sistema a veces se conoce como refuerzo "bootstrap". [1]
Los impulsores eléctricos pueden utilizar un motor de CA monofásico o trifásico. La salida rotacional de alta velocidad del motor debe convertirse en un movimiento alternativo de los pistones de menor velocidad. Una forma de hacerlo (propulsores militares Dräger y rusos KN-3 y KN-4) es conectar el motor a una caja de engranajes de 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 servomotor de doble efecto, ya sea con impulso de una sola etapa mediante cilindros conectados en paralelo con el mismo diámetro, o cilindros de dos etapas de diferentes diámetros conectados en serie. Algunos de estos propulsores permiten desconectar la biela y colocar un par de palancas largas para operación manual en emergencias o cuando no hay energía eléctrica disponible. [1]
Los propulsores manuales se han fabricado 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 parecidos a las bombas de aire de buzo operadas por palanca utilizadas para el estándar inicial. traje de buceo pero con un diámetro 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 resistentes y poco sofisticados (KN-3 y KN-4) para las Fuerzas Armadas soviéticas y ahora los buceadores técnicos utilizan los ejemplares sobrantes, ya que son relativamente económicos y se suministran con un completo kit de herramientas y repuestos. [4]