La Bomba de Anillo

HABLEMOS DE HIDRÁULICA

BOMBAS DE ANILLO DE AGUA

Bomba Godiva FPN, montada en BNP

En esta entrada vamos a ver el funcionamiento de las bombas de aspiración denominadas “de anillo”.

Este tipo de bombas de cebado solemos verlas sobre todo en bombas Godiva FPN que suelen ir montadas en BNP y BNL, aunque se pueden encontrar en otro tipo de vehículos.

¿Por qué se necesita una bomba de cebado?

Como sabéis, la bomba centrífuga está pensada para estar cebada permanentemente por la entrada de agua del tanque del vehículo, ya que no es capaz de succionar agua por sí misma del exterior. Las bombas centrífugas no aspiran, tan sólo proporcionan energía (velocidad y presión) al agua que entra en la voluta. De manera que si pretendemos alimentarnos de una fuente externa necesitamos un sistema adicional que sea capaz de cebar nuestra bomba centrífuga e introduzca agua en la voluta, esto es, una bomba de cebado. A menudo hemos de abastecernos de pantanos, balsas o pozos e incluso el propio mar, y para ello debemos hacer funcionar nuestras bombas de cebado de modo que hagan circular el agua desde el punto de suministro hasta la bomba centrífuga, y una vez alimentado el circuito centrífugo ya podemos prescindir de la bomba de cebado, puesto que la bomba centrífuga ya es capaz de reponer el tanque o alimentar las líneas de ataque al incendio por sí sola.

A pesar de que las bombas centrífugas no sirven para aspirar, si logramos que haya continuidad entre el agua de la fuente de suministro y la voluta (es decir, que los mangotes y la voluta estén llenos de agua), la bomba centrífuga llevará el agua hasta nuestras líneas.

Por tanto, la función de las bombas de cebado es succionar el agua a través de los mangotes y proporcionar esa continuidad de agua entre la voluta, los mangotes y la fuente de suministro, de manera que la bomba centrífuga cree un circuito hidráulico autoalimentado.

¿En qué consiste el sistema de anillo?

La bomba de cebado tipo “anillo de agua”  consiste en una voluta en la que se monta un rodete de paletas de forma excéntrica, es decir, desplazado del centro de la misma, de manera que el exterior de las paletas giran más cerca de una pared de la voluta que de la otra.

Como podemos ver en la figura 1, el funcionamiento consiste en generar cámaras de aire de diferentes tamaños entre las palas del rodete, de manera que el aire pase de estar en una cámara amplia a otra de menor tamaño, con lo cual aumenta su presión y sale al exterior, provocando la entrada de más aire al interior de la voluta, creando con ello la succión.

Veamos un vídeo en el que se muestra este mecanismo de funcionamiento:

La succión provocada  en el colector de admisión provoca una depresión en todo el circuito (voluta de la bomba de anillo, bomba centrífuga y mangote), y a medida que se acaba el aire genera el vacío, disminuye la presión por debajo de la presión atmosférica, generando la succión del agua a través del mangote y llenando todo el sistema.

Cuando entra el agua procedente de los mangotes de aspiración en la voluta de la bomba centrífuga (que se encuentra girando aunque no hubiera agua durante la maniobra de aspiración), aumenta su presión y entra en el “Mecanismo de desacoplamiento de la bomba de anillo”; provocando su desconexión.

¿En qué consiste el mecanismo de desacoplamiento de la bomba de anillo?

La bomba de anillo va instalada sobre un único eje lateral, es decir, la bomba bascula sobre un único eje y se apoya en el mecanismo de desacoplamiento en el lado contrario (Fig. 2).

Además, el eje que mueve el rodete culmina en su parte exterior en una polea que se acopla y se desacopla del eje de transmisión del motor del vehículo hacia la bomba centrífuga.

El mecanismo de desacoplamiento recibe agua de la voluta a través de un conducto presurizador. Cuando entra agua en la voluta procedente de la aspiración, aumenta su presión, el agua entra en el conducto presurizador  y en éste es accionado el pistón de despegue (Fig. 3) que levanta la bomba de anillo, separando la polea de giro de la polea del eje de transmisión, con lo cual deja de girar el rodete y la bomba queda en posición de reposo (Fig. 2)

Figura 2

Figura 3

¿Cómo mantiene el nivel de agua la bomba de anillo?

La bomba de anillo mantiene siempre una cantidad de agua en su interior gracias a que es alimentada por un depósito exterior (Fig. 4).

Figura 4

Cuando la bomba se llena de agua procedente de la aspiración, y antes de que aumente la presión en la voluta de la bomba centrífuga, la bomba de anillo envía toda el agua sobrante a dicho depósito.

Este depósito debe estar siempre lleno de agua para el correcto funcionamiento de la bomba. Y dispone de un conducto de drenaje para que nunca supere cierto nivel.

Por lo tanto en la bomba de anillo veremos dos conductos que la conectan con el depósito (Fig. 5):

• Un conducto por el que la bomba envía el sobrante de agua al depósito, y que está conectado al colector de impulsión de la bomba de anillo.
• Un conducto de suministro por el que recibe agua desde el depósito y que le permite mantener un nivel constante de agua dentro de la bomba.

En el depósito además observaremos que existe un tercer tubo, que es el de drenaje del agua del depósito cuando supera cierto nivel.

Figura 5

¿Cómo se conecta la bomba de anillo?

Ahora que ya hemos visto en qué consiste, veamos cómo entra en funcionamiento.

La bomba en su colector de admisión dispone de una válvula de cebado.

Esta válvula cierra o abre el paso hacia la bomba de anillo dependiendo de que haya o no presión en la voluta de la bomba centrífuga.

Esta válvula va instalada entre la voluta y la bomba de anillo, justo en el comienzo de su colector de admisión.

Cuando no hay agua en la voluta de la bomba centrífuga, esta válvula deja de recibir presión por ese lado, con lo cual abre el paso hacia la bomba de anillo. Una vez que aspiramos, y entra agua en la voluta de la bomba centrífuga, la presión aumenta y cierra el paso hacia la bomba de anillo, de forma que automáticamente abre y cierra el paso de agua (Fig. 6).

Figura 6

A continuación os muestro un despiece que hemos hecho en el parque, para que veáis un poco mejor este sistema en una bomba Godiva.

Vista del sistema de pistón de desacoplamiento y las poleas de giro. Podemos observar que la base del pistón tiene indicios de humedad debido a una fuga

La bomba de anillo bascula sobre un sólo eje

Base del sistema de desacoplamiento. Se aprecia el orificio de entrada de agua para accionar el pistón de elevación

Membrana del mecanismo de elevación del pistón

La membrana se encontraba perforada y se ha tenido que sustituir

Haciendo un repaso de lo que hemos visto podemos establecer la siguiente secuencia de funcionamiento:

• Necesitamos aspirar agua, y nuestra bomba centrífuga se encuentra vacía.
• Conectamos los mangotes a la fuente de suministro (siempre menos de 10 m de altura)
• Cerramos la llave de paso del tanque y el retorno (ya no entra aire procedente del tanque).
• Conectamos la bomba y aceleramos a un régimen de vueltas moderado.
• La válvula de cebado se encuentra en posición off (sin presión procedente de la voluta), con lo cual deja pasar el aire hacia la bomba de anillo.
• El mecanismo de desacoplamiento se encuentra en posición off (con lo cual tampoco recibe presión el pistón de despegue y la polea de la bomba de anillo está en contacto con la polea del eje de la transmisión).
• La bomba de anillo gira, el anillo de agua provoca una diferencia de presiones en las cámaras de aire que quedan entre las paletas de su rodete.
• La diferencia de presiones provoca la succión de aire en todo el circuito, hasta la fuente de suministro de agua.
• Conforme se consume el aire se crea una depresión en el circuito (por debajo de la presión atmosférica) que succiona el agua y llena todo el circuito.
• El rodete de la bomba centrífuga recibe agua y la presuriza.
• La válvula de cebado recibe presión y cierra el paso hacia la bomba de anillo.
• El sistema de desacoplamiento recibe presión y el pistón de despegue es accionado, la bomba de anillo se eleva pivotando sobre su eje, con lo cual las poleas se separan y la bomba queda en posición de reposo.

Esquema de ciclo de funcionamiento

Espero que, a pesar de que los gráficos que he hecho no son muy buenos, al menos este artículo haya despejado las dudas algunos pudieran tener respecto al funcionamiento de este tipo de bombas.

Quiero aprovechar para agradecer la colaboración que me ha prestado el compañero Dani, ingeniero industrial y sargento de bomberos ( www.face2fire.com ), y también a la revista 112 por publicar este artículo.