Aparatos para la enseñanza de las leyes físicas del siglo XIX

FELIÚ Y PÉREZ, BARTOLOMÉ: Curso elemental de Física experimental y aplicada y nociones de Química Inorgánica

Laboratorio de Física del I.E.S. Ibáñez Martín

BOMBA ASPIRANTE

COLECCIÓN

Mecánica de fluidos

FUNCIONAMIENTO

Su función es elevar líquidos. Todas constan de un cilindro hueco, denominado cuerpo de bomba, que es recorrido con frotamiento suave por un émbolo o pistón, existiendo tubos para la salida o entrada de líquido con sus válvulas correspondientes. La bomba aspirante tiene el cuerpo de bomba a bastante distancia del depósito y un tubo, llamado de aspiración, con su extremo inferior sumergido en el líquido, conectando el cuerpo de bomba y el depósito. Consta de dos válvulas que se abren de abajo a arriba, una en el fondo del cuerpo de bomba y la otra en el émbolo. Si partimos del émbolo situado en la base del cuerpo de bomba, cuando lo elevamos, queda enrarecido el aire del interior y el aire contenido el tubo de aspiración levanta la válvula del fondo del cilindro, con lo que pasa al interior del cuerpo de bomba al mismo tiempo que el líquido del depósito sube por el tubo debido al efecto de la presión atmosférica ejercida sobre la superficie de líquido libre del depósito. Cuando el émbolo desciende, se cierra la válvula que conecta el tubo con el cuerpo de bomba y al comprimirse el aire que queda en el mismo, se abre la válvula del émbolo, permitiendo que ese aire salga al exterior conforme va descendiendo el pistón. Después de ejecutar varias veces la doble carrera de ascenso y descenso del émbolo, y según la longitud del tubo de aspiración llegará a salir por él el líquido. Como la columna de agua que equilibra la presión atmosférica es de alrededor de 10 m, no es posible elevar agua más de esa altura con una bomba hidráulica.

TEORÍA

Consta de dos partes esenciales: el cuerpo  de la bomba ABC (fig.170) con una válvula G en el hueco del émbolo, y el tubo de aspiración  x y con la válvula H, que se abre de abajo para arriba y pone en comunicación el depósito D con el cuerpo de la bomba.  Cuando se eleva el embolo, la válvula G permanece cerrada bajo la presión atmosférica, y la H se levanta, porque produciéndose el vacío en la parte inferior del cuerpo de la bomba, el aire del tubo de aspiración reacciona sobre ella; pero como ha aumentado el volumen del gas, ha disminuido su fuerza elástica, y no existe el equilibrio con la presión atmosférica exterior. El agua del depósito sube en consecuencia a cierta altura, hasta tanto que el peso del líquido, más la tensión del aire del tubo contrarresten a la atmósfera que gravita sobre el depósito. Al descender el émbolo, la válvula H se cierra, la G se abre por la reacción elástica del aire comprimido, y éste pasa a la parte superior del cuerpo de la bomba, y de él al exterior. En cada elevación del émbolo sube el agua a mayor altura, llegando por último a invadir el cuerpo de la bomba; de aquí, al bajar el émbolo pasa a la parte superior P de éste, como representa el grabado, y al tubo de salida. Se demuestra que la presión atmosférica es efectivamente la que impulsa al agua por el tubo de aspiración con el aparatito de la fig 171. Es un recipiente o campana R de cristal donde puede hacerse el vacío; lleva un tubo en comunicación con la bombita aspirante; cuando la campana referida contiene aire, se puede hacer subir el agua de un vaso, pero practicando el vacío, es imposible.

CONDICIONES PARA QUE FUNCIONE

Puesto que la presión atmosférica es la fuerza que hace subir el agua por el tubo de aspiración, es condición indispensable que éste no tenga más de 10,33 metros de longitud, pues tal es la columna de agua que equilibra a la atmósfera por término medio al nivel del mar. Hay más; ni aún con esa longitud podrá subir el agua hasta el cuerpo de bomba: 1º por el mal ajuste de los émbolos, cuyas paredes dejan siempre colar algo de aire; 2º, por el espacio perjudicial. Si el punto donde ha de maniobrar la bomba está sobre el nivel del mar, sabido es que la presión atmosférica vale también menos de 10,33 metros de agua. Todas estas causas influyen poderosamente. al nivel de los mares no da resultados el tubo de aspiración, si excede de 6 u 8 metros de longitud. Una bomba aspirante puede, a pesar de lo dicho, elevar el agua a mucha mayor altura, pero es sobre el émbolo; desde el momento en que el líquido ha llegado a la parte superior de éste, depende la elevación de la fuerza del motor, que, en todo caso, habrá de sostener con dicho objeto el peso de una columna líquida que tenga la base del émbolo y la altura vertical correspondiente al punto a donde haya de remontarse el líquido, contada desde el nivel del depósito. Al efecto suele suele adaptarse sobre la cubierta del cuerpo de bomba rVE (fig 122, parte de arriba), y el aparato se denomina entonces bomba aspirante elevatoria. El juego de la llave r permite dar salida al líquido, bien sea al depósito F, bien a otro más elevado E, según se practica, por ejemplo, en un edificio.

CÁLCULO MATEMÁTICO

Cálculo de la resistencia en la elevación del émbolo. Para levantar el émbolo he de vencerse una resistencia equivalente al peso de una columna de agua que tenga por base la sección del émbolo, y por altura la que hay desde el nivel del depósito hasta el de salida o vertedero. Bastará hallar el valor de la presión que sufre el émbolo en cada una de sus caras. La superior experimenta una presión igual a la atmosférica P y al peso de una columna líquida, cuya base es la sección S del émbolo, y su altura, la que hay desde dicha base al vertedero, que designaremos por A: luego el valor total será P+SA. La base inferior experimenta una presión compuesta de la atmósfera P menos el peso de una columna líquida SA', llamando A' a la altura desde el nivel del depósito hasta la posición del émbolo. Cómo esta presión P-SA' se ejerce en sentido contrario a la primera, o sea, de abajo arriba, la diferencia P+SA-P+SA'=S(A+A') representará el valor de la resistencia vencida, que es la del enunciado. Si el agua no ha llegado al cuerpo de bomba, la presión superior valdrá P solamente; la inferior P-Sa, designando a la altura a donde llega el líquido dentro del tubo. La diferencia será Sa, y esta presión será de abajo arriba.

APLICACIONES

Torricelli empleó la técnica del bombeo para sacar agua de los pozos del Duque de Toscana. 

BIBLIOGRAFÍA

DELGADO, Mª ÁNGELES, LÓPEZ, J. DAMIÁN Y OTROS: La recuperación del material científico de los gabinetes y laboratorios de Física y de Química de los institutos y su aplicación a la práctica docente en secundaria, en XXI Encuentros de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Servicio editorial UPV, 2004, pp.361-380.

FELIÚ Y PÉREZ, BARTOLOMÉ: Curso elemental de Física experimental y aplicada y nociones de Química Inorgánica. Sexta edición. Imprenta de Jaime Jepus, Barcelona, 1886.

GANOT, ADOLPHE: Tratado elemental de física experimental y aplicada y de meteorología. 2º edición. París 187

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