Introducción: La Bomba de Agua Manual
Las bombas de mano son un tipo de bomba de desplazamiento positivo operada manualmente. Son comunes en muchas áreas rurales donde no hay redes de agua potable. Las bombas de mano tienen un diseño sencillo y robusto, requieren poco mantenimiento y son fáciles de operar, lo que ha llevado a su amplia utilización en todo el mundo.
Bomba de Mano
Historia de la Bomba de Mano
La invención de la bomba de pistón manual se originó en Europa y data de los 1400s. Durante los siglos siguientes, la mayoría de las aldeas, pueblos y ciudades obtuvieron acceso a un suministro de agua confiable mediante una bomba de mano o un pozo de agua tradicional. Generalmente, las bombas de mano se instalaban sobre pozos de agua existentes, representando una mejora sobre la infraestructura existente más que una nueva forma de infraestructura.
Diagrama de Bomba de Pistón Medieval
Como las bombas de mano a menudo se instalaban cerca del centro de una comunidad para facilitar el acceso a los residentes locales, a menudo se las llamaba ‘bombas parroquiales’; esto se debe a que las iglesias y parroquias eran el punto de encuentro local en la mayoría de las comunidades, por lo que tenía sentido instalar bombas de agua cerca. Otro nombre ampliamente utilizado para este tipo de bomba de pozo es la ‘bomba de jarra’.
Bomba de Mano / Bomba Parroquial / Bomba de Jarra
La contaminación del agua de una bomba de mano (o cualquier fuente de agua de pozo) es posible porque el agua se extrae del subsuelo. El cólera es una de las bacterias que puede propagarse a través del consumo de agua contaminada. John Snow demostró la propagación del cólera a través del agua después de un brote en 1854 en Broad Street, Londres. Sospechando que el agua contaminada era la fuente del brote, retiró el mango de la bomba de agua local y el número de casos de cólera se redujo poco después. Debido a su correcta suposición y al método por el cual llegó a ella, John Snow es hoy considerado el fundador de la Epidemiología (el estudio de cómo ocurren y se propagan las bacterias y los virus).
John Snow – el fundador de la Epidemiología
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Componentes de la Bomba de Mano
Una bomba de mano consta de relativamente pocas partes, que generalmente incluyen las enumeradas a continuación, pero el número y tipo de partes dependen del diseño individual de la bomba.
Entrada de Succión – un tubo largo y hueco que conecta el cilindro de la bomba con el suministro de agua.
Cilindro – un cilindro hueco que encierra el pistón, la válvula de pie y la válvula de pistón.
Descarga – un tubo hueco que permite que el agua fluya desde el cilindro hasta el punto de consumo.
Pistón – un conjunto que permite la instalación de una válvula de no retorno y una jaula de retención.
Varilla de Pistón – una barra de metal sólido que conecta el pistón con el mango/palanca.
Mango/Palanca – se utiliza para dar al operador ventaja mecánica; a veces se llama ‘varilla de fuerza’.
Válvula de Pie – una válvula de no retorno ubicada en la base del cilindro.
Componentes de la Bomba de Mano
Teoría de la Operación de la Bomba de Mano
El propósito de una bomba de pozo operada manualmente es elevar un fluido desde una elevación más baja a una más alta, de manera segura y eficiente. La ventaja mecánica obtenida utilizando el mango/palanca de la bomba de mano depende de la fuerza del usuario y la longitud del mango; esto se puede explicar al observar el cálculo del momento de una fuerza:
Momento = Fuerza x Distancia
M = F.d
Donde:
Momento = efecto de giro de una fuerza alrededor de un punto de pivote.
Fuerza = fuerza aplicada por el operador.
Distancia = distancia desde el punto de pivote.
Mecánica de la Bomba de Mano
Aumentar la longitud del mango aumenta la distancia desde el punto de pivote y, por lo tanto, el momento resultante. Aumentar la fuerza aplicada también aumenta el momento. Observe que es posible aumentar el momento aplicado aumentando la distancia desde el punto de pivote; esto se puede ver con los siguientes dos ejemplos:
Ejemplo 1 – más fuerza aplicada más cerca del punto de pivote.
Fuerza (F) = 10
Distancia (D) = 5
Momento (M) = Fuerza.Distancia
Momento (M) = 10 x 5 = 50
Ejemplo 2 – menos fuerza aplicada más lejos del punto de pivote.
Fuerza (F) = 5
Distancia (D) = 10
Momento (M) = Fuerza.Distancia
Momento (M) = 5 x 10 = 50
Observe que el momento resultante de la fuerza es igual para ambos ejemplos. Se puede ver que un mango más largo proporcionaría una mayor ventaja mecánica si la fuerza se mantiene constante (no se cambia). En términos prácticos, esto significa que un mango más largo permitirá a personas más débiles operar la bomba porque se requiere menos fuerza para lograr un momento de fuerza dado.
Nota – los ejemplos no utilizan unidades, aunque la fuerza generalmente se da en newtons (N), la distancia en metros (m), y el momento en newton metros (Nm). Las unidades utilizadas dependen de si se utilizan unidades estándar (unidades SI) o unidades imperiales (libras, pulgadas, etc.).
Explicación Simple: Cómo Funcionan las Bombas de Mano
El siguiente video es un extracto de nuestro Curso de Video en Línea de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Explicada.
Las bombas de desplazamiento positivo deben ser cebadas antes de que el fluido de proceso pueda ser bombeado. El término ‘cebar’ se refiere a eliminar el aire del sistema para permitir que el fluido de proceso fluya. Al referirse a una bomba de pozo manual, el aire se elimina del sistema y es desplazado por agua.
El agua se introduce en el cilindro cuando se presiona la palanca de la bomba hacia abajo. Presionar la palanca de la bomba hacia abajo hace que el pistón se mueva hacia arriba y la válvula de pie se abra; la válvula de no retorno del pistón está cerrada mientras el pistón se mueve hacia arriba.
Una vez que el pistón ha alcanzado su punto más alto de tránsito, el operador tira de la palanca de la bomba hacia arriba. Tirar de la palanca de la bomba hacia arriba hace que el pistón se mueva hacia abajo y la válvula de pie se cierre; la válvula de no retorno del pistón está abierta mientras el pistón se mueve hacia abajo. El resultado de este movimiento es que el agua desde el lado inferior de la válvula de no retorno del pistón se mueve al lado superior de la válvula de no retorno del pistón. Cuando el pistón se mueve hacia arriba nuevamente, también mueve el agua que ahora está presente en su lado superior hacia arriba.
Repetir este movimiento de empujar y tirar en la palanca de la bomba de mano resulta en que más líquido sea introducido en el cilindro y el nivel de agua dentro del cilindro aumente. A medida que el nivel de agua aumenta, alcanza la altura del tubo de descarga y comienza a fluir fuera de la bomba.
Recursos Adicionales
https://en.wikipedia.org/wiki/Hand_pump
https://innovationdiscoveries.space/water-hand-pump-parts-types-working-principle
https://engineeringinsider.org/water-hand-pump-parts-types-working