Bomba de pistón

Una bomba de pistón mueve el agua con un émbolo que se desliza dentro de un cilindro, entre dos válvulas que solo la dejan pasar en un sentido. La bomba impelente se atribuye a Ctesibio de Alejandría, en el siglo III a. C.; la bomba aspirante, que sube el agua desde abajo, se extendió por Europa a finales de la Edad Media y acabó en los pozos de pueblos de todo el mundo.

Qué es

Una bomba de pistón mueve el agua con un émbolo que sube y baja dentro de un tubo, entre dos válvulas que solo se abren en un sentido. Desde hace más de dos mil años, estas bombas desaguan minas, alimentan fuentes, apagan incendios y sacan agua de los pozos.

La bomba aspirante, también llamada elevadora, está por encima del agua y la hace subir por un tubo. La bomba impelente está dentro del agua, o por debajo de su salida, y expulsa el agua a presión. La lámina muestra una bomba aspirante del siglo XIX sobre un pozo de pueblo tapado.

Cómo funciona

Al subir, el agua de arriba mantiene cerrada la tapa; al bajar, la tapa se levanta y el agua atraviesa el pistón.

En el fondo del cilindro está la válvula de pie, una tapa de cuero o de caucho que se levanta para dejar entrar el agua y vuelve a caer sobre su asiento. El pistón lleva una segunda tapa sobre unos orificios que lo atraviesan, y una copa de cuero en su borde. La copa se abre hacia arriba, de modo que el agua que tiene encima la aprieta contra la pared.

Cuando la palanca sube el pistón, su válvula sigue cerrada y el agua que lleva encima sube hasta el caño. Debajo del pistón baja la presión, y el aire que pesa sobre la superficie del pozo empuja el agua por el tubo de aspiración y a través de la válvula de pie. Al bajar, la válvula de pie se cierra, la del pistón se abre y el pistón atraviesa el agua.

En el lado de aspiración trabaja la atmósfera, y su empuje tiene un límite. Al nivel del mar, el peso del aire equilibra una columna de agua de unos 10,3 metros, o de 76 centímetros de mercurio. Fugas, rozamiento y agua que hierve a baja presión limitan una bomba de mano a unos 7 metros, menos en la montaña.

Una bomba impelente expulsa el agua por una válvula de descarga, tan alto como lo permitan la fuerza aplicada y los tubos. Las bombas manuales de pozo profundo bajan el cilindro por debajo del nivel del agua y mueven el pistón con una varilla larga, de modo que la aspiración ya no fija el límite. Dos cilindros alternos, o un pistón de doble efecto que impulsa en ambas carreras, igualan el caudal, y una cámara de aire en la salida, donde el aire encerrado se comprime y se expande, convierte los golpes en un chorro continuo.

Cómo construirla

Con tubo de plástico se hace una pequeña bomba aspirante para un pozo poco profundo o un depósito de lluvia. El agua debe quedar a menos de unos 6 metros bajo el cilindro, mejor a 3 o 4.

Cilindro. Fije en vertical de 60 a 80 cm de tubo de PVC liso de unos 50 mm de diámetro, con una T cerca de la parte alta como caño. Un tubo más fino baja desde su base hasta el agua. Todas las uniones por debajo del pistón deben ser herméticas al aire.

Válvula de pie. Cierre el fondo del cilindro con un tapón con un agujero de unos 2 cm. Ponga encima un disco de cuero o de cámara de bicicleta, atornillado por un borde a modo de bisagra y con una arandela como lastre.

Pistón. Corte un tapón de madera dura o de plástico algo más pequeño que el diámetro interior, perfórelo y cubra los agujeros con una tapa igual. Debajo, sujete una copa de cuero grueso o de caucho con el borde vuelto hacia arriba y el centro recortado para que los agujeros queden libres. Remoje el cuero antes de montarlo. Una varilla une el pistón con una palanca de un metro, articulada en un poste.

Cebar y mantener. Vierta un vaso de agua limpia en el cilindro para mojar la copa y sellar las válvulas, y empiece a bombear. Si la bomba se vacía durante la noche, revise primero la válvula de pie.

Seguridad. No deje nunca un pozo abierto: tápelo con una losa o una tapa que aguante a un adulto y mantenga alejados a los niños. No baje nunca a un pozo, donde al aire le puede faltar oxígeno. No acerque los dedos a la articulación. Selle el paso del tubo, incline el suelo hacia fuera y aleje letrinas y animales. Cebe solo con agua potable, porque acaba en el pozo. El cuero, la cámara de bicicleta y el plástico corriente no están hechos para agua de consumo: use esta bomba para riego o limpieza, o constrúyala entera con piezas certificadas para agua potable. No beba agua de un pozo hasta que un análisis la declare segura; hervirla mata los gérmenes, pero no elimina los productos químicos.

Historia y evolución

La bomba de Ctesibio según la describe Vitruvio: dos cilindros de bronce que trabajan por turnos y alimentan un solo tubo vertical.

La bomba impelente se atribuye a Ctesibio, ingeniero en Alejandría hacia el 270 a. C. Vitruvio describió sus cilindros de bronce y sus válvulas hacia el 25 a. C. Un inventario de Richard Stein de 2007 cuenta trece bombas romanas de metal, casi todas de bronce, y dieciocho de madera de roble, halladas en su mayoría en pozos; la de Silchester está en el museo de Reading.

Hacia 1206, al-Yazarí describió una bomba movida por una rueda hidráulica, con dos pistones opuestos y verdaderos tubos de aspiración. Las bombas aspirantes llegaron a las minas europeas a finales de la Edad Media. En 1556, Georgius Agricola describió juegos de tres bombas escalonadas, cada una con unos siete metros de tubo, que subían el agua de depósito en depósito.

En 1638, Galileo contó que ninguna bomba aspirante podía elevar el agua más de dieciocho brazas florentinas, unos 10,5 metros, y creyó que la columna se rompía por su propio peso. Su discípulo Torricelli halló la causa en 1644 (algunos relatos dicen 1643): en un tubo de vidrio, el mercurio se mantiene a unos 76 cm, sostenido por el peso del aire. En 1648, a petición de Pascal, su cuñado subió el tubo al Puy de Dôme, donde el mercurio quedó unos 8,5 cm más bajo.

Una bomba de incendios del tipo de Newsham: dos bombas movidas por largos brazos y una cámara de aire que mantiene el chorro constante.

En Londres, Richard Newsham patentó en 1721 una bomba de incendios cuyas dos bombas alimentaban una cámara de aire, lo que daba un chorro continuo. Para las minas, Thomas Newcomen había construido ya en 1712, cerca de Dudley, su primera máquina de vapor, que movía sus bombas. En la India, un estudio de UNICEF halló en 1974 que tres de cada cuatro pozos perforados en los siete años anteriores no daban agua. UNICEF, el Gobierno y la empresa Richardson and Cruddas crearon entonces la India Mark II, con el cilindro dentro del pozo, capaz de sacar agua de 50 metros. Hay millones en uso, y se exporta a más de 40 países.