El objeto técnico de esta solicitud es una bomba de tipo rotodinámico, sin aspas ni sellos mecánicos en que los conductos de admisión y de egreso giran solidariamente y cuyos ejes longitudinales forman un ángulo distinto de cero. La bomba se caracteriza porque el fluido sigue una trayectoria del tipo cónico- helicoidal al pasar por el impulsor. La bomba es adecuada para usarse con fluidos corrosivos, fluidos abrasivos, fluidos que contengan sólidos, o aquéllos fluidos que debido a su naturaleza propia o debido a la naturaleza o tamaño de las estructuras o sustancias que transporta, no sea posible o conveniente hacer pasar por las aspas del impulsor de una bomba centrífuga con aspas o por una bomba axial. También es aplicable a: i) Fluidos con altas exigencias higiénicas; ii) Fluidos en los que se quiera realizar transferencia de calor desde o hacia el fluido al mismo tiempo que es bombeado; iii) Aspersión de fluidos tanto para el control de incendios como para el riego de cultivos; iv) Fluidos con gran cantidad de gases disueltos o arrastrados.

Estado de la Técnica

Las bombas del tipo rotodinámico sin aspas, se basan en la transferencia de movimiento hacia el fluido desde uno o más discos giratorios, debido al arrastre viscoso. La patente originaria de este tipo de bombas corresponde a la US Patent No. 1.061.142 de 1913 a nombre de Nikola Tesla. Variaciones de esta máquina se encuentran en varias patentes, por ejemplo US Patent No. 4.025.225 de 1977 a nombre de Donald Durant y US Patent No. 7.097.416 de 2006 a nombre de Max Gurth. Estas bombas necesitan sellos mecánicos, su desempeño es altamente dependiente de la viscosidad del fluido y una parte considerable de la energía provista se disipa en forma de calor y turbulencia. Otros problemas de este tipo de bombas son las fallas de sellos mecánicos y la imposibilidad de impulsar sustancias que no resistan la gradiente de velocidad generada por el impulsor, ni sólidos de mayor tamaño que la separación entre discos. Además, los discos están sometidos a la erosión producto del deslizamiento con el fluido y sus partículas. Por estos motivos este tipo de máquinas no se han popularizado, siendo su uso mucho menor que el de las bombas de desplazamiento positivo y el de las bombas con impulsores de álabes. i El dispositivo propuesto consiste en uno o varios conductos inclinados [7] que giran en torno a un eje vertical. Este eje vertical pasa por el extremo inferior de los conductos inclinados formando con ellos un ángulo "a" [8]. El giro se produce por acción de una fuente motriz [2] aplicada en forma directa o por medio de un sistema de transmisión al conjunto de conductos inclinados [7]. En operación normal el fluido sube por un conducto de admisión [6] y por los conductos inclinados [7] como consecuencia de la aceleración centrífuga en un movimiento cuya componente principal es a lo largo del eje longitudinal de los mismos. En el extremo superior del conducto inclinado [7], el fluido es descargado a presión atmosférica en un recolector, habiendo ganado principalmente energía potencial. Un modo de operación alternativo de la bomba es aquel en el cual el ángulo de los conductos inclinados [7] y la velocidad de rotación se escogen para maximizar la ganancia de energía cinética del fluido. Este modo de operación es apropiado para la aspersión de fluido.

Las ventajas que presenta el dispositivo propuesto radican en la posibilidad de alcanzar una mayor eficiencia energética en ciertas combinaciones de caudal y altura ganada en comparación con las bombas existentes, en el aumento de la disponibilidad y confiabilidad asociada a la ausencia de sellos mecánicos, en la posibilidad de operación prolongada sin degradación del desempeño, en la simplicidad de construcción reduciéndose los costos de fabricación y mantenimiento, en la posibilidad de impulsar fluidos que contengan objetos frágiles, de gran tamaño y/o grandes cantidades de gases arrastrados o disueltos y en la posibilidad de mantener altas exigencias higiénicas debido a la ausencia de esquinas o bordes en el recorrido del fluido.

Breve Descripción de las Figuras

Figura 1: Muestra una vista de la elevación de la bomba, configurada para su uso como elevadora de fluido, lo cual implica la instalación de una carcasa de recolección [4] en la parte superior.

Figura 2: Muestra una vista de elevación de la bomba, configurada para su uso en la aspersión de fluidos, para lo cual se usan boquillas aspersoras [17] en el extremo de los conductos inclinados y un sistema aerodinámico para la compensación del desbalance producido durante la operación cíclica. Contiene indicación de los cortes A-B y C-D que dan origen a las figuras 3 y 4, respectivamente. Figura 3. Detalle del mecanismo de accionamiento de las superficies aerodinámicas (Corte A-B de la Figura 2).

Figura 4: Detalle de montaje del sensor de proximidad y sistema de provisión de energía (Corte C-D de la Figura 2).

Figura 5. Control de la bomba por medio de la regulación del ángulo entre los conductos inclinados y el conducto de admisión.

Figura 6. Muestra una vista de elevación de la bomba sin un conducto de admisión vertical.

Descripción Detallada de la Invención La bomba (Figura 1) consta de un conjunto impulsor [6 y 7], una estructura de soporte [1], una fuente motriz [2] con un medio de transmisión de potencia [3], una carcasa de recolección [4] y una válvula del tipo anti-retorno [5]. El conjunto impulsor [6 y 7] consta de un conducto de admisión vertical [6] cuya existencia no es indispensable según se explica más adelante, y al menos un conducto inclinado [7] un ángulo "a" [8] distinto de cero respecto de la vertical tal que permite la aparición de una aceleración centrífuga sobre el fluido capaz de vencer la aceleración de la gravedad cuando el conjunto impulsor [6 y 7] se encuentra girando con una velocidad angular "w" [9]. A lo largo de los conductos inclinados el fluido describe una trayectoria del tipo cónico- helicoidal. El conducto de admisión [6] cuenta con una tapa [10] que dirige el flujo hacia los conductos inclinados [7]. La continuación del conducto de admisión [11] sobre esta tapa [10] permite dar soporte a tantas barras de refuerzo [12] como sea necesario para sostener los conductos inclinados [7] y la carcasa de recolección [4]. En la parte baja del conducto de admisión [6] se hallan dos descansos o rodamientos inferiores [13] que se encuentran unidos a la estructura de soporte [1] y permiten mantener el conjunto impulsor [6 y 7] en su lugar. La fuente motriz [2], permite al conjunto impulsor girar por medio de un acople directo o a través de elementos de transmisión de potencia mecánica [3], por ejemplo una o varias correas, cadenas o ejes, y según sea necesario, reducciones o amplificaciones de la velocidad angular.

Para la recolección del fluido a una altura mayor a la que se encontraba originalmente, en la parte superior del conjunto impulsor se ubica la carcasa de recolección [4], unida a este mediante uno o más descansos o rodamientos superiores [14] tales que permitan a la carcasa mantenerse detenida mientras el conjunto impulsor [6 y 7] gira. El torque transmitido por el conjunto impulsor [6 y 7] a la carcasa de recolección [4] debido a la fricción del o de los rodamientos o descansos superiores [14], es anulado mediante el tubo de evacuación [15], que permite también la salida del fluido desde la carcasa de recolección [4]. Se dispone de un sistema de cebado consistente en una bomba [16] capaz de impulsar fluido a través de un conducto permitiendo el llenado inicial de los conductos inclinados [7] mientras el conjunto impulsor [6 y 7] está detenido y cerrada la válvula tipo anti-retorno [5] ubicada en el conducto de admisión [6]. Esta válvula permanece cerrada hasta que el conjunto impulsor alcanza la velocidad angular que equilibra las aceleraciones centrífugas con el peso del fluido, momento en el cual el déficit de presión del fluido que se encuentra girando vence la fuerza que mantiene la válvula cerrada.

En el caso de operar la bomba para la aspersión de fluido, en lugar de la carcasa de recolección [4] se dispone de boquillas aspersoras [17] en los extremos superiores de los conductos inclinados [7] (Figura 2), a través de las cuales el fluido será expulsado siguiendo una gradiente de presión. Con el propósito de dirigir la aspersión a ciertos sectores del recorrido angular de los conductos secundarios, se cuenta con válvulas de acción cíclica [18] que permiten regular el flujo que sale por las boquillas aspersoras [17]. Estas válvulas de acción cíclica [18] serán gobernadas por un sistema de control basado en un controlador electrónico [19]. Este controlador electrónico [19] se ubicará sobre la tapa [10] ubicada en el extremo superior del conducto de admisión [6] y determinará el estado de las válvulas de acción cíclica [18] en función de la posición a lo largo del recorrido angular del conjunto impulsor [6 y 7]. El controlador electrónico [19] se abastece de energía desde una batería [20] que también se ubica sobre la tapa [10] del conducto de admisión [6]. A su vez la batería [20] se mantiene cargada gracias a la acción de un regulador de carga [21], un rectificador CA-CC [22] y un alternador [23] que giran solidariamente al conjunto impulsor [6 y 7]. El alternador [23] es accionado por una rueda motriz [24] que está en contacto con un anillo estático [25] que se encuentra adosado a la estructura de soporte [1] (Figuras 2 y 4). El desbalance producido por la variación de la fuerza de reacción del fluido sobre el conjunto impulsor [6 y 7] durante la operación cíclica, será contrarrestado por la fuerza ejercida por unas superficies aerodinámicas [26] cuyo ángulo de ataque será variable y controlado por el controlador electrónico [19] mediante motores eléctricos de paso [27] cuyos ejes motrices [34] serán solidarios a las superficies aerodinámicas [26] (Figura 3).

Para enviar las señales de apertura y cierre a las válvulas de acción cíclica [18] y determinar el ángulo de paso de las superficies aerodinámicas [26], el sistema de control de las válvulas de acción cíclica determina la velocidad angular del conjunto impulsor y la posición angular de los conductos inclinados [7]. Para esto se dispone de un sensor de proximidad [28] adosado al conducto de admisión [6] y al menos un elemento detectable [29] adosado al anillo estático [25] (Figura 4).

Tanto el control cíclico para dirigir la descarga de fluido a ciertos sectores durante la operación de la bomba en el modo de aspersión, como el caudal y la ganancia de altura del fluido durante la operación en el modo de elevación de fluido, pueden efectuarse variando el ángulo "a" [8] que se forma entre el eje longitudinal del conducto de admisión [6] y el eje longitudinal de los conductos inclinados [7]. Un acople flexible [30] entre estos conductos más unas barras de refuerzo que permitan variar la distancia "L" [31] (Figura 5) junto con un medio de ejercer fuerza sobre los conductos inclinados [7], constituyen una configuración alternativa de la invención propuesta. La fuerza necesaria para variar el ángulo "a" proviene de medios mecánicos, por ejemplo actuadores lineales [32] con acoples de muñón [33], o superficies aerodinámicas con ángulo de paso variable. El control de dichos elementos es efectuado por el controlador electrónico de la bomba [19].

En el caso de no existir el conducto de admisión [6], el extremo inferior del conducto inclinado [7] deberá estar sumergido en el fluido y tener adosada la válvula anti-retorno [5] que permite el cebado (Figura 6). El movimiento giratorio [9] del conducto inclinado [7] proviene de un eje motriz [35] en cuyo extremo inferior se halla una toma [36] que sostiene al conducto inclinado [7] en un ángulo "a" [8] respecto a la vertical.