Bomba de chorro

Una bomba de chorro mueve un fluido por medio de otro: un chorro rápido de agua, vapor o aire sale de una tobera y arrastra consigo el fluido que lo rodea, sin pistón, rueda ni válvula. La descripción más antigua conocida es la de la trompa de agua que Giambattista Della Porta vio en Roma soplar hornos, impresa en su Magia natural en 1589.

Qué es

Una bomba de chorro mueve un fluido gracias a otro fluido. Un chorro rápido de agua, vapor o aire sale de una tobera, y el fluido que lo rodea queda atrapado y se va con él. El aparato no tiene pistón, ni rodete, ni válvula. Solo necesita un suministro de fluido motor, a presión o cayendo desde cierta altura, y con él puede subir agua, aspirar aire, mezclar dos líquidos o meter agua en una caldera.

La misma idea recibe varios nombres. Un eyector o eductor, movido por un líquido o por vapor, sirve para aspirar o mezclar otro fluido. Un inyector usa un chorro de vapor para empujar agua dentro de la misma caldera que produce ese vapor. La trompa de agua del laboratorio, colocada en un grifo, saca el aire de un matraz. La trompa de las forjas, o fuelle de agua, aprovecha la caída del agua para aspirar aire y avivar un fuego.

En una trompa de forja, el agua de un canal cae por un tubo vertical con orificios de aire cerca de su extremo superior. El agua que cae arrastra el aire hasta una caja de viento cerrada; allí el agua golpea una piedra y sale por abajo, mientras el aire se acumula arriba. Un tubo lleva ese aire a la tobera, la boca por la que el viento entra en el fuego de la forja. La trompa daba un viento constante sin fuelles, y se usó en las ferrerías de Italia, de España y de otros países mediterráneos hasta el siglo XIX.

Cómo funciona

Un tubo que se estrecha en una tobera hace que el fluido motor acelere, y cuanto más aumenta su velocidad, más baja su presión. El chorro sale de la tobera a una cámara con una segunda abertura, la boca de aspiración. Allí la presión alrededor del chorro es más baja que en el fluido de fuera, así que ese fluido acude hacia el chorro.

La tobera crea un chorro rápido, la garganta le deja arrastrar el fluido aspirado y el cono que se abre convierte de nuevo la velocidad en presión.

Tras la tobera, el chorro y el fluido aspirado entran juntos en una garganta recta. El chorro rápido se frena y el fluido lento se acelera, hasta que avanzan como una sola corriente. La mezcla pasa entonces a un difusor, un cono que se ensancha poco a poco. Al frenarse la corriente en él, su velocidad vuelve a convertirse en presión, y la mezcla sale a una presión mayor que la que tenía el fluido en la boca de aspiración. Así trabaja el inyector de vapor de Giffard: el vapor se condensa en el agua fría que aspira, y la mezcla sale del difusor a una presión algo superior a la de la caldera, de modo que puede entrar en ella.

En una trompa, el fluido motor es el agua y el aspirado, el aire. En la cabeza del tubo de caída el agua pasa por un estrechamiento, y justo debajo se abren orificios de aire hacia el exterior. El agua que cae aspira aire por esos orificios y lo lleva hacia abajo en burbujas. Abajo, la mezcla entra en la caja de viento y choca contra una piedra plana. Las burbujas suben y el aire se junta bajo la tapa, mientras el agua sale por una abertura que siempre queda por debajo de la superficie de la balsa exterior, para que por ahí no escape aire. El aire de la caja empuja el agua de dentro por debajo del nivel de fuera. La diferencia entre esos dos niveles fija la presión del viento.

Una bomba de pozo moderna también usa un eyector. Una bomba centrífuga en la superficie devuelve parte de su agua a una tobera situada en el pozo o en el cuerpo de la bomba. El chorro arrastra el agua del pozo, y la bomba envía el resto del agua a la casa.

Cómo hacerlo

Al soplar a ras del extremo de la pajita vertical, el agua sube y sale pulverizada.

Dos pajitas y un vaso de agua bastan para hacer una bomba de chorro del tipo pulverizador. Llene un vaso de agua limpia casi hasta el borde y póngalo sobre una bandeja o encima de un fregadero. Corte una pajita en dos con unas tijeras. Clave un trozo en vertical en el agua, de modo que su extremo superior asome un poco por encima de la superficie. Sostenga la otra pajita en horizontal, con su punta junto al extremo superior del trozo vertical y en ángulo recto con él, para que su abertura sople de través sobre la abertura de la pajita vertical.

Sople fuerte y de forma continua por la pajita horizontal. El aire tiene que pasar por encima de la pajita vertical, no entrar en ella. El agua sube por la pajita vertical y sale por arriba como una nube de gotitas que se lleva su aliento. El aire rápido baja la presión encima de la pajita vertical, el aire que aprieta sobre el agua del vaso la empuja hacia arriba y el chorro de aire la rompe en gotas. Si no pasa nada, hunda más la pajita vertical para que asome menos y acerque las dos puntas.

Seguridad: use solo agua limpia, nunca otro líquido, trabaje sobre una bandeja o un fregadero y seque el agua derramada para que nadie resbale. Sople por las pajitas, no aspire nunca. No aplique nunca una pajita, una trompa de agua ni ningún otro aparato de succión a ninguna parte del cuerpo. Los eyectores industriales y los inyectores de vapor trabajan con presiones altas, vapor y a veces productos químicos, y solo debe manejarlos personal formado.

Historia y evolución

En 1589, el erudito napolitano Giambattista Della Porta publicó en Nápoles la edición ampliada, en veinte libros, de su Magia natural. Su libro sobre el aire explica cómo el aire puede hacer el trabajo de los fuelles: el agua vertida por un embudo en una pequeña cámara cerrada expulsa el aire por un agujero con fuerza suficiente para soplar hornos de latón y de hierro. Cuenta que lo vio en Roma. Los historiadores de la metalurgia ven en ello la descripción más antigua conocida de la trompa. El aparato se extendió por las forjas de Italia, de España y de otros países mediterráneos; las forjas catalanas eran conocidas por él, y el francés le dio el nombre de trompe, que también usaron los autores ingleses.

A finales del siglo XVIII la trompa tuvo su teoría. En 1797, el físico italiano Giovanni Battista Venturi publicó sus experimentos sobre el modo en que un fluido en movimiento arrastra el fluido que tiene al lado, y la Encyclopaedia Britannica de 1801 le atribuyó la primera explicación exacta del fuelle de agua.

El ingeniero francés Henri Giffard, que había construido una máquina de vapor ligera para mover el dirigible en el que voló en 1852 (véase dirigible), buscaba un modo más ligero de alimentar de agua una caldera que las bombas de vapor de su época. En 1858 patentó su inyector, en el que un chorro de vapor de la caldera empuja agua dentro de esa misma caldera. No tenía piezas móviles, y los ferrocarriles lo adoptaron para alimentar las calderas de sus locomotoras.

Una trompa de agua de vidrio en un grifo saca el aire de un matraz, y el aire de fuera empuja el líquido a través del filtro.

En 1865, Hermann Sprengel, un químico que trabajaba en Londres, describió una bomba de aire en la que un hilo fino de mercurio que cae saca el aire de un recipiente en pequeñas bolsas entre las gotas. En 1868, Robert Bunsen publicó un montaje de filtración con un matraz de pared gruesa, una bomba de agua de vidrio construida según el principio de Sprengel, un manómetro y un frasco de seguridad. La bomba pasó a llamarse bomba de Bunsen, nombre que Sprengel discutió en una carta a Nature en 1881. La trompa de agua de vidrio en el grifo se convirtió en un equipo corriente de laboratorio para filtrar. Las bombas de chorro se extendieron después allí donde había un fluido motor a mano y las piezas móviles estorbaban: los eyectores suben el agua de los pozos junto con una bomba centrífuga en la superficie, y los eductores mezclan y mueven líquidos allí donde se dispone de agua a presión.