Bomba sin pistón

Una bomba sin pistón es un tipo de bomba diseñada para mover fluidos sin ninguna pieza móvil , salvo las válvulas de tres cámaras.

La bomba contiene una cámara con una entrada y una salida con válvula para el fluido a bombear (ambas ubicadas en la parte inferior) y una entrada para el presurizador en la parte superior. Se utiliza un presurizador, como vapor o helio a presión, para impulsar el fluido a través de la bomba.

La NASA ha desarrollado una bomba de combustible para cohetes de bajo costo con un rendimiento comparable al de una turbobomba , pero con un costo entre un 80 % y un 90 % menor. ^{[ 1 ]} Quizás la barrera de entrada más difícil en el negocio de los cohetes de combustible líquido sea la turbobomba. El diseño de una turbobomba requiere un gran esfuerzo de ingeniería y es costoso de fabricar y probar. Arrancar un motor de cohete alimentado por turbobomba es un proceso complejo que requiere una sincronización precisa de muchas válvulas y subsistemas. De hecho, Beal Aerospace intentó evitar el problema por completo construyendo un enorme propulsor de alimentación a presión. Su propulsor nunca voló, pero la ingeniería detrás de él era sólida y, si hubieran tenido una bomba de bajo costo a su disposición, podrían estar compitiendo con Boeing. Esta bomba ahorra hasta un 90 % de la masa de los tanques en comparación con un sistema de alimentación a presión. Esta bomba ha demostrado ser una gran ventaja para los cohetes. Al usar esta bomba, el cohete no tiene que transportar una carga tan pesada y puede viajar a muy alta velocidad. ^{[ 2 ]}

El ciclo es el siguiente:

• El fluido entra y llena la cámara a través de la válvula de entrada. Las válvulas de salida y de presión están cerradas.
• La válvula de entrada se cierra, mientras que las válvulas de salida y de presión se abren. La presión impulsa el fluido a través de la válvula de salida.
• A medida que la cámara se vacía, la válvula de presurización se cierra y la válvula de entrada se abre, seguida del cierre de la válvula de salida.
• El ciclo se repite.

Los motores de cohete requieren una enorme cantidad de combustible a alta presión. A menudo, la bomba cuesta más que la cámara de combustión. Una forma de suministrar combustible es mediante la costosa turbobomba mencionada anteriormente; otra es presurizando el tanque de combustible. Presurizar un tanque de combustible grande requiere un tanque pesado y costoso. Sin embargo, supongamos que, en lugar de presurizar todo el tanque, el tanque principal se vacía en una pequeña cámara de bombeo que luego se presuriza. Para lograr un flujo constante, el sistema de bombeo consta de dos cámaras, de modo que cada una suministra combustible durante la mitad de cada ciclo. La bomba se alimenta con gas a presión que actúa directamente sobre el fluido. En cada mitad del sistema de bombeo, una cámara se llena desde el tanque principal a baja presión y con un caudal elevado; luego, la cámara se presuriza y, posteriormente, el fluido se suministra al motor a un caudal moderado y a alta presión. A continuación, la cámara se ventila y el ciclo se repite. El sistema está diseñado de manera que el caudal de entrada sea mayor que el de salida. Esto permite que una cámara se ventile, se vuelva a llenar y se presurice mientras la otra se vacía. Se ha probado una bomba de prototipo y funciona perfectamente. Se ha diseñado y construido una versión de alta potencia que bombea a 20 galones por minuto y 550 psi.

Se utiliza con mayor frecuencia para suministrar propelentes a los motores de cohetes . En esta configuración, a menudo hay dos bombas que funcionan en ciclos opuestos para asegurar un flujo constante de propelentes al motor.

La bomba sin pistón ofrece la ventaja, frente a un sistema de alimentación a presión, de que los depósitos pueden ser mucho más ligeros. En comparación con una turbobomba, su diseño es mucho más sencillo y requiere tolerancias de diseño menos estrictas.

Casi todos los componentes de esta bomba son recipientes a presión, por lo que su peso es bajo. Tiene menos de 10 piezas móviles y no presenta problemas de lubricación, a diferencia de otras bombas. Su diseño y construcción son sencillos y no requiere piezas de precisión. Este dispositivo ofrece ventajas sobre las turbobombas estándar, ya que su peso es similar, los costos de la unidad, la ingeniería y las pruebas son menores, y la probabilidad de fallas catastróficas es menor. Además, ofrece ventajas sobre los diseños de alimentación a presión, ya que reduce significativamente el peso del cohete completo y lo hace mucho más seguro, al no ser necesario que los tanques de combustible estén a alta presión. La bomba puede arrancar con alta fiabilidad tras un periodo prolongado de almacenamiento. Puede utilizarse para reemplazar turbobombas en cohetes propulsores o tanques de alta presión en la propulsión espacial profunda. También puede emplearse para cambios de órbita y mantenimiento de posición de satélites.

Las bombas sin pistón también tienen algunas desventajas, como por ejemplo:

1. No pueden bombear a una presión mayor que la del gas impulsor (la relación de áreas es 1:1).
2. No pueden utilizar ni un ciclo de combustión por etapas ni un ciclo de expansión .
3. Además, resulta difícil integrar un ciclo de generador de gas con la bomba sin pistón.
4. El gas generado debe ser químicamente compatible con ambos propelentes.
5. Este generador de gas reduce el tiempo de arranque del motor.

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• Bomba de vapor con pulsómetro
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• Página de la bomba sin pistón Flometrics
• Documentación de la bomba sin pistón

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