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Bombas Hidráulicas y Rotativas - Nociones



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Bombas Hidráulicas
Investigación desarrollada y enviada por:
Federico Rigatto rigatt[en]gmail.com
Matías Battocchia
Mariano Olivero
Generalidades
Las bombas hidráulicas son los mecanismos encargados de producir la presión hidráulica, hasta el
valor nominal que precisa el sistema, de acuerdo con sus condiciones de diseño. Para ello la
bomba se alimenta de líquido hidráulico almacenado en un depósito. La energía requerida por la
bomba se obtiene por uno de los siguientes procedimientos:
·       
Motores eléctricos
·       
Motor de la aeronave, por transmisión de potencia
·       
Turbina accionada por la presión dinámica del aire
Son elementos destinados a elevar un fluido desde un nivel determinado a otro más alto o bien, a
convertir la energía mecánica en energía hidráulica.
La primera bomba conocida desplazamiento positivo fue utilizada en el imperio Romano, después
del año 100 a.C. y era una bomba con un cilindro y un émbolo en su interior y válvulas en cada
extremo.
Actualmente las bombas son los aparatos más utilizados después del motor eléctrico.
Todas las bombas desplazan líquido, pero este desplazamiento puede ser:
·      
Positivo: produce un caudal y lo sostiene contra la resistencia del circuito hidráulico.
·      
No Positivo: produce un caudal no sostenido.
Características de las Bombas
Caudal: Es el volumen de fluido que entrega la bomba en la unidad de tiempo a 1500 rpm.
Existen bombas de:
-
Caudal constante
-
Caudal variable
Presión: Hay que conocer la presión máxima que soporta la bomba, esta valor es dado por el
fabricante.
Velocidad de giro: Se debe conocer también para calcular el mecanismo de accionamiento para
que de ese caudal.
Rendimiento de la Bomba
La operación y eficiencia de la bomba hidráulica, en su función básica de obtener una presión
determinada, a un número también determinado de revoluciones por minuto se define mediante
tres rendimientos a saber:
Rendimiento volumétrico: El rendimiento volumétrico de la bomba es el cociente que se
obtiene al dividir el caudal de líquido que comprime la bomba y el que teóricamente debería
comprimir. Dicho en otros términos el rendimiento volumétrico expresa las fugas de líquido que
hay en la bomba durante el proceso de compresión.
El rendimiento volumétrico es un factor de la bomba muy importante, pues a partir de él se puede
analizar la capacidad de diseño y el estado de desgaste en que se encuentra una bomba.
El rendimiento volumétrico se ve afectado también por la presión del fluido hidráulico que se
transporta y también por la temperatura del mismo.
Rendimiento mecánico: El rendimiento mecánico mide las perdidas de energía mecánica que se
producen en la bomba, debidas al rozamiento y a la fricción de los mecanismos internos.
En términos generales se puede afirmar que una bomba de bajo rendimiento mecánico es una
bomba de desgaste acelerado.
Rendimiento total o global: El rendimiento total o global es el producto de los rendimientos
volumétrico y mecánico. Se llama total porque mide la eficiencia general de la bomba en su
función de bombear líquido a presión, con el aporte mínimo de energía al eje de la bomba.
Así pues el rendimiento total se expresa como el consumo de energía necesario para producir la
presión hidráulica nominal del sistema.
Tipos de bombas:
- Caudal constante:
-
Engranajes (externos, internos - lobulares)
-
Paletas (rotor y equilibradas)
-
Tornillo sin fin manuales
- Caudal variable:
-
Paletas sin equilibrar
-
Pistones (radiales, axiales y eje inclinado - barrilete)
Bombas Rotativas
                                 
                                    
Este tipo de movimiento es el que traslada el fluido desde la aspiración hasta la salida de presión.
A) Bombas de engranajes externos 
Su caudal va de 1 a 600 l/min. Su presión varía de 15 a 175 Kg./cm2  (presión de punta hasta
200 Kg./cm2). Su velocidad va de 500 a 3000 rpm.
Las bombas corrientes de engranajes tienen construcción simple, pero tienen el defecto de tener
un caudal con pulsaciones. Los ejes de ambos engranajes están soportados por cojinetes de
rodillos ubicados en cada extremo. Generalmente son trabajan con un motor eléctrico.
Se ejecutan en las platinas laterales un pequeño fresado lateral que permite el escape del aceite
comprimido, ya sea hacia la salida o hacia la aspiración; para que no se generen presiones
excesivas cuando el fluido quede atrapado entre dos dientes.
El árbol y el piñón conductor - piñón conducido son de cementación Cr - Ni cementados. El cuerpo
es de fundición gris aluminio.
El tipo de bomba más utilizado son las de engranajes rectos, además de las helicoidales y
bihelicoidales (con la función de hacerlas mas silenciosas a altas velocidades).
En condiciones óptimas estas bombas pueden llegar a dar un 93% de rendimiento volumétrico.
Son sin lugar a dudas las bombas más ruidosas del mercado. Por ello no se emplean en
aplicaciones fijas e interiores, donde su nivel sonoro puede perjudicar a los operarios que las
trabajan. Son ampliamente utilizadas en maquinaria móvil, agricultura, obras públicas y minería,
aplicaciones en las que el nivel sonoro no es determinante y  con ambientes muy contaminados y
fluidos hidráulicos a los que se les presta pocas atenciones de mantenimiento.
Principio de funcionamiento:
Produce caudal al transportar el fluido entre los dientes de dos engranajes acoplados. Uno de ellos
es accionado por el eje de la bomba (motriz), y este hace girar al otro (libre).
La bomba de engranajes funciona por el principio de desplazamiento; el piñón es impulsado según
se indica en la figura; se hace girar al piñón B en sentido contrario. En la bomba, la cámara S (de
admisión), por la separación de los dientes, en la relación se liberan los huecos de dientes.
Esta depresión provoca la aspiración del líquido desde el depósito.
Los intradientes llenados impelen el líquido a lo largo de la pared de la carcasa hacia la cámara P.
En la cámara P los piñones que engranan impelen el líquido fuera de los intradientes e impiden el
retorno del líquido de la cámara P hacia la cámara S.
Por lo tanto el líquido de la cámara P tiene que salir hacia el receptor, el volumen del líquido
suministrado por revolución se designa como volumen suministrado V (cm3/rev).
El caudal teórico en m3/s de las bombas de engranajes externos sería:
Qt =  ((2 - Pi) / 60) - Dr - m - b - n     
Dr = Diámetro primitivo de la rueda motriz
m = Módulo
b = Ancho del diente
n = Velocidad de giro (rpm)
                            
B) Bombas de engranajes internos (Semiluna) 
  
Estas bombas de engranajes internos disponen de dos engranajes, uno interno cuyos dientes
miran hacía el exterior, y otro externo con los dientes hacía el centro de la bomba, el eje motriz
acciona el engranaje interno.
En este tipo de bombas hay, entre los dos engranajes, una pieza de separación en forma de
media luna (semiluna). Esta pieza está situada entre los orificios de entrada y salida, donde la
holgura entre los dientes de los engranajes interno y externo es máxima. Ambos engranajes giran
en la misma dirección, pero el interno, al tener un diente más, es más rápido que el externo.
El fluido hidráulico se introduce en la bomba en el punto en que los dientes de los engranajes
empiezan a separarse, y es transportado hacia la salida por el espacio existente entre la semiluna
y los dientes de ambos engranajes.
La estanqueidad se consigue entre el extremo de los dientes y la semiluna; posteriormente, en el
orificio de salida, los dientes de los engranajes se entrelazan, reduciendo el volumen de la cámara
y forzando al fluido a salir de la bomba.
Poseen un desgaste menor por la reducida relación de velocidad existente. Son utilizadas en
caudales pequeños y menor presión. A diferencia de las de engranajes externos, este tipo de
bombas son más silenciosas, pero a su vez tienen mayor costo.
El caudal teórico en m3/s de las bombas de engranajes internos sería:
Qt =  ((2 - Pi)  / 60) - F - b - n    
F = Sección libre entre el anillo exterior y la rueda dentada 
b = Ancho del diente
n = Velocidad de giro (rpm)
                       
C) Bombas de lóbulos  externos    
 
Son bombas rotativas de engranajes externos, que difieren de estas en la forma de accionamiento
de los engranajes. Aquí ambos engranajes tienen sólo tres dientes que son mucho más anchos y
más redondeados que los de una bomba de engranajes externos son accionados
independientemente por medio de un sistema de engranajes externo a la cámara de bombeo.
Ofrecen un mayor desplazamiento, pero su coste es mayor y sus prestaciones de presión y
velocidad son inferiores a las de las bombas de engranajes, tiende a dar un caudal más pulsátil.
Esta bomba es más adecuada para utilizarla con fluidos más sensibles al cizalle, lo mismo que
para fluidos con gases o partículas atrapadas. Su elevado coste y sus bajas prestaciones de caudal
y presión hacen que estas bombas no se empleen en sistemas oleohidráulicos, a pesar de
considerarse como bombas de desplazamiento positivo.
                         
D) Bombas de lóbulos  internos (Gerotor)                  
Esta bomba combina un engranaje interno dentro de otro externo. El engranaje interno está
enchavetado en el eje y lleva un diente menos que el engranaje exterior. Cuando los engranajes
giran, Ambos engranajes giran en el mismo sentido, cada diente del engranaje interno está en
constante contacto con el engranaje externo, pero con un diente de más, el engranaje externo
gira más despacio.
Los espacios entre los dientes giratorios aumentan durante la primera mitad de cada giro,
aspirando de fluido. Cuando estos espacios disminuyen en la segunda mitad del ciclo, obligan a
salir al fluido.
Generalmente la bomba gerotor tiene mayor eficiencia volumétrica que la de semiluna trabajando
a bajas velocidades. El rendimiento volumétrico y total de este tipo de bombas es generalmente
similar al que ofrecen las bombas de engranajes externos, sin embargo son bastante más
sensibles al contaminante.
                     
UTILIZACIÓN GENERAL
-
Suministrar caudal en instalaciones hidráulicas.
-
Para suministrar una corriente de lubricación.
Investigación desarrollada y enviada por:
Federico Rigatto rigatt[en]gmail.com
Matías Battocchia
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