Principios de operacin de las diversas bombas hidrulicas

Principios de operacin de las diversas bombas hidrulicas.

La bomba es probablemente, el componente ms importante y menos entendido de un sistema hidrulico. Su funcin es convertir la energa mecnica en energa hidrulica al empujar el fluido hidrulico dentro del sistema. Las bombas se hacen de muchos tipos y tamaos mecnicas y manuales con muchos y diferentes mecanismos de bombeo y para muchos y diversos propsitos. Sin embargo, todas las bombas caen en una de las dos categoras, hidrodinmicas o hidrostticas.

Hidrodinmicas.

Las bombas hidrodinmicas o de desplazamiento no positivo, tales como las de diseo de turbina o centrfugas, se usan principalmente para transferir fluidos en donde la nica resistencia encontrada es la creada por el peso y la friccin del mismo fluido.

La mayora de las bombas de desplazamiento no positivo operan por medio de fuerza centrfuga en donde los fluidos entran al centro de la caja de la bomba y son expulsados por el rpido empuje de un impulsor. No hay sello positivo entre los orificios de entrada y de salida y la capacidad de presin es a causa del impulso de velocidad, estas bombas dan un flujo suave y continuo y su salida es reducida al aumentar la resistencia.

Es posible obstaculizar completamente la salida al estar funcionando la bomba. Por esta y otras razones las bombas de desplazamiento no positivo son rara vez usadas en sistemas hidrulicos actuales.

Hidrostticas.Las bombas hidrostticas o de desplazamiento positivo dan una cantidad especfica de fluido por cada carrera, revolucin o ciclo. Su salida, exceptuando las prdidas por fuga es independiente a la presin de entrada, hacindolas ideales para usarlas para transmitir potencia.

Caractersticas de la bomba.Las bombas de desplazamiento positivo suministran determinado volumen de fluido en cada revolucin, pulso o ciclo. Sus elementos de bombeo hacen contacto deslizante o en red de metal a metal, reducindose as el deslizamiento interno de la bomba. Esto significa que la salida est positivamente aislada de la entrada y la salida de la bomba es constante sin importar la presin.

Debido a esta salida constante, la bomba de desplazamiento positivo puede producir un flujo de fluido a altas presiones haciendo posible la transmisin de potencia a grandes distancias y con poca perdida de energa.

Caractersticas de presin.El porcentaje de presin de una bomba es determinado por el fabricante basado en un clculo razonable de durabilidad en el uso bajo condiciones especificadas. Es importante saber que no hay un factor estndar de seguridad en las industrias en estos porcentajes. Operar la bomba a presiones ms altas puede desgastarla o causarle daos mayores.

Desplazamiento.La capacidad de flujo de la bomba es lo que se llama su desplazamiento por revolucin o por su salida en gpm.

Desplazamiento es el volumen de lquido transferido en una revolucin. Es igual al volumen de una cmara bombeadora multiplicado por el nmero de cmaras que pasan por la salida por revolucin. El desplazamiento se expresa en pulgadas cbicas por revolucin.

La mayora de las bombas tienen un cierto desplazamiento que no puede ser cambiado excepto cuando se reemplazan ciertas partes. Sin embargo, es posible en algunas variar el tamao de la cmara bombeadora y en consecuencia su desplazamiento por medio de controles externos.

Abastecimiento en gpm.Una bomba puede tener un suministro nominal de unidad de 10 gpm. Realmente puede bombear ms que eso bajo condiciones sin carga y menos que eso a su porcentaje de presin operante. Su abastecimiento tambin es proporcional al impulso de velocidad del eje. La mayora de los fabricantes dan una tabla o grfica mostrando los abastecimientos de la bomba y los caballos de fuerza requeridos bajo pruebas en condiciones especficas relacionadas con la velocidad del impulso y presiones.

Eficiencia volumtrica.

En teora, una bomba abastece una cantidad igual de fluido a su desplazamiento en cada ciclo o revolucin. En realidad, la salida actual se reduce por las fugas intensas o deslizamientos. Cuando la presin aumenta, las fugas que regresan de la salida a la entrada o al drenaje aumentan y la eficiencia volumtrica disminuye.

La eficiencia volumtrica es igual a la salida real dividida por la salida terica. Se expresa como porcentaje:

Por ejemplo, si tericamente una bomba debiera abastecer 10 gpm pero abastece slo 9 gpm a 1000 psi, su eficiencia volumtrica a esa presin es de 90 %.

Eficiencia = 9 / 10 = 0.9 o 90%

Bombas de engranes.

Una bomba de engranes desarrolla flujo al llevar fluido entre los dientes de dos engranes dentados. Uno de los engranes es impulsado por el eje impulsor y gira el otro. Las cmaras bombeadoras que se forman entre los dientes del engrane estn cubiertos por la caja de la bomba y las placas de los lados (frecuentemente llamados placas de presin o desgaste).

Un vaco parcial se crea en la entrada de la bomba cuando se van girando los engranes. El fluido fluye en el espacio para llenarlo y es girado hacia afuera del engrane. Cuando se van encontrando los dientes del engrane en la salida el fluido es expulsado. Una alta presin en la salida de la bomba implica una carga desbalanceada en los engranes y en sus soportes.

En el diseo de las bombas tpicas de engranes internos; las cmaras bombeadoras tambin se forman entre los dientes del engrane. Un sello en forma de luna creciente es maquinado adentro del cuerpo de la vlvula entre la entrada y la salida en donde el espacio de los dientes es mayor.

Caractersticas de la bomba de engrane.

La mayora de las bombas de tipo engrane tienen desplazamiento arreglado. Su porcentaje de salida es desde muy bajo a muy alto volumen. A causa de la carga de lado del eje, son unidades de baja presin normalmente aunque a algunas se las pueda usar a 3000 psi.

Las fugas internas aumentan con el desgaste. Sin embargo las unidades son bastantes duraderas y son ms tolerantes al polvo que otros tipos. Una bomba de engrane con muchas cmaras de bombeo genera alta frecuencia y por eso tiende a correr ruidosamente, aunque se les han hecho mejoras significativas en los aos recientes.

Bombas de paleta.

El funcionamiento principal de las bombas de paleta es el siguiente: Un rotor ranurado es insertado al eje impulsor y gira dentro de un anillo de leva. Las paletas estn ajustadas a las ranuras del rotor y siguen la superficie interior del anillo cuando gira el rotor. La fuerza centrfuga y la presin bajo las paletas las mantienen hacia afuera en contra del anillo. Las cmaras de bombeo se forman entre las paletas y son encerradas por el rotor, el anillo y las dos placas de los lados.En la entrada de la bomba, un vaco parcial se crea cuando el espacio entre el rotor y el anillo aumenta. El aceite que entra aqu es atrapado en las cmaras bombeadoras y entonces es empujado a la salida cuando disminuye el espacio. El desplazamiento de la bomba depende del ancho del anillo y del rotor.

Diseo balanceado hidrulicamente.

La mayora de las bombas de paleta de diseo arreglado en la actualidad usan el diseo del cartucho balanceado usado por el Seor Harrv Vickers que desarrollo la primera bomba hidrulica de paletas balanceadas, de alta velocidad y alta presin

en 1920. Esta bomba y los inventos subsecuentes que el Seor Vckers hizo contribuyeron ampliamente al rpido crecimiento de la industria de Alta Potencia del Flido y la compaa que l fund que se conoce como Divisin Vikers de la Corporacin de Sperry Rand.

En este diseo, el anillo de la leva es ms bien elptico que redondo y permite dos juegos de orificios. Los dos orificios de salida tienen una separacin de 180 grados para que las fuerzas de la presin sobre el rotor sean canceladas evitando as la carga de lado del eje impulsor y de los soportes.

El desplazamiento del diseo balanceado no puede ser ajustado. Anillos intercambiables se pueden conseguir con diferentes levas haciendo as posible modificar la bomba disminuyendo o aumentando su abastecimiento.

Bombas tipo paleta redonda

Uno de los primeros diseos de las bombas Vickers de paletas balanceadas, es el conocido como como bombas "redondas" por la forma de la cabeza y el cuerpo. En esta bomba el cartucho de bombeo consiste de un anillo, un rotor, unas paletas, perno y dos placas de los lados. Las placas de los lados en este diseo normalmente se les llaman camisa porque sus roscas estn maquinadas para soportar las roscas del rotor. Los soportes del soporte del eje motor estn en la cabeza y el cuerpo.

Bomba de dos pasos.

Una bomba de dos pasos funciona como una bomba sencilla, pero con el doble de capacidad de presin. El cartucho de la bomba redonda est diseado para 1000 psi de presin mxima. En la versin de dos pasos los dos cartuchos funcionan en serie y con presiones operantes hasta de 2000 psi es dividida entre ellos en partes iguales con una vlvula divisora. Dos pistones en la vlvula divisora sienten la presin en la salida de la bomba y en la cmara entre las dos unidades bombeadoras. El pistn expuesto a la presin de salida tiene la mitad del rea del pistn actuado por la presin intermedia.

Cualquier diferencia en el desplazamiento de los dos cartuchos bombeadores tienden a aumentar o disminuir la presin intermedia. Esto ocasiona que el pistn se mueva dejando que pase el flujo dentro o fuera de las cmaras como se requiere para asegurar una cada de presin igual a travs de cada paso.

Bombas de paletas tipo cuadrada.

Las bombas de paletas tipo cuadrada fueron diseados originalmente para aplicaciones mviles. Tambin son balanceadas hidrulicamente pero su construccin es mucho ms sencilla que la de las bombas redondas. El cartucho consiste de un anillo prensado entre el cuerpo de la bomba y la cubierta, un rotor, doce paletas y una placa con resorte cargado de presin. El orificio de entrada est en el cuerpo y la salida en la cubierta la cual puede ser ensamblada en cualquiera de las cuatro posiciones que sean convenientes para el sistema de conexin.

Caractersticas del funcionamiento de la bomba de paleta.

Las bombas de paletas cubren los promedios de baja, media y alto volumen con presiones operantes de hasta 3 000 psi. Son confales, eficientes y fciles de mantener. La superficie del anillo y las puntas de las paletas son los puntos de mayor desgaste lo cual se compensa al sacar un poco las paletas de su ranuras.

La limpieza y el aceite apropiado son esenciales para su durabilidad. Se recomienda el aceite de petrleo por cualidades adecuadas contra el desgaste. Sin embargo muchas bombas de paletas estn funcionando bien con fluido sinttico.

Bombas de pistn.El principio bajo el cual actan todas las bombas de pistn es de un pistn recproco en su calibre jalando fluido hacia adentro cuando se retracta y lo expulsa en la siguiente carrera.

Los diseos bsicos son radial y axial, los dos se pueden conseguir como modelos de desplazamiento arreglado o variable. Una bomba radial tiene los pistones arreglados radialmente en una seccin del cilindro, mientras que en las unidades axiales los pistones estn paralelos entre ellos y el eje de la seccin del cilindro. El anterior puede ser dividido ms adelante dentro de la lnea (placa oscilante u ondulante) y tipos de eje inclinado.

Caractersticas del funcionamiento de una bomba de pistn.Las bombas de pistn son unidades altamente eficientes disponibles en un amplio porcentaje de capacidad, ya sea desde muy pequeas a muy altas. La mayora puede funcionar en los porcentajes medios o altos de presin (1 500 a 3 000 psi) con otras siendo capaces de ms.

Siendo variables y reversibles sirven muy bien para aplicaciones en prensas grandes e impulsos hidrostticos.

Por tener piezas finamente ajustadas y superficies bien maquinadas, la limpieza y la buena calidad de los fluidos es vital para que trabajen bien por mucho tiempo.

Resumen.Una bomba convierte potencia mecnica rotativa en fuerza transmitida por medio de fluidos. Las dos clases de bombas son:

De desplazamiento positivo.- Continan suministrando fluido aun con el sistema cerrado, lo cual puede aumentar la presin rpidamente y daar la bomba.

De desplazamiento no positivo.- Producen una mxima presin con cero flujo y no puede ser daada por su propia presin.

Hay tres categoras de bombas de desplazamiento positivo:

Bombas de engranaje

Bombas de engranaje externo

Bombas de engranaje interno.

Bombas de aletas.

Bombas de aletas balanceadas

Bombas de aletas desbalanceadas

Bombas de pistones.

Bomba de pistones axiales

Bomba de pistones radiales

Bomba de engranaje interno.

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