BOMBA HIDRAULICA DE ENGRANAJES

FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA HIDRAULICA DE ENGRANAJES

En la bomba de engranajes, el aceite es llevado de la entrada hacia la salida en el espacio que hay entre dos dientes de cada engranaje. Uno de los engranajes es impulsado por la fuente de entrada del sistema y este a su vez mueve el otro engranaje. Los dos se hallan dentro de una cmara conformada por un "anillo" que forma parte de la carcasa de la bomba y dos platos laterales, llamados platos de presin.

El conjunto de engranajes puede ser de engranajes externos, internos o del tipo de tornillo.

CARACTERSTICAS

Reversibles y unidireccionales, versiones con Brida SAE, DIN y Brida Europea.

Divisores de caudal rotativo.

Cuerpos en aluminio reforzado y en acero.

Alto rendimiento y altas temperaturas.

Bajo nivel sonoro. Larga duracin en condiciones extremas. Excelente versatilidad. Amplio abanico de aplicaciones.

Diseo compacto. Alta fiabilidad

Las bombas de engranajes se usan para bombear aceite de lubricacin, y casi siempre tienen un componente de vibracin fuerte en la frecuencia del engranaje, que es el nmero de dientes en el engrane por las RPM. Este componente depender fuertemente de la presin de salida de la bomba. Si la frecuencia del engranaje se cambia de manera significativa, y hay una aparicin de armnicos o de bandas laterales, en el espectro de vibracin, este podra ser una indicacin de un diente cuarteado daado de otra manera.

Las bombas de engranajes son bombas robustas de caudal fijo, con presiones de operacin hasta 250 bar (3600psi) y velocidades de hasta 6000 rpm. Con caudales de hasta 250 cc/rev combinan una alta confiabilidad y tecnologa de sellado especial con una alta eficacia.

TIPOS DE BOMBAS DE ENGRANAJES

Bombas de aluminio con rodamientos

Bombas de aluminio con cojinetes

Bombas de fundicin con rodamientos

Bombas de fundicin con cojinetes

Bombas para camiones

BOMBAS DE ENGRANAJES EXTERNOS:

Una bomba de engranajes externos tiene sus dientes en la circunferencia exterior de la base. Hay tres tipos de engranajes usados; rectos, helicoidales y herringbone. Los engranajes rectos son los ms populares y fciles de fabricar. Sin embargo, es el tipo que ms ruido produce. Puede trabajar a gran presin (3.000 a 4.000 psi). La bomba de engranajes helicoidales ha sido diseada principalmente para disminuir el nivel de ruido pero tiene un inconveniente muy grande, genera una carga axial que hace que se requieran rodamientos robustos, y por esta razn estas bombas solo pueden subir hasta 2.000 psi.

La bomba de engranajes tipo herringbone es muy silenciosa, no tiene carga axial pero solo puede trabajar hasta 500 psi y es muy costosa.

Producen 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 ste hace girar al otro (libre).

Bombas de engranajes externos de baja presin: Lo que sucede es el origen de un vaco en la aspiracin cuando se separan los dientes, por el aumento del volumen en la cmara de aspiracin. En el mismo momento los dientes se van alejando, llevndose el fluido en la cmara de aspiracin. La impulsin se origina en el extremo opuesto de la bomba por la disminucin de volumen que tiene lugar al engranar los dientes separados.

Bombas de engranajes externos de alta presin: El tipo de bomba ms utilizado son las de engranajes rectos, adems de las helicoidales y behelicoidales. En condiciones ptimas estas bombas pueden llegar a dar un 93% de rendimiento volmetrico.

BOMBAS DE ENGRANAJES INTERNOS:

Otro tipo de bomba es la de engranaje interior o tipo gerotor. Consiste de un engranaje externo que engrana con otro interno. El externo tiene un diente ms que el interno y el espacio que genera ese diente extra determina el desplazamiento de la bomba.

Las bombas de engranaje en general, son las de menor costo y tienen muy buena capacidad para soportar impurezas en el aceite, sin embargo, con el desgaste aumentan mucho las fugas internas y se baja la eficiencia. Por otro lado, una bomba de engranajes con muchas cmaras de bombeo genera flujo pulsante de alta frecuencia, lo que produce mucho ruido.

Estn compuestas por dos engranajes, externo e interno. Tienen uno dos dientes menos que el engranaje exterior. Su desgaste es menor por la reducida relacin de velocidad existente. Son utilizadas en caudales pequeos y pueden ser de dos tipos: semiluna y gerotor.

Bomba de engranajes rectos ( spurgearpump )

Las bombas de engranaje se clasifican como bombas de engranaje externas o internas. En bombas de engranaje externas los dientes de ambos engranajes se proyectan hacia fuera de sus centros. Las bombas externas pueden utilizar engranajes cilndricos, engranajes de dientes angulares, o engranajes helicoidales para mover el lquido. En una bomba de engranaje interna, los dientes de un engranaje se proyectan hacia afuera, pero los dientes del otro engranaje proyectan hacia adentro hacia el centro de la bomba . Las bombas de engranaje internas pueden ser centradas o excntricas.

Fig. Bomba rotativa de engranajes ( externos )

Esta es una de los tipos ms populares de bombas de caudal constante, Sobro todo si es de engranajes exteriores . En su forma mas comn, se componen de dos piones dentados acoplados que dan vueltas, con un cierto juego, dentro de un cuerpo estanco. El pin motriz esta enchavetado sobre el rbol de arrastre accionando generalmente por un motor elctrico. Las tuberas de aspiracin y de salida van conectadas cada una por un lado, sobre el cuerpo de la bomba.

A consecuencia del movimiento de rotacin que el motor le provoca al eje motriz, ste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje). Los engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso.

Con el movimiento de los engranajes, en la entrada de la bomba se originan presiones negativas; como el aceite que se encuentra en el depsito est a presin atmosfrica, se produce una diferencia de presin, la que permite el traslado de fluido desde el depsito hacia la entrada de la bomba (movimiento del fluido). As los engranajes comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la salida o zona de descarga. Por efecto del hermetismo de algunas zonas, el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema .

En la figura 2.28 se ve el corte de una bomba comn de dos engranajes .

Los dientes de los piones al entrar en contacto por l lado de salida expulsa el aceite contenido en los huecos, en tanto que el vaco que se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la aspiracin del aceite en los mismos huecos.

Las bombas corrientes de engranajes son de construccin simple, pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones.

Los piones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementacin cementados, templados y rectificados (profundidad de cementacin 1 mm. ) .

Los ejes de ambos engranajes estn soportados por sendos cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo. El engranaje propulsor se encuentra acuado a su eje. Como se dijo, el aceite es atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de funcin que los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes desde la lumbrera de aspiracin hasta la descarga.

Lgicamente el aceite no puede retornar al lado de admisin a travs del punto de engrane.

Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos, pero tambin se emplean engranajes helicoidales , simples o dobles, cuya ventaja principal es el. funcionamiento silencioso a altas velocidades. Cabe destacar un hecho al cual hay que poner preferente atencin: deben tomarse precauciones contra el desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por quedar aceite atrapado entre las sucesivas lneas de contacto de los dientes, como puede verse en el detalle de la Fig. 5.1. Para evitar este inconveniente, se ejecuta en las platinas laterales un pequeo fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido, ya sea hacia la salida o hacia la aspiracin .

Siendo M el mdulo del diente de los engranajes:

La anchura del fresado es aconsejable que sea:

195 M

La profundidad del fresado

0,5 M

La longitud del fresado

1,2 M

Distancia del fresado a la lnea de centros

0,5 M

En las bombas con dos sentidos de marcha, se efectan dos fresados, una a cada lado de la lnea de centros.

En la Fig. 2.29 se muestra una bomba llamada "Barnes" en la cual se ha solucionado el problema anteriormente mencionado. En el pin conducido y en el fondo de los vacos de los dientes se ha practicado un pequesimo agujero por donde descarga el aceite atrapado, S tambin se hace lo mismo en la cresta de los dientes, el problema se soluciona totalmente.- La comprensin del aceite en la cmara "A" empieza en el momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en el que penetra. En este momento, el aceite de la cmara "A" se escapa por, el canal "F" la cavidad "N" fresado en el rbol y los canales "E" hacia la salida.

Cuando los dientes atraviesan la lnea de centros se inicia el desengrase. Se crea as un vaco en la cmara "B" qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el lado aspiracin por los canales "D", la cavidad "M" y el canal "Q" Esta accin particular asegura a la bomba "Barnes" una gran suavidad de funcionamiento.

En las bombas de engranajes de construccin corriente el aceite ejerce una presin radial considerable sobre los piones lo que provoca la deformacin de los rboles el aumento disimtrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas .

Por otra parte, los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones, todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba.

Para equilibrar los piones de las bombas de engranajes desde el punto de vista hidrulico, existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestin. Por un lado, se realizan en los piones dentados (que a este efecto deben tener nmeros pares de dientes) pequeos agujeros diametrales que atacan los vacos de los dientes. Estos agujeros se cruzan, pero no se cortan.

La figura 2.30 muestra lo que sucede: del lado de salida, la presin que se ejerce sobre los piones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2, en la que cada una acta sobre su pin respectivo.

Debido a los agujeros radiales, el aceite a presin penetra a travs de cada pin en el lado opuesta a la cmara de compresin, lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4, que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2 .

La presin sobre las engranajes varia durante su rotacin, por este hecho el equilibrado no puede ser perfecto, no obstante, permite una reduccin considerable de las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicacin de las bombas de engranajes para presiones de servicio mayores.

Los piones de la bomba esquematizada en la figura 2.30 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente.

Esta disposicin perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de aspiracin y de comprensin, por la simple razn de que los agujeros (1) y (2) unidos respectivamente a cada una de estas zonas, no estn separadas sino por un solo diente.

Para remediar este inconveniente, se ejecutan los agujeros mas separados, como se ilustra en la figura 2.31 .En todos los casos, a fin de disminuir el mximo los esfuerzo sobre los piones, conviene dotar a la cmara de comprensin (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles

El numero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a 1500 r.p.m..- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas, la velocidad puede llegar hasta 1800 r.p.m. .

En los modelos muy perfeccionados, con dientes corregidos platinas de bronce rectificadas, eliminacin de la compresin de aceite entre los dientes en contactos, el numero de revoluciones puede llagar hasta 2.500 r.p.m.

En los modelos equilibrados, las presiones pueden llegar a 70kg/cm2 y aun valores superiores.

Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito. Es importante que los huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiracin. En caso contrario los espacios mal llenados evocan la formacin de vapores de aceite, los cuales bruscamente comprimidos, causan choques hidrulicos y un ruido considerable.

Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos , pero aumenta considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presin. Un recurso que da buen resultado, es aumentar considerablemente el volumen de la cmara de aspiracin El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce as considerablemente.

Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberas de aspiracin velocidades de aceite superiores a 2 m/seg. Las velocidades de salida no deben ser mayores que 5m/seg.

Fig. 2.32 Equilibrado de empujes radiales y axiales en una bomba engranaje

Fig. 2.33 Equilibrio de empujes radiales sobre los piones en una bomba unidireccional

Fig. 2.34 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1 .

Bomba de engranajes de dientes internos

Esta bomba la constituyen elementos como, engranajes de dientes externos (motriz), engranajes de dientes internos (conducido) y una placa en forma de media luna. Existe una zona donde los dientes engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes.

Al estar los engranajes ubicados excntricamente comienzan a separarse generando un aumento del espacio con lo cual se provoca una disminucin de presin lo que asegura la aspiracin de fluido. Logrado esto, el aceite es trasladado hacia la salida, la accin de la placa con forma de media luna y el engrane total, impiden el retrocesos del aceite.

Fig. Bombas de engranajes con dientes internos

Bomba de engranajes bihelicoidales

La bomba de engranajes bihelicoidales (HerringboneGearPump en Ingls ) (ver figura lateral ) es una modificacin de la bomba de engranajes rectos. El lquido se bombea de manera semejante a la bomba de engranajes rectos. Sin embargo, en la bomba de engranajes bihelicoidales, cada juego de dientes comienza su fase descarga de fluido antes de que el juego anterior de dientes haya terminado su fase de descarga. Esta sobreposicin y el espacio relativamente ms grande en el centro de los engranajes tienden a reducir al mnimo las pulsaciones y a dar un flujo ms constante que la bomba de engranajes rectos ( Spurgearpump en Ingls) .

Fig. : Bomba de engranajes bihelicoidales

Bomba de engranajes helicoidales

La bomba de engranaje helicoidal sigue siendo otra modificacin de la bomba de engranaje recto. Debido al diseo helicoidal del engranaje, la sobreposicin de descargas sucesivas desde los espacios entre los dientes es incluso mayor que la producida en la bomba de engranaje bihelicoidal; por lo tanto, el flujo de la descarga es ms estable. Debido a sta mayor estabilidad de descarga en la bomba helicoidal, los engranajes se pueden disear con una pequea cantidad de dientes grandes permitiendo as un incremento en la capacidad sin sacrificar la estabilidad del flujo.

Los engranajes de bombeo de este tipo de bomba son movidos por un sistema de engranajes de sincronizacin e impulsin que ayudan a mantener el espacio intersticial requerido sin el contacto metlico real de los engranajes de bombeo. (El contacto metlico entre los dientes de los engranajes de bombeo proporcionara un sello ms estrecho contra el resbalamiento; sin embargo, causara un acelerado desgaste de los dientes, porque el material extrao en el lquido estara presente sobre las superficies de contacto.)

Los rodamientos de rodillos en ambos extremos de los ejes de engranaje mantienen la alineacin apropiada y reducen al mnimo la prdida de friccin en la transmisin de la potencia. Embalajes adecuados se utilizan para prevenir fugas alrededor del eje.

Fig.: Bomba de engranaje helicoidal.

Bomba de engranajes internos centrados

Otro diseo de bomba de engranaje interno se ilustra en las figuras laterales. Esta bomba consiste en un par de elementos con forma de engranaje, uno dentro del otro, localizados en el compartimiento de la bomba. El engranaje interno est conectado con el eje motriz de la fuente de potencia.

La operacin de este tipo de bomba de engranaje interna se ilustra en las figuras laterales. Para simplificar la explicacin, los dientes del engranaje interno y los espacios entre los dientes del engranaje externo se numeran.

Observe que el engranaje interno tiene un diente menos que el engranaje externo. La forma del diente de cada engranaje se relaciona con la de la otra de una manera tal que cada diente del engranaje interno est siempre con desplazamiento de contacto con la superficie del engranaje externo. Cada diente del engranaje interno endienta con el engranaje externo en apenas un punto durante cada revolucin. En la ilustracin, este punto est en X. En la visin A, el diente 1 del engranaje interno est endentado con el espacio 1 del engranaje externo. A medida que los engranajes continan girando en una direccin a la derecha y los dientes se acercan al punto X, el diente 6 del engranaje interno endentar con el espacio 7 del engranaje externo, el diente 5 con el espacio 6, y as sucesivamente. Durante esta revolucin, el diente 1 endentar con el espacio 2; y durante la revolucin siguiente, el diente 1 endentar con el espacio 3. Consecuentemente, el engranaje externo girar en apenas seis sextos la velocidad del engranaje interno.

En un lado del punto de acoplamiento entre dientes, bolsillos de tamao cada vez mayor se forman mientras que los engranajes giran, mientras que en el otro lado los bolsillos disminuyen de tamao. En la figura B adjunta, los bolsillos en el lado derecho de los dibujos estn aumentando de tamao hacia la parte inferior de la ilustracin, mientras que los mismos en el lado izquierdo estn disminuyendo de tamao hacia la tapa de la ilustracin. El lado de entrada de la bomba por lo tanto estara en la derecha y el lado de descarga a la izquierda. En la figura A, se ve que el lado derecho del dibujo fue que volcado para indicar los puertos, el lado de entrada y la descarga aparecen invertidos, donde A en un dibujo cubre A en el otro.