Conceptos Básicos de Neumática e Hidráulica 


Neumática e Hidráulica - www.sapiensman.com

 

 



 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

HIDRÁULICA : Conceptos , mas información aquí . 

BOMBAS

Una bomba  hidráulica es un dispositivo tal que recibiendo energía mecánica de una fuente exterior la transforma en una energía de presión transmisible de un lugar a otro de un sistema hidráulico a través de un líquido cuyas moléculas estén sometidas precisamente a esa presión . Las bombas hidráulicas son los elementos encargados de impulsar el aceite o líquido hidráulico, transformando la energía mecánica rotatoria en energía hidráulica.
El propósito de una bomba hidráulica es suministrar un flujo de líquido a un sistema hidráulico. La bomba no crea la presión de sistema, puesto que la presión se puede crear solamente por una resistencia al flujo. Mientras que la bomba proporciona flujo, transmite una fuerza al líquido. Dado que el flujo de líquido encuentra resistencia, esta fuerza se vuelve una presión. La resistencia al flujo es el resultado de una restricción o de una obstrucción en la trayectoria del mismo. Esta restricción es normalmente el trabajo logrado por el sistema hidráulico, pero puede ser también debido a restricciones de líneas, de guarniciones, y de válvulas dentro del sistema. Así, la presión es controlada por la carga impuesta sobre el sistema o la acción de un dispositivo regulador de presión

Una bomba debe tener una fuente continua de líquido disponible en el puerto de entrada para suministrar el líquido al sistema. Dado que la bomba fuerza el líquido a través del puerto de salida, un vacío parcial o un área de baja presión se crea en el puerto de entrada. Cuando la presión en el puerto de entrada de la bomba es más baja que la presión atmosférica local, la presión atmosférica que actúa sobre el líquido en el depósito fuerza el líquido hacia la entrada de bomba. Si la bomba está situada en un nivel más bajo que el depósito, la fuerza de la gravedad complementa a la presión atmosférica sobre el depósito. Los aviones y misiles que funcionan a altas altitudes se equipan con depósitos hidráulicos presurizados para compensar la baja presión atmosférica encontrada en dichas altitudes.

El proceso de transformación de energía se efectúa en dos etapas: aspiración y descarga.

Aspiración

Al comunicarse energía mecánica a la bomba, ésta comienza a girar y con esto se genera una disminución de la presión en la entrada de la bomba, como el depósito de aceite se encuentra sometido a presión atmosférica, se genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succión y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba.

Descarga

Al entrar aceite, la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura por la forma constructiva que el fluido no retroceda. Dado esto, el fluido no encontrará mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible, consiguiéndose así la descarga.

Las bombas son clasificadas normalmente por su salida volumétrica y presión. La salida volumétrica es la cantidad de líquido que una bomba puede entregar a su puerto de salida en cierto periodo de tiempo a una velocidad dada. La salida volumétrica se expresa generalmente en galones por el minuto (gpm). Dado que los cambios en la salida volumétrica afectan la velocidad de la bomba, algunas bombas son clasificadas por su desplazamiento. El desplazamiento de la bomba es la cantidad de líquido que la bomba puede entregar por ciclo. Puesto que la mayoría de las bombas utilizan una impulsión rotatoria, el desplazamiento se expresa generalmente en términos de pulgadas cúbicas por revolución.

Clasificación de las Bombas

Cilindrada :

Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolución.

Donde:

D = Diámetro mayor del engranaje

d = Diámetro menor del engranaje

l = Ancho del engranaje

Unidades: cm3/rev

Caudal Teórico :

Es el caudal que de acuerdo al diseño, debiera entregar la bomba (caudal Ideal)

Donde:

C = Cilindrada (cm3/rev)

N = Rpm (1/rev)

Rendimiento Volumétrico :

Donde:

QR = Caudal Real

QT = Caudal Teórico

Bombas de desplazamiento positivo:

Como indicamos previamente, una bomba no crea presión. Sin embargo, la presión desarrollada por las restricciones en el sistema es un factor que afecta a la salida volumétrica de la bomba. Mientras que la presión del sistema aumenta, la salida volumétrica disminuye. Esta caída en la salida volumétrica es el resultado de un aumento en la cantidad de pérdidas internas del lado de salida hacia el lado de la entrada de la bomba. Esta pérdida se identifica como resbalamiento de la bomba y es un factor que se debe considerar en todas las bombas. Esto explica porqué la mayoría de las bombas son clasificadas en términos de salida volumétrica en una presión dada.

Muchos y diversos métodos se utilizan para clasificar las bombas. Los términos tales como desplazamiento no positivo, desplazamiento positivo, desplazamiento fijo, salida volumétrica fija, volumen de caudal variable, volumen constante, y otros se utilizan para describir las bombas. Los primeros dos de estos términos describen la división fundamental de las bombas; es decir, todas las bombas son o de desplazamiento no positivo o desplazamiento positivo.

Básicamente, se refiere a las bombas que descargan el líquido en un flujo continuo como de desplazamiento no positivo, y las que descarguen volúmenes separados por un período de no descarga se refieren como de desplazamiento positivo.

Aunque la bomba de desplazamiento no positivo produzca normalmente un flujo continuo, no proporciona un sello positivo contra el resbalamiento; por lo tanto, la salida de la bomba varía mientras que la presión de sistema varía. Es decir, el volumen de líquido entregado para cada ciclo depende de la resistencia al flujo. Este tipo de bomba produce una fuerza en el líquido que es constante para cada velocidad particular de la bomba. La resistencia en la línea de descarga produce una fuerza en una dirección opuesta a la dirección de la fuerza producida por la bomba. Cuando estas fuerzas son iguales, el líquido está en un estado del equilibrio y no fluye.

Si la salida de una bomba de desplazamiento no positivo es totalmente cerrada, la presión de descarga aumentará al máximo para esa bomba particular a una velocidad específica. Nada más sucederá, excepto que la bomba quemará el líquido y producirá calor.

En contraste con la bomba de desplazamiento no positivo, la bomba de desplazamiento positivo proporciona un sello interno positivo contra el resbalamiento. Por lo tanto, este tipo de bomba entrega un volumen definido de líquido para cada ciclo de operación de la bomba, sin importar la resistencia ofrecida, suponiendo que la capacidad de la unidad de potencia que impulsa la bomba no sea excedida.

Si la salida de una bomba de desplazamiento positivo fuera totalmente cerrada, la presión aumentaría instantáneamente al punto en el cual la unidad que impulsa la bomba se atascaría o algo se rompería.

Gracias al movimiento cíclico constante de su parte móvil, una bomba de desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de líquido y soportar (dentro de sus límites) cualquier presión que se requiera.

En otras palabras, una bomba de desplazamiento positivo genera caudal, pero a alta presión.

Una bomba de desplazamiento positivo consiste básicamente de una parte móvil alojada dentro de una carcasa. La bomba mostrada en la figura tiene un émbolo como parte móvil. El eje del émbolo está conectado a una máquina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo constante del émbolo. El puerto de entrada está conectado al depósito, en los puertos de entrada y salida, una bola permite que el líquido fluya en un solo sentido a través de la carcasa. Estas bombas las constituyen las del tipo oleohidráulico, es decir, bombas que además de generar el caudal, lo desplazan al sistema obligándolo a trabajar, este fenómeno se mantiene aún a elevadas presiones de funcionamiento.

Las bombas pueden clasificarse además dependiendo de la forma en que se desplaza la parte móvil de éstas; si el desplazamiento es rectilíneo y alternado, entonces se llamarán oscilantes, y si el elemento móvil gira se llamarán rotativas.

Las bombas de desplazamiento positivo se vuelven a subdividir como de desplazamiento fijo o volumétrico. La bomba de desplazamiento fijo entrega la misma cantidad de líquido en cada ciclo. El volumen de la salida puede ser cambiado solamente cambiando la velocidad de la bomba. Cuando una bomba de este tipo se utiliza en un sistema hidráulico, un regulador de presión (válvula de descarga) se debe incorporar en el sistema. Un regulador de presión o una válvula de descarga se utilizan en un sistema hidráulico para controlar la cantidad de presión en el sistema y para descargar o para aliviar la bomba cuando se alcanza la presión deseada. Esta acción de un regulador de presión evita que la bomba trabaje contra una carga cuando el sistema hidráulico está a presión máxima y sin funcionamiento. Durante este tiempo el regulador de presión puentea el líquido de la bomba de nuevo al depósito. La bomba continúa entregando un volumen fijo de líquido durante cada ciclo. Los términos tales como entrega fija, entrega constante, y volumen constante son todos utilizados para identificar la bomba de desplazamiento fijo.

La bomba volumétrica se construye para poder variar el desplazamiento por ciclo. El desplazamiento se varía mediante el uso de un dispositivo de control interno.

Las bombas se pueden también clasificar según el diseño específico usado para crear el flujo de líquido. Prácticamente todas las bombas hidráulicas caen dentro de la clasificación de tres diseños: centrífugas, rotativas, y alternativas. El uso de bombas centrífugas en hidráulica es limitado.

Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su órgano propulsar no contiene elementos móviles; es decir, que es de una sola pieza, o de varias ensambladas en una sola.

A este caso pertenecen las bombas centrífugas, cuyo elemento propulsor es el rodete giratorio. En este tipo de bombas, se transforma la energía mecánica recibida en energía hidro-cinética  imprimiendo a las partículas cambios en la proyección de sus trayectorias y en la dirección de sus velocidades. Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de las mismas no tenga contrapresión pues si la hubiera, dado que la misma regula la descarga  , en el caso límite que la descarga de la bomba estuviera totalmente cerrada, la misma seguiría en movimiento NO generando caudal alguno trabajando no obstante a plena carga con el máximo consumo de fuerza matriz .

Por las características señaladas, en los sistemas hidráulicos de transmisión hidrostática de potencia hidráulica  NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo.

Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo, cuando su órgano propulsor contiene elementos móviles de modo tal que por cada revolución se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, independientemente de la contrapresión a la salida. En este tipo de bombas la energía mecánica recibida se transforma directamente en energía de presión que se transmite hidrostáticamente en el sistema hidráulico.

En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la descarga abierta, pues a medida que la misma se obstruya, aumenta la presión en el circuito  hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la rotura de la bomba; por tal causal siempre  se debe colocar inmediatamente a la salida de la bomba una válvula de alivio o de seguridad. con una descarga a tanque y con registro de presión.

BOMBAS ROTATIVAS

Todas las bombas rotativas tienen piezas de rotación que atrapan el líquido en el puerto de la entrada (succión) y lo impulsan a través del puerto de descarga dentro del sistema. Los engranajes, los tornillos, los lóbulos, y las paletas son usados generalmente para mover el líquido. Las bombas rotativas son de desplazamiento positivo del tipo de desplazamiento fijo.

Las bombas rotativas se diseñan con separaciones muy pequeñas entre las piezas de rotación y las piezas inmóviles, para reducir al mínimo el resbalamiento desde el lado de descarga hacia el lado de succión. Se diseñan para funcionar a las velocidades relativamente moderadas. El funcionamiento a velocidades elevadas causa erosión y desgaste excesivo que da lugar a separaciones crecientes.

Hay numerosos tipos de bombas rotativas y varios métodos de clasificación. Pueden ser clasificadas por la posición del eje - montaje vertical u horizontal - ; el tipo de motor de impulsión - eléctrico, motor de gasolina, y así sucesivamente - ; nombre de su fabricante; o su uso de servicio. Sin embargo, la clasificación de bombas rotatorias se hace generalmente según el tipo de elemento giratorio. Algunos de los tipos más comunes de bombas rotativas se discuten en las páginas siguientes.

MONTAJE DE LA BOMBA. TRANSMISIONES HIDROSTÁTICAS.

Para empezar a comprender las unidades de transmisión hidrostática, comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostáticas.

El primer tipo es un sistema hidrostático que consiste en una bomba con un motor instalado remotamente. Según vemos en la figura siguiente :

En este tipo de sistema hidrostático la bomba hidrostática se instala junto al motor de las unidades y es impulsada por éste. La bomba está conectada al motor de impulsión hidráulica mediante mangueras y tuberías de acero. Estos motores de impulsión hidráulica se pueden instalar directamente en las ruedas o en el eje de transmisión.

Otro tipo de sistema de transmisión hidrostática es el sistema de bomba y motor en línea.

En este sistema el motor y la bomba están construidos como unidad única, lo que elimina la necesidad de tuberías o mangueras de transmisión de fluidos de alta presión entre la bomba y el motor. Esta unidad se instala generalmente en un eje de transmisión o transaxle.

Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor eléctrico con otros medios, es necesaria acoplar los ejes mediante un manchón elástico .

 

La acción del manchón o acoplamiento elástico permite corregir desviaciones angulares y axiales como las indicadas en las Fig. 2.2  y  2.3 que de no eliminarse , significaría someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados , provocando su desgaste prematuro.

    

MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIÓN EN "U".

Una versión similar es la transmisión en U . Cuando es necesario disponer de un montaje lateral del motor con respecto a la bomba, la transmisión puede ser realizada por engranajes , cadena o correa pero en todos los casos esta disposición significaría una carga extra para los rodamientos de la bomba.

En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente común, ubicándose la bomba por lo general encima del motor.

El sistema hidrostático en U es más compacto mientras el sistema hidrostático en línea es por lo general más fácil de reparar y mantener.

Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no. Cuando están construidas para este tipo de montaje, presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza 

Cuando su efectúa, verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig. 2.4, debe tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la mínimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta última .

Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que describimos, pueden ser utilizadas, si se provee una disposición como la que muestra la Fig. nro. 2.5  donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento y este queda acoplado a la bomba mediante un manchón elástico . Este eje soporta, con sus rodamientos la carga extra.

     

Una cuidadosa inspección de los rodamientos de las bombas en funcionamiento permitirá detectar en forma inequívoca vicios de montaje que como hemos visto son de fácil solución , y redundan en una mayor vida útil de la bomba. 

Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de diseño. El diseño del motor remoto funciona bien cuando no hay transmisión, o cuando la ubicación del motor y del sistema de transmisión exige tal configuración.

ADMISIÓN Y SALIDA DE PRESIÓN

En la mayoría de las bombas la sección del orificio de admisión es mayor que el de presión, esta regla casi y en general queda alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diámetro.

La razón de las diferencias de diámetros anotada, queda justificada por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor más bajo posible ( máximo 1,20 metros por segundo) quedará como consecuencia una mínimas pérdidas de carga , evitándose de esta forma el peligro de la cavitación

En ningún caso debe disminuirse por razones de instalación o reparación el diámetro nominal de esta conexión que invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como así también mantener la altura entre el nivel mínimo de aceite de este último y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig. 2.6) de acuerdo a la indicado por el fabricante. Para las bombas a engranajes, paletas y pistones sin válvulas, los fabricantes dan valores de succión del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio cuando ellas operan con aceites minerales , disminuyendo este valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sintéticos .

En general podemos decir que la distancia h de la Fig. 2.6. no debe superar nunca los 80 centímetros.

Las bombas de pistones con igual válvula de admisión y salida no proveen una succión suficiente para elevar el aceite y funcionar sin cavitación por ello se recurre al llenado o alimentación por gravedad como vemos en la Fig. 2.7.

La observación de lo anotado permitirá el funcionamiento correcto de las bombas instaladas asegurando su eficiencia, mediante una aspiración  correcta y  preservando la vida útil de las mismas al limitar las posibilidades de la cavitación por una altura a excesiva o una sección de aspiración menor es la indicada.

Uno de los problemas que frecuentemente se presentan, es la aspiración de aire por parte de la bomba, teniendo por consecuencia un funcionamiento deficiente , perdida de presión, excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso.

Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba están perfectamente localizados. Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque.

 

En la Fig. 2.8 observamos una disposición corriente de una tubería de succión  en ella cada conexión de accesorio es decir 1, 2 , 3 y 4 presenta un camino propicio para el ingreso de aire si bien esta tubería no soporta presión, el empaquetado de los accesorios y conexiones señaladas, debe efectuarse con extremo cuidado para impedir que , por succión de la bomba , se introduzca aire.

Cuando la tubería de succión se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario prestar especial atención al aro sello o  junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba, ya que su estado determinará la posibilidad de ingresa de aire.

Un método que si bien es poco ortodoxo resulta rápido y eficiente para el estado de los puntos A, 1 ,2 ,3 y  4 o similares, es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con agua y detergente. Una rápida aparición de las burbujas nos indicará el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito.

El extremo de la tubería de succión termina en el tanque, a través de una coladera o totalmente libre, según el caso, pero en ambos su ubicación debe quedar 2 pulgadas por debajo del nivel mínimo del tanque, eliminando de esta forma, la última  posibilidad de ingreso de aire.

 

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