BOMBAS
Definiciones :
La unidad combinada de motor de bombeo y conducción se conoce como bomba hidráulica. La bomba hidráulica toma fluido hidráulico (generalmente algún tipo de aceite) del tanque de almacenamiento y lo suministra al resto del circuito hidráulico. En general, la velocidad de la bomba es constante y esta entrega un volumen igual de aceite en cada revolución. La cantidad y dirección del flujo de fluido son controladas por mecanismos externos. En algunos casos, la bomba hidráulica en sí es operada por un motor controlado por servo, pero esto hace que el sistema sea más complejo. Las bombas hidráulicas se caracterizan por su capacidad de caudal, consumo de energía, velocidad de accionamiento, presión entregada en la salida y eficiencia de la bomba. Las bombas no son 100% eficientes. La eficiencia de una bomba puede ser especificada de dos maneras. Una es la eficiencia volumétrica, que es la relación entre el volumen real de fluido entregado y el volumen teórico máximo posible. La segunda es la eficiencia energética, que es la relación entre la potencia hidráulica de salida y la potencia mecánica/eléctrica de entrada. La eficiencia típica de las bombas varía entre 90-98%.
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 .
La bomba centrífuga utiliza energía cinética rotacional para mover el fluido. La energía rotacional generalmente proviene de un motor de combustión o motor eléctrico. El fluido ingresa al impulsor de la bomba a lo largo o cerca del eje de rotación, acelera en la hélice y es expulsado hacia la periferia debido a la fuerza centrífuga, como se muestra en la figura 5.1.3. En la bomba centrífuga, el caudal no es constante y varía según la presión de salida. Estas bombas no son adecuadas para aplicaciones de alta presión y generalmente se utilizan en aplicaciones de flujo de alto volumen y baja presión. La capacidad de presión máxima está limitada a 20-30 bares y la velocidad específica varía entre 500 y 10000. La mayoría de las bombas centrífugas no son autocebantes y la carcasa de la bomba debe llenarse con líquido antes de poner en marcha la bomba.La bomba centrífuga utiliza energía cinética rotacional para mover el fluido. La energía rotacional generalmente proviene de un motor de combustión o motor eléctrico. El fluido ingresa al impulsor de la bomba a lo largo o cerca del eje de rotación, acelera en la hélice y es expulsado hacia la periferia debido a la fuerza centrífuga, como se muestra en la figura 5.1.3. En la bomba centrífuga, el caudal no es constante y varía según la presión de salida. Estas bombas no son adecuadas para aplicaciones de alta presión y generalmente se utilizan en aplicaciones de flujo de alto volumen y baja presión. La capacidad de presión máxima está limitada a 20-30 bares y la velocidad específica varía entre 500 y 10000. La mayoría de las bombas centrífugas no son autocebantes y la carcasa de la bomba debe llenarse con líquido antes de poner en marcha la bomba.
La bomba centrífuga utiliza energía cinética rotacional para mover el fluido. La energía rotacional generalmente proviene de un motor de combustión o motor eléctrico. El fluido ingresa al impulsor de la bomba a lo largo o cerca del eje de rotación, acelera en la hélice y es expulsado hacia la periferia debido a la fuerza centrífuga, como se muestra en la figura . En la bomba centrífuga, el caudal no es constante y varía según la presión de salida. Estas bombas no son adecuadas para aplicaciones de alta presión y generalmente se utilizan en aplicaciones de flujo de alto volumen y baja presión. La capacidad de presión máxima está limitada a 20-30 bares y la velocidad específica varía entre 500 y 10000. La mayoría de las bombas centrífugas no son autocebantes y la carcasa de la bomba debe llenarse con líquido antes de poner en marcha la bomba.
Fig. Bomba centrífuga
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 . |
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