Conceptos Básicos de Neumática e Hidráulica 


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BOMBAS ALTERNATIVAS

El término alternativo se define como movimiento hacia atrás y hacia adelante. En la bomba alternativa es este movimiento hacia atrás y hacia adelante de los pistones dentro de los cilindros lo que proporciona el flujo de líquido. Las bombas alternativas, como las bombas rotativas, funcionan sobre el principio positivo, o sea que en cada empuje entregan un volumen definido de líquido al sistema.

El cilindro maestro del sistema de frenos del automóvil, es un ejemplo de una bomba de intercambio simple. Varios tipos de bombas hidráulicas eléctricas, tales como las de pistón radial y pistón axial, también se clasifican como bombas alternativas. Estas bombas se clasifican a veces como bombas rotativas, porque un movimiento de rotación es impartido a las mismas por la fuente de energía. Sin embargo, el bombeo real es realizado por los sistemas de pistones alternativos dentro de juegos de cilindros.

BOMBAS DE PISTONES .

Un motor hidrostático consta de una bomba hidrostática, que bombea aceite al motor de impulsión.

El componente más importante del sistema hidrostático es la bomba, que corresponde a una bomba de desplazamiento variable. Esto significa que el flujo de salida de la bomba se puede modificar y no sólo está controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo. Para esto se debe utilizar una bomba de pistones.

Estas bombas diseñadas para presiones de servicio más elevadas que las anteriormente mencionadas, presentan una gran variedad constructiva.

Una clasificación genérica nos presenta el siguiente esquema:

BOMBAS DE PISTONES Bombas de pistones en línea CAUDAL FIJO ÚNICAMENTE
Bombas de pistones axiales. Bombas de pistones  radiales. CAUDAL  FIJO VARIABLE

A pesar de la variedad señalada, los altos niveles de presión operativa (hasta 700 kg/cm2) dan características de materiales, aleaciones, y tolerancias comunes a todas ellas a saber:

ROTOR: Bronces fosforosos y una función con la siguiente composición: 3,2% C, 1% Mn , 0.26% P, 1.75% Si , 0.085% Cr, 0.06% Ni, con dureza HB = 200.

PISTONES,- Acero Cr -Ni de cimentación, cementado y templado,

EJE DE DISTRIBUCIÓN.- Acero Cr, - Ni, de cementación

PISTAS = Acero de rodamientos templado.

TOLERANCIAS :

e) Holgura entra pistón y cilindro no mayor de 0,005 a 0,008 mm.

b) Ovalización máxima admitida en los pistones 0,005 mm,

c) Ovalización máxima del alojamiento 0,01 mm.

TERMINACIONES SUPERFICIALES

Los pistones y sus alojamientos son rodados, es decir están sometidos a un tratamiento de terminación superficial por arranque de material, este proceso que en frases lleva el nombre de " Rodage a la pierre " y en inglés " Nonius " no tiene denominación en castellano, y difiere del superacabado y del lapidado.

Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo.

Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad, que un estudio detenido de cada uno de ellas escaparía a los alcances de esta información . Por tal motivo, nos detendremos solamente en las más conocidas .

En este tipo de bombas, existen dos clases fundamentales: de caudal fijo y de caudal variable. Estas ultimas serán analizadas mas adelante.

Las bombas hidráulicas rotativas de pistones radiales, pueden clasificarse en general según sus válvulas sean de asiento o rotativas. Como hemos visto anteriormente ,  las bombas multicilíndricas de pistones en línea tienen invariablemente sus válvulas de asiento. En las bombas radiales, los asientos pueden ser de válvulas de bola, de platillo o de asiento cónico.

Si los cilindros giran, las válvulas son de tipo rotativo o "deslizante" y son hermetizadas por una película de aceite entre las superficies móviles y estacionarias.

Las bombas que poseen válvulas rotativas son algo diferentes que las que poseen válvulas de asiento, siendo inevitable cierto resbalamiento a presiones altas, debido a la fuga de aceite a través del juego en las válvulas. Además las presiones de trabajo de las bombas de válvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de mantener altas eficiencias volumétricas a una presión constante y además por el riesgo , de "agarrotamiento " de las válvulas bajo la acción de cargas excesivas. Por tal razón las bombas de muy alta presión tienen válvulas de asiento, por lo que sus pistones no giran , y esta es la disposición clásica de las bombas de caudal fijo, o sea, de suministro constante. Las bombas alternativas de descarga constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros estacionarios que veremos a continuación , bombas de pistones axiales con cilindros estacionarlos, que veremos más adelante  y bombas de pistones en línea, que ya hemos visto ; todas estas válvulas de asiento. 

El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales consiste en un barril de cilindros, pistones, un anillo y una válvula de bloqueo.

Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas, sólo que en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones.

El barril de cilindros que aloja los pistones está excéntrico al anillo. Conforme el barril de cilindros gira, se forma un volumen creciente dentro del barril durante la mitad de la revolución, en la otra mitad, se forma un volumen decreciente. El fluido entra y sale de la bomba a través de la válvula de bloqueo que está en el centro de la bomba.

Con las bombas de alta velocidad, de pistones radiales con válvulas de asiento, se obtienen eficiencias volumétricas sumamente altas, a valores de un 98%. Por lo general cada cilindro o cualquier otra cámara en la bomba es pequeño en relación bloque de acero que la rodea, y los pistones están tan pulidos que se adaptan: a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna .

Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que en los sistemas hidráulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible.

La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequeñas pulsaciones de muy alta frecuencia 

Bomba "SECO".

Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nº 2.16 

Consta de un cuerpo de acero, en el cual van alojadas las válvulas de asiento de bola. La de admisión, que naturalmente es mas grande que la de impulsión va alojada en sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza sobre las caras hexagonales de un dado central, que asienta sobre un cojinete muy robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva excéntrica central circular maquínada sobre el mismo eje de entrada ,que es el mando de la bomba y que está conectado con un manguito a un motor eléctrico.

 

El casquillo mencionado, es en realidad un embolo hueco, retorna por la acción de un resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial , van dispuestos las cámaras de impulsión que tienen sus válvulas de asiento de bola bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte. Son en realidad válvulas de retención . La salida se recoge en una tapa colectara frontal.

Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones , del orden de 5.000 libras por pulgada cuadrada .

Como la admisión a los cilindros se opera por la parte central de la bomba, donde se encuentra alojado el eje excéntrico con sus correspondientes rulemanes ,la lubricación de todas las partes móviles y deslizantes de la bomba se encuentran permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidráulico. Demás está decir por razones de lubricación, que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidráulico. Con agua se destruirían a los pocos minutos de funcionamiento.

Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable.

 

El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior que se conectan por medio de toberas con las diferentes cámaras de aspiración y de impulsión . De hecho esta forma un sistema de válvulas rotativa deslizante¡ y este sistema es característico de las bombas rotativas de pistones radiales o en "estrella " de caudal variable .

Gracias a un número relativamente elevado de pistones y a su corta carrera, las pulsaciones del caudal son enteramente despreciables. La presión de salida de estas bombas está limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes , que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas.

Bomba Hele-Shaw

Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas , y ellas están construidas de acuerdo con los principios , establecidos hace muchos años - hacia 1908 - por el iniciador de este tipo de diseño, el Dr. Hele-Shaw que comenzó a construirlas en Inglaterra . Fue la primera bomba que utilizó válvulas rotativas o deslizantes en las que debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presión mediante una película de aceite entre las superficies rozantes. De esta manera no solo proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un máximo, sino que también son reversibles, como ya se ha dicho. 

El resbalamiento, o fugas de aceite  por las válvulas rotativas o deslízantes. aumenta considerablemente a presiones altas, y si las cargas son excesivas se hace presente el riesgo de agarrotamientos que puede dañar seriamente a la bomba. Por  tal causa, esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmósferas. De bombas de este tipo se construyen en un vasto rango de capacidades , con potencias elevadas como 200 HP . 

Las bombas Hele-Shaw de tamaño grande trabajan a velocidades del orden de 500 r.p.m. y las pequeñas a velocidades de 1500 r.p.m. .

En la figura 2.18 se ilustra una unidad de este tipo  .

En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto número de cilindros radiales . Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos cojinetes a bolas B y C, conectado el árbol de mando D. Este cuerpo gira alrededor de la válvula central fija E, que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales conduce al ramal de admisión o de descarga de aceite, que son F y G respectivamente.

El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la válvula central está ocupado por una película de aceite que actúa como un sello. Cada pistón H está conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistón K sobra el que puede oscilar .

Los cojinetes están alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L, que gira sobre los rulemanes a bolas M y N .Estos están alojados sobre las guías O, que es deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas  . De esta manera, el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro , y el eje de rotación depende de la posición de los cojinetes de bolas M y N, determinado por el recorrido de las guías O . 

 

Cada diagrama corresponde a una sección realizada a través de la válvula fija central por un plano que pasa por los ejes de los cilindros..

Las lumbreras X e Y, cada una de las cuales está en este caso por duplicado, comunican con los cilindros a través de ranuras practicadas en la cara de la clavija central o válvula.- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotación del perno de pistón coincide con el eje de la clavija, cuando las guías O están a mitad de su recorrido. En dicha posición, la rotación del cilindro no causa el movimiento radial de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones. El movimiento de las guías O se representa por el desplazamiento  del elemento rotativo sobre la línea PQ. El desplazamiento hacia P figura (b) causa  la excentricidad de la rotación de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro, de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y.

Por otra parte, el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c), invierte el sentido del flujo, de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado, por la lumbrera K. La variación de la excentricidad varía el volumen suministrado en ambas direcciones.

En esta bomba, como en todas las que tienen válvulas rotativas o deslizantes el factor de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (número de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(3/2) .

Bomba Pittler-Thoma.

Esta bomba de manufactura alemana, tiene el mismo principia de funcionamiento qua la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos.

En esta bomba, los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un. perno sobre el que rota libremente un pequeño rulemán a bolillas, el cual rueda sobre la cara interior del aro de regulación de caudales, cuya movimiento de registro en algunos modelos es de comando manual, como se muestra en la figura nro. 2.20. En otros modelos el registro se opera automáticamente por la presión de sistema hidráulico , con servo-dispositivos adecuados.

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