Conceptos Básicos de Neumática e Hidráulica 


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Bomba de engranajes bihelicoidales - helicoidales - internos centrados. Bomba de lóbulos. Bomba de tornillo . Bomba de paletas desequilibradas y equilibradas.

Fig. : Bomba de engranajes bihelicoidales

Bomba de engranajes bihelicoidales

La bomba de engranajes bihelicoidales (Herringbone Gear Pump en Inglés ) (ver figura lateral ) es una modificación de la bomba de engranajes rectos. El líquido 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 sobreposición y el espacio relativamente más grande en el centro de los engranajes tienden a reducir al mínimo las pulsaciones y a dar un flujo más constante que la bomba de engranajes rectos ( Spur gear pump en Inglés) .

Fig.: Bomba de engranaje helicoidal.

Bomba de engranajes helicoidales

La bomba de engranaje helicoidal sigue siendo otra modificación de la bomba de engranaje recto. Debido al diseño helicoidal del engranaje, la sobreposición 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 más estable. Debido a ésta mayor estabilidad de descarga en la bomba helicoidal, los engranajes se pueden diseñar con una pequeña cantidad de dientes grandes – permitiendo así 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 sincronización e impulsión que ayudan a mantener el espacio intersticial requerido sin el contacto metálico real de los engranajes de bombeo. (El contacto metálico entre los dientes de los engranajes de bombeo proporcionaría un sello más estrecho contra el resbalamiento; sin embargo, causaría un acelerado desgaste de los dientes, porque el material extraño en el líquido estaría presente sobre las superficies de contacto.)

Los rodamientos de rodillos en ambos extremos de los ejes de engranaje mantienen la alineación apropiada y reducen al mínimo la pérdida de fricción en la transmisión de la potencia. Embalajes adecuados se utilizan para prevenir fugas alrededor del eje.

Bomba de engranajes internos centrados

Otro diseño 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 está conectado con el eje motriz de la fuente de potencia.

La operación de este tipo de bomba de engranaje interna se ilustra en las figuras laterales. Para simplificar la explicación, 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 esté 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 revolución. En la ilustración, este punto está en X. En la visión A, el diente 1 del engranaje interno está endentado con el espacio 1 del engranaje externo. A medida que los engranajes continúan girando en una dirección a la derecha y los dientes se acercan al punto X, el diente 6 del engranaje interno endentará con el espacio 7 del engranaje externo, el diente 5 con el espacio 6, y así sucesivamente. Durante esta revolución, el diente 1 endentará con el espacio 2; y durante la revolución siguiente, el diente 1 endentará con el espacio 3. Consecuentemente, el engranaje externo girará en apenas seis sextos la velocidad del engranaje interno.

En un lado del punto de acoplamiento entre dientes, bolsillos de tamaño cada vez mayor se forman mientras que los engranajes giran, mientras que en el otro lado los bolsillos disminuyen de tamaño. En la figura B adjunta, los bolsillos en el lado derecho de los dibujos están aumentando de tamaño hacia la parte inferior de la ilustración, mientras que los mismos en el lado izquierdo están disminuyendo de tamaño hacia la tapa de la ilustración. El lado de entrada de la bomba por lo tanto estaría 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.

Bomba de lóbulos

Esta bomba funciona siguiendo el principio de la bomba de engranajes de dientes externos, es decir, ambos elementos giran en sentidos opuestos, con lo que se logra aumentar el volumen y disminuir la presión y por ello conseguir la aspiración del fluido.

Los lóbulos son considerablemente más grandes que los dientes de engranajes, pero hay solamente dos o tres lóbulos en cada rotor. Una bomba de tres lóbulos se ilustra en la figura lateral. Se giran los dos elementos, uno es impulsado directamente por la fuente de energía, y el otro a través de engranajes de sincronización. Mientras que los elementos giran, el líquido queda atrapado entre dos lóbulos de cada rotor y las paredes del compartimiento de la bomba, y se transporta del lado de succión al lado de descarga de la bomba. A medida que el líquido sale del compartimiento de succión, la presión en el compartimiento baja, y más líquido adicional es forzado a desplazarse hacia el compartimiento desde el depósito.

Se construyen los lóbulos de manera de producir un sello continuo en los puntos donde éstos se interceptan en el centro de la bomba. Los lóbulos de la bomba ilustrada en la figura son provistos con las pequeñas paletas en su borde externo, a fin de mejorar la hermeticidad de la bomba. Aunque estas paletas se sostengan mecánicamente en sus ranuras, están, hasta cierto punto, libres de moverse hacia fuera. La fuerza centrífuga mantiene las paletas ligeramente apretadas contra el compartimiento y los otros elementos giratorios.

 

Fig.: Bomba de lóbulos.

 

Por la forma constructiva de los engranajes el caudal desplazado puede ser mayor. Se genera una sola zona de presión, por lo cual esta bomba constituye una del tipo desequilibrada, y al no podérsele variar la cilindrada, se dice entonces que la bomba es de caudal constante.

BOMBA DE TORNILLO

La transmisión de potencia hidráulica por medio de bombas de tornillo se utiliza generalmente sólo en los submarinos. A pesar de ser baja en eficiencia y costosa, la bomba de tornillo es conveniente para las altas presiones (3000 psi), y entrega fluido con poco ruido o pulsación de presión.

Fig.: Bomba de tornillo

La línea de suministro está conectada en el centro de la cubierta de la bomba en algunas bombas (figura, visión B). El líquido entra en el puerto de succión de la bomba, que se abre en compartimientos en los extremos del montaje del tornillo. Cuando los tornillos giran, el líquido fluye entre los filetes de rosca en cada extremo del conjunto. Los filetes de rosca arrastran el líquido dentro de la cubierta hacia el centro de la bomba al puerto de descarga.

Las bombas de tornillo están disponibles en variados diseños; sin embargo, todas funcionan de una manera similar. En una bomba de tornillo del tipo rotativo de desplazamiento fijo (visión A en la figura), el líquido se impulsa axialmente en forma constante y uniforme mediante la acción de sólo tres partes móviles, un rotor motriz y dos rotores locos arrastrados por el primero. El rotor motriz es el único elemento impulsor, que se extiende fuera de la cubierta de la bomba para las conexiones de potencia a un motor eléctrico. Los rotores locos giran libres y son arrastrados por el rotor motriz mediante la acción de los filetes de rosca que endientan entre sí. El líquido bombeado entre los filetes de rosca helicoidales del rotor motriz y los rotores locos proporciona una película protectora para prevenir el contacto metal con metal. Los rotores locos no realizan ningún trabajo; por lo tanto, no necesitan ser conectados por engranajes para transmitir potencia. Los espacios intersticiales formados por el endentado entre los rotores dentro de la estrecha caja de cubierta contienen el líquido que es bombeado. Mientras que los rotores dan vuelta, estos espacios se mueven axialmente, proporcionando un continuo flujo. El funcionamiento eficaz se basa en los factores siguientes:

La acción de giro obtenida con el diseño de filetes de rosca de los rotores es responsable de la estabilidad misma de operación de la bomba. La carga simétrica de presión alrededor del rotor motriz elimina la necesidad de cojinetes radiales porque no hay cargas radiales. El cojinete de bolas tipo cartucho en la bomba posiciona al rotor motriz para la operación apropiada de sellado. Las cargas axiales en los rotores creados por la presión de descarga son hidráulicamente equilibradas.

La clave del funcionamiento de la bomba de tornillo es la operación de los rotores locos en sus alesajes de la cubierta. Los rotores locos generan una película hidrodinámica para apoyarse en sus alesajes como los cojinetes lisos. Puesto que esta película es autogenerada, la misma depende de tres características de funcionamiento de la bomba - velocidad, presión de descarga, y la viscosidad del fluido. La fuerza de la película es aumentada incrementando la velocidad de funcionamiento, disminuyendo la presión, o aumentando la viscosidad del fluido. Esta es la razón por la cual las capacidades de funcionamiento de la bomba de tornillo se basan en velocidad de la bomba, la presión de descarga, y la viscosidad del fluido.

Bomba de paletas desequilibradas

Las bombas hidráulicas tipo paleta tienen generalmente placas interiores forma circular o elíptica. (La figura lateral ilustra una bomba de paleta con un interior circular.) Un rotor ranurado se fija a un eje que entra en la cavidad de la cubierta a través de una de las placas extremas. Un número de pequeñas placas o paletas rectangulares se fijan dentro de las ranuras del rotor.

 

Fig. : Bomba de paletas desequilibradas

Al girar el rotor dentro del anillo volumétrico y ubicado en forma excéntrica a éste, se genera por lo tanto una cierta diferencia que permite en algunos casos controlar la cilindrada.

Gracias a la excentricidad se genera una zona que hace las veces de cierre hermético que impide que el aceite retroceda. A partir de esta zona y producto de la fuerza centrífuga, las paletas salen de las ranuras del rotor, ajustándose a la superficie interna del anillo, así entre cada par de paletas se crean cámaras que hacen aumentar el volumen y disminuir la presión, con lo que es posible asegurar el continuo suministro de aceite. El aceite es tomado en estas cámaras y trasladado a la zona de descarga.

Al tener la bomba una sola zona de alta presión se originan fuerzas que no son compensadas, lo que indica que la bomba se trata de una bomba desequilibrada.

Fig. : Bomba de paletas desequilibradas

A medida que el rotor da vuelta, la fuerza centrífuga hace que el borde externo de cada paleta se deslice a lo largo de la superficie de la cavidad de la cubierta, mientras que las paletas resbalan dentro y fuera de las ranuras del rotor. Las numerosas cavidades, formadas por las paletas, las placas extremas, la cubierta, y el rotor, se expanden y se comprimen a medida que el montaje del rotor y de la paleta gira. Un puerto de entrada está instalado en la cubierta así que el líquido puede fluir en las cavidades mientras que éstas se agrandan. Un puerto de salida está provisto para permitir que el líquido fluya fuera de las cavidades a medida que llegan éstas se vuelven pequeñas.

 

Bomba de paletas equilibradas

Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones:

  • Anillo volumétrico
  • El rotor y el anillo están ubicados concéntricamente
  • Posee dos zonas de aspiración y dos de descarga, por lo tanto la aspiración y descarga se realiza dos veces en cada revolución
  • Su caudal es fijo
  • Las fuerzas resultantes se anulan, por lo tanto la bomba es equilibrada
   

BOMBAS MANUALES

Hay dos tipos de bombas alternativas manuales - la de acción única y la doble acción. La bomba de acción única proporciona flujo durante cada movimiento posterior, mientras que la de doble acción proporciona flujo durante cada movimiento de bombeo. Las bombas de acción única se utilizan con frecuencia en gatos hidráulicos.

Fig.: Bomba manual hidráulica

Una bomba de mano de doble acción se ilustra en la figura anterior. Este tipo de bomba se utiliza algunos sistemas hidráulicos de aviones como fuente de tracción hidráulica para emergencias, para prueba de ciertos subsistemas durante inspecciones de mantenimiento preventivo, y para determinar las causas de malfuncionamientos en estos subsistemas.

Esta bomba (ver figura arriba) consiste en un cilindro, un pistón que contiene una válvula de retención incorporada (A), un eje de pistón, una manija de funcionamiento, y una válvula de retención (B) en el puerto de entrada. Cuando el pistón se mueve a la izquierda, la fuerza del líquido en la cámara de salida y la tensión del resorte hace la válvula A cerrarse.

 

Este movimiento hace que el pistón fuerce el líquido en la cámara de entrada hacia el puerto salida y dentro del sistema. Este mismo movimiento del pistón produce un área de baja presión en la cámara de entrada. La diferencia en la presión entre la cámara de entrada y el líquido (a presión atmosférica) en el depósito actuando sobre la válvula de retención B hace que su resorte se comprima; abriendo así la válvula de retención. Esto permite que el líquido entre en la cámara de entrada.

Cuando el pistón termina este desplazamiento a la izquierda, la cámara de entrada está llena de líquido. Esto elimina la diferencia de presión entre el compartimiento de entrada y el depósito, permitiendo así que la tensión del resorte cierre la válvula de retención B. Cuando el pistón se mueve hacia la derecha, la fuerza del líquido confinado en el compartimiento de entrada actúa sobre la válvula de retención A. Esta acción comprime el resorte y abre la válvula de retención A lo que permite que el líquido fluya desde la cámara de entrada hacia la cámara de salida. Debido al área ocupada por el vástago del pistón, la cámara de salida no puede contener todo el líquido descargado del compartimiento de entrada. Puesto que los líquidos no se comprimen, el líquido adicional es forzado fuera del puerto salida dentro del sistema.

 

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