372 Oleo Tema 3 Bombas y Motores Hidraulicos

Ingeniería Industrial. 5º Curso

Sistemes Oleohidràulics i Pneumàtics Código 372

Oleohidráulica: Tema 3 Bombas y motores hidráulicos. Área Mecánica de Fluidos. Universitat Jaume I

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Bombas y motores hidráulicos. • Las bombas hidráulicas son los elementos que proporcionan caudal al sistema. La presión es resultado de la resistencia que ofrece el sistema • Prácticamente todas las bombas hidráulicas son de desplazamiento positivo o también llamadas bombas hidrostáticas. • Las características mas significativas de este tipo de bombas es: • Suministran un caudal fluctuante (se abre una cavidad, el fluido entra, la cavidad se cierra y desplaza el fluido hacia la salida) •No son sensibles a variaciones de viscosidad •Suministran caudales moderados. •Suministran presiones altas. •Su margen de caudal es muy estrecho Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. • Las bombas de desplazamiento positivo entregan en cada ciclo la misma cantidad de fluido al sistema, independientemente de la presión del mismos. • Pueden existir fugas en las bombas, no al exterior, sino dentro de la propia bomba entre los puntos de alta y baja presión, por lo que hay que controlar lo que se llamará rendimiento volumétrico. • Las bombas hidrostáticas o de desplazamiento positivo se agrupan según el tipo de elemento de bombeo (paletas, engranajes, pistones, etc.) y se dividen en dos grupos principales: bombas de caudal fijo y bombas de caudal variable. • El desplazamiento de fluido en cada cilindrada de una bomba de caudal fijo se mantiene constante en cada ciclo o revolución, pues el caudal es constante a una velocidad de trabajo determinada; por el contrario, el caudal de salida de una bomba de caudal variable puede cambiarse y alterar la geometría del elemento de bombeo, o la cilindrada del mismo. • Las bombas hidrostáticas se clasifican, además de por su construcción o funcionamiento, en función de su cilindrada o del caudal suministrado a una determinada velocidad de giro y de la presión máxima de trabajo recomendada por el fabricante. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Características de las Bombas de Desplazamiento Positivo. • En todas las bombas hidrostáticas el caudal de salida teórico es el producto de la cilindrada o capacidad por ciclo, multiplicada por el número de ciclos o revoluciones por unidad de tiempo; así pues, el caudal de salida en estas bombas será función del número de revoluciones o ciclos por unidad de tiempo con que esté trabajando • El caudal así obtenido es el llamado caudal teórico, que es siempre superior al caudal real en función del rendimiento volumétrico de la bomba, es decir, de las fugas internas de la misma. El caudal real es el que suministra la bomba, y es igual al caudal teórico menos las fugas internas o el retroceso del fluido de la impulsión a las aspiración. Este caudal también puede verse disminuido por un insuficiente caudal en la cámara de aspiración. Se define el rendimiento volumétrico como la relación entre el caudal real y el teórico: ηv =

Q real Qteorico

• Este rendimiento volumétrico oscila entre el 0,80 y el 0,99 según el tipo de bomba, su construcción y sus tolerancias internas, y según las condiciones específicas de trabajo: velocidad, presión, viscosidad del fluido, temperatura, etc.. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Características de las Bombas de Desplazamiento Positivo. Pérdidas volumétricas En la práctica, la curva característica no es vertical pues existen pérdidas volumétricas por los intersticios entre partes fijas y móviles. Como el huelgo es muy pequeño, se suele utilizar la relación lineal que, en flujo laminar, existe entre caudal y caída de presión. Esta simplificación está avalada por resultados experimentales. Para una máquina volumétrica las fugas de caudal son proporcionales a la variación de presión a través de la máquina

Teórico Real

Q ∆p

Qg

Q real = Qteorico −Qfugas Qteorico = nrev ⋅ ϑ

Qfugas = λ1 ⋅ ∆P

n1 < n2

ηv =

Q Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Q real Qteorico

Cilindrada

Bombas y motores hidráulicos. Características de las Bombas de Desplazamiento Positivo. Pérdidas mecánicas. • Las pérdidas mecánicas son las habituales en cualquier máquina: rozamiento en las carcasas, sistema de transmisión, rodamientos, etc. Normalmente, estas pérdidas se consideran ajenas a la transmisión de energía desde un punto de vista del fluido o bien se parte de datos del fabricante o se suponen constantes e independientes de las variables fluidodinámicas de la máquina. Para máquinas rotativas, todas estas pérdidas se pueden asimilar a un par de rozamiento, constituido por las siguientes contribuciones: Par de rozamiento hidrodinámico (circulación del flujo). Par de rozamiento mecánico. Par de rozamiento viscoso. Par de rozamiento Estas pérdidas mecánicas dan lugar a la definición de un rendimiento mecánico, que se calcula a partir de la potencia de que se dispone en el eje y la que llega a la máquina. W& eje ηm = W& acc Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Características de las Bombas de Desplazamiento Positivo. Pérdidas hidráulicas en bombas y motores. En máquinas de desplazamiento positivo es habitual la hipótesis de la expresión de las pérdidas hidráulicas como proporcionales al cuadrado del caudal, es decir, según la ecuación: ∆Ph = λ2 .Q 2

Esta ecuación está basada en suponer que las pérdidas por fricción del fluido en el interior de la máquina son equivalentes al flujo en conductos. Aunque parezca una simplificación del flujo muy importante, se ha comprobado que los resultados son bastante aproximados a lo que se obtiene en la práctica. Se define el rendimiento hidráulico como la relación entre la variación de presión real y la que se tendría en la máquina sin pérdidas dado que ∆P = ∆Pth − ∆Ph , ηH =

Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

∆P ∆Pteorico

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Bombas y motores hidráulicos. Características de las Bombas de Desplazamiento Positivo. En resumen podríamos decir: Rendimiento Volumétrico

Q ηv = real Qteorico

La potencia requerida será:


Rendimiento Mecánico

W& acc =

W& eje

ηm

=

ηm =

W& eje W& acc

Rendimiento Hidráulico

W& hidraulica γ ⋅ Q.∆P = η m ⋅ ηv ⋅ η h η m ⋅ ηv ⋅ η h

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ηH =

∆P ∆Pteorico

Curvas de presión y rendimiento frente al caudal zonas límite de funcionamiento, en las que conviene no trabajar.

Bombas y motores hidráulicos. Curvas características de las Bombas de Desplazamiento Positivo. Zona I: el caudal es del orden de magnitud del caudal de fugas. En ella existe la posibilidad de sobrecalentamiento de la bomba, pues el Curvas Carcaterísticas caudal real es prácticamente nulo. El rendimiento volumétrico es muy bajo, lo que repercute en el rendimiento total de la bomba. Zona II: está por encima de la presión máxima admisible de la bomba. El caudal de fugas es muy elevado (fugas proporcionales al incremento de presión) y, por tanto, el rendimiento volumétrico resulta muy bajo. Zona III: corresponde a caudales elevados, lo que implica velocidades de accionamiento también muy grandes. Estas altas velocidades suponen un problema de funcionamiento para las bombas, pues aparecen vibraciones, bien por las excitaciones asociadas a una mayor inercia de los elementos móviles o bien por la coincidencia entre las frecuencias de rotación y las frecuencias de resonancia de la máquina. El rendimiento hidráulico es bajo ya que las pérdidas hidráulicas son proporcionales al cuadrado del caudal y, en consecuencia, el rendimiento global de la máquina también será pequeño. En la zona IV, los valores de la presión de trabajo y de la potencia de la bomba son muy bajos, del orden de la potencia perdida por rozamiento mecánico. El rendimiento total resulta muy bajo.


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Bombas y motores hidráulicos. Curvas características de las Bombas de Desplazamiento Positivo. Ejemplos de curvas de Bombas Reales

Bomba a engranajes con dentado interior, cilindrada constante


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Bombas y motores hidráulicos. Curvas características de las Bombas de Desplazamiento Positivo. Ejemplos de curvas de Bombas Reales

Bomba de pistones radiales con cilindrada constante


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Se pueden clasificar de la manera siguiente: Rotativas De engranajes Externos


Internos

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Lobulares

De husillos

De paletas

Peristálticas

Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Se pueden clasificar de la manera siguiente: Alternativas De pistones en línea


De membrana

radiales

axiales

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo.


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Alternativas de Pistones: Pistones en Línea

Este tipo de bombas constan de un vástago conectado a un pistón, con sus elementos de estanqueidad, que se desplaza en el interior de un orificio cilíndrico cerrado por el extremo opuesto por donde tiene los orificios de aspiración y salida. Al salir el pistón se crea vacío en la cámara de bombeo. Este vacío succiona el fluido del depósito a través del antirretorno de aspiración, y ayuda también al cierre hermético del antirretorno de salida. Al cambiar el sentido de traslación del pistón, el fluido contenido en el cilindro se ve forzado a salir, cerrando el antirretorno de aspiración y abriendo el de la línea de impulsión. El volumen de fluido succionado se define por la geometría de la bomba, en este caso un cilindro: Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Alternativas de Pistones: Pistones en Línea Todas las bombas de desplazamiento positivo (tanto oscilantes como rotativas) suministran el mismo volumen de líquido en cada ciclo. Ésta es una característica física de la bomba, y no varía en función. de la velocidad de accionamiento; de todas formas, cuanto más rápidamente sea accionada mayor volumen total de líquido suministrará por unidad de tiempo. Por ello al definir una bomba de desplazamiento positivo podemos hacerlo expresando su cilindrada, o volumen de fluido suministrado por ciclo, o indicando el caudal total suministrado a un determinado número de ciclos por unidad de tiempo. Este factor es muy importante, ya que según el origen del fabricante de la bomba el caudal puede estar medido a distintas r.p.m., según la aplicación para que haya sido concebido la bomba (industria o móvil) y el tipo de corriente eléctrica. En la mayoría de los casos el caudal se determina a 1.500 r.p.m. al ser esta la velocidad de trabajo de los motores eléctricos en Europa. Teóricamente el volumen total será igual al producto de la cilindrada por el número de ciclos por minuto. Así, una bomba de 30 cm3/rev suministraría un caudal total de 45 l/min trabajando a 1.500 r.p.m.. Sin embargo se han de tener en cuenta dos factores: 1º) el rendimiento volumétrico de la bomba y 2º) el hecho de que los motores eléctricos de 1.500 r.p.m. trabajan a una velocidad real de 1.450 r.p.m., por lo que el caudal total suministrado por esta bomba. Suponiendo un rendimiento volumétrico del 80%, sería: Q = 30 · 1.450 · 0,8 = 34.800 cm3/min = 34,8 l/min Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Alternativas de Pistones: Pistones en Línea • Son muy robustas y adecuadas para presiones y caudales altos. • Su rendimiento volumétrico es alto. • Una característica importante de las bombas de un solo pistón y las de pistones en línea es su no reversibilidad, es decir, no pueden trabajar como motores. • Ante la dificultad de instalar una placa de válvulas para abrir y cerrar el paso del fluido con el giro, estas bombas suelen usar válvulas antirretorno de entrada y salida en cada uno de sus pistones. • Ofrecen un sistema de estanqueidad mucho mejor entre la entrada y la salida, permitiendo mayores presiones sin fugas excesivas • La lubricación de las partes móviles, a excepción del pistón y su alojamiento, puede hacerse con un fluido distinto al bombeado, permitiendo el bombeo de líquidos con poco poder de lubricación. • La eficiencia o rendimiento volumétrico y general de estas bombas es muy similar a las de pistones radiales y axiales. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Alternativas de Pistones: Pistones en Línea

Bomba Manual de Doble Efecto Bomba Manual Combina


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Alternativas de Pistones: Pistones Radiales • Los pistones están colocados radialmente en un bloque de cilindros, estos pistones se mueven perpendicularmente con relación al eje. Funcionamiento: el bloque de cilindros gira sobre un pivote estacionario en el interior de un anillo circular o rotor. A medida que el bloque gira, la fuerza centrífuga, una presión de carga, o algún tipo de acción mecánica, hace que el pistón siga la superficie interna del anillo, que está desplazada con relación al eje del bloque de cilindros. La situación de los orificios localizados en el anillo de distribución permite que los cilindros, durante sus movimientos alternativos, aspiren el fluido cuando se expanden, y lo expulsen cuando se mueven hacia dentro. La cantidad, tamaño y longitud de la carrera de los pistones determinan el desplazamiento de la bomba. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Caudal bombeado

Bombas Alternativas de Pistones: Pistones Radiales


• La estanqueidad se obtiene gracias a la fuerza centrífuga y a la presión del aceite. • Presentan un buen rendimiento volumétrico. • La aspiración y la impulsión se realizan a través de lumbreras. • Pueden modificar su cilindrada a través de la modificación de la excentricidad del bloque cilíndrico. • Pueden ser reversibles y trabajar como motores. • Los esfuerzos radiales son menores que en las máquinas de engranajes, pues las superficies de los pistones son pequeñas. • Tienen una vida mas larga porque poseen una buena lubricación • Son muy ruidosas • El fluido bombeado ha de ser muy limpio, es muy sensible a la contaminación • Suele utilizarse a bajas revoluciones • Buen Rendimientos: 0.8-0.9 • Caudales máximos de unos 600 l/min

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Alternativas de Pistones: Pistones Radiales Pulsation of the flow rate with 1, 2, 3, 4 pump elements


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Alternativas de Pistones: Pistones Axiales en Línea El modelo más simple de bomba de pistones axiales es el diseño en el que el barrilete de cilindros gira, accionado por el eje motriz. Los pistones, alojados en los orificios del barrilete, se conectan al plato inclinado por medio de "pies" y de un anillo de retroceso. De esta forma los pies se apoyan en el plato inclinado. A medida que el barrilete gira, los pies de los pistones siguen apoyados al plato inclinado, haciendo que los pistones se muevan linealmente con respecto al eje, en un movimiento alternativo. Los orificios, en la placa de distribución, están dispuestos de tal forma que los pistones pasan por el orificio de entrada o aspiración cuando empiezan a salir de sus alojamientos, y por la salida cuando están nuevamente entrando en sus alojamientos. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Alternativas de Pistones: Pistones Axiales en Ángulo Este tipo de bombas están compuestas por un eje motriz, un bloque o barrilete de cilindros, y una placa de válvulas que está encarada con los orificios de los cilindros del barrilete, y que dirige el fluido de la aspiración a la salida. El eje motriz está en ángulo con relación al eje del barrilete de cilindros. El giro del eje motriz causa la rotación de los pistones y del barrilete. Como el plano de rotación de los pistones está en ángulo con el plano de la placa de válvulas, la distancia entre cualquiera de los pistones y la placa de válvulas cambia constantemente durante la rotación. Individualmente cada pistón se separa de la placa de válvulas durante media revolución, y se acerca a ésta durante la otra media revolución. La placa de válvulas tiene los orificios dispuestos de forma tal que la aspiración está abierta a los orificios de los cilindros en la zona de la revolución en que éstos se separan de la placa. Su orificio de salida está encarado a los orificios de los pistones en la zona del giro en la que los pistones se acercan a la placa de válvulas. Así, durante el giro de la bomba los pistones succionan fluido hacia el interior de los cilindros y, posteriormente, lo expulsan por la cámara de salida. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Alternativas de Pistones: Pistones Axiales en Ángulo


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Alternativas de Pistones: Pistones Axiales con Placa Oscilante Ésta es una variación del modelo de pistones axiales en línea, con la diferencia de que los pistones son estáticos, y lo que gira es la placa inclinada. Cuando la placa gira (oscila) se produce el desplazamiento de los pistones, que se apoyan sobre ésta por medio de muelles. Este movimiento alternativo hace que los pistones aspiren y expulsen el fluido. Al ser los cilindros estáticos, funcionan como las bombas oscilantes, es decir, sólo tienen un orificio que es alternativamente la aspiración o la salida. En estas bombas, para dirigir el fluido en el sentido correcto se necesitan válvulas antirretorno en la aspiración y en la salida de cada uno de los cilindros.


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Alternativas de Membrana o Diafragma Son máquinas que disponen de válvulas de admisión y escape, por lo que ni son reversibles ni se pueden usar como motor. El flujo se produce mediante la deformación de una membrana. Están concebidas para evitar fugas del fluido y mantenerlo alejado del lubricante.

Bomba Membrana Simple Bomba Membrana Doble Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Engranajes

Engranajes Rectos Externos

Engranajes Helicoidales Engranajes doble Helicoidales

Internos


Con Cuña ( media Luna ) Sin Cuña ( Gerotor )

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Engranajes Externos Una bomba de engranajes externos produce caudal al transportar el fluido entre los dientes de dos engranajes bien acoplados. Uno de los engranajes es accionado directamente por el eje de la bomba (motriz), y este engranaje hace girar al otro (libre). Las cámaras formadas entre los dientes de los engranajes están encerradas entre el cuerpo de la bomba y las placas laterales (también llamadas placas de presión o de desgaste). Este tipo de bombas se emplea especialmente en la hidráulica móvil: EI motivo radica en las características constructivas: - Presión relativamente alta y reducido peso, - precio bajo, - gran rango de velocidad de rotación y - elevado rango de temperatura/viscosidad


Cilindrada

0.2 hasta 200 cm3

Presion de servicio:

hasta 300 bar

Rango de rotaciones

500 hasta 6000 min-1

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Engranajes Externos Se origina un cierto vacío en la aspiración cuando se separan dos dientes que estaban engranados, ya que en este momento aumenta el volumen en la cámara de aspiración; simultáneamente los dientes se van alejando, arrastrando consigo el fluido que ha penetrado en la cámara de aspiración. La impulsión se origina en el extremo opuesto de la bomba por la disminución de volumen que tiene lugar al engranar dos dientes que estaban separados. El fluido no puede retornar a la cámara de aspiración entre los dientes engranados, ni entre los extremos de los dientes y la carcasa, debido a sus reducidas tolerancias de fabricación; por ello se ve forzado a salir al exterior por la cámara de presión

Las bombas de engranajes a dentado exterior pose en juntas con intersticios. De este modo se producen perdidas del lado de presion hacia el lado de aspiracion en funcion de la presion de servicio. Para disminuir el caudal que se pierde por dichos intersticios a medida que la presion aumenta, se oprime la luneta de cojinete (5) dell ado de la tapa en los lados frontales de las ruedas dentadas a traves de un campo de presion axial Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Engranajes Externos El rendimiento volumétrico de las bombas de engranajes puede llegar a ser de un 93 % en condiciones óptimas. Las tolerancias en movimiento entre las caras de los engranajes y las placas de presión, y entre las crestas de los dientes, crean una fuga casi constante del fluido bombeado a una presión constante. Esto representa una disminución del rendimiento volumétrico cuando se trabaja a poca presión y con caudales reducidos; por ello las bombas de engranajes deben trabajar a velocidades elevadas.


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Engranajes Externos • A pesar de que las fugas internas aumentan con la presión, se mantienen casi constantes con las variaciones de velocidad, a partir de una velocidad mínima. • Las bombas de engranajes externos son las menos sensibles a los contaminantes del fluido que, al producir abrasión en las piezas en movimiento aumentan las tolerancias y disminuyen la estanqueidad y consiguientemente el rendimiento volumétrico. Raramente sufrirán roturas o agarrotamientos súbitos por culpa del contaminante y por este motivo son las más empleadas en maquinaria de obras públicas y de movimiento de tierras, es decir, aplicaciones con ambientes muy contaminados y fluidos hidráulicos a los que se les presta pocas atenciones de mantenimiento. • Las bombas de engranajes externos son, sin duda, las más ruidosas del mercado. Por ello no suelen emplearse en aplicaciones fijas e interiores, donde su nivel sonoro puede perjudicar a los operarios que trabajen cerca, pero sí son ampliamente utilizadas en aplicaciones movibles en maquinaria móvil de obras públicas y minería.


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Engranajes Externo • Proporcionan presiones relativamente altas • Pesan Poco • Tienen un rengo muy amplio de prestaciones • Soportan temperaturas elevadas • Soportan un rango de viscosidad elevada Las partes más características de una máquina de engranajes externos son: • Eje de accionamiento o de salida del par: Eje externo que acciona uno de los dos engranajes en el caso de ser una bomba o recibe el efecto útil del fluido si se trata de un motor. • Engranajes. • Carcasa exterior. Que rodea a los engranajes y que confina al fluido. En extremos opuestos, se hallan las bocas de aspiración e impulsión. • Tapas laterales. Limitan lateralmente a la máquina. • Se trata de bombas de cilindrada constante. A veces los fabricantes construyen series incrementando la cilindrada por medio de un aumento del ancho b, pero esto tiene limitaciones prácticas. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Engranajes Interno

La característica principal de estas bombas es su muy bajo nivel de ruido. Por ello se emplean especialmente en hidráulica estacionaria (prensas, maquinas para plásticos, maquinas herramienta, et~.) ~ en vehículos que trabajan en espacios cerrados, etc.. Cilindrada

3 hasta 250 cm3

Presion de servicio:

hasta 300 bar

Rango de rotaciones

500 hasta 3000 min-1

EI rotor dentado esta unido a la maquina de accionamiento. Con el movimiento de rotación del rotor dentado y de la rueda dentada interior aumenta el volumen entre los flancos de los dientes. La bomba "aspira" . Este aumento de volumen se produce en un angulo de giro de aprox.120º Por esta razón la cámara de desplazamiento no se lIena repentinamente sino relativamente despacio. Esto conduce a una marcha sumamente tranquila y a una muy buena conducta de aspiración. En el sector de la pieza de llenado el fluido se transporta sin variación de volumen. La cámara que sigue a la pieza de Ilenado esta unida a la conexión de presión. Aqui se reduce el volumen entre los flancos de los dientes, el fluido es desplazado. En el sector del engrane dentado la forma especial de los dientes resulta ventajosa, dado que entre el rotor dentado y la rueda dentada (a diferencia de las bombas con dentado exterior) prácticamente no existe un espacio muerto. En dichos espacios muertos el volumen de aceite se comprime. Ello produce pulsación de presión y, por ende, ruido. Las bombas de engranajes a dentado interior representadas prácticamente no presentan pulsación de presión y son sumamente silenciosas. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Engranajes Interno • Las bombas de engranajes internos están compuestas de dos engranajes, uno externo y otro interno. En estas bombas, el engranaje interno tiene uno o dos dientes menos que el engranaje exterior. Por ejemplo: si el número de dientes de los engranajes interno y externo son respectivamente 10 y 11, el engranaje interno girará 11 revoluciones mientras el externo sólo girará 10. • La reducida relación entre las velocidades de giro de los engranajes hace que este tipo de bombas tenga una menor relación de desgaste, comparados con los otros tipos de bombas. • Este tipo de bombas son generalmente utilizadas para caudales pequeños, y se suelen comercializar como pequeñas unidades compactas. • Según su construcción, las bombas de engranajes internos pueden ser de dos tipos diferentes: de semiluna y gerotor


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Engranajes Interno De media luna ( con cuñan )

Gerotor ( sin cuñan )


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Engranajes Interno Los problemas funcionales y constructivos más importantes de este tipo de equipos son: • Sobrepresión local en la zona de salida de la máquina. • Empuje hidrostático radial por la distribución circunferencial de presión no uniforme. • Ruido y vibraciones en el caso de tener dientes rectos. Se soluciona utilizando dientes helicoidales. • Empuje axial no equilibrado en el caso de tener dientes helicoidales, que se corrige en el caso de utilizar dientes doble helicoidales. • Fugas de caudal en los laterales de la máquina. Se corrige, en cierta medida, utilizando placas laterales con sistema de compensación hidráulica de las pérdidas (placas en forma de “8” comprimidas gracias a una toma conectada desde la salida). Pero: • Son Simples y robustas • Son Baratas • Son muy fiables y poco sensibles a la suciedad • Trabajan independientemente de la posición en la que se encuentran • Una eficiencia buena de hasta el 90% • Poseen un rango de velocidad muy grande • Son muy ruidosas, vibran y tienen un fuerte componente pulsado del caudal • Presión máxima de trabajo de unos 250 bars • Caudales bajos de hasta 160 l/min Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas Lobulares Son bastante semejantes a las de engranajes, pero con un número de dientes menor y con rangos de funcionamiento menores. Normalmente se utilizan para incrementos de presión bajos donde puede haber problemas de erosión de los dientes de una bomba de engranajes

Mientras en la bomba de engranajes externos un engranaje hace girar al otro, en las bombas de lóbulos ambos son accionados independientemente por medio de un sistema de engranajes, externo a la cámara de bombeo. Este tipo de bombas no son comúnmente empleadas en sistemas oleohidráulicos: por un lado ofrecen un mayor desplazamiento que las de engranajes externos, pero por otro su coste es bastante superior y sus prestaciones de presión y velocidad son generalmente inferiores a las de las bombas de engranajes. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Husillos

Las bombas de husillos, también llamadas de tornillos, son bombas de engranajes de caudal axial. Hay tres tipos de bombas de husillos, según tengan uno, dos o tres husillos. En la bomba de un solo husilloun rotor en forma de espiral gira excéntricamente en el interior de un estator. La bomba de doble husillo consiste en dos rotores paralelos que se entrelazan al girar en una carcasamecanizada con tolerancias muy ajustadas. La bomba de triple husillo consiste en un rotor central, que es el motriz, y dos rotores locos que se entrelazan con el primero. También aquí los rotores giran en el interior de una carcasa mecanizada con tolerancias muy ajustadas. El caudal a través de una bomba de husillos es axial, y va en el sentido del rotor motriz. El fluido que rodea los rotores en la zona de aspiración es atrapado a medida que éstos giran; este fluido es empujado uniformemente, con el giro de los rotores, a lo largo del eje, y se ve forzado a salir por el otro extremo. Es muy importante tener en cuenta que el fluido en este tipo de bombas no gira, sino que se mueve linealmente, y el rotor funciona como un tornillo sin fin que contínuamente se mueve hacia adelante. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Husillos Por este motivo no hay pulsaciones incluso trabajando a altas velocidades. Esta peculiaridad las hace recomendables para trabajar con fluidos sensibles a las pulsaciones o a la cizalladura debido a que algunos fluidos oleohidráulicos sintéticos y/o con alto índice de viscosidad presentan problemas de cizalladura. La ausencia de pulsaciones, y el hecho de que no haya contacto de metal con metal, hace que estas bombas sean muy silenciosas. Las principales aplicaciones de este tipo de bombas se encuentran en sistemas hidráulicos donde el nivel sonoro tiene que controlarse y mantenerse al mínimo posible, como por ejemplo en los submarinos. Otras aplicaciones son como bombas de gran caudal y baja presión en circuitos de prellenado de grandes prensas. Cilindrada

15 hasta 3500 cm3

Presion : de servicio:

hasta 200 bar

Rango de rotaciones

1000 hasta 3500 min-1

:


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas Peristálticas


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Paletas Existen dos modelos muy comunes que comparten el mismo rotor con las paletas extensibles. Lo que cambia en la forma en la que el estator provoca la cámara de succión e impulsión Una carrera

Rotor con las paletas


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Dos Carreras

Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Paletas Dos Carreras

Existen dos modelos muy comunes que comparten el mismo rotor con las paletas extensibles. Lo que cambia en la forma en la que el estator provoca la cámara de succión e impulsión EI anillo o estator posee una superficie interna doblemente excéntrica. Ello conduce a que cada paleta realice dos carreras por vuelta del eje. Las cámaras de desplazamiento se forman con el rotor, dos paletas, la superficie interna del anillo y las placas laterales de mando

Inicio Succión Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

Máximo Desplazamiento 47

Descarga


Dos Carreras Inicio Succión

En la zona de menor distancia entre rotor y estator el volumen de la camara de desplazamiento es mínimo. Con el movimiento rotatorio del rotor el volumen de la cámara de desplazamiento aumenta. Dado que las paletas siguen el borde del estator, esta dada la estanqueidad de cada cámara. Se produce depresión. La cámara de desplazamiento se une al lado de aspiración por medio de ranuras laterales de mando. Como consecuencia de la depresión fluye liquido hacia la cámara de desplazamiento Se ha alcanzado el volumen máximo de la cámara de desplazamiento Se interrumpe la unión hacia el lado de aspiración

Descarga


Con el siguiente movimiento rotatorio el volumen de la cámara de desplazamiento se reduce. Las ranuras laterales en las placas de mando conducen el fluído a través de un canal hacia la conexion de presión de la bomba 48

Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Paletas

Paletas Deslizantes

Paletas Giratorias

Paletas Flexibles

Paletas Oscilantes Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Paletas En estas bombas un determinado número de paletas se deslizan en el interior de unas ranuras de un rotor que a su vez gira en un alojamiento o anillo. Las cámaras de bombeo se forman entre las paletas, el rotor, y el alojamiento, y este conjunto queda cerrado lateralmente por las placas laterales. El contacto entre las paletas y el anillo se consigue según el tipo de bomba por medio de la fuerza centrífuga o por una determinada presión aplicada en el extremo opuesto de la paleta. En otros modelos la fuerza centrífuga se complementa con la acción de muelles colocados en la parte interior del rotor y que fuerzan a la paleta a mantener contacto con el anillo. Así mismo existen modelos que combinan la presión interna con la fuerza de los muelles. Durante la rotación, a medida que aumenta el espacio comprendido entre las paletas, el rotor y el anillo, se crea un determinado vacío que hace entrar al fluido por el orificio de aspiración. A medida que este espacio se reduce, el líquido se ve forzado a salir por el orificio opuesto. El desplazamiento de este tipo de bombas depende de la separación entre el rotor y el anillo, así como del ancho de éstos, es decir, de la distancia entre las placas laterales y de la forma de alojamiento. La estanqueidad se consigue gracias a una tolerancia muy ajustada entre el conjunto rotorpaletas y las placas laterales, así como en el ajuste entre el vértice de las paletas y el anillo. Este ajuste depende de la fuerza que mantiene a la paleta presionada contra el anillo, fuerza que, ya se ha dicho, puede ser la de un muelle o la propia fuerza centrífuga de la bomba, o la de una determinada presión hidráulica aplicada a la paleta. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Paletas En los modelos que sólo utilizan la fuerza centrífuga se precisa un número mínimo de revoluciones para garantizar que esta fuerza sea suficiente; normalmente estas bombas no están recomendadas para trabajar a velocidades inferiores a 600 r.p.m.. Otra tipo de bombas de paletas utilizan la presión hidráulica para conseguir el apoyo de la paleta sobre el anillo. En estos casos (según el diseño del circuito) la velocidad mínima es inferior al anterior, pero mientras no se alcance esta presión, la estanqueidad entre la paleta y el rotor dependerá sólo de la fuerza centrífuga. Las bombas de paletas que disponen de muelles para asegurar una fuerza mínima de apoyo de las paletas pueden trabajar con un rendimiento óptimo a velocidades comprendidas entre las 100 y 200 r.p.m. Este factor es muy importante cuando se quiere utilizar una bomba de paletas accionada por un motor de explosión o con un reductor o cuando se quiere usar la bomba como motor hidráulico. Las bombas de paletas son relativamente pequeñas en función de las potencias que desarrollan y su tolerancia al contaminante es bastante aceptable.


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Paletas

FA1 < FA Pressure behind the vane


Dual vane for lubrication

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Chamfer to the vane top

Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Paletas: Variable Mando directo con cilindrada variable

En este tipo de bomba la posición del estator se puede influenciar con tres dispositivos de ajuste: - Tornillo de reajuste para cilindrada (1) La distancia estator-rotor determina directamente la cilindrada de la bomba. - Tornillo de reajuste de la altura (2) Aquí se varía la posición del estator en sentido vertical. Influye directamente sobre el ruido y la dinámica de la bomba. - Tornillo de ajuste para presion max. de servicio (3) La pretensión del resorte determina la presión máxima de servicio.

En función de la resistencia en el hidrosistema se forma una presión. Esta actua en la bomba en el sector marcado en rojo y actua sobre la superficie interna del estator. La fuerza de presión en este sector se puede representar como vector de fuerza (Fp). Si este vector se divide en sus componentes verticales y horizontales, se produce una gran fuerza (Fv), que es absorbida por el tornillo de ajuste vertical, y una pequeña fuerza que actúa contra el resorte de presión (Fh ). Mientras la fuerza del resorte (Ff) sea superior a la fuerza (Fh), el estator permanece en la posición indicada. Si aumenta la presión en el sistema, aumenta la fuerza (F ) y, por ende, (Fv) y (F h ). Si la fuerza (Fh) supera la fuerza del resorte (Ff) el estator se desplaza de la posición excéntrica a una posicion casi concentrica. EI volumen en las camaras de desplazamiento se reduce hasta que el caudal efectivo a la salida de la bomba sea nulo. La bomba solo entregara tanto aceite como el que fluye como fuga a través del intersticio interno hacia el tanque. La bomba mantiene la presión en el sistema. EI valor de la presion se puede influenciar directamente a través de la pretension del resorte. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Paletas: Variable Precomandada con cilindrada variable El principio básico de estas bombas es muy similar al de las bombas de paletas de mando directo. Las diferencias radican en los dispositivos de variación del estator. El estator se mueve mediante pistones de posicionamiento cargados con presión en lugar de moverse por uno o varios resortes de presión. Ambos pistones de posicionamiento tienen distinto diámetro (relación de superficies aprox. 2: 1). Detrás del pistón de posicionamiento con el diámetro mas grande se encuentra un resorte. Dicho resorte hace que al ser puesta en marcha la bomba, el estator se encuentre en posición excéntrica. La presión que se forma en el hidrosistema se conduce a través de canales internos detrás del pistón de posicionamiento mas pequeño, hacia el regulador R y luego hacia el pistón de posicionamiento mas grande. Si las presiones detrás de ambos pistones son iguales, el estator permanece en la posición indicada, dadas las distintas superficies en los pistones de posicionamiento.


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Paletas: Variable El regulador de presión determina la presión máxima del sistema. Las exigencias impuestas al regulador de presión son: - Elevada dinamica

Precomandada con cilindrada variable: Regulacion de presión

Es decir, los procesos de regulación de presion deben ser rápidos (50 a 500 ms). La dinámica depende del tipo constructivo de la bomba, del regulador y del sistema hidraulico.

- Estabilidad Todos los sistemas hidráulicos con presión regulada tienden en mayor o menor grado a oscilar. El regulador debe poseer un buen compromiso entre dinámica y estabilidad.

- Rendimiento En posición de regulación se conduce una parte del caudal de la bomba a través del regulador al tanque. Esta potencia de perdida deberá ser baja, pero también se debe asegurar la dinámica y la estabilidad del regulador en la medida necesaria


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Paletas: Variable Precomandada con cilindrada variable: Regulacion de presión


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Paletas: Variable Precomandada con cilindrada variable: Regulacion de presión El regulador de presión se compone de pistón regulador (1), carcasa (2), resorte (3) y dispositivo variador (4). En la posición inicial el resorte empuja el pistón regulador a la posición indicada en la carcasa del regulador. El fluido hidraulico llega a través de canales en la bomba al piston regulador. El pistón regulador dispone de un taladro longitudinal y dos taladros transversales. Además, una tobera limita el caudal que puede circular a través del pistón regulador. En la posición indicada fluye fluido, que se encuentra bajo la presión del sistema, sobre el taladro longitudinal y el taladro transversal hacia el pistón grande de posicionamiento. La conexión al tanque esta cerrada mediante un a nervadura en el pistón regulador. La presión actual en el sistema hidráulico actúa contra la superficie anular del pistón regulador. Mientras la fuerza Fp resultante de la presión sea inferior a la fuerza opuesta del resorte Ff , la bomba permanecerá en el estado indicado. Detrás de ambos pistones de posicionamiento actúa la misma presión.


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Paletas: Variable Precomandada con cilindrada variable: Regulacion de presión

Si con el aumento de presión en el sistema hidráulico aumenta la fuerza Fp, el pistón regulador se desplazara contra el resorte. En el regulador se abre la unión hacia el tanque. EI fluido que drena conduce a una reducción de presión detrás del pistón grande de posicionamiento. EI pistón de posicionamiento pequeño aun esta sujeto a la presión del sistema y desplaza el estator contra el pistón de posicionamiento grande, sujeto a presión reducida, aproximadamente a la posición media. Se produce un equilibrio de fuerzas: Superficie del piston pequeño x alta presión == superficie del pistón grande x baja presion. EI caudal IIega acero, la presion del sistema se mantiene. Gracias a esta conducta la potencia de perdida en el sistema al alcanzar la presión máxima tarada es baja. EI calentamiento del fluido permanece bajo y el consumo de energía resulta mínimo.


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Paletas: Variable Precomandada con cilindrada variable: Regulacion del caudal

En la regulación de caudal; el caudal de la bomba se adapta a un valor prefijado. Para alcanzar esto se conduce el caudal a traves de un diafragma medidor (que puede ser un estrangulador, una válvula distribuidora proporcional, etc.). La diferencia de presión en el diafragma medidor se toma como magnitud de regulación. La presión delante del diafragma medidor se conduce a la superficie frontal del piston del regulador. Esta presión también actúa detrás del pistón pequeño. La presión detrás del diafragma medidor (inferior a la presión delante del mismo) se conduce a través de un conducto a la camara del resorte del regulador. En el pistón del regulador y en el pistón de posicionamiento se produce un equilibrio de fuerzas. En la posición indicada la diferencia de presión en el diafragma medidor es igual a la fuerza del resorte en el regulador. A través del canto de mando (X) en el regulador constantemente drena aceite piloto, de modo que en el pistón grande se instala una determinada presión..

EI estator es mantenido en una posición estable. Si, p.ej., se aumenta la sección transversal en el diafragma medidor, la diferencia de presión se reduce. Por ello el resorte desplaza el pistón regulador. La sección transversal en el canto de mando se reduce y aumenta la presión detrás del pistón grande. EI estator se desplaza en sentido de mayor excentricidad, la cilindrada de la bomba aumenta. Como consecuencia de la mayor cilindrada aumenta la ,∆p en el diafragma medidor hasta que se vuelva a un estado estable. (∆p en el diafragma medidor ~ fuerza del resorte en el regulador)


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Bombas y motores hidráulicos. Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo. Bombas Rotativas de Paletas: Variable Precomandada con cilindrada variable: Regulacion del caudal


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Bombas y motores hidráulicos. Caudal Teórico en Bombas de Desplazamiento Positivo. Las máquinas de desplazamiento positivo no trabajan con un caudal constante, sino que en función del tiempo, el caudal fluctúa. Este efecto no es el deseado en los conductos, por el consiguiente efecto sobre la presión, con lo que se trata de minimizarlo. Para ello, los diseños de las máquinas se realizan con varios pistones (si son máquinas de pistones) o con varias paletas o dientes del engranaje, según sea el caso. El hecho de incrementar el número de estos elementos hace disminuir las fluctuaciones, aunque incrementa el coste de la máquina. Las fluctuaciones de caudal o el rizado de una máquina se caracterizan mediante la variación del caudal que proporciona (si se trata de una bomba) en función del tiempo. En la figura se muestra el rizado del caudal proporcionado por una bomba de pistones axiales formada por cinco pistones. El factor de rizado se calcula como la diferencia entre el caudal máximo y el mínimo dividido por el caudal medio. Habitualmente se realizan cálculos teóricos en función del número de paletas, engranajes o pistones de la máquina. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Criterios de Selección de Bombas de Desplazamiento Positivo. Presión máxima de funcionamiento: en general, a mayor presión de funcionamiento mayor coste de la bomba. La máxima presión requerida es función directa del tipo de circuito y de la aplicación a la que se destine. En bombas con sistema de regulación de potencia constante, a mayor presión menor consumo de caudal, con lo que tanto las bombas como los circuitos pueden ser más compactos, aunque se aumenta la posibilidad de que aparezcan efectos de compresibilidad.

Caudal (hasta 1000 l/min): la bomba seleccionada ha de aportar el caudal demandado por el circuito durante un ciclo completo de funcionamiento. Si el caudal es relativamente constante, resulta más adecuado usar una bomba de caudal fijo que abaratará el coste de la instalación. Si el caudal presenta un cierto rango de variación, se deberá instalar una bomba de caudal variable (cilindrada variable para un mismo valor del número de vueltas). Si este rango es muy elevado se podrá optar por una solución en la que, además de la bomba, se incluya un acumulador. Se pueden adoptar también soluciones mixtas. Dado que con el uso se produce un aumento de los huelgos debido al rozamiento de las partes sólidas y que el caudal de fugas depende de dichos huelgos, se suelen elegir las bombas de forma que proporcionen un 10% más de caudal que el requerido. De esta forma, se equilibra el correspondiente Tema 3: Bombas en y motores hidráulicos. aumento las fugas con el uso. 63

Bombas y motores hidráulicos. Criterios de Selección de Bombas de Desplazamiento Positivo. Velocidad de accionamiento: en la mayoría de las bombas el accionamiento es directo, de forma que se conoce la velocidad de giro. El caudal es proporcional a la velocidad de giro. Cada diseño presenta limitaciones en las velocidades máxima y mínima, disminuyendo siempre la vida útil al aumentar el régimen de giro. Tipo de fluido: el parámetro importante a considerar es el rango de viscosidades en que el fluido mantiene sus propiedades. Los aceites minerales suelen ser los recomendados, siempre que se cuide su mantenimiento. Los fluidos sintéticos o emulsiones de agua en aceite reducen notablemente la vida útil de la bomba debido a su menor capacidad de lubricación y a la posibilidad de oxidación de los elementos metálicos. Tolerancia a la contaminación del fluido: cualquier partícula no filtrada producirá daños a la bomba, que serán más importantes cuanto menores sean las tolerancias constructivas de la misma. Las bombas lobulares y las de engranajes internos son las más tolerantes al tamaño de partículas. Tipo de regulación: puede ser a potencia constante, a caudal constante, a presión de salida constante y mediante servocontrol manual. Cada tipo tiene su rango de aplicación.


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Bombas y motores hidráulicos. Criterios de Selección de Bombas de Desplazamiento Positivo. Ruido: de importancia creciente. El ruido aumenta con el rango de presiones y con la velocidad de giro, dependiendo del tipo de bomba considerada. Para el caso de las bombas de engranajes, el ruido es crítico a bajas frecuencias. Tamaño y peso de la bomba: es importante en las instalaciones móviles (maquinaria, grúas, industria automovilística o aeronáutica). El peso de la bomba sólo es una parte del peso total de la instalación. Para reducir el tamaño y el peso de los equipos se puede actuar de dos formas distintas: Incrementando la presión de trabajo, lo que disminuirá el rango de caudales, la capacidad requerida y el tamaño de los equipos. Reduciendo el tamaño del depósito mediante el uso de sistemas de refrigeración independientes. Esta variable está muy relacionada con el coste de los equipos. En la actualidad se construyen gamas de equipos de muy bajo peso y alto coste. Flexibilidad en el diseño: la mayoría de los fabricantes emplea en sus diseños las directrices de las normas CETOP y SAE. Los ejes, las bridas de sujeción y las conexiones suelen tener dimensiones normalizadas, de forma que habitualmente se asegura la intercambiabilidad en los equipos.


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Bombas y motores hidráulicos. Criterios de Selección de Bombas de Desplazamiento Positivo. Mantenimiento y posibilidad de encontrar piezas de recambio: el desgaste por el uso es inevitable, siendo necesario reemplazar el equipo entero o partes de él. En bombas de engranajes se suele cambiar la bomba entera. En las de paletas se pueden cambiar fácilmente éstas. En bombas de pistones el desgaste es crítico, necesitando cambiar la bomba entera. Rendimiento: esta variable, desde el punto de vista técnico, es la de mayor importancia a la hora de seleccionar un equipo y es función de las demás variables mencionadas, particularmente de la presión de trabajo, de la velocidad de accionamiento y de la viscosidad del fluido empleado. Los rangos típicos de esta variable para los distintos tipos de bombas se resumen en:


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Bombas y motores hidráulicos. Criterios de Selección de Bombas de Desplazamiento Positivo. Coste: es un parámetro que puede llegar a ser crítico. El coste inicial suele ser poco importante frente al coste de funcionamiento y mantenimiento. Las bombas de desplazamiento positivo más económicas son las de engranajes, luego estarían las de paletas y las de pistones axiales y radiales. Los equipos más caros son los de pistones en línea, cuyo rango de presiones máximas es mayor que las del resto de los equipos.


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Bombas y motores hidráulicos. Características de Aspiración. El concepto de velocidad específica modificada, Ω, se introduce para tener en cuenta las características en cuanto a la capacidad de aspiración, para el caso de máquinas de líquidos

Es decir, una bomba de desplazamiento positivo es autoaspirante cuando Ω ≤ 1.2, y preferiblemente Ω ≤ 1.0 para estar completamente seguro. La capacidad de autoaspiración indica si una máquina es capaz de iniciar su funcionamiento sin necesidad de cebado o no.


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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. Los motores hidráulicos convierten energía hidráulica en energía mecánica. AI igual que en el caso de las bombas hidráulicas, existe entre los motores hidráulicos una variedad de principios constructivos y tipos de construcción. Dado que ningún tipo de construcción puede cumplir optima mente con todas las exigencias, para cada caso de aplicación deberá elegirse el motor mas adecuado. Parámetros importantes de un motor: Velocidad de Giro: Motores marcha rápida: Motores marcha lenta:

500 – 10000 rpm 0.5 – 1000 rpm

Par de Giro: EL par depende de la cilindrada y la presión. Existen motores para que pueden entregar grandes pares a rpm bajas ( LSHT , Low speed – High torque ) Potencia de accionamiento: Dependen del caudal y de la presión. Como resulta directamente proporcional a la velocidad de rotación, los motores rápidos son los mas adecuados para las grandes exigidas Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. Tipos mas frecuentes de motor hidráulico Motor de engranajes Motor de pistones radiales con apoyo interno de los pistones Motor de rueda planetaria Motor de pistones radiales de carrera múltiple con apoyo externo de los pistones Motor de paletas Motor de pistones axiales de eje inclinado


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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. Tipos mas frecuentes de motor hidráulico

Motor de pistones axiales de carrera múltiple con eje fijo


Motor de pistones axiales de carrera múltiple con carcasa fija

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Motor de pistones axiales con placa inclinada

Bombas y motores hidráulicos. Máquinas con Pistones Axiales. Circuito Abierto Abierto significa que en el caso normal la tubería de aspiración de una bomba conduce par debajo del nivel de un fluido, cuya superficie se encuentra unida en forma abierta con la presión atmosférica. Una compensación segura de presión entre el aire en el tanque hidráulico y el aire del medio ambiente garantiza una perfecta conducta de aspiración de la bomba. Las resistencias en la tubería de alimentación no deben producir una caída de presión por debajo de la altura de aspiración / del limite de aspiración. Las maquinas de pistones axiales son autoaspirantes, pero en determinados casos aislados se cargan con baja presion del lado de aspiración. En circuito abierto el fluido hidráulico es conducido a través de válvulas distribuidoras hacia el consumidor y también de regreso hacia el tanque.


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Bombas y motores hidráulicos. Máquinas con Pistones Axiales. Circuito Abierto Características típicas que significan circuito abierto: -Tuberías de aspiracion: gran diámetro, pequeñas longitudes -válvulas distribuidoras: anchos nominales que dependen del flujo -filtro/refrigerador: secciones transversales/tamaños constructivos que dependen del flujo -tamaño del tanque: varias veces el caudal max. de la bomba en litros - disposición de la bomba: encima o al lado o debajo del deposito (tanque) - números de revoluciones: Limitadas par la altura de aspiración - apoyo de la carga en el retorno a través de válvulas


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Bombas y motores hidráulicos. Máquinas con Pistones Axiales. Circuito Cerrado Se denomina cerrado a un sistema hidráulico cuando el fluido hidráulico que retorna del consumidor es conducido de nuevo directamente a la bomba hidráulica. Existe un lado de alta y uno de baja presion, según la dirección de carga (momento de toma en el consumidor). EI segura del lado de alta presion se realiza mediante válvulas limitadoras de presion, que descargan al lado de baja presion. EI fluido permanece dentro del circuito. Solo hay que sustituir fugas permanentes en la bomba yen el motor (dependen de los datos de servicio). Por regia general, ello se realiza mediante una bomba auxiliar abridada, que transporta permanentemente de un tanque pequeño suficiente caudal de fluido (volumen de alimentación) a través de una válvula antirretorno hacia el lado de baja presion. EI volumen excedente de la bomba de alimentación que trabaja en el circuito abiel10 vuelve al deposito a través de una válvula limitadora de la presion de alimentación. La carga del lado de baja presion permite magnitudes de servicio mas elevadas de la bomba. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Máquinas con Pistones Axiales. Circuito Cerrado Las características del circuito cerrado para las maquinas de pistones axiales: - Válvulas distribuidoras: anchos nominales pequeños para el control piloto - Filtro refrigerador: pequeñas secciones transversales de flujo y tamaños constructivos - Tamaño del tanque (deposito): pequeño, solamente adaptado al caudal de las bombas auxiliares y al caudal del sistema - Numero de revoluciones: elevados valores límites por alimentación - Disposición y posición de montaje: libre, opcional - Accionamiento: reversible al bascular sobre la posición nula - Apoyo de la carga: a través del motor de accionamiento - Retorno (recuperación) de la energía de frenado. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. Función como bomba: Girando el eje motor, el cilindro es arrastrado sin cardan a través de pistones articulados y comienza a rotar. En los agujeros del cilindro los pistones recorren una carrera, cuya magnitud depende del ángulo de inclinación del eje inclinado. EI fluido es conducido hacia la bomba del lado de baja presion (entrada) y transportado por los pistones del lado de alta presion (salida) hacia el sistema.

Principios de funcionamiento: eje inclinado

Función como motor: A diferencia de la función de bomba, aquí se conduce aceite de presion a través de la entrada. Los pistones realizan una carrera, que es transformada en un movimiento de rotación por la articulación del pistón en la brida motriz. EI cilindro es arrastrado por los pistones y en el eje motor se produce un par de giro saliente. EI fluido que sale fluye nuevamente hacia el sistema. Angulo giratorio: EI ángulo de inclinación/giratorio de la unidad constante es definido por la carcasa y, por ende, es fijo. En una unidad variable este ángulo se puede ajustar en forma continua dentro de ciertos límites. Mediante variación del ángulo giratorio se producen carreras distintas del pistón y, por lo tanto, una cilindrada variable. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. Función como bomba: Girando el eje motor, el cilindro es arrastrado sin cardan a través de pistones articulados y comienza a rotar. En los agujeros del cilindro los pistones recorren una carrera, cuya magnitud depende del ángulo de inclinación del eje inclinado. EI fluido es conducido hacia la bomba del lado de baja presion (entrada) y transportado por los pistones del lado de alta presion (salida) hacia el sistema.

Principios de funcionamiento: eje inclinado

Función como motor: A diferencia de la función de bomba, aquí se conduce aceite de presion a través de la entrada. Los pistones realizan una carrera, que es transformada en un movimiento de rotación por la articulación del pistón en la brida motriz. EI cilindro es arrastrado por los pistones y en el eje motor se produce un par de giro saliente. EI fluido que sale fluye nuevamente hacia el sistema. Angulo giratorio: EI ángulo de inclinación/giratorio de la unidad constante es definido por la carcasa y, por ende, es fijo. En una unidad variable este ángulo se puede ajustar en forma continua dentro de ciertos límites. Mediante variación del ángulo giratorio se producen carreras distintas del pistón y, por lo tanto, una cilindrada variable. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. Principios de funcionamiento: eje inclinado


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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. Principios de funcionamiento: eje inclinado Fuerzas del mecanismo motor: La descomposición de fuerzas se produce en la brida motriz. Esta conversión de par de giro en fuerza de pistón en la bomba y viceversa en el motor garantiza rendimientos óptimos. Actuando como Bomba


Actuando como Motor

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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. Principios de funcionamiento: placa inclinada


Funcionamiento como bomba: Cuando el eje motor gira, el cilindro es arrastrado por el dentado. Los pistones realizan una carrera, fijada por la placa de desplazamiento (placa inclinada). EI fluido Ilega a la bomba por el lado de baja presion (entrada) y es transportado por los pistones hacia el sistema del lado de alta presion (salida). Funcionamiento como motor: En contraposición al funcionamiento como bomba, el fluido hidráulico aquí se alimenta a presion por la entrada. Los pistones realizan una carrera rotatoria y arrastran al cilindro, el cual a su vez, a través del dentado, hace girar al eje motor. EI fluido sale por el lado de baja presion (salida), siendo conducido nuevamente al sistema. Angulo giratorio: En la unidad constante la inclinación de la placa de deslizamiento esta fijamente maquinada en la carcasa. En la unidad variable el ángulo de inclinación de la placa inclinada se puede variar en forma continua dentro de ciertos Iímites. Variando el Angulo de inclinación de la placa inclinada se produce una carrera de pistón distinta y, con ello, una cilindrada variable.

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Funcionamiento como bomba: Cuando el eje motor gira, el cilindro es arrastrado por el dentado. Los pistones realizan una carrera, fijada por la placa de desplazamiento (placa inclinada). EI fluido Ilega a la bomba por el lado de baja presion (entrada) y es transportado por los pistones hacia el sistema del lado de alta presion (salida). Funcionamiento como motor: En contraposición al funcionamiento como bomba, el fluido hidráulico aquí se alimenta a presion por la entrada. Los pistones realizan una carrera rotatoria y arrastran al cilindro, el cual a su vez, a través del dentado, hace girar al eje motor. EI fluido sale por el lado de baja presion (salida), siendo conducido nuevamente al sistema. Angulo giratorio: En la unidad constante la inclinación de la placa de deslizamiento esta fijamente maquinada en la carcasa. En la unidad variable el ángulo de inclinación de la placa inclinada se puede variar en forma continua dentro de ciertos Iímites. Variando el Angulo de inclinación de la placa inclinada se produce una carrera de pistón distinta y, con ello, una cilindrada variable.

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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. Principios de funcionamiento: placa inclinada La descomposición de las fuerzas se produce en la placa inclinada en los patines y en el cilindro. Los patines del pistón están apoyados hidrostáticamente, garantizando una elevada vida útil de los grupos motores

Actuando como Bomba


Actuando como Motor

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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. Motores y bombas constantes en construcción de eje inclinado Motor Constante: Trabaja como motor tanto en circuito abierto como cerrado. Aplicación en el sector industrial móvil y estacionario, donde se requierauna cilindrada constante para la transmisión hidrostática de potencia. Bomba constante A través de la correspondiente placa de conexión, el motor constante se convierte en una bomba. Esta es conveniente para el circuito abierto.

Características importantes: - Arrastre sin cardan del cilindro a través de pistones cónicos - pistones cónicos con anillos de pistón para estanqueizar - soporte robusto de rodamientos de rodillos conicos con elevada vida util, - brida y extremo de eje en ISO a SAE estandar, - conexión para aceite de fuga y conexión para enjuague de cojinete - es posible el montaje directo de una válvula de frenado, - presion nominal hasta 400 bar / presion maxima hasta 450 bar. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. Ejemplo Catálogo


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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. EI motor variable en construcción de eje inclinado Características importantes: - Gracias al motor variable se dispone de un mayor rango de regulaciones en reductores hidrostáticos, - cumple con las exigencias de elevado numero de revoluciones y elevado par de giro, - reducción de costos por ahorro de reductores o por la posibilidad de emplear bombas mas pequeñas, - reducido peso por unidad de potencia, - buena conducta de arranque, - diversos dispositivos de regulación y de variación - giro unilateral, - presion nominal 400 bar 1 presion maxima 450 bar.


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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos.

Regulación de la presión de la bomba

Tema 3: Bombas y Motores motores hidráulicos hidráulicos.

En motores variables según el principio de eje inclinado, el par de giro se produce directamente en el árbol de motor. El cilindro es arrastrado sin cardan por el pistón cónico. Por desplazamiento de la lente de mando por el pistón de posicionamiento a lo largo de la vía circular de deslizamiento se varia el Angulo giratorio del grupo motor. Con la condición de que el caudal de la bomba y la alta presión permanezcan invariables, - el numero de revoluciones aumentara y se reducirá el par de giro en caso de reducirse el ángulo. - el par de giro aumentara y se reducirá el numero de revoluciones en caso de aumentar el ángulo. La cilindrada se ajusta automáticamente en función de la presión de servicio. AI ser alcanzada la presión de servicio ajustada en la válvula reguladora, medida internamente de A 0 B, el motor bascula de Vgmin . a Vgmax . Por debajo del valor de ajuste permanece en el ángulo mínimo giratorio.

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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. EI bomba variable en construcción de eje inclinado para circuito abierto

Características importantes: - Grupo motor de pistones cónicos axiales, - arrastre sin cardan del cilindro mediante pistones cónicos, - rodamientos robustos de larga vida útil, - ajuste del caudal de Vgmin hasta Vg max - regulación de potencia con característica hiperbólica exacta, - regulación de presion, variadores hidráulicos y eléctricos, posible servicio Load-Sensing, - rango de alta presion hasta 350/400 bar y - aplicación posible en sector móvil y estacionario.


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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. EI bomba variable en construcción de eje inclinado para circuito abierto EI regulador mantiene constante el par de giro M [Nm] de la Regulador de Potencia bomba. Junto con el numero de revoluciones de accionamiento constante n [min-I] se obtiene la función reguladora de potencia. A la potencia mecánica de accionamiento indicada P = M . n [kW] se Ie opone la potencia hidráulica de salida P = Q . p [kW]. Mientras que la presión de servicio p [bar] depende de la carga el caudal Q [L/min] puede variarse con el ángulo giratorio. De modo similar a un ordenador el regulador constantemente multiplica presión y caudal y compara el resultado con el valor ajustado. En el caso de desviaciones hacia arriba se reduce el ángulo giratorio y, al revés, se aumenta. Los reguladores de potencia son ajustables. La regulación comienza en el Angulo max. giratorio. La posición al finalizar la regulación esta dada por la presión máxima. Ambos valores finales también pueden limitarse por los tornillos de tope. Cuidado: AI aumentar el Angulo máximo ajustado en la bomba existe el riesgo de cavitación yen los motores hidráulicos, el peligro de sobregiro! AI aumentar el ángulo mínimo ajustado en el rango de alta presión se podría sobrecargar el motor de accionamiento. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. EI bomba variable en construcción de eje inclinado para circuito abierto Regulador de Potencia


La presion de servicio actúa a través de un pistón de medición en el pistón de posicionamiento sobre un soporte basculante. Una fuerza de resorte ajustable externamente se Ie opone; determina el ajuste de potencia. Si la presion de servicio p supera el valor de calculo admisible en la formula de potencia P = Q . P [kWl, a través del soporte basculante se acciona la válvula de mando y la bomba bascula hacia atras. EI caudal se reduce hasta que el producto de Q . p nueva mente corresponda a la potencia disponible. La hipérbola ideal de potencia ha sido alcanzada, el accionamiento o se ha sobrecargado, dado que" su potencia ha sido regulada" . A la inversa, el caudal de la bomba, de acuerdo con la presion de servicio, apoyado por el resorte de reposición, puede ascender hasta su valor máximo.

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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. EI bomba variable en construcción de placa inclinada para aplicación universal La bomba variable en construcción de placa inclinada resulta universalmente adecuada para aplicación en los diferentes tipos de circuito. En caso de uso en el área estacionaria, la bomba (que este trabajando en circuito cerrado) podrá ser completada con los correspondientes reajustes y bloque de válvulas montado, bombas auxiliares en el accionamiento pasante (arrastre),deposito y refrigerador hasta formar una estación de accionamiento hidráulica completa. También es posible un circuito semicerrado incorporando válvulas de realimentacion. De esta manera podrá compensarse por ejemplo la diferencia volumétrica para el servicio de cilindros diferenciales. Aparatos de reajuste de bomba La regulación Load Sensing y el servicio Mooring (giro pasante) así como la regulación secundaria son realizables mediante este tipo de bomba. EI sistema de la regulación del numero secundario de revoluciones garantiza en combinación con la bomba de regulación por presion y un motor de regulación secundaria un elevado nivel de dinámica de regulación, una regulación exacta del numero de revoluciones, una menor potencia de perdida y una recuperación energetica. La regulación del numero de revoluciones la realiza una unidad de reajuste de tal manera que se disponga del par de giro necesario para el numero de revoluciones exigido. Este par de giro es (en la red con presion aplicada) proporcional respecto al volumen de desplazamiento y por consiguiente también proporcional respecto al angulo de giro. EI ángulo de giro (camino de ajuste) es retrocomunicado a través de un transmisor de camino inductivo, el numero de revoluciones a través de un generador tacométrico. Tema 3: Bombas y motores hidráulicos.

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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. Motores constantes en construcción de placa inclinada Ventajas técnicas y de espacio en comparación con el eje inclinado en lo que se refiere a: - conexión en serie (presion de suma) - montaje de un freno (accionamiento pasante) - insensible a oscilaciones giratorias Los motores constantes en construcción de eje inclinado para elevadas presiones con válvula conmutadora montada (350/400 bar) son muy convenientes para el uso en conexiones en serie. La compensación axial de presion del cojinete hidrostático en las zapatillas de deslizamiento garantiza un elevado nivel de estabilidad y una larga vida útil. Pueden montarse frenos mecánicos de retención.


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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. Motores variables en construcción de placa inclinada Es un motor de conmutacion en construccion de placa inclinada que puede conmutar entre dos posiciones. Trabaja en la zona media de presion (280/350 bar) en circuito abierto o cerrado. Características constructivas: - Motor/Motor de conmutación variable - Reajuste hidráulico o eléctrico de dos puntos con válvula de con mutación montada - Gama de variación 1 : 2,5 - Posibilidad de montar freno mecánico de retención Estos motores también pueden ser realizados como motor pequeño de inserción en construcción compacta.


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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. Circuito Simple para un cilindro de doble efecto


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Bombas y motores hidráulicos. Motores Hidráulicos. Grúa Simple

Cilindro doble efecto Válvula Corredera

Motor Hidráulico

Filtro Filtro

Bomba Filtro


Válvula Reguladora presión

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Otro ejemplo

Anotaciones.


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372 Oleo Tema 3 Bombas y Motores Hidraulicos

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