Bombas
Sistema Sistema Hidráulic Hidráulicos os – Maquinaria Maquinaria Pesada Pesada
Introducción La bomba hidráulica convierte la energía mecánica en energía hidráulica. Es un dispositivo que toma energía de una fuente (por ejemplo, un motor, un motor eléctrico, etc.) y la convierte a una forma de energía hidráulica. La bomba toma aceite de un depósito de almacenamiento (por ejemplo, un tanque) y lo envía como un flujo al sistema hidráulico.
Introducción Todas las bombas producen flujo de aceite de igual forma. Se crea un vacío a la entrada de la bomba. La presión atmosférica, más alta, empuja el aceite a través del conducto de entrada a las cámaras de entrada de la bomba. Los engranajes de la bomba llevan el aceite a la cámara de salida de la bomba. El volumen de la cámara disminuye a medida que se acerca a la salida. Esta reducción del tamaño de la cámara empuja el aceite a la salida.
Introducción La bomba sólo produce flujo (por ejemplo, galones por minuto, litros por minuto, centímetros cúbicos por revolución, etc.), que luego es usado por el sistema hidráulico. La bomba NO produce “presión”. La presión se produce por acción de la resistencia al flujo. La resistencia puede producirse a medida que el flujo pasa por las mangueras, orificios, conexiones, cilindros, motores o cualquier elemento del sistema que impida el paso libre del flujo al tanque.
Tipos de bombas Todos los tipos de bombas pueden se clasificados en dos categorías principales: - Bombas de desplazamiento positivo o hidrostáticas. - Bombas de Hidrodinámicas.
desplazamiento
no
positivo
o
Desplazamiento no positivo (Hidrodinámicas) Son aquellas que impulsan el líquido solo hasta determinada presión, a partir de la cual el caudal es cero. Estas bombas pueden funcionar por un tiempo relativamente largo sin averías con el conducto de salida cerrado. Existe en ellas una dependencia generalmente no lineal entre el caudal bombeado y la presión de descarga. Las mas comunes son: • Bombas centrifugas. • Bombas de hélice • Bombas de diafragma con resorte.
Desplazamiento positivo (Hidrostáticas) Las bombas de desplazamiento p ositivo no tienen límite de presión máxima de impulsión, esta presión de salida puede llegar a valores que ponen en peligro la integridad de la bomba si el conducto de escape se cierra completamente. Para garantizar el funcionamiento seguro de ellas, es necesario la utilización de alguna válvula de seguridad que derive la salida en caso de obstrucción del conducto. Si el ajuste es apropiado, estas bombas pueden bombear el aire de su interior y con ello, crear la suficiente depresión en el conducto de admisión como para succionar el líquido a bombear desde niveles mas bajos que la posición de la bomba, aun cuando estén llenas de aire. Se caracterizan porque el caudal de bombeo casi no es afectado por la presión de funcionamiento.
Se pueden clasificar en: • • • •
Bombas de émbolo. Bombas de engranes. Bombas de diafragma. Bombas de paletas.
Comparación Bombas de desplazamiento positivo
Bombas hidrodinámicas
Flujo no permanente debido a la acción de la bomba
Flujo permanente
No puede operar contra una válvula cerrada: para o falla.
Puede operar contra una válvula cerrada. La energía creada de esta manera se convierte en calor.
Para una tarea determinada es más grande Para una tarea determinada es más pequeña que que una bomba rotodinámica. una bomba de desplazamiento positivo. No puede bombear fluidos que contengan sólidos.
Puede bombear mezclas de sólidos y líquidos, como por ejemplo aguas residuales.
Son capaces de levantar grandes presiones
Solo son capaces de desplazar grandes flujos pero a baja presión
Terminos • • •
•
• •
Amplitud de presión: Se constituyen en los límites máximos de presión con los cuales una bomba puede funcionar adecuadamente. Ejemplo Lb/plg2. Volumen: La cantidad de fluido que una bomba es capaz de entregar a la presión de operación. Ejemplo gal/min. Amplitud de la velocidad: Se constituyen en los límites máximo y mínimo en los cuales las condiciones a la entrada y soporte de la carga permitirán a la bomba funcionar satisfactoriamente. Las unidades son r.p.m. Eficiencia mecánica: Se puede determinar mediante la relación entre el caballaje teórico a la entrada, necesario para un volumen especifico en una presión especifica y el caballaje real a la entrada necesario para el volumen especifico a la presión especifica. Eficiencia volumétrica: Se puede determinar mediante la relación entre el volumen teórico de salida a 0 lb/plg2 y el volumen real a cualquier presión asignada. Eficiencia total: Se puede determinar mediante el producto entre la eficiencia mecánica y al eficiencia volumétrica.
Clasificación bombas desplazamiento positivo BOMBAS
Bomba de engrane Baja Presión
Amplitud Presión 0 Lb/plg2 1500 Lb/plg2
Volumen
Amplitud Velocidad
Eficiencia Volum.
Eficiencia Total
5 Gal/min
500 rpm
80 %
75 – 80 %
10 Gal/min
1200 rpm 80 %
75 – 80 %
Bomba engrane 1500 Lb/plg2 Bomba engrane 2000 Lb/plg2
2000 Lb/plg2
15 Gal/ min
1800 rpm
80 - 85% 90 %
Bomba Paleta equilib. 1000 Lb/plg2
1000 Lb/plg2
1.1 – 55 Gal/min
3000 Lb/plg2 5000 Lb/plg2
2 – 120 Gal/min
6000 – 8000 Lb/plg2
> 90 %
80 – 85 %
90 %
> 85 %
90 %
> 80 %
90 %
> 85 %
1200 – 1800 rpm 7.5 – 41 Gal/min
Bomba Pistón Placa empuje angular
Diseño Dynex
1000 rpm
2.9 – 4.2 Gal/min
1200 – 2200 rpm
Caudal fijo frente a Caudal variable El flujo de salida de una bomba de caudal fijo cambia sólo si se cambia la velocidad de la rotación de la bomba. Si la bomba gira más rápido, aumenta el flujo; si gira más lenta, disminuye el flujo. La bomba de engranajes es un ejemplo de una bomba de caudal fijo. Las bombas de paletas y de pistones pueden ser de caudal fijo o de caudal variable. El flujo de salida de una bomba de caudal variable puede aumentar o disminuir independientemente de la velocidad de rotación. El flujo de salida de una bomba de caudal variable puede controlarse manualmente, automáticamente o por combinación de ambas.
Bomba de Engranajes La bomba de engranes es una de las más utilizadas. La capacidad puede ser grande o pequeña y su costo variará con su capacidad de presión y volumen. Además la simplicidad de su construcción permite esta ventaja de precio. Las bombas de engranes exhiben buenas capacidades de vacío a la entrada y para las situaciones normales también son autocebantes; otra característica importante es la cantidad relativamente pequeña de pulsación en el volumen producido. Suministran la misma cantidad de aceite por cada revolución del eje de entrada. La salida de la bomba se controla cambiando la velocidad de rotación.
Bomba de Engranajes - Funcionamiento Su funcionamiento es a grandes rasgos el siguiente: La flecha impulsora gira, los dos piñones como están engranados, girarán en direcciones opuestas. La rotación es hacia el orificio de entrada desde el punto de engrane. Conforme los dientes de los dos piñones se separan, se formará una cavidad y se producirá un vacío en el orificio de entrada. Este vacío permitirá a la presión atmosférica forzar el fluido al lado de entrada de la bomba. El fluido será confinado en el espacio entre los dientes del engrane. La rotación continuada de los engranes permitirá que el fluido llegue hasta la salida.
La bomba de engranajes consta de un retenedor de sellos (1), sellos (2), protector de sellos (3), planchas de separación (4), espaciadores (5), engranaje de mando (6), engranaje loco (7), caja (8), brida de montaje (9), sello de la brida (10) y planchas de compensación de presión (11) de ambos lados de los engranajes. Los engranajes están montados en la caja y en las bridas de montaje a los lados de los engranajes para sostener el eje de engranajes durante la rotación.
Fuerza de la Bomba de Engranajes En una bomba de engranajes el flujo de salida se produce al empujar el aceite fuera de los dientes de engranajes a medida que se engranan en el lado de salida. La resistencia al flujo de aceite crea una presión de salida. El desequilibrio de la bomba de engranajes se debe a que la presión en el orificio de salida es mayor que la presión en el orificio de entrada. El aceite de presión más alta empuja los engranajes hacia el orificio de salida de la caja. Los engranajes del eje sostienen casi toda la carga de presión lateral para prevenir un desgaste excesivo entre las puntas de los dientes y la caja. En las bombas de presión más alta, los ejes de engranaje están ligeramente biselados en el lado del extremo externo de los cojinetes del engranaje. Esto permite un contacto pleno entre el eje y los cojinetes cuando el eje se dobla levemente por la presión de desequilibrio.
Fuerza de la Bomba de Engranajes
Planchas compensación de presión En las bombas de engranajes se usan dos diseños diferentes de planchas de compensación de presión. El diseño anterior (1) tiene un reverso plano. Este diseño usa una plancha de separación, una protección para el sello, un sello en forma de “tres” y un retenedor de sello. El diseño más reciente (2) tiene una ranura en forma de “tres”, incrustada en el respaldo y de mayor grosor que el diseño anterior. En el diseño más reciente de planchas de compensación de presión se usan dos tipos diferentes de sellos.
Bomba de paletas Las bombas de paletas son bombas regulables. La salida de la bomba puede ser de caudal fijo o de caudal variable. El eje de entrada gira el rotor ranurado. Las paletas se mueven hacia adentro y hacia afuera de las ranuras en el rotor y sellan las puntas externas contra el anillo excéntrico. La parte interna del anillo de desplazamiento de la bomba de caudal fijo es de forma elíptica. La parte interna del anillo de desplazamiento de la bomba de caudal variable es de forma redondeada. Las planchas flexibles sellan los lados del rotor y los extremos de las paletas. En algunos diseños de bomba para presión baja, las planchas de soporte y la caja sellan los lados del rotor y los extremos de las paletas. Las planchas de soporte se usan para dirigir el aceite a los conductos apropiados de la caja. La caja, además de sostener las otras piezas de la bomba de paletas, dirige el aceite fuera y dentro de la bomba de paletas.
Las bombas de paletas de caudal fijo y de caudal variable usan la misma nomenclatura de piezas. Cada bomba consta de: caja (1), cartucho (2), plancha de montaje (3), sellos de la plancha de montaje (4), sellos del cartucho (5), anillos de protección del cartucho (6), anillo de resorte (7) y cojinete y eje de entrada (8). Los cartuchos constan de una plancha de soporte (9), anillo (10), planchas flexibles (11), rotor ranurado (12) y paletas (13).
Bomba de Paleta - Funcionamiento Cuando el rotor gira por la parte interna del anillo excéntrico, las paletas se deslizan dentro y fuera de las ranuras del rotor para mantener el sello contra el anillo. A medida que las paletas se mueven fuera del rotor ranurado, cambia el volumen entre las paletas. Un aumento de la distancia entre el anillo y el rotor produce un aumento en el volumen. El aumento en el volumen produce un ligero vacío que permite que el aceite de entrada sea empujado al espacio entre las paletas por acción de la presión atmosférica o la del tanque. A medida que el rotor continúa funcionando, una disminución en la distancia entre el anillo y el rotor produce una disminución del volumen. El aceite es empujado fuera de ese segmento del rotor al conducto de salida de la bomba.
Bomba de Paleta Caudal Variable Las bombas de paletas de caudal variable se controlan desplazando un anillo redondeado atrás y adelante, en relación con la línea central del rotor. Muy rara vez, si acaso nunca, se usan bombas de paletas de caudal variable en aplicaciones de sistemas hidráulicos de equipos móviles.
Bomba de Pistones Las bombas de pistón generalmente son consideradas como las bombas que verdaderamente tienen un alto rendimiento en las aplicaciones mecánicas de la hidráulica. Algunas bombas de engranes y de paletas funcionarán con valores de presión cercanos a los 2000 lb/plg2, pero sin embargo, se les consideraran que trabajan con mucho esfuerzo. En cambio las bombas de pistón, en general, descansan a las 2000 lb/plg2 y en muchos casos tienen capacidades de 3000 lb/plg2 y con frecuencia funcionan bien con valores hasta de 5000lb/plg2. Hay dos diseños de bombas de pistones: la bomba de pistones axiales y la bomba de pistones radiales. Los dos diseños de bombas son regulables y altamente eficientes. Sin embargo, la salida puede ser de caudal fijo o de caudal variable.
La mayoría de bombas y motores de pistones tienen piezas comunes y usan la misma nomenclatura. Las piezas de la bomba de la figura 3.3.17 son: cabeza (1), caja (2), eje (3), pistones (4), plancha del orificio (5), tambor (6) y plancha basculante (7).
Bomba pistones axiales - Bomba pistones desplazamiento fijo - bomba de pistones desplazamiento variable
Bomba pistones axiales con caja angular
Bomba pistones radiales
Simbología ISO
