CAPITULO 3 BOMBAS HIDRAULICAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Las bombas hidráulicas son los componentes más importantes de una instalación oleohidráulica y por su variedad en la forma constructiva constituyen uno de los campos más interesantes de la potencia fluida. Su función es convertir la energía mecánica rotacional suministrada por un motor en energía oleohidráulica, al empujar el fluido al interior de la instalación. Por consiguiente, una bomba tiene por objeto, en general proporcionar un caudal líquido venciendo para ello determinadas resistencias, la presión se origina por las resistencias que encuentra el aceite al circular por las tuberías, mangueras y actuadores en general. Tipos de bombas: las bombas en general están constituidas por dos orificios, uno de succión y el otro de descarga del fluido, adicionalmente pueden presentar cámaras de bombeo con elementos mecánicos para activar dichas cámaras de bombeo. DESPLAZAMIENTO
MODELOS Paletas
HIDROSTATICAS (Desplazamiento positivo)
Pistones Engranajes
Radiales Axiales Externos Internos
Presión nominal de servicio: parámetro suministrado por el fabricante del equipo donde se indica la presión máxima de servicio que puede soportar la bomba durante un tiempo establecido sin que se produzca ningún tipo de avería. Operar a presiones más elevadas puede generar mayor desgaste y disminuir la vida útil del equipo. Por lo tanto el elemento denominado válvula de seguridad, debe proteger a la bomba de daños por sobrepresión en el momento de servicio. Caudal nominal: Indica el volumen de líquido transferido por la bomba en una unidad de tiempo, es común encontrar este parámetro expresado en litros de fluido suministrado en un minuto (l/min), o por el desplazamiento en cada vuelta (cm3/rev). Para estimar el caudal de una bomba conocido su desplazamiento, se debe multiplicar el volumen de cada cámara bombeadora con el número de cámaras que pasan por la salida por revolución, este análisis se realiza si las bombas son de tipo rotativo, en el caso que la bomba sea alternativa se especifica el volumen desplazado por ciclo de la bomba. Algunos de los aspectos más importantes a tener en cuenta al seleccionar una bomba hidráulica son: • • • • • • • •
Rango de presión de servicio Velocidades de rotación Temperatura máxima y mínima de servicio Viscosidad más alta y más baja Tipo de accionamiento Situación de montaje Máximo nivel de ruido Precio máximo
BOMBAS DE ENGRANAJES: El volumen que es capaz de desplazar este tipo de bombas depende de las características geométricas de los dientes de los engranajes que la constituyen, podemos establecer una subdivisión para este tipo de bombas, las que presentan engranajes a dentado exterior y las de engranajes a dentado interior. Bombas de engranajes con dentado exterior: Al transmitir energía mecánica rotacional a uno de los ejes, figura 19 se generan zonas al interior de la bomba con diferente nivel de presión. El volumen desplazado en cada rotación del piñón conductor se puede expresar 𝑉 =𝑚∗𝑧∗𝑏∗ℎ∗𝜋 donde: b= ancho del diente; h = altura del diente; z= cantidad de dientes (de un solo piñón); m= modulo utilizado para la construcción de los dientes del engrane Figura 19: Bomba de engranajes con dentado exterior
Este tipo de bombas se aplican especialmente en elementos móviles donde sus características de reducido tamaño y peso, presión de servicio relativamente alta, gran rango de velocidades de servicio y alta tolerancia a las variaciones de temperatura y viscosidad las hacen las más adecuadas. Figura 20: Zonas de alta y baja presión en una bomba de engranajes externos
La rueda dentada superior (7) se une directamente al elemento encargado de suministrar la energía mecánica rotacional (motor eléctrico, motor a gasolina, motor Diésel). El fluido hidráulico es conducido desde la zona de baja presión S hasta la zona de alta presión P y posteriormente es enviado a servicio. Las cámaras de bombeo deben tener la suficiente estanqueidad para evitar el retroceso del fluido que se encuentra a alta presión, para lograr este cometido, parte del aceite de alta presión se conduce por intersticios a la parte lateral de los engranes para generar mayor ajuste axial y de esta manera evitar el retroceso del fluido. Las bombas de engranajes externos manejan bajos niveles de caudal, aproximadamente de 0,2 hasta 200 cm 3. Pero ofrecen altas presiones de trabajo incluso superiores a los 200 bar (3000 psi), las revoluciones de entrada para la bomba pueden oscilar entre las 500 hasta las 6000 r.p.m. Bombas de engranajes a dentado interior: El volumen desplazado por revolución o giro, para este tipo de bombas se puede establecer con una expresión similar utilizada para sus contrapartes de engranajes externos Figura 21: Bomba de engranajes internos
𝑉 =𝑚∗𝑧∗𝑏∗ℎ∗𝜋 Una característica especial de este tipo de bombas es su bajo nivel de ruido razón por la cual son muy utilizadas en aplicaciones donde el equipo hidráulico funciona en espacios cerrados Figura 22: Elementos principales de una bomba de engranajes internos
El rotor está unido a la máquina encargada de entregar la energía mecánica rotacional, durante 120° de rotación del rotor se produce un aumento del espacio entre el engranaje externo y el interno lográndose el proceso de aspiración, a continuación se presenta una zona donde el volumen se mantiene constante y se presenta el primer aislamiento de la cámara de baja presión y de alta presión, en los 120° siguientes se genera la reducción del volumen y se envía el fluido a servicio, la forma de los dientes y el hecho de su encaje interior es el responsable del bajo nivel de ruido. El rotor puede operar en rangos desde 500 hasta 3000 r.p.m., pueden alcanzar presiones de servicio de hasta 300 bar (4500 psi) y de acuerdo al tamaño se obtienen cilindradas de 3 hasta 300 cm3. BOMBAS DE HUSILLOS HELICOIDALES (TORNILLOS): El caudal desplazado está en función del volumen que se forma entre los tornillos sin fin y la carcasa de la bomba 𝑉=
𝜋 2 𝛼 sin 2𝛼 (𝐷 − 𝑑 2 ) ∗ 𝑠 − 𝐷 2 ( − )∗𝑠 4 2 2
La expresión incluye las características físicas del tornillo como son el diámetro externo e interno (D, d), el paso del tornillo (s) y el ángulo de inclinación de la hélice (α). Este tipo de bomba se caracteriza por un bajo nivel de ruido, pueden estar constituidas por 2 o 3 husillos helicoidales, en el caso del sistema de tres husillos, el elemento intermedio recibe la energía mecánica rotacional y la transmite a los demás husillos. Al girar los tornillos exteriores el fluido hidráulico avanza hasta la conexión de presión de la bomba, esta reducción gradual de volumen permite entregar un caudal uniforme libre de pulsaciones lo que garantiza un funcionamiento silencioso. El husillo que recibe la energía mecánica puede girar en rangos que oscilan entre las 1000 y los 4000 rpm, las presiones de servicio típicas alcanzan los 200 bar (3000 psi) y de acuerdo al tamaño de la bomba se obtienen volúmenes desde los 10 cm3 hasta los 3500 cm3. Figura 23. Bomba de husillos helicoidales doble y triple
BOMBA DE PALETAS: El volumen desplazado por esta bomba es el atrapado entre el estator circular, el rotor y las paletas 𝑉 = 2∗𝜋∗𝑏∗𝑒∗𝐷 donde: b es el ancho de las paletas; e es la excentricidad entre el rotor y el estator de la bomba; D es el diámetro interno del estator
Figura 24: Bomba de paletas
Las bombas de paletas pueden ser clasificadas en dos grandes grupos, aquellas que durante una revolución presentan un solo bombeo las cuales se denominan de única carrera y aquellas que durante una revolución presentan dos procesos de bombeo, figura 25 En los dos casos los elementos que forman la bomba son los mismos: un elemento rotor el cual contiene las paletas encargadas de empujar el fluido hidráulico, la principal diferencia radica en la forma constructiva del estator, en el caso de las bombas de una sola carrera el estator solo presenta una excentricidad, en las bombas de dos carreras el estator presenta dos excentricidades Figura 25: Bomba de paletas de una y dos carreras
Bombas de paletas de dos carreras: Como se comentó anteriormente el estator de este tipo de bomba presenta una doble excentricidad interna. Por lo tanto, cada una de las paletas realiza dos carreras de trabajo durante una revolución del rotor, figura 26 Figura 26: Excentricidades de una bomba de paletas de dos carreras
Cuando la paleta se encuentra en la zona con mayor excentricidad se genera un proceso de depresión debido a que la bomba alcanza el volumen máximo de la cámara de desplazamiento, se dice que la bomba se encuentra en la zona de baja presión, cuando la paleta se encuentra en la zona de menor excentricidad el volumen de la cámara se reduce y decimos que la bomba está en la zona de alta presión. Figura 27: Zonas de Baja y alta presión en una bomba de paletas
Este proceso se repite dos veces por cada revolución de la máquina, para el cumplimiento de estos procesos se debe garantizar la estanqueidad de las recamaras, para ello cada una de las paletas debe recibir la ayuda de la presión del fluido hidráulico, el cual pasa a través de pequeñas perforaciones del rotor empujando las paletas contra el estator.
Figura 28: Vista general de las zonas de alta y baja presión en una bomba de paletas de doble carrera
Lógicamente esta presión varía según sea la zona de trabajo de la paleta, la acción de esta presión puede llegar a producir una falta de película de aceite entre la paleta y el estator lo que genera un aumento en el desgaste de estos elementos. Para disminuir este efecto especialmente a valores de presión superior a los 150 bar (2250 psi) se modifica la construcción de las paletas por medio de un bisel y una ranura que permite conducir parte del fluido de empuje a la zona de contacto entre paleta y estator, figura 29 Figura 29: Diferentes formas constructivas de paletas según la presión de servicio.
Bombas de paletas de una carrera: En estas bombas el rotor se descentra del estator para generar la excentricidad, al igual que en las bombas de doble carrera se presenta una zona de baja presión y otra de alta presión según sea el recorrido de cada una de las paletas, en algunas de estas bombas el valor de la excentricidad es fijo y por lo tanto el caudal entregado por la bomba también es fijo, pero otro grupo de estas bombas tiene la posibilidad de modificar el valor de la excentricidad y con ello el caudal entregado.
Figura 30: Bomba de paletas de una sola carrera:
Bombas de paletas de una sola carrera con caudal variable: para modificar la excentricidad y el caudal de las bombas se utilizan generalmente dos mecanismos • •
Sistema de mando directo Sistema precomandado con regulador de presión externo
El sistema de mando directo se utiliza para controlar la excentricidad del estator y con ello el caudal suministrado por la bomba, figura 31, la excentricidad máxima se logra cuando el estator llega hasta el tornillo tope (1), la fuerza generada por la presión del aceite 𝐹𝑝 se descompone en sus componentes vertical y horizontal, figura 31. La componente vertical 𝐹𝑣 que generalmente es de mayor magnitud es anulada por el tornillo de ajuste vertical (2), la fuerza horizontal 𝐹ℎ es la encargada junto con la fuerza del resorte 𝐹1 de modificar la excentricidad del estator, cuando 𝐹𝑓 > 𝐹ℎ el estator permanece en la posición que se muestra en la figura, al aumentar el valor de 𝐹𝑝 se llega a la configuración donde 𝐹ℎ > 𝐹𝑓 y el estator se desplaza hacia la derecha disminuyendo la excentricidad y por lo tanto el caudal bombeado, el ajuste de la fuerza 𝐹1 se logra por medio del tornillo regulador (3), cuando la excentricidad es prácticamente cero el exceso de aceite es enviado al tanque por medio del puerto de drenaje L que se muestra en la figura Figura 31: Esquema de funcionamiento del mando directo de presión en bomba de paletas
El sistema precomandado utiliza un sistema de pistones con áreas de diferente tamaño para posicionar el estator y con ello aumentar o disminuir la excentricidad, figura 32. Figura 32: Sistema precomandado, acción de precarga de la bomba
Adicionalmente el sistema cuenta con un resorte que genera excentricidad en el momento que la bomba arranca (precarga de la bomba) lo que permite bombear cierta cantidad de aceite y generar presión para el sistema y para el propio control de la bomba, si la presión se mantiene igual en ambos pistones se mantendrá la excentricidad, para modificar la posición del estator se utiliza el regulador de presión externo (R), figura 33. El regulador de presión se compone de: • • • •
Pistón regulador (1) Carcasa (2) Resorte (3) Dispositivo variador (4)
Al iniciar el bombeo el fluido hidráulico viaja al pistón regulador (1) y por medio de orificios taladrados en el spool se comunica con el pistón mayor de posicionamiento del estator el cual mantiene la excentricidad del sistema, en esta condición la conexión a tanque se encuentra bloqueada. La fuerza generada por el fluido hidráulico trabajando sobre el pistón regulador (Fp) es inferior a la fuerza generada por el resorte (FF). Hasta que esta condición de fuerzas no cambie se mantendrá la excentricidad y el caudal bombeado será el máximo Figura 33: Regulador de presión externo, modo de control a caudal máximo
Al acercarnos al valor máximo de presión del sistema, la fuerza Fp aumenta y con ello el pistón regulador logra vencer la fuerza ejercida por al resorte, desplazando el spool el cual permite el paso del fluido hidráulico del lado del pistón de control mayor a tanque, el efecto inmediato es que disminuye la excentricidad casi a cero, el caudal bombeado es solo lo necesario para mantener el valor de presión, esta acción permite disminuir el calentamiento del fluido hidráulico y el consumo de potencia de la unidad, figura 34 Figura 34: Modo de control a presión máxima, excentricidad cercana a cero
Si en estas condiciones uno de los elementos de consumo adicional es requerido (cilindro, motor, acumulador) la presión del sistema cae y con ello el resorte nuevamente desplaza el spool cerrando la comunicación a tanque, aumentando la presión en el pistón de control mayor y aumentando la excentricidad y con ello el caudal bombeado. Una variante muy importante del regulador se logra con la ayuda de un diafragma medidor de caudal a la salida de la bomba, figura 35, esta variante permite controlar el caudal suministrado por la bomba gracias a la diferencia de presiones que se obtienen con el diafragma medidor. Cuando el caudal está lejos del fijado el resorte desplaza totalmente al spool y al pistón regulador generando aumento de la excentricidad y aumentando el caudal bombeado, al acercarse al valor establecido la diferencia de presión aumenta y el pistón regulador desplaza al spool conectando el pistón de control mayor con tanque, con esta acción se logra disminuir la excentricidad y ajustar el caudal bombeado al deseado. Figura 35: Regulación de caudal y diferencia de presión.
BOMBA DE PISTONES RADIALES: Existen dos tipos de estas bombas, las que presentan apoyo externo de los pistones y las que presentan apoyo interno de los pistones, figura 36. En ambos casos el volumen desplazado en cada revolución de la bomba se puede calcular con la expresión. Figura 36: Bombas de pistones radiales con apoyos externos e internos de los pistones
𝑉=
𝜋𝑑𝐾2 ∗2∗𝑒∗𝑧 4
donde: 𝑑𝐾 es el diámetro de los pistones; 𝑒= excentricidad; z= número de pistones Este tipo de bombas es especialmente utilizada en servicios donde se necesiten presiones incluso superiores a los 400 bar (6000 psi) y que pueden llegar a los 700 bar (10500 psi). En su forma constructiva se debe tener en cuenta utilizar un número impar de pistones, esta acción busca disminuir la elevada pulsación de caudal, que genera este tipo de bomba, figura 37. Figura 37: Bombas de pistones radiales y variación del caudal suministrado
Los elementos principales que conforman una bomba de pistones radiales con apoyo interior se pueden observar en la figura 38. El eje de accionamiento (1) presenta un sistema de leva o excéntrica (2) encargada de generar el desplazamiento del pistón (3), el cual se desliza al interior de la camisa del cilindro (4) donde al reducirse el volumen se empuja el fluido hidráulico a la zona de presión, la inclinación generada en el sistema debido al movimiento de la leva es absorbido por el sistema de rotula (5), el cual se soporta en la carcasa de la bomba (9) cuando la leva se encuentra en la posición más baja la válvula de aspiración (7) se abre y permite la entrada del fluido hidráulico al interior de las camisas de las bombas, al llegar la leva a la parte superior de su
recorrido, se abre la válvula de presión (8) y el fluido pasa a la zona de alta presión donde se comunica con el aceite bombeado por los demás pistones. Figura 38: Bomba de pistones radiales con apoyo interior del pistón
La acción de bombeo se inicia con el pistón en la posición de punto muerto superior, figura 39 al girar el eje la excentricidad disminuye y el pistón se desplaza hacia abajo, por medio de una ranura en la excéntrica el aceite ingresa por la parte inferior del pistón, abre la válvula de admisión y se ubica al interior de la camisa del cilindro Figura 39: Inicio de la acción de bombeo, pistón en punto muerto superior y acción de aspiración
El proceso de llenado de la camisa finaliza en el punto muerto inferior, a partir de esta posición el giro del eje impulsa el piston al interior de la camisa ayumentando la presion hasta alcanzar el limite de la valvula, el aceite a presión, se comunica con el aceite bombeado por los otros pistones por medio de un canal que se encuentra en la carcasa de la bomba
Figura 40: Pistón en punto muerto inferior y aumento de presión por avance del pistón en la camisa
BOMBA DE PISTONES AXIALES: De acuerdo a su característica constructiva las bombas de pistones axiales se pueden clasificar en: • •
Eje de los pistones inclinados Placa de apoyo inclinada
La forma básica de las dos configuraciones se puede observar en la figura 41, en ambos casos el volumen desplazado depende del número de pistones, del diámetro de estos y de la inclinación que presenten los pistones o la placa de apoyo en cada uno de los casos Figura 41: Bombas de pistones axiales de eje inclinado y placa inclinada
Bomba de pistones axiales de eje inclinado: los pistones se disponen con un cierto valor de ángulo de inclinación (α), con lo cual se establece la carrera de los pistones (h), figura 42. El cilindro principal (6) presenta varios alojamientos para que los pistones de la bomba (7) generen el proceso de aspiración y compresión del fluido hidráulico, figura 43, con ayuda de los puertos de comunicación (4) maquinados en la placa de mando (3,5).
Figura 42: Elementos principales de una bomba de pistones axiales de eje inclinado
El elemento encargado de suministrar la energía mecánica permite que rote el eje de la bomba, el cual a su vez mueve un conjunto de pistones articulados, estos pistones se desplazan al interior de los agujeros del cilindro principal de la bomba, el valor del desplazamiento o carrera depende de la magnitud del ángulo de inclinación del eje (α). La expresión general para el volumen desplazado por los pistones puede escribirse 𝑉=
𝑑𝐾2 ∗ 𝜋 ∗ 2𝑟ℎ ∗ 𝑧 ∗ tan 𝛼 ; 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑧 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑖𝑠𝑡𝑜𝑛𝑒𝑠 4
Figura 43: Proceso de aspiración y compresión en bombas de pistones axiales de eje inclinado
El ángulo de inclinación del eje, también conocido como ángulo de basculamiento puede ser fijo o variable, figura 44, en las configuraciones fijas el caudal suministrado por la bomba no puede ser modificado y la construcción de la placa de mando asegura esta posición. En las bombas donde el valor del ángulo de inclinación puede ser ajustado dentro de ciertos límites constructivos, la carrera de los pistones se ajusta continuamente y con ello el caudal suministrado por la bomba. Podemos entonces establecer que la velocidad de rotación del eje y el ángulo de basculamiento de la bomba afectan directamente el caudal suministrado.
Figura 44: Bombas de pistones axiales de ángulo fijo y ángulo variable
Bomba de pistones axiales de placa inclinada: En este tipo de bomba el eje de los pistones es paralelo al eje del motor y se apoyan sobre una placa inclinada. Figura 45: Bomba de pistones axiales de placa inclinada con mando externo para el control de la inclinación
Al igual que en las bombas de eje inclinado, el caudal bombeado depende de la carrera de los pistones y esta depende directamente del ángulo de inclinación de la placa de apoyo para los pistones. La expresión general que permite determinar el volumen de fluido bombeado por revolución es: 𝑉=
𝑑𝐾2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑧 ∗ 𝐷𝐾 ∗ tan 𝛼 ; 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑧 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑖𝑠𝑡𝑜𝑛𝑒𝑠 4
Para una descripción de su funcionamiento se toma como referencia el seccionamiento de bomba ilustrado en la figura 46. El eje principal arrastra el cilindro principal de la bomba (3), el cual mueve los pistones (7) que se deslizan sobre la placa inclinada (2), si el ángulo de inclinación (α) es cero la carrera también es cero y no se bombea fluido hidráulico. No todas las bombas de este tipo permiten la modificación del ángulo de inclinación de la placa de deslizamiento, en ellas la inclinación es fija y se máquina directamente en la carcasa de la bomba
Figura 46: Elementos principales de una bomba de pistones axiales de placa inclinada
Cuando los pistones se deslizan al interior del cilindro principal debido a la carrera establecida por el ángulo de la placa inclinada, el fluido hidráulico llega a la bomba por la zona de baja presión y es transportado por los pistones hacia el sistema del lado de alta presión, figura 47 Figura 47: Zonas de alta y baja presión en una bomba de pistones axiales de placa inclinada
El elemento encargado de suministrar la energía mecánica permite que el eje de la bomba rote y mueva por un sistema de dentado interior el cilindro principal y los pistones, figura 48, los cuales se deslizan sobre una placa inclinada, con lo cual cada uno de los pistones se mueve desde la posición de punto muerto superior a punto muerto inferior, el aceite entra a la bomba por medio de las ranuras maquinadas en la placa de mando, para modificar el caudal bombeado el ángulo de la placa deslizante debe cambiar para con ello aumentar o disminuir la carrera realizada por los pistones Figura 48: Acción de bombeo en bomba de pistones axiales de placa inclinada
MOTORES HIDRAULICOS Los motores hidráulicos son los encargados de convertir la energía hidráulica, en energía mecánica rotacional, al igual que las bombas, presentan diferentes principios de construcción y funcionamiento de acuerdo a la característica principal que se desee obtener, como puede ser velocidad de rotación, par de giro entregado, potencia suministrada MOTOR A ENGRANAJES: Su construcción es muy similar a las bombas de engranajes, pero se realizan algunas modificaciones para que el empuje axial del fluido hidráulico no genere fricción entre los elementos mecánicos o genere fuga por el eje del motor, figura 49. En las aplicaciones donde se necesita que el motor pueda girar en ambos sentidos siempre se dispone de un puerto que permita direccionar el denominado caudal de fugas Figura 49: Motor de engranajes
Las principales aplicaciones de los motores hidráulicos de engranajes, en la industria de la hidráulica móvil es como equipo de potencia: elevadores de carga, retroexcavadoras, sistemas de orugas, etc., por su tolerancia a sistemas donde se presentan cargas variables son utilizados en sistemas de separación, ventiladores, transportadores sin fin, cintas transportadoras, entre otros. Los motores hidráulicos de engranajes generalmente son clasificados en la categoría de “marcha rápida” debido a que su mejor funcionamiento se logra a velocidades de rotación superior a las 500 rpm en el caso de que se necesite su funcionamiento a velocidades inferiores, se recomienda el montaje adicional de un reductor de velocidad o la selección de un motor que por su concepción mecánica pueda trabajar en un rango menor de revoluciones, este es el caso particular de los motores de engranajes planetarios los cuales pueden funcionar a un bajo número de revoluciones, figura 50 MOTOR DE RUEDA PLANETARIA: Son denominados motores de marcha lenta, presentan una gran cilindrada debido a que por cada vuelta del eje de salida del motor deben producirse un gran número de procesos internos de giro y desplazamiento a pesar de esta circunstancia, su tamaño físico presenta generalmente pequeñas dimensiones
Figura 50: Motor de rueda planetaria
La alimentación del motor se realiza por medio de los puertos de servicio identificados con A y B, una vez que el fluido hidráulico entra al motor es enviado a la recamara de conmutación (2) que esta mecanizada directamente en la carcasa del motor (1) el aceite queda atrapado entre los canales anulares (13) y es desviado por ranuras longitudinales hasta la placa de mando (10) las cámaras de desplazamiento se forman entre la superficie interna dela rueda dentada interior (7), la superficie exterior del rotor (6) y los rodillos internos (8). En la figura 51 se observa como este tipo de motores tiene conectadas la mitad de las ranuras al lado de alta presión y la otra mitad al lado de baja presión Figura 51: Partes principales de un motor de rueda planetaria
Principio de funcionamiento de los motores de pistones de carrera múltiple: El tipo de mecanismos utilizado busca que cada pistón realice varias carreras de trabajo, de acuerdo a esto son motores de gran consumo de aceite pero que también entregan un alto torque El fluido hidráulico se alimenta al motor por medio de tuberías rígidas o flexibles (1), utilizando el sistema de mando se distribuye el aceite a los diferentes pistones que forman el motor (2 y 3), de acuerdo a la posición instantánea, las cámaras de los cilindros pueden estar en proceso de succión o descarga, el mecanismo que permite el desplazamiento de los pistones incluye un par cinemático de contacto de punto o de línea (bola o rodillo) el cual facilita el proceso de copiar la curva del mecanismo de carrera
Figura 52. Principio de funcionamiento de los motores de pistones de carrera múltiple
La fuerza ejercida por el fluido hidráulico al trabajar en la parte superior del pistón (F A), es utilizada para obtener la fuerza tangencial (FT) que en definitiva es la responsable del par de giro que puede llegar a suministrar el motor, la magnitud de esta fuerza depende directamente del ángulo de inclinación (α), que presente el mecanismo de carrera del motor Figura 53. Fuerzas sobre el par de contacto para el desplazamiento del pistón
Algunas configuraciones de estos motores permiten su montaje en espacios reducidos, donde la alimentación y retorno del fluido hidráulico se realizan por el interior del eje del motor (1). Figura 54. Sistema de carcasa para la trasferencia del torque producido
El sistema para generar el desplazamiento de los pistones se implementa en la parte delantera y posterior del motor (4), los pistones se mantienen en posición por la acción de los resortes (3). El torque producido se transmite a la carcasa del motor la cual se acopla directamente con la carga que se desea mover. Motores de pistones radiales de carreras múltiples: Los pistones se disponen de manera radial y se apoyan sobre rodillos con el fin de copiar las curvas de la trayectoria de carrera, ubicada sobre la carcasa central del motor, cada uno de los pistones realiza un numero de carreras igual al número de levas que presenta la trayectoria de carrera. Figura 55. Motor de pistones radiales de carreras múltiples
Para soportar las cargas radiales y axiales, se instalan en el motor rodamientos cónicos, el par motor generado por el número de pistones y la forma de la trayectoria de carrera, es transmitido al eje central el cual presenta un sistema de estrías para su acoplamiento. Algunas versiones de estos motores permiten la instalación de un sistema de discos para transmitir el torque o aislar el motor de la carga cuando se sobrepasa el torque máximo del motor si es necesario Motores de pistones radiales de carrera única: los cilindros y pistones se distribuyen en forma de estrella alrededor de un eje con excéntrica, durante el proceso de giro los pistones se conectan con la zona de alta y baja presión respectivamente Figura 56. Motor de pistones radiales de única carrera
El torque producido depende del número de pistones que este en la zona de presión, el área de los pistones, la presión del fluido y la excentricidad del eje Motores de pistones axiales de eje inclinado: presentan el mismo principio de funcionamiento de las bombas de este tipo, el torque se genera debido a la descomposición de fuerzas que ocurre en la placa o brida motriz. La componente paralela al eje axial debe ser absorbida por el sistema de rodamientos conicos, la componente perpendicular al eje axial es la responsable del par entregado por parte del motor Figura 57. Sistema de fuerzas en motor de pistones axiales de eje inclinado
El hecho de que este sistema solo presente una zona donde se realiza la descomposición de fuerzas y no existe mayor disipación de la energía hace que estos tipos de motores sean altamente eficientes Motores de pistones axiales de placa inclinada: la fuerza generada por el fluido hidráulico sobre el área de los pistones, se descompone en una fuerza perpendicular al eje axial, la cual es responsable del torque que es capaz de entregar este tipo de motores. Figura 58. Sistema de fuerzas en motor de pistones axiales de placa inclinada
La otra componente denominada fuerza de soporte presenta una inclinación en dirección al eje axial, esta fuerza es absorbida por el conjunto de rodamientos de rodillos instalado en el eje principal Figura 59. Fuerzas en la placa inclinada
La suma de las fuerzas tangenciales multiplicadas por la distancia al eje de giro especifica el valor del torque obtenido, la fricción generada por el patín de cada pistón sobre la placa disminuye el rendimiento de esta configuración en su aplicación como motor
