1. BOMBAS HIDRAULICASTodas las bombas de los sistemas hidráulicos son unidades de desplazamientopositivo. Un sello mecánic...
Figura 1. Parámetros involucrados en eficiencia volumétrica.La    rata    de flujo de perdidas también se expresa en la fo...
volumétrica por el aumento de la presión. La eficiencia volumétrica está definidacomo la relación del desplazamiento real ...
1.1.6     Especificaciones del fluido.Para servicio y funcionamiento satisfactorio, se deberán observar recomendacionesde ...
Figura 4. Nivel de aceite por encima de la bomba.Cuando el nivel de aceite en él deposito esta por encima de la entrada de...
Figura 6. Localización del nivel de la bomba.
Si fuese posible crear un vacío completo a la entrada de la bomba se dispondría de1.03 kp/cm2 (14.7 psi) para impulsar el ...
Figura 7. Curvas típicas de funcionamiento.1.1.11 Control de las bombas.La potencia neta de la bomba debe ser controlada p...
Figura 8. Bomba fija con descarga por válvula de seguridad o por             la direccional, cuando esta centrada.        ...
Las temperaturas de operación, ambientales máxima y mínima para la bombadeben ser determinadas, tal que los sellos, fluido...
Este diseño de bomba, (Ver figura 10), se muestra la configuración básica deuna bomba centrifuga de flujo radial, la bomba...
Figura 11. Curva de funcionamiento para una bomba centrifuga.A plena carga las bombas centrifugas tienen una mayor eficien...
Sin embargo en las instalaciones hidráulicas de potencia fluida los tiempos muertos(tiempos de descanso), hacen parte de u...
Todo sistema hidráulico incluye una bomba. Su función consiste en transformar laenergía mecánica en energía hidráulica, im...
El fabricante determina la presión nominal ∆P basada en una duración razonableen condiciones de funcionamiento determinada...
1.3.4     Eficiencia.1.3.4.1      Eficiencia volumétrica (ηvb).En teoría, una bomba suministra una cantidad de fluido igua...
Otro tipo de ineficiencia es la producida por la fricción mecánica durante laoperación de la bomba. Si la bomba fuera a en...
ηTb = Pots/ Pote= 109.46 HP / 125.78 HP = 87.03%Este valor es igual al anteriormente obtenido multiplicando las eficiencia...
Figura 16. Parámetros bomba de desplazamiento positivo.            ηQb = Cb* Nb*ηvb < QNb= Cb* Nbη tb = η vb × η mb , ηvb=...
CLASIFICACIÓN DE BOMBAS HIDRAULICAS                                                            Bombas hidráulicas         ...
frontal y posterior donde se aloja el aceite cuando la bomba esta en operaciónevitando que pierda eficiencia volumétrica d...
1.6.1.1       Despiece bomba de engranajes externos.       Figura 19. Despiece de bomba de engranajes externos.1.6.1.2    ...
volumétrica es afectada sólo por las fugas desde el puerto de presión al puerto desucción, fugas internas.Las fugas intern...
1.6.1.5      Dirección de rotación.Cuando se selecciona una bomba de engranajes se debe ser cuidadoso al ordenarque tenga ...
Según se describe en la figura 21, los pasos en el funcionamiento de una bombade engranajes externos son:1. A medida que l...
diseño. Por estas razones las bombas de engranajes baratas están usualmentelimitadas a presiones de operación máximas de 1...
Figura 23. Efecto de las fuerzas de contacto entre los dientes.Como se muestra en la figura 23 las fuerzas de contacto ent...
Figura 24. Eficiencia de una bomba de engranajes de trabajo                          mediano.Figura 25. Eficiencia de una ...
1.6.2     Bombas de engranajes internos.              Figura 26. Bomba de engranajes internos.Los diseños de bombas de eng...
El volumen se forma entre los flancos de los dientes, las paredes de la carcasa y lapieza de llenadoV= m×z×b×h×π.m= modulo...
1.6.2.2      Niveles de ruido.Una característica muy favorable de las bombas de engranajes internos es su bajonivel de rui...
1.6.2.4      Funcionamiento.Una bomba de engranajes internos consta de una rueda interior, una exterior yuna pieza en form...
1.6.2.5      Desbalanceo hidráulico.Las ruedas giran entre placas laterales fijas con tolerancias fijas. Sin embargo,algun...
Figura 31. Desempeño de una bomba de engranajes internos.La eficiencia de las bombas de engranajes internos es buena a baj...
Un tipo especial de bomba de engranajes internos es la bomba georotor (verfigura 32). El término georotor (o gerotor) vien...
DESPIECE BOMBA GEOROTOR
1.6.3.1      Despiece de la bomba Georotor.              Figura 33. Despiece de la bomba georotor.1.6.4     Bomba de Palet...
En los primeros años de la oleohidráulica, las bombas de paletas ganaron granaceptación sobre los diseños de engranajes. E...
desalojamiento del líquido en la cámara de trabajo en una cantidad igual a suvolumen útil.El volumen se forma entre el est...
ralladura que traería como consecuencia, que la bomba no levante la presión parala cual fue diseñada y por lo cual su dese...
1.6.4.4      Dirección de rotación.Las bombas de paletas equilibradas son normalmente convertibles, de un sentidode giro a...
Etapa 1Un rotor ranurado o impulsor, esta acoplado al eje de accionamiento colocadodentro de un anillo (también llamado ca...
y 3000 psi (210 bares) a 65ºC (150 F). Para equipos móviles, las velocidadesestán entre 2000 y 2500 r.p.m., dependiendo de...
1.6.4.7      Bombas de paletas equilibradas.El funcionamiento de estas bombas es esencialmente el mismo que el de lasbomba...
Figura 43. Dirección de rotación bomba tipo doble paleta                    equilibrada hidráulicamente.Esta configuración...
sobre el eje y los cojinetes. Debido a esto, la vida de este tipo de bombas enmuchas aplicaciones ha sido excepcionalmente...
1.6.4.8      Placas laterales flexibles cargadas con presión (placas             de presión).Para mantener una alta eficie...
Figura 46. Bomba simple tipo "inserto" (Sperry-Vickers).1.6.4.10     Diseño del inserto.Este tipo de diseño es exclusivo d...
Figura 47. Paleta interna en una bomba simple tipo "inserto".Las bombas de paleta tipo inserto, anteriormente mencionadas,...
Figura 48.                                                         Figura 49.1.6.4.11     Bombas de paleta tipo "Doble pal...
Figura 50. Bomba simple tipo "doble paleta".Figura 51. Detalle de las paletas dobles en una bomba de paletas              ...
1.6.4.12     Diseños de los cartuchos.Hoy en día, muchas bombas de paletas balanceadas vienen en diseños decartucho, (Ver ...
disponibles cartuchos de diversos desplazamientos. Esto da flexibilidad al adecuarla bomba al sistema.             Figura ...
Figura 56. Corte de una bomba de paletas simples (Parker                          Hydraulics).Figura 57. Sección transvers...
Las bombas dobles (Ver Figura 58), suministran una sola fuente de potenciacapaz de alimentar dos circuitos independientes ...
También están disponibles unidades con eje pasante, permitiendo el montaje devarias bombas en serie, como se muestra en la...
1.6.4.14    Bombas de paletas tipo “redondo”.Un modelo antiguo de la bomba Vickers equilibrada hidráulicamente puede verse...
Figura 62. Bomba doble tipo “redondo” (Sperry-Vickers).La bomba redonda también se fabrica en versión doble, con dos conju...
distribución les permiten aspirar fluido cuando se mueven hacia afuera ydescargarlo cuando se mueven hacia adentro.  Figur...
Figura 64. Diferencia entre una bomba de pistones par y una impar.  Figura 65. Principio de operación de bomba de pistones...
Pistón#1 esta aprovechando la porción baja leva siendo retraído del extremo porresortes presentando una condición de vacío...
En la figura 66 se muestra la sección transversal de una bomba con todos suselementos conectados a un puerto de presión co...
Figura 67. Cojinete bomba de pistones radiales     Principios de operación bombas de isoflujo (Mannesman-                 ...
Figura 68. Acción de bombeo en una bomba de pistones de                  isoflujo (Mannesman-Rexroth).Una mayor rotación d...
Funcionamiento de una bomba de iso flujo  Figura 69. Funcionamiento de bomba de iso flujo (Mannesman-                     ...
abrazadera de alta presión. Como consecuencia de una exigencia de nivel depresión alto la capacidad de flujo baja, pero es...
Figura 70. Cebado de una bomba de pistones radiales. En este ejemplo durante el arranque 2 de 3 pistones están siendo ceba...
descarga, permitiendo que el aire escape de la cámara de bombeo, si después deque se presente la carrera del pistón por va...
Las bombas de pistones axiales convierten el movimiento rotacional del eje en unmovimiento reciprocante axial del pistón. ...
1.6.6.2     Despiece de una bomba de pistones en línea.Figura 74. Despiece bomba de pistones en línea (Sperry-Vickers).Fig...
cilindro con taladrados donde se alojan los pistones y está ubicado paralelo al ejede conducción comúnmente llamado la cam...
1.6.6.3      Principio de funcionamiento de una bomba de pistones             en línea.             Figura 78. Bomba de nu...
Cuando han alcanzado la máxima posición de extensión, los pistones comienzan asubir entregando el fluido por el puerto de ...
En la figura 77 notará que los puertos de aceite y de la camisa de los pistones,están conectados a una válvula de distribu...
La segunda fuerza que trabaja sobre la camisa esta relacionada con el área enforma de riñón de la placa de puertos, este c...
Básicamente hay 4 condiciones de operación las cuales causan la falla del patíncojinete de deslizamiento.*   Operación con...
El pequeño taladrado, en el pistón mantiene un alto nivel de eficiencia volumétricaen la bomba, si la bomba esta operando ...
1.6.6.9      Excesiva presión en el drenaje.El mismo efecto en la rotula del pistón presentado con demasiada condición dev...
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  1. 1. 1. BOMBAS HIDRAULICASTodas las bombas de los sistemas hidráulicos son unidades de desplazamientopositivo. Un sello mecánico separa la entrada y la salida. Estas bombastransforman la potencia disponible en potencia hidráulica por medio de la entregade un flujo al circuito hidráulico. La resistencia al fluir aumenta (crea) la presióndel sistema hidráulico. El flujo a presión es potencia hidráulica y puede serexpresado en unidades de caballos de potencia (HP), o kilovatios.1.1 FACTORES DE SELECCIÓNCuando consideramos una bomba hidráulica, los siguientes factores seránevaluados.1.1.1 Desplazamiento.Las bombas están generalmente clasificadas por su desplazamiento geométrico porrevolución, o por la carrera del elemento de bombeo. Esta clasificación se expresanormalmente en pulgadas cúbicas de desplazamiento por revolución o centímetroscúbicos por revolución, (Pul3/rev, cm3/rev). Otros métodos son usados confrecuencia para clasificar la bomba en galones por minuto o litros por minuto(G.P.M, L.P.M) a una velocidad de rotación específica. El desplazamiento teóricoes el 100% de la capacidad de la bomba sin deslizamientos ni pérdidas.El desplazamiento real de una bomba es menor que el desplazamiento teórico.Las pérdidas son debidas al deslizamiento o escape los cuales varían con lapresión, viscosidad y velocidad de empuje. También decrece el rendimiento por lanecesidad de precomprimir el fluido hidráulico antes de la entrega al circuito Qpresurizado. De aquí nace el concepto de eficiencia volumétrica, η vb = b , que Q Nbes la relación entre la entrega real de la bomba Qb y la nominal o teórica QNb (verfigura 1). Esta eficiencia volumétrica está entre un 92% a un 95%. Esimportante tener en cuenta de que ésta depende del nivel de presión a la que séeste trabajando.
  2. 2. Figura 1. Parámetros involucrados en eficiencia volumétrica.La rata de flujo de perdidas también se expresa en la forma K∆PQ perdidas = = λ b ∆P donde K es la constante particular de cada bomba, µ es la µviscosidad dinámica del fluido y λb es el coeficiente de perdidas a temperaturaconstante. Figura 2. Muestra el funcionamiento de una bomba típica.La bomba esta especificada a 10 gpm a 1750 r.p.m. usando un fluido de 100ssu a140°F. Aunque la bomba teóricamente desplaza 10gpm, a 600psi entregasolamente 9.5gpm,y a 1500psi, solamente 8.0gpm. Esta disminución en elrendimiento de la bomba es el resultado de la disminución de la eficiencia
  3. 3. volumétrica por el aumento de la presión. La eficiencia volumétrica está definidacomo la relación del desplazamiento real al desplazamiento teórico. El ejemplo dela figura 2, tiene 95% de eficiencia volumétrica a 600psi y 80% de eficienciavolumétrica a 1.500psi con el fluido especificado.1.1.2 Especificación de la presión.Las bombas están generalmente determinadas por la máxima presión deoperación. Operaciones más allá de estos puntos originan falla prematura. Confrecuencia una bomba esta determinada por dos presiones una continua y unaintermitente. Las curvas de funcionamiento mostradas en la figura 2, indican quela bomba puede operar a 1500psi. El fabricante puede especificar la bomba a1.000psi continua y 1500psi intermitente. Estos valores son una guía en ladeterminación de la vida relativa de las bombas bajo carga. Actualmente, no hayuna definición standard del ciclo de servicio, así el fabricante en particulardetermina el significado exacto de su servicio intermitente.1.1.3 Velocidad impulsora.La mayoría de bombas operan mejor entre las velocidades mínima y máximaespecificada. La excesiva baja velocidad puede ser tan indeseable como la altavelocidad exagerada.1.1.4 Dirección de la rotación.La rotación en el sentido horario es más común. Algunas bombas pueden rotar enambas direcciones y funcionar igualmente bien en los dos sentidos. Otras sinembargo, aunque igualmente pueden operar en ambas direcciones, primero debenser convertidas mecánicamente para funcionar en reverso.1.1.5 Requerimientos para el montaje.Dimensiones totales, configuración de la carcasa, tipo de montaje, adaptación delmotor orientación de la tubería (rígida) son los factores básicos para el montaje.Por ejemplo, algunas bombas tienen restricciones en la posición del montaje. Confrecuencia se restringe el tipo de accionamiento y deben evitarse las caras envoladizo y las transmisiones por correa en V.
  4. 4. 1.1.6 Especificaciones del fluido.Para servicio y funcionamiento satisfactorio, se deberán observar recomendacionesde los fabricantes, teniendo en cuenta fluido, filtración, y el nivel de limpieza. Losfluidos son generalmente aceites hidráulicos con base de petróleo, o fluidossintéticos si se requiere resistencia al fuego. Son importantes el grado y laviscosidad del fluido como también la compatibilidad química del fluido con laspartes de la bomba. La mayoría de los fabricantes publican las listas de los fluidosrecomendados.1.1.7 Presiones de entrada.La mayoría de las bombas proporcionan su propio y continuo cebamiento tomandofluido para entregarlo al circuito. En algunas aplicaciones, el funcionamiento o lavida de la bomba, es significativamente mejorada si la entrada es precargada conuna presión positiva. El máximo vacío permitido a la entrada o la presión deentrada positiva recomendada con frecuencia es especificado por el fabricante dela bomba, normalmente la entrada de una bomba está cargada con aceite, debidoa la diferencia de presiones entre el depósito y la entrada de la bomba.Generalmente la presión en él deposito es la presión atmosférica, que es(101325Pa, 1 Atm, 14.7Psi). Es necesario tener un vació parcial o una presiónreducida a la entrada de la bomba, para que ésta pueda aspirar aceite, verfigura. 3 Figura 3. La presión atmosférica carga la bomba.Una consideración muy importante al instalar una bomba es el peso especifico delaceite, este origina una presión aproximadamente 0.09 kp/cm2 por cada metro dealtura (1.29 psi), para aplicar este principio consideramos los casos en que éldeposito de aceite este situado encima o debajo de la entrada de la bomba.
  5. 5. Figura 4. Nivel de aceite por encima de la bomba.Cuando el nivel de aceite en él deposito esta por encima de la entrada de labomba, existe una presión positiva que empuja al aceite hacia la entrada de labomba. Sin embargo, si la bomba está situada por encima del nivel de aceite, senecesita un vacío equivalente a 0.09 kp/cm2 (1.29 psi) por cada metro que el nivelde aceite se encuentre por debajo de la bomba. Figura 5. Nivel de aceite por debajo de la bomba.En realidad, el aceite no es elevado por el vacío, sino que la presión atmosféricaimpulsa el aceite contra el vacío creado a la entrada de la bomba cuando estafuncionando.
  6. 6. Figura 6. Localización del nivel de la bomba.
  7. 7. Si fuese posible crear un vacío completo a la entrada de la bomba se dispondría de1.03 kp/cm2 (14.7 psi) para impulsar el aceite. Sin embargo, prácticamente ladiferencia de presión disponible es mucho menor. Uno de los motivos es que loslíquidos se evaporan en un vacío. Esto introduce burbujas de gas en el aceite.Las burbujas que son arrastradas a través de la bomba implotan con fuerzaconsiderable cuando se ven expuestas a la presión de salida y causan daños quepueden perjudicar el funcionamiento de la bomba y reducir su vida útil.1.1.8 Ruido.La mayoría de bombas operan bien, dentro de niveles de ruido aceptables losrangos en decibeles en los cuales operan la mayoría de las bombas oscilan entre55 db y 75 db. Si el ruido es critico, se chequea según las especificaciones deruido recomendadas por el fabricante.1.1.9 Restricciones especiales.En algunos casos, el fabricante de la bomba, define las limitaciones especiales.Ejemplos típicos incluyen: limites de presión por fugas en la carcasa o en el sellodel eje, aprovisionamiento para mantener llena de fluido la carcasa de la bomba encualquier momento y antes del arranque y la purga del aire durante el nuevoarranque de la bomba.1.1.10 Eficiencia total.Ordinariamente la eficiencia total de la bomba sé muestra en curvas defuncionamiento, similarmente también aquellos para la eficiencia volumétrica. Lapotencia adicional requerida para vencer las perdidas mecánicas dentro de labomba, ayuda a reducir la eficiencia total. La eficiencia mecánica es la razón dela potencia teórica hidráulica a la salida de la potencia requerida a la entrada. Laeficiencia total es el producto de las eficiencias mecánicas y volumétricas. η tb = η vb × η mb . En la figura 7, se aprecian las curvas de eficiencia total yvolumétrica, así como la potencia de entrada y el caudal.
  8. 8. Figura 7. Curvas típicas de funcionamiento.1.1.11 Control de las bombas.La potencia neta de la bomba debe ser controlada para satisfacer losrequerimientos del circuito de potencia, durante todas las fases de operación delciclo normal. Si la bomba tiene un desplazamiento fijo, el control puede ser pormedio del elemento impulsor de la bomba o mediante válvulas de circuitohidráulico. Alternativamente las bombas de desplazamiento fijo pueden incluirválvulas integradas para proporcionar el tipo de control más común, tales como lasfunciones de presión de alivio y descarga. (Ver figura 8 y figura 9) válvula direccional de cuatro vias tres posiciones,centro tanden bomba alta presión válvula de alivio
  9. 9. Figura 8. Bomba fija con descarga por válvula de seguridad o por la direccional, cuando esta centrada. válvula direccional de cuatro vias tres posiciones,centro tanden válvula bomba cheque alta presión válvula válvula de bomba de descarga baja alivio presión Figura 9. Circuito con bombas en paralelo.En la figura 9 inicialmente ambas bombas alimentan el sistema, luego la bombade baja presión descarga el fluido por la válvula de descarga, cuando se venza sutaraje, y el circuito continúa con la bomba de alta presión, hasta vencer la presiónde taraje de la válvula de alivio.Las bombas de desplazamiento variable se pueden ajustar para variar su entregatotal de volumen para el circuito en proporción a una señal originada a unadistancia, o nivel de presión predeterminado.1.1.12 Costo.Con frecuencia, el costo inicial de una bomba es solamente el costo que se evalúa.A un cuando el costo inicial es el mas obvio, no es siempre el mayor factor delcosto. En general, las unidades del tipo de engranajes tienen el costo inicial masbajo, las bombas de paletas son intermedias, y las bombas de pistones tienen unalto costo inicial. El costo de instalación; servicio y operación de la máquina,aunque con frecuencia pasado por alto, debe ser considerado en el diseño delsistema y en la selección de la bomba.1.1.13 Temperatura.
  10. 10. Las temperaturas de operación, ambientales máxima y mínima para la bombadeben ser determinadas, tal que los sellos, fluidos y cualesquiera otroscomponentes sensibles a la temperatura pueden seleccionarse para satisfacer losrequisitos del sistema.1.1.14 Mecanismos de las bombas.Esta forma de clasificar a las bombas hidráulicas está relacionada con la dinámicadel bombeo, teniéndose así dos tipos de bombas, las rotativas y las reciprocantes.Esta clasificación es frecuentemente usada por diversos autores. Las bombasrotativas típicas son las de engranajes, paletas, tornillos y algunos diseños depistones. Por su parte las bombas reciprocantes típicas son las de diafragma yalgunos otros diseños de pistones. En general las bombas rotativas arrojan flujosmás suaves, con menos intensidad de las pulsaciones, mientras las bombasreciprocantes tienen mayor capacidad de carga (presión).1.2 COMPARACIÓN DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS Y BOMBAS DESPLAZAMIENTO POSITIVOLas bombas hidrodinámicas o de desplazamiento no positivo tales como los tiposcentrífugos o de turbina, se usan principalmente para transferir fluidos donde laúnica resistencia que se encuentra es la creada por el peso del mismo fluido y elrozamiento.La mayoría de Las bombas de desplazamiento no positivo funcionan mediante lafuerza centrifuga, según la cual el fluido, al entrar por el centro del cuerpo de labomba, es expulsado hacia el exterior por medio de un impulsor que girarápidamente. No existe ninguna separación entre los orificios de entrada y salida,y su capacidad de presión depende de la velocidad de rotación. Aunque estasbombas suministran un caudal uniforme y continuo, su desplazamiento disminuyecuando aumenta la resistencia. Es, de hecho, posible bloquear completamente elorificio de salida en pleno funcionamiento de la bomba, esta operación se puedeefectuar gracias a que no existe una separación mecánica entre el puerto deentrada y el puerto de salida.1.2.1 Bombas Centrifugas.
  11. 11. Este diseño de bomba, (Ver figura 10), se muestra la configuración básica deuna bomba centrifuga de flujo radial, la bomba de tipo cinético más común. Elfluido se alimenta hacia el centro del impulsor y después se lanza hacia afuera através de las paletas. Al dejar el impulsor, el fluido pasa a través de una voluta enforma de espiral en donde es frenado en forma gradual, provocando que parte dela energía cinética se convierta en presión de fluido. Figura 10. Bomba centrifuga.El tipo de impulsor en una bomba depende de la acción hidrodinámica de las hojasimpulsoras para levantar y acelerar el fluido. Las bombas centrífugas puedentransportar grandes cantidades de fluido, pero su eficiencia y flujo caenrápidamente a medida que la presión o la viscosidad aumentan. Pueden tambiénutilizarse como bombas de precarga de las bombas de desplazamiento positivo.
  12. 12. Figura 11. Curva de funcionamiento para una bomba centrifuga.A plena carga las bombas centrifugas tienen una mayor eficiencia que las bombasreciprocantes (Ver figura 12). Figura 12. Curvas de rendimiento.
  13. 13. Sin embargo en las instalaciones hidráulicas de potencia fluida los tiempos muertos(tiempos de descanso), hacen parte de una buena porción del tiempo de trabajo.Las perdidas durante el descanso son solamente alrededor del 10% de la cargacompleta para las bombas de desplazamiento positivo y superiores al 60% o 70%para las bombas centrifugas (Ver figura 13 y 14).Figura 13. Curva de rendimiento de bombas centrifugas y bombas de desplazamiento positivo. Figura 14. Gráfica de ciclos de trabajo.1.2.2 Bombas de desplazamiento positivo.
  14. 14. Todo sistema hidráulico incluye una bomba. Su función consiste en transformar laenergía mecánica en energía hidráulica, impulsando el fluido hidráulico en elsistema. Las bombas de desplazamiento positivo, también llamadas bombashidráulicas, funcionan desplazando una cantidad definida de fluido con cadacarrera, revolución o ciclo. Esto se produce porque el fluido es atrapado en losespacios que se crean entre los elementos de bombeo y la carcasa estacionaria.Los elementos de bombeo principalmente incluyen diseños con engranajes,lóbulos, pistones, paletas y tornillos.La figura 15, muestra que el fluido entra en la bomba atravesando una válvulaantirretorno en la carrera de entrada. En la salida, la válvula antirretorno se cierra,obturando la entrada. Cuando el pistón se mueve hacia delante, el fluidodesplazado debe pasar por el orificio de salida. Figura 15. Principio de funcionamiento de una bomba de desplazamiento positivo.La presión viene determinada por la carga de trabajo y exceptuando una pequeñacantidad de fugas, el caudal de salida es independiente de la presión. Esto haceque la bomba de desplazamiento positivo sea más adecuada para utilizarse en latransmisión de potencia. La bomba de desplazamiento positivo a diferencia de lascentrífugas producirá el mismo flujo a un valor de r.p.m. dado sin importar quepresión de descarga se tenga. A consecuencia de lo anterior una bomba dedesplazamiento positivo no puede ser operada contra una válvula cerrada en ellado de la descarga. Sí ello ocurriera, la bomba seguirá produciendo flujo, lo cualhará que la presión de salida aumente hasta que las líneas se rompan, o elimpulsor, o la bomba, se dañen severamente.1.3 CARACTERISTICAS DE LAS BOMBASLas bombas se clasifican normalmente por su presión máxima de funcionamiento ypor su caudal de salida en (litros/minuto, g.p.m, etc.) a una velocidad de rotacióndeterminada.1.3.1 Valores nominales de la presión.
  15. 15. El fabricante determina la presión nominal ∆P basada en una duración razonableen condiciones de funcionamiento determinadas. Es importante anotar que nohay un factor de seguridad normalizado correspondiente a esta estimación.Trabajando a presiones mayores se puede reducir la duración de la bomba, causardaños serios y ocasionar fallas.En las figuras de los sistemas hidráulicos, se adopto el código de colores ysímbolos gráficos que corresponden a la norma Americana ASA denominadaposteriormente ANSI (American National Standards Institute). De esta manera sepueden apreciar los cambios de presión de manera didáctica. Presión del sistema. Caudal de retorno. Aspiración o drenaje. Caudal controlado. Presión reducida, presión piloto o presión de descarga. Presión intensificada. Fluido inactivo.1.3.2 Desplazamiento.Es el volumen de líquido transferido en una revolución, es igual al volumen de unacámara multiplicada por el número de cámaras que pasan por el orificio de salidadurante una revolución de la bomba. El desplazamiento se expresa en Cb(cm3/rev, in3/rev, etc.). La mayoría de las bombas tienen un desplazamiento fijoque solo pude modificarse sustituyendo ciertos componentes. En algunas bombases posible variar las dimensiones de la cámara de bombeo por medio de controlesexternos, variando así su desplazamiento. En ciertas bombas de paletas noequilibradas hidráulicamente y en muchas bombas de pistones puede variarse eldesplazamiento desde cero hasta un valor máximo teniendo algunas la posibilidadde invertir la dirección del caudal cuando el control pasa por la posición central oneutra.1.3.3 Caudal.Una bomba viene caracterizada por su caudal nominal QNb en (litros/min,g.p.m) Enrealidad puede bombear más caudal en ausencia de carga y menos a su presión defuncionamiento nominal.
  16. 16. 1.3.4 Eficiencia.1.3.4.1 Eficiencia volumétrica (ηvb).En teoría, una bomba suministra una cantidad de fluido igual a su desplazamientopor ciclo o revolución. En realidad el desplazamiento efectivo es menor, debido alas fugas internas. A medida que aumenta la presión, las fugas también aumentany la eficiencia volumétrica disminuye. Las fugas pueden ser de dos tipos, depuerto a puerto, lo que significa que hay un flujo de retorno desde el puertopresurizado de salida hasta el puerto de entrada; o, en algunos diseños debombas, puede haber fugas hacia la carcasa, que va al tanque por la línea dedrenaje. La viscosidad del fluido, la temperatura y la presión de operación son laspropiedades que afectan la eficiencia volumétrica.La eficiencia volumétrica es igual al caudal real de la bomba dividido por el caudalteórico. Se expresa en forma de porcentaje. QEficiencia volumétrica = Caudal real / Caudal teórico, η vb = b , el valor de Q Nbeficiencia volumétrica oscila entre [0.92-0.96]Por ejemplo, sí una bomba tiene un desplazamiento de 15 pulg3/rev. A 1750 r.p.m.podría entregar: Pul 3 rev 1galQNb= 15 × 1750 × = 113.63 G.P.M rev min 231Pul 3Sí el caudal obtenido a 1750 r.p.m. es de 104.25 G.P.M, la bomba tendrá unaeficiencia volumétrica de:ηvb = 104.2 G.P.M / 113.63 G.P.M = 91.74%Debido a que la ineficiencia volumétrica no produce trabajo mecánico, las fugasproducen calor. Sí la bomba opera con una presión de descarga de 1800 psi, larata de generación de calor debido a las fugas es:Qf=1.48 Qperdidas∆P [BTU/h]= (113.63 G.P.M - 104.2 G.P.M) x 1800 psi = 25077Btu/h1.3.4.2 η Eficiencia mecánica (ηmb).
  17. 17. Otro tipo de ineficiencia es la producida por la fricción mecánica durante laoperación de la bomba. Si la bomba fuera a entregar flujo a presión cero,entonces no habría requerimientos de fuerza (torque).Si nuevamente consideramos la bomba de 15 pulg3/rev de desplazamiento,operando a 1800 psi, el torque teórico será: Pul 3 15 × 1800PSI C × ∆p revT= b = = 4297 lbf-pulg 2π 2πSuponiendo que el torque requerido para mover la bomba a 1800 psi es de 4530lbf-pulg, la eficiencia mecánica será:ηmb = To/Tr=4297 lbf-pulg / 4530 lbf-pulg = 94.86%Un aspecto, que vale la pena resaltar, es que la relación entre la eficienciavolumétrica y la mecánica cambian con la presión y la velocidad de operación. Auna baja presión, la eficiencia volumétrica es alta; pero la eficiencia mecánica,baja. A una alta presión, una mejor lubricación incrementa la eficiencia mecánica,pero las fugas disminuyen la eficiencia volumétrica. Con respecto a la velocidad, laeficiencia mecánica es alta a bajas velocidades. Sin embargo, la eficienciavolumétrica es más alta a la máxima velocidad. Esto es debido a que las fugasdependen de la presión. En consecuencia, las fugas son un pequeño porcentajede la gran cantidad de flujo producido a alta velocidad.1.3.4.3 Eficiencia global o total (ηTb).En el proceso de seleccionar una bomba hidráulica es importante que se comparenlas eficiencias. Es muy común que la literatura técnica tenga en cuenta un tipo deeficiencia pero no el otro. Sin embargo, la mejor forma de comparar es a partir dela eficiencia global, que incluye ambas, la volumétrica y la mecánica.Matemáticamente, la eficiencia global, es la simple multiplicación de los dosvalores. La eficiencia global, para la bomba del ejemplo, sería: . η tb = η vb × η mbηTb = 91.7% x 94.86% = 87.03%Otra forma de determinar la eficiencia de una bomba es la potencia teórica desalida con los requerimientos de potencia del motor primario. Si la bomba produce104.25 gpm a 1800 psi, la potencia de salida será: Q × ∆P 104.25G.P.M × 1800PSIPots= b = = 109.46 HP 1714 1714Y la potencia de entrada: Tr × N 4530Lb − Pul × 1750r.p.mPote = = = 125.83 HP 63000 63000La eficiencia global será:
  18. 18. ηTb = Pots/ Pote= 109.46 HP / 125.78 HP = 87.03%Este valor es igual al anteriormente obtenido multiplicando las eficienciasvolumétrica y mecánica.1.3.5 λ Coeficiente de perdidas: (λb).Este valor esta involucrado en el caudal que se pierde por drenaje a tanque y esfunción de la velocidad la temperatura y la presión con frecuencia el diseñador debombas calcula este valor experimentalmente, controlando los diferentesparámetros. Κλb = µΚ= constante particular para cada bomba.µ= viscosidad dinámica del fluido.1.4 FORMULAS BASICASEstas ecuaciones son desarrolladas por la lógica de la maquinaQb= caudal de entrega QNb= caudal nominal o teóricoQ1= caudal de perdidas Nb= revoluciones por minutoCb= desplazamiento o capacidad ∆P= cambio de presiónηvb= eficiencia volumétrica ηmb= eficiencia mecánicaηTb= eficiencia global o total λb= coeficiente de perdidasTr= torque real To= torque teóricoQf= calor disipado Hp= potencia de consumo
  19. 19. Figura 16. Parámetros bomba de desplazamiento positivo. ηQb = Cb* Nb*ηvb < QNb= Cb* Nbη tb = η vb × η mb , ηvb= (Qb/ QNb)*100, ηmb=(Tr/To)*100 C b × ∆p C b × ∆pTo= , Tr= × η mb 2π 2π K∆P ηQ1= Cb* Nb*(1-ηvb), Q1 = = λ b ∆P µQf=1.48 Q1*∆P (BTU/h), Qf=1.56 Q1*∆P (kj/h) Q b × ∆P Q b × ∆PPot= [HP] Pot= [Kw] 1714 × η Tb 2298 × η Tb Q Nb × ∆P Q Nb × ∆PPot= [HP] Pot= [Kw] 1714 × η m 2298 × η m1.5 CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS HIDRAULICASTres tipos de bombas son las mas comúnmente usados; de engranajes, de aspas opaletas y de pistones.
  20. 20. CLASIFICACIÓN DE BOMBAS HIDRAULICAS Bombas hidráulicas de desplazamiento positivo Desplazameinto Desplazamiento Fijo Variable Engranajes Paletas Pistones Paletas Pistones BalanceadasExternos Internos Radial Axial Eje Operadas Operadas Pistones Pistones Eje Quebrado directamente por piloto Radial Axial Quebrado Luna Georotor Creciente Cuadro sinóptico clasificación de las bombas (Racine-Rexroth)1.6 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO FIJO1.6.1 Bombas de engranajes externos. Figura 17. Bomba de engranajes externos.Una bomba de engranajes (Ver figura 17), suministra un caudal, transportandoel fluido entre los dientes de dos engranajes bien acoplados. Uno de losengranajes es accionado por el eje de la bomba y hace girar al otro. Las cámarasde bombeo, formadas entre los dientes de los engranajes, están cerradas por elcuerpo de la bomba y por placas laterales llamadas frecuentemente placas depresión o de desgaste, algunas bombas poseen un campo de presión opressure field (Ver figura 18) que consiste en un compartimento en la cara
  21. 21. frontal y posterior donde se aloja el aceite cuando la bomba esta en operaciónevitando que pierda eficiencia volumétrica debido a la alta presión a la cual estaoperando. Figura 18. Bomba de engranajes con campos de presión.En general, las bombas de engranajes no están equilibradas hidráulicamentedebido a que la alta presión en el orificio de salida impone una carga noequilibrada sobre los engranajes y cojinetes. Cojinetes grandes incorporados eneste diseño equilibran las cargas. Estas bombas pueden llegar a trabajar apresiones de hasta 3600 psi con una compensación adecuada de las cargasaxiales.El volumen se forma entre los flancos de los dientes y las paredes de la carcasa.V= m×z×b×h×π.m= modulo.z= cantidad de dientes.b= ancho de dientes investigar.h= altura de dientes
  22. 22. 1.6.1.1 Despiece bomba de engranajes externos. Figura 19. Despiece de bomba de engranajes externos.1.6.1.2 Nivel de filtración.Las bombas de engranajes requieren altos niveles de filtración debido a que entrela tolerancia radial que existe entre el diente del engrane y la pista de la carcasa(ver figura 20), es muy susceptible a ser rayada lo cual traerá comoconsecuencia que la bomba ya no levante la presión con la cual fue diseñada, serecomienda utilizar filtros con malla numero 100 o un nivel superior, también esposible utilizar filtros en serie para una adecuada filtración en el puerto de succiónde la bomba. Figura 20. Tolerancias bombas de engranajes externos.1.6.1.3 Fugas en bombas de engranajes.Las fugas pueden ser internas, cuando hay flujos de retorno al puerto de succión;o externas, cuando hay flujos a través de la carcasa, los cuales son conducidos aldepósito por el drenaje de la bomba o el motor. En general la mayoría de lasbombas de engranajes no tienen fugas externas. Consecuentemente su eficiencia
  23. 23. volumétrica es afectada sólo por las fugas desde el puerto de presión al puerto desucción, fugas internas.Las fugas internas de las bombas de engranajes pueden tomar dos trayectorias. Laprimera es la que recorre el fluido presurizado que pasa por el juego que hay entrela envoltura y las puntas de los dientes de los engranajes. No obstante también sepresentan fugas entre los mismos dientes de los engranajes estrechamenteajustados. Se debe recordar que es necesario el juego, ya que los engranajesdeben girar dentro de la envoltura de la bomba. Este juego permitirá que ellíquido a presión fluya por las paredes hasta el lado de succión.Las bombas de engranajes de alta presión están diseñadas con placas de desgasteflotantes también conocidas como placas de empuje. Estas dos placas de desgasteestán localizadas dentro de la envoltura de la bomba, a cada lado de losengranajes. Para facilitar el arranque de la bomba las placas de desgastegeneralmente tienen superficies de bronce y están mecánicamente forzadas contralas caras de los engranajes pero con una carga ligera. A medida que la presiónaumenta, esta crea una fuerza hidráulica que tiende a alejar a las placas dedesgaste de los engranajes. Sin embargo la fuerza hidráulica es balanceada poruna cavidad de presión creada en el lado opuesto de una (o a veces ambas,dependiendo del diseño de la bomba) de las placas de desgaste. El área efectivade esta cavidad de presión esta precisamente diseñada de tal forma que unapequeña fuerza hidráulica siempre exista para forzar las placas de desgaste contrala superficie de los engranajes. Durante su operación, las placas autoajustan eljuego de la bomba, de acuerdo con el nivel de presión. Por supuesto a más alta lapresión del sistema más alta es la carga hidráulica en las placas de desgaste. Lasplacas de desgaste presurizadas reducen las fugas a un mínimo sin crear excesivafricción mecánica. Por otro lado permiten que la bomba compense por sí misma eldesgaste.1.6.1.4 Niveles de ruido.En el pasado las bombas de engranajes tenían mala fama debido al alto nivel deruido durante su operación. Este es una combinación de ruido mecánico debido alengranar de los dientes, e hidráulico creado por la alta frecuencia de los pulsos depresión ocasionados por el alto número de cámaras de bombeo. Afortunadamentelos diseños computarizados de engranajes y las nuevas técnicas de fabricación hanproducido bombas de engranajes que operan con niveles de ruido muysatisfactorios. Las bombas con engranajes helicoidales son silenciosas, peroproducen un empuje axial no deseado. Este tipo de empuje se puede abolir conel uso de engranajes herringbone (espina de pescado).
  24. 24. 1.6.1.5 Dirección de rotación.Cuando se selecciona una bomba de engranajes se debe ser cuidadoso al ordenarque tenga una correcta dirección de rotación. Esta precaución es necesaria dadoque la mayoría de las bombas de engranajes no pueden ser convertidas fácilmentepara cambiar de una dirección de rotación a otra. De hecho pueden requerir unaenvoltura separada (disposición invertida) para convertir la dirección de rotación.Si observamos cualquiera de las ilustraciones de corte transversal de una bombade engranajes, a primera vista parece que la dirección de rotación puede sercambiada simplemente variando el sentido de giro. En teoría esto hará que elmecanismo bombee al revés, por lo que simplemente requiere que se conecten laslíneas de succión y de presión en los puertos opuestos. Sin embargo este no es elcaso. La mayoría de las bombas con capacidad de autocebado tienen un puertode succión más grande que el de descarga. Esto facilita el uso de la tubería desucción adecuada en la entrada de la bomba. En consecuencia, sí sólo se cambiala dirección de rotación, la bomba tratara de impulsar el flujo a través de un puertomás pequeño, mientras que bombea a un puerto más grande. Esto no seríarecomendable.Otro problema en cambiar la dirección de rotación de una bomba de engranajes esque la mayoría no tienen un drenaje externo. Dado que la carcasa no estáconectada al depósito, la baja capacidad de presión de sellado del sello del ejehace que tenga que ser internamente conectado a la succión de la bomba. Si estono se hace cuando la dirección de rotación de la bomba es cambiada, el fluido aalta presión puede causar fallas inevitables en este sello.Las bombas con placas de desgaste presurizadas pueden requerir placastotalmente diferentes para operar en dirección contraria. Esto se debe a que lacavidad de presión creada detrás de la placa no es simétrica. De hecho debe sercargada con mayor intensidad en el lado de presión que en el de succión. Aloperar estas bombas en dirección equivocada, no se tendrá el sello adecuado dadopor las placas de desgaste.1.6.1.6 Funcionamiento.Básicamente el bombeo se produce por dos ruedas dentadas que engranan ydesengranan produciendo el flujo. Las bombas de engranajes externos usan dosruedas idénticas girando una contra otra. Una rueda es conducida por el motor, yesta a su vez conduce a la otra rueda. Sin embargo, si el diseño de la bomba esde menos de seis dientes, la rueda conducida suele ser impulsada externamentepor la acción de un engranaje externo que la mueve a la misma velocidad que larueda acoplada directamente al eje. Cada rueda es soportada por un eje conrodamientos en ambos lados.
  25. 25. Según se describe en la figura 21, los pasos en el funcionamiento de una bombade engranajes externos son:1. A medida que las ruedas desengranan van generando un volumen en expansión en la entrada de la bomba. El líquido fluye hacia adentro y es atrapado por los dientes de los engranes a medida que giran.2. El líquido viaja alrededor de la parte interior de la carcasa dentro de las cavidades formadas por los dientes y la carcasa. No pasa por entre las ruedas.3. Finalmente, al engranar las ruedas se fuerza al líquido a salir por el puerto de descarga presurizado. Figura 21. Funcionamiento de las bombas de engranajes externos.Cuando los dientes engranan, el fluido que está en la cámara desarrolla un nivelelevado de presión. Unas muescas de descompresión mecanizadas en las placaslaterales descomprimen el fluido. El líquido a presión se canaliza en una ranurapara lubricar los cojinetes.Debido a que las ruedas son apoyadas en los dos extremos, las bombas deengranajes externos pueden ser muy silenciosas y son usadas frecuentementepara aplicaciones de alta presión, como aplicaciones hidráulicas. Sin cargas envoladizo sobre los rodamientos, en el eje del rotor no hay deflección evitandodesgastes prematuros.1.6.1.7 Desbalanceo hidráulico.La principal causa de falla en las bombas de engranajes externos probablementesea debida a fallas en los cojinetes. Como se aprecia en la figura 22, en estetipo de bombas se generan altas cargas mecánicas en los ejes y cojinetes debidasa las fuerzas de presión desbalanceadas. Estas cargas son significativas apresiones normales de trabajo, haciendo que el tamaño y el diseño de loscojinetes, así como la precisión de su alineamiento, sean factores críticos en su
  26. 26. diseño. Por estas razones las bombas de engranajes baratas están usualmentelimitadas a presiones de operación máximas de 1500 psi o menos. Figura 22. Fuerzas debidas a la presión en las bombas de engranajes.
  27. 27. Figura 23. Efecto de las fuerzas de contacto entre los dientes.Como se muestra en la figura 23 las fuerzas de contacto entre los dientes sesuman a la carga que tienen que soportar los cojinetes de la rueda conducida,pero se restan de las cargas de los cojinetes de la rueda conductora. Las fuerzasde contacto son de cerca de un 10% de las fuerzas de presión, por lo que se tieneuna capacidad sobrante en el cojinete de la rueda conductora, permitiendomanejar algunas cargas desbalanceadas de una polea o un engranaje conductor.También se concluye de lo anterior que en los casos de operación extrema, cuandolas cargas permitidas de los cojinetes se exceden, se puede esperar que el cojinetede la rueda conducida falle primero.Cuando se usan cojinetes de deslizamiento las cargas son soportadas por películashidrodinámicas de lubricante. Para tener un espesor adecuado de la película yevitar el contacto metal a metal y el desgaste, se requiere de unas r.p.m. mínimasy de una viscosidad del fluido mínima. Por tanto, se debe evitar la operación encondiciones de altas cargas, bajas r.p.m. y altas temperaturas.Las bombas de engranajes externos pueden operar a altas presiones (más de 4500psi), simplemente equipándolas con una estructura de apoyo adecuada parasoportar estas cargas hidráulicas desbalanceadas. Las bombas de alta presióntienen ejes de gran diámetro que ofrecen resistencia y permiten el uso derodamientos más grandes. Dependiendo del diseño de la bomba estos cojinetessuelen ser rodamientos de agujas o bujes hidrodinámicos (lubricados a presión).1.6.1.8 Tipos de engranajes.Los engranajes pueden ser rectos, helicoidales o de doble helicoide (espina depescado). Los engranajes helicoidales y de espina de pescado ofrecen un flujomás uniforme que los engranajes rectos, aunque todos los tipos de engranajeproducen flujos relativamente uniformes. Las bombas de engranajes externos degran capacidad, normalmente usan engranajes helicoidales o de espina depescado.1.6.1.9 Curvas de desempeño.Las curvas típicas de desempeño se muestran en las figuras 24 y 25 Laspresiones nominales entre los 2000 y 3000 psi (140 a 210 bares) son comunespara la mayoría de los diseños. Algunas bombas de trabajo pesado tienen rangosde presión de hasta 4000 psi (280 bares).
  28. 28. Figura 24. Eficiencia de una bomba de engranajes de trabajo mediano.Figura 25. Eficiencia de una bomba de engranajes de trabajo pesado.
  29. 29. 1.6.2 Bombas de engranajes internos. Figura 26. Bomba de engranajes internos.Los diseños de bombas de engranajes internos fueron utilizados por primera vezen Bélgica, son simples y compactos y tienen un bajo nivel de ruido. Aunque losniveles de presión de operación no son generalmente tan altos como los de otrasunidades de desplazamiento positivo, y la eficiencia tiende a caer a medida que latemperatura aumenta, son muy apropiadas para ciertas aplicaciones industrialesdonde la temperatura es moderada, las cargas son ligeras o intermitentes y elconsumo de potencia es bajo.Por cada revolución de una bomba de engranajes internos, las ruedas tienenbastante tiempo para desengranar permitiendo que los espacios entre los dientesse llenen completamente, evitando la cavitación. El aumento de volumen seproduce en un ángulo de giro de aproximadamente 120º. Las bombas deengranajes internos logran bombear fluidos con viscosidades por encima de1320.000 cSt (6000.000 SSU) y también líquidos de muy baja viscosidad, como elpropano y el amoniaco. Además, las bajas velocidades y la baja presión deentrada proporcionan una descarga constante y bastante pareja a pesar de quehaya variaciones en las condiciones de presión.La mayor ventaja de cualquier bomba de engranajes internos es que las ruedasengranan en un diámetro interno. La rueda interna sigue a la externa a través demás grados de rotación. Esto significa que las ruedas engranan y desengranan auna velocidad relativamente más baja. Esto genera un flujo más uniforme hacia ydesde la bomba. En el lado de succión de la bomba, este desengrane a velocidadrelativamente baja proporciona un mejor llenado de la bomba. La menor velocidaddel flujo le permite a la bomba arrancar con fluidos más viscosos durante lascondiciones frías de encendido. Asimismo, el desengranar menos radical de losdientes a la salida de la bomba, significa un flujo de salida más uniforme, y enconsecuencia, un menor nivel de ruido durante la operación.
  30. 30. El volumen se forma entre los flancos de los dientes, las paredes de la carcasa y lapieza de llenadoV= m×z×b×h×π.m= modulo.z= cantidad de dientes de la rueda dentada interior.b= ancho de dientes.h= altura de dientes.1.6.2.1 Despiece. Figura 27. Despiece de una bomba de engranajes internos.
  31. 31. 1.6.2.2 Niveles de ruido.Una característica muy favorable de las bombas de engranajes internos es su bajonivel de ruido. La figura 28 muestra las curvas de sonido de una unidad típicaoperando sobre un rango de presiones y velocidades. El nivel de sonido esuniformemente bajo. El gran arco en el que engranan las ruedas provee unacoplamiento gradual de los dientes y un flujo de salida suave, minimizando tantoel ruido directamente transmitido al aire, como él generado por el fluido. Figura 28. Niveles de sonido de una bomba de engranajes internos.1.6.2.3 Dirección de rotación.Debido a que solo tienen dos partes móviles, son confiables, simples de operar yfáciles de mantener. Pueden ser operadas en ambas direcciones lo que permiteobtener una mayor utilidad en una variedad de aplicaciones. Están disponibles enconfiguraciones simples y múltiples.
  32. 32. 1.6.2.4 Funcionamiento.Una bomba de engranajes internos consta de una rueda interior, una exterior yuna pieza en forma de medialuna la cual actúa como sello. La figura 29 muestrauna configuración típica. Tal como en la de engranajes internos, el fluido esconducido en los espacios entre los dientes. Figura 29. Bomba de engranajes internos.Según se describe en la figura 30, los pasos en el funcionamiento de una bombade engranajes internos, son:1. El líquido entra al puerto de succión entre los dientes del rotor (engranajegrande exterior) y del conducido (pequeño engranaje interior). Las flechas indicanla dirección de la bomba y del líquido.2. El líquido viaja a través de la bomba dentro de los dientes de los engranajes.La medialuna divide el líquido y actúa como un sello entre la succión y la descarga.3. La bomba esta casi completamente inundada, justo antes de forzar al fluido asalir por la descarga. Los espacios entre los dientes del engranaje rotor yconducido forman paquetes cerrados de líquido, lo que asegura un control delvolumen.4. Los dientes del engranaje rotor y el conducido engranan completamenteformando sello entre la descarga y la succión, y forzando al líquido a salir por ladescarga. Figura 30. Funcionamiento de las bombas de engranajes Internos.
  33. 33. 1.6.2.5 Desbalanceo hidráulico.Las ruedas giran entre placas laterales fijas con tolerancias fijas. Sin embargo,algunos diseños tienen una placa lateral, o placas, cargadas con presión, paracontrolar las tolerancias en las caras de los engranes o para permitir la expansióntérmica de las ruedas durante la operación.La fuerza debida a la presión desbalanceada en la rueda interna, es soportada poruna chumacera. Tal como en las bombas de engranajes externos, el tamaño de larueda debe ser reducido a medida que se trabaja con presiones mayores, paramantener la carga de los cojinetes dentro de los límites aceptables. Las fuerzas depresión actuando hacia afuera en el engranaje exterior son en partecontrarrestadas por la presión hidrostática del fluido filtrado en el perímetro de larueda.1.6.2.6 Desempeño.Aunque hay algunas bombas de engranajes internos diseñadas para operar apresiones por encima de los 3000 psi (210 bares), la mayoría son usadas enaplicaciones industriales a 2000 psi (140 bares) o menos. Los diseños parapresiones mayores usualmente no sólo emplean placas laterales cargadas conpresión, sino que también usan una medialuna o cuña cargada con presión hacialos dientes para controlar las tolerancias y reducir las fugas. También se tienendiseños con un soporte hidrostático para la rueda exterior.Una forma alternativa de lograr altas presiones es empleando unidades demúltiples etapas. La salida de la primera etapa es conducida directamente hacia lasegunda, etc. En estos diseños, el aumento de presión obtenido por etapa estalimitado a 1500 psi (100 bar). Obviamente, el diseño de múltiples etapas ya notiene las ventajas de tamaño compacto y simplicidad de una bomba simple.El desempeño típico de una bomba con tolerancias fijas se muestra en la figura31. El uso de placas laterales cargadas con presión ayudará a mantener unaeficiencia razonable a medida que la temperatura aumenta y la viscosidad delfluido se hace menor. Un aumento de la temperatura de 38ºC (100 F) hasta unos70ºC (160 F), puede cambiar la viscosidad por un factor de 3 o más, con elcorrespondiente aumento de las fugas en las unidades de tolerancias fijas.
  34. 34. Figura 31. Desempeño de una bomba de engranajes internos.La eficiencia de las bombas de engranajes internos es buena a bajas temperaturasy presiones. Esta tiende a bajar a medida que la temperatura aumenta y lascondiciones de operación máximas son alcanzadas. Sin embargo, la potenciadesperdiciada es pequeña y el desempeño aceptable, en aplicaciones donde losciclos de trabajo son intermitentes.1.6.3 Bomba Georotor. Figura 32. Componentes internos de una bomba georotor.
  35. 35. Un tipo especial de bomba de engranajes internos es la bomba georotor (verfigura 32). El término georotor (o gerotor) viene del inglés "generated rotor", yeste hace referencia al nombre comercial del tipo de engranaje interno.Aunque se encuentra clasificada como bomba de transporte de fluidos altamenteviscosos, se ha utilizado en hidráulica por su bajo nivel de ruido y por su excelentedesempeño en condiciones de baja temperatura. El rotor dentado esta unido a lamaquina de accionamiento. Con el movimiento de rotación del rotor dentado y dela rueda dentada interior aumenta el volumen entre los flancos de los dientes. Labomba "aspira".Posee una marcha sumamente tranquila y buena conducta de aspiración. En elsector de la pieza de llenado el fluido se transporta con una variación del volumena medida que las dos piezas van rotando simultáneamente.La cámara que sigue a la pieza de llenado esta unida a la conexión de presión.Aquí se reduce el volumen entre los flancos de los dientes y el fluido esdesplazado.Esta bomba combina un engranaje interno dentro de otro externo, (Ver figura32). El engranaje interno normalmente es el conductor, está enchavetado en eleje, y lleva un diente menos que el engranaje exterior.Cuando los engranajes giran, cada diente del engranaje interno está en constantecontacto con el engranaje externo, pero con un diente de más, el engranajeexterno gira más despacio. El fluido entra a la bomba cuando los espacios entrelos dientes giratorios aumentan durante la primera mitad de cada giro. Cuandoestos espacios disminuyen en la segunda mitad del ciclo, obligan a salir al fluido.En el sector de engrane dentado la forma especial de los dientes resulta ventajosa,dado que entre el rotor dentado y la rueda dentada prácticamente no existe unespacio muerto, por esta razón no presentan pulsaciones de presión y sonsumamente silenciosas.El rotor tiene un diente menos que el estator de dentado interior. Movimientoplanetario del rotor.V= z×(Amax- Amin) ×b.z= cantidad de dientes de rotor.b= ancho de dientes
  36. 36. DESPIECE BOMBA GEOROTOR
  37. 37. 1.6.3.1 Despiece de la bomba Georotor. Figura 33. Despiece de la bomba georotor.1.6.4 Bomba de Paletas. Figura 34. Bomba con válvula de alivio incorporada.
  38. 38. En los primeros años de la oleohidráulica, las bombas de paletas ganaron granaceptación sobre los diseños de engranajes. Esto se debió a dos causasprincipalmente. La primera es que debido a los métodos disponibles en esa época,los engranes no se podían maquinar con un alto grado de precisión. Estoredundaba en bombas de engranajes que producían mucho ruido mecánico amedida que los dientes engranaban a altas velocidades.La segunda razón, el limitado conocimiento sobre materiales de manufactura,permitía que se produjeran fallas en los dientes de los engranajes, así como en losrodamientos. Estas fallas eran causadas por los diseños básicos, con altodesbalance de presión. Las bombas de paletas cubren la zona de caudalespequeños y medios con presiones de funcionamiento hasta 3000 psi. Son fiables,de rendimiento elevado, y de fácil mantenimiento. Además, tienen un bajo nivelsonoro y una larga duración.Las bombas de paletas más comunes son las de paletas deslizantes, las cuales seencuentran en diseños equilibrados hidráulicamente (dos carreras) y noequilibrados (una carrera) hidráulicamente. A su vez, estos dos tipos seencuentran en versiones de desplazamiento fijo y variable. Sin embargo, ambasconstrucciones poseen el mismo grupo constructivo principal que se componen derotor y paletas. Las paletas en el rotor se mueven radialmente. Lo que varía es laforma del así denominado estator, que limita la carrera de las paletas.Se diseñan en un conjunto de cuatro o más paletas con cinemática plana, el rotores un cilindro hueco con ranuras radiales, en las cuales se deslizan las paletas(desplazadoras). El rotor va dispuesto de modo excéntrico respecto a la superficieinterior del estator, debido a la cual las paletas, durante la rotación del rotorrealizan desplazamientos de vaivén respecto al rotor. Posen unos taladrados en la superficie por donde llega el fluido hidráulico de lazona de descarga y entra por la parte interior de la paleta obligándola adesplazarse.Bajo la acción de las fuerzas centrípeta, las paletas se aprietan contrasus extremos libres a la superficie exterior del estator y se deslizan poresta, y con los extremos interiores se desplazan por el así llamado árbolflotante sin cojinetes.El liquido llena el espacio entre las dos paletas vecinas y las superficies del rotor ydel estator. Este espacio es la cámara de trabajo, cuyo volumen aumenta duranteel giro del rotor, y después, al alcanzar el valor máximo, se cierra y se traslada ala cavidad de impelencia de la bomba. Al mismo tiempo empieza el
  39. 39. desalojamiento del líquido en la cámara de trabajo en una cantidad igual a suvolumen útil.El volumen se forma entre el estator circular, el rotor y las paletas.V= 2π×b×e×D.e= excentricidad.b= ancho de las paletas1.6.4.1 Despiece bomba de paletas no balanceada hidráulicamente. Figura 35. Despiece de bomba de paletas.1.6.4.2 Nivel de filtración.Debido al diseño de paletas estas bombas requieren altos niveles de filtración, elcontacto de la paleta con el anillo es por medio de la fuerza centrifuga provocadapor la velocidad de rotación del rotor es por esta razón que si un cuerpo de mayordureza que la paleta entra en contacto con la pista y la paleta, puede provocar una
  40. 40. ralladura que traería como consecuencia, que la bomba no levante la presión parala cual fue diseñada y por lo cual su desempeño se vería gravemente afectado,además del desgaste que provocaría con respecto a las paletas que se encuentranen desplazamiento lineal relativo a la rotación del rotor, para evitar tal efecto enlas bombas de paletas se recomienda utilizar sistemas de filtración magnéticospara capturar partículas de hierro o acero que lleva el fluido. Estudios recienteshan demostrado que partículas tan pequeñas como 1.5 micras tienen efectosdegradantes, originando fallos en las bombas de paletas, acelerando el desgaste ydegradando el fluido hidráulico en muchos casos.1.6.4.3 Niveles de Ruido.Debido a la forma en que la presión es elevada por cada paleta sucesiva, hace quela operación de este tipo de bombas sea suave y silenciosa. La figura 36 muestralos bajos niveles acústicos alcanzados con las modernas bombas de paletasindustriales. Figura 36. Niveles de sonido de una bomba de paletas no equilibrada.La mayoría de las bombas de paletas en los Estados Unidos son operadas a 1200r.p.m. y a presiones entre los 1000 y 2000 psi (70 a 140 bares). Sobre este rango,el nivel acústico de la bomba es de 63 dB(A) o menos, medidos usando losprocedimientos estándar de la NFPA. (El nivel acústico normal es de 60 db(A). Labomba entrega 40 HP (30 KW) de potencia hidráulica a 1200 r.p.m. y 2000 psi(140 bares). Incluso a 1800 r.p.m. y 2000 psi (140 bares), donde la bombaentrega 60 HP (45 KW) de potencia hidráulica, el nivel acústico es de sólo 70dB(A).
  41. 41. 1.6.4.4 Dirección de rotación.Las bombas de paletas equilibradas son normalmente convertibles, de un sentidode giro a otro. Lo que se busca con esto es invertir la dirección de rotación deleje sin cambiar la dirección del caudal dentro de la bomba. La dirección derotación se cambia simplemente acomodando el anillo guía orientado a 90º de suposición original, (Ver figura 37). Esto permite que las cámaras de bombeoaumenten de tamaño cuando pasan por el orificio de entrada y disminuyan cuandopasan por la salida. El caudal que atraviesa la bomba no varía, aun cuando se hayainvertido la rotación del eje. Con algunos diseños de bombas, las paletas deben serreposicionadas en sus ranuras de tal forma que tengan el sentido correcto paragirar sobre el anillo guía. Figura 37. Dirección de rotación bombas de paletas.1.6.4.5 Funcionamiento. Figura 38. Funcionamiento de las bombas de paletas.Según se describe en la figura 38, las etapas en el funcionamiento de una bombade paletas, son:
  42. 42. Etapa 1Un rotor ranurado o impulsor, esta acoplado al eje de accionamiento colocadodentro de un anillo (también llamado carcasa o leva tipo anillo). Entre el rotor y elanillo se tienen unas cavidades en forma de medialuna. En el caso de las bombasno equilibradas hidráulicamente se forma una cavidad, la cual se debe al espacioque queda entre el rotor ubicado excéntricamente y el anillo, en este caso circular.En las bombas equilibradas hidráulicamente el anillo tiene forma elíptica,formándose dos cavidades simétricas a lado y lado del rotor ubicado en el centrodel anillo.El rotor esta sellado dentro del anillo por dos placas laterales. Las paletas o aspasencajan dentro de las ranuras del impulsor. A medida que el impulsor rota (flechaamarilla) y el fluido entra a la bomba, la fuerza centrífuga y la presión hidráulica,fuerzan las paletas a que sigan la superficie interna del anillo. Generalmente, serequiere una velocidad mínima de 600 r.p.m. en el arranque para que lafuerza centrífuga y la presión aplicada en la parte inferior de las paletaslas mantenga apoyadas contra el anillo.El estrecho sello entre las paletas, el rotor, el anillo y las placas laterales, es lo queocasiona las buenas características de succión comunes a todas las bombas depaletas. Etapa 2El fluido entra en las cámaras de bombeo a través de unos agujeros en las paredesdel anillo (flechas rojas en la parte inferior de la bomba). El líquido entra a lascavidades creadas por las paletas, el rotor, el anillo y las placas laterales. Etapa 3A medida que el impulsor continúa girando las paletas arrastran el fluido al ladoopuesto de la medialuna, donde es expulsado a través de los agujeros de descargaen las paredes del anillo (flecha roja pequeña al lado de la bomba). Entonces elfluido sale de la bomba. El desplazamiento de la bomba depende de la anchuradel anillo, del rotor y de la distancia que la paleta pueda extenderse desde lasuperficie del rotor a la del anillo. El contacto entre la superficie interna del anilloy la punta de las paletas significa que ambos están sometidos a desgaste. Paramantener un grado constante de contacto, las paletas salen más de sus ranurascuando se desgastan.1.6.4.6 Desempeño.El desempeño típico de algunas bombas de paletas equilibradas hidráulicamentede desplazamiento fijo es mostrado en las figuras 39 y 40. Para aplicacionesindustriales, los valores nominales están generalmente por encima de 1800 r.p.m.
  43. 43. y 3000 psi (210 bares) a 65ºC (150 F). Para equipos móviles, las velocidadesestán entre 2000 y 2500 r.p.m., dependiendo del tamaño, con presiones de 4000psi (280 bares) y temperaturas continuas de 95ºC (200 F) y 110ºC (225 F) porcortos períodos. Figura 39. Desempeño de una bomba de paletas equilibrada. Figura 40. Desempeño de una bomba de paletas equilibrada hidráulicamente de desplazamiento fijo para aplicaciones móviles.
  44. 44. 1.6.4.7 Bombas de paletas equilibradas.El funcionamiento de estas bombas es esencialmente el mismo que el de lasbombas no equilibradas, exceptuando que el anillo no es circular sino elíptico, (Verfigura 41). Figura 41. Principio de operación de las bombas de paletas equilibradas. Figura 42. Bomba de paletas equilibrada hidráulicamente.
  45. 45. Figura 43. Dirección de rotación bomba tipo doble paleta equilibrada hidráulicamente.Esta configuración permite utilizar dos conjuntos de orificios internossimultáneamente, en lados opuestos del rotor que están conectados mediantepasajes dentro del cuerpo. Debido a que los orificios están separados 180º, lasfuerzas de presión sobre el rotor se cancelan, evitándose así, las cargas laterales
  46. 46. sobre el eje y los cojinetes. Debido a esto, la vida de este tipo de bombas enmuchas aplicaciones ha sido excepcionalmente buena. Se obtienen tiempos deoperación de 24,000 horas o más en aplicaciones industriales; en condiciones másseveras, que se encuentran en las aplicaciones móviles, se alcanzanfrecuentemente tiempos de operación sin problemas de 5,000 a 10,000 horas.Además, el diseño con doble acción simultánea de bombeo las hace máscompactas. Se dispone de anillos intercambiables, los cuales hacen posiblemodificar una bomba para aumentar o disminuir su desplazamiento. Figura 44. Despiece de bomba de paletas equilibrada.
  47. 47. 1.6.4.8 Placas laterales flexibles cargadas con presión (placas de presión).Para mantener una alta eficiencia volumétrica y a su vez adaptarse a lasexpansiones térmicas, algunas bombas están equipadas con placas lateralesflexibles cargadas con presión, las cuales automáticamente se ajustan a laexpansión y contracción térmica del rotor, y al desgaste del mismo. Las placasestán recubiertas con un material de buenas características antifricción, paraasegurar una larga vida. La construcción general es ilustrada en la figura 45 Figura 45. Bomba de paletas con placas laterales flexibles cargadas con presión, diseño (Sperry-Vickers)..1.6.4.9 Bombas de paletas tipo "Inserto".Esta serie de bombas, también conocidas como bombas de paletas de "altorendimiento". También son conocidas como de "doble paleta", sin embargo aquíse usa ese término para describir otro tipo de diseño. Tienen más capacidad depresión (2500 psi) y velocidad (1800 r.p.m.) que las anteriores. (Ver Figura 46)puede verse una bomba simple típica de este diseño.
  48. 48. Figura 46. Bomba simple tipo "inserto" (Sperry-Vickers).1.6.4.10 Diseño del inserto.Este tipo de diseño es exclusivo de casa fabricante (Sperry-Vickers), es el modelomas reciente de bombas de paletas equilibradas hidráulicamente que pertenece ala serie de alto rendimiento, para obtener presiones mas elevadas y mayoresvelocidades de accionamiento. Los cartuchos de alto rendimiento llevanincorporadas unas pequeñas paletas internas dentro de las paletas mayores, (Verfigura 47) cuyo propósito es hacer variar la fuerza de contacto de éstas contra elanillo.
  49. 49. Figura 47. Paleta interna en una bomba simple tipo "inserto".Las bombas de paleta tipo inserto, anteriormente mencionadas, utilizan la presiónde salida en la parte inferior de las paletas en todo momento. En las unidades dealto rendimiento, debido a las relaciones de tamaño y presión disponibles, esacaracterística podría originar cargas elevadas y desgastes prematuros entre laspuntas de las paletas y el contorno interno del anillo; para evitar esto, unosagujeros, taladrados a través de los segmentos del rotor, mantienen siempre lamisma presión en los dos extremos de la paleta. La presión de salida se aplicaconstantemente a la pequeña superficie entre la paleta y la paleta interna; estapresión, además de la fuerza centrífuga, mantiene las paletas en contacto con elanillo, en los cuadrantes de entrada, para asegurar un funcionamiento correcto.Cuando la paleta esta en una zona de baja presión, sólo una pequeña área (la dela paleta interna) recibe la alta presión de salida, lo cual disminuye la fuerza quemantiene a la paleta en contacto con el anillo, (Ver figura 48). Pero cuando lapaleta esta en una zona de alta presión, toda el área proyectada inferior de lapaleta recibe la presión alta de salida, produciendo en conjunto una mayor fuerzade contacto que se equilibra con la generada por la presión sobre la punta de lapaleta, (Ver figura 49)
  50. 50. Figura 48. Figura 49.1.6.4.11 Bombas de paleta tipo "Doble paleta".Con el objeto de resolver el mismo problema y obtener bombas de paletas de altorendimiento las cuales desempeñaran altas presiones de operación y mayoresvelocidades de accionamiento, la casa fabricante Mannesman-Rexroth, empleoel diseño de doble paleta, para mitigar los problemas asociados con el diseño depaleta simple, alcanzando un alto desempeño, las bombas tipo "paletas doble"incorporan dos paletas en cada ranura del rotor. Primero, las dos paletas proveenun doble sello entre las cámaras de bombeo. Segundo, la construcción en doblepaleta permite un balance hidráulico de las paletas, reduciendo por tanto la cargaen las puntas de las paletas.La figura 50 muestra un ensamblaje típico de doble paleta. Suponiendo unarotación en el sentido del reloj se aprecia que las paletas son colapsadas dentro delas ranuras para producir la acción de bombeo en la salida de la bomba. Con estediseño, la presión en la base de la paleta es canalizada al área entre las puntas delas paletas. Esta presión balancea la carga de la paleta contra el anillo,obteniéndose cargas óptimas sobre la punta de las paletas a presiones de 2500psi.
  51. 51. Figura 50. Bomba simple tipo "doble paleta".Figura 51. Detalle de las paletas dobles en una bomba de paletas (Mannesman-Rexroth).
  52. 52. 1.6.4.12 Diseños de los cartuchos.Hoy en día, muchas bombas de paletas balanceadas vienen en diseños decartucho, (Ver figura 52 y 53). Esto simplemente significa que los elementos debombeo (anillos, rotor y paletas) son suministrados como una unidad contenidaentre dos placas para puertos. Figura 52. Bomba de paletas tipo cartucho. Figura 53. Cartucho de recambio.La carcasa de la bomba soporta el cartucho y contiene los ejes de los engranajes ylas tuberías de conexión. El diseño de cartuchos permite que una bomba gastadasé reacondicione en cuestión de minutos, simplemente removiendo cuatro pernosy cambiando el cartucho de bombeo. La operación es simple y rápida, y puede serrealizada sin perturbar las conexiones hidráulicas. Para una carcasa dada hay
  53. 53. disponibles cartuchos de diversos desplazamientos. Esto da flexibilidad al adecuarla bomba al sistema. Figura 54. Detalle del interior de un cartucho.1.6.4.13 Bombas de paletas múltiples.Las bombas de paletas están disponibles en unidades simples, dobles e inclusotriples, las cuales tienen una entrada común y salidas separadas, como se muestraen las (Ver figuras 55, 56 y 57) Figura 55. Bomba de paletas simple (Sperry-Vickers).
  54. 54. Figura 56. Corte de una bomba de paletas simples (Parker Hydraulics).Figura 57. Sección transversal bombas de paletas simples (Parker Hydraulics).
  55. 55. Las bombas dobles (Ver Figura 58), suministran una sola fuente de potenciacapaz de alimentar dos circuitos independientes o suministrar un volumen mayorde fluido mediante una combinación de caudales. La mayoría de estas bombasllevan una entrada común en el centro del cuerpo. Generalmente la mayor de lasdos, está en el extremo del eje. La segunda salida está en la tapa. Algunos tiposde bombas dobles llevan entradas separadas, aunque pueden montarse comobombas múltiples. Ambos tipos necesitan sólo un motor de accionamiento, noobstante, las bombas dobles que llevan entradas separadas requieren tuberíasseparadas. Figura 58. Bombas de paletas dobles con una sola entrada.
  56. 56. También están disponibles unidades con eje pasante, permitiendo el montaje devarias bombas en serie, como se muestra en la figura 59. Se pueden obtenercombinaciones como la de una bomba fija y una bomba variable, mostrada en lafigura 59 y figura 60. Figura 59. Bombas de paletas múltiples ensambladas (Eaton Hydraulics). Figura 60. Montaje de bomba de paletas con bomba de pistones de desplazamiento variable (Eaton Hydraulics).
  57. 57. 1.6.4.14 Bombas de paletas tipo “redondo”.Un modelo antiguo de la bomba Vickers equilibrada hidráulicamente puede verseen la figura 61. Debido a la forma del cuerpo y de la tapa, estas bombas seconocen con el nombre de bombas redondas. El conjunto rotativo o cartuchoestá formado por un anillo, rotor, paletas, pasador de posición y dos placaslaterales denominadas generalmente anillos porque sus partes centrales estánmecanizadas para encajar en las partes centrales del rotor. Los cojinetes desoporte del eje de accionamiento están situados en la tapa y en el cuerpo.Figura 61. Sección de una bomba tipo “redondo” (Sperry-Vickers).
  58. 58. Figura 62. Bomba doble tipo “redondo” (Sperry-Vickers).La bomba redonda también se fabrica en versión doble, con dos conjuntosrotatorios accionados por el mismo eje. En la figura 62 puede apreciarse unabomba típica de dos etapas. Las aplicaciones con las que generalmente se veninvolucradas son obtención de dos velocidades de un mismo actuador, ya que elconjunto trabaja con una disposición de dos bombas en paralelo.1.6.5 Bombas de pistones radiales.Las bombas de pistones radiales convierten el movimiento rotacional del eje en unmovimiento reciprocante radial de los pistones. Generalmente se encuentran endiseños de desplazamiento variable. Aunque existe una ventaja primordial de lasbombas de pistones radiales, por su alta eficiencia volumétrica y gran capacidad depresión, no son tan usadas como las de tipo axial.En una bomba radial, el bloque de cilindros gira sobre un pivote estacionario ydentro de un anillo circular o rotor (Ver figura 63). A medida que el bloque vagirando, la fuerza centrífuga, la presión hidráulica o alguna forma de acciónmecánica, obliga a los pistones a seguir la superficie interna del anillo, que esexcéntrico con relación al bloque de cilindros. Al tiempo que los pistones sedesplazan alternativamente en sus cilindros, los orificios localizados en el anillo de
  59. 59. distribución les permiten aspirar fluido cuando se mueven hacia afuera ydescargarlo cuando se mueven hacia adentro. Figura 63. Bomba de pistones radiales (Mannesman-Rexroth).El desplazamiento de la bomba viene determinado por el tamaño, número depistones y, naturalmente, por la longitud de su carrera. Los modelos dedesplazamiento variable funcionan moviendo el anillo circular para aumentar odisminuir la carrera de los pistones. Hay disponibles controles externos de variostipos para este fin.La mayoría de las bombas radiales de desplazamiento variable pueden funcionar apresiones superiores a los 3,000 psi. Algunas bombas radiales de desplazamientofijo pueden funcionar sobre los 10,000 psi.1.6.5.1 Principio de operación.La bomba de pistones en general causa una acción de bombeo simple, con unpistón reciprocante, abriendo una válvula y realizando la acción de succión delfluido en una de las cámaras y luego cerrando y desplazando el fluido hacia elpuerto de presión, este es el principio de operación de una bomba de pistonesradiales. Actualmente una bomba de pistones radiales no es mas que un numeroimpar de pistones reciprocantes que operan mecánicamente contenidos en unacarcasa, el hecho de que sea un numero impar de pistones se debe a que lamanera de entrega de fluido lo haga de una forma continua superponiendo elvolumen desplazado en cada una de las cámaras y no tener una variación tanpulsante en caso de tener un numero de pistones par como se muestra en laFigura 64.
  60. 60. Figura 64. Diferencia entre una bomba de pistones par y una impar. Figura 65. Principio de operación de bomba de pistones radial (Mannesman-Rexroth).La Figura 65 presenta una sección transversal de una bomba de pistones radialestípica. Se pueden ver tres pistones radiales dispuestos en simetría polar a 120°alrededor del eje conductor, el suministro de aceite para cada uno de los pistoneses individual y llega al centro de la carcasa (verde) mientras que la presión desalida es conectada por medio de un canal común (mostrado en rojo) los pistonesson accionados por medio de un rodamiento de bolas excéntrico en el ejeconductor, cada pistón individual puede ser considerado como tres bombasseparadas operadas por un eje excéntrico común.Asumiendo que la bomba esta siendo conducida en dirección contra reloj, lospistones 1,2 y 3 nos muestran tres modos separados de bombeo.
  61. 61. Pistón#1 esta aprovechando la porción baja leva siendo retraído del extremo porresortes presentando una condición de vacío permitiendo que el aceite sea llevadode la carcasa a la cámara a través de la válvula cheque para asegurar un completollenado del elemento pistón, el aceite es dirigido dentro de la carcasa de la bombaa través de unos taladrados axiales y radiales en él eje conductor. Los agujerosradiales en el eje rotan a una velocidad distribuyendo el aceite, dentro de lacarcasa de la bomba de igual forma que lo haría una bomba centrifuga. Estaacción de bombeo centrifugo permite a la bomba autocebarse en el caso de que labomba este en un valor muy cercano a la presión atmosférica, esta acción no solomejora las características de succión, también permite un bajo nivel de ruido.Pistón #2 se encuentra realizando la acción de subida de la leva, la válvulacheque que permite el paso de la entrada del fluido a cerrado sellando la cámara,pero la presión de esta no es todavía igual a la que le impone el sistema (naranja),en este punto de operación se empieza a elevar la presión debido a la fuerzamecánica que le impone la leva, a medida que se presenta la rotación de la levaesta empuja con fuerza el pistón, desarrollando rápidamente la presión que elsistema le imponga al fluido contenido el la cámara.Pistón#3 Está aprovechando el final de su carrera de ascenso, como el pistón haterminado de moverse hacia el final del ascenso el fluido es forzado a fluir a travésde los pasajes internos del lado de descarga hacia el sistema, la válvula cheque dellado descarga (mostrada en la posición abierta) se cerrara tan pronto como elpistón empiece a retraerse dentro de su camisa y este actúa como cierre herméticoentre los puertos de descarga y succión de la bomba.1.6.5.2 Bombas de iso flujo. Figura 66. Bombas de iso flujo (Mannesman-Rexroth).
  62. 62. En la figura 66 se muestra la sección transversal de una bomba con todos suselementos conectados a un puerto de presión común, como consecuencia eldesplazamiento de la bomba esta determinado simplemente por la adición de cadauno de los desplazamientos individuales.Los elementos de bombeo se pueden encontrar de diferentes diámetros ydesplazamientos el usuario determinara la selección del sistema de bombeo.Sin embargo una segunda, característica exclusiva de las bombas de pistonesradiales, es que se puede abastecer de varios puertos de presión aislada, la bombade pistones aislada, no es más que una carcasa modificada la cual conecta algunospistones a un puerto de presión, mientras que los otros pistones están conectadosa un puerto de descarga separado. De hecho una tercera bomba de pistonespuede ser abastecida por una cantidad de puertos tan grande como si fueran tresen uno por cada pistón.La ilustración de corte seccional (Ver figura 66) muestra un diseño de unabomba de pistones radial moderna, aunque su función es similar al diseñopreviamente discutido, está bomba en particular ofrece características superioresde funcionamiento trabajando con niveles muy bajos de ruido.La variación del diseño principal es que se genera una película de aceite en formade cojinete hidrodinámico remplazando al rodamiento de bolas (Ver Figura 67),en este tipo de diseño, el fluido presurizado del puerto de descarga de la bomba esllevado entre las superficies del cojinete. Durante esta operación las superficiesdel eje y del cojinete están completamente separadas por la película de aceite,virtualmente eliminando el contacto metal - metal. En la aplicación de la bombahidráulica, este cojinete ha probado exceder la vida esperada de un rodamiento deagujas como de bolas.Son también capaces de mantener altos niveles de carga, para proveer protecciónadecuada durante las condiciones de inicio. Los cojinetes están compuestos deun teflón recubierto de bronce.
  63. 63. Figura 67. Cojinete bomba de pistones radiales Principios de operación bombas de isoflujo (Mannesman- Rexroth).Las dos anteriores ilustraciones de corte transversal muestran la disposición de loselementos del pistón, el eje conductor excéntrico la carcasa y los rodamientos talcomo se muestran, los pistones están dispuestos radialmente con respecto al ejeconductor excéntrico cada elemento del pistón consiste en un pistón hueco, conuna válvula cheque del puerto de succión integral, un cojinete de soporte delpistón, una válvula cheque de descarga, y un resorte.A medida que el eje conductor es rotádo en dirección de las manecillas del reloj, labase del pistón se mantiene en contacto con la leva excéntrica por el resorte. Elradio de la superficie del cojinete hidrodinámico es equivalente al radio de la levaexcéntrica.El movimiento hacia abajo del pistón causa un incremento de volumen en lacámara de bombeo, el vacío creado abre la válvula cheque del puerto de succión,permitiendo que el aceite entre en la cámara, la base del pistón esta expuesta alaceite a través de un taladrado semianular, maquinado dentro de la levaexcéntrica (Ver figura 68).
  64. 64. Figura 68. Acción de bombeo en una bomba de pistones de isoflujo (Mannesman-Rexroth).Una mayor rotación del eje conductor, causa que la leva excéntrica empuje elpistón hacia atrás dentro del casquillo cilíndrico, la válvula cheque del puerto desucción se cierra, la presión se incrementa rápidamente dentro del volumencapturado del fluido, cuando la presión del fluido que se encuentra en la cámarade bombeo es igual a la presión del sistema, la válvula cheque del puerto dedescarga se abre, permitiendo el flujo desde el puerto de presión de la válvula, lomismo que en cualquier bomba de desplazamiento positivo, entre más alto sea elsistema de presión más alta será la exigencia de torque de entrada requerido porla bomba.
  65. 65. Funcionamiento de una bomba de iso flujo Figura 69. Funcionamiento de bomba de iso flujo (Mannesman- Rexroth).1.6.5.3 Característica de la bomba de pistones radiales.La bomba de pistones radiales, tiene una capacidad más alta de presión continua,cuando es comparada con cualquier otra bomba. Las bombas de pistón radialestán disponibles, con rangos de presión continua en una proximidad de 10.000Psi, sin embargo, no tienen una capacidad volumétrica mayor a 0.5 pul3/rev.Cuando son requeridas para operar en niveles de extrema presión. Es importantedarse cuenta que una bomba de 0.5 pul3/rev operando a 1750 r.p.m. puedesolamente enviar 36.8 gpm pero requiere de un motor eléctrico de 25 HP paraoperar a 10.000psi.La bomba de pistones radial se vuelve absolutamente necesaria para los sistemasde operación con una presión superior a los 5000 psi. Las aplicaciones típicaspueden incluir abastecimiento de potencia para maquinas herramientas manuales,gatos hidráulicos, extractores de rodamientos, tenazas hidráulicas y en circuitos de
  66. 66. abrazadera de alta presión. Como consecuencia de una exigencia de nivel depresión alto la capacidad de flujo baja, pero esto hace que la bomba de pistonesradiales sea una posibilidad ideal para sostener presión durante un ciclo.Por otro lado la bomba de pistones radiales es una unidad altamente eficiente,incluso a 10.000 psi una bomba típica opera a una eficiencia volumétrica superioral 93% con una eficiencia total promedio de 86% por esta razón las bombas depistones radiales pueden ser operadas en un circuito que no demande mayoresexigencias de caudal.1.6.5.4 Presión y rangos de flujo en una bomba de pistones radiales.En general el desplazamiento de una bomba de pistones radiales fija estadeterminado por el diámetro del pistón y la carrera. Asumiendo un número depistones dados. Aunque las bombas de pistones radiales están disponibles convarios diámetros de pistón, las capacidades de presión más altas son obtenidasúnicamente con diámetros de pistón pequeño. En otras palabras al incrementar eldiámetro del pistón obtenemos grandes capacidades de flujo, pero bajaran loslimites de presión. La sobrepresurización en las bombas de pistones de grantamaño de pistón generalmente causa daños en los cojinetes.1.6.5.5 Cebado de una bomba de pistones radiales.En general las precauciones que deben ser tomadas durante la operación de unabomba de pistones radiales, se presentan en el arranque a menudo ocurre que enuna bomba. En este caso de tres pistones radiales en la acción de encendido dospistones se encuentran bombeando fluido y el tercero presenta un inconveniente.
  67. 67. Figura 70. Cebado de una bomba de pistones radiales. En este ejemplo durante el arranque 2 de 3 pistones están siendo cebados, asíque la bomba únicamente estará produciendo 2/3 de la rata de flujo, la terceraposición recibe una cantidad de aire, del puerto de succión, y a medida que sepresenta la acción reciprocante del pistón, el aire presurizado en la cámara debombeo se incrementa, pero debido a que el aire es compresible la presión en estacámara no puede alcanzar el valor suficiente que puede abrir la válvula chequeque se encuentra por el otro lado con la presión que le esta ejerciendo el sistema.En esta condición creada es muy posible que el pistón nunca permita cebarse, elaire no puede escapar a través de la válvula cheque mientras que al mismo tiempola presión del aire se incrementa permitiendo que el aceite entre por el puerto desucción.Si esta precaución no es tomada el elemento pistón fallaría, presentándose unamala lubricación, afortunadamente este problema es fácil de solucionar.Una bomba la cual esta operando con uno o más pistones no cebados estamecánicamente desbalanceada. Se necesita un mayor torque para mover el ejecuando pasa por los pistones cebados, presentándose un torque desbalanceadopara mover la bomba, creando una excesiva vibración mecánica y ruido, estasituación es similar a la de un motor de un automóvil cuando no están trabajandotodos sus cilindros.Cuando se inicia el arranque en una instalación con una bomba de pistonesradiales. Es aconsejable descargar el puerto de salida de la bomba. De estamanera la presión del sistema no se creara detrás de la válvula cheque de
  68. 68. descarga, permitiendo que el aire escape de la cámara de bombeo, si después deque se presente la carrera del pistón por varios minutos en la condición dedescarga, el problema no es resuelto, es decir ruidos y vibraciones se presentán enoperación, es necesario hacer un sangrado de toda la cámara.En un caso aislado, algunas veces sucede, que el puerto de descarga de presión laválvula cheque no puede ser abierta por la presión del aire en el elemento debombeo, así el puerto de presión de la bomba este descargado, este problemapuede ser resuelto, desaflojando el tornillo de la válvula cheque la cualdescomprime el resorte permitiendo al elemento ser cebado. La tuerca debe serreapretada tan pronto cuando todo el aire haya escapado. Figura 71. Descarga del aire en la cámara de bombeo.1.6.6 Bomba de pistones axiales. Figura 72. Bomba de pistones axiales.
  69. 69. Las bombas de pistones axiales convierten el movimiento rotacional del eje en unmovimiento reciprocante axial del pistón. Pueden ser de desplazamiento fijo ovariable.Las bombas de pistones axiales tienen una alta eficiencia volumétrica, puedenoperar a presiones alrededor de 5000 psi, y pueden girar a velocidades de hasta6000 r.p.m. Su relación de peso por caballo es relativamente baja. Los tipos másdifundidos de estas bombas son los diseños en línea y en ángulo. Ambos diseños,en sus versiones de desplazamiento fijo, son usados más frecuentemente comomotores. También ambos están disponibles en versiones de desplazamientovariable.1.6.6.1 Bomba de pistones axiales en línea. Figura 73. Bomba de pistones en línea.En las bombas de pistones en línea, el conjunto de los cilindros y el eje deaccionamiento tienen la misma línea central y los pistones se muevenalternativamente en sentido paralelo al eje. El tipo más sencillo de estas bombasse muestra en la figura 73.
  70. 70. 1.6.6.2 Despiece de una bomba de pistones en línea.Figura 74. Despiece bomba de pistones en línea (Sperry-Vickers).Figura 75. Corte transversal de la bomba de pistones en línea de desplazamiento fijo (Sperry-Vickers).Las bombas de pistones axiales en línea han tenido una gran acogida debido quepueden manejar altas capacidades de flujo 100 G.P.M y una alta operación depresión relativa 5000 PSI. En este diseño (Ver figura 75) la bomba incluye un
  71. 71. cilindro con taladrados donde se alojan los pistones y está ubicado paralelo al ejede conducción comúnmente llamado la camisa de los pistones. Generalmente lasbombas de pistones se encuentran diseñadas entre 5 y 15 pistones. Figura 76. Bomba de pistones axiales (Mannesmann Rexroth). Figura 77. Corte bomba de pistones en línea (Mannesmann Rexroth).La (figura 77) presenta una sección transversal de una bomba de pistones enlínea de alta presión.
  72. 72. 1.6.6.3 Principio de funcionamiento de una bomba de pistones en línea. Figura 78. Bomba de nueve pistones axiales.En esta bomba en particular los nueve pistones son contenidos en una camisa. Lacamisa esta insertada en el eje conductor. Los pistones presentan un movimientoreciprocante en cada uno de sus respectivos alojamientos dentro de la camisa,efectuando la acción de bombeo por el movimiento del plato inclinado dedesplazamiento fijo.El plato de desplazamiento fijo no es mas que un anillo de acero con un ángulo de15° con respecto a la vertical de la carcasa en la bomba, la película de lubricaciónhidrodinámica entre la superficie del pistón y el plato de lubricación es creada porun patín cojinete de bronce, este patín cojinete tiene una cavidad esférica queconecta el pistón contra el plato de lubricación por un anillo de retención.Refiriéndose nuevamente a la ilustración transversal (Ver figura 77) notara quelos puertos de aceite y de la camisa de los pistones están conectados a una válvulade distribución, esta válvula es un anillo de bronce con dos semicírculos en formade riñón, que están conectados por unos pasajes en la carcasa de la bomba a lospuertos de succión y de descarga en la bomba. Dependiendo de la rotación de labomba el ángulo de la placa de lubricación determina los puertos de descarga y desucción. A medida que la camisa rota, lleva cada uno de los pistones, exactamente durantemedia revolución los pistones son empujados de sus respectivas cavidades debidoa que el anillo de retención gira en forma inclinada.
  73. 73. Cuando han alcanzado la máxima posición de extensión, los pistones comienzan asubir entregando el fluido por el puerto de descarga. El desplazamiento de labomba es determinado por él número de pistones, por el diámetro de los pistonesy por la longitud de la carrera. El ángulo del plato de lubricación determina lalongitud de la carrera de los pistones.Figura 79. La placa de presión origina el movimiento reciproco de los pistones. Figura 80. Placa de puertos bomba de pistones axiales.
  74. 74. En la figura 77 notará que los puertos de aceite y de la camisa de los pistones,están conectados a una válvula de distribución, esta válvula es un anillo de broncecon dos semicírculos en forma de riñón, que están conectados por unos pasajesinternos a la carcasa de la bomba a los puertos de succión y de descarga en labomba. Dependiendo de la rotación de la bomba y del ángulo de la placa delubricación se determinan los puertos de descarga y de succión.1.6.6.4 Conexión de drenaje a tanque.Las bombas de pistones en línea se han diseñado con un puerto separado dedrenaje a tanque, en estas bombas la elevada presión del aceite, la cual pasa através de las tolerancias de los pistones, la camisa y la válvula de distribución; nopuede estar conectadas al mismo puerto de succión de la bomba, por esta razón,este aceite es drenado por un puerto separado hacia el tanque. Este aceitetambién lubrica los rodamientos y todas las partes que se encuentran enmovimiento, debido a esto es necesario que la carcasa de la bomba de pistones enlínea sea precargada con aceite antes de comenzar la acción de bombeo y que elpuerto de drenaje a tanque permanezca lleno de aceite. Se debe tener especialcuidado en la ubicación de la línea de drenaje dentro del tanque la cual se debeubicar por debajo del nivel de aceite en el tanque, pero por encima de la líneaprincipal de succión de lo contrario presentara el fenómeno de sifón. Esta líneade drenaje adicional, debe operar con un rango de presión entre los 5 psi y los 15psi.1.6.6.5 Presión cargada entre EL BARRILETE de los pistones.Para asegurar una alta eficiencia volumétrica. El barrilete (camisa) de los pistonesdebe ser cargado con presión contra la superficie de la válvula distribuidora, sinembargo esta presión debe ser balanceada de tal manera que permita crear unapelícula de lubricación para poder mantener las superficies lubricadas entre lacamisa de los pistones que se encuentra rotando y la válvula de distribuciónestacionaria. Si asumimos que la bomba se detiene instantáneamente las fuerzasde presión actúan sobre la camisa produciendo un alto esfuerzo sobre esta. Encualquier diseño de bomba de pistones axiales la camisa que contiene los pistones,necesariamente irá cargada hidráulicamente contra la válvula de distribución.Si se atascan las áreas de flujo dentro de los taladrados del pistón y la válvula dedistribución, es fácil ver que la presión en la camisa trabaja contra el área creadapor la mitad del numero total de taladrados del pistón del lado de descarga, estogenera una fuerza contra los pistones que empuja la camisa contra la válvuladistribuidora en lado de descarga de presión de la bomba.
  75. 75. La segunda fuerza que trabaja sobre la camisa esta relacionada con el área enforma de riñón de la placa de puertos, este campo de presión trabaja contra lacara de la camisa que lleva los pistones, y crea una fuerza en el puerto dedescarga que tiende a separar la placa de puertos de la camisa (ver figura 81). Figura 81. Fuerzas sobre la camisa de una bomba de pistones axiales en línea.Para un óptimo balanceo de estas fuerzas generadas por la presión al interior de lacamisa, se ha creado el diseño en forma de área de riñón en la válvula de lospuertos de descarga y de succión, la cual tiene menos área efectiva que produzcauna fuerza de presión mayor en la camisa contra el plato de puertos. Es inútildecir que una alta presión en el sistema definitivamente separa el plato quecontiene los puertos con la camisa de los pistones, puesto que estos doscomponentes siempre se mantendrán en contacto.1.6.6.6 Desventaja de la bomba de pistones en línea.Para asegurar una buena operación y una satisfactoria vida de servicio en labomba de pistones en línea se debe entender el principio básico de operación ydiseño del patín cojinete de deslizamiento, de lo contrario en una mala instalaciónpodría causar una falla catastrófica.
  76. 76. Básicamente hay 4 condiciones de operación las cuales causan la falla del patíncojinete de deslizamiento.* Operación con un fluido contaminado.* Demasiada condición de vacío en el puerto de succión de la bomba.* Excesiva presión en el drenaje.* Alta velocidad de operación.1.6.6.7 Operación con un fluido contaminado.El fluido contaminado causa un bloqueo de los pasajes de lubricación. El principiodel patín cojinete de deslizamiento utiliza la fuerza hidráulica, la cual empuja elpistón hacia el plato de lubricación. Esta es compensada por una fuerza igual endirección opuesta producida por la presión de trabajo, como se muestra en lasección transversal de la figura 82 un pequeño taladrado a través de la rotula delpistón, comunica al fluido presurizado entre el plato de lubricación y el cojinetepatín de deslizamiento.El cojinete patín de deslizamiento esta diseñado para tener un área efectiva la cualbalancea las fuerzas de presión en el pistón. Figura 82. Falla por contaminación de fluido.
  77. 77. El pequeño taladrado, en el pistón mantiene un alto nivel de eficiencia volumétricaen la bomba, si la bomba esta operando en un sistema con alto nivel decontaminantes, tapará este pequeño pasaje, el cual provocara una falla delcojinete patín de deslizamiento porque se perderá la lubricación y no sebalancearán las fuerzas correctamente.1.6.6.8 Demasiada condición de vacío en el puerto de succión de la bomba.Esta también puede ser una falla catastrófica de la bomba, en general una bombade pistones en línea. Requiere de unas mejores condiciones de succión quecualquier otra bomba; la cavidad esférica, la cual sujeta al cojinete patín dedeslizamiento con la rotula del pistón, presenta un buen comportamiento ante losesfuerzos de compresión pero su comportamiento es deficiente ante los grandesesfuerzos de tensión provocados por una alta presión de vacío. Durante lasucción, el anillo de retención extrae el pistón empujándolo sobre el cojinete patínde deslizamiento; si el vacío creado por el puerto de succión es demasiado alto, elcojinete patín de deslizamiento construido en bronce, simplemente es jalado haciaafuera de la rotula del pistón (Ver figura 83). Desafortunadamente esto nopuede escucharse en la operación de la bomba, la bomba continúa operando hastasu destrucción total. Figura 83. Daños en el patín de deslizamiento.
  78. 78. 1.6.6.9 Excesiva presión en el drenaje.El mismo efecto en la rotula del pistón presentado con demasiada condición devacío en el puerto de succión de la bomba, también se aprecia cuando existe unaexcesiva presión en el drenaje. Se puede ver en las ilustraciones figura 82 yfigura 83 estas dos condiciones, una presión excesiva y un alto vacío resisten laextracción del pistón enfrente del taladrado. En consecuencia ambas fuerzaspueden actuar conjuntamente para retener el anillo empujándolo sobre el cojinetepatín deslizante y girarlo sobre la rotula.Para evitar el daño de cada una de estas 2 razones mencionadas, es recomendableque el puerto de succión y el drenaje sean optimizados, por ejemplo en el montajede la bomba de pistones en línea se recomienda que se haga en la parte inferiordel reservorio para obtener una cabeza de presión positiva que obligue el aceite aentrar por el puerto de succión.Cuando se tiene una bomba de gran desplazamiento está debe ser precargada conuna bomba auxiliar. Generalmente se recomienda una bomba de engranajesinternos con desplazamiento menor conectada en serie al puerto de succión de labomba de pistones en línea, con una válvula de alivio tarada entre 150 a 300 PSI.La bomba de precarga se enciende antes de encender la bomba principal.Por otra parte también es necesario proveer de una adecuada instalación dedrenaje, la línea de drenaje debe estar completamente llena y poseer un diámetroajustado a las condiciones de diseño, además debe estar por debajo del mínimonivel de aceite en el reservorio, con un tramo lo mas corto posible pero tampoco ala medida. Es importante que esta línea de drenaje sea independiente y que notenga ninguna otra conexión con otras líneas de retorno. Si la línea de drenajeextrae excesivo calor, es importante tener un buen reservorio para liberarlomediante un adecuado sistema de enfriamiento. En la instalación de drenaje esaconsejable el uso de una té o cualquier otro adaptador conveniente de llenado,en el puerto de drenaje, esto facilitará el llenado de la línea de drenaje en labomba cuando se arranque.

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