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Tipos de Bombas hidráulicas y sus características

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Documento realizado para la materia de Laboratorio Experimental de Sistemas Mecatrónicos de la Licenciatura en Ingeniería en Mecatrónica de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla en el periodo de Primavera 2015, donde se presenta la construcción, funcionamiento, características, ventajas y aplicaciones de los principales tipos de bombas hidráulicas.

Documento realizado para la materia de Laboratorio Experimental de Sistemas Mecatrónicos de la Licenciatura en Ingeniería en Mecatrónica de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla en el periodo de Primavera 2015, donde se presenta la construcción, funcionamiento, características, ventajas y aplicaciones de los principales tipos de bombas hidráulicas.

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Tipos de Bombas hidráulicas y sus características

  1. 1. Benemérita Universidad Autónoma de Puebla Facultad de Ciencias de la Electrónica 13 de Enero de 2015 Tipos de Bombas Hidráulicas Equipo:  Carballo Valderrábano Karla Mat: 201138918  Flores Hernández Karen Yomalli Mat: 201208625  Mejía Rivera Jesús Gustavo Mat: 201112345  Mota Del Campo Luis Antonio Mat: 201112015  Zambrano Saucedo Adán Mat: 201114898 Ingeniería en Mecatrónica Primavera 2015 Laboratorio Experimental de Sistemas Mecatrónicos
  2. 2. Tipos de Bombas Hidráulicas Laboratorio Experimental de Sistemas Mecatrónicos 1 Bombas de Engranajes Construcción Son de las más bombas de caudal constante más populares. Se pueden componer de dos piñones dentados acoplados dentro de un cuerpo estanco o por un piñón acoplado a un eje de arrastre, montado excéntrico sobre la carcasa y engranado a una corona dentada. Son reversibles, es decir, al hacer girar los engranajes en sentido contrario, la impulsión del líquido cambia de sentido. Son también convertibles, es decir, pueden funcionar además como motores hidráulicos. Son las más difundidas, sencillas y económicas. Son las más utilizadas en aplicaciones hidráulicas, ya que pueden resolver muchas aplicaciones industriales. Figura 1 Construcción de una Bomba de engranajes exteriores Funcionamiento Se clasifican en  Engranaje dentado exterior. Trabaja según el principio de desplazamiento. El engranaje A, al ser accionado en la dirección de la flecha, hace que el engranaje B gire en sentido contrario. La cámara de aspiración está unida al depósito, por lo que al girar, los dientes se separan dejando huecos entre ellos y la cámara de dientes, provocando que se absorba líquido del depósito, el cual llena la cámara de dientes, que lo transportan, rozando la pared interior de la carcasa a la cámara de presión. Figura 2 Bomba de Engranaje Dentado Exterior  Engranaje dentado interior. El piñón se acopla al eje de arrastre, montado excéntrico sobre la carcasa. Con este piñón se engrana la corona dentada que es arrastrada por él, girando libre en la carcasa. Con esta disposición, las cámaras de bombeo se forman en los
  3. 3. Tipos de Bombas Hidráulicas Laboratorio Experimental de Sistemas Mecatrónicos 2 huecos entre dientes, de manera que con el giro de los engranajes el aceite es aspirado por un conducto e impulsado por el otro. Figura 3 Bomba de Engranaje Dentado Interior Características  Trabajan a presiones que pueden superar 200bar en régimen continuo y en una sola etapa.  Se puede incrementar la presión generada, reduciendo el caudal.  Funcionan a velocidades comprendidas entre 500 y 3500 rpm  Construcción sólida y volumen reducido.  Amplia gama en dimensiones, caudal, presión y potencia.  Rendimiento en condiciones normales máximas va de 85 a 90%, bajando rápidamente con el desgaste.  Pueden ser: o De engranajes exteriores: para grandes caudales, con un volumen de expulsión de 1.2 a 250 cm2/rev y una presión nominal de 63 a 160 bar. o De engranajes interiores: buena aspiración, silenciosas y compactas, con un volumen de expulsión de 4 a 250 cm2/rev y una presión nominal de 160 a 160 bar. Ventajas  Mayor poder de aspiración  Mantenimiento sencillo y rápido  Válvula de seguridad integrada que permite la protección del circuito  Capacidad para transportar productos de alta viscosidad  Sencillez técnica  Sentido de flujo del fluido independiente del sentido de rotación del eje para aplicaciones especiales  Bomba volumétrica independiente de la velocidad de rotación o la viscosidad.  Campos de aplicaciones de las bombas de engranajes Aplicaciones Las bombas de engranajes se aplican en diferentes procesos de la industria, en las que destacan:  Proceso de Ultra-filtración  Sistemas de lubricación  Circulación en cierres mecánicos dobles
  4. 4. Tipos de Bombas Hidráulicas Laboratorio Experimental de Sistemas Mecatrónicos 3  Inyección de tinta  Sistemas de refrigeración  Dosificación en caudal continuo  Equipos de osmosis inversa (tratamiento de agua)  Sistemas de refrigeración Bombas de Lóbulo Construcción La bomba de engranajes tipo lóbulos es una bomba mecánica, volumétrica y de desplazamiento positivo. Son unas cámaras de trabajo las que desplazan el líquido. Las bombas de lóbulos cuentan con dos flechas y por lo tanto, dos juegos de sellos mecánicos. Estos son caros de mantener y el engranaje tiene que ser cuidadosamente reconfigurado para asegurarse que los lóbulos no choquen. Las bombas de lóbulos, no son buenas con fluidos abrasivos o con sólidos duros. Estos gastan los lóbulos y pueden causar marcas al quedarse atrapados en el espacio entre los lóbulos y la carcasa, Los lóbulos dañados o gastados reducen considerablemente el flujo al incrementarse el deslizamiento. Las bombas de lóbulos no son buenas para dosificación, ya que el fluido se desliza entre los lóbulos y la carcasa. Las bombas de lóbulos son conocidas por su bombeo de bajo cizallamiento. Las bombas de lóbulos no son flexibles y deben estar diseñados específicamente para la aplicación. El cambio en los parámetros puede provocar problemas de bombeo. Los cambios en la temperatura, por ejemplo pueden dar lugar a “excoriación”, donde las escamas de metal de los lóbulos son liberadas en el producto, provocando la contaminación del mismo. Funcionamiento El producto en la succión incrementa el caudal cuando los rotores giran y entonces el fluido es impulsado hacia al interior de la bomba. Luego el fluido es transportado hacia el lado de la descarga en el espacio que hay entre los lóbulos y el alojamiento circular de la bomba (carcaza). Entonces el caudal es reducido entre los rotores y el fluido es forzado y deslazado hacia la descarga.
  5. 5. Tipos de Bombas Hidráulicas Laboratorio Experimental de Sistemas Mecatrónicos 4 Hay bombas de engranajes tipo lóbulos externos e internos. Ambos tipos de bombas se presentan a continuación y también se especifican tanto sus características como las ventajas de cada una. Bombas de lóbulos externos: Son bombas rotativas de engranajes externos que difieren de estas en la forma de accionamiento de los engranajes. Ambos engranajes tienen sólo tres dientes que son mucho más anchos y más redondeados que los de una bomba de engranajes externos. Su accionamiento es independiente por medio de un sistema de engranajes externo a la cámara de bombeo. Bombas de lóbulos internos: Son bombas rotativas de engranajes internos que difieren en la forma de accionamiento de los engranajes. Esta bomba combina un engranaje interno dentro de otro externo. El engranaje interno está montado en el eje y lleva un diente menos que el engranaje exterior.
  6. 6. Tipos de Bombas Hidráulicas Laboratorio Experimental de Sistemas Mecatrónicos 5 Características Bomba de lóbulos, compacta y resistente. Para bombeo de fluidos viscosos. Que brindan un bombeo uniforme, casi sin pulsaciones. Alta capacidad de cebado. Amplia disponibilidad de materiales  Capacidad hasta 800 m3/h  Presiones hasta 180 psi. Las bombas de lóbulos son difíciles de limpiar por los puntos muertos en la carcasa. Los sellos mecánicos requieren de verificaciones manuales para asegurarse que los procedimientos de limpieza fueron efectivos. Ventajas Este tipo de bomba permite obtener una serie de ventajas con respecto a otros tipos de bombas que utilizan otros principios; son más silenciosas, el caudal es más constante y controlable, tienen dimensiones más reducidas. Ventajas de las bombas de lóbulos externos Dentro de la gran variedad de las bombas de lóbulos externos encontramos las siguientes ventajas:  Los lóbulos son accionados independientemente por medio de un sistema de engranajes externo a la cámara de bombeo.  Ofrecen mayor desplazamiento, pero su costo es mayor a las bombas de otro tipo.  Esta bomba es adecuada para utilizarla con fluidos más sensibles al efecto del esfuerzo tangencial (o de cizalle).  Es excelente para el manejo de fluidos con gases o partículas atrapadas. Ventajas principales de las bombas de lóbulos internos En la gran variedad de las bombas de lóbulos internos encontramos las siguientes ventajas:  Esta bomba tiene mayor eficiencia volumétrica que la de semiluna trabajando a bajas velocidades.  El rendimiento volumétrico y total de este tipo de bombas es generalmente similar al que ofrecen las bombas de engranajes externos. Aplicaciones  Alimentación de grupos de potencia (centralitas, actuadores)  Lubricación  Transporte de fluidos  Aspiración (por ejemplo vaciamiento continuo y cámaras con gotas de aceite)
  7. 7. Tipos de Bombas Hidráulicas Laboratorio Experimental de Sistemas Mecatrónicos 6  Motor oleodinámico Las aplicaciones de las bombas de lóbulos se encuentran en las industrias alimentaria, farmacéutica, láctea, química, conservera, cosmética, celulosa y papel, donde se precise elevar líquidos de una viscosidad elevada y sin perjudicar la estructura de los mismos. Bombas de Paletas Construcción Se compone de un rotor que gira dentro de una carcasa y de las paletas que se encuentran en unas ranuras que tiene el rotor, con posibilidad de desplazarse radialmente. Se dividen en dos grupos, bombas de una carrera y bombas de dos carreras. Oscilan entre 5 y 100 cm³. Pueden ofrecer presiones de servicio de hasta 150 bar. Son muy sensibles al nivel de limpieza del aceite. Un aceite con partículas en suspensión podrá originar una avería en la bomba. Figura 4 Bomba de Paletas Funcionamiento La impulsión del caudal de aceite en este tipo de bombas se consigue mediante el giro excéntrico de un rotor dentro de una carcasa circular o estator. En la periferia del rotor se monta un conjunto de paletas deslizantes en sentido radial con el fin de formar las cámaras de desplazamiento o vanos. La estanqueidad de estas cámaras de deslazamiento está garantizada entre las placas, rotor, estator y las placas laterales que cierran el conjunto también llamadas placas de mando. Estos vanos así formados entre paletas varían su volumen con el giro del rotor. El volumen aumenta en la zona de aspiración, produciéndose una depresión que hace que la cámara o vano se llene con el aceite que fluye a través de una ranura de mando practicada en las placas laterales de mando.
  8. 8. Tipos de Bombas Hidráulicas Laboratorio Experimental de Sistemas Mecatrónicos 7 Por su parte, el volumen disminuirá en la zona de impulsión produciéndose una sobrepresión que obliga al líquido bombeado fluir a través de la ranura de impulsión mecanizada igualmente en las placas de mando o placas laterales. Las paletas se mantienen en contacto permanente con el estator gracias a la fuerza centrífuga producida por el giro del rotor o bien por medio de muelles e incluso en algunos casos por la presión del aceite tomada en la impulsión de la bomba Figura 5 Estructura Interna de una Bomba de Paletas Características  Las bombas de paletas son usadas en instalaciones con una presión máxima de 150 a 200bar. Un caudal uniforme (libre de pulsos) y un bajo nivel de ruido.  El anillo estator es de forma circular y excéntrico con respecto al rotor. Esta excentricidad determina el desplazamiento (caudal).  Cuando la excentricidad sea cero, no existe un caudal, por lo tanto, no se entregará líquido al sistema. Esto permite regular el caudal de las bombas de paletas. Ventajas  Sentido de flujo del fluido independiente del sentido de rotación del eje (para las bombas de ejecución especial).  Mantenimiento sencillo y rápido.  No hay compresión, empuja, arrastra.  Capacidad para transportar productos de alta viscosidad.  Bomba volumétrica sea cual sea la velocidad de rotación o la viscosidad.  Gran poder de aspiración.  Sencillez técnica.  Gran vida útil.  Volumen de trabajo variable.  Válvula de seguridad integrada permitiendo la protección del circuito. Aplicaciones
  9. 9. Tipos de Bombas Hidráulicas Laboratorio Experimental de Sistemas Mecatrónicos 8 Las bombas de paletas se aplican en diversas industrias y procesos, en las que destacan:  Transferencia de producto en el sector petrolero.  Transferencia de productos químicos.  Transferencia de productos para la industria textil.  Limpieza de aceite en circuitos cerrados.  Transferencia de agua en instalaciones de refrigeración.  Vaciado de freidoras industriales.  Lubricación de máquinas herramientas.  Lubricación de equipo ferroviario.  Transferencia de productos alimenticios para cría de colmenas.  Transferencia de agua en instalaciones de refrigeración.  Lubricación de máquinas de obras públicas. Bombas de Tornillo Construcción Para este tipo de bombas pueden seleccionarse los materiales de construcción según los fluidos y sus características de elevación.  Cuerpo de bomba: Hecho en fundición gris, gris de aleación especial, nodular, de acero, de aleación liviana, como también en construcción soldada.  Cojinete externo: Para fluidos corrosivos quedan colocados en la parte exterior de la bomba y se emplean aceros inoxidables.  Recubrimientos específicos: Para el manejo de productos muy especiales.  Núcleo inserto de la bomba: Puede ser de materiales sintéticos por ejemplo. Este subconjunto es recambiable de manera fácil y rápida. Funcionamiento El líquido es transportado por medio de un tornillo helicoidal excéntrico que se mueve dentro de una camisa (estator). El núcleo inserto de la bomba es de fácil recambio. El accionamiento de los tornillos conducidos se realiza hidráulicamente. Bombas de un tornillo (cavidad progresiva) Los componentes primordiales son el rotor y el estator. El rotor es de una hélice externa simple y el estator es de una hélice interior. 1. Conexión para accesorios. 2. Estator. 3. Pernos de construcción sólida. 4. Dos puertos de limpieza.
  10. 10. Tipos de Bombas Hidráulicas Laboratorio Experimental de Sistemas Mecatrónicos 9 5. Brida de la carcasa de succión. 6. Eje sólido del impulsor. 7. Rodamientos de bolas. 8. Brida de descarga. 9. Rotor. 10. Carcaza de succión. 11. Tapones de desagüe. 12. Barra de conexión. 13. Eje impulsor. 14. Sello del eje. Características En la gran variedad de las bombas de tornillo encontramos las siguientes características:  Son un tipo de bomba hidráulica de desplazamiento positivo.  Pueden estar provistas de camisas de calefacción o refrigeración.  Funcionan en todo régimen de revoluciones.  Prácticamente libre de pulsaciones y vibraciones.  Bajísimos niveles sonoros.  Mínima agitación del fluido por su transporte axial en cámaras estancas.  Manejan todo tipo de fluidos: o Lubricantes y no lubricantes. o De viscosidad baja, media o alta. o Agresivos o neutros. Ventajas Una de las ventajas de las bombas de tornillo es que generan un impulso continuo de fluido por medio del desplazamiento permanente de sus cámaras estancas en sentido axial de los tornillos impulsores. Evita por completo daños en los sistemas de tuberías.  Larga vida útil.  Alto rendimiento.  Gradual generación de presión.  Bajísimo nivel sonoro. Aplicaciones Las bombas de tornillo tienen aplicaciones en diversas industrias, en las que destacan:
  11. 11. Tipos de Bombas Hidráulicas Laboratorio Experimental de Sistemas Mecatrónicos 10  Industria de Máquinas Herramienta: Se aplican para la impulsión de medios lubri- refrigerantes (emulsiones y aceites).  Industria de la Construcción de Maquinaria en general: Fluidos hidráulicos, lubricantes, refrigerantes, oleo-hidráulica, regulación, alimentación, elevación, carga y transferencia.  Industria Química y Petroquímica: Aceites, grasas, lacas, pastas, resinas, materiales adhesivos, colas, parafinas, ceras, silicatos, poli-oleicos, isocianatos, asfaltos, bitúmenes, glicerinas y silicatos.  Industria de Pinturas y Lacas: Se aplican para la impulsión de pinturas, lacas, resinas, barnices y aceites de lino.  Industria del Papel y Materiales de Celulosa: Viscosa y pasta celulósica.  Industria de Productos Alimenticios: Glucosa, jarabe, malaza, aceites vegetales, crema, pastas, pastas de chocolate, manteca de cacao y grasas alimenticias.  Técnica de Combustión: Aceites de combustión livianos y pesados. Bombas de Pistón Construcción Una bomba de pistón es una bomba hidráulica que genera el movimiento en el mismo mediante el movimiento de un pistón. Las bombas de pistones son del tipo bombas volumétricas, y se emplean para el movimiento de fluidos a alta presión o fluidos de elevadas viscosidades o densidades. Las bombas de pistón son utilizadas generalmente en la industria por su alto rendimiento y por la facilidad de poder trabajar a presiones superiores 2000 lb/plg2 y tienen una eficiencia volumétrica aproximadamente de 95 a 98%. Clasificación  Bombas de pistón radial: Los pistones se deslizan radialmente dentro del cuerpo de la bomba que gira alrededor de una flecha.  Bombas de pistón axial: Los pistones se mueven dentro y fuera sobre un plano paralelo al eje de la flecha impulsora.  Bombas de pistón de barril angular (Vickers): Las cargas para impulsión de la bomba y las cargas de empuje por la acción del bombeo van soportadas por tres cojinetes de bolas de hilera simple y un cojinete de bolas de hilera doble. Este diseño de bomba ha dado un excelente servicio a la industria aeronáutica.  Bombas de pistón de placa de empuje angular (Denison): Este tipo de bombas incorpora zapatas de pistón que se deslizan sobre la placa de empuje angular o de leva. La falta de lubricación causará desgaste.
  12. 12. Tipos de Bombas Hidráulicas Laboratorio Experimental de Sistemas Mecatrónicos 11 Funcionamiento Estas bombas de pistón funcionan acopladas a un motor neumático alternativo accionado con aire. El movimiento alternativo se repite indefinidamente mientras esté conectado el suministro de aire, independientemente de si la bomba está alimentada con líquido o no. 1. Varilla en posición inferior. 2. Se produce la apertura de la válvula de succión y el llenado de la bomba. Simultáneamente, por el cierre de la válvula de la varilla, es desalojado el producto que se encuentra sobre el sello del émbolo. 3. Varilla en posición superior. 4. Por la acción de la varilla, que se desplaza hacia abajo, se produce la apertura de la válvula del émbolo y el cierre de la válvula de succión, desalojándose producto por la salida en un volumen igual al ocupado por la varilla. 5. Varilla en posición inferior. Características En la gran variedad de las bombas de pistón encontramos las siguientes características: • Bombeo de productos particulados y productos sensibles a esfuerzos de cizalla. • Manejo de frutas y verduras enteras, hojas, rodajas, trozos y dados de fruta. • Diseño higiénico. • Temperatura de trabajo: 120º C o más según el diseño. • Trabajo en vacío. • Puede bombear a muy altas presiones (30 bar máximo) Aplicaciones Las bombas de pistón tienen aplicaciones en diversas industrias, entre las que destacan: • Industria de proteínas
  13. 13. Tipos de Bombas Hidráulicas Laboratorio Experimental de Sistemas Mecatrónicos 12 • Pastelería y dulces • Productos lácteos • Bebidas • Frutas y verduras • Comidas preparadas/pre-cocinadas • Farmacia • Higiene personal • Medio ambiente BIBLIOGRAFÍA  Viedma, A., & Zamora, B. (1997). Teoría de máquinas hidráulicas. Murcia: Servicio de Publicaciones.  González, T., Del Río, G., Tena, J., & Torres, B. (2011). Circuitos de fluidos. Suspensión y Dirección. Madrid: Editex.  Roldán, H. (2002) Prontuario básico de fluidos. Madrid. Ediciones Paraninfo.  http://www.quiminet.com/articulos/usos-y-aplicaciones-de-las-bombas-de-engranajes- 30508.htm (Consultada el 11 de Abril de 2015)  http://www.tallereslucas.cl/site/bomba-de-paletas (Consultada el 11 de Abril de 2015)  http://www.ecured.cu/index.php/Bomba_de_paletas (Consultada el 11 de Abril de 2015)  http://www.quiminet.com/articulos/principio-del-funcionamiento-de-las-bombas-de- paletas-28446.htm (Consultada el 11 de Abril de 2015)  https://temariosformativosprofesionales.files.wordpress.com/2013/09/bombas-de- paletas.pdf (Consultada el 11 de Abril de 2015)  http://www.appmachines.com/pfeiffer-vacuum/bombas-de-paletas-rotatorias (Consultada el 11 de Abril de 2015)  http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_pist%C3%B3n (Consultada el 9 de Abril de 2015)  http://www.quiminet.com/articulos/las-bombas-de-piston-sus-caracteristicas-y- aplicaciones-23519.htm (Consultada el 9 de Abril de 2015)  http://www.quiminet.com/articulos/las-bombas-de-engranajes-tipo-lobulos-30445.htm (Consultada el 12 de abril de 2015)  http://es.slideshare.net/lumro/q-pumps-bombas-rotativas-de-lobulos (Consultada el 12 de abril de 2015)
  14. 14. Tipos de Bombas Hidráulicas Laboratorio Experimental de Sistemas Mecatrónicos 13  http://www.bornemann-ar.com/las-bombas-bornemann-de-tornillo-sin-fin-exc-ntrico- son-de-dise-o-compacto-robusto-y-de-alto-rendimiento/ (Consultada el 13 de abril de 2015)  http://grupocomes.com/bomba-tornillo-helicoidal/ (Consultada el 13 de abril de 2015)  http://www.quiminet.com/articulos/uso-y-aplicaciones-de-las-bombas-de-tornillo-o-de- rosca-26754.htm (Consultada el 13 de abril de 2015)

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