Título: Bombas
hidráulicas de desplazamiento positivo.
Objetivo: Que el
lector adquiera los conocimientos necesarios acerca de bombas hidráulicas
de desplazamiento positivo;
funcionamiento, clasificación, características técnicas etc.
Temario.
1. Introducción.
1.1 Bombas Hidráulicas de desplazamiento positivo.
2. Clasificación.
3. Bombas de engranes.
3.1. Tipos de bombas.
3.2. Descripción del funcionamiento.
3.3. Características técnicas.
3.2. Descripción del funcionamiento.
3.3. Características técnicas.
4. Bombas de paletas.
4.1. Tipos de bombas.
4.2. Descripción del funcionamiento.
4.3. Características técnicas.
4.2. Descripción del funcionamiento.
4.3. Características técnicas.
5. Bombas de pistones.
5.1. Tipos de bombas.
5.2. Descripción del funcionamiento.
5.3. Características técnicas.
5.2. Descripción del funcionamiento.
5.3. Características técnicas.
6. Resumen.
7. Cuestionario.
8. Bibliografía.
1.Introducción
Las bombas son máquinas hidráulicas, utilizadas para
impulsar toda clase de fluidos en estado líquido, con ausencia o presencia de
sólidos en suspensión o disolución.
Operan bajo el principio de funcionamiento de las máquinas
generadoras; por tanto, las bombas son máquinas diseñadas para absorber energía
mecánica y sustituirla a un fluido de trabajo en forma de energía hidráulica.
Las bombas hidráulicas se clasifican de la siguiente manera:
1.1 Bombas de desplazamiento
positivo o volumétrico.
Son las que desplazan líquido, mediante la creación de un
desequilibrio de presiones dentro de un entorno cerrado. Este desequilibrio
hace que el líquido se mueva de un lugar a otro en un intento de equilibrar la
presión. “El movimiento del desplazamiento positivo” consiste en el movimiento
de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara.
En las bombas volumétricas, el intercambio de energía del
fluido se hace siempre en forma de presión, fundamentado en la hidrostática, de
modo que el aumento de presión se realiza por el empuje de las paredes de las
cámaras que varían su volumen.
2. Clasificación.
Las bombas de desplazamiento positivo se clasifican de
acuerdo a su accionamiento en: *Reciprocantes o alternativas.
· *Rotativas.
En las primeras un órgano impulsor (un pistón o un
diafragma) tiene un movimiento
alternativo provocado mecánicamente. En las segundas hay una
o más piezas con movimiento rotatorio (“rotor”) que toma el líquido de un
recipiente a baja presión y lo trasvasa a otro a mayor presión
Como criterio general, suelen ser usadas para aplicaciones
que requieran bajos caudales y altas o muy altas presiones. A diferencia de las
máquinas centrífugas, pueden trabajar satisfactoriamente con bajas velocidades
y en la mayoría de los casos son relativamente insensibles al efecto de la
viscosidad del fluido.
Al ser el caudal independiente de la presión de descarga, en
su instalación se deberá prever siempre la posibilidad de alivio de presiones
excesivas.
3. Bombas de engranajes.
Una bomba de engranajes es un tipo de bomba
hidráulica que consta de dos engranajes encerrados en un alojamiento
muy ceñido.
Producen caudal al transportar el fluido entre los dientes
de dos engranajes acoplados. Uno de ellos es accionado por el eje de la bomba
(motriz), y éste hace girar al otro (libre).
Partes de una bomba de engranajes
3.1. Tipos de bombas.
- · Bomba de engranajes exteriores
Estas bombas pueden crear presiones entre 100 y 150
atmósferas. Para obtener presiones más elevadas, se utilizan a veces bombas de
engranajes de etapas múltiples, es decir, se hace un montaje de varias bombas
de engranajes acopladas en serie, así se genera una presión igual a la suma de
las alturas manométricas correspondientes a las diversas etapas.
Para garantizar el llenado, el suministro de cada etapa
anterior debe ser mayor que el caudal impulsado por la siguiente.(figura 10)
- · Bomba de engranajes interiores
Estas bombas se emplean en grupos que no necesitan de altas
presiones.
En las bombas de engranajes interiores, el rotor es una corona, mientras que el
piñón es la parte que se desplaza. Esto asegura el cierre de las cámaras de
trabajo, es decir los espacios entre los dientes de ambos engranajes.
Por cada vuelta del engranaje conductor se suministra un volumen de líquido
igual al correspondiente a dos veces el número de dientes de dicho engranaje.
tipos de bombas de engranajes,(figura 11)
Liga tipo de bombas hidráulicas de engranajes.
3.2. Descripción del funcionamiento.
Este tipo de bomba produce caudal al transportar el fluido
entre los dientes de dos engranajes acoplados. Uno de ellos es accionado por el
eje de la bomba (motriz), y este hace girar al otro (libre).
La bomba de engranajes funciona por el principio de desplazamiento; un piñón es
impulsado y hace girar al otro en sentido contrario. En la bomba, la cámara de
admisión, por la separación de los dientes, en la relación se liberan los
huecos de dientes.
Esta depresión provoca la aspiración del líquido desde el depósito.
Los dientes llenados transportan el líquido a lo largo de la pared de la
carcasa hacia la cámara de impulsión.
En la cámara los piñones que engranan transportan el líquido fuera de los
dientes e impiden el retorno del líquido.
Por lo tanto el líquido de la cámara tiene que salir hacia el receptor, el
volumen del líquido suministrado por revolución se designa como volumen
suministrado (cm³/Rev.).
La bomba de engranajes tiene dos ruedas dentadas iguales,
estas se ajustan al cuerpo de la bomba o estator. El rotor es la rueda
conductora y el elemento desplazante es la rueda conducida.
Entre los puntos de funcionamiento se destacan los
siguientes:
La bomba nunca girará en seco.
Se accionan por un motor eléctrico y giran a elevada
velocidad.
En la cavidad de aspiración, el líquido llena los
espacios entre los dientes de ambas ruedas dentadas, después estos volúmenes se
aíslan y desplazan por unos arcos de circunferencia a la parte de descarga de
la bomba.
El volumen útil de una cámara de trabajo debe
considerarse es el correspondiente al del diente y no al del hueco.
Vídeo funcionamiento de una bomba de engranajes
3.3. Características técnicas.
Las bombas de engranajes son bombas robustas de
caudal fijo, con presiones de operación hasta 250 bar (3600 psi) y velocidades
de hasta 6000 rpm. Con caudales de hasta 250 cm/Rev. combinan una alta
confiabilidad y tecnología de sellado especial con una alta eficacia. Son
adecuadas para líquidos de alta viscosidad, y permiten lograr muy altas
presiones. Su ventaja radica en su simplicidad de montaje y mantenimiento,
además de su reducido costo.
4. Bombas de paletas.
Estas bombas se caracterizan por tener un rotor con paletas planas deslizantes radialmente en él. Dicho rotor gira excéntrico dentro de una carcasa circular. Una porción de fluido atrapada en la zona de entrada entre dos paletas consecutivas y las tapas laterales es conducida hacia la boca de descarga de la bomba, que suele ser
colineal con la boca de entrada.
Partes de una bomba de paletas
4.1. Tipos de bombas.
Debido a la gran variedad de bombas de paletas, estás pueden
clasificarse como:
- · Bombas de paletas no compensadas.
El alojamiento es circular y dispone de una abertura de
aspiración y otra de expulsión. Las cámaras opuestas generan cargas laterales
sobre el eje motriz. El caudal puede ser fijo o variable y la presión inferior
a 175 bar.
- · Bombas de paletas compensadas
Sólo existen para caudales fijos. Su anillo elíptico permite
utilizar dos conjuntos de aberturas de aspiración y de expulsión. Cuentan con
dos cámaras separadas por 180 grados que equilibran las fuerzas laterales.
- · Bombas de paletas fijas
No se utilizan en sistemas hidráulicos por su pequeña
cilindrada y por ser ruidosas. Tienen el rotor elíptico, anillo circular y
paletas fijas internamente.
- · Bombas de paletas flexibles
Las paletas flexibles están montadas sobre un rotor de elastómero
y dentro de una caja cilíndrica. En esta caja va un bloque en media luna
que procura un paso excéntrico para el barrido de las paletas flexibles de
rotor. Su bombeo maneja productos livianos, viscosos, sensibles al
esfuerzo de corte y con partículas.
- · Bombas de paletas desequilibradas o de eje excéntrico
Un rotor con ranuras es girado
por la flecha impulsora. Las paletas planas rectangulares se mueven por la
fuerza centrífuga dentro de las ranuras del rotor y siguen a la forma de la
carcasa de la bomba. El rotor está colocado excéntrico con respecto al eje de
la bomba. El deslizamiento de contacto entre las superficies de paletas y
carcasa generan desgaste.
- · Bombas de paletas deslizantes
La mayoría de las bombas de paletas deslizantes son de una
cámara. Estas máquinas son de gran velocidad, de capacidades pequeñas o
moderadas y sirven para fluidos poco viscosos.
Según la forma de la caja hay también bombas de paletas
deslizantes de doble o triple cámara.
- · Bombas pesadas de paleta deslizante
Se trata de una bomba esencialmente lenta, para líquidos muy
viscosos. Tiene una sola paleta que abarca todo el diámetro.
- · Bombas de paletas oscilantes
Las paletas se articulan en el rotor. Es otro de los tipos
pesados de bomba de paleta.
Bombas de paletas rodantes
Tienen ranuras en el rotor de poca profundidad, para alojar
rodillos de elastómero en lugar de paletas.
- · Bombas de leva y paleta
Tienen una sola paleta deslizante en una ranura mecanizada
en la caja cilíndrica y que, al mismo tiempo, encaja en otra ranura de un
anillo que desliza sobre un rotor accionado y montado excéntrica mente. El
rotor y los anillos ejercen el efecto de una leva que genera el movimiento de
la paleta deslizante. Se emplea principalmente como bomba de vacío.
- · Bombas de paletas equilibradas de 1000 lb/plg² de presión (Vickers)
Son bombas de paletas equilibradas y la carga hidráulica
queda completamente dentro de la unidad de carcasa de la bomba. Están
compuestas por dos bujes, un rotor, varias paletas, un anillo de leva y una
espiga de localización. Estas bombas pueden girar en ambos sentidos según
su necesidad.
Al sustituir el anillo de levas con uno más grande o uno más
pequeño, se pueden tener diversos volúmenes de rendimiento o salida de la
bomba, pero en ciertas conversiones, el rotor, las paletas y el cabezal también
deben cambiarse para acomodar el nuevo anillo. Estas bombas tienen una gran
aceptación en las industrias.
4.2. Descripción del funcionamiento.
Este tipo de bomba se compone de un rotor, paletas
deslizantes y una carcasa. Al girar el rotor, las paletas se desplazan
radial mente producto la fuerza centrífuga y, haciendo contacto con la
carcasa, forman cámaras selladas.
Dado que el rotor tiene su eje descentrado con respecto a la carcasa, se
originan cámaras que van aumentando su volumen, provocando la succión en la
entrada, y posteriormente reduciéndolo, provocando la descarga en la salida.
Si la placa se deja sin inclinación el caudal de la bomba es nulo.
Vídeo funcionamiento de una bomba de paletas.
3. Características
técnicas.
En la gran variedad de bombas de paletas encontramos las
siguientes características:
Las bombas de paletas son usadas en instalaciones con una
presión máxima de 200 bar.
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.
Las paletas son la parte delicada en este tipo de bombas.
5. Bombas de
pistones.
Las Bombas de Pistones son unidades que usan el
principio de las bombas oscilantes para producir caudal. Se trata de pistones
(similares a los de las bombas alternativas) en los que el movimiento de vaivén
se consigue mecánicamente a partir de un movimiento rotativo del eje.
Estas bombas disponen de varios conjuntos pistón-cilindro de
forma que mientras unos pistones están aspirando líquido, otros lo están
impulsando, consiguiendo así un flujo menos pulsante, siendo más continuo
cuantos más pistones haya en la bomba.
Al igual que las bombas oscilantes, el líquido pasa al
interior del cilindro en su carrera de expansión y posteriormente es expulsado
en su carrera de compresión, produciendo así el caudal.
Partes de una bomba de pistones
- Bomba de simple efecto.
Se llama bomba de “simple efecto” aquella en que por cada
revolución del cigüeñal hay una sola carrera útil, con uno sólo de los extremos
del pistón en contacto con el fluido.
- Bomba de doble efecto
En una bomba de “doble efecto”, por cada revolución del
órgano accionador se tienen dos carreras útiles. Ello se suele lograr con dos
lados del pistón en contacto con el
fluido La presencia del vástago disminuye el volumen
bombeado en uno de los efectos y requiere un sistema de cierre, por
empaquetadura o retén o sello adecuado. Otra manera de aumentar el volumen
bombeado por revolución consiste en utilizar pistones trabajando en paralelo,
accionadas por un solo motor con un solo cigüeñal.
5.1. Tipos de bombas.
Debido a la gran variedad de las bombas de pistón, estas
pueden clasificarse como:
- · 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.
- · Las bombas neumáticas de pistón
Las bombas neumáticas de pistón están compuestas de un motor
de aire y de una estructura definida “grupo de bombeo”. Las partes
fundamentales del motor neumático son el pistón y el dispositivo de válvulas.
Este permite la inversión automática del movimiento del pistón. El caudal
de una bomba de pistón depende de la cantidad de material que suministra en
cada ciclo.
5.2. Descripción del
funcionamiento.
Principio del funcionamiento de las bombas neumáticas de
pistón
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.
Varilla en posición inferior.
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.
Varilla en posición superior.
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.
Vídeo de funcionamiento de una bomba de pistones
5.3. Características técnicas.
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.
Cada movimiento del pistón desaloja, en cada
movimiento un mismo volumen de fluido, que equivale al volumen ocupado por el
pistón durante la carrera del mismo.
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%.
Principales características de las bombas de pistón
En la gran variedad de las bombas de pistón encontramos las
siguientes características:
Bombeo de productos articulados 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.
Cálculos en bombas hidráulicas
1 Potencia a la salida de la bomba:
donde:
Nb: potencia entregada por la bomba, kW,
P: presión de trabajo de la bomba, bar.
Qr: caudal a real de entrega de la bomba, l/min.
2. Eficiencia volumétrica de la bomba:
donde:
hq: eficiencia volumétrica de la bomba, %.
q: desplazamiento de la bomba, cm³/rev
n: frecuencia de rotación, min-1
3. Eficiencia total:
donde:
ht : eficiencia total de la bomba
Nmec: potencia que se le entrega a la bomba, kW.
6. Resumen.
Las bombas son máquinas hidráulicas, utilizadas para
impulsar toda clase de fluidos en estado líquido, con ausencia o presencia de
sólidos en suspensión o dilución. Es por eso que podemos denominarlas maquinas
generadoras. Los productos que manipulan las bombas en la industria varían en viscosidad,
desde líquidos puros a los que tienen gran proporción de sólidos. Dada la
extensa variedad de características de estos medios. La industria emplea casi
todos los tipos de bombas, con ciertas preferencias en aplicaciones concretas.
En este caso el enfoque es en relación a las bombas hidráulicas
de desplazamiento positivo, cuyo principio de funcionamiento se basa en la
creación de un desequilibrio de presiones dentro de un entorno cerrado. Este
desequilibrio hace que el líquido se mueva de un lugar a otro en un intento de
equilibrar la presión. “El movimiento del desplazamiento positivo” consiste en
el movimiento de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara.
A su vez existe una clasificación dentro de las bombas de
desplazamiento positivo dependiendo del tipo de accionamiento.
Es importante conocer las características técnicas de cada
una de las bombas anteriormente mencionadas, pues de ello depende su
funcionamiento y durabilidad.
Es por eso que resulta conveniente conocer las bases teóricas
del funcionamiento de este tipo de máquinas.
7. Cuestionario.
8. Bibliografía.
http://www.sabelotodo.org/aparatos/bombasimpulsion.html
http://www.olagorta.com/bombas_de_engranes.htm
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