Bomba hidráulica

Fuente de energía mecánica

Flujo de fluido en una bomba de engranajes externa

Una bomba hidráulica es una fuente mecánica de energía que convierte la energía mecánica en energía hidráulica (energía hidrostática, es decir, flujo, presión). Las bombas hidráulicas se utilizan en sistemas de accionamiento hidráulico y pueden ser hidrostáticas o hidrodinámicas. Generan flujo con suficiente potencia para superar la presión inducida por una carga en la salida de la bomba. Cuando funciona una bomba hidráulica, crea un vacío en la entrada de la bomba, lo que fuerza el líquido desde el depósito hacia la línea de entrada a la bomba y, mediante acción mecánica, entrega este líquido a la salida de la bomba y lo fuerza hacia el sistema hidráulico. Las bombas hidrostáticas son bombas de desplazamiento positivo, mientras que las bombas hidrodinámicas pueden ser bombas de desplazamiento fijo, en las que el desplazamiento (flujo a través de la bomba por rotación de la bomba) no se puede ajustar, o bombas de desplazamiento variable , que tienen una construcción más complicada que permite que el desplazamiento ser ajustado. Las bombas hidrodinámicas son más frecuentes en el día a día. Todas las bombas hidrostáticas de varios tipos funcionan según el principio de la ley de Pascal .

Bomba de engranajes con dientes externos, tenga en cuenta el sentido de rotación de los engranajes.

Tipos de bomba hidráulica

Bombas de engranajes

Bomba de engranajes con dientes internos

Las bombas de engranajes (con dientes externos) (desplazamiento fijo) son bombas sencillas y económicas. El volumen barrido o desplazamiento de las bombas de engranajes para sistemas hidráulicos estará entre aproximadamente 1 y 200 mililitros. Tienen la eficiencia volumétrica más baja ( ) de los tres tipos de bombas básicas (bombas de engranajes, de paletas y de pistón) ^[1] Estas bombas crean presión a través del engrane de los dientes de los engranajes, lo que fuerza al fluido alrededor de los engranajes a presurizar el lado de salida. Algunas bombas de engranajes pueden ser bastante ruidosas en comparación con otros tipos, pero las bombas de engranajes modernas son muy confiables y mucho más silenciosas que los modelos más antiguos. Esto se debe en parte a los diseños que incorporan engranajes divididos, dientes de engranajes helicoidales y perfiles de dientes de mayor precisión/calidad que engranan y desengranan más suavemente, reduciendo la ondulación de la presión y los problemas perjudiciales relacionados. Otro atributo positivo de la bomba de engranajes es que las averías catastróficas son mucho menos comunes que en la mayoría de los otros tipos de bombas hidráulicas. Esto se debe a que los engranajes desgastan gradualmente la carcasa y/o los casquillos principales, reduciendo gradualmente la eficiencia volumétrica de la bomba hasta que es casi inútil. Esto suele ocurrir mucho antes del desgaste y hace que la unidad se atasque o se averíe. Las bombas hidráulicas de engranajes se utilizan en diversas aplicaciones donde existen diferentes requisitos, como levantar, bajar, abrir, cerrar o girar, y se espera que sean seguras y duraderas. ^[2] ${\displaystyle \eta _{v}\approx 90\%}$

Un gerotor (la imagen no muestra admisión ni escape)

Bombas rotativas de paletas

Bomba de paletas de desplazamiento fijo

Una bomba de paletas rotativa es una bomba de desplazamiento positivo que consta de paletas montadas en un rotor que gira dentro de una cavidad. En algunos casos, estas paletas pueden tener una longitud variable y/o estar tensadas para mantener el contacto con las paredes a medida que gira la bomba. Un elemento crítico en el diseño de una bomba de paletas es cómo se empujan las paletas para que entren en contacto con la carcasa de la bomba y cómo se mecanizan las puntas de las paletas en este mismo punto. Se utilizan varios tipos de diseños de "labio" y el objetivo principal es proporcionar un sello hermético entre el interior de la carcasa y la paleta y, al mismo tiempo, minimizar el desgaste y el contacto de metal con metal. Forzar la salida de la paleta del centro giratorio hacia la carcasa de la bomba se logra mediante paletas cargadas por resorte o, más tradicionalmente, paletas cargadas hidrodinámicamente (a través del fluido del sistema presurizado). ^[3]

Bombas de tornillo

Principio de la bomba de tornillo (Saugseite = entrada, Druckseite = salida)

Las bombas de tornillo (desplazamiento fijo) constan de dos tornillos de Arquímedes que se entrelazan y están encerrados dentro de la misma cámara. Estas bombas se utilizan para caudales elevados a presión relativamente baja (máximo 100 bares (10.000 kPa)). ^{[ se necesita aclaración ]} Se usaban a bordo de barcos donde un sistema hidráulico de presión constante se extendía por todo el barco, especialmente para controlar las válvulas de bola ^{[ se necesita aclaración ]} pero también para ayudar a impulsar el mecanismo de dirección y otros sistemas. La ventaja de las bombas de tornillo es el bajo nivel sonoro de estas bombas; sin embargo, la eficiencia no es alta.

El principal problema de las bombas de tornillo es que la fuerza de reacción hidráulica se transmite en una dirección axialmente opuesta a la dirección del flujo.

Hay dos formas de superar este problema:

1. coloque un cojinete de empuje debajo de cada rotor;
2. crear un equilibrio hidráulico dirigiendo una fuerza hidráulica a un pistón debajo del rotor.

Tipos de bombas de tornillo:

1. extremo único
2. doble extremo
3. rotor único
4. multirotor cronometrado
5. multirotor sin cronometraje.

Bombas de eje inclinado

Las bombas de eje inclinado, las bombas de pistones axiales y los motores que utilizan el principio de eje inclinado, con desplazamiento fijo o ajustable, existen en dos diseños básicos diferentes. El principio de Thoma (ingeniero Hans Thoma, Alemania, patente de 1935) con un ángulo máximo de 25 grados y el principio de Wahlmark (Gunnar Axel Wahlmark, patente de 1960) con pistones de forma esférica en una sola pieza con el vástago, los aros y el máximo 40 grados entre la línea central del eje de transmisión y los pistones (Volvo Hydraulics Co.). Estas tienen la mejor eficiencia de todas las bombas. Aunque en general los mayores cilindradas son de aproximadamente un litro por revolución, si es necesario se puede construir una bomba de volumen barrido de dos litros. A menudo se utilizan bombas de desplazamiento variable para poder ajustar cuidadosamente el flujo de aceite. Estas bombas pueden trabajar en general con una presión de trabajo de hasta 350-420 bares en trabajo continuo.

Bombas de pistones axiales en línea

Bomba de pistones axiales, principio de plato cíclico

Al utilizar diferentes técnicas de compensación, el tipo de desplazamiento variable de estas bombas puede alterar continuamente la descarga de fluido por revolución y la presión del sistema según los requisitos de carga, ajustes de corte de presión máxima, control de relación/potencia e incluso sistemas totalmente electroproporcionales, que no requieren otras entrada que las señales eléctricas. Esto las convierte en potencialmente un gran ahorro de energía en comparación con otras bombas de flujo constante en sistemas donde la velocidad de rotación del motor primario/diésel/eléctrico es constante y el flujo de fluido requerido no es constante. ^[4]

Bombas de pistones radiales

Bomba de pistones radiales

Una bomba de pistones radiales es una forma de bomba hidráulica. A diferencia de lo que ocurre en las bombas de pistones axiales, los pistones de trabajo discurren simétricamente en dirección radial alrededor del eje de accionamiento.

Bombas hidráulicas, fórmulas de cálculo.

Fluir

${\displaystyle Q=n\cdot V_{\text{stroke}}\cdot \eta _{\text{vol}}}$

dónde

• ${\displaystyle \scriptstyle Q}$, caudal (m ³ /s)
• ${\displaystyle \scriptstyle n}$, frecuencia de carrera (Hz)
• ${\displaystyle \scriptstyle V_{\text{stroke}}}$, volumen sistólico (m ³ )
• ${\displaystyle \scriptstyle \eta _{\text{vol}}}$, eficiencia volumétrica

Fuerza

${\displaystyle P={n\cdot V_{\text{stroke}}\cdot \Delta p \over \eta _{\text{mech}}}}$

dónde

• ${\displaystyle \scriptstyle P}$, potencia (W)
• ${\displaystyle \scriptstyle n}$, frecuencia de carrera (Hz)
• ${\displaystyle \scriptstyle V_{\text{stroke}}}$, volumen sistólico (m ³ )
• ${\displaystyle \scriptstyle \Delta p}$, diferencia de presión sobre la bomba (Pa)
• ${\displaystyle \scriptstyle \eta _{\text{mech,hydr}}}$, eficiencia mecánica/hidráulica

Eficiencia mecánica

${\displaystyle n_{\text{mech}}={T_{\text{theoretical}} \over T_{\text{actual}}}\cdot 100\%}$

dónde

• ${\displaystyle \scriptstyle n_{\text{mech}}}$, porcentaje de eficiencia de la bomba mecánica
• ${\displaystyle \scriptstyle T_{\text{theoretical}}}$, par teórico para conducir
• ${\displaystyle \scriptstyle T_{\text{actual}}}$, par real para conducir

Eficiencia hidráulica

${\displaystyle n_{hydr}={Q_{actual} \over Q_{theoretical}}\cdot 100\%}$

dónde

• ${\displaystyle \scriptstyle n_{hydr}}$, eficiencia de la bomba hidráulica
• ${\displaystyle \scriptstyle Q_{theoretical}}$, salida de caudal teórico
• ${\displaystyle \scriptstyle Q_{actual}}$, salida de caudal real

Referencias

1. Parr, Andrés (2011). "Hidráulica y Neumática una guía para técnicos e ingenieros", pág. 38. Elsevier.
2. "Cuatro características de diseño que determinan la selección de la bomba hidráulica de engranajes". www.blueascend.com . Consultado el 21 de julio de 2023 .
3. "Bombas hidráulicas | Piezas hidráulicas EE. UU.". hidráulicapartsusa.com . Consultado el 31 de mayo de 2024 .
4. "VÁLVULAS DE CONTROL DE MOTORES DE RUEDA DE BOMBAS HIDRÁULICAS AMPHIMAX". www.bluebird-electric.net . Consultado el 31 de mayo de 2024 .

enlaces externos

• Descripción de la bomba de engranajes externos
• Descripción de la bomba de engranajes internos