Bomba hidráulica

Fuente de energía mecánica

Flujo de fluido en una bomba de engranajes externos

Una bomba hidráulica es una fuente mecánica de potencia que convierte la potencia 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 una bomba hidráulica funciona, crea un vacío en la entrada de la bomba, que fuerza el líquido desde el depósito hacia la línea de entrada a la bomba y por 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 ajustar el desplazamiento. Las bombas hidrodinámicas son más frecuentes en la vida cotidiana. Las bombas hidrostáticas de varios tipos funcionan todas según el principio de la ley de Pascal .

Bomba de engranajes con dientes externos, tener en cuenta el sentido de giro 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 hidráulica estará entre aproximadamente 1 a 200 mililitros. Tienen la eficiencia volumétrica más baja ( ) de los tres tipos básicos de bombas (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 para 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 altamente 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, lo que reduce la ondulación de presión y los problemas perjudiciales relacionados. Otro atributo positivo de la bomba de engranajes es que la avería catastrófica es mucho menos común 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 bujes principales, lo que reduce la eficiencia volumétrica de la bomba gradualmente hasta que queda prácticamente inutilizable. Esto suele ocurrir mucho antes del desgaste y hace que la unidad se atasque o se rompa. Las bombas de engranajes hidráulicas se utilizan en diversas aplicaciones donde existen diferentes requisitos, como elevación, descenso, apertura, cierre o rotación, y se espera que sean seguras y duraderas. ^[2] ${\displaystyle \eta _{v}\approx 90\%}$

Un gerotor (la imagen no muestra la admisión ni el escape)

Bombas de paletas rotativas

Bomba de paletas de desplazamiento fijo

Una bomba de paletas rotativas 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 la 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 "labios" 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 metal con metal. Para forzar la paleta a salir del centro giratorio y hacia la carcasa de la bomba se utilizan paletas accionadas 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 (de desplazamiento fijo) consisten en dos tornillos de Arquímedes que se entrelazan y se encuentran encerrados dentro de la misma cámara. Estas bombas se utilizan para caudales elevados a una presión relativamente baja (máximo 100 bares (10.000 kPa)). ^{[ aclaración necesaria ]} Se utilizaban a bordo de los barcos donde un sistema hidráulico de presión constante se extendía por todo el barco, especialmente para controlar las válvulas de bola ^{[ aclaración necesaria ]} pero también para ayudar a accionar el mecanismo de gobierno 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 temporizado
5. Multirotor sin sincronización.

Bombas de eje inclinado

Las bombas de eje inclinado, bombas de pistones axiales y motores que utilizan el principio de eje inclinado, con desplazamiento fijo o ajustable, existen en dos diseños básicos diferentes. El principio Thoma (ingeniero Hans Thoma, Alemania, patente de 1935) con un ángulo máximo de 25 grados y el principio Wahlmark (Gunnar Axel Wahlmark, patente de 1960) con pistones esféricos de una sola pieza con el vástago del pistón, los segmentos del pistón y un máximo de 40 grados entre la línea central del eje de transmisión y los pistones (Volvo Hydraulics Co.). Estas son las bombas con mejor eficiencia de todas. Aunque en general, los desplazamientos más grandes 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 con cuidado el flujo de aceite. Estas bombas pueden trabajar en general con una presión de trabajo de hasta 350–420 bares en funcionamiento continuo.

Bombas de pistones axiales en línea

Bomba de pistones axiales, principio de plato oscilante

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 en función de los requisitos de carga, los ajustes de corte de presión máxima, el control de potencia/relación e incluso los sistemas totalmente electroproporcionales, que no requieren otra entrada que señales eléctricas. Esto las convierte en bombas de flujo constante que potencialmente pueden ahorrar una gran cantidad de energía en comparación con otras bombas de flujo constante en sistemas donde la velocidad de rotación del motor principal/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 un tipo de bomba hidráulica. Los pistones de trabajo se extienden en dirección radial de forma simétrica alrededor del eje de transmisión, a diferencia de la bomba de pistones axiales.

Fórmulas de cálculo para bombas hidráulicas

Fluir

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

dónde

• ${\displaystyle \scriptstyle Q}$, caudal (m3 ^/ s)
• ${\displaystyle \scriptstyle n}$, frecuencia de carrera (Hz)
• ${\displaystyle \scriptstyle V_{\text{stroke}}}$, volumen sistólico ( ^m3 )
• ${\displaystyle \scriptstyle \eta _{\text{vol}}}$, 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 ( ^m3 )
• ${\displaystyle \scriptstyle \Delta p}$, 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 accionar
• ${\displaystyle \scriptstyle T_{\text{actual}}}$, 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
• ${\displaystyle \scriptstyle Q_{theoretical}}$, caudal teórico de salida
• ${\displaystyle \scriptstyle Q_{actual}}$, salida de caudal real

Referencias

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

Enlaces externos

• Descripción de la bomba de engranajes externa
• Descripción de la bomba de engranajes internos