Las bombas hidráulicas se utilizan en sistemas de accionamiento hidráulico y pueden ser hidrostáticas o hidrodinámicas. Una bomba hidráulica es una fuente de energía mecánica que convierte la energía mecánica en energía hidráulica ( energía hidrostática, es decir, flujo, presión). Genera flujo con suficiente potencia para superar la presión inducida por la 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 del depósito a la línea de entrada a la bomba y, por acción mecánica, lleva este líquido a la salida de la bomba y lo fuerza al sistema hidráulico. Las bombas hidrostáticas son bombas de desplazamiento positivo.mientras que las hidrodinámicas pueden ser bombas de desplazamiento fijo, en las que no se puede ajustar el desplazamiento (caudal a través de la bomba por rotación de la bomba), 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 diaria. Las bombas hidrostáticas de varios tipos funcionan todas según el principio de la ley de Pascal .
Tipos de bombas hidráulicas
Bombas de engranajes
Las bombas de engranajes (con dientes externos) (desplazamiento fijo) son bombas sencillas y económicas. El volumen barrido o el desplazamiento de las bombas de engranajes para sistemas hidráulicos estará entre aproximadamente 1 y 200 mililitros. Tienen la menor eficiencia volumétrica () de los tres tipos de bombas básicas (bombas de engranajes, de paletas y de pistón) [1] Estas bombas crean presión a través del engranaje de los dientes del engranaje, 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 partidos, dientes de engranajes helicoidales y perfiles de dientes de mayor precisión / calidad que engranan y desenredan más suavemente, reduciendo la ondulación de la 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 casquillos principales, reduciendo gradualmente la eficiencia volumétrica de la bomba hasta que es prácticamente inútil. Esto suele suceder mucho antes del desgaste y hace que la unidad se atasque o se averíe.
Bombas de paletas rotativas
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 tensionadas para mantener el contacto con las paredes mientras la bomba gira Un elemento crítico en el diseño de la bomba de paletas es cómo las paletas entran en contacto con la carcasa de la bomba y cómo se colocan las puntas de las paletas. mecanizado 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 paleta fuera del centro de rotación y hacia la carcasa de la bomba se logra utilizando paletas cargadas por resorte, o más tradicionalmente, paletas cargadas hidrodinámicamente (a través del fluido del sistema presurizado).
Bombas de tornillo
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 altos a una presión relativamente baja (máx. 100 bares (10.000 kPa)). [Se necesita aclaración ] Fueron utilizados a bordo de 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 impulsar 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:
- coloque un cojinete de empuje debajo de cada rotor;
- Cree un equilibrio hidráulico dirigiendo una fuerza hidráulica a un pistón debajo del rotor.
Tipos de bombas de tornillo:
- un solo extremo
- doble final
- un solo rotor
- multirrotor temporizado
- multi rotor sin tiempo.
Bombas de eje inclinado
Las bombas de eje inclinado, las bombas de pistones axiales y los motores que utilizan el principio de eje inclinado, desplazamiento fijo o ajustable, existen en dos diseños básicos diferentes. El principio de Thoma (ingeniero Hans Thoma, Alemania, patente 1935) con un ángulo máximo de 25 grados y el principio de Wahlmark (Gunnar Axel Wahlmark, patente 1960) con pistones de forma esférica en una sola pieza con el vástago del pistón, aros de pistón y máximo 40 grados entre la línea central del eje de transmisión y los pistones (Volvo Hydraulics Co.). Éstos tienen la mejor eficiencia de todas las bombas. Aunque en general los mayores desplazamientos 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 caudal variable, por lo que el flujo de aceite se puede ajustar con cuidado. En general, estas bombas pueden trabajar con una presión de trabajo de hasta 350–420 bares en funcionamiento continuo.
Bombas de pistones axiales en línea
Mediante el uso de 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 sistemas totalmente electroproporcionales, que no requieren ninguna otra entrada. que las señales eléctricas. Esto los hace potencialmente un gran ahorro de energía en comparación con otras bombas de flujo constante en sistemas donde la velocidad de rotación del motor primario / diesel / motor eléctrico es constante y el flujo de fluido requerido no es constante.
Bombas de pistones radiales
Una bomba de pistones radiales es una forma de bomba hidráulica. Los pistones de trabajo se extienden en una dirección radial simétricamente alrededor del eje de transmisión, en contraste con la bomba de pistones axiales.
Bombas hidráulicas, fórmulas de cálculo
Flujo
dónde
- , caudal (m 3 / s)
- , frecuencia de carrera (Hz)
- , volumen acariciado (m 3 )
- , eficiencia volumétrica
Energía
dónde
- , potencia (W)
- , frecuencia de carrera (Hz)
- , volumen acariciado (m 3 )
- , diferencia de presión sobre la bomba (Pa)
- , eficiencia mecánica / hidráulica
Eficiencia mecánica
dónde
- , porcentaje de eficiencia de la bomba mecánica
- , par teórico para conducir
- , par real para conducir
Eficiencia hidraulica
dónde
- , eficiencia de la bomba hidráulica
- , caudal teórico de salida
- , caudal de salida real
Referencias
- ^ Parr, Andrew (2011). "Hidráulica y Neumática una guía para técnicos e ingenieros", pág. 38. Elsevier.