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maquinas hidraulicas trabajo de unefa
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I N D I C E G E N E R A L
ÍNDICE DE IMÁGENES 3INTRODUCCION 41 GENERALIDADES DE LA HIDRAULICA 5
1.1 HIDRAULICA 51.2 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 51.3 MAQUINAS DE FLUIDOS 81.4 MAQUINAS TERMICAS 91.4.1 EFICIENCIA DE LAS MAQUINAS TERMICAS 91.4.2 USO MAS COMUN 111.5 MAQUINAS HIDRAULICAS 121.5.1 CLASIFICACION 131.5.2 APLICACIÓN 141.5.3 USOS 151.6 PRINCIPIOS DEL DESPLAZAMIENTO POSITIVO 15
2 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO 162.1 CLASIFICACION 18
3 BOMBA DE EMBOLO 193.1 CAUDAL 193.2 CAUDAL TEORICO 193.3 CAUDAL REAL 204 BOMBAS DE PALETAS DESLIZANTES 22
4.1 TIPOS DE BOMBAS DE PALETA 224.2 FUNCIONAMIENTO 264.3 CARACTERISTICAS 284.4 CAUDAL DE LAS BOMBAS DE PALETAS 284.5 CAUDAL REAL 294.6 APLICACIÓN DE LAS BOMBAS DE PALETAS 295 BOMBAS DE ENGRANAJES 30
5.1 TIPOS DE BOMBAS DE ENGRANAJES 305.2 FUNCIONAMIENTO 315.3 CAUDAL DE LAS BOMBAS DE ENGRANAJES 325.4 RENDIMIENO DE LAS BOMBAS DE ENGRANAJES 33
CONCLUSION 35BIBLIOGRAFIA 36
INDICE DE FIGURAS
Figura N °1: Funcionamiento de una maquina térmica 12Figura N°2: tipos de máquinas de desplazamiento positivo 18Figura N°3: esquema de una bomba de embolo. 21Figura N°4: Bombas de paletas no compensadas 22Figura N°5: Bombas de paletas compensadas 23Figura N°6: Bombas de paletas fijas 23Figura N°7: Bombas de paletas flexibles. 24Figura N°8: Bombas de paletas desequilibradas o de eje excéntrico
24
Figura N°9: Bombas de paletas deslizantes 25Figura N°10: Descripción de una bomba de paletas deslizantes. 27Figura N°11: Tipos de bombas de engranajes 31
3
INTRODUCCIÓN
Desde la antigüedad el hombre se enfrentó a dos problemas importantes
con respecto a los fluidos: desplazar el fluido, agua u otro líquido, desde un
local a otro con la utilización de sistemas mecánicos utilizar la energía
latente del flujo del fluido, agua u otro líquido, para accionar dispositivos
mecánicos.
El más antiguo dispositivo hidráulico del cual se tiene conocimiento es
originaria de China, el dispositivo consistía en una rueda que tenía en su
circunferencia amarrada unos recipientes, que al ser girado con la ayuda de
animales, permitía captar agua de un reservorio y a elevar el agua hasta
verter en los canales de irrigación de los cultivos, aparece el primer
mecanismo mediante el cual se hace uso de la energía del flujo del fluido
para obtener energía mecánica, sentándose las bases para lo que con
posterioridad sería la predecesora de las turbinas hidráulicas. El mecanismo
no era más que una rueda de eje vertical con paletas convenientemente
dispuestas y orientadas en la circunferencia de la rueda, hacia donde se
conducía el flujo del fluido, logrando de esa forma un giro mecánico
Ya después al ser ubicadas con el eje en posición horizontal, surge la
posteriormente muy utilizada y conocida Rueda Hidráulica, Las primeras
referencias detalladas de la Rueda Hidráulica, así como sus aplicaciones son
desde los tiempos del imperio romano, comúnmente denominado “molino
tipo vitrubiano”, llamado así en honor al ingeniero romano Vitrubio quien
estudió y documentó este tipo de rueda, A partir de estos principios, se
sientan las bases para el desarrollo de las maquinas hidráulicas,
mecanismos que permiten transformar la energía de los fluidos en energía
mecánica, la energía mecánica en energías cinética o de presión de los
fluidos, y la transferencia de energía entre fluidos.
4
1) GENERALIDADES DE LA HIDRAULICA
1.1) HIDRAULICA
Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente
cuando se le aplica un esfuerzo tangencial por pequeño que sea.
Fluidos son líquidos y gases. Los líquidos se diferencian de los gases
por la fluidez y menor movilidad de sus partículas y porque ocupan un
volumen determinado, separándose del aire mediante una superficie
plana. En esta asignatura nos ocuparemos únicamente del
comportamiento de los líquidos, y más concretamente, del agua.
La Hidráulica es la parte de la Mecánica que estudia el
equilibrio y el movimiento de los fluidos con aplicación a los problemas
de naturaleza práctica (conducciones, abastecimientos, riegos,
saneamientos, etc.). Partiendo de la Mecánica racional, deduce,
auxiliada por la experiencia, las fórmulas que permiten resolver los
problemas de índole práctica con que a diario se encuentra el técnico.
Se estudian los líquidos como si fueran fluidos perfectos
(homogéneos, no viscosos e incompresibles) y se les aplican las leyes
de la Mecánica, corrigiendo las fórmulas con coeficientes
determinados empíricamente para que se ajusten a la realidad.
1.2) PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS HIDRÁULICOS
Los líquidos son sistemas deformables constituidos por un
número infinito de puntos materiales aislados, infinitesimales. Se trata
de sistemas continuos donde no existen espacios vacíos dentro de la� �
5
masa. Desde el punto de vista de la Mecánica cabe destacar las
siguientes propiedades fundamentales de los líquidos:
• Densidad ( ρ )
Suponiendo el fluido homogéneo, la densidad
ρ=mV
(kg/ m3 )
La compresión que sufren los aceites hidráulicos la podemos
considerar despreciable. Por lo tanto, la densidad del fluido no varía
significativamente con la presión.
• Densidad relativa ( ρr ) a igual temperatura
ρr=ρfρa
Dónde:
ρf = Densidad del fluido.
ρa = Densidad del agua.
• Presión de vapor
Es la presión que ejercen las moléculas de un líquido al
vaporizarse sobre la superficie del líquido. Esta presión depende de la
temperatura. Si la presión de vapor se iguala a la del ambiente, el
fluido hierve.
6
• Cavitación
Fenómeno que produce que en un fluido se forme una bolsa de vapor
(de ese fluido) que vuelve a condensarse. Este fenómeno erosiona las partes
metálicas que tiene a su alrededor, al someterlas a grandes gradientes de
presión.
• Viscosidad
Es debida al roce entre las moléculas de un fluido. Por lo tanto,
representa una medida de la resistencia del fluido a su movimiento. En todos
los líquidos, la viscosidad disminuye con el aumento de la temperatura.
• Punto de fluidez
Está caracterizado por la temperatura más baja a la que un líquido
puede fluir.
• Índice de viscosidad
Existen diferentes tablas de clasificación de los aceites en función de su
viscosidad. Destaca la americana S.A.E. en la que se obtiene la viscosidad
del aceite en cuestión, comparándola con dos aceites patrones. Como la
viscosidad es función de la temperatura, para los aceites de automoción se
indican dos viscosidades, por ejemplo 15 W 40, donde 40 representa la
viscosidad a temperatura de arranque y 15 a la temperatura normal de
funcionamiento de la máquina.
7
• Capacidad de lubricación
Todo ingenio mecánico que tenga partes móviles con rozamiento entre
ellas presenta una holgura controlada, en la que se deposita una película de
aceite que impide la fricción entre dichas piezas, alargando la vida útil de la
máquina y aumentando el rendimiento total, puesto que reduce el
rozamiento.
• Resistencia a la oxidación
Los aceites no sintéticos, son compuestos orgánicos derivados del
petróleo con componentes químicos, tales como el carbono e hidrógeno, que
reaccionan fácilmente con el oxígeno atmosférico, degradando
considerablemente al aceite. Aunque la oxidación aumenta con la
temperatura, no es significativa para temperaturas inferiores a los 57 ºC.
1.3) MAQUINAS DE FLUIDOS
Máquinas de fluido son aquellas máquinas en que el fluido, o bien
proporciona la energía que absorbe la máquina (por ejemplo, el agua que se
suministra a una turbina posee una energía preferentemente de presión,
proveniente de la energía geodésica que poseía en el embalse y que a su
vez la turbina transforma en energía mecánica) o bien aquellas en que el
fluido es el receptor de energía, al que la máquina restituye la energía
mecánica absorbida. Las máquinas de fluido se clasifican en máquinas
hidráulicas y máquinas térmicas.
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1.4) MÁQUINAS TÉRMICAS
De acuerdo con Mataix (1986) “Maquina térmica es aquella en que el fluido
en su paso a través de la maquina varia sensiblemente de densidad y
volumen especifico, el cual en el diseño y estudio de la maquina ya no puede
suponerse constante” (p 356).
Una máquina térmica se puede definir como un dispositivo que funciona
en un ciclo termodinámico y que realiza cierta cantidad de trabajo neto
positivo a través de la transferencia de calor desde un cuerpo a temperatura
elevada y hacia un cuerpo a baja temperatura. Con frecuencia el término
máquina térmica se utiliza en un sentido más amplio que incluye a todos los
dispositivos que producen trabajo. Entre las que tenemos las maquinas
refrigerantes y las bombas de calor. El mejor ejemplo de estas máquinas
térmicas son los refrigeradores y bombas de calor que tienen como fin enfriar
o calentar un entorno.
Una máquina térmica es un conjunto de elementos mecánicos que
permite intercambiar energía, generalmente a través de un eje, mediante la
variación de energía de un fluido que varía su densidad significativamente al
atravesar la máquina. Se trata de una máquina de fluido en la que varía el
volumen específico del fluido en tal magnitud que los efectos mecánicos y los
efectos térmicos son interdependientes.
1.4.1) EFICIENCIA DE LAS MAQUINAS TERMICAS:
Se dice que la eficiencia es la relación entre la salida, la energía que se
busca tener, y la entrada, la energía que cuesta pero se debe definir la salida
y la entrada. Se puede decir que una máquina térmica, la energía que se
9
busca es el trabajo y la energía que cuesta es el calor de la fuente de alta
temperatura (costo del combustible) la eficiencia térmica se define como:
ðTérmica = W (Energía que se busca) = Qh - Ql = 1 - Ql
Qh (Energía que cuesta) Qh Qh
La eficiencia de un refrigerador se expresa en términos del coeficiente
de rendimiento, que se identifica con el símbolo ðð En un refrigerador, la
energía que se busca es el calor que se transfiere desde el espacio
refrigerado. La energía que cuesta es el trabajo, así el coeficiente de
rendimiento, ð, es:
ð = Ql (Energía que se busca) = Ql = 1
W ( Energía que cuesta) Qh - Ql Qh/Ql - 1
En una bomba de calor el objetivo es el calor que se transfiere desde el
refrigerante al cuerpo de alta temperatura, que es el espacio que se quiere
calentar el coeficiente de rendimiento es:
ð = Ql (Energía que se busca) = Qh = 1
W (Energía que cuesta) Qh - Ql 1- Ql/Qh
Se pueden clasificar mediante lo siguiente:
El sentido de transferencia de energía
Las máquinas térmicas pueden clasificarse, según el sentido de
transferencia de energía, en: Máquinas térmicas motoras, en las cuales la
energía del fluido disminuye al atravesar la máquina, obteniéndose energía
mecánica en el eje.
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Máquinas térmicas generadoras, en las cuales la energía del fluido
aumenta al atravesar la máquina, precisándose energía mecánica en el eje.
Según el principio de funcionamiento
Atendiendo al principio de funcionamiento, las máquinas térmicas se
clasifican en:
Máquinas volumétricas o máquinas de desplazamiento positivo, cuyo
funcionamiento está basado en principios mecánicos e hidrostáticos, de
manera que el fluido en algún instante está contenido en un volumen limitado
por los elementos de la máquina. En este tipo de máquinas el flujo es
pulsatorio. Se dividen a su vez en dos tipos según el movimiento del órgano
propulsor: altenativas, cuyo movimiento es rectilíneo; y rotativas, cuyo
movimiento es circular.
Turbomáquinas, cuyo funcionamiento está basado en el intercambio de
cantidad de movimiento entre el fluido y un rodete. En estas máquinas el flujo
es continuo.
1.4.2) USO MÁS COMÚN
Las máquinas térmicas son las que se emplean para calentar o enfriar.
Una caldera de gas, una estufa, una placa de vitrocerámica ceden calor y
se usan para calentar, mientras que un frigorífico o un aparato de aire
acondicionado sirven para enfriar.
11
.
Figura N °1: Funcionamiento de una maquina térmica
Fuente: http://segundotrimestre.webnode.es/las-maquinas/las-maquinas-y-
sus-usos/
1.5) MAQUINAS HIDRAULICAS
Mataix (1986) deduce que : “Maquina hidráulica es aquella en que el fluido
que intercambia su energía no varía sensiblemente de densidad en su paso
a través de la máquina, por lo cual en el diseño y estudio de la misma se
hace la hipótesis de que p = cte.” (p 356).
Las máquinas hidráulicas son máquinas de fluido incompresible, o que
se comporta como tal, es decir fluidos cuya densidad en el interior de la
máquina no sufre variaciones importantes. Convencionalmente se especifica
para los gases un límite de 100 mbar para el cambio de presión; de modo
que si éste es inferior, la máquina puede considerarse hidráulica.
Otra definición puede ser: máquina hidráulica (bomba), es un dispositivo
empleado para elevar, transferir o comprimir líquidos y gases. En todas ellas
12
se toman medidas para evitar la cavitación (formación de un vacío), que
reduciría el flujo y dañaría la estructura de la bomba
Para una mayor claridad, buscando una analogía con las maquinas
eléctricas, y por el caso especificó del agua, una bomba seria un generador
hidráulico.
Es conveniente no confundirse con la función que realiza una turbina,
ya que la turbina realiza una función inversa al de una bomba, esto es,
transforma energía de un fluido en energía mecánica
1.5.1) CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS HIDRAULICAS
Para clasificar las máquinas hidráulicas se atiende al órgano principal
de la máquina, o sea al órgano en que se intercambia la energía mecánica
en energía de fluido o viceversa. Este órgano, según los casos, se llama
rodete émbolo etc.
Ahora bien, la clasificación de las máquinas hidráulicas en rotativas y
alternativas, según que el órgano intercambiador de energía esté provisto de
movimiento de rotación o de movimiento alternativo tiene la ventaja de ser
muy clara; pero suele preferirse la siguiente, que considera dos grupos
también.
Esta clasificación tiene la ventaja de que no se basa en algo accidental,
como es el tipo de movimiento del émbolo o rodete, sino en el principio
fundamental de funcionamiento, que es distinto en los dos grupos.
Las máquinas hidráulicas se clasifican en turbomáquinas y máquinas de
desplazamiento positivo.
En las máquinas de desplazamiento positivo, también llamadas
máquinas volumétricas, el órgano intercambiador de energía cede energía al
13
fluido o el fluido a él en forma de energía de presión creada por la variación
de volumen.
Los cambios en la dirección y valor absoluto de la velocidad del fluido
no juegan papel esencial alguno.
En las turbomáquinas, denominadas también máquinas de corriente, los
cambios en la dirección y valor absoluto de la velocidad del fluido juegan un
papel esencial.
Maquinas Hidráulicas
Motoras Volumétricas Alternativas-Bombas de émbolo
Rotativas-Bombas rotoestáticas
Turbomáquinas Turbinas hidráulicas (l)
Aerogeneradores (g
Generadoras Volumétricas Alternativas-Bombas de émbolo
Rotativas-Bombas rotoestáticas
Turbomáquina Bombas rotodinámicas (l)
Ventiladores (g)
Tabla N°1: Clasificación de las maquinas hidráulicas.
1.5.2) APLICACIONES DE LAS MÁQUINAS HIDRÁULICAS
Las bombas de desplazamiento positivo o reciprocantes son aplicables para:
Gastos pequeños
Presiones altas
Líquidos limpios.
Las rotatorias para:
Gastos pequeños y medianos
Presiones altas
Líquidos viscosos.
Bombas de tipo centrífugo
Gastos grandes
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Presiones reducidas o medianas
Líquidos de todos tipos, excepto viscosos
Las bombas reciprocantes se usaron mucho y su sustitución por las
centrífugas ha corrido al parejo de la sustitución del vapor por energía
eléctrica, como fuentes de energía.
1.5.3) USOS
Circuitos de bombeo: industriales, redes de suministro urbano,
sistemas de riego.
Generación de electricidad: centrales hidroeléctricas,
centrales térmicas.
Sistemas de aire acondicionado y calefacción.
Circuitos de refrigeración en automoción.
Electrodomésticos.
Sistemas de achique.
Grupos contraincendios
1.6) PRINCIPIO DEL DESPLAZAMIENTO POSITIVO
El funcionamiento de las máquinas de desplazamiento positivo no se
basa, como el de las turbomáquinas, en la ecuación de Euler , sino en el
principio del desplazamiento positivo que se estudia a continuación. En
el interior del se mueve un émbolo con movimiento uniforme y
velocidad v hay un fluido a la presión p.
Supondremos que tanto el cilindro como el émbolo son rígidos o
indeformables y que el fluido es incompresible. El movimiento del émbolo se
debe a la fuerza aplicada F.
El émbolo al moverse desplaza al fluido a través del orificio de la
figura. Si el émbolo recorre un espacio hacia la izquierda el volumen ocupado
por el líquido se reducirá en un valor igual a Al (donde A= área transversal
del émbolo). Como el fluido es incompresible el volumen.
15
2) BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
El principio de desplazamiento positivo consiste en el movimiento de un
fluido causado por la disminución del volumen de una cámara. Por tanto, en
una máquina de desplazamiento positivo.
El órgano intercambiador de energía no tiene necesariamente
movimiento alternativo (émbolo), sino que puede tener movimiento rotativo
(rotor). Sin embargo, en las máquinas de desplazamiento positivo tanto
alternativas como rotativas, siempre hay una cámara que aumenta de
volumen (succión en una bomba) y disminuye de volumen (impulsión). Por
eso estas máquinas se llaman también máquinas volumétricas.
Además, si el órgano transmisor de energía tiene movimiento rotativo, la
máquina se llama roto estática para distinguirlas de las rotodinámicas.
Una máquina roto estática es una máquina de desplazamiento positivo
de movimiento rotativo.
El intercambió de energía de fluido se hace siempre en forma de
presión, en contraposición a las turbomáquinas, en que los cambios en la
dirección y valor absoluto de la velocidad del fluido juegan un papel esencial.
La curva característica o curva H —Q de una turbomáquina, por
ejemplo, de una bomba revela que la bomba sólo puede alcanzar una altura
(presión) máxima que, según la ecuación de Euler, depende de la forma del
rodete. Por el contrario,supongamos que la Fig. 1 represente una bomba de
émbolo. Es evidente que, teóricamente, el caudal Q no dependerá de la
resistencia en la tubería de impulsión, que se reflejará en un aumento de la
presión p que reine en el cilindro, ya que dada una velocidad de émbolo r, el
desplazamiento será el mismo, y el caudal también .Además, si las paredes
16
del émbolo son suficientemente robustas, y el motor de accionamiento es
suficientemente potente, la bomba proporcionará toda la presión que se le
pide. Teóricamente la curva H —Q de una bomba de desplazamiento positivo
será una paralela al eje H.
Las turbomáquinas basadas en la ecuación de Euler en general no
son reversibles; una bomba roto dinámicas al funcionar como turbina
empeora su rendimiento, y en algunos casos es incapaz de producir potencia
útil alguna. La razón es que los ángulos de los álabes juegan un papel
decisivo en la transmisión de la energía, y al funcionar como turbina los
álabes no poseen ya los ángulos apropiados.Por el contrario, el principio de
desplazamiento positivo hace que todas las máquinas basadas en él sean
Fundamentalmente reversibles. El que algunas máquinas prácticamente no
lo sean no es en virtud de la hidráulica, sino de la mecánica del aparato. Por
ejemplo, ciertas bombas de paletas deslizantes funcionando como motor a
pequeñas velocidades pueden no llegar a desarrollar la fuerza centrífuga
necesaria para producir suficiente estanqueidad En las transmisiones y
controles se emplean casi exclusivamente las máquinas de desplazamiento
positivo; quedando casi eliminadas de este dominio las turbomáquinas. Para
ello existen dos razones:
En las turbomáquinas al variar la presión varía el caudal. Si, por
ejemplo, se emplease una bomba rotodinámica para el sistema de presión
del accionamiento hidráulico de una excavadora, al encontrar ésta mayor
resistencia en el terreno, sere duciría la velocidad de trabajo de la misma. Si
se emplea una bomba roto estática la presión necesaria en la bomba, que no
puede exceder dicho valor máximo y la máquina se calaría. La bomba roto
estática.
Una bomba rotodinámica da una presión máxima. Si aumenta la resistencia
aumenta
17
2.1) CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS DE DESPLAZAMIENTO
POSITIVO
El órgano principal de las máquinas de desplazamiento positivo, que
designaremos con el nombre genérico de desplazador tiene la misión de
intercambiar energía con el líquido, lo que implica un desplazamiento del
mismo. Este órgano admite infinidad de diseños, y el campo abierto a la
imaginación del ingeniero proyectista es tan grande que constantemente
aparecen en el mercado nuevas formas constructivas. Sin embargo, es fácil
clasificar estos diseños atendiendo a dos criterios distintos:
Primer criterio: Según el tipo de movimiento del desplazador las
máquinas de desplazamiento positivo se clasifican en máquinas alternativas.
Figura N°2: Algunos tipos de máquinas de desplazamiento positivo (MDP).
18
3) BOMBAS DE EMBOLOS
Son en las que existe uno o varios compartimentos fijos, pero de
volumen variable, por la acción de un émbolo o de una membrana. En estas
máquinas, el movimiento del fluido es discontinuo y los procesos de carga y
descarga se realizan por válvulas que abren y cierran alternativamente.
Algunos ejemplos de este tipo de bombas son la bomba alternativa de pistón,
la bomba rotativa de pistones o la bomba pistones de accionamiento axial.
Las bombas de émbolo prácticamente no tienen límite de presiones.
Actualmente se construyen para presiones de 1.000 bar y aún mayores. Para
aumentar la presión basta hacer la bomba más robusta y el motor más
potente. El principio de desplazamiento positivo demuestra que teóricamente
cualquier presión es alcanzable.
3.1) CAUDALES
Las bombas de émbolo se adaptan sólo a caudales limitados. Para
aumentar el caudal en ellas hay que aumentar el tamaño de la máquina,
porque, siendo como veremos en estas máquinas el flujo pulsatorio, los
fenómenos de inercia impiden aumentar el caudal mediante el aumento de
velocidad.
3.2) CAUDAL TEORICO
El movimiento del motor eléctrico de gasolina, diesel, etc., se transmite
por el mecanismo de biela-manivela al vástago del émbolo. La bomba tiene
dos válvulas: la válvula de aspiración que comunica con la tubería de
aspiración y la válvula de impulsión que comunica con la tubería de
impulsión. Al moverse el émbolo hacia la derecha crea un vacío en la
19
cámara, y la presión atmosférica que reina en el pozo de aspiración empuja
el líquido por la tubería de aspiración al interior de la cámara. Al volver el
émbolo hacia la izquierda se cierra la válvula de aspiración, se abre la de
impulsión y el líquido es impulsado por la tubería de salida. A cada revolución
del motor corresponden dos carreras (ida y vuelta) del émbolo; pero sólo en
una se realiza la impulsión. Por tanto será
Caudal teórico, Qt
Qt=Ans60
m3/s,
Donde
A = área transversal del embolo, m2
s = carrera, m
n = rpm del cigüeñal.
Luego el caudal teórico de una bomba de émbolo es directamente
proporcional al área del émbolo, a la carrera y al número de revoluciones del
motor, y no depende de la presión creada por la bomba. Esta última
determina la potencia absorbida por la bomba para bombear un caudal
determinado.
3.3) CAUDAL REAL Q
El caudal real es menor que el teórico, a causa de las fugas debidas a
retraso de cierre en las válvulas, a que las válvulas no son estancas, y a las
pérdidas exteriores en el prensaestopas por donde el eje atraviesa el
émbolo. Además el aire mezclado con el líquido impulsado que se desprende
a causa del vacío creado por la bomba, y que penetra por el tubo de
aspiración si no es estanco, disminuye el caudal. Sin embargo, aquí también
20
la disminución de caudal útil se debe al caudal de retroceso que circula en
estas bombas por el juego entre el émbolo y el cilindro dilatado sobre todo en
las grandes presiones.
Caudal real
Q=γ vQT
Dónde:
γv = Rendimiento Volumétrico
Q = Caudal real
QT= caudal teórico.
Figura N°3: esquema de una bomba de embolo.
21
Fuente: http://www.sapiensman.com/ESDictionary/P/Technical_vocabulary_Spanish(
P17).htm
4) BOMBAS DE PALETAS DESLIZANTES
Este tipo de bomba se compone de un rotor, paletas deslizantes y una
carcasa. Al girar el rotor, las paletas se desplazan radialmente producto de 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.
4.1) TIPOS DE BOMBAS DE PALETA DESLIZANTE
Debido a la gran variedad de bombas de paletas, estás pueden clasificarse como:
4.1.1) 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.
Figura N°4: Bombas de paletas no compensadas.
22
Fuente: http://infmk2013amarcosjuarezcontreras133.blogspot.com/2014/10/informe-
mes-de-octubre-2014.html
4.1.2) 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.
Figura N°5: Bombas de paletas compensadas.
Fuente: http://infmk2013amarcosjuarezcontreras133.blogspot.com/2014
4.1.3) 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.
23
Figura N°6: Bombas de paletas fijas.
Fuente: http://infmk2013amarcosjuarezcontreras133.blogspot.com/2014
4.1.4) 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.
Figura N°7: Bombas de paletas flexibles.
Fuente: http://infmk2013amarcosjuarezcontreras133.blogspot.com/2014
4.1.5) 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.
24
Figura N°8: Bombas de paletas desequilibradas o de eje excéntrico
Fuente: http://infmk2013amarcosjuarezcontreras133.blogspot.com/2014
4.1.6) 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.
Figura N°9: Bombas de paletas deslizantes
Fuente: http://infmk2013amarcosjuarezcontreras133.blogspot.com/2014
25
4.1.7) 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.
4.1.8) 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.
4.1.9) 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.
4.1.10) 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,
26
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) 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. 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 Como puede
apreciarse en la siguiente imagen, el grado de excentricidad entre ambas
partes, estator y rotor, marcará el volumen de aceite desplazado por vuelta,
es decir, lo que viene a llamarse cilindrada de la bomba.
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Figura N°10: descripción de una bomba de paletas deslizantes.
Fuente: http://infmk2013amarcosjuarezcontreras133.blogspot.com/2014
4.3) CARACTERISTICAS DE LAS BOMBAS DE PALETAS DESLIZANTES
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.
4.4 )CAUDAL DE LAS BOMBAS DE PALETAS DESLIZANTES
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Datos para el cálculo del caudal de una bomba de paletas:
Q=∏ D (D−d ) bn1000000
Donde:
Q : Caudal teórico en l/min.
D : Diámetro de la cámara interior de la carcasa en mm.
d : Diámetro del rotor en mm.
b : Ancho de la paleta o la cámara en mm.
n : velocidad de giro del engranaje en rpm
4.5) CAUDAL REAL
El rendimiento volumétrico de este tipo de bombas es de 0,8
aproximadamente, por lo que el Qreal será:
Qreal = Qteórico · 0,8
4.6) APLICACIONES DE LAS BOMBAS DE PALETAS
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.
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• 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.
5) 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).
5.1 )TIPOS DE BOMBAS.
·
5.1.1) Bomba de engranajes exteriores
30
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.
5.1.2) Bomba de engranajes interiores
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.
Figura N°11: tipos de bombas de engranajes
Fuente: http://infmk2013amarcosjuarezcontreras133.blogspot.com/2014
5.2 ) 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
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de admisión, por la separación de los dientes, en la relación se libera 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
5.3) CAUDAL DE UNA BOMBA DE ENGRANAJES
Q = (Π·z·m2·b·n)/500.000
En donde:
Q : Caudal teórico en l/min.
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∏: Pi
z : número de dientes de uno de los engranajes.
m : módulo del dentado en mm.
b : longitud del diente, profundidad entre ambas caras planas en mm.
n : velocidad de giro del engranaje en rpm.
Para obtener el módulo del dentado (m), necesitamos conocer el
diámetro primitivo del diente (d) según la siguiente fórmula, donde (di) es el
diámetro interior y (de) es el
diámetro exterior.
d = z · m donde d = (de + di)/2
5.4) RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS DE ENGRANAJES
La operación y eficiencia de la bomba hidráulica, en su función básica
de obtener una presión determinada, a un número también determinado de
revoluciones por minuto se define mediante tres rendimientos a saber:
• Rendimiento volumétrico de la bomba de engranaje
El rendimiento volumétrico de la bomba es el cociente que se obtiene al
dividir el caudal de líquido que comprime la bomba y el que teóricamente
debería comprimir. Dicho en otros términos el rendimiento volumétrico
expresa las fugas de líquido que hay en la bomba durante el proceso de
compresión.
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El rendimiento volumétrico es un factor de la bomba muy importante, ya
que a partir de él se puede analizar la capacidad de diseño y el estado de
desgaste en que se encuentra una bomba.
• Rendimiento mecánico de la bomba de engranaje
El rendimiento mecánico mide las pérdidas de energía mecánica que se
producen en la bomba, causadas por el rozamiento y la fricción de los
mecanismos internos. En términos generales se puede afirmar que una
bomba de bajo rendimiento mecánico es una bomba de desgaste acelerado.
El rendimiento total o global es el producto de los rendimientos
volumétrico y mecánico. Se llama total porque mide la eficiencia general de
la bomba en su función de bombear líquido a presión, con el aporte mínimo
de energía al eje de la bomba. Así pues el rendimiento total se expresa como
el consumo de energía necesario para producir la presión hidráulica nominal
del sistema.
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CONCLUSIÓN
Las máquinas térmicas funcionan cíclicamente y realizan la conversión
de energía por medio de un fluido de trabajo que a su vez puede sufrir una
evolución cíclica (como en las centrales nucleares y solares, frigoríficos y
bombas) o no (como es el caso más general de motores de combustión).
Incluso en este último caso, donde en cada ciclo de la máquina entran unas
sustancias frescas (combustible más comburente) y salen unas sustancias
quemadas, es conveniente estudiar el modelo llamado de "aire estándar" en
el cual se supone que el fluido de trabajo es aire puro, no cambia de
composición, recibe calor de un foco exterior en la zona de combustión, cede
calor al ambiente a la salida y vuelve a la entrada, evolucionando
cíclicamente.
El fluido de trabajo ha de sufrir transformaciones termodinámicas en las
que estén acopladas la energía térmica y la energía mecánica, por lo que las
sustancias condensadas apenas tienen interés, y los fluidos de trabajo son
gases o vapores (estos últimos se diferencian de los anteriores en que en
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algún punto del ciclo tiene lugar el cambio de fase a líquido (en otro punto
volverá de líquido a vapor)). Además de estos ciclos de gas
(monocomponente o mezcla) y vapor (monocomponente), existen ciclos en
los que evoluciona una mezcla con cambio de fase (p.e. frigoríficos y bombas
de absorción) y, como se dijo al principio, evoluciones no cíclicas de
sistemas reactantes (que precisamente son las que generan el 80% de la
energía mecánica mundial; el resto es nuclear o hidroeléctrica). Hay que
mencionar también las máquinas térmicas en las que el fluido de trabajo es
una nube de electrones los cuales son dispositivos semiconductores que
pueden funcionar como generadores de potencia, como frigoríficos y como
bombas de calor, aunque sus rendimientos son muy bajos.
BIBLIOGRAFIA
• Jesus Castro. (2001). Apuntes de hidráulica. México
• Claudio Mataix. (1986). Mecánica de fluidos ingeniera hidráulica. España: Del castillo S.A.
• Marcos Contreras. (2014). informe mes octubre. 2015, de blogspot Sitioweb: http://infmk2013amarcosjuarezcontreras133.blogspot.com/2014/10/informe-mes-de-octubre-2014.html
• http://www.sapiensman.com/ESDictionary/P/Technical_vocabulary_Spanish(P17).htm
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