Asignaturas:
- Introducción
- Bomba de engranajes
- Bomba de paletas
- El desatascador
- Introducción a los ejemplos de cálculo de hidrobombas.
- Calcular el flujo volumétrico de la bomba hidráulica
- Calcular la potencia requerida de la bomba hidroeléctrica
- Calcule la potencia requerida del motor de accionamiento.
Introducción:
La hidrobomba (1) aspira aceite del depósito (2) y bombea el aceite al sistema. Después de que el aceite ingresa a la línea de retorno a través de la válvula de control, la válvula de alivio de presión o el cilindro, el aceite regresa al depósito sin presión.
La hidrobomba de la imagen es impulsada por un motor eléctrico, que regula la potencia mecánica en forma de par y velocidad. La bomba hidráulica convierte esto en energía hidráulica. La potencia de la bomba/caudal volumétrico depende de la velocidad y el volumen de carrera de la bomba hidráulica.
Casi todas las hidrobombas funcionan según el principio de desplazamiento positivo. Las versiones se pueden dividir en:
- bombas de engranajes;
- bombas de paletas;
- bombas de émbolo.
Los siguientes párrafos discutirán esto más a fondo.
Bomba de engranajes:
La bomba de engranajes se utiliza en sistemas hidráulicos con una presión de funcionamiento baja de un máximo de 140 a 180 bar. Por su sencillez, bajo coste y propiedades fiables, la bomba de engranajes es una de las hidrobombas de uso frecuente que encontramos en aplicaciones hidráulicas.
En la bomba de engranajes con engranajes externos hay dos engranajes que se mueven en direcciones opuestas entre sí. Uno de los engranajes es impulsado externamente y lleva consigo el otro engranaje.
- Lado de succión: los dientes se separan en el lado izquierdo. El aumento de volumen en las cavidades crea una presión negativa de aproximadamente 0,1 a 0,2 bar, lo que provoca la aspiración de aceite. Los engranajes transportan el aceite a través de su circunferencia exterior hacia el lado de presión;
- Lado de presión: aquí los dientes giran juntos. El aceite de la línea de presión se desplaza hacia el sistema.
La presión en el lado de presión depende de la resistencia que experimenta el aceite en el circuito hidráulico.
La bomba de engranajes con engranaje interno contiene un accesorio en forma de hoz. El engranaje interior (azul) es accionado externamente y lleva el anillo exterior (púrpura) con dientes internos en el sentido de rotación indicado. Al igual que en la bomba con engranaje externo, se crea un vacío en cuanto aumenta el espacio entre los dientes. De este modo, la bomba aspira aceite del depósito. Cuando los engranajes giran juntos, el aceite se desplaza hacia el sistema. El accesorio en forma de hoz garantiza la separación de los lados de succión y presión.
Con este tipo de hidrobomba se puede alcanzar una presión de hasta 300 bar. La bomba tiene un rendimiento uniforme y produce muy poco ruido.
Las bombas de engranajes siempre tienen un volumen de carrera fijo. A una velocidad de conducción constante, la salida es constante. En la periferia exterior de los engranajes, las cabezas de los dientes discurren cerca de la carcasa de la bomba y garantizan el sellado radial. En el centro de la bomba, donde engranan los engranajes, se produce también una cierta estanqueidad entre los flancos de los dientes y la placa de soporte. Siempre se escapará una pequeña cantidad de aceite entre las superficies de sellado.
Encontramos la bomba de engranajes en las siguientes áreas de aplicación:
- tecnología de vehículos (incluida la transmisión automática);
- Ingeniería Mecánica;
- hidráulica agrícola;
- Hidráulica de aeronaves.
Bomba de paletas:
La bomba de paletas tiene un rotor con paletas colocadas radialmente. En el lado de succión (azul), el volumen aumenta, se crea una presión negativa y se aspira aceite. En el lado de presión (rojo), el volumen disminuye, se crea una sobrepresión y el aceite se presiona hacia el interior del tubo.
El rotor está colocado excéntricamente con respecto al anillo de impacto, lo que hace que la salida sea ajustable:
- En la imagen de abajo vemos la bomba de la izquierda donde el rendimiento es de 0 cm³ por revolución. Entonces la bomba ya no suministra aceite;
- La imagen de la derecha muestra el anillo de impacto ajustado, que logra el máximo rendimiento.
Encontramos la bomba de paletas en las siguientes áreas de aplicación:
- maquinaria agrícola y de construcción de carreteras;
- Herramientas de máquina;
- hidráulica de aviación;
- hidráulica móvil.
El desatascador:
La bomba de pistones axiales se encuentra en sistemas en los que se producen presiones más elevadas (>250 bar) y se transmiten mayores potencias porque la eficiencia de este tipo de hidrobombas es alta. Distinguimos las bombas de émbolo en bombas de émbolo radiales y axiales.
Bomba de émbolo axial:
El eje de entrada de la bomba de pistones axiales acciona una placa basculante. La placa basculante forma un cierto ángulo y convierte el movimiento giratorio del eje de entrada en un movimiento alternativo de los émbolos. La bomba está equipada con puertos de succión y válvulas de descarga, de modo que el sentido de rotación del eje de entrada no influye en la dirección del flujo del aceite hidráulico.
Ajustando el ángulo en el que se encuentra la placa basculante se puede influir en la carrera de los émbolos. Cuanto más inclinada esté la placa basculante, mayor será la carrera de los émbolos y más aceite se desplazará. Encontramos esta técnica en el compresores de aire acondicionado.
Las siguientes imágenes muestran la bomba de pistones axiales.
Bomba de émbolo radial:
Las bombas de émbolo radial se utilizan principalmente en accionamientos pesados de barcos, como en instalaciones de dragado, accionamientos de cabrestante y agitadores, así como en la construcción de máquinas. Estas bombas tienen una longitud de instalación corta, son adecuadas para presiones de funcionamiento elevadas (700 bar) y proporcionan un par elevado a baja velocidad.
La bomba de pistones radiales de la siguiente figura contiene cinco pistones colocados radialmente en forma de estrella con respecto al eje impulsor. Debido a que el anillo está diseñado de forma excéntrica, se crea un movimiento radial del émbolo. Un disco de distribución que gira con el eje motor asegura que cada cilindro esté conectado a la línea de succión o presión en el momento adecuado.
Introducción a los ejemplos de cálculo de hidrobombas:
Para que el pistón se mueva con la fuerza y velocidad correctas, la hidrobomba debe proporcionar suficiente presión y un flujo de fluido lo suficientemente grande. Cuanto mayor sea la carga que debe soportar el cilindro, mayores serán las exigencias impuestas a la bomba hidráulica.
A continuación se muestran tres párrafos en los que calculamos el caudal volumétrico, la presión requerida y la potencia requerida, teniendo en cuenta la eficiencia, de la hidrobomba en el diagrama adjunto.
- volumen de carrera de la bomba (V) = 15 cm³ / rev;
- velocidad de la bomba (n) = 1200 rpm;
- Presión del sistema: 50 bar.
Calcule el flujo volumétrico de la bomba hidráulica:
La cantidad de aceite hidráulico que desplaza una bomba hidráulica depende de la velocidad y el volumen de carrera de la bomba. Los detalles se enumeran en el párrafo anterior.
En la fórmula convertimos las revoluciones por minuto a segundos dividiendo el número por 60. En el último paso convertimos metros cúbicos por segundo a litros por minuto multiplicando la respuesta por 60.000.
Calcule la potencia requerida de la bomba hidráulica:
La hidrobomba debe proporcionar energía hidráulica para transportar fluido al cilindro y mover el pistón.
Con los datos del apartado “Introducción a ejemplos de cálculo de hidrobombas” y la respuesta del apartado anterior, podemos calcular la potencia requerida de la hidrobomba. Para mayor claridad, se enumeran nuevamente aquí:
- volumen de carrera de la bomba (V) = 15 cm³ / rev;
- velocidad de la bomba (n) = 1200 rpm;
- presión del sistema: 50 bar;
- Caudal volumétrico: 18 litros por minuto.
Convertimos la presión del sistema de 50 bar a Pascal y el caudal volumétrico a metros cúbicos por segundo. Registramos esto en notación científica.
Calcule la potencia requerida del motor de accionamiento:
El eje de la bomba (eje de entrada) suministra la potencia mecánica, que a menudo proviene de un motor eléctrico o de combustión. El motor hidráulico convierte la potencia mecánica en potencia hidráulica. Siempre se producen pérdidas al convertir energía. Por lo tanto, el motor de accionamiento debe proporcionar más potencia para permitir que la bomba hidráulica entregue la potencia requerida.
En este ejemplo asumimos un retorno del 90%.
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