MOTORES HIDRÁULICOS Y MOTORES ELÉCTRICOS EN SISTEMAS HIDRÁULICOS

Presentan:Ronald CastellónAtilio ContrerasMauricio RiveraCarlos A. RodasJulio C. TobarRicardo A. Zamora

INTRODUCCIÓN

En los diferentes procesos en los cuales se implementan sistemas hidráulicos, se pueden observar dos tipos de motores, motores eléctricos, que son, por lo general, los que transmiten potencia a las bombas, o bien son los que se utilizan en los actuadores y servo válvulas. Los motores eléctricos que se utilizan pueden tener diferentes clasificaciones; DC, AC, o de paso a paso, también pueden clasificarse según su velocidad, torque, voltaje de servicio, numero de fases utilizadas, etc.También se utilizan motores hidráulicos, que después de los cilindros, son elemento s de trabajo que se emplean con mas frecuencia en los procesos hidráulicos, gracias a los adelantos tecnológicos se puede encontrar una extensa gama de estos, los cuales pueden ser seleccionados para una aplicación especifica en la industria. Los motores hidráulicos son maquinas que transforman energía oleo hidráulica en energía mecánica de rotación, una forma de explicar su funcionamiento es haciendo referencia a la forma en que trabajan las bombas, estos lo hacen de forma inversa; existen algunos casos en que el componente puede funcionar de las dos formas simplemente modificando la función de los conductos de aceite, para el caso de los motores son conductos de presión.A continuación se explicara con mas detalle ambos tipos de motores y su implementación en los sistemas hidráulicos.

LOS ELEMENTOS DEL SISTEMA HIDRÁULICO CONVENCIONAL.

Los sistemas hidráulicos a base de aceite fueron desarrollados en la década de los años veinte y, desde aquellos lejanos tiempos, han ido perfeccionándose e incorporando nuevas tecnologías de control.

esquema básico de un circuito convencional

Esencialmente un sistema hidráulico comprende la producción, transmisión y control de energía hidráulica, utilizando aceite como fluido. Se suministra energía al aceite, por lo general en forma de presión, mediante bombas, y se conduce a través de tuberías hasta motores o cilindros hidráulicos que se encargan de transformar la energía en trabajo. Las presiones utilizadas son relativamente elevadas, desde algunas decenas a varios cientos de kg/CM2.

Las modernas unidades están concebidas para poderlas ampliar según las necesidades.

Así pues, las bombas aspiran el aceite de un depósito, previamente hay que introducir un filtro que elimina posibles impurezas. Las bombas son generalmente de tipo rotativo, a base de engranajes, pero también pueden ser de pistón o incluso superiores a los 75 kg/CM2. Las bombas son accionadas directamente por motores eléctricos o bien van acopladas al motor principal. En el circuito se incorporan válvulas de seguridad, de dirección y de control de caudal, tuberías y finalmente el motor o cilindro hidráulico.

El grupo hidráulico es la base de toda instalación.

Los cilindros hidráulicos constituyen el sistema de accionamiento más sencillo, pero cualquier bomba de las anteriormente descritas puede transformarse en motor con sólo suministrarles fluido a alta presión. La diferencia entre unos y otros es que los cilindros efectúan un desplazamiento lineal y los motores o bombas convertidas generan un movimiento rotativo.

Unidad de potencia a base de cilindro lineal.

Los controles utilizados para el funcionamiento del sistema pueden ser de tipo manual (discontinuo o variable) y de tipo automático (de bucle abierto, cerrado o retroalimentación).

De este sistema basico convencional nos dispondremos a analizar los motores hidraulicos y los motores eléctricos.

MOTORES HIDRAULICOS

El nombre que se da generalmente a actuador hidráulico giratorio es motor hidráulico. La construcción de los motores se parece mucho a la de las bombas. En vez de suministrar fluido como lo hace una bomba, son impulsados por ésta y desarrollan un par y un movimiento continúo de rotación, es decir, convierten la energía hidráulica en torque y como resultado Fuerza. Como los dos orificios del motor, de entrada y de salida, pueden ser ambos presurizados (motores bidireccionales). Muchos de los motores hidráulicos llevan drenaje externo.Todos los motores hidráulicos poseen varias características en común que pueden ser: 

1. Cada tipo debe tener una superficie sometida a presión diferencial . En los motores de paleta, engranajes y orbitales esta superficie es rectangular. En los motores de pistones axiales y radiales la superficie es Circular.

2. En cada diseño la presión aplicada a área (A) (superficie), debe estar conectada mecánicamente a un eje de salida que aplica la energía mecánica al equipo accionado por el motor.

3. La aplicación del fluido bajo presión a esta superficie debe proporcionarse en cada tipo de motor hidráulico para poder mantener una rotación continua.El funcionamiento óptimo del motor esta determinado por:

1. Capacidad de soportar presiones y grandes fuerzas hidráulicas.2. Características de las fugas de las partes en movimiento.3. Eficacia de los métodos utilizados para conectar la superficie bajo presión al eje de salida.

El funcionamiento óptimo de un motor varía en cada tipo de diseño por la capacidad de soportar de presión y grandes fuerzas, caudal, par de salida, velocidad, rendimiento, duración elevada y configuración física viene determinado por:

Características nominales de los Motores

Los motores hidráulicos se clasifican según su desplazamiento (tamaño), capacidad de par, velocidad y limitaciones de la presión máxima.

DesplazamientoEs la cantidad de fluido requerida por el motor para que su eje gire una revolución. El desplazamiento del motor es igual a la capacidad de una cámara multiplicada por la cantidad de cámaras que el motor contiene. Este desplazamiento se expresa Volumen, en pulgadas cúbicas por revolución (in^3/rev), o centímetros cúbicos por revolución,

(cm^3/rev).

El desplazamiento de los motores hidráulicos puede ser fijo o variable para un mismo caudal de entrada y presión de trabajo constantes. El motor de desplazamiento fijo suministra un par constante (Torque constante) a velocidad constante. Bajo las mismas condiciones, el motor de desplazamiento variable proporciona un par variable (Torque variable) a velocidad variable.

Par (Torque)El Par es el componente de fuerza a la salida del motor. Su concepto es equivalente al de fuerza en un cilindro. Se define como un esfuerzo giratorio o de torsión. No se requiere movimiento para tener un par, pero este movimiento se efectuará si el par es suficiente para vencer el rozamiento y resistencia de la carga. El par de salida se puede expresar en Newton metro, en libras - pulgadas o en libras – pie, y es función de la presión del sistema y del desplazamiento del motor. Los valores del par de un motor se dan generalmente para una diferencia específica de presiones, o caída de presión a través del mismo. Los valores teóricos indican el par disponible en el eje del motor suponiendo un rendimiento del 100%.El par de arranque con carga es el par requerido para conseguir que gire una carga en reposo. Hace falta más Par para empezar a mover una carga que para mantenerla moviéndose.

El par de giro puede referirse a la carga del motor o al motor mismo. Cuando se utiliza con referencia a una carga, indica el par requerido para mantenerla girando. Cuando se refiere al motor, este par indica el par que el motor puede realmente realizar para mantener una carga girando. El par de giro toma en consideración el rendimiento del motor y se expresa como un porcentaje del par teórico. El par de giro de los motores normales de pistones, paletas y engranajes es aproximadamente un 90% del teórico.

El par de arranque sin carga se refiere a la capacidad de un motor hidráulico. Indica el valor del par que el motor puede desarrollar para empezar a mover una carga. En algunos casos, este par es mucho menor que el par de giro. Este par de arranque se expresa también como un porcentaje del par teórico y para los motores corrientes de pistones, paletas y engranajes suele estar comprendido entre el 60 y el 90% del par teórico.El rendimiento mecánico es la relación entre el par real desarrollado y el par teórico.

VelocidadLa velocidad del motor depende de su desplazamiento y del volumen de fluido que se le suministra. Su velocidad máxima es la velocidad a una presión de entrada específica que el motor puede mantener durante un tiempo limitado sin dañarse. La velocidad mínima es la velocidad de rotación suave, continua y más baja de su eje. El drenaje es la fuga interna a través del motor, o el fluido que lo atraviesa sin realizar ningún trabajo. La velocidad puede ser expresada en revoluciones por minuto. El motor hidráulico debe ser operado dentro de sus rangos de eficiencia.El sistema hidráulico puede sufrir daños si el motor es sobre-revolucionado o provocar un desgaste prematuro/ acelerado.

PresiónLa presión necesaria para el funcionamiento de un motor hidráulico depende del par y del desplazamiento. Un motor con gran desplazamiento desarrollará un par determinado con menos presión que un motor con un desplazamiento más pequeño. El par desarrollado por un motor se expresa generalmente en pulgadas - libra por 100 psi de presión (newton – metro por bar)

Clases de motores hidráulicos

En Los motores hidráulicos pueden clasificarse según su aplicación, en tres categorías:

Motores de velocidad elevada y par bajo (HSLT) Motores de baja velocidad y par elevado (LSHT) Motores de rotación limitada (Generadores de par)

Motores HSLT. (High Speed, Low Torque) motores de alta velocidad y bajo torque pueden utilizarse en aplicaciones cuando se requiere que funcione continuamente a velocidades relativamente elevadas. Como ejemplos, ventiladores, accionamiento de generadores y compresores. Mientras que la velocidad es elevada y relativamente constante, la carga puede ser fija, como en ventiladores, o completamente variable como en compresores y generadores. Los motores HSLT son excelentes para este tipo de aplicaciones. Los cuatro tipos mayormente utilizados son los motores de pistones en línea y en ángulo, los de paletas y los engranajes.

Motores LSHT. (Low speed, High Torque) Motores de baja velocidad y alto torque, pueden utilizarse en algunas aplicaciones, cuando el motor debe mover cargas relativamente elevadas a velocidades bajas y a un par sensiblemente constante. Algunos de ellos funcionan suavemente hasta una o dos rpm y son de diseño sencillo con un número mínimo de piezas, completamente fiables y generalmente de menos costo que los

motores de velocidad elevadas utilizados con dispositivos de reducción de la velocidad.Idealmente, los motores LSHT deben tener rendimiento elevado con relación a sus pares de arranque y funcionamiento, y buenos rendimientos volumétricos y mecánicos. Deben arrancar suavemente bajo carga total y suministrar el par total en todo el intervalo de funcionamiento. Estos motores deben presentar poco o ninguna caída de par a la salida en todo el intervalo de funcionamiento, y la variación de velocidad con relación a la velocidad media, a presión constante, debe ser mínima.Los diseños básicos de los motores LSHT son los motores de engranajes internos, paletas, una paleta giratoria, pistones radiales y pistones axiales, en línea y en ángulo

Motores Hidráulicos con Gerotor de caudal fijo, alto torque y bajas rpm

       

Series TC, TB, TE, TJ, TF, TG, TH de alta eficiencia volumétrica y extensa vida útil en tamaños compactos.

Presiones máximas de uso continuo hasta 224 bar (3250 psi), e intermitentes hasta 275 bar (4000 psi), en construcción robusta de rodamientos de trabajo pesado.

RPM máximas hasta 940 rpm Caudales hasta 1103 cc/revolución (67.3 cu in/rev) Torque máximo de uso continuo hasta 10,000 lb-in, y hasta 15,000

lb-in en uso intermitente

Motores Hidráulicos con Gerotor de caudal fijo, y altas rpm

Aptos para el comando de ventiladores, ruedas y aplicaciones donde se necesite capacidad de altas rpm, inclusive con alto torque inicial

Series M2 y M4, de larga vida útil y operación silenciosa.

Velocidades hasta 7500 rpm según el modelo.

Tipos de motores hidráulicos.

En las aplicaciones industriales, se utilizan una variedad de motores hidráulicos. El tipo de motor utilizado depende de los requerimientos de cada aplicación individual. La siguiente es un listado de los tipos de motores: 

1. Motores de engranajes – los motores de engranajes externos e internos (gerotor u orbital)

2. Motores de paletas – Motores de tipos equilibrados y desequilibrados hidráulicamente, fijos, variables, y de cartucho (funcionamiento elevado).

3. Motores de pistones – Motores en línea, en ángulo y radiales (fijos, variables y tipo leva

4. Generadores de par - incluyendo los tipos de pistones y de paletas

Motores eléctricos

El motor es un elemento indispensable en un gran número de equipos electrónicos. El conocimiento de su forma de trabajo y sus propiedades es imprescindible para cualquier técnico o aficionado que emplee estos componentes para el montaje o mantenimiento de dichos equipos, con el objeto de poder efectuar la elección del modelo mas adecuado y así poder obtener el mejor rendimiento de los mismos. La misión fundamental del motor eléctrico es la de transformar la energía eléctrica, que se le suministra, en una energía mecánica que será la que se emplea para poner en movimiento el mecanismo del equipo en el que se instale.

El funcionamiento de un motor, en general, se basa en las propiedades electromagnéticas de la corriente eléctrica y la posibilidad de crear, a partir de ellas, unas determinadas fuerzas de atracción y repulsión encargadas de actuar sobre un eje y generar un movimiento de rotación.

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento del motor se basa en la ley de Faraday que indica que cualquier conductor que se mueve en el seno del campo magnético de un imán se generara una D.D.P (diferencia de potencial) entre sus extremos proporcional a la velocidad de desplazamiento. Si en lugar de un conductor rectilíneo con terminales en circuito abierto se introduce un anillo conductor con los extremos conectados a una determinada resistencia y se hace girar en el interior del campo, de forma que varíe el flujo magnético abrazado por la misma se detectará la aparición de una corriente eléctrica que circula por la resistencia y que cesara en el momento en que se detenga el movimiento.

Normalmente en un motor se emplea un cierto numero de espiras devanadas sobre un núcleo magnético de forma apropiada y también en algunas ocasiones se sustituye el imán permanente creador del campo por un electroimán, el cual produce el mismo efecto cuando se le aplica la corriente excitadora. A este último elemento (Imán o electroimán) se le denomina inductor, el conjunto espiras y núcleo móviles constituyen el inducido.

El sentido de la corriente eléctrica que circula por el inducido está definido mediante la Ley de Lenz que indica que toda variación que se produzca en el campo magnético tiende a crear un efecto en sentido opuesto que compense y anule la causa que la produjo. Si esta ley se aplica a nuestro caso nos indicará que la corriente inducida creará un campo magnético para que se oponga al movimiento de la misma lo que obligará a aplicar una determinada energía para mantener el

movimiento la cual dependerá lógicamente de la intensidad de la corriente generada y del valor de la resistencia de carga (Rc), pudiendo calcularse como el producto de la energía consumida en la carga por un número que expresará el rendimiento de la conversión.

Ahora bien, todos los fenómenos expresados corresponden al efecto opuesto al de un motor, es decir, que mediante el sistema descrito se genera un corriente eléctrica a partir de un movimiento mecánico, lo que corresponde al principio de funcionamiento de un dinamo, sin embargo, al ser dicho efecto reversible, bastará con invertir los papeles y si en lugar de extraer corriente del inducido se le aplica un determinada tensión exterior, se producirá la circulación de una cierta intensidad de corriente por las espiras y éstas comenzarán a girar, completándose así el motor. Es importante considerar que teniendo en cuenta la ley de Lenz mencionada anteriormente, al girar el se creará en el mismo una determinada tensión eléctrica, de sentido contrario al exterior que tenderá a oponerse al paso de la corriente par compensar así las variaciones de flujo magnético producidas, denominada fuerza contraelectromotriz (FCEM)

Características

Normalmente los motores se caracterizan por dos parámetros que expresan directamente sus propiedades. Son los siguientes:

Velocidad de rotación Par motor

La primera indica el número de vueltas por unidad de tiempo que produce el motor y depende por completo de la forma de construcción del mismo, de la tensión de alimentación, así como de la carga mecánica que se acople a su eje, aunque esto último no es aplicable a un tipo especial de motores denominados síncronos o sincrónicos. Las unidades empleadas son las revoluciones por minuto (r.p.m.) y las revoluciones por segundo (r.p.s.) .

El par motor expresa la dureza de actuación de éste y depende lógicamente de la potencia que sea capaz de desarrollar dicho motor, así como de la velocidad de rotación del mismo. El concepto de par motor es importante a la hora de elegir un modelo para una aplicación determinada; se define como la fuerza que es capaz de vencer el motor multiplicada por el radio de giro.

Además de estos factores también se tienen en cuenta otros como son las condiciones de arranque, la potencia absorbida y el factor de potencia.

Existe una relación matemática que liga ambos parámetros, ya que como se ha explicado no son independientes entre sí; dicha relación se expresa por la siguiente fórmula.

M= 0,95 x P/N

donde M es el par motor expresado en Kg. por cm., P es la potencia absorbida en Watts y N es la velocidad en revoluciones por minuto.

Clasificación

En función de la corriente empleada para la alimentación del motor, que define por completo a las características constructivas del mismo, se pueden clasificar los motores en tres grandes grupos:

Motores de corriente continua Motores de corriente alterna Motores universales

En los motores de CC es necesario aplicar al inducido una CC para obtener movimiento, así como al inductor en el caso de que éste sea del tipo de electroimán, conociéndose a esta última con la denominación de corriente de excitación. Su construcción suele estar realizada mediante un inductor cilíndrico hueco (imán o electroimán) que contiene un cierto número de pares de polos magnéticos (Norte-Sur), que se conoce con el nombre de estator. En su interior se encuentra el inducido o rotor también cilíndrico sobre el cual se encuentra el arrollamiento. El eje está acoplado mediante rodamiento o cojinetes para permitir el giro y dispone de una superficie de contacto montada sobre un dispositivo llamado colector sobre el que se deslizan los contactos externos o escobillas.

Los motores de corriente alterna son los que se alimentan de este tipo de excitación y comprende dos tipos con propiedades bastantes diferenciadas:

Motores asíncronos Motores síncronos

Los motores asíncronos también conocidos con el nombre de motores de inducción, basan su funcionamiento en el efecto que produce un campo magnético alterno aplicado a un inductor o estator sobre un rotor con una serie de espiras sin ninguna conexión externa sobre el que se inducen unas corrientes por el mismo efecto de un transformador.

Por lo tanto, en este sistema solo se necesita una conexión a la alimentación, que corresponde al estator, eliminándose, por lo tanto, el sistema de escobillas que se precisa en otros tipos de motores.

Los motores síncronos están constituidos por un inducido que suele ser fijo, formando por lo tanto el estator sobre el que se aplica una corriente alterna y por un inductor o rotor formado por un imán o electroimán que contiene un cierto número de pares de polos magnéticos. El campo variable del estator hace girar al rotor a una velocidad fija y constante de sincronismo que depende de la frecuencia alterna aplicada. De ello deriva su denominación de síncronos. Los motores universales son aquellos que pueden recibir alimentación tanto continua como alterna, sin que por ello se alteren sus propiedades. Básicamente responden al mismo principio de construcción que los de CC pero excitando tanto a inductor como a inducido con la misma corriente, disponiendo a ambos en serie sobre el circuito de alimentación.

Motores de CC

Según se ha mencionado, un motor de CC esta compuesto por un imán fijo que constituye el inductor y un bobinado denominado inducido que es capaz de girar en el interior del primero, cuando recibe una CC.

Suponiendo un motor elemental según se representa en la figura, si sobre la bobina se hace pasar una corriente se creara en la misma en un campo magnético que la hará girar al crearse una fuerza de atracción y repulsión con respecto al imán del estator. Durante este giro se produce una serie de efectos que condicionan la construcción del motor, el primero de ellos se produce cuando se enfrentan dos polos de distinto signo, momento en que la atracción será máxima y la bobina tiende a detenerse, sin embargo, por inercia pasará de largo pero el sentido de giro se invertirá y se volverá hacia atrás deteniéndose al cabo de unas cuantas oscilaciones. Ahora bien, si en el momento en que los polos opuestos se enfrentan, se invierte el sentido de la circulación de la corriente de la bobina, automáticamente se producirá un cambio de signo en los polos magnéticos creados por la misma, dando origen a que aparezcan unas fuerzas de repulsión entre ellos que obligará a aquella a seguir girando otra media vuelta, debiéndose invertir la corriente nuevamente y así sucesivamente.

El método empleado para producir estos cambios es el de dividir el anillo colector por el que recibe la bobina la corriente de alimentación, en dos mitades iguales separadas por un material aislante, que giran deslizándose sobre dos contactos eléctricos fijos o escobillas uno conectado al polo positivo y el otro al negativo.

De esta forma dichos contactos cruzaran dos veces por cada rotación la división entre los semianillos, invertiendose así el sentido de circulación de la corriente de la bobina.

Motores de CA

1. Motores de inducción (Asíncronos)

Una vez conocidos los motores de CC, se van a describir seguidamente los principios básicos y formas de operación de uno de los modelos que cuenta con un elevado número de aplicaciones, se trata del tipo asíncrono excitado por una corriente alterna, también conocido como motor de inducción.

El principio de funcionamiento de estos motores esta basado en los experimentos de Ferraris en el año 1885, el cual coloco un imán de herradura, con un eje vertical, que le permitía girar libremente en la proximidades de un disco metálico que también puede girar alrededor del mismo eje. Al hacer girar el imán, observo que, aunque no había contacto, el disco metálico también giraba en el mismo sentido.

Este fenómeno se debe a que la girar el imán se crea un campo magnético giratorio y aparecen sobre el unas corrientes eléctricas inducidas las cuales recordando la ley de Lenz, tenderán a crear a su vez otro campo magnético que se oponga la inicial; el efecto resultando es el giro del disco, ya que de esta forma, los extremos del imán estarán siempre frente a las mismas zonas de aquel y la situación volverá a ser similar a la inicial, ya que al girar ambos con la misma velocidad el efecto es el mismo que si estuvieran parados.

Sin embargo, en el instante en el que disco alcanza una velocidad exactamente igual que la del imán desaparecerán las corrientes inducidas sobre el mismo, con lo que se retrasará, lo que obligará a que aparezcan de nuevo dichas corrientes. De todo ello se obtiene el resultado de que el disco va siempre algo retrasado con respecto al imán; esto es, su velocidad es algo menor que la de aquel. Debido a ello a este sistema de le denomina asíncrono, que significa que no existe igualdad de velocidad o sincronismo.

El experimento descrito no se puede convertir directamente en un motor ya que no transforma una energía eléctrica y mecánica sino que únicamente efectúa un acoplamiento electromagnético por ser necesario tener que mover el imán para hacer girar el disco.

El método empleado para obtener un campo giratorio sin necesidad de tener que mover un imán consiste en emplear dos electroimanes formando un ángulo recto a los que se aplica dos corrientes alternas de la misma frecuencia pero con una frecuencia de fase entre ellas de 90°. Al emplear una CA sinusoidal, se obtendrá un campo que varía de la misma forma, que al combinarse con el otro similar a el pero con una magnitud diferente, debida a la diferencia de fase y con otra diferenciación creada por la misma situación, se produce el efecto deseado. Este conjunto de dos bobinados constituye el inductor o estator y provoca sobre el rotor, una velocidad de giro N = F, siendo F la frecuencia de la CA.

Rotor

El rotor de un motor suele construirse en base a dos sistemas, aunque el principio de operación sea el mismo, que consiste en disponer de un sistema de espiras en cortocircuito devanadas o no sobre un núcleo de material ferromagnético. El objetivo de las espiras es hacer circular a través de ellas las corrientes inducidas, para crear el campo de sentido contrario al producido por el estator.

El primer tipo de rotor que se va a considerar consiste en un cilindro formado por discos paralelos contiguos y aislados, provisto de ranuras situadas a lo largo de su superficie exterior sobre los que se encuentran las espiras. El segundo tipo de rotor está constituido por dos coronas conductoras unidas por barras también conductoras formando un cilindro hueco muy parecido a una jaula de animales, de donde toma su denominación, Jaula de ardilla, y es uno de los modelos más utilizados en la práctica, sobre todo en las aplicaciones de baja potencia.

El principio descrito antes para la generación de un campo giratorio por el estator, únicamente es aplicable en los casos en los que se disponga de las dos corrientes desfasadas 90° mencionadas. esto no sucede en las aplicaciones habituales en las que los motores se han de conectar a la red normal, que es monofásica, con lo que no existe campo magnético giratorio. El efecto sería entonces que el motor no arrancaría, aunque por un sistema mecánico externo se le obliga al rotor a iniciar el giro, se observará como, después de eliminar la fuerza exterior, se mantendrá la rotación, aumentando la velocidad hasta que alcance la correspondiente a su régimen normal de funcionamiento. Esto se debe al que el campo monofásico aplicado se descompone en dos campos giratorios de la misma intensidad pero de sentido contrario cuyo efecto resultante se anula; sin embargo, basta con producir un desequilibrio entre ellos para que se acentúe uno y se atenué el otro, dando lugar a un campo giratorio dominante que será capaz de hacer girar al inducido.

Arranque

Con objeto de evitar el sistema mecánico de arranque se suele incluir sobre el estator un segundo devanado llamado devanado de arranque, situado en una posición de ángulo recto con el devanado principal. Al hacer pasar por este arrollamiento auxiliar una corriente con una diferencia de fase próxima a 90° respecto a la que circula por el principal, se comportara el motor como difásico, produciéndose un campo magnético giratorio poniéndose en marcha el rotor, en cuyo momento se puede suprimir dicha corriente auxiliar.

La forma de obtener la corriente de arranque con la diferencia de base mencionada es utilizando una reactancia (bobina o condensador) en serie con el arrollamiento auxiliar, produciéndose una corriente que aunque no esta desfasada exactamente a los 90° necesarios, resulta suficiente para el objetivo deseado.

Otro sistema empleado para el arranque de los motores asíncronos es el de situar dos grupos de espiras en cortocircuito arrolladas sobre el estator en una zona próxima al rotor. De esta forma, se obtiene un desequilibrio de fase del campo magnético que actúa sobre el inducido, que es suficiente para que el motor arranque y se mantenga en rotación.

Par y velocidad

Las características de par y velocidad en un motor asíncrono están bastante relacionadas y normalmente se representan mediante una curva en la que se puede elegir el punto de funcionamiento más adecuado. Esto es lógico ya que cuando arranca el motor en ausencia de carga la velocidad del rotor tiende a ser igual a la del campo giratorio del estator, ya que basta con una pequeña diferencia entre ambas para que se creen en el inducido las corrientes necesarias para mantenerlo en rotación y por lo tanto el par desarrollado será muy débil debido a que únicamente será necesario vencer la resistencia de rozamiento del eje. Sin embargo, en el momento en que se acople una determinada carga mecánica al rotor, será necesario que el par aumente y se iguale al que se precisa para mover dicha carga.

Como consecuencia la velocidad disminuirá porque sobre el rotor aumentan las corrientes inducidas y estas son proporcionales a la diferencia de velocidad entre los campos del inductor y del inducido. A esta diferencia se la denomina deslizamiento.

Debido a las características que presenta el motor en el momento del arranque, el par obtenido no es elevado y es siempre bastante inferior al

par máximo que puede desarrollar el motor, por esto en los dispositivos empleados para la puesta en rotación se tiene en cuenta esta circunstancia con objeto de que el motor supere siempre esta fase inicial.

Otro de los parámetros que también debe ser tenido en cuenta, sobre todo en los motores de potencia medias o elevadas es el denominado "factor de potencia" que expresa la cifra de "potencia reactiva" que el motor emplea durante su funcionamiento. Se expresa como la relación entre la potencia real absorbida por el motor en watts y la potencia aparente que se define mediante el producto de la tensión aplicada por la corriente absorbida. Es decir, que el factor de potencia es igual a W real / potencia aparente. A este factor también se le denomina cos f.

Motores síncronos

Los motores síncronos constituyen otro de los modelos más destacados del grupo de los de CA. Como su nombre indica, su característica más destacada es la del sincronismo, es decir, que su velocidad de rotación será constante y uniforme y estará regulada por la frecuencia de la corriente de alimentación.

Normalmente este tipo de motores está formado por un inductor móvil o rotor y un inducido fijo o estator, intercambiándose sus funciones con respecto al resto de modelos en los que la parte móvil corresponde casi siempre al inducido.

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento es bastante simple y consiste en los efectos combinados del campo magnético constante del inductor, creado por el electroimán alimentado por CC o bien por un imán permanente y del inducido que contiene una serie de bobinados a los que se les aplica una CA.

Supongamos una estructura elemental, constituida por dos pares de devanados sobre núcleos magnéticos, representados por 1 y 2 y un imán permanente situado sobre un eje giratorio que se encuentra en el centro geométrico de los elementos citados anteriormente en una dirección perpendicular al plano formado por éstos. Al aplicar una CA a la pareja de bobinas 1 se creará en ellas un campo magnético que variara de intensidad y de sentido según las alternancias de la corriente. En un determinado instante el ampo será máximo entre ambas, creándose un polo norte en la zona superior de la bobina superior un sur en la zona inferior, otro norte en la cara superior de la bobina inferior y

otro sur en la cara inferior; en este momento el imán será fuertemente atraído por ellas orientándose en sentido vertical. Si al mismo tiempo se aplica una segunda CA a la pareja de bobinas 2 cuya fase esté retrasada 90° con respecto a la anterior, el campo será nulo en el instante considerado debido a que la corriente pasa por el valor 0 y no ejercerá ninguna influencia. Sin embargo, comenzará a crecer seguidamente y a decrecer el producido por la bobina 1, haciendo que el imán gire hasta situarse en posición horizontal, alineado con los bobinados 2; el proceso continúa al disminuir este segundo campo y comenzar a crecer el primero pero en sentido contrario al inicial, ya que la alternancia de la corriente ahora es negativa, con lo que se invertirán entre si los polos magnético señalados al comienzo. Ello hace que el imán continúe girando hasta ponerse otra vez vertical, pero con el norte hacia abajo y el sur hacia arriba. El paso siguiente corresponde a las bobinas 2 que también han invertido su campo, atrayendo otra vez al imán y manteniendo el giro. Esta secuencia se repetirá sucesivamente y el resultado obtenido será, como puede deducirse la transformación de una energía eléctrica en otra mecánica de rotación, propiedad fundamental de un motor

Velocidad

En nuestro caso el imán permanente o rotor dará una revolución por cada ciclo de la corriente, por lo tanto la velocidad de giro coincidirá con la frecuencia, ya que si esta es de, por ejemplo 50 hz. Producirá 50 giros completos en un segundo y como consecuencia el rotor dará 50 vueltas en el mismo tiempo, o lo que es equivalente a 50 rps.

Si en lugar de emplear un imán para el rotor se emplearan dos en ángulo recto y unidos solidariamente al mismo eje y en vez de dos pares de bobinas desfasas empleáramos cuatro, el efecto resultante también sería una rotación, pero la velocidad de giro resultante sería la mitad de a anterior. Por lo tanto, puede definirse la velocidad de rotación de un motor asíncrono por la fórmula siguiente:

N = f / P

donde N representa dicha velocidad en rps, f es la frecuencia de la CA y P el número de pares de polos que posee el inductor; así en el caso anterior, como el imán tiene dos pares de polos, la velocidad resultante será de 25 rps

Inductor e inducido

Algunos modelos de motores síncronos contienen el inducido en el interior del inductor, con lo que la parte móvil será la exterior, siendo el principio de funcionamiento es similar al descrito anteriormente.

En ocasiones se sustituyen los imanes permanentes del estator por unos electroimanes, en este caso, es necesario aplicar una CC de excitación, con objeto de poder crear todos los pares de polos magnéticos que se precisan. Además y dado que estos electroimanes constituyen el rotor, siendo por lo tanto móviles, se requiere contar con un dispositivo capaz de producir los contactos eléctricos para el paso de dicha corriente durante la rotación como en el caso de los motores de CC. Para ello se emplean dos anillos conectores que resbalan sobre sendas escobillas de forma que el polo positivo permanezca siempre aplicado a uno de ellos y el negativo al otro.

Para las dos fases que se necesitan para el arranque y funcionamiento del motor se suele utilizar un condensador situado en serie con uno de los dos grupos de devanados. De esta forma la corriente se retrasara 90° aproximadamente al circular por este y alcanzara a las bobinas en las condiciones requeridas. si en lugar de situar el condensador en los bobinados mencionados y se cambiara a los otros, el efecto sería el de invertirse el sentido de rotación, manteniéndose el resto de las características sin ninguna variación.

 MOTORES ELECTRICOS

Motor asincrónico trifásico con rotor en jaula. Construcción cerrada. Ventilación externa. Tamaño 56 - 560. Potencia 0,06 - 1000 kW

Motor asincrónico trifásico autofrenado. Construcción cerrada. Ventilación externa. Con freno electromagnético en corriente alterna. Tamaño 63 - 280. Potencia 0,15 - 75 kW

Motor asincrónico trifásico autofrenado. Construcción cerrada. Ventilación externa. Con freno electromagnético en corriente continua. Tamaño 63 - 180. Potencia 0,15 - 22 kW

Motor asincrónico trifásico autofrenado. Construcción cerrada. Ventilación externa. Con freno electromagnético en corriente continua. Tamaño 63 - 112. Potencia 0,15 - 5,5 kW

Motor asincrónico trifásico autofrenado. Construcción cerrada. Ventilación externa. Con freno electromagnético en corriente continua, con bajo nivel de ruido. Tamaño 63 - 225. Potencia 0,18 - 45 kW

MOTORES ELECTRICOS

Motor asincrónico monofásico con rotor en jaula Construcción cerrada. Ventilación externa.  Tamaño 56 - 112. Potencia 0,06 - 4 kW

Motor asincrónico trifásico con rotor en jaula antideflagrante.  Serie EEx d Construcción cerrada. Ventilación externa. Tamaño 71 - 200. Potencia 0,37 - 37 kW

Motor asincrónico trifásico. Construcción cerrada. Ventilación externa. Tamaño 100 - 500. Potencia  0,75 - 530 kW

MAQUINA DE ALTA FRECUENCIA Convertidor de frecuencia asincrónica trifásica. Tamaño 100 - 355. Potencia 0,5 - 110 kVA.

MAQUINA DE ALTA  FRECUENCIA Motor de Alta Frecuencia Construcción  cerrada y ventilada.

Motor asincrónico trifásico.  Construcción cerrada. Ventilación externa. 1. Tamaño 71 - 80. Potencia 0,6 - 4 kW 2. Tamaño 78 - 125. Potencia 1,5 - 25,8 kW

Esquema de una bomba con un motor de 1.5 C.V. y 1500 rpm:

Hidráulica

La palabra "Hidráulica" proviene del griego "hydro" que significa "agua", y “aulos” que significa cañería o entubamiento, cubrió originalmente el estudio del comportamiento físico del agua en reposo y en movimiento.

La “hidráulica”, por lo tanto, es un adjetivo que implica que la palabra está de alguna manera relacionada con líquidos. Ejemplos pueden ser encontrados en el uso diario de “hidráulica” en conexión con elementos familiares como los gatos de automóviles y los frenos. Como un ejemplo gráfico, la frase “elevador hidráulico de carga” se refiere a un elevador ascendiendo y descendiendo sobre una columna de líquido en lugar de usar cables y un tambor. Por otro lado, la palabra “hidráulica” es el nombre genérico de un tema. De acuerdo con el diccionario la palabra “hidráulica” está definida como la ciencia que trata con aplicaciones prácticas (tales como la transmisión de energía o los efectos del caudal) de un líquido en movimiento.

El uso ha ampliado su significado para incluir el comportamiento de todos los líquidos, aunque se refiera sobre todo al movimiento de líquidos. La hidráulica incluye la manera de la cual los líquidos actúan en los tanques y las cañerías, se ocupa de sus características, y explora maneras de aprovechar las mismas. Hoy el término hidráulica se emplea para referirse a la transmisión y control de fuerzas y movimientos por medio de líquidos, es decir, se utilizan los líquidos para la transmisión de energía, en la mayoría de los casos se trata de aceites minerales pero también pueden emplearse otros fluidos, como líquidos sintéticos, agua o una emulsión agua-aceite.

La potencia fluida es un término que fue creado para incluir la generación, control, y el uso de la energía en forma continua y eficaz de fluidos bombeados o comprimidos (líquidos o gases) cuando se utiliza esta energía para proporcionar la fuerza y el movimiento a los mecanismos. Esta fuerza y movimiento puede estar en forma de empuje, tracción, rotación, regulación, o conducción. La potencia fluida incluye la hidráulica, que se relaciona con los líquidos, y la neumática, que se relaciona con los gases. Los líquidos y los gases son similares en muchos aspectos.

Sistemas hidráulicos

Un sistema hidráulico contiene y confina un líquido de manera que el mismo usa las leyes que gobiernan los líquidos para transmitir potencia y desarrollar trabajo. Vemos aquí algunos sistemas básicos y tratamos componentes de un sistema hidráulico que almacenan y acondicionan el fluido. El reservorio de aceite (sumidero y tanque) usualmente sirve para depósito y acondicionador del fluido. Los filtros, reguladores y conexiones magnéticas acondicionan el fluido al quitar impurezas extrañas que podrían obstruir los pasajes y dañar las partes. Los intercambiadores de calor o enfriadores son usados para mantener la temperatura del aceite dentro de los límites aceptables de seguridad y evitar el deterioro del aceite. Los acumuladores, a pesar de ser técnicamente fuentes de energía almacenada, actúan como almacenes de fluido.

DESARROLLO DE LA HIDRÁULICA

Aunque el desarrollo moderno de la hidráulica sea comparativamente reciente, las antiguas civilizaciones estaban familiarizadas con muchos principios hidráulicos y sus usos. Los egipcios y la población antigua de Persia, India, y China transportaron el agua a lo largo de canales para la irrigación y propósitos domésticos, usando las presas y esclusas para controlar el caudal. Los antiguos cretenses tenían un sistema de fontanería avanzado. Arquímedes estudió las leyes de la flotación y cuerpos sumergidos. Los romanos construyeron los acueductos para llevar el agua a sus ciudades.

Después de la desintegración del mundo antiguo, hubo pocas novedades por muchos siglos. Luego, durante un período comparativamente corto, comenzando cerca del final del siglo XVII, el físico italiano, Evangelista Torricelle, el físico francés, Edme Mariotte, y posteriormente, Daniel Bernoulli condujeron experimentos para estudiar los elementos de fuerza en la descarga del agua a través de pequeñas aberturas a los lados de los tanques y a través de cañerías cortas. Durante el mismo período, Blaise Pascal, científico francés, descubrió la ley fundamental de la ciencia de la hidráulica.

La ley de Pascal indica que el aumento en la presión sobre la superficie de un líquido confinado es transmitido sin disminución a través del recipiente o del sistema que lo contiene . (Éste es el principio básico de la hidráulica).

Para que la ley de Pascal sea útil en usos prácticos, era necesario tener un pistón que “encajara exactamente.” No fue sino hasta la última parte del siglo XVIII en que fueron

encontrados métodos para hacer piezas que encajaran con precisión según los requerimientos de los sistemas hidráulicos. Esto fue logrado por la invención de máquinas que fueron utilizadas para cortar y para dar forma a las piezas, logrando el encastre necesario, particularmente, por el desarrollo de juntas y empaquetaduras. Desde entonces, componentes tales como válvulas, bombas, cilindros actuadores, y motores han progresado y perfeccionado para hacer de la hidráulica una de tecnologías principales para transmitir potencia.

La prensa hidráulica, inventada por el inglés John Brahmah, fue uno de los primeras partes realizables de maquinaria desarrolladas que utilizaron la hidráulica en su operación. Consistió en una bomba de émbolo canalizada por tubos a un cilindro grande y a un pistón. Esta prensa encontró uso amplio en Inglaterra porque proporcionó medios más eficaces y más económicos de aplicar grandes fuerzas en aplicaciones industriales. .

CAMPOS DE APLICACIÓN DE LA HIDRAÚLICA Y NEUMÁTICA

En la actualidad las aplicaciones de la oleohidráulica y neumática son muy variadas, esta amplitud en los usos se debe principalmente al diseño y fabricación de elementos de mayor precisión y con materiales de mejor calidad, acompañado además de estudios mas acabados de las materias y principios que rigen la hidráulica y neumática. Todo lo anterior se ha visto reflejado en equipos que permiten trabajos cada vez con mayor precisión y con mayores niveles de energía, lo que sin duda ha permitido un creciente desarrollo de la industria en general.

Los sistemas hidráulicos tienen muchas características deseables. Sin embargo, una desventaja es el elevado costo original de muchos componentes. Esto es mas que superado por mas muchas ventajas que hacen de los sistemas hidráulicos los medios mas económicos de transmisión de potencia. Vemos a continuación algunas ventajas de los sistemas hidráulicos.

Eficiencia. Descontando las pérdidas que puedan ocurrir en sus vínculos mecánicos, prácticamente toda la energía transmitida a través de un sistema hidráulico es recibida a la salida, donde el trabajo es llevado a cabo. El sistema eléctrico, su competidor mas cercano, es 15 a 30% menor en eficiencia. Los mejores sistemas totalmente mecánicos son generalmente 30 a 70% menos eficientes que los sistemas hidráulicos comparables debido a factores de inercia elevada y pérdidas friccionales. La inercia es la resistencia al movimiento, acción  o cambio.

Confiabilidad. El sistema hidráulico es consistentemente confiable. A diferencia de otros sistemas mencionados, el mismo no está sujeto a cambios en el desempeño o a fallas súbitas inesperadas.

Sensibilidad de control. El líquido confinado de un sistema hidráulico opera como una barra de acero al transmitir la fuerza. Sin embargo, las partes móviles son livianas y pueden ser puestas en movimiento o paradas casi instantáneamente. Las válvulas dentro del sistema pueden iniciar o parar la circulación de fluidos presurizados casi en forma instantánea y requerir muy poco esfuerzo para ser manipuladas. El sistema completo es muy manejable por el control del operario.

Flexibilidad de instalación. Las líneas hidráulicas pueden ser colocadas casi en cualquier lugar. A diferencia de los sistemas mecánicos que deben seguir recorridos rectos, las líneas de un sistema hidráulico pueden ser dirigidas alrededor de obstáculos. Los principales componentes de los sistemas hidráulicos, con la excepción de las bombas impulsadas localizadas cerca de la fuente de suministro de potencia, pueden ser instaladas en una variedad de lugares. Las ventajas de estas características son fácilmente reconocibles al estudiar las muchas localizaciones de los componentes hidráulicos en varios tipos de aviones.

Requerimientos de poco espacio. Las partes funcionales de un sistema hidráulico son pequeñas en comparación con aquellas de otros sistemas, por lo tanto, el requerimiento de espacio es comparativamente bajo.

Estos componentes pueden ser fácilmente conectados mediante líneas de cualquier longitud o contorno. Las mismas pueden ser separadas e instaladas en espacios pequeños, sin uso o fuera del camino. Áreas grandes con falta de uso  para los sistemas hidráulicos con innecesarias, en resumen, los requerimientos especiales de espacio son reducidos a un mínimo.

Bajo peso. El sistema hidráulico pesa relativamente poco en comparación con la cantidad de trabajo que hace. Un sistema mecánico o eléctrico capaz de hacer el mismo trabajo pesa considerablemente mas. Dado que el peso de la carga no útil es un factor importante sobre una aeronave, el sistema hidráulico es ideal para el uso en aviación.

Auto lubricación. La mayoría de las partes de un sistema hidráulico operan en un baño de aceite. Los pocos componentes que no requieren lubricación periódica son los vínculos mecánicos del sistema.

Bajos requerimientos de mantenimiento. Los registros de mantenimiento consistentemente muestran que los ajustes y las reparaciones de emergencia a las partes de un sistema hidráulico son necesarios con poca frecuencia.

Fuerza

La palabra “fuerza” usada en un sentido mecánico, significa un empuje o tracción. La fuerza, debido a que empuja o tracciona, tiende a causar que el objeto sobre el cual es aplicada la fuerza se mueva. En ciertas circunstancias, cuando la fuerza que actúa sobre un objeto no es suficiente para superar su resistencia o arrastre, ningún movimiento tendrá lugar. En tales casos, la fuerza aún es considerada como presente.

Dirección de la fuerza. La fuerza puede ser ejercida en cualquier dirección. La misma puede actuar hacia abajo: como cuando la gravedad actúa sobre un cuerpo, empujándolo hacia la tierra. La fuerza puede actuar en forma transversal : como cuando el viento empuja un bote a través del agua. Una fuerza puede se aplicada hacia arriba: como cuando un atleta arroja ( empuja) una bola hacia el aire. O una fuerza puede actuar en todas las direcciones a la vez: como cuando un globo explota.

Magnitud de la fuerza. La extensión (magnitud) de una fuerza dada es expresada por medio de una única medición. En los Estados Unidos, la libra (pound) es la unidad de medición de la fuerza. Por ejemplo, se emplearon 7,5 millones de libras de empuje para elevar (fuerza) la nave Apolo fuera de su lanzadera. La fuerza hidráulica es medida en la cantidad de libras requeridas para desplazar un objeto dentro de un área específica, como por ejemplo una pulgada cuadrada.

Presión.

La palabra “presión”, cuando es usada en conjunto con sistemas mecánicos e hidromecánicos, tiene dos usos diferentes. Uno es técnico; el otro; no técnico. Estos dos usos pueden ser fácilmente distinguidos entre sí por la presencia o ausencia de un número. En el uso técnico, un número siempre acompaña a la palabra “presión”. En el uso no técnico, ningún número está presente. Estas definiciones son explicadas con mas detalles a continuación.

Técnico. El número que acompaña a la presión contiene información específica acerca de la fuerza significativa de la fuerza que es aplicada. La magnitud de esta fuerza aplicada es expresada como el valor al cual la fuerza es distribuida sobre el área sobre la cual está siendo aplicada. Así, libras por pulgada cuadrada (psi) expresan una relación de presión como las millas por hora (mph) expresan velocidad. Un ejemplo de esto es: “El sistema hidráulico en el avión UH-1 funciona a 1500 psi”.

No técnico. La palabra “presión”, cuando es usada en el sentido no técnico indica que una cantidad no especificada de fuerza es aplicada a un objeto. Frecuentemente adjetivos tales como  liviano, medio o pesado son usados para quitar algo de la vaguedad concerniente a la magnitud de la fuerza aplicada.

Medición de presión

Cuando se usa en sentido técnico, la presión es definida como la cantidad de fuerza por unidad de área. Para tener significado universal, consistente y definitivo, la unidades estándar de medición son usadas para expresar presión. En los Estados Unidos, la libra es la unidad de medición usada para la fuerza, y la pulgada cuadrada es la unidad de área. Esto es comparable a la unidad de medición usada para la velocidad: la milla es la unidad de medición de distancia, y la hora es la medición de tiempo.

Una medición de presión es siempre expresada en términos de ambas unidades de medición según lo explicado: cantidad de fuerza y unidad de área. Sin embargo, sólo una de estas unidades, la cantidad de fuerza, es variable. La pulgada cuadrada es usada sólo en singular, nunca mas o menos de una pulgada cuadrada.

Una medición de presión dada puede ser citada en tres modos diferentes y aún significar la misma cosa. Por lo tanto, 50 psi de presión, 50 libras de presión y 50 psi tienen el mismo significado.

Hoy, se utiliza la potencia hidráulica para hacer funcionar muchas y variadas herramientas y mecanismos. En un garaje, un mecánico levanta el extremo de un automóvil con un gato hidráulico. Los dentistas y los peluqueros utilizan transmisión hidráulica, a través pequeños movimientos de una palanca de mando, para levantar y colocar sus sillas a una altura de trabajo conveniente. Los cierres hidráulicos evitan que puertas pesadas se cierren de golpe. Los frenos hidráulicos han sido un equipo estándar en los automóviles desde los años 30. La mayoría de los automóviles se equipan con transmisiones automáticas que son accionadas hidráulicamente. La dirección hidráulica es otro uso de la potencia hidráulica. Los trabajadores de construcción dependen de la energía hidráulica para la operación de varios componentes de su equipamiento. Por ejemplo, la pala de una niveladora es accionada normalmente por energía hidráulica. Durante el período precedente a la Segunda Guerra Mundial la marina de guerra comenzó a aplicar la hidráulica a los mecanismos navales extensivamente. Desde entonces, los usos navales han aumentado al punto donde muchos dispositivos hidráulicos ingeniosos se utilizan en la solución de problemas de artillería, de aeronáutica, y de navegación. A bordo de la nave, se utiliza la transmisión hidráulica para operar equipos tales como el guinche de ancla, las grúas, dirección, dispositivos teledirigidos, y los impulsores hidráulicos de elevación y de entrenamiento para el armamento y los lanzacohetes. Los elevadores en portaaviones utilizan potencia hidráulica para transferir los aviones de la cubierta de hangar a la cubierta de vuelo y viceversa.

El uso extenso de la hidráulica y de la neumática para transmitir energía es debido al hecho de que los sistemas fluidos correctamente construidos poseen un número de características favorables. Eliminan la necesidad de sistemas complicados de engranajes, de levas, y de palancas. El movimiento se puede transmitir sin la holgura inherente en el uso de las piezas sólidas de máquina. Los líquidos usados no están sujetos a roturas al igual que las piezas mecánicas, y los mecanismos no se están expuestos a un gran desgaste. Las diversas piezas de un sistema de energía fluido se pueden situar convenientemente en puntos muy distanciados, puesto que las fuerzas generadas se transmiten rápidamente a distancias considerables con pequeñas pérdidas. Estas fuerzas se pueden desplazar hacia arriba y hacia abajo o a través de codos con pequeñas pérdidas en eficacia y sin mecanismos complicados. Fuerzas muy

grandes se pueden controlar por otras más pequeñas y se pueden transmitir a través de líneas y de orificios comparativamente pequeños.

Si el sistema se adapta bien al trabajo que se requiere realizar, y si no se emplea mal, puede proporcionar una acción continua, flexible, uniforme y sin vibraciones, y no es afectado por variaciones de la carga. En caso de una sobrecarga, una reducción automática de la presión puede ser garantizada, de manera de proteger el sistema contra averías o tensiones excesivas. Los sistemas de potencia mediante fluidos pueden proporcionar amplios movimientos variables, tanto en la transmisión de energía rotatoria como en forma rectilínea. La necesidad del control manual puede ser reducida al mínimo. Además, los sistemas de potencia fluida son económicos para operar.

La pregunta que puede presentarse es porqué usar la hidráulica en ciertos usos y neumática en otros. Muchos factores son considerados por el usuario y/o el fabricante al determinar qué tipo de sistema utilizar en un uso específico. No hay reglas claras e inmediatas a seguir; sin embargo, la experiencia pasada ha proporcionado algunas conclusiones que se consideran generalmente cuando se toman tales decisiones. Si la necesidad del sistema requiere velocidad, una cantidad media de presión, y solamente un control relativamente exacto, un sistema neumático puede ser utilizado. Si el uso requiere solamente una cantidad media de presión y de un control más preciso, una combinación de hidráulica y de neumática puede ser utilizada. Si el uso requiere una gran cantidad de presión y/o control extremadamente exacto, un sistema hidráulico deberá ser le opción a elegir.

La hidráulica y la neumática se combinan para algunos usos. Esta combinación se refiere como hidroneumática. Un ejemplo de esta combinación es la elevación usada en garajes y estaciones de gasolina. La presión de aire se aplica a la superficie del fluido hidráulico en un depósito. La presión de aire fuerza el líquido hidráulico a levantar el elevador.

Dentro de las aplicaciones se pueden distinguir dos, móviles e industriales:

Aplicaciones Móviles

El empleo de la energía proporcionada por el aire y aceite a presión, puede aplicarse para transportar, excavar, levantar, perforar, manipular materiales, controlar e impulsar vehículos móviles tales como:

Tractores Grúas Retroexcavadoras Camiones recolectores de basura Cargadores frontales Frenos y suspensiones de camiones Vehículos para la construcción y mantención de carreteras Etc.

Aplicaciones Industriales

En la industria, es de primera importancia contar con maquinaria especializada para controlar, impulsar, posicionar y mecanizar elementos o materiales propios de la línea de producción, para estos efectos se utiliza con regularidad la energía proporcionada por fluidos comprimidos. Se tiene entre otros:

Maquinaria para la industria plástica Máquinas herramientas Maquinaria para la elaboración de alimentos Equipamiento para robótica y manipulación automatizada Equipo para montaje industrial Maquinaria para la minería Maquinaria para la industria siderúrgica Etc.

Otras aplicaciones se pueden dar en sistemas propios de vehículos automotores, como automóviles, aplicaciones aerospaciales y aplicaciones navales, por otro lado se pueden tener aplicaciones en el campo de la medicina y en general en todas aquellas áreas en que se requiere movimientos muy controlados y de alta precisión, así se tiene:

Aplicación automotriz: suspensión, frenos, dirección, refrigeración, etc. Aplicación Aeronáutica: timones, alerones, trenes de aterrizaje, frenos,

simuladores, equipos de mantenimiento aeronáutico, etc. Aplicación Naval: timón, mecanismos de transmisión, sistemas de mandos,

sistemas especializados de embarcaciones o buques militares Medicina: Instrumental quirúrgico, mesas de operaciones, camas de hospital,

sillas e instrumental odontológico, etc.

La hidráulica y neumática tienen aplicaciones tan variadas, que pueden ser empleadas incluso en controles escénicos (teatro), cinematografía, parques de entretenciones, represas, puentes levadizos, plataformas de perforación submarina, ascensores, mesas de levante de automóviles, etc.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA HIDRAULICA Y NEUMATICA

Los sistemas de transmisión de energía oleohidráulicos y neumáticos son una garantía de seguridad, calidad y fiabilidad a la vez que reducen costos.

La flexibilidad extrema de los elementos de potencia fluida presenta un número de problemas a tener en cuenta. Puesto que los fluidos no tienen ninguna forma propia, éstos deben ser confinados seguramente a lo largo de todo el sistema. Consideraciones especiales se deben dar a la integridad estructural de las partes de un sistema de potencia fluido. El sistema deberá estar compuesto por cañerías y envases resistentes. Las pérdidas deberán ser evitadas. Esto es un problema grave con la alta presión obtenida en muchas instalaciones de potencia fluida.

La operación del sistema implica el movimiento constante del líquido dentro de las líneas y de los componentes. Este movimiento causa fricción dentro del líquido mismo y contra las superficies que lo contienen que, si son excesivas, pueden llevar a las pérdidas serias en eficiencia. No se debe permitir que materiales extraños se acumulen en el sistema, donde éstos pueden taponar los pequeños pasos o trabar piezas con ensamble muy preciso. La acción química puede causar la corrosión. Cualquier persona que trabaje con sistemas de potencia fluida debe saber cómo funciona dichos sistema y sus componentes, tanto en términos de principios generales comunes a todos los mecanismos físicos, así como las particularidades del dispositivo actual en uso. .

La Seguridad es de vital importancia en la navegación aérea y espacial, en la producción y funcionamiento de vehículos, en la minería y en la fabricación de productos frágiles. Por ejemplo, los sistemas oleohidráulicos y neumáticos se utilizan

para asistir la dirección y el frenado de coches, camiones y autobuses. Los sistemas de control oleohidráulico y el tren de aterrizaje son los responsables de la seguridad en el despegue, aterrizaje y vuelo de aviones y naves espaciales. Los rápidos avances realizados por la minería y construcción de túneles son el resultado de la aplicación de modernos sistemas oleohidráulicos y neumáticos.

La Fiabilidad y la Precisión son necesarias en una amplia gama de aplicaciones industriales en las que los usuarios exigen cada vez más una mayor calidad. Los sistemas oleohidráulicos y neumáticos utilizados en la manipulación, sistemas de fijación y robots de soldadura aseguran un rendimiento y una productividad elevados, por ejemplo, en la fabricación de automóviles.

En relación con la industria del plástico, la combinación de la oleohidráulica, la neumática y la electrónica hacen posible que la producción esté completamente automatizada, ofreciendo un nivel de calidad constante con un elevado grado de precisión.

Los sistemas neumáticos juegan un papel clave en aquellos procesos en los que la higiene y la precisión son de suma importancia, como es el caso de las instalaciones de la industria farmacéutica y alimenticia, entre otras.

La Reducción en el costo es un factor vital a la hora de asegurar la competitividad de un país industrial.

La tecnología moderna debe ser rentable y la respuesta se encuentra en los sistemas oleohidráulicos y neumáticos. Entre otros ejemplos, cabe citar el uso generalizado de estos sistemas en la industria de carretillas elevadoras controladas hidráulicamente, las máquinas herramientas de alta tecnología, así como los equipos de fabricación para procesos de producción automatizada, las modernas excavadoras, las máquinas de construcción y obras públicas y la maquinaria agrícola.

Con respecto a la manipulación de materiales y para citar unos ejemplos, los sistemas oleohidráulicos permiten que una sola persona pueda trasladar, fácil y rápidamente, grandes cantidades de arena o de carbón.

Ventajas de la Oleohidráulica

Permite trabajar con elevados niveles de fuerza o mementos de giro El aceite empleado en el sistema es fácilmente recuperable Velocidad de actuación fácilmente controlable Instalaciones compactas Protección simple contra sobrecargas Cambios rápidos de sentido

Desventajas de la Oleohidráulica

El fluido es mas caro Perdidas de carga Personal especializado para la mantención Fluido muy sensible a la contaminación.

ESTADOS DE LA MATERIA El material que compone el universo se conoce como materia. La materia se define como cualquier sustancia que ocupe el espacio y tenga

peso. La materia existe en tres estados: sólido, líquido, y gaseoso; cada uno tiene distintas características. Los sólidos tienen un volumen y una forma definidos; los líquidos tienen un volumen definido, pero toman la forma de los recipientes que los contienen; los gases no tienen ni una forma definida ni un volumen definido. Los gases no sólo toman la forma del recipiente que los contiene, sino también se expanden y llenan el recipiente, sin importar su volumen. Los ejemplos de los estados de la materia son hierro, agua, y aire.La materia puede cambiar de un estado a otro. El agua es un buen ejemplo. A temperaturas altas está en estado gaseoso conocido como vapor. A temperaturas moderadas es un líquido, y a bajas temperaturas se convierte en hielo, que es definitivamente estado sólido. En este ejemplo, la temperatura es el factor dominante en la determinación del estado que la sustancia asume. La presión es otro factor importante que afectará a cambios en los estados de la materia. A presiones inferiores a la presión atmosférica, el agua hervirá y se transformará en vapor a temperaturas menores a 212° Fahrenheit (F). La presión es también un factor crítico en el cambio de algunos gases a líquidos o sólidos. Normalmente, cuando presión y enfriamiento son aplicadas a un gas en forma simultánea, el gas se transforma en estado líquido. El aire líquido, que es una mezcla de oxígeno y de nitrógeno, se produce de este modo.

En el estudio de la potencia de los fluidos, nos referimos sobre todo a las características y propiedades de líquidos y gases. Sin embargo, usted deberá tener presente que las características de los sólidos también afectan a las características de líquidos y gases. Las líneas de tuberías y los componentes, que son sólidos, contienen y controlan el líquido o el gas en sus respectivos sistemas..

Definiciones:

Fluido: Elemento en estado líquido o gaseoso, en estas páginas utilizaremos en los sistemas neumáticos "aire comprimido y en los sistemas hidráulicos "aceites derivados de petróleo".

Fluidos Hidráulicos : Misión de un fluido en oleohidráulica

Transmitir potencia Lubricar Minimizar fugas Minimizar pérdidas de carga

Fluidos empleados

Aceites minerales procedentes de la destilación del petróleo Agua – glicol Fluidos sintéticos Emulsiones agua – aceite

Generalidades

El aceite en sistemas hidráulicos desempeña la doble función de lubricar y transmitir potencia.

Constituye un factor vital en un sistema hidráulico, y por lo tanto, debe hacerse una selección cuidadosa del aceite con la asistencia de un proveedor técnicamente bien capacitado.

Una selección adecuada del aceite asegura una vida y funcionamiento satisfactorios de los componentes del sistema, principalmente de las bombas y motores hidráulicos y en general de los actuadores.

Algunos de los factores especialmente importantes en la selección del aceite para el uso en un sistema hidráulico industrial, son los siguientes:

1. El aceite debe contener aditivos que permitan asegurar una buena característica anti desgaste. No todos los aceites presentan estas características de manera notoria.

2. El aceite debe tener una viscosidad adecuada para mantener las características de lubricante y limitante de fugas a la temperatura esperada de trabajo del sistema hidráulico.

3. El aceite debe ser inhibidor de oxidación y corrosión. 4. El aceite debe presentar características antiespumantes.

Para obtener una óptima vida de funcionamiento, tanto del aceite como del sistema hidráulico; se recomienda una temperatura máxima de trabajo de 65ºC.

El estudio de los líquidos se divide en dos ramas principales: líquidos en reposo (hidrostática) y líquidos en el movimiento (hidráulica). Los efectos de líquidos en reposo se pueden expresar a menudo por fórmulas simples. Los efectos de los líquidos en el movimiento son más difíciles expresar debido a los factores friccionales y otros cuyas acciones no se pueden expresar por matemáticas simples.

Ya vimos que los líquidos tienen un volumen definido pero toman la forma del recipiente que los contiene. Hay dos características adicionales que debemos explorar antes de proseguir:

Los líquidos son casi incompresibles. Por ejemplo, si una presión de 100 libras por la pulgada cuadrada (psi) se aplica a un volumen dado de agua que esté a la presión atmosférica, el volumen disminuirá solamente un 0.03 por ciento. Necesitaríamos una fuerza de aproximadamente 32 toneladas para reducir su volumen en un 10 por ciento; sin embargo, cuando se quita esta fuerza, el agua vuelve inmediatamente a su volumen original. Otros líquidos se comportan de manera casi parecida al agua.

Otra característica de un líquido es la tendencia a mantener su nivel superficial libremente. Si la superficie no está a nivel, los líquidos fluirán en la dirección que corresponda tendiendo a nivelar su superficie. Ampliar ...

Sistema de transmisión de energía Neumática e Hidráulica.

Es un sistema en el cual se genera, transmite y controla la aplicación de potencia a través del aire comprimido y la circulación de aceite en un circuito. El sistema puede dividirse en tres grandes grupos que observamos en el diagrama de bloques de la figura 1.1.

Comenzando desde la izquierda de] diagrama, la primera sección corresponde a la conversión de Energía Eléctrica y/o Mecánica en un sistema de energía Neumática ylo Hidráulica.

Un motor eléctrico, de explosión o de otra naturaleza está vinculado a una bomba o compresor, a cuya salida se obtiene un cierto caudal a una determinada presión. 

En la parte central del diagrama, el fluido es conducido a través de tubería al lugar de utilización.

A la derecha en el diagrama, el aire comprimido o el aceite en movimiento produce una reconversión en Energía mecánica mediante su acción sobre un cilindro o un motor neumático o hidráulico. Con las válvulas se controla la dirección del movimiento, la velocidad y el nivel de potencia a la salida del motor o cilindro.

Leyes físicas relativas a los fluidos.

Hay infinidad de leyes físicas relativas al comportamiento de los fluidos, muchas de ellas son utilizadas con propósitos científicos o de experimentación, nosotros nos limitaremos a estudiar aquellas que tienen aplicación practica en nuestro trabajo.

Conceptos de Presión y Fuerza

Ley de Pascal.

La ley más elemental de la física referida a la hidráulica y neumática fue descubierta y formulada por Blas Pascal en 1653 y denominada Ley de Pascal, que dice: 

"La presión existente en un líquido confinado actúa igualmente en todas direcciones, y lo hace formando ángulos rectos con la superficie del recipiente".

La presión en un líquido sólo depende de la profundidad, cualquier incremento de presión en la superficie debe transmitirse a cada punto en el fluido. Esto lo reconoció por primera vez el científico francés Blaise Pascal y se conoce como Ley de Pascal. La figura 1-2 ilustra la Ley de Pascal. El fluido confinado en la sección de una tubería ejerce igual fuerza en todas direcciones, y perpendicularmente a las paredes. 

La figura 1-3 muestra la sección transversal de un recipiente de forma irregular, que tiene paredes rígidas El fluido confinado en el ejerce la misma presión en todas las direcciones, tal como lo indican las flechas. Si las paredes fueran flexibles, la sección asumiría forma circular. Es entonces la Ley de Pascal que hace que una manguera contra incendios asuma forma cilíndrica cuando es conectada al suministro. Es importante la diferencia entre cómo actúa la fuerza sobre un fluido y cómo lo hace sobre un sólido. Puesto que el sólido es un cuerpo rígido, puede soportar que se le aplique una fuerza sin que cambie apreciablemente su forma. Por otra parte, un líquido puede soportar una fuerzaúnicamente en una superficie o frontera cerrada.

Nota que la fuerza que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo contiene siempre actúa en forma perpendicular a esas paredes.Ésta es una característica propia de los fluidos que hace que el concepto de presión sea muy útil. Si se perforan agujeros a los lados y al fondo de un barril con agua, se demuestra que la fuerza ejercida por el agua es en cualquier parte perpendicular a la superficie del barril.

Cualquier persona que haya tratado de mantener una balsa por debajo de la superficie del agua se convence de inmediato de la existencia de una presión hacia arriba. En realidad nos damos cuenta que: Los fluidos ejercen presión en todas direcciones.

Aplicación de la Ley de Pascal por Bramah

En los primeros años de la Revolución Industrial, un mecánico de origen británico llamado Joseph Bramah, utilizó el descubrimiento de Pascal y por ende el llamado Principio de Pascal para fabricar una prensa hidráulica.

Bramah pensó que si una pequeña fuerza, actuaba sobre un área pequeña, ésta crearía una fuerza proporcionalmente mas grande sobre una superficie mayor, el único límite a la fuerza que puede ejercer una máquina, es el área a la cual se aplica la presión.

Esto se puede apreciar en el siguiente ejemplo

¿Qué fuerza F1 se requiere para mover una carga K de 10.000 kg?

Considerar los datos del dibujo.

Como: p = F/A

A2 = 10 cm²; K = 10.000 kgf

p2 = 10.000 kgf/ 10 cm² => p2 = 1.000 kgf/cm²

Como en un circuito cerrado, de acuerdo al principio de Pascal, la presión es igual en todas direcciones normales a las superficies de medición, se puede decir que la presión aplicada al área 2 es igual que la aplicada al área 1

p1 = p2

F1 = 1.000 kgf/cm² x 5 cm² => F1 = 5.000 kgf

F = p x A

De esto se concluye que el área es inversamente proporcional a la presión y directamente proporcional a la fuerza.

Para el ejemplo se tiene que el equilibrio se logra aplicando una fuerza menor que el peso ya que el área es menor que la que soporta el peso.

Un claro ejemplo de esto son las gatas hidráulicas.

Ley Boyle

La relación básica entre la presión de un gas y su volumen esta expresada en la Ley de Boyle que establece: 

"La presión absoluta de un gas confinado en un

recipiente varia en forma inversa a su volumen, cuando la temperatura permanece constante."

Para la resolución de problemas, la Ley de Boyle se escribe de la siguiente forma:

En estas formulas, P1 y V1 son la presión y volumen inicial de un gas, y P2 y V2  la presión y volumen después de que el gas haya  sido comprimido o expandido.

Importante : Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presión "absoluta" y no manométrica..

La presión absoluta es la presión que ejerce el aire atmosférico que es igual a 1,033 Kp /cm² = 1 atmósfera (kilogramo fuerza por centímetro cuadrado).

Las tres figuras ejemplifican la ley de Boyle. En la figura 1-4 A, 40 cm³ de gas están contenidas en un recipiente cerrado a una presión  P. En la figura 1-4B el pistón se ha movido reduciendo el volumen a 20 cm³, provocando un incremento de la presión 2P.

En la figura 1-4 C el pistón a comprimido el gas a 10 cm³ , provocando un incremento de cuatro veces la presión original 4P.

Existe entonces una relación inversamente proporcional entre el volumen y la presión de un gas siempre que la temperatura se mantenga constante, y que las lecturas de presión sean "absolutas" es decir referidas al vacío

perfecto.

La Ley de Boyle, describe el comportamiento de un gas llamado "perfecto". El aire comprimido se comporta en forma similar a la ley de un gas perfecto a presiones menores de 70 Kg/cm² y los cálculos empleando la Ley de Boyle ofrecen resultados aceptables. No ocurre lo mismo con ciertos gases, particularmente de la familia de los hidrocarburos como el propano y etileno.

Cálculo.

Partiendo con 40 cm³ de gas confinado a una presión manométrica de 3 Kg/cm² , fig. 1-5 A, cual será la presión final después de que el gas haya sido comprimido a un volumen cuatro veces menor ? .

Primero convertiremos la presión manométrica en absoluta: 3 + 1,033 = 4,033 Kp/cm².

A continuación aplicaremos la ley de Boyle:  Sí el volumen se redujo a 1/4, la presión se habrá multiplicado por 4 es decir: 4,033 x 4 = 16,132 Kp/cm² (absoluta).

Finalmente convertiremos esta lectura absoluta en manométrica:

16,132 - 1,033 = 15,099 Kp/cm²

Ley de Charles.

Esta ley define la relación existente entre la temperatura de un gas y su volumen o presión o ambas.

Esta ley muy importante es utilizada principalmente por matemáticos y científicos, y su campo de aplicación es reducido en la practica diaria. La ley establece que :

"Si la temperatura de un gas se incrementa su volumen se incrementa en la misma proporción, permaneciendo su presión constante, o si la temperatura del gas se incrementa, se incrementa también su presión en la

misma proporción, cuando permanece el volumen constante."

Para la solución de problemas deben emplearse valores de presión y temperatura "absolutos".

El efecto de la temperatura en los fluidos.

Es bien conocido el efecto de expansión de líquidos y gases por aumento de la temperatura. La relación entre la temperatura, volumen y presión de un gas podemos calcularla por la ley de Charles.

La expansión del aceite hidráulico en un recipiente cerrado es un problema en ciertas condiciones por ejemplo un cilindro hidráulico lleno de aceite en una de sus cámaras y desconectado mediante acoplamientos rápidos de la línea de alimentación, no presenta lugar para una expansión cuando es expuesto al calor.

La presión interna puede alcanzar valores de 350 Kg/cm² y aun 1.400 Kg/cm² dependiendo del incremento de temperatura y características del cilindro

Compresibilidad de los Fluidos.

Todos los materiales en estado gaseoso, liquido o sólido son compresibles en mayor o menor grado. Para las aplicaciones hidráulicas usuales el aceite hidráulico es considerado incompresible, si bien cuando una fuerza es aplicada la reducción de volumen será de 1/2 % por cada 70 Kg/cm² de presión interna en el seno del fluido.

De la misma forma que los diseñadores de estructuras deben tener en cuenta el comportamiento del acero a la compresión y elongación , el diseñado hidráulico en muchas instancias debe tener en cuenta la compresibilidad de los líquidos, podemos citar como ejemplo, la rigidez en un servomecanismo, o el calculo del volumen de descompresión de una prensa hidráulica para prevenir el golpe de ariete.

Transmisión de Potencia

La figura 1-7 muestra el principio en el cual esta basada la transmisión de potencia en los sistemas neumáticos e hidráulicos. Una fuerza mecánica, trabajo o potencia es aplicada en el pistón A. La presión interna desarrollada en el fluido ejerciendo una fuerza de empuje en el pistón B.

Según la ley de Pascal la presión desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos por la que la fuerza desarrollada en el pistón B es igual a la fuerza ejercida en el fluido por el pistón A, asumiendo que los diámetros de A y B son iguales.

Transmisión de Potencia a través de una tubería.

El largo cilindro de la figura 1-7, puede ser dividido en dos cilindros individuales del mismo diámetro y colocados a distancia uno de otro conectados entre si por una cañería. El mismo principio de transmisión de la fuerza puede ser aplicado, y la fuerza desarrollada en el pistón B va ser igual a la fuerza ejercida por el pistón A.

La ley de Pascal no requiere que los dos pistones de la figura 1-8 sean iguales. La figura 1-9 ilustra la versatilidad de los sistemas hidráulicos y/o neumáticos al poder ubicarse los componentes aislantes no de otro, y transmitir las fuerzas en forma inmediata a través de distancias considerables con escasas perdidas. Las transmisiones pueden llevarse a cualquier posición . 

aun doblando esquinas, pueden transmitirse a través de tuberías relativamente pequeñas con pequeñas perdidas de potencia.

La distancia L que separa la generación, pistón A, del punto de utilización pistón B, es usualmente de 1,5 a 6 metros en los sistemas hidráulicos, y de 30 a 60 metros en aire comprimido. Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente diseñados.

Presión Hidráulica.

La presión ejercida por un fluido es medida en unidades de presión. Las unidades comúnmente utilizadas son :

La libra por pulgada cuadrada = PSI El Kilogramo por centímetro cuadrado = Kg/cm² El Kilogramo fuerza por centímetro cuadrado = Kp/cm² El bar = bar

Existiendo la siguiente relación aproximada :

Kg /cm² ~  Kp/cm²  ~ bar

En la figura 1-10A se muestra que la fuerza total aplicada al vástago de un pistón se distribuye sobre toda la superficie de este. Por ello para encontrar la presión que se desarrollará en el seno de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistón

La figura 1-10B, una fuerza de 2200 Kg. ejercida en el extremo del vástago es distribuida sobre 200 cm² por lo que la fuerza por cm² será de10 Kg. y esto lo indica el manómetro

Este principio tiene carácter reversible  , en la figura 1-11 la presión interna del fluido actuando sobre el área del pistón produce una fuerza de empuje en el extremo del vástago .

La presión interna indicada por el manómetro 70Kg/cm² actúa sobre 120 cm² de área de pistón produciendo un empuje de 8400 Kg.

No olvidemos que para hallar la superficie de un pistón debemos aplicar la formula:

ÁREA =  PI * R2

FACTOR DE MULTIPLICACIÓN

En la figura 1-12 vemos un método de multiplicar la fuerza en un sistema hidráulico. Una fuerza de 70Kg. es aplicada sobre el pistón A. Mediante el calculo que hemos descrito, se origina una presión disponible de 7 Kg/cm².

 

Esta presión actúa sobre la superficie del pistón B de 20 cm2. produciendo una fuerza de empuje de 140 Kg.

Es decir que la fuerza aplicada sobre el pistón A es multiplicada en la misma relación, que la existente entre las áreas de los dos pistones.

Este principio, de multiplicación de fuerza es empleado en el freno de los automóviles y en las prensas hidráulicas.

Refiriéndonos nuevamente a la Fig. 1-12 vemos que la multiplicación de fuerzas se hace a expensas de sacrificar la carrera del cilindro B. El pistón A se mueve una distancia de 10 cm desplazando 100 cm³ (10 x l0).

Esta cantidad de aceite mueve el pistón B solo 5 cm..

La velocidad de la carrera se ha sacrificado. El pistón B se mueve 5 cm. en el mismo tiempo que el pistón A recorre 10 cm.

En la figura 1-13 vemos una analogía mecánica al sistema hidráulico descrito. El producto de las fuerzas por las distancias debe ser igual en ambos sistemas de acuerdo a las leyes de la mecánica. En el extremo izquierdo 70 x 0,10 = 0,700 Kgm., en el extremo derecho 140 x 0,5 = 0,700 Kgm.

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Fuerza de flotación y Principio de Arquímedes

Cualquier persona que esté familiarizada con la natación y otros deportes acuáticos ha observado que los objetos parecen perder peso cuando se sumergen en agua. En realidad, el objeto puede incluso flotar en la superficie debido a la presión hacia arriba ejercida por el agua.

El agua brinda un soporte parcial a cualquier objeto dentro de ella. La fuerza hacia arriba que el fluido ejerce sobre el objeto sumergido recibe el nombre de fuerza de flotación.

La magnitud de la fuerza de flotación siempre es igual al peso del fluido desplazado por el objeto.

Un antiguo matemático griego, Arquímedes fue el primero que estudió el empuje vertical hacia arriba ejercido por los fluidos.

Principio de Arquímedes

Cualquier objeto sumergido completa o parcialmente en un fluido es empujado hacia arriba por una fuerza igual al peso del volumen del fluido desplazado por el cuerpo.

Dinámica de fluidos

Ahora hablaremos de fluidos en movimiento.Cuando un fluido se mueve, su flujo puede caracterizarse como uno de dos tipos principales. Se dice que el flujo será estable o laminar si cada partícula del fluido sigue una trayectoria uniforme, por lo que las trayectorias de diferentes partículas nunca se cruzan entre sí. Así, en el flujo estable, la velocidad del fluido en cualquier punto se mantiene constante en el tiempo.

Arriba de cierta velocidad crítica, el flujo del fluido se vuelve no estable o turbulento. Éste es un flujo irregular caracterizado por pequeñas regiones similares a torbellinos. Ejemplo es el flujo del agua en una corriente, donde éste se vuelve turbulento en regiones donde hay rocas y otras obstrucciones, formando a menudo rápidos de “agua espumosa”.

En general, el término viscosidad se emplea en el flujo de fluidos para caracterizar el grado de fricción interna en el fluido. Esta fricción interna o fuerza viscosa se asocia a la resistencia que presentan dos capas adyacentes del fluido a moverse una respecto de la otra. Por causa de la viscosidad, parte de la energía cinética de un fluido se convierte en energía térmica. Esto es similar al mecanismo por el cual un objeto pierde energía cinética cuando se desliza sobre una superficie horizontal rugosa.

Debido a que el movimiento de un fluido real es complicado e incluso no comprendido del todo, hacemos algunas suposiciones simplificatorias en nuestro planteamiento. Vamos a hacer un modelo de un fluido ideal.

> Fluido no viscoso. En un fluido no viscoso no se toma en cuenta la fricción interna. Un objeto que se mueve a través de un fluido no experimenta fuerza viscosa.> Flujo estable. En el flujo estable suponemos que la velocidad del fluido en cada punto permanece constante en el tiempo.> Fluido incomprensible. La densidad de un fluido incomprensible se considera que permanecerá constante en el tiempo.

Cuando un fluido está en movimiento, su flujo puede caracterizarse como uno de dos tipos principales: Fluido estable o laminar y fluido no estable o turbulento. Se dice que el flujo será laminar o estable si cada partícula del fluido sigue una trayectoria uniforme, por lo que las trayectorias de diferentes partículas no se cruzan entre sí. Si el flujo es constante la velocidad del fluido en cualquier punto se mantiene constante en el tiempo. la ecuación de continuidad es posible demostrar utilizando el hecho que masa se conserva v1A1=v2A2. La cual señala que en el caso de un fluido incompresible, el producto del área y de la velocidad del fluido en todos los puntos a lo largo del tubo, por donde se mueve el fluido, es una constante.

A partir del teorema de conservación de la energía para el fluido, también es posible demostrar la llamada Ecuación de Bernoulli:

 

Que de forma más sencilla nos dice que las presiones son constantes en un fluido.

EL FLUJO DE FLUIDO EN TUBERÍAS

La situación ideal del flujo en una tubería se establece cuando las capas de fluido se mueven en forma paralela una a la otra. Esto se denomina  "flujo laminar"  figura 1-14. las capas de fluido próximas a las paredes internas de la tubería se mueven lentamente, mientras que las cercanas al centro lo hacen rápidamente. Es necesario dimensionar las tuberías de acuerdo al caudal que circulará por ellas, una tubería de diámetro reducido provocará elevadas velocidades de circulación y como consecuencia perdidas elevadas por fricción; una tubería de gran diámetro resultará costosa y difícil de instalar.

Por lo expuesto recomendamos el uso del gráfico nro. 1  para la elección de los diámetros adecuados en instalaciones hidráulicas.

En la figura 1-15 vemos una situación de flujo turbulento donde las partículas de fluido se mueven en forma desordenada con respecto a la dirección del flujo. La turbulencia es causada por el exceso de velocidad de circulación, por cambios bruscos del diámetro de la tubería, y por la rugosidad interna de la misma la turbulencia produce excesiva perdida de presión en los sistemas y sobrecalentamiento del aceite. A menudo puede ser detectada por el ruido que produce la circulación por las tuberías. Para prevenir la turbulencia , las tuberías deben ser de diámetro adecuado, no tener cambios bruscos de diámetro u orificios restrictotes de bordes filosos que produzcan cambios de velocidad.

En la figura 1-16 vemos una sección de tubería con flujo laminar , las partículas se mueven a alta velocidad en el centro pero paralelas una a la otra. La restricción se ha realizado de manera tal que presenta una transición lenta de velocidades, de esta forma se evita la turbulencia.

Las dos figuras 1-17A y 1-18B muestran qué sucede con la corriente fluida cuando toma una curva de radio amplio se mantienen las condiciones de flujo laminar, a la derecha el cambio de dirección es abrupto induciendo un flujo turbulento. 

Tuberías en Aire Comprimido:

Para el transporte del aire comprimido se reconocen tres tipos de canalizaciones

1.   Cañería principal.   2.   Cañería secundaria.   3.   Cañerías de servicio.

                

Se denomina cañería principal a aquella que saliendo del tanque de la estación compresora conduce la totalidad del caudal de aire. Debe tener una sección generosa considerando futuras ampliaciones de la misma. En ella no debe superarse la velocidad de 8 m/segundo.

Cañerías secundarias son la que tomando el aire de la principal se ramifican cubriendo áreas de trabajo y alimentan a las cañerías de servicio tal como apreciamos en la figura 1-19.

Cañerías de Servicio.

Estas cañerías o "bajadas" constituyen las alimentaciones a los equipos y dispositivos y herramientas neumáticas, en sus extremos se disponen acoplamientos rápidos y equipos de protección integrados por filtros, válvula

 

 

reguladora de presión y lubricador neumático. Su dimensión debe realizarse de forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 m/segundo.

Cañerías de Interconexión:

El dimensionado de estas tuberías no siempre se tiene en cuenta y esto ocasiona serios inconvenientes en los equipos, dispositivos y herramientas neumáticas alimentados por estas líneas. Teniendo en cuenta que estos tramos de tubería son cortos podemos dimensionarlos para velocidades de circulación mayores del orden de los 20 m/seg.

Caída de Presión en tuberías:

Es importante recordar que la perdida de presión en tuberías "solo" se produce cuando el fluido esta en "movimiento" es decir cuando hay circulación. Cuando esta cesa, caso de la figura 1-23 las caídas de presión desaparecen y los tres manómetros darán idéntico valor.

Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapón del extremo aparecerán perdidas de presión por circulación que podemos leer en los manómetros de la Fig.1-24. Cuando mas larga sea la tubería y mas severas las restricciones mayores serán las perdidas de presión.

Si quitamos las restricciones una gran proporción de la perdida de presión desaparece. En un sistema bien dimensionado, la perdida de presión natural a través de la tubería y válvulas será realmente pequeña como lo indican los manómetros de la Fig.1-25.

Caídas de presión en válvulas.

Las válvulas presentan perdidas de presión localizadas, por ello deben ser correctamente dimensionadas. Una válvula subdimensionada provocará perdidas de potencia y velocidad, una sobre dimensionada será económicamente cara.

Las recomendaciones precisas figuran en los catálogos de los fabricantes, pero para establecer una norma general diremos: 

Válvulas Hidráulicas: Una velocidad de 4 m/seg. es considerada estándar para aplicaciones generales. Por ello el tamaño de la válvula puede ser el mismo que el diámetro de cañería de la tabla para líneas de presión.

En condiciones especiales pueden utilizarse tamaños mayores o menores.

 

Válvulas Neumáticas.

Una regla similar puede utilizarse aquí. El tamaño de los orificios de conexión de los cilindros neumáticos es una guía razonable para el tamaño de la válvula. Como excepción se presentan los siguientes casos:

1. Cuando una válvula comanda varios cilindros.2. Cuando se requieren altas velocidades de operación en un cilindro.

3. Cuando el cilindro operara siempre a bajas velocidades

Pérdida de Presión en un Circuito Automático.

No todas las caídas de presión son malas. En la figura siguiente hay un diagrama que ilustra una técnica importante utilizada en la automación de circuitos, y aplicada en neumática e hidráulica. Cuando el cilindro de la Fig.1-26 llega a su posición de trabajo, una señal eléctrica es obtenida para poner en funcionamiento la próxima operación en un ciclo automático.

Nuestra descripción comienza con plena presión disponible en la bomba o compresor, pero con la válvula de control cerrada, de manera que el cilindro se encuentra retraído

El primer manómetro indica 100 PSI (7Kg/cm2). Las dos restantes indican 0. El presostato está ajustado a 80 PSI. 

Con la válvula abierta, el fluido se dirige al cilindro. La restricción representa la pérdida de carga de una tubería.

Cuando el fluido comienza a circular, una perdida de presión es generada, y esta ilustrada por la lectura de los sucesivos manómetros. El cilindro se desplaza libremente, requiriendo solamente 20PSI para moverse ; el remanente de presión disponible es consumido a lo largo de la línea. El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre.

Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de fluido cesa y en la cámara del cilindro (y en el presostato) la presión alcanza su valor máximo 100 PSI. Una señal eléctrica procedente del presostato comandará la siguiente función de un ciclo automático.

CAÍDA DE PRESIÓN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRÁULICA.

Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa.

Se pueden efectuar grandes economías, cuando las necesidades de máxima fuerza a desarrollar por la prensa, son necesarias únicamente en condiciones estáticas, o a través de muy cortas carreras.

Las válvulas y tuberías se subdimensionan a propósito por razones económicas, pero en la operación de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales. Esto es cierto ya que se basa en el principio ya visto de que no hay caídas de presión cuando no existe circulación. He aquí como opera:

 

El cilindro recibe fluido hidráulico desde la bomba y se mueve libremente. La restricción en la línea representa la resistencia a la circulación a través de válvulas y tuberías subdimensionadas. Esta restricción no reduce el volumen de aceite procedente de la bomba hidráulica de desplazamiento positivo, tal como veremos al estudiar estos elementos.

La restricción en cambio consume una buena proporción de la presión que es capaz de desarrollar la bomba, pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequeña presión es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre.

 

En este diagrama el cilindro llega a su posición de trabajo. Cuando el cilindro se detiene cesa la circulación de fluido a través de las válvulas y tubería y la caída de presión desaparece del sistema. Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a pesar de lo pequeño de las válvulas y tuberías. Estas figuras son diagramas en bloque en la realidad cuando el cilindro se detiene, todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a través de una válvula de alivio no mostrada en la figura 1-29.

Hidráulica : Tanques y depósitos , accesorios , circuitos hidráulicos

OPERACIÓN DE COMPONENTES HIDRÁULICOS

Para transmitir y controlar potencia a través de los líquidos a presión, se requiere un conjunto de componentes interconectados. Se refiere comúnmente al conjunto como sistema. El número y el conjunto de componentes varían de sistema a sistema, dependiendo del uso particular. En muchas aplicaciones, un sistema principal de potencia alimenta a varios subsistemas, que se refieren a veces como circuitos. El sistema completo puede ser una pequeña unidad compacta; más a menudo, sin embargo, los componentes se ubican en puntos extensamente separados para un conveniente control y operación del sistema.

Los componentes básicos de un sistema de potencia fluida son esencialmente iguales, sin importar si el sistema utiliza un medio hidráulico o neumático.

Hay cinco componentes básicos usados en un sistema hidráulico.

Estos componentes básicos son:

1. Depósito o receptor 2. Bomba o compresor 3. Líneas (cañerías, tubería, o manguera flexible) 4. Válvula de control direccional 5. Dispositivo de impulsión

Varios usos de la potencia hidráulica requieren solamente un sistema simple; es decir, un sistema que utiliza solamente algunos componentes además de los cinco componentes básicos. Algunos de estos usos se presentan en los párrafos siguientes. Explicaremos la operación de estos sistemas brevemente ahora así usted sabrá el propósito de cada componente y puede entender mejor cómo la hidráulica se utiliza en la operación de estos sistemas.

GATO HIDRÁULICO

El gato hidráulico es quizás una de las formas más simples de un sistema de potencia fluida. Moviendo la manivela de un pequeño dispositivo, un individuo puede levantar una carga que pesa varias toneladas. Una pequeña fuerza inicial ejercida en la manija es transmitida por un líquido a un área mucho más grande. Para entender esto mejor, vea la figura a continuación. El pequeño pistón de la entrada tiene un área de 5 pulgadas cuadradas y está conectado directamente con un cilindro grande con un pistón en la salida que tiene un área de 250 pulgadas cuadradas.

 

Fig. : Gato hidráulico

La tapa de este pistón forma una plataforma de elevación.

Si una fuerza de 25 libras se aplica al pistón de la entrada, ésta produce una presión de 5 psi en el líquido, es decir, por supuesto, si una suficiente cantidad de fuerza resistente está actuando contra la tapa del pistón de salida. Despreciando las pérdidas por fricción, esta presión que actúa en el área de 250 pulgadas cuadradas del pistón de salida soportará una fuerza resistente de 1.250 libras. Es decir, esta presión podría vencer una fuerza ligeramente inferior a 1.250 libras.

Una fuerza de la entrada de 25 libras se ha transformado en una fuerza de funcionamiento de más de media tonelada; sin embargo, para que esto sea verdad, la distancia recorrida por el pistón de entrada debe ser 50 veces mayor que la distancia que se desplazó el pistón de la salida. Así, para cada pulgada que el pistón de la entrada se mueva, el pistón de salida se moverá solamente 1/50 de pulgada.

Esto sería ideal si el pistón de la salida necesitara moverse solamente una distancia corta. Sin embargo, en la mayoría de los casos, el pistón de salida tendría que ser capaz de moverse una distancia mayor para servir para una aplicación práctica. El dispositivo mostrado en la figura arriba no es capaz de mover el pistón de salida más lejos que lo mostrado; por lo tanto, algún otro medio se debe utilizar para levantar el pistón de salida a una mayor altura.

El pistón de la salida se puede levantar más arriba y mantenerse en esta altura si componentes adicionales son instalados según puede verse en la figura a continuación. En esta ilustración se diseña el gato para poder ser levantado, ser bajado, o sostenerse en una altura constante. Estos resultados son logrados introduciendo un número de válvulas y también una fuente de la reserva de líquido que se utilizará en el sistema.

Note que este sistema contiene los cinco componentes básicos: el depósito; cilindro 1, que sirve como bomba; válvula 3, que sirve como válvula de control direccional; cilindro 2, que sirve como el dispositivo de impulsión; y las líneas para transmitir el líquido a y desde los diversos componentes. Además, este sistema contiene dos válvulas, 1 y 2, cuyas funciones se explican seguidamente.

Mientras que se levanta el pistón de entrada ( visión A en la figura), la válvula 1 es cerrada por la presión de retorno del peso del pistón de salida. Al mismo tiempo, la válvula 2 es abierta por el cabezal de líquido en el depósito. Esto fuerza el líquido dentro del cilindro 1.

Fig. : Gato hidráulico. (A) - Subida de pistón (B) - Bajada de pistón.

Cuando se baja el pistón de la entrada (visión B en la figura), una presión se desarrolla en el cilindro 1. Cuando esta presión excede el cabezal en el depósito, se cierra la válvula 2. Cuando excede la presión de retorno del pistón de la salida, abre la válvula 1, forzando el líquido en la tubería.

La presión del cilindro 1 se transmite así hacia el cilindro 2, donde actúa para levantar el pistón de salida con su plataforma de elevación adjunta. Cuando el pistón de entrada se levanta otra vez, la presión en el cilindro 1 cae debajo de la disponible en el cilindro 2, haciendo la válvula 1 cerrarse. Esto evita la vuelta del líquido y sostiene el pistón de la salida con su plataforma de la elevación fijada en su nuevo nivel. Durante este movimiento, la válvula 2 se abre otra vez permitiendo un nuevo suministro de líquido en el cilindro 1 para el movimiento siguiente (hacia abajo) de potencia del pistón de entrada.

Así, por movimientos repetidos del pistón de entrada, la plataforma de elevación puede ser levantada progresivamente. Para bajar la plataforma de elevación, la válvula 3 se abre, y el líquido del cilindro 2 se vuelve al depósito.

Fig. : Gato hidráulico

En este sistema, en la vista de figura anterior, un reservorio y un sistema de válvulas ha sido agregado a la palanca hidráulica de Pascal para accionar un pequeño cilindro o bomba continuamente, y elevar un gran pistón o un actuador un poco por cada accionamiento o carrera. El diagrama A muestra una carrera de entrada. Una válvula de retención de salida cierra por presión una carga, y una válvula de retención de entrada se abre de manera que el líquido del tanque de reserva llene la cámara de bombeo. El diagrama B muestra la bomba accionando hacia abajo. Una válvula de retención de entrada cierra por presión y una válvula de retención de salida se abre. Mas líquido es bombeado bajo un gran pistón para elevarlo. Para bajar la carga, una tercera válvula (válvula aguja) se abre, la que abre un área debajo del pistón grande hacia el tanque de reserva. La carga luego empuja el pistón hacia abajo y fuerza al líquido hacia el tanque de reserva

FRENOS HIDRÁULICOS

El sistema de frenos hidráulico usado en el automóvil es un sistema múltiple de pistones. Un sistema múltiple de pistones permite que las fuerzas sean transmitidas a dos o más pistones de la manera indicada en la figura siguiente.

Fig. : Sistema múltiple de pistones

Observe que la presión desarrollada por la fuerza aplicada al pistón de entrada (1) será transmitida sin pérdidas a ambos pistones de salida (2 y 3), y que la fuerza resultante en cada pistón es proporcional a su área. La multiplicación de fuerzas del pistón de entrada a cada pistón de salida se rige de acuerdo con los mismos principios explicados antes.

El sistema de frenos hidráulico de los cilindros maestros hasta los cilindros de cada rueda en la mayoría de los automóviles funciona de una manera similar al sistema ilustrado en la figura anterior.

Cuando el pedal de freno es accionado, la presión sobre el pedal mueve el pistón dentro del cilindro maestro, forzando y desplazando al líquido de frenos desde el cilindro maestro a través de las tuberías y de las mangueras flexibles hacia los cilindros de las ruedas. Los cilindros de las ruedas contienen dos pistones de salida opuestos, cada unos de los cuales están fijados a una zapata de freno ubicada dentro del tambor de freno. Cada pistón de salida empuja la zapata contra la pared del tambor de freno, retardando así la rotación de la rueda. Cuando la presión sobre el pedal es liberada, los resortes en las zapatas vuelven los pistones de cilindro de rueda a sus posiciones liberadas. Esta acción fuerza al fluido o líquido de freno desplazado a retornar a través de las mangueras flexibles y de las tuberías al cilindro maestro.

Fig. : Sistema de frenos del automóvil.

La fuerza aplicada al pedal de freno produce una fuerza proporcional en cada uno de los pistones de salida, los que a su vez accionan las zapatas produciendo el efecto de fricción en las ruedas al girar para retardar la rotación de las mismas.

Según lo mencionado previamente, el sistema de frenos hidráulico en la mayoría de los automóviles funciona de una manera similar, según las indicaciones en la figura arriba. Está más allá del alcance de este sitio discutir los diferentes sistemas de frenos.

ACUMULADORES

Los fluidos usados en los sistemas hidráulicos no pueden ser comprimidos como los gases y así almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos.

Un acumulador consiste en un depósito destinado a almacenar una cantidad de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presión mediante una fuerza externa.

El fluido hidráulico bajo presión entra a las cámaras del acumulador y hace una de estas tres funciones: comprime un resorte, comprime un gas o levanta un peso, y posteriormente cualquier caída de presión en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez.

Los acumuladores, en los cilindros hidráulicos se pueden aplicar como:

Acumulador de energía Antigolpe de ariete Antipulsaciones Compensador de fugas

Fuerza auxiliar de emergencias Amortiguador de vibraciones Transmisor de energía de un fluido a otro

Acumulador de contrapeso

El acumulador cargado por peso, ejerce una fuerza sobre el líquido almacenado, por medio de grandes pesos que actúan sobre el pistón o émbolo. Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado, como hierro, concreto e incluso agua.

Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamaño; en algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros. Pueden prestar servicio a varios sistemas hidráulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en fábricas y sistemas hidráulicos centrales.

Su capacidad para almacenar fluidos a presión relativamente constante, tanto si se encuentran llenos como casi vacíos, representa una ventaja con respecto a otros tipos de acumuladores que no poseen esta característica. La fuerza aplicada por el peso sobre el líquido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador.

Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es que generan sobrepresiones. Cuando se encuentran descargando con rapidez y se detienen repentinamente, la inercia del peso podría ocasionar variaciones de presión excesivas en el sistema. Esto puede producir fugas en las tuberías y accesorios, además de causar la fatiga del metal, lo cual acorta la vida útil de los componentes.

Acumulador cargado por muelle

En los acumuladores cargados por resorte, la fuerza se aplica al líquido almacenado por medio de un pistón sobre el cual actúa un resorte. Suelen ser más pequeños que los cargados por peso y su capacidad es de sólo algunos litros. Usualmente dan servicio a sistemas hidráulicos individuales y operan a baja presión en la mayoría de los casos.

Mientras el líquido se bombea al interior del acumulador, la presión del fluido almacenado se determina por la compresión del resorte. Si el pistón se moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte, la presión almacenada sería mayor que en el caso de un resorte comprimido tan sólo cuatro pulgadas.

A pesar de los sellos del pistón, cierta cantidad de fluido almacenado podría infiltrarse al interior de la cámara del resorte del acumulador. Para evitar la acumulación de fluido, un orificio de respiración practicado en la cámara permitirá la descarga del fluido cuando sea necesario.

Acumulador de Pistón

Un acumulador de tipo pistón consiste en un cuerpo cilíndrico y un pistón móvil con sellos elásticos. El gas ocupa el volumen por encima del pistón y se comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo cilíndrico. Al salir el fluido del acumulador la

presión del gas desciende. Una vez que todo el líquido ha sido descargado, el pistón alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador.

Acumulador de gas no separado

Los acumuladores de gas no separado consisten en un depósito en el que se coloca un volumen de fluido y a continuación se le da la presión al gas. Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un máximo y un mínimo dentro del acumulador.

Este acumulador es sencillo de construcción, económico y se puede realizar para caudales medianos. Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite.

Acumulador de Diafragma

El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metálicos atornillados juntos, pero cuyo volumen interior se halla separado por un diafragma de hule sintético, el gas ocupa el hemisferio superior. Cuando el fluido entra en el espacio inferior, el gas se comprime. Al descargar todo el líquido, el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del acumulador.

Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequeños y presiones medias.

Acumulador de vejiga

El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo interior se encuentra una vejiga de hule sintético que contiene al gas. Cuando el fluido entra al interior del casco, el gas en la vejiga se comprime.

La presión disminuye conforme el fluido sale del casco, una vez que todo el líquido ha sido descargado, la presión del gas intenta empujar la vejiga a través de la salida del acumulador. Sin embargo, una válvula colocada encima del puerto de salida, interrumpe automáticamente el flujo cuando la vejiga presiona el tapón de la misma.

Observaciones:

No cargar nunca un acumulador con oxígeno o con aire. Descargar la presión hidráulica antes de quitar el acumulador. Antes de despiezar el acumulador quitar presión hidráulica y presión de gas

Fluidos hidráulicos . Propiedades requeridas .

Tanques y Depósitos.

La función natural de un tanque hidráulico o tanque de reserva es contener o almacenar el fluido de un sistema hidráulico. En qué consiste un tanque hidráulico ?, un tanque de hidráulico almacena un líquido que no está siendo usado en un sistema hidráulico. El mismo además permite la extracción de los gases y materiales extraños del líquido. Un tanque de reserva construido apropiadamente debería poder disipar el calor del aceite, separar el aire del aceite, y extraer los contaminantes que se encuentran en el mismo. Los tanques de reserva varían en tamaño de construcción desde pequeños tanques de acero estampado a grandes unidades fabricadas en hierro fundido. Los tanques grandes deben estar arenados luego de que todas las soldaduras hayan finalizado y luego enjuagados y limpiados al vapor. Al hacer esto se remueve los restos de soldadura y virutas que queden del estampado en caliente del acero. La superficie interna luego debe ser sellada con una pintura compatible con el fluido hidráulico. Un esmaltado de motor rojo es apropiado para aceites de petróleo y sella cualquier suciedad residual no removida por el enjuague y la limpieza al vapor.En un sistema hidráulico industrial, en donde no hay problemas de espacio y puede considerarse la obtención de un buen diseño, los tanques hidráulicos consisten de cuatro paredes (normalmente de acero), un fondo con

desnivel, una tapa plana con una placa para montaje, cuatro patas, líneas de succión, retorno y drenaje; tapón de drenaje, indicador de nivel de aceite; tapón para llenado y respiración; una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placa deflectora.

Además de funcionar como un contenedor de fluido, un tanque también sirve para enfriar el fluido, permitir asentarse a los contaminantes y el escape del aire retenido.

Cuando el fluido regresa al tanque, una placa deflectora bloquea el fluido de retorno para impedir su llegada directamente a la línea de succión. Así se produce una zona tranquila, la cual permite sedimentarse a las partículas grandes de suciedad, que el aire alcance la superficie del fluido y da oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque.

La desviación del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada operación del tanque. Por esta razón, todas las líneas que regresan fluido al tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la línea de succión.

La mayoría de los sistemas hidráulicos de tamaño pequeño a mediano utilizan los tanques o depósitos como base de montaje para la bomba, motor eléctrico, válvula de alivio, y a menudo otras válvulas de control. Este conjunto se llama. "Unidad de bombeo",  "Unidad Generada de Presión" etc.

La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspección. Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva soldadas cuplas para recibir la conexión de tuberías de retorno y drenaje. Se colocan guarniciones alrededor de las tuberías que pasan a través de la tapa para eliminar la entrada de aire.

Forma. La figura siguiente muestra algunas de las características de diseño de un tanque de reserva. El mismo debería ser alto y angosto en lugar de profundo y ancho. El nivel de aceite deberá estar tan alto como sea posible sobre la apertura de la línea de succión de la bomba. Esto evita que el vacio en la apertura de la línea cause efectos de remolino o vórtices, lo que significaría que el sistema está probablemente tomando aire. El aceite aireado no transmitirá potencia correctamente debido a que el aire es compresible. Al aceite aireado tiene una tendencia a deteriorarse y perder su habilidad de lubricación.

Tamaño. Los tamaños de los tanques de reserva variaran. Sin embargo, un tanque de

reserva debe ser lo suficientemente grande como para que el mismo tenga una reserva de aceite con todos los cilindros en un sistema completamente extendidos. Una reserva de aceite debe ser lo suficientemente elevada para evitar vórtices en la apertura de la línea de succión. Un tanque de reserva debe tener espacio suficiente para almacenar todo el aceite cuando los cilindros están retraídos, además disponer de espacio para la expansión cuando el aceite está caliente.

La mayoría de los tanques de equipos móviles están localizados sobre las bombas. Esto crea una condición de entrada inundada a la bomba. Esta condición reduce la posibilidad de cavitación de la bomba (una condición donde todo el espacio disponible no está llenado y con frecuencia partes de metal se erosionan). Al inundar la entrada se reduce además la tendencia a la formación de remolinos en la apertura de la succión de la bomba.

La localización de un tanque de reserva afecta a la disipación de calor. Idealmente, todos los tanques deberían estar expuestos al aire exterior. El calor se mueve desde la sustancia caliente a la sustancia fría; la transferencia de calor es mayor cuando hay una gran diferencia de temperatura. Los tanques de reserva son construidos dentro de los brazos de carga frontal y son muy efectivos en la transferencia del calor.

Un tamaño común de reservorio sobre una máquina móvil es un tanque de 20 o 30 galones usado con un sistema de GPM. Muchos sistemas de 10GPM operan con tanque de 2 o 3 galones debido a que estos sistemas móviles operan intermitentemente, no en forma constante. Para máquinas estacionarias, una regla de buen cubero es que el tamaño del tanque de reserva debería ser dos o tres veces la salida de la bomba por minuto. Un tanque de gran tamaño es altamente deseable para enfriamiento. Las grandes áreas de superficie expuestas al aire exterior transfieren calor desde el aceite. Además, un tanque grande ayuda a sedimentar los contaminantes y separar el aire al reducir la recirculación.

Ventilación y presurización. La mayoría de los tanques de reserva son ventilados hacia la atmósfera. Una abertura de ventilación permite que el aire salga o entre al espacio sobre el aceite a medida que el nivel de aceite sube o baja. Esto mantiene una presión atmosférica constante sobre el aceite. Una tapa de filtro de tanque de reserva con un elemento filtrante, es con frecuencia usado como venteo. El tanque se completa con un indicador de nivel, un filtro de respiración que impide la entrada de aire sucio.

Algunos tanques de reserva son presurizados, usando un simple válvula de control de presión en lugar de una de venteo. Una válvula de control de presión permite automáticamente al aire filtrado ingresar al tanque pero evita liberación de aire a no ser que la presión alcance un nivel prefijado. Un tanque de reserva presurizado tiene lugar cuando el aceite y el aire en un tanque se expanden debido  al calor

Conexiones de línea. La bomba de succión y las líneas de retorno del tanque deben estar fijadas con bridas o mediante acoples de alta resistencia soldados. Los acoples estándar usualmente no son apropiados debido a que se dilatan al ser soldados. Si una línea de succión es conectada en la parte inferior, el acople se deberá extender bien por arriba de la base, dentro del tanque; la suciedad residual no entrará a la línea de succión cuando un tanque o regulador está limpio. La línea de retorno deberá descargar cerca de la parte inferior del tanque siempre debajo del nivel de aceite. La cañería es usualmente cortada en un ángulo de 45° y el flujo apuntado hacia afuera de la línea de succión para mejorar la circulación y el enfriamiento.

Una placa separadora (bafle)  es usada usualmente para separar la línea de succión de la línea de retorno. Esto hace que el aceite de retorno circule alrededor de una

pared exterior para su enfriamiento antes de que el mismo llegue a la bomba nuevamente. La placa separadora debería ser de aproximadamente dos tercios de la altura del tanque. Las esquinas inferiores son cortadas en forma diagonal para permitir la circulación. Las mismas deberán ser mayores en área que el área transversal de la línea de succión. De otra manera el nivel de aceite entre el lado de retorno y el lado de salida debe ser desparejo. La separación evita además que el aceite desborde o salpique alrededor cuando la máquina se está moviendo. Muchos tanques de reserva grandes son provistos con separadores transversales para proporcionar enfriamiento y evitar movimientos excesivos del líquido.

La posición de los bafles dentro del  tanque es muy importante (ver fig.2-7). En primer lugar establecer la separación entre la línea de succión y la descarga de retorno.

En segundo lugar la capacidad de radiación de temperatura del tanque puede ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7.

Para sistemas corrientes el tamaño del tanque debe ser tal que el aceite permanezca en su interior de uno a tres minutos antes de recircular. Esto quiere decir que sí el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto, el tanque debe tener una capacidad de 60 a 180 litros. En muchas instalaciones, la disponibilidad de espacio físico no permite el empleo de tanques de gran capacidad, especialmente en equipos móviles. Las transmisiones hidrostáticas en lazo cerrado, constituyen una excepción a la regla, ordinariamente emplean tanques relativamente pequeños.

Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas.

Mantenimiento. Los procedimientos de mantenimiento incluyen el drenaje y limpieza del tanque de reserva. El tanque debería tener un fondo en forma de plato que esté provisto con una conexión o válvula de drenaje en su nivel mas bajo; este dispositivo de conexión debe estar empalmado con el interior del tanque para permitir el drenaje completo. En tanques grandes, las placas de acceso pueden estar atornilladas sobre los extremos para su fácil remoción y servicio. El tanque de reserva debería disponer de un indicador de nivel vidriado para controlar el nivel de

aceite y prevenir daños por pérdida de lubricación.

Los reguladores en una línea de succión pueden no requerir tanto mantenimiento. Sin embargo, el elemento de filtro de una línea de retorno requerirá cambio periódico. Por lo tanto, dicho filtro no deberá estar dentro del tanque de reserva. Cuando un tanque de reserva es presurizado por aire comprimido, la humedad puede volverse un problema de mantenimiento. El tanque deberá tener una trampa de agua para la remoción de la humedad; la misma deberá ser localizada donde pueda ser inspeccionada en forma diaria.

Accesorios para tanques.

En la Fig.2-8 vemos un nivel visible para tanques, este elemento construido en plástico permite que el operador no solo verifique el nivel sino también la condición de emulsión del aceite.

Tapa de llenado : el orificio de llenado debe ser cubierto por una tapa preferentemente retenida por una cadena. En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa una coladera para filtrar el aceite que se verterá hacia el tanque.

Los depósitos hidráulicos están venteados a la atmósfera. Por ello la conexión de venteo debe estar protegida por un filtro.

Cuando los sistemas operan en una atmósfera limpia puede emplearse un filtro de respiración de bajo costo como el de la figura 2-10. Pero si se opera en atmósferas muy contaminadas deben emplearse filtros de alta calidad capaces de retener partículas mayores de 10 micrones.

 

HIDRÁULICA : FILTROS HIDRÁULICOS

Hemos visto que el mantenimiento de los fluidos hidráulicos dentro de los límites permisibles es crucial para el cuidado y la protección del equipamiento hidráulico. Mientras que todos los esfuerzos necesarios deben ser hechos para prevenir que los contaminantes ingresen al sistema, igualmente los mismos entran y deben ser removidos. Los dispositivos de filtrado son instalados en sectores clave de los sistemas de potencia fluida para remover los contaminantes que entran al sistema, al mismo tiempo que aquellos que son generados durante las operaciones normales. Los dispositivos de filtrado para sistemas hidráulicos difieren en cierta manera de aquellos para sistemas neumáticos. Los dispositivos de filtrado usado en los sistemas hidráulicos son comúnmente conocidos como tamices (también llamados coladeras) y filtros. Dado que comparten una misma función, los términos tamiz y filtro son con frecuencia intercambiados. Como regla general, los dispositivos usados para quitar grandes partículas de materia extraña de los fluidos hidráulicos son identificados como tamices, mientras que aquellos usados para remover las partículas mas pequeñas son llamados filtros.

Coladera de succión: La mayoría de las bombas utilizan para su protección un filtro destinado a retener partículas sólidas en la aspiración. Las coladeras de succión o tamices son usadas primariamente para capturar sólo grandes partículas y serán encontrados en aplicaciones donde este tipo de protección es requerida.

La mayoría de los sistemas hidráulicos tienen una coladera en el reservorio en la entrada a la línea de succión de la bomba. Una coladera es usada en lugar de un filtro para reducir su posibilidad de ser atascado y dejar sin fluido a la bomba. Sin embargo, dado que esta coladera está localizada en el reservorio, su mantenimiento es con frecuencia descuidado. Cuando suciedad muy pesada y barros se acumulan sobre la sección de la coladera, la bomba pronto comienza a cavitar, y la falla de la misma viene pronto a continuación.

La practica usual cuando se emplean aceites minerales estándar, es utilizar coladeras de malla metálica capaces de retener partículas mayores de 150 micrones. Cuando se emplean fluidos ignífugos que tienen un peso especifico superior al aceite, es preferible emplear coladeras de malla 60 capaces de retener partículas mayores de 200 micrones, para evitar la cavitación de la bomba.

Con la introducción de bombas y válvulas con alto grado de precisión, operación a presiones elevadas y altas eficiencias, el empleo de la coladera de aspiración no es protección suficiente para el sistema, si se quiere obtener una larga vida del mismo.

El dispositivo mas común instalado en los sistemas hidráulicos para evitar que materia extraña y contaminación quede en el sistema es conocido como filtro. Los filtros pueden ser ubicados en el reservorio, en la línea de retorno, en la línea de presión, o en cualquier otra ubicación en el sistema donde el diseñador del mismo decida que sea necesario para salvaguardar el sistema contra las impurezas.

Los filtros son clasificados como de flujo pleno o total y flujo proporcional o parcial. En el tipo de filtro de flujo pleno o total, todo el fluido que ingresa a la unidad pasa a través del elemento filtrante, mientras que en el tipo de filtro de flujo proporcional, sólo una porción del fluido pasa a través del elemento. El propósito de la filtración no es solo prolongar la vida útil de los componentes hidráulicos, si no también evitar paradas producidas por la acumulación de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las modernas válvulas y servoválvulas . Para prolongar la vida útil de los aparatos hidráulicos es de vital importancia emplear aceites limpios, de buena calidad y no contaminado. La limpieza de los aceites se puede lograr reteniendo las partículas nocivas o dañinas y efectuando los cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los fabricantes o que determinan las especificaciones técnicas del aceite y/o elementos del circuito.

Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser entre otros:

Agua Ácidos Hilos y fibras Polvo, partículas de junta y pintura

y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro.

Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos contaminantes; puede procurarse lo siguiente:

1. En reparaciones, limpiar profusamente 2. limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema 3. cambiar el aceite contaminado periódicamente 4. contar con un programa de mantención del sistema hidráulico 5. cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario

Elementos filtrantes

La función de un filtro mecánico es remover la suciedad de un fluido hidráulico. Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a través de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad.

Hay varios tipos de elementos filtrantes: de profundidad ( de flujo pleno, de flujo parcial), de superficie, etc.

Filtro de flujo pleno.

El filtro de flujo pleno proporciona una acción positiva de filtrado; sin embargo, el mismo ofrece resistencia al filtrado, particularmente, cuando el elemento de ensucia. El fluido hidráulico entra al filtro a través del puerto de entrada en el cuerpo y fluye alrededor del elemento de filtro dentro del vaso de filtro. El filtrado tiene lugar a medida que el fluido pasa a través del elemento de filtrado y hacia dentro del núcleo hueco, dejando la suciedad y las impurezas en la parte exterior del elemento de filtro.

El fluido filtrado luego circula desde el núcleo hueco a través del puerto de salida y hacia el interior del sistema.

Figura: filtro hidráulico de flujo pleno.

Algunos filtros de flujo pleno están equipados con un indicador de contaminación, ver figura siguiente :

La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado en el retorno o el envío, el elemento filtrante de papel impregnado en fibra de vidrio, metal sinterizado, u otros materiales puede ser removido desenroscando el recipiente. Cuando la caída de presión a través del elemento se incrementa, para evitar el colapso

del mismo, una válvula de retención se abre dando paso libre al aceite a través de un atajo o bypass.

Figura: Filtro hidráulico de flujo pleno tipo bypass (con indicador de contaminación)

Estos indicadores, también conocidos como indicadores de presión diferencial, están disponibles en tres tipos (indicador de aguja, indicador mecánico de disparo, e indicadores eléctricos con disparo mecánico). A medida que las partículas contaminantes se acumulan  sobre el elemento filtrante, la presión diferencial a través del elemento se incrementa. En algunas instalaciones que usan indicadores de aguja, la presión diferencial debe ser obtenida por sustracción de lecturas de dos indicadores localizados en algún lugar a lo largo de la cañería de entrada  y salida del filtro. Para indicadores de disparo, cuando el incremento en la presión alcanza un valor específico, un indicador (usualmente en el cabezal del filtro) se dispara, significando que el filtro debe ser limpiado o reemplazado. Un dispositivo de bloqueo de baja temperatura es instalado en la mayoría de los tipos de disparo, para eliminar la posibilidad de falsas indicaciones debido al tiempo frío, ya que la presión diferencial puede alcanzar valores mas altos con un fluido frio debido al incremento de viscosidad.

Los elementos filtrantes usados en filtros que tienen un indicador de contaminación no son normalmente quitados o reemplazados hasta que el indicador es accionado. Esto disminuye la posibilidad de contaminación del sistema de fuentes exteriores debido al manoseo innecesario.

El uso del filtro del modo sin bypass elimina la posibilidad de fluido contaminado que puentee el elemento filtrante y contamine el sistema completo. Este tipo de filtro minimiza la necesidad de enjuagar el sistema completo y disminuir la posibilidad de falla de bombas y otros componentes en el sistema.

Una bomba de alivio de bypass es instalada en algunos filtros. La válvula de alivio de bypass permite el fluido puentear el elemento filtrante y pasar directamente a través del puerto de salida en el caso en que el elemento filtrante se obstruya. Estos filtros pueden estar equipados o no con un indicador de contaminación. La figura muestra un tipo de filtro hidráulico de flujo pleno tipo bypass, con un indicador de contaminación. La figura muestra un tipo de filtro hidráulico de flujo pleno tipo bypass, sin indicador de contaminación.

Un indicador de bypass de filtro proporciona una indicación positiva, al ser accionado, de que el fluido está puenteando el elemento de filtro al circular a través de la válvula de alivio de bypass. Este indicador no debería ser confundido con el indicador de presión diferencial de disparo previamente tratado, que simplemente monitorea la presión a través del elemento. Con el indicador de bypass, un botón de disparo similar es con frecuencia usado para señalizar que se necesita mantenimiento. Sin embargo, los indicadores de bypass también señalizan que, como resultado de la presión diferencial a través del elemento, una válvula de alivio de bypass interna se ha levantado y algo del fluido está puenteando el elemento.

La identificación del tipo de indicador instalado puede ser obtenida en los gráficos de distribución cañerías de filtros o manuales de equipamiento relacionados. Tanto un indicador de bypass de fluido como un indicador de presión diferencial o manómetro pueden ser instalados en el mismo conjunto filtrante.

De igual manera que con los indicadores de presión diferencial, los indicadores de alivio de bypass pueden ser accionados por transitorios en la presión, como los que se pueden producir durante los arranques en frío o por presurizaciones rápidas del sistema. En algunos indicadores de alivio, el botón de disparo, o cualquier dispositivo de señal que sea usado, retornará a su posición normal cuando el transitorio pase y la presión ser reducida. Otros indicadores de alivio pueden continuar para indicar la condición del bypass hasta que los mismos sean manualmente repuestos.

Antes de que la acción correctiva sea tomada basándose en las lecturas del indicador, la condición del bypass debería ser verificada a temperatura operativa normal y condiciones de flujo intentando reponer el indicador.

Filtro de flujo proporcionalEste tipo de filtro opera según el principio de Venturi. A medida que el fluido pasa a través de la garganta de Venturi una caída de presión es creada en el punto mas estrecho. Ver figura. Una porción del fluido circulando hacia y desde la garganta del Venturi fluye a través de los pasajes dentro del cuerpo del filtro. Un pasaje de fluido conecta el núcleo hueco del filtro con la garganta del Venturi. Así, el área de baja presión en la garganta del Venturi hace que el fluido bajo presión en el cuerpo del filtro circule a través del elemento de filtrado, a través del núcleo hueco, dentro del área de baja presión, y que luego retorne al sistema. A pesar de que sólo una porción del fluido es filtrada durante cada ciclo, la recirculación constante a través del sistema hará que eventualmente todo el fluido pase a través del elemento filtrante.

Figura: filtro de flujo proporcional.

Filtro en Línea.

Una configuración popular y económica es el filtro en línea de la figura 2-12 que también lleva incluida una válvula de retención, su desventaja consiste en que hay que desmontar la tubería para su mantenimiento.

Algunos circuitos de filtrado.

Los circuitos que veremos a continuación utilizan filtros micrónicos de 10 micrones.

En la línea de presión.

Elementos tipo profundidad : los elementos tipo profundidad obligan al fluido a pasar a través de muchas capas de un material de espesor considerable. La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa que adopta el fluido.

 

Filtrado hidráulico en la línea de retorno.

El aceite que retorna del sistema puede pasar a través de un filtro cuando se dirige a tanque.

CUIDADO: Cuando seleccione el tamaño de un filtro así , recuerde que el caudal de retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba, debido a la diferencia de secciones de ambos lados de los cilindros.

Elementos de tipo superficie : En un elemento filtrante tipo superficie la corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta, a través de una capa de material. La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que está orientada hacia el flujo del fluido.

La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales usados en los elementos de superficie.

La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante de la válvula reguladora de presión y alivio. Estos filtros deben poseer una estructura que permite resistir la máxima presión del sistema. Por seguridad deben poseer una válvula de retención interna. La máxima perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI.

En el retorno por alivio. (ver Fig. 2-15)

En este punto Fig.2-14 puede emplearse un filtro de baja presión. Es una disposición Ideal cuando trabajan válvulas de control de flujo en serie y el caudal de exceso se dirige vía la válvula de alivio permanentemente a tanque. La máxima perdida de carga recomendada es de 2 PSI con el elemento limpio.

Clasificación de filtros hidráulicos

El papel tratado y los materiales sintéticos son medios porosos comúnmente usados en elementos de profundidad.

Papel micrónico. Son de hoja de celulosa tratada y grado de filtración de 5 a 160m. Los que son de hoja plisada aumenta la superficie filtrante.

Filtros de malla de alambre. El elemento filtrante es de malla de un tamiz más o menos grande, normalmente de bronce fosforoso.

Filtros de absorción. Así como el agua es retenida por una esponja, el aceite atraviesa el filtro. Son de algodón, papel y lana de vidrio.

Filtros magnéticos. Son filtros caros y no muy empleados; deben ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de los elementos magnéticos mejor, para que atraigan las partículas ferrosas

Además de la clasificación vista arriba, los filtros hidráulicos también se clasifican de otras maneras: absoluto, medio y nominal. La clasificación de filtro absoluta es el diámetro en micrones de la partícula esférica mas grande que pasara a través de un filtro bajo una cierta condición. Esta clasificación es una indicación de la abertura mas grande en el filtro. La clasificación media de filtrado es la medida del tamaño medio de las aberturas en el elemento de filtro. La clasificación de filtrado nominal es usualmente interpretada como el promedio de tamaño de las partículas mas pequeñas de las cuales el 90 por ciento quedará atrapada en el filtro en cada paso a través del mismo.

Figura: Sección transversal de un elemento de filtro hidráulico de acero inoxidable.

Elementos de filtro

Los elementos de filtro generalmente pueden ser divididos en dos clases: de superficie y profundidad. Los filtros de superficie son hechos de tejido de entramado ajustado o papel tratado con un tamaño de poros uniforme. El fluido circula a través de los poros del material de filtro y los contaminantes son detenidos en la superficie del filtro. Este tipo de elemento está diseñado para evitar el paso de una gran cantidad de sólidos es un tamaño específico. Los filtros de profundidad, por otro lado, están compuestos de capas de tejido o fibras que proporcionan muchos pasos tortuosos para que el fluido circule. Los poros o pasajes deben ser mayores que el tamaño fijado para el filtro si las partículas van a ser retenidas en la profundidad del medio,  en vez de ser retenidas sobre la superficie. Consecuentemente  existe una probabilidad estadística de que una partícula  más grande puede pasar a través de un filtro de profundidad.

Los elementos de filtrado pueden ser de tipo de 5 micrones,  malla tejida, micrónicos, metal poroso o del tipo magnético. Los elementos micrónicos y de 5 micrones tienen material de filtro no limpiable y deben ser desechados al ser removidos. Los elementos de filtro de metal poroso, malla tejida y magnéticos son usualmente diseñados para ser limpiados y son reutilizables.

Elementos de filtro de 5 micrones no reutilizables.

El material mas común de filtros de 5 micrones está compuesto de fibras orgánicas e inorgánicas íntegramente adheridas por resina epoxi y emparejadas con una malla metálica corriente arriba y corriente abajo para protección y fuerza mecánica adicional. Los filtros de este tipo no van a ser limpiados bajo ninguna circunstancia y serán etiquetados como Descartables o No Reutilizables o No lavables.

Otro material de filtro de 5 micrones usa capas de fibras de acero inoxidable muy fino colocados en una matriz aleatoria pero controlada.  Los elementos de filtro de este material pueden ser tanto lavables como no lavables, dependiendo de su construcción.

Elementos de filtrado de malla de alambre tejida.

Los filtros de  este tipo están hechos de acero inoxidable y son generalmente clasificados como de 15 a 35 micrones (absolutos). La figura muestra una sección transversal ampliada de un elemento de filtrado de malla de alambre tejida. Este tipo de filtro es reutilizable.

Elemento de filtrado hidráulico micrónico.

El término micrónico deriva de la palabra micrón. El mismo podría ser usado para describir cualquier elemento de filtro, sin embargo, a través del uso, este término se ha asociado con un filtro específico con un elemento de filtrado hecho de papel celuloso especialmente tratado. Ver figura. El filtro mostrado en la figura es un típico filtro hidráulico micrónico. Este filtro está diseñado para remover 99 porciento de todas las partículas de 10 a 20 micrones de diámetro o mas.

Figura: Filtro micrónico

El elemento reemplazable está hecho de espiras especialmente tratadas ( arrugas) para incrementar su capacidad de retención de suciedad. El elemento no es lavable y deberá ser reemplazado con un nuevo elemento de filtro durante las inspecciones de mantenimiento.

Filtros magnéticos

Algunos sistemas hidráulicos tienen filtros magnéticos instalados en puntos estratégicos. Los filtros de este tipo son diseñados especialmente para atrapar cualquier partícula ferrosa que pueda estar en el sistema.

BOMBAS

Una bomba  hidráulica es un dispositivo tal que recibiendo energía mecánica de una fuente exterior la transforma en una energía de presión transmisible de un lugar a otro de un sistema hidráulico a través de un líquido cuyas moléculas estén sometidas

 

precisamente a esa presión . Las bombas hidráulicas son los elementos encargados de impulsar el aceite o líquido hidráulico, transformando la energía mecánica rotatoria en energía hidráulica.El propósito de una bomba hidráulica es suministrar un flujo de líquido a un sistema hidráulico. La bomba no crea la presión de sistema, puesto que la presión se puede crear solamente por una resistencia al flujo. Mientras que la bomba proporciona flujo, transmite una fuerza al líquido. Dado que el flujo de líquido encuentra resistencia, esta fuerza se vuelve una presión. La resistencia al flujo es el resultado de una restricción o de una obstrucción en la trayectoria del mismo. Esta restricción es normalmente el trabajo logrado por el sistema hidráulico, pero puede ser también debido a restricciones de líneas, de guarniciones, y de válvulas dentro del sistema. Así, la presión es controlada por la carga impuesta sobre el sistema o la acción de un dispositivo regulador de presión

Una bomba debe tener una fuente continua de líquido disponible en el puerto de entrada para suministrar el líquido al sistema. Dado que la bomba fuerza el líquido a través del puerto de salida, un vacío parcial o un área de baja presión se crea en el puerto de entrada. Cuando la presión en el puerto de entrada de la bomba es más baja que la presión atmosférica local, la presión atmosférica que actúa sobre el líquido en el depósito fuerza el líquido hacia la entrada de bomba. Si la bomba está situada en un nivel más bajo que el depósito, la fuerza de la gravedad complementa a la presión atmosférica sobre el depósito. Los aviones y misiles que funcionan a altas altitudes se equipan con depósitos hidráulicos presurizados para compensar la baja presión atmosférica encontrada en dichas altitudes.

El proceso de transformación de energía se efectúa en dos etapas: aspiración y descarga.

Aspiración

Al comunicarse energía mecánica a la bomba, ésta comienza a girar y con esto se genera una disminución de la presión en la entrada de la bomba, como el depósito de aceite se encuentra sometido a presión atmosférica, se genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succión y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba.

Descarga

Al entrar aceite, la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura por la forma constructiva que el fluido no retroceda. Dado esto, el fluido no encontrará mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible, consiguiéndose así la descarga.

Las bombas son clasificadas normalmente por su salida volumétrica y presión. La salida volumétrica es la cantidad de líquido que una bomba puede entregar a su puerto de salida en cierto periodo de tiempo a una

velocidad dada. La salida volumétrica se expresa generalmente en galones por el minuto (gpm). Dado que los cambios en la salida volumétrica afectan la velocidad de la bomba, algunas bombas son clasificadas por su desplazamiento. El desplazamiento de la bomba es la cantidad de líquido que la bomba puede entregar por ciclo. Puesto que la mayoría de las bombas utilizan una impulsión rotatoria, el desplazamiento se expresa generalmente en términos de pulgadas cúbicas por revolución.

Clasificación de las Bombas

Cilindrada :

Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolución.

Donde:

D = Diámetro mayor del engranaje

d = Diámetro menor del engranaje

l = Ancho del engranaje

Unidades: cm3/rev

Caudal Teórico :

Es el caudal que de acuerdo al diseño, debiera entregar la bomba (caudal Ideal)

Donde:

C = Cilindrada (cm3/rev)

N = Rpm (1/rev)

Rendimiento Volumétrico :

Donde:

QR = Caudal Real

QT = Caudal Teórico

Bombas de desplazamiento positivo:

Como indicamos previamente, una bomba no crea presión. Sin embargo, la presión desarrollada por las restricciones en el sistema es un factor que afecta a la salida volumétrica de la bomba. Mientras que la presión del sistema aumenta, la salida volumétrica disminuye. Esta caída en la salida volumétrica es el resultado de un aumento en la cantidad de pérdidas internas del lado de salida hacia el lado de la entrada de la bomba. Esta pérdida se identifica como resbalamiento de la bomba y es un factor que se debe considerar en todas las bombas. Esto explica porqué la mayoría de las bombas son clasificadas en términos de salida volumétrica en una presión dada.

Muchos y diversos métodos se utilizan para clasificar las bombas. Los términos tales como desplazamiento no positivo, desplazamiento positivo, desplazamiento fijo, salida volumétrica fija, volumen de caudal variable, volumen constante, y otros se utilizan para describir las bombas. Los primeros dos de estos términos describen la división fundamental de las bombas; es decir, todas las bombas son o de desplazamiento no positivo

o desplazamiento positivo.

Básicamente, se refiere a las bombas que descargan el líquido en un flujo continuo como de desplazamiento no positivo, y las que descarguen volúmenes separados por un período de no descarga se refieren como de desplazamiento positivo.

Aunque la bomba de desplazamiento no positivo produzca normalmente un flujo continuo, no proporciona un sello positivo contra el resbalamiento; por lo tanto, la salida de la bomba varía mientras que la presión de sistema varía. Es decir, el volumen de líquido entregado para cada ciclo depende de la resistencia al flujo. Este tipo de bomba produce una fuerza en el líquido que es constante para cada velocidad particular de la bomba. La resistencia en la línea de descarga produce una fuerza en una dirección opuesta a la dirección de la fuerza producida por la bomba. Cuando estas fuerzas son iguales, el líquido está en un estado del equilibrio y no fluye.

Si la salida de una bomba de desplazamiento no positivo es totalmente cerrada, la presión de descarga aumentará al máximo para esa bomba particular a una velocidad específica. Nada más sucederá, excepto que la bomba quemará el líquido y producirá calor.

En contraste con la bomba de desplazamiento no positivo, la bomba de desplazamiento positivo proporciona un sello interno positivo contra el resbalamiento. Por lo tanto, este tipo de bomba entrega un volumen definido de líquido para cada ciclo de operación de la bomba, sin importar la resistencia ofrecida, suponiendo que la capacidad de la unidad de potencia que impulsa la bomba no sea excedida.

Si la salida de una bomba de desplazamiento positivo fuera totalmente cerrada, la presión aumentaría instantáneamente al punto en el cual la unidad que impulsa la bomba se atascaría o algo se rompería.

Gracias al movimiento cíclico constante de su parte móvil, una bomba de desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de líquido y soportar (dentro de sus límites) cualquier presión que se requiera.

En otras palabras, una bomba de desplazamiento positivo genera caudal, pero a alta presión.

Una bomba de desplazamiento positivo consiste básicamente de una parte móvil alojada dentro de una carcasa. La bomba mostrada en la figura tiene un émbolo como parte móvil. El eje del émbolo está conectado a una máquina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo constante del émbolo. El puerto de entrada está conectado al depósito, en los puertos de entrada y salida, una bola permite que el líquido fluya en un solo sentido a través de la carcasa. Estas bombas las constituyen las del tipo oleohidráulico, es decir, bombas que además de generar el caudal, lo desplazan al sistema obligándolo a trabajar, este fenómeno se mantiene aún a elevadas presiones de

funcionamiento.

Las bombas pueden clasificarse además dependiendo de la forma en que se desplaza la parte móvil de éstas; si el desplazamiento es rectilíneo y alternado, entonces se llamarán oscilantes, y si el elemento móvil gira se llamarán rotativas.

Las bombas de desplazamiento positivo se vuelven a subdividir como de desplazamiento fijo o volumétrico. La bomba de desplazamiento fijo entrega la misma cantidad de líquido en cada ciclo. El volumen de la salida puede ser cambiado solamente cambiando la velocidad de la bomba. Cuando una bomba de este tipo se utiliza en un sistema hidráulico, un regulador de presión (válvula de descarga) se debe incorporar en el sistema. Un regulador de presión o una válvula de descarga se utilizan en un sistema hidráulico para controlar la cantidad de presión en el sistema y para descargar o para aliviar la bomba cuando se alcanza la presión deseada. Esta acción de un regulador de presión evita que la bomba trabaje contra una carga cuando el sistema hidráulico está a presión máxima y sin funcionamiento. Durante este tiempo el regulador de presión puentea el líquido de la bomba de nuevo al depósito. La bomba continúa entregando un volumen fijo de líquido durante cada ciclo. Los términos tales como entrega fija, entrega constante, y volumen constante son todos utilizados para identificar la bomba de desplazamiento fijo.

La bomba volumétrica se construye para poder variar el desplazamiento por ciclo. El desplazamiento se varía mediante el uso de un dispositivo de control interno.

Las bombas se pueden también clasificar según el diseño específico usado para crear el flujo de líquido. Prácticamente todas las bombas hidráulicas caen dentro de la clasificación de tres diseños: centrífugas, rotativas, y alternativas. El uso de bombas centrífugas en hidráulica es

limitado.

Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su órgano propulsar no contiene elementos móviles; es decir, que es de una sola pieza, o de varias ensambladas en una sola.

A este caso pertenecen las bombas centrífugas, cuyo elemento propulsor es el rodete giratorio. En este tipo de bombas, se transforma la energía mecánica recibida en energía hidro-cinética  imprimiendo a las partículas cambios en la proyección de sus trayectorias y en la dirección de sus velocidades. Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de las mismas no tenga contrapresión pues si la hubiera, dado que la misma regula la descarga  , en el caso límite que la descarga de la bomba estuviera totalmente cerrada, la misma seguiría en movimiento NO generando caudal alguno trabajando no obstante a plena carga con el máximo consumo de fuerza matriz .

Por las características señaladas, en los sistemas hidráulicos de transmisión hidrostática de potencia hidráulica  NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo.

Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo, cuando su órgano propulsor contiene elementos móviles de modo tal que por cada revolución se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, independientemente de la contrapresión a la salida. En este tipo de bombas la energía mecánica recibida se transforma directamente en energía de presión que se transmite hidrostáticamente en el sistema hidráulico.

En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la descarga abierta, pues a medida que la misma se obstruya, aumenta la presión en el circuito  hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la rotura de la bomba; por tal causal siempre  se debe colocar inmediatamente a la salida de la bomba una válvula de alivio o de seguridad. con una descarga a tanque y con registro de presión.

BOMBAS ROTATIVAS

Todas las bombas rotativas tienen piezas de rotación que atrapan el líquido en el puerto de la entrada (succión) y lo impulsan a través del puerto de descarga dentro del sistema. Los engranajes, los tornillos, los lóbulos, y las paletas son usados generalmente para mover el líquido. Las bombas rotativas son de desplazamiento positivo del tipo de desplazamiento fijo.

Las bombas rotativas se diseñan con separaciones muy pequeñas entre las piezas de rotación y las piezas inmóviles, para reducir al mínimo el resbalamiento desde el lado de descarga hacia el lado de succión. Se diseñan para funcionar a las velocidades relativamente moderadas. El funcionamiento a velocidades elevadas causa erosión y desgaste excesivo

que da lugar a separaciones crecientes.

Hay numerosos tipos de bombas rotativas y varios métodos de clasificación. Pueden ser clasificadas por la posición del eje - montaje vertical u horizontal - ; el tipo de motor de impulsión - eléctrico, motor de gasolina, y así sucesivamente - ; nombre de su fabricante; o su uso de servicio. Sin embargo, la clasificación de bombas rotatorias se hace generalmente según el tipo de elemento giratorio. Algunos de los tipos más comunes de bombas rotativas se discuten en las páginas siguientes.

MONTAJE DE LA BOMBA. TRANSMISIONES HIDROSTÁTICAS.

Para empezar a comprender las unidades de transmisión hidrostática, comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostáticas.

El primer tipo es un sistema hidrostático que consiste en una bomba con un motor instalado remotamente. Según vemos en la figura siguiente :

En este tipo de sistema hidrostático la bomba hidrostática se instala junto al motor de las unidades y es impulsada por éste. La bomba está conectada al motor de impulsión hidráulica mediante mangueras y tuberías de acero. Estos motores de impulsión hidráulica se pueden instalar directamente en las ruedas o en el eje de transmisión.

Otro tipo de sistema de transmisión hidrostática es el sistema de bomba y motor en línea.

En este sistema el motor y la bomba están construidos como unidad única, lo que elimina la necesidad de tuberías o mangueras de transmisión de fluidos de alta presión entre la bomba y el motor. Esta

unidad se instala generalmente en un eje de transmisión o transaxle.

Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor eléctrico con otros medios, es necesaria acoplar los ejes mediante un manchón elástico .

La acción del manchón o acoplamiento elástico permite corregir desviaciones angulares y axiales como las indicadas en las Fig. 2.2  y  2.3 que de no eliminarse , significaría someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados , provocando su desgaste prematuro.

    

MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIÓN EN "U".

Una versión similar es la transmisión en U . Cuando es necesario disponer de un montaje lateral del motor con respecto a la bomba, la transmisión puede ser realizada por engranajes , cadena o correa pero en todos los casos esta disposición significaría una carga extra para los rodamientos de la bomba.

En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente común, ubicándose la bomba por lo general encima del motor.

El sistema hidrostático en U es más compacto mientras el sistema hidrostático en línea es por lo general más fácil de reparar y mantener.

Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no. Cuando están construidas para este tipo de montaje, presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza 

Cuando su efectúa, verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig. 2.4, debe tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la mínimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta última .

Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que describimos, pueden ser utilizadas, si se provee una disposición como la que muestra

la Fig. nro. 2.5  donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento y este queda acoplado a la bomba mediante un manchón elástico . Este eje soporta, con sus rodamientos la carga extra.

     

Una cuidadosa inspección de los rodamientos de las bombas en funcionamiento permitirá detectar en forma inequívoca vicios de montaje que como hemos visto son de fácil solución , y redundan en una mayor vida útil de la bomba. 

Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de diseño. El diseño del motor remoto funciona bien cuando no hay transmisión, o cuando la ubicación del motor y del sistema de transmisión exige tal configuración.

ADMISIÓN Y SALIDA DE PRESIÓN

En la mayoría de las bombas la sección del orificio de admisión es mayor que el de presión, esta regla casi y en general queda alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diámetro.

La razón de las diferencias de diámetros anotada, queda justificada por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor más bajo posible ( máximo 1,20 metros por segundo) quedará como consecuencia una mínimas pérdidas de carga , evitándose de esta forma el peligro de la cavitación

En ningún caso debe disminuirse por razones de instalación o reparación el diámetro nominal de esta conexión que invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como así también mantener la altura entre el nivel mínimo de aceite de este último y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig. 2.6) de acuerdo a la indicado por el fabricante. Para las bombas a engranajes, paletas y pistones sin válvulas, los fabricantes dan valores de succión del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio cuando ellas operan con aceites minerales , disminuyendo este valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sintéticos .

En general podemos decir que la distancia h de la Fig. 2.6. no debe superar nunca los 80 centímetros.

Las bombas de pistones con igual válvula de admisión y salida no proveen una succión suficiente para elevar el aceite y funcionar sin cavitación por ello se recurre al llenado o alimentación por gravedad como vemos en la Fig. 2.7.

La observación de lo anotado permitirá el funcionamiento correcto de las bombas instaladas asegurando su eficiencia, mediante una aspiración  correcta y  preservando la vida útil de las mismas al limitar las posibilidades de la cavitación por una altura a excesiva o una sección de aspiración menor es la indicada.

Uno de los problemas que frecuentemente se presentan, es la aspiración de aire por parte de la bomba, teniendo por consecuencia un funcionamiento deficiente , perdida de presión, excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso.

Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba están perfectamente localizados. Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque.

 

En la Fig. 2.8 observamos una disposición corriente de una tubería de succión  en ella cada conexión de accesorio es decir 1, 2 , 3 y 4 presenta un camino propicio para el ingreso de aire si bien esta tubería no soporta presión, el empaquetado de los accesorios y conexiones señaladas, debe efectuarse con extremo cuidado para impedir que , por succión de la bomba , se introduzca aire.

Cuando la tubería de succión se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario prestar especial atención al aro sello o  junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba, ya que su estado determinará la posibilidad de ingresa de aire.

Un método que si bien es poco ortodoxo resulta rápido y eficiente para el estado de los puntos A, 1 ,2 ,3 y  4 o similares, es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con agua y detergente. Una rápida aparición de las burbujas nos indicará el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito.

El extremo de la tubería de succión termina en el tanque, a través de una coladera o totalmente libre, según el caso, pero en ambos su ubicación debe quedar 2 pulgadas por debajo del nivel mínimo del tanque, eliminando de esta forma, la última  posibilidad de ingreso de aire.

TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS

Si bien es muy poco probable que en razón del mantenimiento, se intente la fabricación de algún de una bomba, considero importante señalar sus principales características constructivas y tolerancias dimensionales.

Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas difundidas de las bombas en el sector industrial argentino  ,  es decir la bomba de paletas un aro ovoide.

En la Fig.  2.9 observamos un corte de este  tipo de bomba fabricada

 

por  la firma VICKERS , con sus partes identificadas consideremos ahora aquellas que tienen un movimiento relativo entre sí como la muestra la Fig. 2.10 este conjunto denominado " cartucho de recambio"  que puede ser adquirido para cada modelo de bomba, permite su reacondicionamiento total .

 

Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0,015 o 0,020 una de cada lado.

La pista realizada en acero al Cr o WGKL, SAE 52100, es comentado y templado y se encuentra rectificada interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas

El rotor de acero al Cr o Mo o SAE 3312 tiene las superficies de las ranuras, cementadas templadas y rectificadas. 

Las paletas a plaquitas están realizadas en acero rápido y sus caras y flancos están rectificados existiendo una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0,010 mm

El eje de mando es de acero SAE 3135. El conjunto mencionado es fijado el cuerpo de la bomba mediante una espina de Acero Plata que atraviesa  la pista y ambos platinos  posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo.

Durante la rotación del rotor, las paletas se aplican al perfil interior de la pista esencialmente por la acción de la fuerza centrífuga y luego por la acción conjunta de esta y la presión del aceite que llega por las derivaciones de las ventanas 5 y 7 de la Fig. 2.11.

El perfil interior de la pista esta formado entre las ventanas 5 , 6,  7 y 8 de las platinas por los arcos de circulo que tiene por centro el del rotor conforman da sectores de 24º cada uno.

Las zonas de perfil correspondiente a las ventana 5,6,7 y 8 es decir  sobre las cuales se producen la aspiración y salida, están trazadas con los centros desplazados con relación al centro del rotor gracias a la cual se obtiene una curva que permita un caudal proporcional al ángulo de rotación del rotor 4 .

Debido a la conformación del perfil de la pista las paletas entran y salen del rotor dos veces por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando aceite por 5 y 7 puesta que estas últimas son diametralmente opuestas, las presiones hidráulicas sobre el rotor sé equilibran mutuamente

Conviene señalar que las ranuras del rotor no son radiales sino que tienen una leve inclinación alfa de 3º a 14º  para aumentar su longitud y consecuentemente el guiado de la paleta# sin débil¡ ter excesivamente el rotar.

El caudal teórico de este tipo de bombas puede calcularse mediante la si formula

La diferencia R - r determina la altura h de la paleta, que en la práctica es igual al 40% de su altura total.

El número de R.P.M. máxima así  como la anchura máxima "B" del rotor, están limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado por las ventanas 6 y 8. De

donde surge que el caudal de la bomba no puede ser aumentado, sino que se cuenta la sección de las ventanas de aspiración, la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y pista,

INSPECCIÓN REPARACIÓN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES

a) Lavar todas las partes excepto arosellos  , juntas y empaquetaduras. En un líquido limpio y compatible, depositar las piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su  inspección , se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisión

b) Las paletas gastadas en el borde que están en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilización.

c) Si la superficie interna de la pista  presenta severas ralladuras, estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada, En el caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad ( es decir superficiales) la pista puede ser reutilizada, mediante un lapidado interior que no altera. substancialmente su trazado original.

d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor, como así  también entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor .

e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente ralladas pueden ser remaquinadas prolongando así su empleo, Si las ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se encuentra muy rayado o desgastado, debe procederse al reemplazo de las platinas,

f) Los rodamientos , tornillos ,  tapones , espinas , separadores que indiquen un daño o excesivo desgaste deben ser reemplazados.

9) Después de la inspección y antes del rearmado cada parte debe ser sumergida en aceite hidráulico limpio de la misma calidad y marca del empleado en el equipo. 

INSTRUCCIONES DE OPERACIÓN

a) Antes de poner en marcha la bomba:

1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo girar el eje con la mano. No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro 

2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que este armada con propiedad. Controlar cuidadosamente el sentido de giros , el eje de alineamiento , el valor  de la válvula de alivio y el nivel de aceite.

b) Puesta en marcha de la bomba .

1) Poner en marcha la bomba , mediante impulsos cortos de corriente al motor en una rápida sucesión de tal forma que la velocidad normal de giro sea alcanzada paulatinamente. Esto permite a la bomba su cebado interno, mientras la velocidad llega a su nivel normal, esta velocidad no debe ser mucho menor de la mínima recomendada, ya que es necesario la fuerza centrífuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas.

2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que exista una contrapresión que asegure la lubricación interna. Una vez que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones de presión anotadas.

INVERSIÓN DEL SENTIDO DE GIRO

Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversión del sentido de giro, pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversión mencionada, su succión y salida invariables.

Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90° el conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig. 2.12 .

Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo, basta retirar la tapa posterior de la misma . 

En la Fig.2.13 observamos el desplazo de una bomba Vickers, y en la Fig.2.14 la disposición interna de los conjuntos platillos , rotor y pista, en una bomba doble de la misma marca, para distintos sentidos de giros.

Si bien la vida útil de las bombas de paletas es prolongada, cuando se las emplea dentro de los límites señalados por cada fabricantes una inspección cada  2.500 horas de servicio, permitirá prevenir daños que demandan costas de reparación a reemplaza elevados.

Una de los problemas no considerados que suele presentarse con más asiduidad un este tipo de bombas, cuando ellas permanecen detenidas por largos  períodos es el pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento, Esta adherencia se debe a las lacas que son productos de la oxidación del aceite, en consecuencia, en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno .

Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista,  rotor y paletas,  verificando que estas últimas se deslicen con libertad en sus alojamientos procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas.

Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no, que haya permanecido un largo periodo inactiva.

BOMBAS ALTERNATIVAS

El término alternativo se define como movimiento hacia atrás y hacia adelante. En la bomba alternativa es este movimiento hacia atrás y hacia adelante de los pistones dentro de los cilindros lo que proporciona el flujo de líquido. Las bombas alternativas, como las bombas rotativas, funcionan sobre el principio positivo, o sea que en cada empuje entregan un volumen definido de líquido al sistema.

El cilindro maestro del sistema de frenos del automóvil, es un ejemplo de una bomba de intercambio simple. Varios tipos de bombas hidráulicas eléctricas, tales como las de pistón radial y pistón axial, también se clasifican como bombas alternativas. Estas bombas se clasifican a veces como bombas rotativas, porque un movimiento de

rotación es impartido a las mismas por la fuente de energía. Sin embargo, el bombeo real es realizado por los sistemas de pistones alternativos dentro de juegos de cilindros.

BOMBAS DE PISTONES .

Un motor hidrostático consta de una bomba hidrostática, que bombea aceite al motor de impulsión.

El componente más importante del sistema hidrostático es la bomba, que corresponde a una bomba de desplazamiento variable. Esto significa que el flujo de salida de la bomba se puede modificar y no sólo está controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo. Para esto se debe utilizar una bomba de pistones.

Estas bombas diseñadas para presiones de servicio más elevadas que las anteriormente mencionadas, presentan una gran variedad constructiva.

Una clasificación genérica nos presenta el siguiente esquema:

BOMBAS DE PISTONES

Bombas de pistones en línea CAUDAL FIJO ÚNICAMENTE

Bombas de pistones axiales. Bombas de pistones  radiales.

CAUDAL  FIJO VARIABLE

A pesar de la variedad señalada, los altos niveles de presión operativa (hasta 700 kg/cm2) dan características de materiales, aleaciones, y tolerancias comunes a todas ellas a saber:

ROTOR: Bronces fosforosos y una función con la siguiente composición: 3,2% C, 1% Mn , 0.26% P, 1.75% Si , 0.085% Cr, 0.06% Ni, con dureza HB = 200.

PISTONES,- Acero Cr -Ni de cimentación, cementado y templado,

EJE DE DISTRIBUCIÓN.- Acero Cr, - Ni, de cementación

PISTAS = Acero de rodamientos templado.

TOLERANCIAS :

e) Holgura entra pistón y cilindro no mayor de 0,005 a 0,008 mm.

b) Ovalización máxima admitida en los pistones 0,005 mm,

c) Ovalización máxima del alojamiento 0,01 mm.

TERMINACIONES SUPERFICIALES

Los pistones y sus alojamientos son rodados, es decir están sometidos a un tratamiento de terminación superficial por arranque de material, este proceso que en frases lleva el nombre de " Rodage a la pierre " y en inglés " Nonius " no tiene denominación en

castellano, y difiere del superacabado y del lapidado.

Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo.

Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad, que un estudio detenido de cada uno de ellas escaparía a los alcances de esta información . Por tal motivo, nos detendremos solamente en las más conocidas .

En este tipo de bombas, existen dos clases fundamentales: de caudal fijo y de caudal variable. Estas ultimas serán analizadas mas adelante.

Las bombas hidráulicas rotativas de pistones radiales, pueden clasificarse en general según sus válvulas sean de asiento o rotativas. Como hemos visto anteriormente ,  las bombas multicilíndricas de pistones en línea tienen invariablemente sus válvulas de asiento. En las bombas radiales, los asientos pueden ser de válvulas de bola, de platillo o de asiento cónico.

Si los cilindros giran, las válvulas son de tipo rotativo o "deslizante" y son hermetizadas por una película de aceite entre las superficies móviles y estacionarias.

Las bombas que poseen válvulas rotativas son algo diferentes que las que poseen válvulas de asiento, siendo inevitable cierto resbalamiento a presiones altas, debido a la fuga de aceite a través del juego en las válvulas. Además las presiones de trabajo de las bombas de válvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de mantener altas eficiencias volumétricas a una presión constante y además por el riesgo , de "agarrotamiento " de las válvulas bajo la acción de cargas excesivas. Por tal razón las bombas de muy alta presión tienen válvulas de asiento, por lo que sus pistones no giran , y esta es la disposición clásica de las bombas de caudal fijo, o sea, de suministro constante. Las bombas alternativas de descarga constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros estacionarios que veremos a continuación , bombas de pistones axiales con cilindros estacionarlos, que veremos más adelante  y bombas de pistones en línea, que ya hemos visto ; todas estas válvulas de asiento. 

El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales consiste en un barril de cilindros, pistones, un anillo y una válvula de bloqueo.

Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas, sólo que en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones.

El barril de cilindros que aloja los pistones está excéntrico al anillo. Conforme el barril de cilindros gira, se forma un volumen creciente dentro del barril durante la mitad de la revolución, en la otra mitad, se forma un volumen decreciente. El fluido entra y sale de la bomba a través de la válvula de bloqueo que está en el centro de la bomba.

Con las bombas de alta velocidad, de pistones radiales con válvulas de asiento, se obtienen eficiencias volumétricas sumamente altas, a valores de un 98%. Por lo general cada cilindro o cualquier otra cámara en la bomba es pequeño en relación

bloque de acero que la rodea, y los pistones están tan pulidos que se adaptan: a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna .

Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que en los sistemas hidráulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible.

La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequeñas pulsaciones de muy alta frecuencia 

Bomba "SECO".

Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nº 2.16 

Consta de un cuerpo de acero, en el cual van alojadas las válvulas de asiento de bola. La de admisión, que naturalmente es mas grande que la de impulsión va alojada en sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza sobre las caras hexagonales de un dado central, que asienta sobre un cojinete muy robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva excéntrica central circular maquínada sobre el mismo eje de entrada ,que es el mando de la bomba y que está conectado con un manguito a un motor eléctrico.

 

El casquillo mencionado, es en realidad un embolo hueco, retorna por la acción de un resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial , van dispuestos las cámaras de impulsión que tienen sus válvulas de asiento de bola bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte. Son en realidad válvulas de retención . La salida se recoge en una tapa colectara frontal.

Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones , del orden de 5.000 libras por pulgada cuadrada .

Como la admisión a los cilindros se opera por la parte central de la bomba, donde se encuentra alojado el eje excéntrico con sus correspondientes rulemanes ,la lubricación

de todas las partes móviles y deslizantes de la bomba se encuentran permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidráulico. Demás está decir por razones de lubricación, que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidráulico. Con agua se destruirían a los pocos minutos de funcionamiento.

Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable.

 

El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior que se conectan por medio de toberas con las diferentes cámaras de aspiración y de impulsión . De hecho esta forma un sistema de válvulas rotativa deslizante¡ y este sistema es característico de las bombas rotativas de pistones radiales o en "estrella " de caudal variable .

Gracias a un número relativamente elevado de pistones y a su corta carrera, las pulsaciones del caudal son enteramente despreciables. La presión de salida de estas bombas está limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes , que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas.

Bomba Hele-Shaw

Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas , y ellas están construidas de acuerdo con los principios , establecidos hace muchos años - hacia 1908 - por el iniciador de este tipo de diseño, el Dr. Hele-Shaw que comenzó a construirlas en Inglaterra . Fue la primera bomba que utilizó válvulas rotativas o deslizantes en las que debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presión mediante una película de aceite entre las superficies rozantes. De esta manera no solo proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un máximo, sino que también son reversibles, como ya se ha dicho. 

El resbalamiento, o fugas de aceite  por las válvulas rotativas o deslízantes. aumenta considerablemente a presiones altas, y si las cargas son excesivas se hace presente el riesgo de agarrotamientos que puede dañar seriamente a la bomba. Por  tal causa, esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmósferas. De bombas de este tipo se construyen en un vasto rango de capacidades , con potencias elevadas como 200 HP . 

Las bombas Hele-Shaw de tamaño grande trabajan a velocidades del orden de 500 r.p.m. y las pequeñas a velocidades de 1500 r.p.m. .

En la figura 2.18 se ilustra una unidad de este tipo  .

En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto número de cilindros radiales . Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos cojinetes a bolas B y C, conectado el árbol de mando D. Este cuerpo gira alrededor de la válvula central fija E, que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales conduce al ramal de admisión o de descarga de aceite, que son F y G respectivamente.

El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la válvula central está ocupado por una película de aceite que actúa como un sello. Cada pistón H está conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistón K sobra el que puede oscilar .

Los cojinetes están alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L, que gira sobre los rulemanes a bolas M y N .Estos están alojados sobre las guías O, que es deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas  . De esta manera, el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro , y el eje de rotación depende de la posición de los cojinetes de bolas M y N, determinado por el recorrido de las guías O . 

 

Cada diagrama corresponde a una sección realizada a través de la válvula fija central por un plano que pasa por los ejes de los cilindros..

Las lumbreras X e Y, cada una de las cuales está en este caso por duplicado, comunican con los cilindros a través de ranuras practicadas en la cara de la clavija central o válvula.- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotación del perno de pistón coincide con el eje de la clavija, cuando las guías O están a mitad de su recorrido. En dicha posición, la rotación del cilindro no causa el movimiento radial de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones. El movimiento de las guías O se representa por el desplazamiento  del elemento rotativo sobre la línea PQ. El desplazamiento hacia P figura (b) causa  la excentricidad de la rotación de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro, de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y.

Por otra parte, el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c), invierte el sentido del flujo, de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado, por la lumbrera K. La variación de la excentricidad varía el volumen suministrado en ambas direcciones.

En esta bomba, como en todas las que tienen válvulas rotativas o deslizantes el factor de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (número de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(3/2) .

Bomba Pittler-Thoma.

Esta bomba de manufactura alemana, tiene el mismo principia de funcionamiento qua la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos.

En esta bomba, los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un. perno sobre el que rota libremente un pequeño rulemán a bolillas, el cual rueda sobre la cara interior del aro de regulación de caudales, cuya movimiento de registro en algunos modelos es de comando manual, como se muestra en la figura nro. 2.20. En otros modelos el registro se opera automáticamente por la presión de sistema hidráulico , con servo-dispositivos adecuados.

Bomba Oilgear.

Esta bomba de manufactura americana es posiblemente en la actualidad la bomba de pistones radiales de caudal variable mas completa, y también más costosa. Si bien es cierto que su principio fundamental de funcionamiento es idéntico a las anteriores, difiere considerablemente en sus características constructivas.

En este caso, los pistones radiales de la bomba, en lugar de tener muñequillas, patines o rulemanes en sus cabezas para asegurar un contacto con la pista interior del aro de registro, terminan sus cabezas en superficies esféricas , que, como se ve en la figura nro.  2.21 , se apoyan en una pista de acero templado T, diseñada de tal forma que el punto de contacto se halla descentrado del eje del cilindro. El movimiento circunferencial relativo se obtiene mediante la rotación parcial de los pistones, que giran dentro de su alojamiento cilíndrico al mismo tiempo que todo el conjunto gira alrededor del eje de rotación de la bomba. Utilizando dos grupos de pistones en dos planos separados normales al eje de la bomba , los empujes laterales paralelos al eje del árbol se equilibran entre sí.

 

Esta bomba viene provista de diversos accesorios de fábrica, que permiten, según el pedido del cliente ser operadas común a dos etapas de presión, tener comando del registro de caudal por sistema de mando manual, eléctrico, automático o por piloto hidráulico.

Los fabricantes producen esta unidad para un rango de presiones de 60 , 120 y 175 atu con capacidades de hasta 150 HP.

Para igualdad de caudales esta bomba es de un más reducido tamaño que la Hele-Shaw.

Bombas de pistones esféricos

La bomba de pistones en forma de bolas ha resultado interesando a los proyectistas de bombas hidráulicas, debido el bajísimo desgaste de las partes en rozamiento. No es lo mismos desde luego el rozamiento contra una pista interior circular de patines  o cilindros de rodadura de bolas perfectamente esféricas y pulidas de acero extra duro tratado.

El principio de funcionamiento hidráulico es enteramente similar a los anteriores

Referencias existentes indican que este tipo de bombas ya había sido ensayado en Inglaterra alrededor de 1916, pero el estado de la tecnología en lo que hace a caldades de acero extraduros antifricción tratados térmicamente imperante en aquella época no permitió evitar los excesivos desgastes que se ocasionaran en aquellas bombas, ya que se veían limitadas en su aplicación por el aumento de las fugas ocasionadas por esas desgastes prematuras.

Con los materiales y acabados extraduros antifricción y antiescoriables que actualmente la tecnología pone a disposición del ingeniero proyectista es posible

fabricar bombas de pistones esféricos que tengan una duración razonablemente mayor .Estas bombas se utilizan actualmente en algunas equipos auxiliares de aviación.

Experimentos realizadas recientemente en Inglaterra con bombas de pistones esféricas recubiertos con capas metalizadas de carburos de tungsteno permitieron funcionamientos continuos de 500 horas sin desgastes apreciables ni perdidas por fugas internas ponderables.

Por razones de diseño en función de la geometría de este tipo de bombas la carrera de las bolas que hacen las veces de pistones esta limitada a la tercera parte del diámetro de la misma. Por tal motivo, y para aumentar los caudales sin aumentar el tamaño físico de la bombas se han construidos bombas con pistas ovaladas , lo cual permite  obtener dos carreras por revolución duplicando así el caudal con el mismo tamaño de bomba.

En la Fig. n°  2.23 se ve un esquema de este interesante tipo de bomba, que encuentra  mucha aceptación para presiones no mayores de 30 atu. Esta bomba es de caudal  fijo pero se ha logrado fabricarlas de caudal variable para pequeños valores del mismo mediante un desfasado adecuado. Para ello se utilizan dos grupos de pistones y pistas para bolas y un mecanismo de regulación capaz de girar las pistas en sentidos opuestos, produciendo una variación de fase entre los movimientos de los dos grupos de pistones.

Bombas rotativas de pistones axiales

El mecanismo básico de estos dispositivos es siempre una placa matriz circular rotando oblicuamente en un eje. Al girar el eje, comunica un movimiento circular al bloque de cilindros. Este movimiento en conjunto con la inclinación de la placa, determina que el pistón desarrolle internamente en el cilindro

un movimiento alternativo que permite el desarrollo de los procesos de aspiración y descarga. Este grupo de pistones giratorio se instala en el eje de entrada y es impulsado por el motor. Consta de un bloque de pistones con numerosos orificios maquinados con precisión que alojan los pistones de la bomba. Los pequeños pistones de la bomba están formados por el pistón y la corredera del pistón. La corredera es un componente fabricado en bronce o aluminio que se conecta al pistón y mueve los pistones cuando la bomba está funcionando.

En la primera parte del proceso, los pistones se retraen provocando un aumento de volumen y una disminución de la presión con lo que se genera la aspiración. En la segunda etapa, los pistones comienzan a entrar y con esto se disminuye el volumen y como consecuencia se produce la descarga.

Si fuera posible variar la inclinación de la placa, la bomba será de caudal variable.

Las correderas del pistón pivotean y se deslizan por una arandela endurecida llamada arandela de empuje.

La arandela de empuje se sitúa en el plato distribuidor. Éste pivotea sobre dos pasadores de soporte y controla la salida de la bomba. Cuando el operador mueve el pedal de control de tracción para aumentar la velocidad de desplazamiento, el ángulo del plato distribuidor se acentúa.

A medida que gira el grupo de pistones, los pistones se mueven hacia adentro y hacia fuera de sus orificios y bombean el aceite. La cantidad de aceite bombeada es controlada por el ángulo del plato distribuidor.

Mientras el plato distribuidor se mantenga en posición neutral, no se bombeará aceite. Cuando el operador mueve el pedal de control de tracción, aumenta elángulo del plato distribuidor, lo que a su vez aumenta la carrera del pistón. Cuando la carrera del pistón aumenta, la cantidad de aceite bombeado aumenta y la velocidad de desplazamiento cambia.

Si bien está placa oscilante en parte es un sustitutivo de la manivela , y se la conoce desde hace mucho tiempo en ingeniería mecánica, no ha tenido mayores aplicaciones en diversos tipos de maquinarias debido a la complejidad de los mecanismos a que ella daba lugar. La bomba hidráulica de alta presión es posiblemente la única aplicación donde el dispositivo se ha empleado con éxito y tanto es así , que actualmente existe la definida tendencia de utilizar mas y más este tipo de bomba en todas las utilizaciones industriales, desplazando a las bombas de pistones radiales o en "estrella"  a pesar de ser más robustas simples y durables, y ello muy posiblemente sea debido a la influencia de la técnica hidráulica aeronáutica ya en la aviación la cuestión peso es de vital importancia y este tipo de bomba es la que asegura mayor potencia por kilogramo de peso, Pero aparte esta razón las bomba con placa motriz circular oscilante de cilindros axiales ( paralelos al eje de la bomba) tiene tres ventajas fundamentales respecto a las bambas de pistones radicales .

a) Los cilindros se hallan muy cerca respecto del eje central de giro, por la cual:la fuerza centrífuga sobra los pistones es considerablemente menor.

b) El mecanismo que se encarga de producir el movimiento alternativo de los pistones es más rígido. Por esta razón los golpes de ariete que se presentan en estas bombas son mucho menores ya que los pistones pasa del tiempo de aspiración el de presión y viceversa, de una manera más suave, condicionando un menor nivel de ruido .

c) La utilización de bombas de cilindros axiales permite el empleo de válvulas deslizantes rotativas planas mientras que en las bombas de pistones radiales las válvulas rotativas deslizantes eras cilíndricas y las primeras permiten presiones tan: altas como 35 atu mientras que con las segundas no es posible para tener buenos rendimientos hidráulicos - pasar más allá de los 210 atu .

Motor hidrostático

Veamos una aplicación de ejemplo de motor hidrostático. En un sistema de motor hidrostático remoto, los motores hidrostáticos pueden ser motores simples de engranajes o motores de pistones.

Cuando el motor se fabrica como parte del conjunto completo como ocurre en los sistemas en U o en línea, el motor es del tipo de pistones, muy similar a la bomba de pistones excepto que el plato distribuidor es fijo. Al ser fijo la carrera de los pistones permanece constante. La velocidad de rotación del motor no se puede cambiar salvo que se cambie el volumen de aceite que recibe de la bomba. Recuerde que una columna de aceite dada hace girar al motor a una velocidad dada. Más aceite aumenta la velocidad del motor; menos aceite la disminuye.

Motor hidrostático - Funcionamiento general

Mientras el motor hace girar el grupo giratorio de la bomba, los pistones pasan por el plato distribuidor que se encuentra en posición neutra, (figura siguiente abajo). Con el plato distribuidor en posición neutra no hay movimiento de los pistones y no se bombea aceite.

Cuando el operador mueve el pedal de control de tracción, aumenta el ángulo del plato distribuidor y la bomba de pistones comienza a desplazar aceite. Este aceite se dirige a la sección de la bomba y hace moverse a la unidad (figura siguiente abajo).

Cuando el operador necesite cambiar de dirección, el pedal de tracción se mueve hacia atrás a la posición neutra y luego a la posición de retroceso. En la posición de retroceso, el plato distribuidor se mueve en sentido opuesto a la dirección hacia adelante. En esta posición, el aceite se bombea al lado opuesto del motor y la unidad se mueve en reversa (figura siguiente abajo ).

 

Bomba de Williams-Janney

Esta bomba diseñada y construida por primera vez entre los años 1901 a 1906 Estados Unidos para la Waterbury Tools Mg. , por Harvey Williams y Reynolds Janney fue el origen del cual se partió para llegar a los actualmente modernos tipos de bombas de esta clase, que manufacturadas por empresas diversas en Estado Unidos, Inglaterra, Europa Continental y Japón , han permitido dar a la hidráulica del aceite el increíble desarrollo que ha tomado hoy día.

En la Fig. nro. 2,24 daremos una ilustración de esta bomba en su versión original .

En el grabado se puede apreciar la bomba original en su corte longitudinal . El árbol D que recibe el movimiento de un motor eléctrico que no figura en el dibujo, Este árbol D va guiado en dos cojinetes a bujes. Montado sobre este árbol se encuentra un  manguito estriado, sobre el cual a su vez se encuentra montado el bloque de cilindros C , que recibe a través del manguito el movimiento de rotación

Dentro del bloque de cilindros se desplazan en cada cilindro su correspondiente pistón que está vinculado mediante una biela E que en sus dos extremidades tiene una cabeza esférica para lograr una articulación rotulante universal , una de ellas para fijar la biela a su pistón y la otra para fijar la biela a un anillo portamuñones que va montado dentro de un receptáculo anular J. Este último va encajado dentro de un cojinete liso K , el cual a su vez se encuentra montado dentro de una muñonera G . Todo este conjunto se encuentra fijado a una junta universal doble  M, que se halla situada entre el conjunto descrito y el árbol D .

La muñonera G puede girar parcialmente alrededor de unas soportes giratorios que no se muestran en la Fig. antedicha. Si  la bomba comienza a funcionar conservando las mismas distancias que se muestran en el dibujo, de manera que el eje del receptáculo anular coincida con el eje del árbol  los pistones NO se desplazan en sus correspondientes cilindros y la bomba no suministra ningún caudal al circuito hidráulico .

Inclinando ahora la muñonera hacia un lado que en esta versión original de la bomba Williams Janney se lograba con un mecanismo accionado por una palanca de accionamiento manual situada en el exterior del cuerpo de la bomba los pistones se desplazarán dentro de sus correspondientes cilindros alternativamente y bombeando aceite - desde A hacia B, inversamente, desde B hacia A invertimos el desplazamiento de la muñonera. Vale decir que la bomba no solamente es el caudal variable , sino que también de flujo reversible.

La estanqueidad de las válvulas deslizantes planas V se obtiene inicialmente gracias a la acción del resorte X montado sobre el árbol D. Las superficies de las lumbreras tienen tales dimensiones que hacen que puede quedar desequilibrada una  pequeña parte del empuje final total del pistón permitiendo que una fuerza resultante mantenga a las válvulas superficiales en contacto.

La acción valvular se obtiene gracias a las lumbreras de cada pistón que se encuentran talladas en el bloque de los cilindros las cuales comunican alternativamente con dos

lumbreras de forma reniforme que constituyen la admisión y escape en la válvula superficial estacionaria, que es un disco plano , no mostrado en el dibujo. 

Si bien el bloque de cilindro C, se encuentra montado sobra un manguito al árbol D, no está rígido sobre dicho árbol, sino que entre ellos se encuentra una pequeña junta universal H de manera tal que esta le permita alinearse por si mismo sobre la válvula superficial por la que las superficies de contacto de estas no quedan separadas por cualquier posible tensión o deformación en el mecanismo.

Esta descripción que acabamos de dar, nos muestra, como ya fue dicho la  versión original de esta bomba. Los diversos fabricantes licenciatarios que encararon su fabricación fueron en el curso de los años y a través de la experiencia de la práctica, modificando sensiblemente el diseño original si bien respetando el principio fundamental de la bomba.  Las modificaciones y alteraciones básicas consistieron en montar el árbol D sobre robustos cojinetes a bolas, encamisar los cilindros dentro del bloque giratorio ,  eliminar todo tipo de resortes, utilizar robustas crapodinas de empuje en la muñonera G. y sobre todo perfeccionar el sistema de mando para la inclinación de la muñonera oscilante . Una versión actual de esta bomba, se muestra en la Fig. nro. 2.25.

En la figura nro. 2.25 que nos muestra el corte de una bomba moderna actualmente fabricada por una prestigiosa firma alemana, apreciamos claramente que la periferia del disco oscilante tiene un dentado que engrana con los filetes de un tornillo que al accionarse desde el exterior sobre una platina graduada permite desplazar la inclinación del plato oscilante para lograr el caudal deseado.

En los modelos actuales se trabaja con presiones de servicio de 200 atu a velocidades normales de rotación de 1.500 r.p.m. .

Bomba de embolo buzo axial ("Electráulica" )

La firma inglesa Towler que fabrica la bomba multicilindrica de pistones en línea vista anteriormente también manufactura otro tipo de bomba de pistones axiales de la cual representamos en la Fig. nro. 2,26 un corte longitudinal de la misma .

La bomba consta de dos grupos de tres pistones accionados por una placa motriz circular. En lugar de utilizar patines o bielas, los extremos libres de los pistones tienen una cabeza semiesférica. Los pistones se encuentran empujados por contacto directo con la superficie dura de la plata motriz circular  sobra la cual se deslizan formando un contacto de rodadura perfecto.

En la figura se muestra una de estas bombas en la cual el empuja axial del: plato oscilante es soportado por una robusta crapodina de empuje planos colocada contra la pared interior de la carcaza y otra similar montada sobre la corona oscilante . Estas crapodinas se individualizan en el plano con las letras F.

Los émbolos tienen libertad de rotación dentro de sus cilindros, y para asegurar un contacto satisfactorio entra las cabezas de los émbolos y la superficie de. rozamiento entro estos y el plato oscilante, este último se hace girar lentamente por medio engranajes cónicos que se ven en la Fig. nro. 2.26 , uno de los cuales esta unidos al cuerpo de la bomba y el otro al plazo oscilante,

La relación de transmisión de los engranajes cónicos corresponde a la secante del ángulo de inclinación de la cara de empuje del plato oscilante. Los fabricantes han afirmado que este plato oscilante con corona dentada, en combinación con  anillos de empuje recubiertos con película lubricantes permiten operaciones continuas  a presiones muy altas. Por ejemplo una bomba prototipo ha funcionado durante más de 2,000 horas a 7,000 libras por pulgada cuadrada sin recibir desgastes apreciables .

Una bomba auxiliar P del tipo del engranajes accionada por una prolongación del árbol de transmisión precarga la bombas extrayendo aceite del tanque de almacenamiento del aceite y manda a este al colector de la bomba de alta presión a través de  un pasaje interno, no mostrado en la figura. La capacidad de la bomba auxiliar excede la capacidad de la bomba de alta presión y el aceite excedente pasa a través de otro conducto desde el colector hasta el carter donde se encuentra alojado el plato  basculante.

El pasaje estrecho entre el colector de admisión y la caja del plato basculante asegura una presión de aceite suficiente en el colector para levantar las válvulas de admisión y además, y esto es lo importante , los émbolos reciben empuje hacia afuera durante sus

carreras de aspiración mediante una presión suministrada precisa por la bomba auxiliar P.

CONSIDERACIONES DE INSPECCIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS BOMBAS A PISTONES

Imperan para este caso las condiciones generales que hemos expuesto para las bombas de paletas, sin embargo en razón de las estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro de las plantas industriales debiéndose recurrir en la mayoría de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones.

INVERSIÓN DEL SENTIDO DE GIRO

El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede ser invertido solo en los modelos de plato matriz ylo de distribución por vástago central, siempre ateniéndose en las instrucciones del fabricante.

Las bombas de distribuidor por placa rozante ylo los de tambor a barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido. 

 

 

 

BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIÓN

Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo, puede ser controlada en un banco de construcción sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas.

El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que entregada una determinada bomba a diferentes valores de presión (Ver Fig. 2.27) y constatar mediante un amperímetro la potencia que desarrolla el motor.

Las condiciones de prueba son: 

a. Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad del mismo de acuerdo a lo indicado por el fabricante.

b. En función de que los fabricantes señalan los caudales y potencias absorbidas por un tipo  determinado de bomba a diferentes valores de presión. Se tomarán esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales.

c. La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberá coincidir con la establecida por el catálogo en caso contrario efectuar la conversión de caudal al nuevo número de vueltas , utilizando para ello el valor que debe figurar en catálogo de desplazamiento cúbico por vuelta.

Bomba de engranajes rectos ( spur gear pump )

Las bombas de engranaje se clasifican como bombas de engranaje externas o internas. En bombas de engranaje externas los dientes de ambos engranajes se proyectan hacia fuera de sus centros. Las bombas externas pueden utilizar engranajes cilíndricos, engranajes de dientes angulares, o engranajes helicoidales para mover el líquido. En una bomba de engranaje interna, los dientes de un engranaje se proyectan hacia afuera, pero los dientes del otro engranaje proyectan hacia adentro hacia el centro de la bomba . Las bombas de engranaje internas pueden ser centradas o excéntricas.

Fig. Bomba rotativa de engranajes ( externos )

Esta es una de los tipos más populares de bombas de caudal constante, Sobro todo si es de engranajes exteriores . En su forma mas común, se componen de dos piñones dentados acoplados que dan vueltas, con un cierto juego, dentro de un cuerpo estanco. El piñón motriz esta enchavetado  sobre el árbol de arrastre accionando generalmente por un motor eléctrico. Las tuberías de aspiración y de salida van conectadas cada una por un lado, sobre el cuerpo de la bomba.

A consecuencia del movimiento de rotación que el motor le provoca al eje motriz, éste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje). Los engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso.

Con el movimiento de los engranajes, en la entrada de la bomba se originan presiones negativas; como el aceite que se encuentra en el depósito está a presión atmosférica, se produce una diferencia de presión, la que permite el traslado de fluido desde el depósito hacia la entrada de la bomba (movimiento del fluido). Así los engranajes comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la salida o zona de descarga. Por efecto del hermetismo de algunas zonas, el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema .

En la figura 2.28 se ve el corte de una bomba común de dos

engranajes  .

Los dientes de los piñones al entrar en contacto por él lado de salida expulsa el aceite contenido en los huecos, en tanto que el vacío que se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la aspiración del aceite en los mismos huecos.

Las bombas corrientes de engranajes son de construcción simple, pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones.

Los piñones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementación cementados, templados y rectificados (profundidad de cementación 1 mm. ) .

Los ejes de ambos engranajes están soportados por sendos cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo. El engranaje propulsor se encuentra acuñado a su eje. Como se dijo, el aceite es atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de función que los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes desde la lumbrera de aspiración hasta la descarga.

Lógicamente el aceite no puede retornar al lado de admisión a través del punto de engrane.

Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos, pero también se emplean engranajes helicoidales , simples o dobles, cuya ventaja principal es el. funcionamiento silencioso a altas velocidades. Cabe destacar un hecho al cual hay que poner preferente atención: deben tomarse precauciones contra el desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por quedar aceite atrapado entre las sucesivas líneas de contacto de los dientes, como puede verse en el detalle de la Fig. 5.1. Para evitar este inconveniente, se ejecuta en

las platinas laterales un pequeño fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido, ya sea hacia la salida o hacia la aspiración .

Siendo Mº el módulo del diente de los engranajes :

La anchura del fresado es aconsejable que sea:  

La profundidad del fresado 

La longitud del fresado 

Distancia del fresado a la línea de centros 

195 Mº

0,5 Mº

1,2 Mº

0,5 Mº

En las bombas con dos sentidos de marcha, se efectúan dos fresados, una a cada lado de la línea de centros.

En la Fig. 2.29 se muestra una bomba llamada "Barnes" en la cual se ha solucionado el problema anteriormente mencionado. En el piñón conducido y en el fondo de los vacíos de los dientes se ha practicado un pequeñísimo agujero por donde descarga el aceite atrapado, Sí también se hace lo mismo en la cresta de los dientes, el problema se soluciona totalmente.- La comprensión del aceite en la cámara "A" empieza en el momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en el que penetra.  En este momento, el aceite de la cámara "A" se escapa por, el canal "F"  la cavidad "N" fresado en el árbol y los canales "E" hacia la salida.

Cuando los dientes atraviesan la línea de centros se inicia el desengrase. Se crea así un vacío en la cámara "B" qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el

lado aspiración por los canales "D", la cavidad "M" y el canal "Q" Esta acción particular asegura a la bomba "Barnes" una gran suavidad de funcionamiento.

En las bombas de engranajes de construcción corriente el aceite ejerce una presión radial considerable sobre los piñones lo que provoca la deformación de los árboles el aumento disimétrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas .

Por otra parte, los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones, todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba.

Para equilibrar los piñones de las bombas de engranajes desde el punto de vista hidráulico, existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestión. Por un lado, se realizan en los piñones dentados (que a este efecto deben tener números pares de dientes) pequeños agujeros diametrales que atacan los vacíos de los dientes. Estos agujeros se cruzan, pero no se cortan.

La figura 2.30  muestra lo que sucede: del lado de salida, la presión que se ejerce sobre los piñones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2, en la que cada una actúa sobre su piñón respectivo. 

  

Debido a los agujeros radiales, el aceite a presión penetra a través de cada piñón en el lado opuesta a la cámara de compresión, lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4, que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2 .

La presión sobre las engranajes varia durante su rotación, por este hecho el equilibrado no puede ser perfecto, no obstante, permite una reducción considerable de las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicación de las bombas de engranajes para presiones de servicio mayores.

Los piñones de la bomba esquematizada en la figura 2.30 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente.

Esta disposición perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de aspiración y de comprensión, por la simple razón de que los agujeros (1) y (2) unidos respectivamente a cada una de estas zonas, no están separadas sino por un solo diente.

Para remediar este inconveniente, se ejecutan los agujeros mas separados, como se ilustra en la figura 2.31 .En todos los casos, a fin de disminuir el máximo los esfuerzo sobre los piñones, conviene dotar a la cámara de comprensión (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles 

El numero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a 1500 r.p.m..- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas, la velocidad puede llegar hasta 1800 r.p.m. .

En los modelos muy perfeccionados, con dientes corregidos platinas de bronce rectificadas, eliminación de la compresión de aceite entre los dientes en contactos, el numero de revoluciones puede llagar hasta 2.500 r.p.m. 

En los modelos equilibrados, las presiones pueden llegar a 70kg/cm2 y aun valores superiores.

Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito. Es importante que los huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiración. En caso contrario los espacios mal llenados evocan la formación de vapores de aceite, los cuales bruscamente comprimidos, causan choques hidráulicos y un ruido considerable.

Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos , pero aumenta considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presión. Un recurso que da buen resultado, es aumentar considerablemente el volumen de la cámara de aspiración  El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce así considerablemente.

Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberías de aspiración velocidades de aceite superiores a 2 m/seg. Las velocidades de salida no deben ser mayores que 5m/seg. 

Fig. 2.32 Equilibrado de empujes radiales y axiales en una bomba engranaje

Fig. 2.33 Equilibrio de empujes radiales sobre los piñones en una bomba unidireccional

Fig. 2.34 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1 .

Fig. Bombas de engranajes con dientes internos

Fig. : Bomba de engranajes bihelicoidales

Bomba de engranajes bihelicoidales La bomba de engranajes bihelicoidales (Herringbone Gear Pump en Inglés ) (ver figura lateral ) es una modificación de la bomba de engranajes rectos. El líquido se bombea de manera semejante a la bomba de engranajes rectos. Sin embargo, en la bomba de engranajes bihelicoidales, cada juego de dientes comienza su fase descarga de fluido antes de que el juego anterior de dientes haya terminado su fase de descarga. Esta sobreposición y el espacio relativamente más grande en el centro de los engranajes tienden a reducir al mínimo las pulsaciones y a dar un flujo más constante que la bomba de engranajes rectos ( Spur gear pump en Inglés) .

Fig.: Bomba de engranaje helicoidal.

Bomba de engranajes helicoidales

La bomba de engranaje helicoidal sigue siendo otra modificación de la bomba de engranaje recto. Debido al diseño helicoidal del engranaje, la sobreposición de descargas sucesivas desde los espacios entre los dientes es incluso mayor que la producida en la bomba de engranaje bihelicoidal; por lo tanto, el flujo de la descarga es más estable. Debido a ésta mayor estabilidad de descarga en la bomba helicoidal, los engranajes se pueden diseñar con una pequeña cantidad de dientes grandes – permitiendo así un incremento en la capacidad sin sacrificar la estabilidad del flujo.

Los engranajes de bombeo de este tipo de bomba son movidos por un sistema de engranajes de sincronización e impulsión que ayudan a mantener el espacio intersticial requerido sin el contacto metálico real de los engranajes de bombeo. (El contacto metálico entre los dientes de los engranajes de bombeo proporcionaría un sello más estrecho contra el resbalamiento; sin embargo, causaría un acelerado desgaste de los dientes, porque el material extraño en el líquido estaría presente sobre las superficies de contacto.)

Los rodamientos de rodillos en ambos extremos de los ejes de engranaje mantienen la alineación apropiada y reducen al mínimo la pérdida de fricción en la transmisión de la potencia. Embalajes adecuados se utilizan para prevenir fugas alrededor del eje.

Bomba de engranajes internos centrados

Otro diseño de bomba de engranaje interno se ilustra en las figuras laterales. Esta bomba consiste en un par de elementos con forma de engranaje, uno dentro del otro, localizados en el compartimiento de la bomba. El engranaje interno está conectado con el eje motriz de la fuente de potencia.

La operación de este tipo de bomba de

  Observe que el engranaje interno tiene un diente menos que el engranaje externo. La forma del diente de cada engranaje se relaciona con la de la otra de una manera tal que cada diente del engranaje interno esté siempre con desplazamiento de contacto con la superficie del

engranaje interna se ilustra en las figuras laterales. Para simplificar la explicación, los dientes del engranaje interno y los espacios entre los dientes del engranaje externo se numeran.

engranaje externo. Cada diente del engranaje interno endienta con el engranaje externo en apenas un punto durante cada revolución. En la ilustración, este punto está en X. En la visión A, el diente 1 del engranaje interno está endentado con el espacio 1 del engranaje externo. A medida que los engranajes continúan girando en una dirección a la derecha y los dientes se acercan al punto X, el diente 6 del engranaje interno endentará con el espacio 7 del engranaje externo, el diente 5 con el espacio 6, y así sucesivamente. Durante esta revolución, el diente 1 endentará con el espacio 2; y durante la revolución siguiente, el diente 1 endentará con el espacio 3. Consecuentemente, el engranaje externo girará en apenas seis sextos la velocidad del engranaje interno.

En un lado del punto de acoplamiento entre dientes, bolsillos de tamaño cada vez mayor se forman mientras que los engranajes giran, mientras que en el otro lado los bolsillos disminuyen de tamaño. En la figura B adjunta, los bolsillos en el lado derecho de los dibujos están aumentando de tamaño hacia la parte inferior de la ilustración, mientras que los mismos en el lado izquierdo están disminuyendo de tamaño hacia la tapa de la ilustración. El lado de entrada de la bomba por lo tanto estaría en la derecha y el lado de descarga a la izquierda. En la figura A, se ve que el lado derecho del dibujo fue que volcado para indicar los puertos, el lado de entrada y la descarga aparecen invertidos, donde A en un dibujo cubre A en el otro.

Bomba de lóbulos

Esta bomba funciona siguiendo el principio de la bomba de engranajes de dientes externos, es decir, ambos

 

elementos giran en sentidos opuestos, con lo que se logra aumentar el volumen y disminuir la presión y por ello conseguir la aspiración del fluido.

Los lóbulos son considerablemente más grandes que los dientes de engranajes, pero hay solamente dos o tres lóbulos en cada rotor. Una bomba de tres lóbulos se ilustra en la figura lateral. Se giran los dos elementos, uno es impulsado directamente por la fuente de energía, y el otro a través de engranajes de sincronización. Mientras que los elementos giran, el líquido queda atrapado entre dos lóbulos de cada rotor y las paredes del compartimiento de la bomba, y se transporta del lado de succión al lado de descarga de la bomba. A medida que el líquido sale del compartimiento de succión, la presión en el compartimiento baja, y más líquido adicional es forzado a desplazarse hacia el compartimiento desde el depósito.

Se construyen los lóbulos de manera de producir un sello continuo en los puntos donde éstos se interceptan en el centro de la bomba. Los lóbulos de la bomba ilustrada en la figura son provistos con las pequeñas paletas en su borde externo, a fin de mejorar la hermeticidad de la bomba. Aunque estas paletas se sostengan mecánicamente en sus ranuras, están, hasta cierto punto, libres de moverse hacia fuera. La fuerza centrífuga mantiene las paletas ligeramente apretadas contra el compartimiento y los otros elementos giratorios.

Fig.: Bomba de lóbulos.

 

Por la forma constructiva de los engranajes el caudal desplazado puede ser mayor. Se genera una sola zona de presión, por lo cual esta bomba constituye una del tipo desequilibrada, y al no podérsele variar la cilindrada, se dice entonces que la bomba es de caudal constante.

BOMBA DE TORNILLO

La transmisión de potencia hidráulica por medio de bombas de tornillo se utiliza generalmente sólo en los submarinos. A pesar de ser baja en eficiencia y costosa, la bomba de tornillo es conveniente para las altas presiones (3000 psi), y entrega fluido con poco ruido o pulsación de presión.

Las bombas de tornillo están disponibles en variados diseños; sin embargo, todas funcionan de una manera similar. En una bomba de tornillo del tipo rotativo de desplazamiento fijo (visión A en la figura), el líquido se impulsa axialmente en forma constante y uniforme mediante la acción de sólo tres partes móviles, un rotor motriz y dos rotores locos arrastrados por el primero. El rotor motriz es el único elemento impulsor, que se extiende fuera de la cubierta de la bomba para las conexiones de potencia a un motor

Fig.: Bomba de tornillo

La línea de suministro está conectada en el centro de la cubierta de la bomba en algunas bombas (figura, visión B). El líquido entra en el puerto de succión de la bomba, que se abre en compartimientos en los extremos del montaje del tornillo. Cuando los tornillos giran, el líquido fluye

eléctrico. Los rotores locos giran libres y son arrastrados por el rotor motriz mediante la acción de los filetes de rosca que endientan entre sí. El líquido bombeado entre los filetes de rosca helicoidales del rotor motriz y los rotores locos proporciona una película protectora para prevenir el contacto metal con metal. Los rotores locos no realizan ningún trabajo; por lo tanto, no necesitan ser conectados por engranajes para transmitir potencia. Los espacios intersticiales formados por el endentado entre los rotores dentro de la estrecha caja de cubierta contienen el líquido que es bombeado. Mientras que los rotores dan vuelta, estos espacios se mueven axialmente, proporcionando un continuo flujo. El funcionamiento eficaz se basa en los factores siguientes:

La acción de giro obtenida con el diseño de filetes de rosca de los rotores es responsable de la estabilidad misma de operación de la bomba. La carga simétrica de presión alrededor del rotor motriz elimina la necesidad de cojinetes radiales porque no hay cargas radiales. El cojinete de bolas tipo cartucho en la bomba posiciona al rotor motriz para la operación apropiada de sellado. Las cargas axiales en los rotores creados por la presión de descarga son hidráulicamente equilibradas.

La clave del funcionamiento de la bomba de tornillo es la operación de los rotores locos en sus alesajes de la cubierta. Los rotores locos generan una película hidrodinámica para apoyarse en sus alesajes como los cojinetes lisos. Puesto que esta película es autogenerada, la misma depende de tres características de funcionamiento de la bomba - velocidad, presión de descarga, y la viscosidad del fluido. La fuerza de la película es aumentada incrementando la velocidad de funcionamiento, disminuyendo la presión, o aumentando la viscosidad del fluido. Esta es la razón por la cual las capacidades de funcionamiento de la bomba de tornillo se basan en velocidad de la bomba, la presión de descarga, y la viscosidad del fluido.

entre los filetes de rosca en cada extremo del conjunto. Los filetes de rosca arrastran el líquido dentro de la cubierta hacia el centro de la bomba al puerto de descarga.

Bomba de paletas desequilibradas

Las bombas hidráulicas tipo paleta tienen generalmente placas interiores forma circular o elíptica. (La figura lateral ilustra una bomba de paleta con un interior circular.) Un rotor ranurado se fija a un eje que entra en la cavidad de la cubierta a través de una de las placas extremas. Un número de pequeñas placas o paletas rectangulares se fijan dentro de las ranuras del rotor.

 

Fig. : Bomba de paletas desequilibradas

Al girar el rotor dentro del anillo volumétrico y ubicado en forma excéntrica a éste, se genera por lo tanto una cierta diferencia que permite en algunos casos controlar la cilindrada.

Gracias a la excentricidad se genera una zona que hace las veces de cierre hermético que impide que el aceite retroceda. A partir de esta zona y producto de la fuerza centrífuga, las paletas salen de las ranuras del rotor, ajustándose a la superficie interna del

Al tener la bomba una sola zona de alta presión se originan fuerzas que no son compensadas, lo que indica que la bomba se trata de una bomba desequilibrada.

Fig. : Bomba de paletas desequilibradas

A medida que el rotor da vuelta, la fuerza centrífuga hace que el borde externo de cada paleta se deslice a lo largo de la superficie de la cavidad de la cubierta, mientras que las paletas resbalan dentro y fuera de las ranuras del rotor. Las numerosas cavidades, formadas por las paletas, las placas extremas, la cubierta, y el rotor, se expanden y se comprimen a medida que el montaje del rotor y de la paleta gira. Un puerto de entrada está instalado en la cubierta así que el líquido puede fluir en las cavidades mientras que éstas se agrandan. Un puerto de salida está provisto para permitir que el líquido fluya fuera de las cavidades a medida que llegan éstas se vuelven pequeñas.

anillo, así entre cada par de paletas se crean cámaras que hacen aumentar el volumen y disminuir la presión, con lo que es posible asegurar el continuo suministro de aceite. El aceite es tomado en estas cámaras y trasladado a la zona de descarga.

 

Bomba de paletas equilibradas

Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones:

Anillo volumétrico El rotor y el anillo están ubicados

concéntricamente Posee dos zonas de aspiración y

dos de descarga, por lo tanto la aspiración y descarga se realiza dos veces en cada revolución

Su caudal es fijo

Las fuerzas resultantes se anulan, por lo tanto la bomba es equilibrada

   

BOMBAS MANUALES

Hay dos tipos de bombas alternativas manuales - la de acción única y la doble acción. La bomba de acción única proporciona flujo durante cada movimiento posterior, mientras que la de doble acción proporciona flujo durante cada movimiento de bombeo. Las bombas de acción única se utilizan con frecuencia en gatos hidráulicos.

Fig.: Bomba manual hidráulica

 

Este movimiento hace que el pistón fuerce el líquido en la cámara de entrada hacia el puerto salida y dentro del sistema. Este mismo movimiento del pistón produce un área de baja presión en la cámara de entrada. La diferencia en la presión entre la cámara de entrada y el líquido (a presión atmosférica) en el depósito actuando sobre la válvula de retención B hace que su resorte se comprima; abriendo así la válvula de retención. Esto permite que el líquido entre en la cámara de entrada.

Cuando el pistón termina este desplazamiento a la izquierda, la cámara de entrada está llena de líquido. Esto elimina la diferencia de presión entre el compartimiento de entrada y el depósito, permitiendo así que la tensión del resorte cierre la válvula de retención B. Cuando el pistón se mueve hacia la derecha, la fuerza del líquido confinado en el

Una bomba de mano de doble acción se ilustra en la figura anterior. Este tipo de bomba se utiliza algunos sistemas hidráulicos de aviones como fuente de tracción hidráulica para emergencias, para prueba de ciertos subsistemas durante inspecciones de mantenimiento preventivo, y para determinar las causas de malfuncionamientos en estos subsistemas.

Esta bomba (ver figura arriba) consiste en un cilindro, un pistón que contiene una válvula de retención incorporada (A), un eje de pistón, una manija de funcionamiento, y una válvula de retención (B) en el puerto de entrada. Cuando el pistón se mueve a la izquierda, la fuerza del líquido en la cámara de salida y la tensión del resorte hace la válvula A cerrarse.

compartimiento de entrada actúa sobre la válvula de retención A. Esta acción comprime el resorte y abre la válvula de retención A lo que permite que el líquido fluya desde la cámara de entrada hacia la cámara de salida. Debido al área ocupada por el vástago del pistón, la cámara de salida no puede contener todo el líquido descargado del compartimiento de entrada. Puesto que los líquidos no se comprimen, el líquido adicional es forzado fuera del puerto salida dentro del sistema.