Bombas hidráulicas: Bomba de engranes

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Las bombas hidráulicas, como una bomba de engranes, toman la energía mecánica de un dispositivo impulsor (una fuerza rotatoria) y la convierten en energía hidráulica en forma de flujo de aceite. Normalmente, nos referimos al flujo en términos de galones por minutos (gpm). El flujo es la cantidad de volumen por unidad de tiempo; en este caso, volumen desplazado cada minuto. Este es el flujo que determina la velocidad a la cual un sistema operará. Los impulsores más usados en sistemas hidráulicos industriales son los motores eléctricos de inducción de cuatro polos, los cuales giran a 1750 RPM (revoluciones por minuto).
Motor siemens

Las bombas hidráulicas de engranes externos son las más utilizadas en sistemas hidráulicos, debido a su reducido costo, a la presiones que generan y a la gran gama de caudal que son capaces de suministrar. Las desventajas que presentan frente a las de pistones, por ejemplo, son las de poseer un menor rendimiento, ya que en las de engranes oscila entre el 85 y el 90% de rendimiento total, y también son bastante más ruidosas que las de pistones. Sin embargo, las de engranes son las bombas más tolerantes a la contaminación, tienen menos partes móviles interna, son más fáciles para darles mantenimiento y son menos susceptibles a daños por generación de vacío en su puerto de entrada que otros diseños de bombas. La presión de vacío máxima recomendada para las bombas hidráulicas, según Argo-Hytos, es de -4.4 psi (-0.3 bar). De acuerdo a esto, una bomba de engranes es una bomba predilecta para la mayoría de los sistemas hidráulicos.

Debemos de entender las siguientes 3 premisas, las cuales son los fundamentos para poder comprender el funcionamiento de los sistemas hidráulicos:

Las bombas producen flujo
-Las bombas no producen presión
La presión resulta cuando el flujo encuentra una resistencia

Las bombas producen flujo: Éstas producen flujo cuando sus partes internas giran, gracias a la acción rotatoria del impulsor (motor eléctrico, por ejemplo), el cual se acopla a la flecha de la bomba hidráulica. En términos simples, cuando la flecha del motor eléctrico gira, la flecha de la bomba gira y produce flujo.
Las bombas de engranes son de desplazamiento fijo, lo que significa que siempre desplazará el mismo volumen de aceite cada vez que los engranes hacen una vuelta completa.

El flujo producido por una bomba es directamente proporcional a la velocidad rotacional de la flecha impulsora. Si la velocidad incremente en un 50%, el flujo de salida incrementará en el mismo porcentaje.

Para determinar el flujo que una bomba entregará, necesitamos conocer el desplazamiento volumétrico por revolución de la misma, es decir, la cantidad de volumen que desplazará por cada vuelta completa que den los engranes. Este dato es proporcionado, típicamente, en unidades de in^3/rev o cm^3/rev, siendo 1 in^3= 16.387 cm^3. El tipo de motor eléctrico más usado es el motor de inducción de cuatro polos, el cual gira a 1750 RPM. Sabiendo lo anterior, podemos resolver lo anterior con una fórmula y calcular los galones por minuto (gpm) que la bomba entregará.

Formula 1

Formula 2

Ejemplo:
Tenemos una bomba hidráulica de engranes externos de desplazamiento volumétrico de 0.737 in^3⁄rev y un motor eléctrico de inducción de 4 polos cuya velocidad angular es de 1750 RPM. Calcula los galones por minuto que ésta entregará.
Formula 3

La bomba, por lo tanto, entregará 5.58 gpm.

Las bombas no generan presión, ya que ésta resulta cuando el flujo encuentra una resistencia: Ya que las bombas hidráulicas son de desplazamiento positivo, éstas siempre entregarán flujo, sea constante o intermitente al sistema. La presión del sistema comenzará a incrementar a medida que haya resistencia al paso del mismo. Por ejemplo, al empujar un objeto, la presión incrementará hasta el punto que ésta sea suficiente para generar la fuerza que rompa la inercia y mueva el objeto a impulsar o hasta llegar a la presión de ajuste de la válvula de alivio (para conocer más sobre éstas válvulas, puedes entrar a mi otro post válvula de alivio).

Bomba hidraulic con motor.JPG

En esta imagen, la bomba hidráulica montada es una bomba de engranes.

Gear pump function

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