ANTECEDENTES DE LAS BOMBAS

ANTECEDENTES DE LAS BOMBAS HIDRAULICAS Historia La primera bomba conocida fue descrita por Arquímedes y se conoce como tornillo de Arquímedes, descrito por Arquímedes en el siglo III a.C, aunque este sistema había sido utilizado anteriormente por Senaquerib, rey de Asiria en el siglo VII a.C. n el siglo !II, Al"#azari describi$ e ilustr$ diferentes tipos de bombas, incluyendo bombas re%ersibles, bombas de doble acci$n, bombas de %acío, bombas de agua y bombas de desplazamiento positi%o.

Bomba hidráulica &na bomba es una m'quina hidr'ulica generadora que transforma la energía (generalmente energía mec'nica) con la que es accionada en energía hidr'ulica del fluido incompresible que mue%e. l fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y s$lidos como puede ser el hormig$n antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presi$n, su %elocidad o su altura, todas ellas relacionadas seg*n el principio de +ernoulli. n general, una bomba se utiliza para incrementar la presi$n de un líquido aadiendo energía al sistema hidr'ulico, para mo%er el fluido de una zona de menor presi$n o altitud a otra de mayor presi$n o altitud. -iste una ambigedad en la utilizaci$n del t/rmino bomba, ya que generalmente es utilizado para referirse a las m'quinas de fluido que transfieren energía, o bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de traba0o, a diferencia de otras m'quinas como lo son los compresores, cuyo campo de aplicaci$n es la neum'tica y no la hidr'ulica. 1ero tambi/n es com*n encontrar el t/rmino bomba para referirse a m'quinas que bombean otro tipo de fluidos, así como lo son las bombas de %acío o las bombas de aire.

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Clasificaci! d" las bombas hidráulicas. Cuando se pretende desarrollar una clasificaci$n de los diferentes tipos de bombas hidr'ulicas se debe tener claridad en algunos t/rminos para así poder e%aluar los m/ritos de un tipo de bomba sobre otro. 2ichos t/rminos son3 •

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Amplitud de presi$n3 presi$n3 Se constituyen constituyen en los los límites m'-imos m'-imos de presi$n con los cuales una bomba puede funcionar adecuadamente. Las unidades son Lb4plg 5. Volumen3 La cantidad de fluido que una bomba es capaz de entregar a la presi$n de operaci$n. Las unidades son gal4min. Amplitud de la %elocidad3 %elocidad3 Se constituyen constituyen en en los límites límites m'-imo y mínimo en en los cuales las condiciones a la entrada y soporte de la carga permitir'n a la bomba funcionar satisfactoriamente. Las unidades son r.p.m. ficiencia mec'nica3 Se puede determinar mediante la relaci$n entre el caballa0e te$rico a la entrada, necesario para un %olumen especifico en una presi$n especifica y el caballa0e real a la entrada necesario para el %olumen especifico a la presi$n especifica. ficiencia %olum/trica3 Se puede determinar mediante la relaci$n entre el %olumen te$rico de salida a 6 lb4plg 5 y el %olumen real a cualquier presi$n asignada. ficiencia total3 Se puede determinar mediante el producto entre la eficiencia mec'nica y al eficiencia %olum/trica.

1ara que la clasificaci$n de los diferentes tipos de bombas sea m's amena se presenta a continuaci$n una tabla donde se muestran los criterios de clasificaci$n de cada una de estas. Amplitud +78+AS

1resi$n

+omba de engrane 6 Lb4plg 5 +a0a 1resi$n

Amplitud

ficiencia

Volumen

Velocidad

Volum.

: ;al4min

:66 rpm

<6 =

ficiencia 9otal

>: ? <6 =







+omba engrane 5666 Lb4plg 5

5666 Lb4plg 5

@: ;al4 min

@<66 rpm

<6 " <:= 6 =

+omba 1aleta @666 5 equilib. @666 Lb4plg Lb4plg 5

@.@ ? :: ;al4min

666 Lb4plg 5

5 ? @56 ;al4min

@666 rpm

B 6 =

<6 ? <: =

6 =

B <: =

6 =

B <6 =

6 =

B <: =

@566?@<66 rpm

+omba 1ist$n 1laca :666 empu0e angular Lb4plg 5 >.: ? D@ ;al4min 2iseo 2yne-

E666 ? <666 Lb4plg 5

5. ? D.5 ;al4min

@566 ? 5566 rpm

Las bombas se clasifican de la siguiente manera3 @. Bombas de volumen fijo o bombas de desplazamiento fijo. stas bombas se caracterizan porque entregan un producto fi0o a %elocidad constante. ste tipo de bomba se usa m's com*nmente en los circuitos industriales b'sicos de aplicaci$n mec'nica de la hidr'ulica.







1.1 Bombas de engranes o piñones.

La bomba de engranes se denomina tambi/n Gcaballo de cargaG y se puede asegurar que es una de las m's utilizadas. La capacidad puede ser grande o pequea y su costo %ariar' con su capacidad de presi$n y %olumen. Adem's la simplicidad de su construcci$n permite esta %enta0a de precio. Las bombas de engranes e-hiben buenas capacidades de %acío a la entrada y para las situaciones normales tambi/n son autocebantesH otra característica importante es la cantidad relati%amente pequea de pulsaci$n en el %olumen producido. n este tipo de bombas de engrane, el engranado de cada combinaci$n de engranes o dientes producir'n una unidad o pulso de presi$n. 1.1.1 Bombas de engranes de baja presión.

Su funcionamiento es a grandes rasgos el siguiente3 La flecha impulsora gira, los dos piones como est'n engranados, girar'n en direcciones opuestas. La rotaci$n es hacia el orificio de entrada desde el punto de engrane. Conforme los dientes de los dos piones se separan, se formar' una ca%idad y se producir' un %acío en el orificio de entrada. ste %acío permitir' a la presi$n atmosf/rica forzar el fluido al lado de entrada de la bomba. l fluido ser' confinado en el espacio entre los dientes del engrane. La rotaci$n continuada de los engranes permitir' que el fluido llegue hasta la salida. &na des%enta0a de este tipo de bombas son los escapes o perdidas internas en la bomba producidas en la acci$n o esfuerzo para bombear un fluido a presi$n. l desgaste de este tipo de bombas generalmente es causado por operar a presiones arriba de la presi$n pre%ista en el diseo, aunque tambi/n puede ser usado por co0inetes inadecuados. 1.1.2 Bombas de engranes de alta presión.







La capacidad relati%amente alta de %acío en la admisi$n de las bombas de engrane, las ha hecho m's adaptables a los problemas que se presentan en el equipo m$%il y para minería.

2 @.@. Bombas Bomba s de engranes engra nes de 1500 150 0 lb/plg . (Tndem!

9ambi/n se les conoce como bombas de la serie GCommercial 2G. n este tipo de bombas se incorporan engranes dentados rectificados con acabados lisos y con tolerancias muy cerradas. stos engranes tienen el contorno de los dientes diseado para me0orar la eficiencia de la bomba y disminuir el ni%el de ruido en la operaci$n. &n me0oramiento adicional se ha logrado machihembrando los engranes con respecto al di'metro y espesor. La aplicaci$n de esta clase de controles de producci$n, permite el ensamblado de todas las piezas operati%as de la bomba con a0ustes apretados y produce tambi/n los incrementos con%enientes de eficiencia. La bomba de la serie 2 tiene ba0as perdidas por escape. La reducci$n complementaria de escape interior en las caras de los engranes es producida por un dispositi%o desarrollado por la compaía Commercial llamado pla"as de empuje de presión embolsada. La presi$n embolsada proporcionada por los cierres de bolso permite que floten las placas de empu0e y mantengan un contacto uniforme con las caras de los engranes. sta acci$n es controlada por la presi$n de bombeo sobre una zona muy pequea y esta indicada para aumentar el esfuerzo de cierre conforme se aumenta la presi$n de la bomba. l diseo de esta bomba ofrece una %enta0a adicional al proporcionar la facilidad de que el %olumen producido pueda ser alterado al cambiar el tamao de los engranes, adem's mediante la adici$n de un co0inete central portador y un ensamblado de ca0a y engranes para cada unidad, hasta seis unidades de







Fig. 5 +omba de engranes en 9'ndem Commercial Serie 2.

5 @[email protected] +omba de engranes de 5666 lb4plg .

La bomba Commercial de la serie  esta indicada para tener un %alor de presi$n m'-imo de 5666 lb4plg 5, y para la mayoría de las bombas de la serie  es una %ersi$n me0orada y m's pesada que la unidad de serie 2. Los fundamentos de operaci$n son casi id/nticos, pero ninguna de las partes son intercambiables entre estos dos tipos de diseos. l funcionamiento con las cargas mayores a presi$n de 5666 lb4plg 5, ha e-igido el uso de ca0as mucho m's gruesas y resistentes. l co0inete impulsor principal 9I8JK es el *nico ofrecido en este tipo de bombas. Los tamaos de engranes y co0inetes han sido aumentados hasta el m'-imo que el espacio permite, y dichos engranes han sido modificados de la forma de engranes rectos de la serie 2 a engranes helicoidales. n este tipo de bombas se da la misma atenci$n al acabado y a las tolerancias de tamaos y tambi/n se utiliza el diseo de abolsado de la presi$n, funcionando a*n la placa de empu0e m's pesada como espiga y control de escapes o fugas terminales. &na buena pr'ctica de diseo seria sustituir una unidad de la serie 2 requerida para traba0ar a @:66 lb4plg 5 por una unidad de la serie  y en esta forma se conseguiría tener un sistema m's seguro.









Fig.  +omba Commercial en 9'ndem de la Serie .

1.1.5 Bomba Bomb a de engranes engr anes de 2000 20 00 lb/plg 2 # $erie %&'.

Los cambios de diseo en el modelo >"! confirman la e-istencia de la zona crítica analizada en relaci$n con los diseos de la serie 2 y serie . Co0inetes %erdaderamente masi%os de traba0o pesado y del tipo de baleros de corona han sustituido a los co0inetes de agu0a marcados como inadecuados. 1ara tener espacio para estos co0inetes agrandados se ha utilizado un concepto enteramente nue%o sobre el diseo de los engranes para bombas. Los nue%os engranes tienen dientes rectos de tipo in%oluta. 2ichos diente son m's pocas en n*mero, cortados m's profundamente y m's fuertes, entregando m's descarga por pulgada de







Fig. D +omba Commercial en 9'ndem de la Serie >"!.

1.2 Bombas de paletas. 1.2.1 Bombas de paletas dese)uilibradas o de eje e*"+ntri"o.

Con este diseo un rotor ranurado es girado por la flecha impulsora. Las paletas planas rectangulares se mue%en acerc'ndose o ale0'ndose de las ranuras del







Fig. : +omba de 1aletas desequilibradas.

1.2.2 Bombas Bomba s de paletas e)uilibrad e)u ilibradas as de 1000 lb/plg lb/pl g 2 de presión.(,i"-ers!

La compaía Vicers Incorporated ha sido acreditada por haber desarrollado el diseo de bomba de paletas equilibrada.







l tipo de diseo de esta bomba ha gozado de amplia utilizaci$n y aceptaci$n en la industria de las m'quinas ? herramientas y en otras aplicaciones similares de tipo estacionario.

Fig. E +omba de 1aletas Vicers.

1.2.% Bombas Bomba s de aletas e)uilibrad e)ui libradas as de 2000 lb/plg lb/pl g 2 de presión. (enison!

Las bombas de paletas 2enison emplean la misma condici$n de equilibrio descrita en el an'lisis de las bombas de paletas Vicers mediante la incorporaci$n de dos orificios de admisi$n o entrada y de dos orificios de salida con una separaci$n de







Las bombas de paletas equilibradas pueden ofrecer el sistema hidr'ulico m's econ$mico utilizable para situaciones en donde el buen diseo no sufre limitaciones por falta de espacio y falta de control operati%o y de comprensi$n de las características de funcionamiento.

Fig. > +omba de 1aletas 2enison.

1.% Bombas de pistón

Las bombas de pist$n generalmente son consideradas como las bombas que









n las bombas de pist$n radial se logra una eficiencia %olum/trica alta debido a los a0ustes estrechos de los pistones a los cilindros y por el cierre adecuado entre el bloque del cilindro y el perno o cla%i0a alrededor del cual gira. 1.%.2 Bombas de istón *ial .

Las bombas de pist$n a-ial son las bombas m's comunes que se encuentran. Las bombas de pist$n a-ial deri%an su nombre del hecho que los pistones se mue%en dentro y fuera sobre un plano paralelo al e0e de la flecha impulsora. 1.%.% Bombas de istón de Barril angular.(,i"-ers! Las %arillas del pist$n %an conectadas al pist$n con una 0unta socet de bola y tambi/n el bloque del cilindro o barril %a conectado a la flecha de impulsi$n por una 0unta combinada uni%ersal de %elocidad constante de tipo Nilliams. Las cargas para impulsi$n de la bomba y las cargas de empu0e por la acci$n del bombeo %an soportadas por tres co0inetes de bolas de hilera simple y un co0inete de bolas de hilera doble. l arranque inicial de este tipo de bombas no debe intentarse hasta que su ca0a se haya llenado de aceite, esto se denomina GcebadoG. 1ero la bomba no se ceba para poder bombear sino para asegurar la lubricaci$n de los co0inetes y de las superficies de desgaste. ste diseo de bomba ha dado un e-celente ser%icio a la industria aeron'utica.







principales cargas de empu0e de bombeo est'n a cargo de co0inetes colocados a cada lado de la placa e-c/ntrica. ste diseo de bomba ha tenido una utilizaci$n considerable en el equipo m$%il. La compaía fabricante 2yne- seala que esta bomba ha mostrado una mayor compatibilidad con respecto al pol%o que las bombas normales de pist$n. Las bombas 2yne- son indicadas como de me0or capacidad para resistir la contaminaci$n del aceite y las ondas de presi$n mientras traba0an a ni%eles ba0os de ruido y con %elocidades altas.

Fig.  +omba de 1ist$n a-ial 2yne-.







%ariables pueden conseguirse con bombas de paletas si se cambia la e-centricidad del anillo de desgaste, en relaci$n al rotor y las paletas. •

Las bombas de pist$n son las me0ores adaptadas para diseos de %olumen %ariable, y las bombas a-iales de pist$n generalmente son consideradas como las m's eficientes de todas las bombas, y son por sí solas las me0ores para cualquier condici$n de %olumen %ariable. Las bombas radiales de pist$n son tambi/n utilizables para producir %ol*menes %ariables.







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( Car1a total * /r"si! Estática d" la Bomba .)i"s0 ( /ot"!cia absorbida )or )or "l motor d" la bomba .BH/0 .BH/0 Cua!do "l diám"tro d"l im)ulsor .D0 )"rma!"c" co!sta!t"2 .L"3 450

1.' l flujo es propor"ional a la velo"idad del eje 2.' 6a presión estti"a es propor"ional al "uadrado de la velo"idad del eje7







1.' l flujo es propor"ional al dimetro del impulsor7 2.' 6a presión estti"a es propor"ional al "uadrado del dimetro del impulsor7 %.'. 6a poten"ia el+"tri"a absorbida por el motor de la bomba es propor"ional al "ubo del dimetro del impulsor7

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