• Author / Uploaded
• Javier Pozo Santana

• Categories
• Bomba
• Engranaje
• Pistón
• Maquinas
• Física aplicada e interdisciplinaria

Citation preview

FACULTAD DE MECÁNICA UNIDAD II TEMA 2 GENERACIÓN DE FLUIDOS DE TRABAJO

PRODUCCIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE POTENCIA HIDRÁULICA • La creación de la energía en un sistema hidráulico se realiza por medio de la bomba, que normalmente va unida a una serie de elementos, formando lo que se conoce como grupo hidráulico. • El grupo hidráulico se compone principalmente de un depósito o tanque, una bomba, una válvula de seguridad, un manómetro y dos racores por lo menos, uno de toma de presión P y otro de vuelta al tanque T. La línea L permite recoger el aceite producido por las fugas.

BOMBAS

Las bombas hidráulicas son los elementos encargados de impulsar el aceite o líquido hidráulico, transformando la energía mecánica rotatoria en energía hidráulica. El tipo de bombas idóneas para prestar tal servicio son las de desplazamiento positivo, es decir, aquellas que están basadas en el teorema de Pascal. Una bomba de desplazamiento positivo consiste básicamente de una parte móvil alojada dentro de una carcasa

TIPOS DE BOMBAS BOMBAS DE ENGRANAJES

Las bombas de engranajes son compactas, relativamente económicas y tienen pocas piezas móviles. Las bombas de engranajes externos se componen de dos engranajes, generalmente del mismo tamaño, que se engranan entre si dentro de una carcasa. El engranaje impulsor es una extensión del eje impulsor. Cuando gira, impulsa al segundo engranaje. Cuando ambos engranajes giran, el fluido se introduce a través del orificio de entrada. Este fluido queda atrapado entre la carcasa y los dientes de rotación de los engranajes, se desplaza alrededor de la carcasa y se empuja a través del puerto de salida. La bomba genera flujo y, bajo presión, transfiere energía desde la fuente de entrada, que es mecánica, hasta un actuador de potencia hidráulica.

TIPOS DE BOMBAS BOMBAS DE PALETAS

La parte giratoria de la bomba, o el conjunto del rotor, se ubica fuera del centro del anillo de leva o carcasa. El rotor esta conectado a un motor eléctrico mediante un eje. Cuando el rotor gira, las paletas se desplazan hacia afuera debido a la fuerza centrífuga y hacen contacto con el anillo, o la carcasa, formando un sello positivo. El fluido entra a la bomba y llena el área de volumen grande formada por el rotor descentrado. Cuando las paletas empujan el fluido alrededor de la leva, el volumen disminuye y el fluido se empuja hacia afuera a través del puerto de salida.

TIPOS DE BOMBAS BOMBAS DE PISTONES

Las bombas de pistón axial convierten el movimiento giratorio de un eje de entrada en un movimiento axial de vaivén, que se produce en los pistones. Esto se logra por medio de una placa basculante que es fija o variable en su grado de ‡ ángulo (𝛂). Cuando el conjunto del barril de pistón gira, los pistones giran alrededor del eje con las zapatas de los pistones haciendo contacto con y deslizándose sobre la superficie dela placa basculante.

PRESTACIONES DE LAS BOMBAS Las bombas son mecanismos constituidos por piezas móviles que están en contacto con un fluido y con el resto de partes fijas de los correspondientes circuitos. La presencia de partes fijas y móviles requiere la existencia de unos huelgos o juego entre los elementos, lo cual permite las fugas de fluido por dichos intersticios. Se dice que una máquina está bien diseñada y construida si mantiene el equilibrio entre las distintas pérdidas que su funcionamiento normal originan.

En las bombas, al igual que en cualquier máquina de fluidos, existen tres tipos de pérdidas: Pérdidas hidráulicas. Pérdidas volumétricas. Pérdidas mecánicas.

PRESTACIONES DE LAS BOMBAS Pérdidas hidráulicas. Se producen en las bombas por el contacto directo con el fluido, es habitual la hipótesis de la expresión de las pérdidas hidráulicas como proporcionales al cuadrado del caudal, es decir, según la ecuación:

Esta ecuación está basada en suponer que las pérdidas por fricción del fluido en el interior de la bomba son equivalentes al flujo en los conductos

Se define el rendimiento hidráulico como la relación entre la variación de presión real y la que se tendría en la bomba sin pérdidas. Para una bomba será el cociente entre estas dos magnitudes, es decir Dado que

PRESTACIONES DE LAS BOMBAS Pérdidas de Caudal La existencia de huelgos entre partes fijas y partes móviles, la necesidad de lubricación de los distintos elementos de los circuitos y la falta de estanqueidad de las uniones son las tres principales causas de aparición de fugas volumétricas en el funcionamiento normal de los circuitos Dado el principio de funcionamiento de las bombas, el caudal teórico suministrado por la bomba se obtiene como producto del número de vueltas por la cilindrada: 𝐐𝐭𝐡 = 𝐂𝐢𝐥 ∗ 𝐧 Para una bomba las fugas de caudal son proporcionales a la variación de presión a través de la máquina, es decir, se cumple:

Esta desviación respecto al caudal teórico es la que da lugar a la forma de las curvas características

PRESTACIONES DE LAS BOMBAS CURVA CARACTERÍSTICA DE LAS BOMBAS

Q = Qth − Qf

PRESTACIONES DE LAS BOMBAS Perdidas Mecánicas Las pérdidas mecánicas son: rozamiento en las carcasas, sistema de transmisión, rodamientos, etc. Normalmente, estas pérdidas se consideran ajenas a la transmisión de energía desde un punto de vista del fluido Estas pérdidas mecánicas dan lugar a la definición de un rendimiento mecánico, que se calcula a partir de la potencia de que se dispone en el eje y la que llega a la bomba, Para la bomba, la potencia que le llega al eje es menor que la que se tiene en el accionamiento. Por lo tanto, el rendimiento mecánico se expresa según la ecuación:

𝛈𝐦 =

Ṅ𝐞𝐣𝐞 Ṅ𝐚𝐜𝐜

Para determinar la potencia de accionamiento de la bomba se debe considerar los rendimientos volumétricos, hidráulicos y mecánicos:

Ṅ𝒂𝒄𝒄

Ṅ𝒇𝒍𝒖𝒊 ∆𝑷 ∗ 𝑸 η𝒎 = = η𝒗 η𝒉 η𝒎 η𝒗 η𝒉

CILINDRADAS DE LAS BOMBAS BOMBA DE ENGRANAJES

𝐂𝐢𝐥 = 𝟎, 𝟕𝟖𝟓 ∗ 𝐛 ∗ 𝐃𝐞 ² − 𝐃𝐢 ² BOMBA DE PALETAS

𝑫𝒆 𝑫𝒊 𝐂𝐢𝐥 = 𝟐𝐛 ∗ − 𝟐 𝟐

𝑫𝒆 𝑫𝒊 𝝅 + − 𝒆𝒁 ∗ 𝒁 𝟐 𝟐

BOMBA DE PISTONES AXIALES

𝐂𝐢𝐥 = 𝐳 ∗ 𝑫𝒑 ∗ 𝑺 ∗ 𝒕𝒈𝜷 = 𝒛 ∗ 𝑫𝒑 ∗ 𝟎, 𝟕𝟖𝟓 ∗ 𝒅2𝒑 ∗ 𝒕𝒈𝜷 BOMBA DE PISTONES EN LÍNEA

𝐂𝐢𝐥 = 𝟎, 𝟕𝟖𝟓 ∗ 𝐜 ∗ 𝑫𝟐 ∗ 𝒁

Ejercicio 1 Una bomba de engranajes externos girando a n1 = 2500 rpm, suministra un caudal Q1 = 3.3 Lt/seg; la misma bomba girando a n2 = 5000 rpm, suministra Q2 = 8 Lt/seg con la misma presión de línea.

Calcular: a) La cilindrada de la bomba b) El número de revoluciones necesarias para suministrar un caudal nulo con la misma presión de línea.

Ejercicio 2 Las dimensiones de una bomba de engranajes externos son: Ancho: b = 25 mm Diámetro exterior De = 20 mm Diámetro interior Di = 12 mm.. Si esta bomba es accionada a una velocidad n = 3000 rpm y la presión de trabajo es de 175 bar, se obtiene un rendimiento hidráulico ηh= 80% y un rendimiento volumétrico ηv = 85 %.

Calcular: a) La cilindrada de la bomba b) Los caudales teórico y real c) La potencia entregada al fluido d) El par necesario en el eje de la bomba..

RANGO DE TRABAJO DE LAS BOMBAS Tipo

Rango de velocidades (rpm)

Cilindrada (cm³)

Presión nominal (Mpa)

Caudal ( l/min)

Rendimiento

Engranajes exteriores

500 - 3500

1,2 - 250

6,3 - 21

0,6 - 875

0,8 -0,91

Engranajes interiores

500 - 3500

4 - 250

16 - 25

2 - 875

0,8 -0,91

De Paletas

960 - 3000

5 - 160

`10 - 16

4,8 - 480

0,8 0,93

De Pistones axiales

750 - 3000

25 - 800

16 - 25

18 - 2400

0,82 - 0,92

De Pistones radiales

960 - 3000

5 - 160

16 - 32

4,8 - 480

0,9

GRUPO HIDRÁULICO

BOMBA DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO