BOMBAS Y MOTORES HIDRÁULICOS : DEFINICIÓN Y TIPOS (BOMBAS CENTRIFUGAS, AXIALES, DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO, BIDIRECCIONALES, DE ENGRANAJES Y OTROS)

Las bombas hidráulicas convierten la energía mecánica en energía hidráulica en forma de flujo de fluido.Las bombas producen solamente caudal o flujo (en galones por minuto, litros por minuto, centímetros cúbicos por revolución, etc.) el mismo que es utilizado en un sistema hidráulico. Las bombas NO GENERAN PRESION. La presión es originada por la resistencia al flujo. Esta resistencia es causada por los diferentes componentes del sistema como mangueras, válvulas, orificios, acoplamientos, conexiones, cilindros, motores o cualquier otro componente que se encuentre en el camino del flujo hacia el tanque.Aunque las bombas no generan directamente presión hidráulica, deben diseñarse para soportar los requisitos de presión del sistema. Por lo general, cuanto mayor sea la presión de operación, mayor será la bomba.

Tipos de BombasLas bombas pueden ser clasificadas dentro de dos grandes grupos:- Bombas de desplazamiento NO POSITIVO.- Bombas de desplazamiento POSITIVO.

Bombas de desplazamiento NO POSITIVOLas bombas de desplazamiento NO POSITIVO presentan mayores espacios (holgura) entre sus partes móviles y estacionarias que sus similares de desplazamiento POSITIVO. Esta mayor holgura permite que una mayor cantidad de líquido pueda recircular entre las partes cuando la presión (resistencia al flujo) de salida aumenta.Este tipo de bombas son menos eficientes debido a que el flujo de salida decrece considerablemente con el aumento de la presión de salida. Estas bombas generalmente son presentadas en dos tipos:- Centrífugas- AxialesEstas son utilizadas en aplicaciones de baja presión como bombas de agua de automóviles, bombas de agua para suministro doméstico e industrial y como bombas de carga para bombas de pistón en sistemas hidráulicos de alta presión.

Bombas CentrífugasLa bomba centrífuga consiste en dos porciones básicas: el impulsor (2) que se monta en el eje de entrada (4) y la cubierta (3). El impulsor tiene una parte posterior sólida o disco con láminas curvadas (1) moldeadas en el lado de la entrada. El líquido ingresa al centro de la cubierta (5) cerca del eje de entrada y fluye por el impulsor. Las láminas curvadas del impulsor propulsan el líquido hacia fuera, contra la cubierta. La cubierta esta moldeada de tal forma que direcciona el líquido al puerto de salida.

Bombas AxialesEl tipo axial se asemeja a un ventilador eléctrico de aire. Se monta en un tubo recto y tiene un propulsor aplanado abierto. El líquido es propulsado abajo del tubo por la rotación de las láminas anguladas.

Bombas de desplazamiento POSITIVOSon las bombas que siempre generan flujo cuando están funcionando. La mayoría de las bombas que se utilizan en las máquinas Caterpillar son de este tipo. Hay tres tipos básicos de bombas de desplazamiento positivo:- De engranajes- De paletas- De pistón

Las bombas de desplazamiento positivo tienen holguras (espacios) entre componentes mucho más pequeños. Esto reduce las fugas y proporciona mayor eficiencia cuando se utiliza en sistemas hidráulicos de alta presión. El flujo de la salida en una bomba de desplazamiento positivo es básicamente igual para cada revolución de la bomba. Las bombas de desplazamiento positivo son clasificadas por el control de flujo de salida y por su construcción. Dentro de la clasificación por el control de flujo de salida tenemos:�� De caudal fijo (desplazamiento fijo): Son las que mueven un volumen constante o fijo de fluido en cada revolución de la bomba. Las bombas de engranajes y algunas bombas de paletas son bombas de caudal fijo.

�� De caudal variable (desplazamiento variable): Pueden ajustar el volumen del fluido que se impele durante cada revolución. Este caudal puede ser controlado manual o automáticamente. En algunos casos se puede encontrar una combinación de ambos controles. Las bombas de pistones y algunas bombas de paletas pueden ser de caudal variable.

Bi-direccionales:Son reversibles y pueden accionarse en cualquier sentido.�� De presión compensada: Son bombas de caudal variable equipadas con un dispositivo de control que ajusta la salida de la bomba para mantener la presión deseada en el sistema.Se debe considerar que una bomba hidráulica tiene compensación de presión de tres formas:�� Una bomba que está equipada con una válvula compensadora de presión para limitar la presión máxima del sistema.�� Una bomba que varía el flujo de salida para mantener un diferencial de presión determinado. Se utilizan servo-válvulas o carretes de margen para enviar la señal a la bomba.�� Una bomba que mantiene un régimen de flujo (caudal) determinado aún cuando aumenta la presión de carga.

Asimismo, se pueden clasificar por el diseño o construcción de dos maneras:• Por la presión máxima del sistema (es decir 21,000 kPa o 3,000 PSI) a la cual la bomba esta diseñada para funcionar.• Por el flujo de salida específico entregado a una revolución o velocidad dada y a una presión específica. Ejemplo: LPM @ RPM @ kPa o por gpm @ RPM @ PSI (es decir 380 LPM @ 2000 RPM @ 690 kPa o 100 gpm @ 2000 RPM @ 100 psi).

Bombas de EngranajesLas bombas de engranajes son bombas de caudal positivo y fijo. Su diseño simple, de recia construcción,las hacen útiles en una amplia gama de aplicaciones.

ComponentesLos componentes de una bomba de engranajes se identifican en la siguiente ilustración:1. Sellos2. Plancha de presión3. Engranaje loco4. Engranaje de impulsión5. Caja

Funcionamiento de la bomba de engranajesUn eje de impulsión hace girar el engranaje impulsor, el cual hace girar el engranaje loco. A medida que giran los engranajes, los dientes del engranaje forman un sello contra la caja. El aceite entra por la lumbrera de entrada quedando atrapado entre los dientes y la caja, es impulsado y obligado a salirpor la lumbrera de salida.

Bombas de PaletasLas bombas de paletas son bombas de caudal positivo y fijo. Estas bombas de larga duración y suavefuncionamiento son de uso frecuente.

ComponentesLos componentes de una bomba de paletas son los siguientes:1. Caja del extremo2. Plancha flexible3. Rotor4. Anillo excéntrico5. Paletas6. Sello7. Caja del extremo

Funcionamiento de la bomba de paletasUn eje de impulsión gira el rotor. El aceite penetra en la cámara creada entre las dos paletas y la caja, es impulsado hacia la lumbrera de salida. La bomba de paletas consiste en: un anillo de leva, paletas y un rotor ranurado.

Bombas de PistonesLas bombas de pistones pueden ser de caudal fijo o variable, según su diseño. Estas bombas versátiles y eficientes se utilizan frecuentemente en los sistemas hidráulicos de detección de carga y presión compensada.

ComponentesUna bomba de pistones de caudal variable consiste en:1. Eje impulsor.2. Tambor de cilindros.3. Placa de la lumbrera.4. Pistones.5. Retenes.6. Placa de retracción.7. Plato basculante.

Funcionamiento de la bomba de pistonesEl eje impulsor está conectado al tambor de cilindros. A medida que gira, los pistones, que están conectados al plato basculante, suben y bajan en los cilindros.A medida que el pistón se retrae, hace penetrar aceite en el cilindro por la lumbrera de entrada y luego lo expulsa en la carrera descendente por la lumbrera de salida.El caudal de aceite impulsado depende del ángulo del plato basculante. Cuando el plato basculante está situado en un ángulo máximo, habrá el máximo caudal. Cuando está situado en un ángulo cero, no habrá caudal ni flujo.

Bombas de pistón de caudal fijo

Las bombas de pistones también pueden ser de caudal fijo. En este tipo de bombas se tiene un ángulo fijo del conjunto del tambor y pistones con respecto al eje de impulsión.

Bomba de pistones radialesLa bomba de pistones radiales mueve los pistones de adentro hacia fuera en línea perpendicular a la línea del eje de accionamiento. Cuando los rodillos seguidores de las levas caen en la base de la leva en el anillo exterior, el pistón sale. La presión atmosférica o la carga de la bomba empuja el aceite a través de la válvula de admisión y llena el interior de la cámara formada por la salida del pistón. Cuando los rodillos seguidores de las levas suben a la cresta de la leva del anillo exterior, el pistón entra. En este momento el aceite contenido en la cámara es expulsado por la válvula de salida, generándose el flujo de salida.

TRANSMISIONES POWERSHIFT Y DE CONTRAEJE

En una transmisión manual, la potencia es transferida a través de los engranajes a los ejes deslizando los engranajes directamente para acoplar una marcha o usando un collar para acoplar los engranajes impulsores a los ejes. Combinaciones de palancas, ejes y/o cables controlan las horquillas que realizan estos cambios, puesto que mueven físicamente los engranajes o los collares. En la mayoría de casos, un embrague se utiliza para interrumpir el flujo de potencia durante un cambio de marcha.

La transmisión power shift es un tren de engranajes que puede seleccionar los cambio sin la interrupción del flujo de potencia. En vez de un movimiento (deslizamiento) físico del engranaje o collar, los embragues se activan hidráulicamente controlando el flujo de potencia. En una transmisión power shift, los engranajes están constantemente acoplados. La principal ventaja de una transmisión power shift es una respuesta más rápida al realizar el cambio de una marcha a otra. Esto permite un cambio rápido de velocidades cuando es necesario. Estas transmisiones pueden realizar los cambios bajo carga sin pérdida de productividad.

Embragues Hidráulicos

Un embrague hidráulico consiste en un paquete del embrague (discos y platos) y un pistón del embrague. El embrague es acoplado cuando el aceite presurizado empuja el pistón del embrague contra los discos y los platos. Cuando los discos y los platos se juntan, la fricción permite el flujo de potencia a través de ellos. Los discos están conectados con un componente. Los platos están conectadas con otro. La energía se transmite de uno de los componentes, a través del paquete del embrague, al otro componente.

La transmisión power shift usa la presión interna del aceite para acoplar los embragues hidráulicos. Cuando el operador selecciona una marcha, el aceite hidráulico acopla los embragues que transmiten la energía a los engranajes seleccionados. Cada combinación de embragues da lugar a una diversa variedad de relaciones de transmisión y con ello a una variedad de velocidades. Cuando un embrague no es necesario, el flujo del aceite cesa y se libera el embrague. La fuerza del resorte mueve el pistón del embrague lejos desde los discos y los platos permitiendo que el componente gire libremente. La potencia atraviesa que el embrague se interrumpe.

Tren de Engranajes:

La transmisión transfiere la potencia del motor a través de un tren de engranajes a las ruedas. Los tipos más comunes de tren de engranajes de la transmisión power shift son:�� Transmisión de contraeje, y�� Transmisión planetaria

Transmisión de Contra eje

Un tipo de transmisión utilizada en las máquinas Caterpillar es la servo transmisión de contraeje. A continuación se describe los componentes fundamentales de la servo transmisión de contraeje, su funcionamiento (incluyendo el flujo de potencia) y los procedimientos de prueba de desempeño y localización de averías.Las servo transmisiones de contraeje se diferencian de las planetarias en que utilizan engranajes rectos de engranaje constante. La transmisión no tiene collares deslizantes. Los cambios de velocidad y dirección se obtienen enganchando hidráulicamente varios conjuntos de embrague.

Componentes

Los embragues se enganchan hidráulicamente y se desenganchan por la fuerza de resortes. Los embragues se enganchan de manera que proporcionen la apropiada reducción de velocidad y dirección al eje de salida de la transmisión.

Pistón de EmbragueEl pistón del embrague tiene un sello interior y exterior. Cuando los discos han gastado la mitad de la profundidad del canal de aceite, el pistón del embrague llega lo suficientemente lejos como para mover de su lugar (reventar) el sello exterior. Esto evita que los discos y platos jamás funcionen metal contra metal.La presión del embrague direccional o de velocidad llena la cavidad detrás del pistón de embrague y mueve el pistón hacia la izquierda contra el resorte del pistón y engancha los discos y platos del embrague

Disco y Platos de EmbragueLos platos del embrague están montados dentro de la caja del embrague. Las estrías en el diámetro interior de los platos están engranadas con las estrías en la caja del embrague. Los platos y la caja giran juntos. Los discos del embrague están superpuestos entre los platos del embrague. Los dientes interiores de los discos se engranan con los dientes exteriores de la maza. Los discos del embrague tienen un material de fricción adherido a su superficie de manera que no haya un contacto de metal a metal entre los discos y platos de embrague.

Maza o CuboEs el componente en el conjunto de embrague al que el engranaje está empalmado en estrías. Cuando el pistón del embrague se engancha, la fuerza de los platos y discos de embrague se transfiere al engranaje a través de la maza.

EjesLos ejes sostienen los engranajes dentro de la transmisión. El número de ejes y engranajes está determinado por el modelo de la transmisión y de la máquina.

Pasajes de AceiteCada uno de los ejes de la transmisión tiene tres pasajes de aceite internos. Un pasaje es para que pase el aceite para la lubricación y el enfriamiento de los embragues, los cojinetes y los engranajes. Los otros dos pasajes son para que pase el aceite bajo presión para el enganche de los embragues en cada eje.