Introducción a las Bombas Hidráulicas

Las **bombas hidráulicas** constituyen el elemento fundamental de un circuito hidráulico y transforman la **energía mecánica en energía hidráulica**, impulsando el fluido al circuito.

Pueden ser accionadas mediante **sistemas mecánicos**, **motores**, **transmisiones a elementos giratorios** o **sistemas manuales**.

La **presión** en un circuito hidráulico se genera por la **resistencia** (carga, rozamiento, etc.) que el fluido encuentra en su desplazamiento.

La función principal de la bomba es **impulsar el fluido**. Su elección dependerá de la **presión** que deba soportar y del **caudal** que tenga que aportar a un determinado número de revoluciones.

Tipos de Bombas Hidráulicas

Bombas Hidrodinámicas

Las **bombas hidrodinámicas** están formadas por un **rodete o hélice**. El fluido entra por el centro de la bomba y se desplaza hacia la salida por efecto de la **fuerza centrífuga** causada por el rodete.

Se emplean para transferir líquidos que no presenten otra resistencia que su peso y el rozamiento.

Bombas Hidrostáticas

Las **bombas hidrostáticas** son las más utilizadas en los circuitos hidráulicos. En ellas se desplaza una **cantidad fija de fluido** en cada ciclo o vuelta del elemento móvil de la bomba. Las bombas hidrostáticas más utilizadas son: **helicoidales**, **de engranajes**, **de pistones**, **de paletas**, etc.

Según se pueda o no modificar el caudal que suministran, nos encontramos con **bombas de desplazamiento fijo** o **variable**. En el caso de bombas de desplazamiento fijo, los catálogos nos indican frecuentemente el caudal a **1.000 r.p.m.**

Rendimiento de una Bomba

En una instalación hidráulica se produce **calor** y disminuye la **viscosidad del fluido**. Todo ello ocasiona **pérdidas de carga** que reducen la **potencia de la bomba** y, por tanto, el **rendimiento**.

El **rendimiento** de una bomba está determinado por el cociente entre la **potencia hidráulica obtenida** y la **potencia mecánica empleada** para mover la bomba.

Podemos estimar que el rendimiento de una bomba en buen estado ronda el **90%**.

Tipos Específicos de Bombas Hidrostáticas

Bombas Helicoidales

Están formadas por una **carcasa** en la que se alojan dos o más **tornillos sinfín**. Uno de ellos es el **eje motor** y arrastra a los demás. Sus roscas encajan perfectamente.

Al girar, se provoca el **desplazamiento axial del fluido** sin alterar su volumen.

El **flujo** es constante y uniforme.

Bombas de Engranajes

Están formadas por una **carcasa** que aloja a dos **engranajes**, uno de ellos **motriz** y el otro **arrastrado** por este, por lo que giran en direcciones opuestas.

Dado su ajuste, al girar provocan un **vacío parcial** en la cámara de entrada. El fluido llena todos los huecos entre los dientes y es desplazado hacia la **cámara de salida**.

Con el mismo principio de funcionamiento se encuentran las **bombas de engranajes internos**, las **bombas de lóbulos** y las de **tipo gerotor**.

Bombas de Paletas

Están constituidas por una **carcasa de sección circular**, con un **anillo ajustado** en su interior, donde gira excéntricamente un **rotor ranurado**, en cuyas ranuras se alojan unas **paletas** que pueden desplazarse radialmente.

Al girar el rotor, las paletas se mantienen apoyadas contra la superficie del anillo, ya que tienden a salir gracias a la **fuerza centrífuga** y la **presión aplicada** en la parte inferior de las mismas y, en ocasiones, a unos **muelles** que actúan en el mismo sentido.

Al girar, la **reducción del volumen** de las celdas formadas entre las paletas y la superficie del anillo obliga al fluido a desplazarse hacia la salida.

Al existir zonas de carga y descarga, se produce un desequilibrio. Para evitarlo, se recurre a **bombas equilibradas**:

Bombas de Paletas Equilibradas

En este caso, el anillo en cuyo interior gira el rotor con las paletas tiene forma de **elipse**. Esta bomba tiene **dos orificios de entrada** situados entre sí a **180°**, lo que hace que las fuerzas que intervienen sobre el rotor se equilibren. Igualmente, dispone de **dos orificios de salida** situados a **90°** de los de entrada.

Bombas de Paletas de Desplazamiento Variable

En estas bombas, el **anillo circular es móvil**, de manera que permite **variar el desplazamiento**, bien mediante **accionamiento exterior** o mediante la propia **presión generada** en la cámara de salida.

La presión desplaza a dicho anillo contra el **muelle ajustado**, permitiendo mantener la **relación presión-caudal** dentro de los márgenes adecuados a la **potencia del motor de arrastre**.

Bombas de Pistones

En estas bombas, un **pistón** se desplaza alternativamente aspirando el fluido de la **zona de admisión** y enviándolo hacia la salida. Según la posición de los pistones, se clasifican en:

  • **Bombas de pistones en línea con placa inclinada**
  • **Bombas de pistones en ángulo**
  • **Bombas de pistones radiales**

Bombas de Pistones en Línea con Placa Inclinada

Los **pistones** se alojan en un **tambor giratorio**. Los ejes de desplazamiento de los pistones están paralelos al eje de giro del tambor.

Estos pistones están conectados, mediante **patines o rótulas** y un **anillo inclinado**, que se apoya contra la superficie de una **placa circular** conocida como **placa de presión**.

Los pistones siguen la inclinación de la placa de presión, de forma que realizan un **movimiento alternativo de entrada y salida**. Al salir el pistón, se produce la **aspiración del fluido**, y al entrar, se desplaza el fluido aspirado hacia la salida. Para facilitar la **uniformidad del caudal suministrado**, se recurre a varios pistones.

Cuanto mayor sea la **inclinación de la placa de presión**, mayores serán el **caudal suministrado** y la **potencia requerida**.

Si la inclinación de la placa se puede modificar, nos encontramos con las **bombas de caudal variable**.

Bombas de Pistones en Ángulo

En este caso, el **eje del tambor** forma un ángulo de unos **25°** con el cuerpo de la bomba, lo que provoca el mismo efecto que en el caso de la placa inclinada.

Los pistones están fijados a la **brida del eje** mediante **juntas esféricas**.

Al girar, los pistones entran o salen de sus alojamientos según varía la distancia entre el tambor y la brida.

Algunas ejecuciones permiten **variar este ángulo** y, con ello, el **caudal**.

Bombas de Pistones Radiales

Un **eje de excéntrica** gira y aspira el fluido por una **perforación axial**.

Este fluido llena la **cavidad del pistón hueco** y es obligado a salir cuando la excéntrica lo empuja en su movimiento contrario.

Estas bombas disponen de **varios pistones** que, alternativamente, nos proporcionan el **caudal deseado**.

Cuantos más pistones tenga esta bomba, más **regular será su bombeo** y menor **vibración** se comunicará al fluido.

Componentes de los Cilindros Hidráulicos

Camisa del Cilindro

Constituye el **tubo** por cuyo interior se desplaza el **émbolo o pistón**. Suele ser de sección circular, aunque existen camisas con formas diversas para ejecuciones especiales.

Émbolo o Pistón

Se trata de un **elemento adaptado** a la sección interior de la camisa y es empujado por el **fluido a presión**; separa el interior del cilindro en **dos cámaras**.

Vástago

Constituye el elemento encargado de **transmitir el movimiento** del émbolo a un **mecanismo exterior o carga**.

Culatas

Constituyen las **tapas de cierre** de la camisa.

Juntas

Son las encargadas de asegurar la **estanqueidad** entre las dos cámaras del cilindro; es decir, evitan **fugas de fluido** de una cámara a otra.

Las juntas de las culatas evitan **fugas de fluido al exterior**.

Tipos de Cilindros Hidráulicos

Cilindros de Simple Efecto

El **fluido hidráulico** actúa únicamente por el lado del pistón, de forma que el movimiento debido a la **presión del fluido** se realiza en un solo sentido. El **retorno del vástago** se produce por efecto de un **muelle**, colocado entre el pistón y la culata por donde sale el vástago.

Es frecuente que la recuperación no se realice por efecto de un muelle, sino por efecto de **fuerzas exteriores**, como puede ser la propia carga (por ejemplo, el **cilindro elevador de un montacargas**).

Cilindros de Doble Efecto

El **fluido hidráulico** impulsado por la bomba puede entrar por una u otra cámara, de manera que el émbolo se mueve en **ambas direcciones** por efecto del fluido. La **fuerza** que desarrolla el cilindro es mayor por el lado del émbolo que por el lado del vástago.

Cilindros de Doble Vástago

Son **cilindros de doble efecto** que tienen un **vástago por cada lado del émbolo**.

Se utilizan para mover, a la vez, **mecanismos por ambos lados del cilindro**.

Cilindros Telescópicos

Construidos con **dos o más cilindros concéntricos** dentro del cilindro principal, en los que el émbolo de un tramo constituye la camisa del tramo siguiente.

Al entrar el **fluido hidráulico** en la cámara exterior del cilindro, entra también en las cámaras de los cilindros interiores, de manera que todos los vástagos van saliendo, **uno a continuación del otro**.

Su aplicación va orientada a casos en que la **carrera necesaria** es incompatible con el **espacio disponible**. Podremos observar este tipo de cilindros en los **camiones con basculante**.

Juntas de Estanqueidad

El **sellado de los cilindros** es necesario para:

  • Impedir las **fugas de fluido** de una cámara a otra del cilindro.
  • Impedir la **pérdida de fluido**.
  • Impedir que entre la **suciedad** al interior del cilindro.

Junta Tórica

Se debe montar sometida a una **tensión inicial**, que se consigue al forzarla contra la camisa. Su montaje es difícil, ya que la holgura entre la camisa y el pistón ha de ser muy pequeña. Es utilizable en casos de **poca responsabilidad**.

Junta Tórica con Anillo de Refuerzo

Este **anillo de refuerzo** compensa la falta de dureza del anillo tórico e impide su deformación, mejorando sus prestaciones y tolerancias de montaje. En los cilindros de doble efecto se coloca un anillo de refuerzo a **ambos lados de la junta tórica**.

Combinación Tórica-Plana

El **anillo exterior**, fabricado de **nailon o de politetrafluoretileno**, se mantiene presionado entre la camisa y la junta tórica. Esta solución incrementa la **vida útil de las juntas**, con **fuerzas de rozamiento bajas**. Esta combinación es muy interesante tanto técnica como económicamente.

Juntas de Labio

La **presión del fluido** presiona al labio contra la camisa, mejorando la **estanqueidad** y compensando el **desgaste**.

Juntas en T

Consisten en una **moldura de caucho reforzada** con forma de T y con **anillos de apoyo** en ambos lados. Son apropiadas para **baja y media presión**, y en **velocidades bajas**.

Collarines de Juntas en V

Se utilizan para **altas presiones**. Las juntas se montan presionadas por un **collarín metálico** según las necesidades.

Juntas del Vástago

El vástago se desliza por la culata delantera a través de una **junta de estanqueidad** (en el caso de cilindros de doble efecto) y de una **junta rascadora**, cuya misión es evitar la entrada de suciedad en su movimiento de retorno. Se utilizan en cilindros de **velocidades altas**.

Cilindros con Amortiguación

En los cilindros convencionales, el **final de recorrido** provoca el **impacto del émbolo** contra las culatas, ocasionando su deterioro.

Si la **velocidad** es superior a **5 m/min** o la **carga** que se mueve es proporcionalmente grande respecto al cilindro empleado, se aconseja recurrir a **cilindros con amortiguación**, los cuales **reducen la velocidad del pistón** al final de la carrera.

Consideraciones en Cilindros de Doble Efecto

En los cilindros de doble efecto, hemos de considerar la existencia de **dos presiones**:

  • La **presión proporcionada por la bomba**, que se dirige a la **cámara de empuje**.
  • La **presión que se presenta en la cámara conectada al tanque**, que es originada por los distintos elementos que se oponen a su evacuación. Esta puede llegar a valores próximos a los **5 kp/cm²** (o **0.5 MPa**).

Velocidad de un Cilindro

Si la bomba proporciona un **caudal determinado** y no existe otra salida para el fluido, la **velocidad del émbolo del cilindro** estará determinada por el tiempo que tarda en llenarse la **cámara de empuje**, no tomando en consideración la reducción de volumen por efecto de la presión y las pérdidas internas.

Generalmente, se conoce la velocidad a la que deseamos que el émbolo del cilindro se mueva; por ello, hay que asegurarse de que haya **suficiente caudal** para alcanzar esta velocidad.