Trabajo Práctico N°Bombas

1. Definición de equipo de bombeo.

Se define como equipo de bombeo o bomba, a todo dispositivo que recibe energía mecánica y que, al transferirla a un fluido, lo hace en forma de energía de velocidad, de presión o de posición.

2. Clasificación de las bombas. Detalles constructivos.

Son aquellas en las cuales el fluido que se desplaza esta contenido entre el elemento que impulsa, que puede ser un embolo, un diente de un engranaje, un aspa, etc., y la carcasa o el cilindro.

Su principio consiste en el movimiento de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara.

Bombas reciprocantes o alternativas

Su funcionamiento se basa en el movimiento alternativo de uno o varios émbolos, pistones o diafragmas de simple o doble efecto.

Son especialmente indicadas para grandes presiones (hasta 1000 kg/cm2) y pequeños caudales de líquidos limpios. Por otro lado, tienen la ventaja de alcanzar una mayor altura de aspiración.

Bombas de desplazamiento positivo

3. Bombas rotatorias, roto dinámicas y centrífugas. Definiciones, gráficos y aplicaciones. Bombas

rotatorias

Son aquellas cuya acción sobre el fluido lo genera uno o varios rotores, engranajes, aspas, tornillos, etc., que tienen movimientos rotativos sobre un eje. Su campo de aplicación es muy extenso, ya sea en el área de transmisión y control, como en el bombeo de líquidos de cualquier viscosidad, temperatura y presión de 200kg/cm2. (Fig. 2 a 12)

Bombas roto dinámicas

Son aquellas donde el elemento rotativo es un impulsor que comunica velocidad al líquido que lo rodea.

Como ya se señalo en el cuadro general, estas se dividen en centrífugas y especiales. Dada la importancia de las bombas centrífugas (2/3 partes de todas las instalaciones).

Bombas centrifugas

Son las más usadas, habiendo desplazado, en la mayoría de los casos, a las reciprocantes, ya que ofrecen una descarga constante, a presión estable, sin los problemas mecánicos de otros tipos de bombas. Su capacidad de bombeo puede variar desde 5 a 4.000.0001t/hora, habiéndose construido unidades que funcionan con motores de hasta 100.000 c.v.

Son especialmente indicadas para grandes gastos, presiones medias o reducidas y para todos los líquidos, excepto los viscosos.

Su construcción se esquematiza en la Fig. 13 y el diseño de los alabes del impulsor (como ene 1 caso de los alabes de las turbinas) responde al trazado del triángulo vectorial de las velocidades. Este procedimiento gráfico se basa en la representación vectorial de la velocidad periférica del impulsor, llamado también componente tangencial de la velocidad "u"; de la velocidad absoluta "c" y de la velocidad relativa del flujo "w".

El proceso de transformación de energía se cumple como sigue:

La rotación del impulsor comunica al líquido un movimiento que tiene dos componentes: uno es dirección radial "w" hacia afuera desde el centro del impulsor, como consecuencia de la fuerza centrífuga, y otra, en dirección tangencial a la periferia del impulsor "u" que el líquido tiende a adquirir al salir del alabe considerado. De la composición de ambos vectores resulta el de la velocidad absoluta "c", que es realmente el que adquiere el líquido. (Fig. 14)

La energía transferida al líquido es función de la velocidad absoluta y si dicha energía la expresamos como presión, se tiene que es proporcional al cuadrado de esa velocidad resultante: H=c2/2g

Donde:

Conforme a lo que antecede, si se aumenta la velocidad de rotación o si se incrementa el diámetro del impulsor, aumenta la energía comunicada al fluido.

Todo el proceso detallado ocurre mientras el impulsor gira dentro de la carcasa o envolvente, donde está alojado.

El diseño de dicho envolvente es tal que, a fin de crear las condiciones para que el líquido se proyecte, la sección aumenta desde la lengua de la voluta hasta la boca de salida de la envolvente.

Por lo general, la velocidad en la boca de salida es muy elevada, lo que trae aparejado un notable incremento en las perdidas por rozamiento de la cañería de descarga p impulsión, razón por la cual a la salida de la voluta se dispone el impulsor que perfecciona el proceso disminuyendo la velocidad, aumentando la energía de presión.

Asimismo, debe destacarse que, a medida que se incrementa el ancho del impulsor (como consecuencia, los alabes), aumenta la capacidad de la bomba.

4. Definiciones

Presión de vapor (pv)

Es la presión a la que el líquido considerado, a determinada temperatura, está en equilibrio con su vapor. A presiones menores a la presión de vapor el líquido comenzara a vaporizarse como consecuencia de la disminución de la presión en la superficie.

Carga estática (CE)

Es la altura, expresada en metros, de líquido de la columna de fluido que actúa sobre la succión o aspiración, o sobre la descarga o impulsión de la bomba.

Elevación estática de succión o aspiración (EES o EEA)

Es la altura entre el nivel del líquido a aspirar y el eje de la bomba cuando ésta se encuentra sobre elevada con respecto a dicho nivel. (Fig. 15 ab)

Carga estática de succión o aspiración (CES o CEA)

Es la altura entre el nivel de líquido a bombear y el eje de la bomba, cuando ésta se encuentra por debajo de dicho nivel. (Fig. 15 c)

Carga estática de descarga o impulsión (CED o CEI)

Es la altura medida desde la bomba y el nivel al cual se debe elevar el fluido (Fig. 15)

Carga estática total (CET)

Es el total de la altura medida entre los niveles de aspiración y descarga. (Fig. 15)

Carga de fricción (CF)

Es la equivalencia que, dada en metros de columna de elevación, representa todas las resistencias que se formulan en las tuberías de aspiración e impulsión.

Elevación de succión (ES)

Esta dada por la suma de la elevación estática de aspiración, mas la carga de fricción de mismo tramo, mas las pérdidas de la admisión.

Carga de succión o de aspiración (CS o CA)

Resulta de la diferencia entre la carga estática de aspiración menos la carga de fricción total, las pérdidas de admisión y cualquier otra pérdida de la cañería de aspiración.

Carga de descarga o impulsión (CD o CI)

Es la suma de la carga de descarga estática mas la carga d fricción de descarga mas la carga de velocidad de descarga.

Carga total (CT)

Resulta de la suma de las cargas de elevación de succión, más la carga de elevación de descarga. Cuando la aspiración cuenta con una carga positiva, la carga total es la diferencia entre la carga de descarga y de succión.

Carga neta positiva de succión disponible (CNPSD)

Depende de la carga de succión, la carga de fricción y la presión de vapor del líquido que se opera a la temperatura de bombeo.

Carga neta positiva de succión requerida (CNPSR)

Depende del diseño de la bomba, fundamentalmente, del modelo, velocidad y capacidad. Según la disposición relativa de la bomba con respecto al tanque y las características del sistema, la CNPS puede asumir distintos calores, como se muestra en la figura 16 que presenta cuatro casos típicos.

Dónde:

pb= presión barométrica

CES= carga estática de succión

EES= elevación estática de succión

pv= presión de vapor

Pc= pérdida de carga por fricción

pt= presión de tanque cerrado

5. Ejemplos de CNPSR

A) Determinar la CNPS para la instalación de la fíg. 17, en la cual circula agua a 30 °C y donde la pérdida de carga (por rozamientos) calculada, resulta de 2m.c.l. A los efectos del cálculo, corresponde previamente determinar la presión de vapor que, para las condiciones dadas, es de 0,04 kg/cm2. (Tabla pag87) Por otro lado, a igual fin, se toma como peso específico lkg/dm3 y una presión barométrica de 1,033 Kg/cm2.

Dado que la CNPS es la energía que tiene un líquido en la toma de aspiración de la bomba (Kg/cm ) es usual que su calor se exprese en metros de columna de líquido, por lo que las magnitudes que intervienen en su cálculo deben ser evaluadas en tal unidad.

Pb (en m.c.l.)=((presión barométrica dada)/(peso específico relativo))* lOm.c.l./kg/cm2

Pb= l,033kg/cm2/l*10m.c.l./kg/cm2= 10,33m.c.l.

pv=0,04kg/cm2/l * 10m.c.l./kg/cm2=0,4m.c.l.

CNPA=(pb+CES)-(pv-Pc)

CNPA=2=11.93m.c.l. B) Determinar la CNPS de una instalación igual a la anterior en la cual circula agua caliente a 80°C. En principio, corresponde determinar la presión de vapor y peso específico del agua a dicha temperatura. Según las tablas correspondientes es de 0,48kg/cm2 y 0,972 respectivamente. De esta manera:

pb=10,33kg/cm2/0,972*10m.c.l./kg/cm2=10,6m.c.l

pv=0,48kg/cm2/0,972*10m.c.l./kg/cm2=5m.c.l.

CNPS=7,6m.c.l

6. Definición de cavitación

Cuando la presión de la cañería de aspiración tiene un valor inferior a la que corresponde como presión de vapor del líquido bombeado, la instalación causa un funcionamiento irregular con evidencia de vibraciones y ruido. Esto está motivado por la formación de vapor que se genera como consecuencia de las condiciones anotadas y que, cuando dicho vapor pasa por la zona de alta presión de la bomba, se produce el citado efecto. Como es lógico comprender, cuanto mayor sea la cavitación menor será el rendimiento de una bomba.

7. Ensayo de bombas

Medición de la carga: la carga o presión será medida en metros, en el sistema métrico, y en pies en el sistema inglés, a los cuales deben referirse todas las lecturas de presión tomadas en kg/cm2 o en lb/pulg2. Equivalencias:

lkg/cm2=10 metro de columna de agua

lkg/cm2=760 milímetros de columna de Hg

1 lb/pulg2= 2,31 pies de columna de agua

llb/pulg2= 0,49 pulg de columna de Hg Para la medición debe respetarse:

a) Que el flujo que circula sea constante y su presión debe determinarse en un tramo que no tenga cabios de sección o de dirección, en un punto alejado en 5 y 10 diámetro de cualquier accesorio.b) Sobre la zona que se instalaran el manómetro, se realizaran sobre el caño por el cual circula el fluido, cuatro agujeros equidistantes (de 3 a 6 mm de diámetro), que se conectaran con un anillo (para equilibrar las presiones). El manómetro se instalara sobre el anillo. En cuanto a los instrumentos a usar, lo común es utilizar manómetros del tipo Bourdon y en casos en que la presión es pequeña se utilizan tubos deferenciales de agua o de mercurio, para medir cargas negativas de succión se usan vacuómetros.

Medición de la capacidad: el método preferido para determinar la capacidad es por medición de volumen (gasto) o del peso (caudal), por unidad de tiempo.

La medición de la capacidad por peso (caudal), depende de la precisión de las balanzas empleadas y de las precisiones de las mediciones del tiempo y de la densidad del líquido bombeado.

La medición que más se usa para determinar la capacidad es por volumen (gasto), aunque impone, previamente, la determinación precisa del volumen del tanque o depósito d que se use para tal fin. También se utilizan medidores volumétricos (Venturi, válvulas) de no ser posible utilizar los anteriores.

Unidad y equivalencia:

1 metro cúbico= 32,31 pie cúbico 1 galón americano= 3,785 litros

Medición de la velocidad: A tal fin, se puede usar cuantas vueltas, tacómetro o lámparas estroboscópicas.

Cuando se use el primero de los aparatos, la medición se realizara durante un periodo de tiempo tal que permita obtener una velocidad media real.

A fin de obtener una lectura promedio se aconseja realizar dos o tres medidas.

Por otro lado, todos los aparatos deben ser inspeccionados y calibrados periódicamente.

Cuando las pruebas se realizan a una velocidad diferente de la operación, deberán corregirse las determinaciones que se logren con dichos valores.

A tal fin, las fórmulas que siguen permiten realizar las citadas correcciones.

Si designamos por Q2 el gasto a la velocidad normal de trabajo, Q1 el gasto a la velocidad detectada de la prueba, nn la velocidad normal de trabajo y np la velocidad media durante la prueba, la corrección respectiva del gasto será: Q2=Qi(nn/np)

La fórmula para corregir la carga es: H2=Hi(nn/np)2

Para la potencia, la fórmula de corrección es:N2=N1(nn/np)3

En las expresiones anteriores: H2 es la carga a la velocidad normal

Hi es la carga a la velocidad de prueba

Q2 es el gasto a la velocidad de normal

Qi es el gasto a la velocidad de prueba

N2 es la potencia a la velocidad normal

Ni es la potencia a la velocidad de prueba

Medición de la potencia de entrada a la bomba: La unidad de la potencia de entrada es el c.v.

Su valor se puede determinar por medio de diámetros de transmisión (en especial, se usan los de torsión), o bien, por medio de un wattmetro trifásico.

A los efectos de una posible transformación, cabe recordar que:

1 caballo vapor= 550 libras pie por segundo 1 caballo vapor = 33.000 libras pe por minuto 1 caballo vapor = 2.245 BTU por hora 1 caballo vapor = 0,7457 kilowatt

Representación gráfica de los resultados: la capacidad, rendimiento y potencia de entrada se representan, habitualmente, como ordenadas del gráfico, mientras que, como abscisas, se representan el gasto, como lo indica el ejemplo de la figura siguiente.

8. Mantenimiento de bombas centrífugas: condiciones de funcionamiento

Estas bombas están destinadas a impulsar fluidos de distinta naturaleza en trabajo continuo o no, cuya temperatura depende de las condiciones de trabajo impuestas.

El cuerpo de las bombas, así como el soporte de los cojinetes, generalmente es de hierro fundido, de grano fino homogéneo, y en lo que interesa al mantenimiento, debe tenerse en cuenta que el material este exento de soldaduras y fallas.

Los rotores generalmente son de bronce fosfórico, con sus superficies perfectamente pulidas y su masa correctamente balanceadas. Los cojinetes de las bombas convienen que estén diseñados no solo para absorber esfuerzos radiales, sino también axiales.

Los ejes deben ser de muy buena calidad para asegurar un servicio continuo, evitándose en lo posible el desgaste y la corrosión; de ahí que el empleo de acero inoxidable esté tan generalizado. La caja prensa estopa debería estar bien lubricada y refrigerada la empaquetadura por una derivación de agua de la impulsión de la bomba.

Muchas bombas, y esto es muy conveniente, están provistas de manómetros para registrar la presión la presión de aspiración y de impulsión. Los cojinetes sobre los cuales gira el eje son generalmente a bolillas. Estos cojinetes dentro de una caja o cámara que contiene una cantidad adecuada de aceite lubricante. Al trabajar la bomba, en esta caja se elevan la presión y la temperatura, elementos estos que tienden a desalojar el aceite lubricante hacia el exterior. Los elementos de cierre, llamados empaquetaduras (juntas), son los que impiden la fuga de aceite lubricante. Además, las juntas protegen a la caja contra el ingreso de polvo y humedad. Conviene que el jefe de mantenimiento tenga disponibles las curvas características de funcionamiento de la bomba.

Las más importantes de estas curvas son:

Curva de la altura de impulsión en función de caudal, H=f(Q);

Curva de rendimiento en función del caudal, R=f(Q);

Curva de la potencia en el eje en función del caudal, P=f(Q).

Las bombas son, por lo general, accionadas directamente, o sea, por acoplamientos con manchón, a través de un motor eléctrico monofásico o trifásico con rotor en corto circuito (jaula de ardilla). Conviene también que el motor tenga una potencia 10% o 15% superior a la requerida por la bomba.

El motor eléctrico es normalmente accionado por botonera a distancia, colocada en una caja de maniobra que contiene el correspondiente contador con protección térmica.

Los repuestos más críticos de las bombas son los cojinetes y, eventualmente, el eje. Un stock razonable de repuestos sería, entonces, un juego de cojinetes. Si se practica la inspección adecuada a los cojinetes, se puede evitar el tener un cojinete de repuesto, pues con la inspección se advertirá a tiempo si el aro interior del cojinete gira, desgastando el eje, efecto que también puede producir una empaquetadura reseca o excesivamente apretada.

Los principales datos sobre las bombas que debe registrar el jefe de mantenimiento son, entre otros, los siguientes:

1. Marca y fabricante;2. Modelo y/o tipo;3. Caudal al régimen previsto, en m3/hora;4. Rendimiento total con el régimen de caudal previsto, en procedimiento;5. Rendimiento total con el régimen de caudal máximo, en porciento;6. Altura manométrica con el caudal de régimen previsto.

9. Bombas hidráulicas de embolo

En estas la elevación del líquido de un nivel inferior a otro superior se produce por el movimiento alternativo de émbolo hueco o macizo en un cilindro. El accionamiento de estas maquinas se realiza a mano en las más sencillas, a vapor, gas y eléctricamente, para lo cual se han utilizado bombas especiales, cuya principal características es que trabajan con un numero de vueltas más elevado. (Fig. 234)

El funcionamiento es muy simple. Al desplazarse el pistón hacia la derecha, como consecuencia de la menor presión en el cuerpo de la bomba, la válvula de aspiración se abre, mientras la de impulsión permanece cerrada, y entonces pasa el líquido de la tubería de aspiración al cuerpo de la bomba y cilindro. Cuando el embolo se mueve hacia la izquierda, por la mayor presión creada, la válvula de aspiración se cierra y la impulsión se abre, circulando el líquido por la tubería de impulsión. Si "F" es la sección del pistón, "s" su carrera y "n" el numero de vueltas por minuto del árbol del motor, el volumen barrido en una vuelta (dos emboladas) vale "F.s" y el caudal teórico que circulará por segundo será Q,=Fsn/60 [m2(m/min)/seg/min=m3/seg] Son sencillas y de fácil inspección, pero presentan el inconveniente de que el trabajo en la carrera de impulsión es mucho mayor que en la de aspiración, exigiendo esta desigualdad un gran volante y un amplio recipiente de aire.

Para evitar este inconveniente se emplean las bombas gemelas, accionadas por el mismo árbol con manivelas desplazadas 180°, y a las bombas triples, en las cuales se colocan las manivelas con un desplazamiento de 120° en el árbol común.

Para grandes y medianas potencias se utilizan las bombas de doble efecto (Fig. 235 a y b) de eje horizontal o vertical. Para grandes caudales se accionan dos con un árbol común, con manivelas que se desplazan a 90°.

Funcionamiento de figura 235 a: de la cámara de aspiración pasa el líquido a los cuerpos de bomba, atravesando las válvulas Ai y A2. Cuando el émbolo se desplaza hacia la derecha disminuye la presión del lado izquierdo, abriéndose Ai y entrando agua al mismo, mientras que en la cámara de la derecha aumenta la presión, y entonces se abre la válvula de impulsión Ils con lo cual el líquido pasa a la tubería de impulsión. Cuando el movimiento del pistón es hacia la izquierda, sucede el proceso inverso, abriéndose las válvulas A2 e Ii, con lo cual entra el líquido de la cámara de aspiración al cuerpo de bomba derecho y sale desde el cuerpo de bomba izquierdo a la tubería de impulsión.

El funcionamiento de la bomba de doble efecto de eje vertical de la fig. 235 b es similar.

Si "f" es la sección del vástago del embolo, en la carrera hacia arriba o derecha se impulsa un volumen

(F-f)s y en la carrera hacia abajo o a la izquierda se impelen Fs metros cúbicos del liquido. El caudal será:

Qt=(2F-f)sn/60.

Si la bomba de doble efecto se instala con dos pistones independientes, entonces el caudal teórico aumenta: Q,= 2Fsn/60 [m3/seg]

Un tipo especial lo constituyen las bombas diferenciales (fig. 237) que son de doble efecto, pero que no tiene más que dos válvulas, una de aspiración y otra de impulsión.

Cuando la altura de aspiración HA es apreciable con efecto a la de impulsión HD, la relación f/F (trabajo igual en las dos carreras del pistón) debe proyectarse en forma que satisfaga la ecuación de equilibro de los esfuerzos en el avance y en el retroceso del pistón.

F(HA+hA)+(F-f)(H,+h1)=f(H1+h1)

Siendo ha y hj las pérdidas de las cargas medidas en la aspiración y en la impulsión, expresadas en altura de columna líquida.

10. Bombas centrifugas: aspectos constructivos

En las figuras 239, 240, 242 y 243 se observan las siguientes partes constituyentes:

a) La caja o envolvente A, a la que llega la tubería de aspiración B, y la de impulsión C; puede ser en espiral (fig. 239, 240, 242) y cilíndrica (fig. 243)

b) El rodete móvil D, a través del cual pasa el líquido radialmente (fig. 239, 240 y 242) o axialmente (fig. 243);c) El difusor E, que tiene la forma de un simple anillo en espiral (fig. 239 y 240), de una corona directriz con paletas o alabes (fig. 242), o bien de una rueda de paletas, como se usa en las bombas de hélice.

Las bombas centrifugas de baja presión se constituyen con la aspiración por un solo lado o por dos. (fíg. 239 y240) en las fig. 241 el diámetro de entrada Di vale la mitad del de salida D2.

En la fíg. 242 se representa una bomba de media presión con entrado por dos lados. En este tipo de bomba puede disponerse varios rodetes y coronas directrices montados en paralelo sobre el mismo eje, logrando entonces un par de vueltas elevado, (fig. 242 bis)

Las bombas centrifugas de alta presión se caracterizan por presentar una serie de rodetes escalonados. (Fig. 243)

Un tipo especial lo constituyen las bombas de un rodete una hélice y las bombas de hélice axiales. Ellas se emplean para elevar grandes cantidades de líquido a pequeñas alturas con un número de vueltas elevado.

Las bombas centrifugas se construyen de eje horizontal, reservando las de eje vertical cuando se trata de bombas para perforaciones y agotamiento de pozos.

11. Curvas características y de rendimiento de bombas centrifugas

12. Bombas de engrane

Al girar los engranes dejan espacios que aumentan el volumen por un lado y lo disminuye por el otro, impulsando un caudal en forma continua, lo que evita el empleo de las válvulas y recipientes de aire que son necesarios en las bombas de émbolo.

Si designamos con "z" el numero de dientes de una rueda, "a" al área del mismo al ser cortado con un plano perpendicular al eje de rotación, "b" al ancho del diente medido en la dirección del eje de rotación, "n" al número de vueltas por minuto y " λ" al rendimiento volumétrico, el caudal Q aspirado vale:

Midiendo "a" en m2 y "b" en m. Aun en condiciones ideales, el rendimiento volumétrico siempre es inferior a la unidad, por

cuanto al engranar se pierde el espacio comprendido entre los dientes que entran en contacto.

Estas bombas aspiran el agua a temperaturas del ambiente con una altura de aspiración que puede alcanzar los 7 u 8 m, elevándola hasta los 40 m de altura, cantidad que puede expresarse, en un funcionamiento intermitente, a los 70 m. su rendimiento oscila entre un 60 y un 75 %.

13. Comando hidráulico, con circuitos a caudal constante y caudal variable

Comandos hidráulicos: estos mecanismos, denominados también tele-mandos, o simplemente, mandos, se dividen en dos grandes grupos:

a) Con circuitos a caudal ctte;b) Con circuitos a caudal variable;

Los primeros se prefieren para maquinas en las cuales no es necesaria una presión muy elevada ( hasta 20 atmosferas) y para derrames con pequeñas variaciones.

Los segundos se prefieren para las maquinas en las cuales se requiere una presión muy elevada (hasta 200 atmosferas) y una notable variación del derrame líquido.

Los comandos hidráulicos en general constan de tres partes esenciales a saber:

1) El generador de presión, que recibe energía exterior y la comunica al fluido2) El receptor, que recibe la energía del fluido y la devuelve al medio exterior; y3) Los órganos de unión (conductos y válvulas) entre el generador y el receptor.

Los circuitos a caudal constante están provistos de una bomba a caudal constante y una válvula de regulación; en la fíg. 2X se da un esquema de este tipo de circuito.

El aceite contenido en el depósito D es aspirado por medio de una bomba (generalmente a engranes), a través del conducto A, después de haber atravesado el filtro F.

El aceite impulsado por la bomba a través del conducto C, con una presión pls presiona la válvula de regulación Vr, la cual tiene por objeto provocar una caída de presión ene 1 conducto H, de pi a un valor P2<Pl-

El embolo e de la válvula de descarga Vd, es obligado por el aceite a vencer la resistencia del muelle, retrocediendo, y dejando pasar el aceite al depósito D, a través del conducto I, manteniéndose así constante la presión p¡.

El caudal principal de aceite bajo presión entra en la cámara M del cilindro, haciendo mover el émbolo E en el sentido de la flecha, o sea hacia la izquierda. El aceite existente en la cámara N del cilindro es empujado hacia afuera de este a través del conducto G, con una presión p3 impuesta por la válvula de contrapresión Vc, y de esta el aceite vuelve al depósito D.

El desplazamiento del embolo E utilizado para mover una corredera P, venciendo una resistencia R, a su vez, accionar otros órganos de la maquina.

Este circuito presenta la ventaja de una fácil realización, debida esencialmente a la bomba de engranajes, pero ofrece inconvenientes cuando se produce una variación de la resistencia R.

Si S es el área del émbolo y s el área del vástago, la presión unitaria en ambas caras del émbolo, valdrán:

P2=P! +-R/(S-s) y p3=p2-+R/(S-s)

Siendo: R=Resistencia al avance ofrecida por la maquina (incluido los rozamientos).

La continuidad de la masa liquida exige que, luego de regular la válvula de regulación Vr, y de la válvula de descarga Vd, el caudal sea constante en el cilindro M y en los conductos C y H, es decir:

Q=S1*U1=S2*U2=(S-s)*U3=cte

En el cual: Si= área transversal del conducto C;

S2= área transversal del conducto H;

S-s= área transversal útil del embolo;

Ui= velocidad del líquido en el conducto C;

U2= velocidad del líquido en el conducto H;

U3= velocidad del líquido ene 1 cilindro M.

Ahora bien, en el caso de que la válvula de regulación Vr estrangule parcialmente la sección de paso, una parte del líquido se desvía hacia la válvula de descarga Vd, encontrando la vía de salida por el conducto de descarga I. En tal caso, en el conducto H se tendrá una reducción de caudal AQ=QrQ2 siendo: Qi=Si*Ui= caudal en el conducto C y Q2=S2*U2=caudal en el conducto H.

Qi=Si*Ui- S2*U2+AQ= Q2+AQ

En consecuencia, en este caso, la diferencia AQ=Ui(SrS2) vuelve al depósito D a través de la válvula de descarga Vd y del conducto I.

A demás, es evidente que la válvula de regulación Vr no debe producir ningún estrangulamiento y debe dejar vía libre al derrame del líquido comprimido.

Si en cambia Si=S2, resulta Q=0. Esto significa que, admitiendo siempre de no estrangular el paso del líquido con la válvula de regulación Vr, no se produce paso alguno del líquido hacia la válvula de descarga Vd, que deberá permanecer cerrada.

Cuando pi=0, como Ui=√2gh1 y h1 es en función de pls es decir: h1=0, resulta: Ui=0; es decir, la bomba no funciona.

Si p2=0, resulta también U2=0 y Q2=0, en el conducto H no hay circulación de aceite, como consecuencia de que la válvula Vr estrangula completamente todo el derrame de aceite, el cual se debe descargar a través del conducto I, después de haber abierto la válvula de descarga Vd.

En este caso, resulta Qi=AQ, es decir, todo el caudal aspirado por la bomba se vierte de nuevo en el depósito D, a través de la válvula de descarga Vr y del conducto I y, en consecuencia, el émbolo E no hace ningún movimiento.

Puede oscilar según la regulación de la válvula Vr, desde 0 a Q1 y siempre se descarga a través del conducto I, retornando al depósito D.

Por último, si p2=P3, se deduce que: R/(S-s)=0; y como S-s≠=m en definitiva resulta R=0, lo cual es un absurdo, por cuanto siempre existe la resistencia ofrecida por la corredera P.

Los circuitos de caudal variable permiten, a diferencia de los anteriores, obtener una variación continua de la velocidad de derrame de aceite, a fin de ajustar el caudal de acuerdo con la velocidad de avance requerida en e 1 émbolo y al mismo tiempo se ajusta la presión de la bomba al esfuerzo requerido por los órganos de máquina. Esto se consigue mediante la introducción del circuito, de una bomba de caudal variable (de paleta, de émbolo o hidromática).

El esquema de la fig. 3X representa el sistema más sencillo del circuito abierto a caudal variable.

La bomba aspira el líquido y lo envía a la cámara M a través del conducto H.

La presión determina el desplazamiento del émbolo E, obligando al aceite contenido en la cámara N del mismo cilindro, a descargarse en el depósito D pasado por una válvula de contrapresión Vc.

La válvula de seguridad V8, contrariamente a los circuitos a caudal constante, actúa exclusivamente para proteger el sistema de eventuales descargas ene caso de paros forzosos por rotura, etc. Por lo tanto la presión pi está determinada exclusivamente pro la resistencia R sobre el émbolo.

14. Acoplamientos fluidos o hidráulicos, usos, características y funcionamiento

El acoplamiento fluido, acoplamiento hidrocinético de la fig. 5X es un mecanismo que permite transmitir un par motor entre dos órganos mecánicos coaxiales. Este esencialmente constituido por un rotor de bombas centrifugas ubicado frente a un rotor de turbina, ambos colocados dentro de una caja, el cárter, fijada al eje motor o eje primario. Esta caja, que está llena de un líquido( generalmente aceite muy fluido) evita perdidas, al eliminar los conductos o canales que se necesitarían para concretar la bomba con la turbina.

De todo lo expuesto se deduce que la variación de caudal

Cuando uno de estos elementos rotativos tiene la forma de un semi-anillo hueco, y consta de paletas radiales rectas y delgadas, fig. 5b-X. en esta disposición de las paletas, produce mayores pérdidas de carga, sin embargo se la adopta por cuanto es compatible con la reversibilidad del mecanismo. El conjunto bomba-turbina compone la figura de un aro redondo o toro.

Cuando el eje motor comienza a girar, el aceite que hay dentro del rotor de la bomba centrifuga es arrojado hacia afuera por efecto de la fuerza centrifuga, pasando al rotor de la turbina. De este y por efecto también de la bomba, siguiendo así un circuito cerrado y transmitiendo el movimiento del eje motor al eje receptor o secundario. Es decir, por efecto de la fuerza centrífuga, la corriente liquida va radialmente al rotor de la bomba al rotor de la turbina y regresa, también radialmente, de este último al primero.

Cuando ambos elementos giran, la trayectoria que sigue el líquido es una hélice arrollada alrededor de un círculo concéntrico con el eje de rotación fig. 5c-X, es decir, la circulación del líquido adquiere la forma de un torbellino tórico.

En consecuencia, no existiendo ninguna conexión sólida entre la comba centrífuga y la turbina, es el aceite quien transmite el par, al transportar el momento de la cantidad de movimiento desde la bomba a la turbina. A medida que aumenta la velocidad del eje va haciéndose cada vez más rígido hasta llegar a adquirir la firmeza de una masa casi solida. Así se comprende la transmisión del movimiento del eje motor al eje receptor.

En el funcionamiento del acoplamiento fluido hay que considerar que, al principio, el eje receptor está quieto, mientras que 1 motor gira ya a su régimen. El líquido que entra en la bomba, cerca del eje, recibe una cierta cantidad de movimiento mientras la atraviesa y pasa a la turbina. La cantidad de movimiento del líquido se anula en la turbina y de esta manera el líquido ejerce el par que el eje motor le ha suministrado. Pero, cuando el eje secundario (o receptor) empieza a moverse, la acción centrífuga en la turbina ejerce una resistencia al flujo del líquido, de modo que la velocidad angular w2 del eje secundario se acerca a la velocidad angular Wi de eje motor o primario. De manera que, se estas dos velocidades llegaran a ser iguales no habría flujo. Dado que solo puede haber flujo si w2<W! tiene que existir cierto resbalamiento o deslizamiento.

Es decir no habiendo resbalamiento no hay flujo y, en consecuencia, tampoco hay par (o cupla). Cuando se ha alcanzado el régimen de circulación como las velocidades de salida y de entrada del líquido en el rotor de la bomba son las mismas que en el rotor de la turbina, respectivamente, la cupla debe ser la misma para los dos elementos, a pesar de que las velocidades de rotación de los dos ejes son diferentes. Pues no existen órganos estacionarios para absorber el par, ni hay aceleración angular alguna. En los convertidores el momento o cupla es transformado entre el árbol motor y el receptor, mediante alabes hijos, variando la relación de cuplas en función de la relación de velocidades, de tal manera que, para velocidades constantes del primario, la cupla del secundario aumenta con reducción de la velocidad.

Los convertidores de cupla difieren del acoplamiento en que poseen alabes estacionarios para absorber la diferencia de cupla entre primario y secundario.

15. Convertidores de cupla

Son aparatos que permiten transmitir, y al mismo tiempo, modifica un par motor entre dos órganos mecánicos coaxiales. El convertidor de cupla es semejante al acoplamiento de fluidos pues en ambos el momento de torsión transmitido es mayor que el suministrado. Pero, en el convertidor cupla la relación de los momentos de torsión no se mantiene constante, como sucede en el acoplamiento fluido, sino que esa relación disminuye a medida que aumenta la relación de las velocidades de rotación. Para conseguir esta conversión de los momentos de torsión es necesario de producir un cambio de la velocidad tangencial del fluido a su paso por el rotor de la turbina, mayor el que se produce a su paso por el rotor de la bomba. Esto se puede lograr dando una forma adecuada a los alabes de los dos rotores e introduciendo uno o varios alabes fijos (directrices) mediante un elemento nuevo denominado: reactor

En general, los convertidores de cupla son de dos tipos, a saber:

a) Convertidor tipo Fóttingerb) Convertidor-acoplador.

Ambos tipos difieren por la ubicación de sus tres elementos fundamentalmente: bomba, turbina y reactor.

El convertidor tipo Fóttinger (fíg. 9X) la bomba va montada sobre el eje motor que le comunique la energía mecánica. El líquido recibe energía cinética debido a la diferencia de las velocidades absolutas a la entrada 1 y a la entrada 2, como así también, energía potencial de presión. En la turbina, la energía hidráulica se transforma en energía mecánica haciendo girar el eje receptor. El líquido que sale de la turbina por 3 pasa al reactor que tiene por objeto darle una dirección favorable al retorno a la bomba.

Cuando se desea una gran multiplicación del par, el convertidor se proyecta con dos o más escalones, constituidos por turbinas internas caladas entre la bomba y el reactor.

Cuando la relación de velocidades de la entrada (eje motor) y de la salida (eje receptor) está comprendida entre 0,6 y 0,7, el par de salida resulta inferior al par de entrada, y el dispositivo pierde interés para la aplicación al vehículo automotor. A fin de salvar este inconveniente se interpone entre el eje receptor y el reactor, una rueda libre, obteniéndose así el convertidor-acoplado (fig. 10-X).