Bomba de engranajes
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El documento describe el funcionamiento de las bombas de engranajes. Estas bombas transportan fluidos mediante la rotación de dos engranajes acoplados. A medida que la presión de descarga aumenta, el caudal volumétrico disminuye y la eficiencia global de la bomba aumenta. El documento también incluye fórmulas, procedimientos experimentales y un análisis de los resultados obtenidos.
Bomba de engranajes
- 1. BOMBA DE ENGRANAJES Introduccion Las bombas de enranajes son sin lugar a dudas las bombas mas ruidos del mercado, son ampliamente utilizadas en maquinarias moviles, agricultura, obras publicas y mineria. Se aplican cuando el nivel sonoro no es determinante, con ambientes muy contaminados y fluidos hidraulicos. Podemos nombrar algunas ventajas como: mayor poder de aspiracion, mantenimiento sencillo y rapido, valvula de seguridad integrada que permite la proteccion de circuito, capacidad para transportar productos de altas viscocidad, sencillas tecnicas, sentido del flujo idenpendiente del sentido de rotacion de eje, para aplicaciones especiales, etc. Este tipo de bomba produce caudal al transportar el fluido entre los dientes de dos engranajes acoplados. Uno de ellos es accionado por el eje de la bomba (motriz), y este hace girar al otro (libre). La bomba de engranajes funciona por el principio de desplazamiento; un piñón es impulsado y hace girar al otro en sentido contrario. En la bomba, la cámara de admisión, por la separación de los dientes, en la relación se liberan los huecos de dientes. Esta depresión provoca la aspiración del líquido desde el depósito. Los dientes llenados transportan el líquido a lo largo de la pared de la carcasa hacia la cámara de
- 2. impulsión. En la cámara los piñones que engranan transportan el líquido fuera de los dientes e impiden el retorno del líquido. Por lo tanto el líquido de la cámara tiene que salir hacia el receptor, el volumen del líquido suministrado por revolución se designa como volumen suministrado (cm3/rev). Lo que sucede es el origen de un vacío en la aspiración cuando se separan los dientes, por el aumento del volumen en la cámara de aspiración. En el mismo momento los dientes se van alejando, llevándose el fluido en la cámara de aspiración. La impulsión se origina en el extremo opuesto de la bomba por la disminución de volumen que tiene lugar al engranar los dientes separados. Objetivo general El objetivo general de esta práctica es comprender el comportamiento de las variables fundamentales que describen el funcionamiento de una bomba de engranajes. (Caudal Volumétrico, Potencia, Eficiencia y Presión de descarga, entre otras). Objetivos especificos Verificar los resultados de las variables calculadas por el programa de captura y procesamiento de datos. Analizar el comportamiento de la principales variables funcionales en la bomba de engranaje ensayada. Analizar el comportamiento de la eficiencia volumetrica contra la presiond e descarga para la bomba de engranajes ensayada. Procedimiento experimental Encienda el equipo con la valvula de descarga de la bomba completamente abierta. Ajustando el regulador de potencia del motor selecciona la maxima velocidad de giro, cuando el sistema se estabilice, seleccione ese punto como el inicial.
- 3. Cierre la valvula de descarga hasta que la presion de descarga (Po) aumente en un 20%, espere que el sistema se estabilice y seleccione ese punto como dato, repita este paso hasta obtener la toma de datos correspondientes a la valvula de descarga completamente cerrada. Marco teorico Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud. Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya que generalmente es utilizado para referirse a las máquinas de fluido que transfieren energía, o bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de trabajo, a diferencia de otras máquinas como lo son los compresores, cuyo campo de aplicación es la neumática y no la hidráulica. Pero también es común encontrar el término bomba para referirse a máquinas que bombean otro tipo de fluidos, así como lo son las bombas de vacío o las bombas de aire.
- 4. Las bombas utilizadas en la industria oleohidráulica son hidrostáticas, denominadas también de desplazamiento positivo, son aquellas que suministran la misma cantidad de fluido en cada ciclo o revolución del elemento que origina el bombeo. Podemos diferenciar dos grandes grupos de bombas que se utilizan en la oleohidráulica según el tipo de fuerza que se les aplica para su funcionamiento: oscilantes y rotativas. Las bombas oscilantes, también denominadas recíprocas, absorben una fuerza del tipo lineal como lo son las bombas manuales en las que es la fuerza de un servidor la que le transmite movimiento al fluido. Explicaremos detalladamente las bombas utilizadas a nivel industrial; las bombas rotativas. En una bomba de engranajes, el aceite se toma de la entrada a la salida en el espacio entre dos dientes de cada engranaje. Un equipo es conducido por la fuente de entrada del sistema y esto a su vez mueve el otro engranaje. Los dos se encuentran en una cámara formada por un "anillo", parte de la carcasa de la bomba y dos placas laterales, llamadas placas de presión. El conjunto de engranajes pueden ser de tipo externo, interno o tornillo.
- 5. Bombas de engranajes externos Una bomba de engranajes externa tiene sus dientes en la circunferencia exterior de la base. Hay tres tipos de engranajes, rectos, helicoidales y espina de pescado. Los engranajes rectos son los más populares y fáciles de fabricar. Sin embargo, es el tipo que produce más ruido. Puede trabajar a alta presión (3.000 a 4.000 psi). La bomba de engranajes helicoidales está diseñado principalmente para reducir el nivel de ruido, pero tiene un problema muy grande, genera una carga axial que provoca la necesidad de los cojinetes robustos y por esta razón estas bombas sólo se puede ir hasta 2.000 psi. La bomba de engranajes espina de pescado es muy silenciosa, sin carga axial, pero sólo puede funcionar hasta 500 psi y es muy cara.
- 6. Bombas de engranajes internos Otro tipo de bomba es el engranaje interno o el tipo gerotor. Se trata de un engranaje externo que engrana con otro interno. El exterior tiene un diente más que el interno y la generación de ese diente extra determina el desplazamiento de la bomba. Las bombas de engranajes en general, son menos costosos y tienen una capacidad muy buena para resistir el aceite sucio, sin embargo, en gran medida un mayor desgaste de fugas internas y baja eficiencia. Por otra parte, una bomba de engranajes con muchas cámaras de bombeo de alta frecuencia genera el flujo pulsante, que produce mucho ruido.
- 7. Formulas Calculo de caudal en funcion al volumen desplazado: Donde: Qt = caudal promedio teorico D’= desplazamiento o volumen desplazado A= area o espacio ocupado por un diente (m2) B= altura del diente (m) Z= numero de dientes Donde: N = numero de polo f= frecuencia Caudal util (Qu) Calculo de Rendimiento Volumetrico (
- 8. Calculos tipo: Calculando las RPM para determinar el caudal util: Caudal util (Qu) Calculando el Qv correspondientes a el 60 % de la Po, interponlando obtengo QV = Volumen desplazado por la bomba según los parametros de la bomba de engranajes dados es Vi = 0,000004319 De Hteorica= Hreal = 37,81 m.c.Glycol (Resultados obtenidos interpolando con los valores de los resultados del programa) =
- 9. La potencia util vendrira siendo igual a : Finalmente la eficiencia global Tabla N⁰. Variables calculadas Resultados calculado Resultados del programa Carga de la Bomba H ( mc ) 37,57 37,7560 Potencia util, Pu (W) 51,77 43,980 Eficiencia global, Egr (%) 11,42 11,1403 Eficiencia volumetrica (%) 84,87 84,900 Tabla N⁰. Datos experimentales Po(KPa) Qv(m3/s)e-4 ƞ Tg(⁰C) Pgr(W) H(mcGlycol) Pu(W) Egr(%) Ev(%) 56.264 1.203 29.546 25.364 341.964 5.023 6.695 1.929 94.308 130.384 1.183 29.663 25.663 334.880 11.817 15.255 4.555 92.358 206.863 1.153 29.546 25.955 351.734 18.827 23.680 6.732 90.345 290.417 1.119 29.399 26.600 366.390 26.485 32.341 8.827 88.146 472.623 1.086 29.253 27.137 384.709 34.020 40.320 10.481 85.952 453.841 1.053 29.077 27.513 403.762 41.432 47.600 11.789 83.854 530.970 1.020 28.872 28.266 430.142 48.534 54.020 12.559 81.815 613.177 0.987 28.696 28.588 449.438 56.069 60.387 13.436 79.653 688.981 0.961 28.666 28.964 452.858 53.017 66.102 14.597 77.658
- 10. Graficas: Qv(m3/s)e-4 1,4 1,2 1 0,8 0,6 Qv(m3/s)e-4 0,4 0,2 0 0 200 400 600 800 Figura N⁰. Curva Caudal volumetrico Vs. Presion de Descarga 500 450 400 350 300 250 Pgr(W) 200 Pu(W) 150 100 50 0 0 200 400 600 800 Figura N⁰. Curva Potencias Vs. Presion de Descarga
- 11. 16 14 12 10 8 Egr(%) 6 4 2 0 0 200 400 600 800 Figura N⁰. Curva Eficiencia Vs. Presion de Descarga Analisis de resultados Los resultados obtenidos mediante los calculos correspodientes, fueron muy parecidos a los resultados arrojados por el programa dandole a este un alto grado de veracidad. La grafica de rendiemiento volumetrico fue una recta de tendencia decreciente. La eficiencia aumento a medida que la presion de descarga se incrementaba, crecio de forma parabolica. La curva de la potencia util crecio gradualmente, a medida que la presion de descarga aumentaba El consumo de potencia de la bomba aumento a medida que la presion de descarga aumetaba,a mayor caudal de trabajo menor carga de presion, al igual que el comportamiento de las bombas rotodinamicas Todas las curvas experimentales obtenidas tuvieron un comportamiento igual igual a las curvas teoricas. La tendencia de la grafica fue una recta decreciente a medida que la presion de descarga aumentaba. El comportamiento de la curva fue acorde con el comportamiento teorico.
- 12. Gráfico Nº1 Qv vs Po La tendencia de esta curva es similar al comportamiento teórico de la misma, ya que los puntos arrojan una tendencia recta de pendiente negativa lo que implica que a medida que disminuye el caudal volumétrico aumenta la presión de descarga, esto puede ser debido a que estas bombas a menor caudal poseen una mayor eficiencia global por lo que la presión de descarga logra ser mayor. Gráfico Nº2 Pgr vs Po y Pu vs Po En estas curvas también se aprecia una tendencia similar a la teorica donde la bomba se comporta tal que a mayor potencia de accionamiento a presión de descarga es mayor y al contrario a menor potencia de accionamiento es menor la potencia aprovechada y a su vez la presión de descarga. Grafica Nº3 Egr vs Po De igual manera que las curvas anteriores, este grafico posee una tendencia similar a la teórica y se observa que a medida que la presión de descarga es mayor la eficiencia global de la bomba aumenta. Conclusiones El aumento de presion en el fluido aocaciona que la valvula sea mas propensa a sufrir perdidas del caudal del trabajo, tayendo como consecuencia una disminucion de la eficiencia volumentrica. La eficiencia volumentrica disminuyo debido a que por el aumento de la presion en el fluido es mas propensa la bomba a sufrir perdidas del caudal de trabajo. La eficiencia global de la bomba de engranajes rectos es mas baja que las demas bombas, esto se debe a que debe trabajar con fluidos de alta viscocidad y debe consumir mas potencia, para solo entrar un porcentaje muy bajo al fluido.
- 13. Los resultados calculados fueron muy parecidos a los del programa, esto le da un gran porcentaje de fidelidad a los resultados y a futuros estudios a otras bombas de engranajes. Las bombas de engranajes no se desgastan con tanta facilidad, lo que trae como ventaja que posee gran durabilidad. Dado que el rendimiento volumetrico es un factor muy importante, se puede usar como indicardor de desgaste, ya que al haber una disminucion de este factor, nos indica, fuga por posible desgaste en los engranajes u otros componentes. La baja eficiencia se debe a que el consumo de potencia, lo usa para la absorsion y bajo porcentaje para la impulsion. Al analizar el comportamiento de las variables principales en las bombas de engranajes se observó que las curvas tienen un comportamiento similar al teórico mostrando valores bastante cerrado a los reales. En el gráfico de la eficiencia volumétrica se observa una tendencia recta, es decir, esta eficiencia es bastante estable ya que varía en función de la presión de descarga Las bombas de engranajes tienen eficacia y confiabilidad, ya que son bastantes robustas y para un caudal constante pueden ofrecer diversas alturas para distintos fluidos viscosos.
- 14. Recomendaciones Deberian hacer la practica fisicamente para asi ver y comprender el funcionamiento de una bomba de engranajes. Ofrecer mayor informacion teorica a los estudiantes del curso, para asi facilitar el desarrollo de la misma Dictar una brave charla explicando el procedimiento de la practica, y funcionamiento de la bomba para asi orientar al alumno.