Ver 3ª PARTE
Dimensionado y selección de bombas
El
dimensionado de la bomba del sistema actualmente comienza con la carga. La
especificación de un sistema hidráulico solamente trata con el movimiento de la
carga. De aquí, el primer parámetro para dimensionar una bomba es determinar el
caudal requerido. Luego, como mostramos anteriormente, debe considerarse la
capacidad de presión de la bomba. La presión necesaria para tratar con la carga
viene determinada por el dimensionado del cilindro. Entonces, sólo es necesario
añadir las pérdidas del sistema a la presión para alcanzar la capacidad de presión
de la bomba.
Circuito en bucle abierto
El circuito
en bucle abierto es con mucho el diseño más popular. Un ejemplo de un circuito
en bucle abierto puede tener un motor eléctrico que impulsa una bomba de
desplazamiento variable que extrae el fluido hidráulico de un depósito y empuja
el fluido a través de una válvula de control direccional. El fluido de la
válvula de control puede ser dirigido a través de una válvula de control
direccional. El fluido de la válvula de control puede ser dirigido a un lado de
un motor hidráulico reversible y luego enviado de vuelta al depósito. Las
bombas usada en aplicaciones de bucle cerrado pueden solamente bombear el
fluido en una dirección. En contraste al motor hidráulico reversible, el puerto
de la bomba no tiene el mismo tamaño – el puerto de entrada siempre es más
grande que el puerto de salida. La ventaja de un diseño en bucle abierto es
que, si es necesario, puede usarse una bomba simple para opera varias funciones
de actuador diferentes simultáneamente. La principal ventaja es el gran tamaño
del depósito. Generalmente, el depósito es dimensionado para mantener al menos
tres veces el volumen del fluido que puede ser suministrado por la bomba en un
minuto.
Circuito en bucle cerrado
En contraste
al diseño en bucle abierto, el circuito cerrado elimina la necesidad de un gran
depósito de almacenamiento. Puede usarse una bomba reversible para accionar el
motor hidráulico reversible. El diseño en bucle cerrado siempre se usa en
conjunción con un circuito de supercarga más pequeño. El circuito de supercarga
consiste en una bomba de desplazamiento fijo pequeña (usualmente alrededor del
15 % del desplazamiento de la bomba principal), un depósito de fluido pequeño,
filtros y un intercambiador de calor.
El circuito
de supercarga siempre trabaja en el lado de baja presión del bucle principal.
Su función es bombear el fluido filtrado en un bucle cerrado mediante válvulas
de control mientras se sangra un porcentaje de fluido caliente a través de una
válvula de control. Este fluido caliente se enfría en un intercambiador de
calor y se almacena en un depósito antes de volver al sistema principal. La presión
el circuido de supercarga se limita a 100 – 300 psi por la válvula de alivio de
supercarga. La configuración de presión de esta válvula está determinada por
los requerimientos de la combinación bomba/motor y las condiciones de operación
del sistema.
Las ventajas
de un circuito en bucle cerrado son que los sistemas de alta potencia son
compactos y eficientes y requieren menos almacenamiento del fluido hidráulico.
La alta eficiencia de este circuito es el resultado del control de la bomba que
se está diseñando para suministrar sólo el caudal del fluido requerido por el
actuador para operar en la presión de carga inducida. La bomba es el corazón
del sistema y controla la dirección, aceleración, velocidad y par del motor
hidráulico, eliminando la necesidad de componentes de presión y control del
flujo.
Una
desventaja principal de un circuito de bucle cerrado es que una bomba simple
puede sólo operar una función de salida o actuador simple. Adicionalmente, este
tipo de circuito de control hidráulico se usa generalmente sólo con actuadores
de motores.
Circuito de bucle medio cerrado
Este
circuito es similar al circuito cerrado excepto que puede ser usado con
actuadores de cilindros teniendo áreas diferenciales. Durante la retracción, el
área diferencial del pistón del cilindro origina un caudal mayor que el
necesario en la entrada de la bomba. Este exceso de caudal está dirigido al
depósito mediante una válvula de descarga. El fluido descargado es filtrado y
enfriado antes de su retorno al depósito. De esta forma, una porción del fluido
en bucle cerrado es filtrado y enfriado en un circuito en bucle abierto cada
vez que el cilindro hace un ciclo.
Características del rendimiento de la bomba
El
rendimiento de la bomba es extremadamente importante para el éxito total de
cualquier sistema hidráulico. Una bomba muestra pérdidas de tipo mecánico
además de pérdidas volumétricas. Las pérdidas mecánicas son el resultado del
movimiento del elemento de trabajo dentro de la bomba debido a la fricción. El
par teórico requerido para impulsar la bomba es igual al producto del
desplazamiento de la bomba y el diferencial de presión a través de la bomba.
Obviamente, el par actual es mayor que su valor teórico en orden de compensar
las pérdidas mecánicas dentro de la bomba. La eficiencia mecánica es el ratio
del par teórico respecto al par actual.
La
efectividad de una bomba para convertir energía mecánica de entrada en energía
hidráulica de salida debe ser medida por ensayos. Teóricamente, a bajas
presiones, el caudal de salida de una bomba de desplazamiento positivo es igual
al producto del desplazamiento y a la velocidad rotacional del eje según:
Conforme se
incrementa la presión diferencial en la bomba, el caudal a través de las
holguras o trayectorias de pérdidas dentro de la bomba se incrementarán para
crear caudal de deslizamiento, que será sustraído del caudal de la bomba. Por
lo tanto, la eficiencia de la bomba es el ratio del caudal actual respecto al
flujo teórico; este parámetro refleja la magnitud de las pérdidas volumétricas.
La
eficiencia total es igual a la eficiencia volumétrica multiplicada por la
eficiencia mecánica. Para seleccionar apropiadamente una bomba hidráulica para
una aplicación dada, la información sobre eficiencia es extremadamente
importante. Estos datos se obtienen por el fabricante de la bomba.
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