Diferentes Sistemas Hidráulicos | ciencia

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Actualizado el 08 de septiembre de 2019

Por S. Hussain Ather

Los sistemas hidráulicos son sistemas que usan cambios en la presión para controlar cómo se mueven los fluidos en la conducción de maquinaria, como herramientas, o en el movimiento de componentes mecánicos, como engranajes. Hay muchas formas diferentes de clasificar los sistemas hidráulicos a través de los diferentes medios de uso de la energía hidráulica a alta presión para levantar o soportar una carga.

Cada sistema hidráulico, sin importar su diseño o propósito, toma fluido de un depósito a través de una bomba a una válvula selectora de control. Esto convierte la energía mecánica en energía hidráulica.

TL; DR (Demasiado largo; No leído)

Los sistemas hidráulicos se pueden clasificar por su propósito y función en clases de hidráulica industrial, hidráulica móvil e hidráulica aeronáutica, así como en sistemas de desplazamiento fijo y sistemas de desplazamiento variable. Los tipos de bombas son bombas de engranajes internos, bombas de engranajes externos y bombas de tornillo (que son bombas de caudal fijo) y bombas hidráulicas de eje inclinado, bombas de pistones axiales, bombas de pistones radiales y bombas rotativas de paletas (que son bombas de caudal variable).

Diferentes tipos de sistemas hidráulicos

Los componentes generales del sistema hidráulico involucran fluido que fluye desde la válvula hasta un actuador de un sistema hidráulico. En el extremo superior del cilindro de accionamiento hay un pistón. La alta presión impulsa el pistón hacia abajo, forzando el fluido fuera del lado inferior del pistón antes de regresarlo a través de la válvula selectora al depósito, donde el ciclo continúa según sea necesario.

Desplazamiento fijo Los tipos de sistemas hidráulicos son sistemas en los que la cantidad de desplazamiento que produce la bomba no se puede cambiar. En su lugar, puede cambiar la velocidad de accionamiento que utiliza la bomba. Las bombas de engranajes se encuentran entre las bombas más simples y más utilizadas en la actualidad, y se incluyen en esta categoría. Las bombas de tornillo también entran en esta categoría.

Los sistemas hidráulicos también se pueden clasificar como lazo abierto o lazo cerrado. Cuando los fluidos hidráulicos fluyen continuamente entre la bomba y el motor sin ingresar a un depósito, puede llamar al sistema «cerrado». En otros casos, cuando el fluido del cilindro ingresa primero a un depósito y luego a la entrada de la bomba, el sistema está «abierto». Los sistemas hidráulicos de circuito abierto generalmente pueden funcionar mejor al producir menos calor, y los sistemas hidráulicos de circuito cerrado tienen respuestas más precisas de los componentes con el depósito de la bomba.

Bombas de engranajes internos

Bombas de engranajes internos o Bombas Gerotor use un engranaje interno a la bomba y un engranaje externo que pueda adaptarse a una amplia gama de usos. Por lo general, se usan con líquidos livianos como solventes y fuel oil, pero también pueden bombear líquidos espesos como asfaltos. Pueden manejar una amplia gama de espesores de líquidos y una amplia gama de temperaturas.

Estas bombas solo tienen dos partes móviles (el rotor es el engranaje exterior grande y la polea loca el más pequeño) y pueden operar tanto en dirección hacia adelante como hacia atrás. Esto los hace asequibles y fáciles de mantener. A pesar de las ventajas, estas bombas generalmente solo funcionan a velocidades moderadas con limitaciones de presión.

Las versiones de engranaje interno y engranaje externo son ejemplos de esto. Las bombas de engranajes internos funcionan con los siguientes pasos:

  1. El puerto de succión entre los dientes del rotor y la rueda loca permite que el líquido fluya hacia él. Los engranajes giran y el líquido fluye.
  2. La forma de media luna de la bomba divide el líquido y sella el área entre los puertos de succión y descarga.
  3. Cuando la cabeza de la bomba está casi completamente llena de agua, los engranajes entrelazados de la rueda loca y el rotor crean bolsas bloqueadas para que el líquido mantenga su volumen bajo control.
  4. El rotor y los dientes locos engranan para crear un sello entre los puertos de descarga y succión para forzar la salida del líquido en el paso de descarga.

Las bombas de engranajes internos se utilizan en una miríada de propósitos para aceites lubricantes y combustibles. Se utilizan en la producción de resinas, polímeros, alcoholes, solventes, asfalto, alquitrán y espuma de poliuretano.

Bombas de engranajes externas

Las bombas de engranajes externos, por otro lado, utilizan dos engranajes externos y se utilizan normalmente para la lubricación en máquinas herramienta, en unidades de transferencia de potencia de fluidos y como bombas de aceite en motores. Pueden usar un juego de engranajes o dos, y se pueden encontrar en engranajes rectos, helicoidales y en espiga. Los arreglos helicoidales y en espiga permiten un flujo de líquidos más suave que los engranajes rectos.

Las bombas de engranajes externos pueden funcionar a altas presiones porque tienen tolerancias estrechas y soporte del eje en ambos lados de los engranajes. Esta disposición del engranaje externo permite que la bomba cree succión en la entrada para proteger el fluido de fugas desde el lado que descarga el fluido. Estas características también hacen que las bombas de engranajes externos sean una excelente opción para la transferencia precisa de líquidos y la creación de polímeros, combustibles y aditivos químicos.

Las bombas de engranajes externos funcionan con los siguientes pasos:

  1. El volumen de la bomba se expande hacia la bomba a medida que los dos engranajes o los dos pares de engranajes emergen de un lado de la bomba.
  2. El líquido fluye hacia el recipiente de la bomba. Los dientes del engranaje atrapan el líquido mientras los engranajes giran contra la carcasa de la bomba.
  3. El fluido se mueve desde la entrada hasta la salida como parte del paso de descarga.
  4. Los dientes de los engranajes se enclavan entre sí para reducir el volumen y expulsar el fluido del interior.

Las bombas de engranajes externos pueden operar a altas velocidades, altas presiones y usar muchos materiales diferentes mientras funcionan silenciosamente en comparación con otros diseños de bombas. Son útiles para bombear agua combustible, alcohol, solventes, aceites, aceites lubricantes, aditivos químicos y ácidos. Los ingenieros también los utilizan para aplicaciones hidráulicas industriales y móviles.

Bombas de tornillo

Las bombas de tornillo son otro tipo de bomba de caudal fijo. Usan dos tornillos helicoidales que crean ejes que se entrelazan entre sí dentro de un contenedor, con un eje que impulsa la bomba. A medida que el fluido pasa a través de la bomba en una sola dirección, la salida se desplaza.

Los dos diseños principales de bomba de tornillo son la bomba de dos/doble tornillo (o bomba de tornillo doble) que usa dos tornillos entrelazados como se describe y la bomba de tres tornillos (o bomba de tornillo triple) que usa un solo tornillo que se entrelaza con otros dos tornillos para mover líquido. En ambos diseños, la diferencia de presión por el movimiento del tornillo hace que el agua se mueva.

En las bombas de un solo tornillo, los tornillos entran en contacto entre sí, lo que a menudo limita la bomba para manejar solo líquidos limpios. Estas bombas no producen mucho ruido porque el contacto entre los engranajes es continuo y son muy confiables para trasvasar combustibles, mover ascensores entre pisos y otras aplicaciones en la industria. Con líquidos de mayor viscosidad, las bombas de tornillo pueden ser menos eficientes.

Los ingenieros utilizan bombas de un solo tornillo, también conocidas como bombas de tornillo de Arquímedes, para mover agua en sistemas de alcantarillado, aguas pluviales, drenaje y aguas residuales industriales.

Bombas hidráulicas de eje inclinado

Las bombas hidráulicas de eje inclinado pueden ser un tipo de desplazamiento fijo o un tipo de desplazamiento variacional. El cuerpo de la bomba contiene una cámara de cilindro giratorio con pistones que actúan fuera de ella. Estos pistones agregan fuerza a una placa en el extremo del eje de modo que, cuando el eje gira, los pistones también se mueven. Esta fuerza controla el movimiento del fluido a través de la bomba.

Puede cambiar la carrera del pistón variando el ángulo de desplazamiento de la bomba, lo que hace que este tipo de bombas sean altamente confiables y eficientes para su uso, especialmente en maquinaria móvil.

Bombas de pistones axiales

En las bombas de pistones axiales, el eje y los pistones están dispuestos en forma radial alrededor del área de un círculo. Esto hace que el diseño sea compacto, eficiente y rentable. Mediante la aplicación de diferentes funciones de presión, flujo y control de energía, la bomba puede adaptarse a diferentes propósitos en la industria.

Un anillo excéntrico, que fluye de muchas fuentes a un solo canal, rodea la disposición de los pistones de tal manera que, cuando el eje gira, la distancia entre el anillo excéntrico y el centro del eje cambia para que los pistones se muevan a través de un ciclo que crea y disipa presión. Esto impulsa el fluido a través de la bomba.

Puede usar tornillos de ajuste o un pistón para cambiar la cantidad de desplazamiento que se produce. Esto hace que estos tipos de bombas sean candidatos naturales fuertes y confiables para usos de alta presión. Producen una cantidad baja de ruido, pero es posible que no funcionen bien a presiones altas.

Bombas de pistones radiales

Al operar bombas de pistones radiales, usted controla un eje giratorio de la misma manera que opera una bomba de pistones axiales. Pero, para las bombas de pistones radiales, el eje gira de tal manera que los pistones se extienden radialmente alrededor del eje en diferentes direcciones como si estuvieran alineados en la circunferencia de un círculo. La distancia entre el anillo excéntrico y el centro del eje también provoca las diferencias de presión que dejan fluir el fluido.

Estos tipos de bombas tienen una gran eficiencia, pueden operar a altas presiones, tienen un bajo nivel de ruido y, en general, pueden ser muy confiables. Tienen dimensiones mayores que las bombas de pistones axiales, pero el tamaño se puede cambiar para los fines apropiados. Son candidatos ideales para máquinas herramienta, unidades de alta presión y herramientas automotrices.

Bombas rotativas de paletas

Este tipo de bombas utilizan una bomba de desplazamiento rotatorio que tiene un recipiente, un rotor excéntrico, paletas que se mueven radialmente bajo fuerzas y una salida para disipar el líquido. La válvula de entrada permanece abierta mientras el líquido ingresa a la cámara de trabajo que restringen el estator, el rotor y las paletas. La excentricidad entre el rotor y las paletas crea divisiones de la cámara de trabajo que dejan entrar diferentes cantidades de volúmenes.

Cuando el rotor gira, el gas fluye hacia la cámara de succión ampliada hasta que la segunda paleta la sella. Luego, la bomba comprime el gas en el interior y, cuando la válvula de salida se abre contra la presión atmosférica, se detiene. Cuando se abre la válvula de salida, el aceite ingresa a la cámara de succión para lubricar y sellar las paletas contra el estator.

Bombas rotativas de paletas generan poco ruido y pueden ser confiables. Sin embargo, no funcionan bien con presiones altas. Son comunes en aplicaciones de máquinas herramienta, así como también en aplicaciones en vehículos para dirección asistida y como carbonatadores para dispensadores de máquinas de refrescos.

Tipos de sistemas hidráulicos en aeronaves

Hay muchos tipos diferentes de sistemas hidráulicos en aeronaves que realizan diversas funciones. Se utilizan para aplicar presión al activar los frenos en las ruedas e incluso pueden impulsar los sistemas de dirección de la rueda de morro, la retracción del tren de aterrizaje, los inversores de empuje y los limpiaparabrisas. Estos sistemas a veces tienen en cuenta múltiples fuentes de presión para muchas bombas que trabajan juntas.

Los ingenieros diseñan estos sistemas hidráulicos de modo que eviten el sobrecalentamiento al determinar la temperatura máxima a la que pueden operar. Están diseñados para que el sistema no pierda la presión necesaria por pérdida de fluido o falla de diferentes bombas. También tienen en cuenta la contaminación del fluido hidráulico por fuentes químicas externas.

Para las aeronaves, los sistemas hidráulicos constan de un generador de presión (o bomba hidráulica), un motor hidráulico que acciona el componente y un sistema de plomería que dirige el fluido por toda la aeronave. Estas bombas pueden tener una gama de fuentes de energía que incluyen bombas manuales, motores, corrientes eléctricas, aire comprimido y otros sistemas hidráulicos.

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