Máquinas

Bobcat es una línea de equipos agrícolas y de construcción fabricados en West Fargo, Gwinnery Bismark, en Dakota del Norte, EE. UU., por Bobcat Company, una subsidiaria de la empresa de corea del sur Doosan Infracore. La compañía vende pequeños cargadores, excavadorascompactas, vehículos utilitarios compactos y otros equipos hidráulicos pequeños, todos bajo la marca Bobcat.

El nombre inicialmente hacía referencia a los cargadores producidos por la empresa Melroe Manufacturing, la cual inició con un cargador en 1960, el modelo M-400, pero el nombre Bobcatempezó a ser usado en 1962 con el modelo 440.

Una bomba de pistón es una bomba hidráulica que genera el movimiento en el mismo mediante el movimiento de unpistón. Las bombas de pistones son del tipo bombas volumétricas, y se emplean para el movimiento de fluidos a alta presión o fluidos de elevadas viscosidades o densidades.

Cada movimiento del pistón desaloja, en cada movimiento un mismo volumen de fluido, que equivale al volumen ocupado por el pistón durante la carrera del mismo.

Aplicaciones de la bomba de Pistón

Máquinas Hidráulicas

Esta es la aplicación más habitual de las bombas de pistón, en las que se utilizan para bombear el fluido hidráulico que después accionará los diversos mecanismos (ej;motores hidráulicos, cilindros hidráulicos...)

Industria del agua a alta presión

• Para hidrolimpiadoras, normalmente en disposición de tres pistones cerámicos en línea para equipos industriales y profesionales, y de plato oscilante para las aplicaciones de bricolaje

• Para equipos de corte por chorro de agua, en las que actúa como impulsor primario antes del multiplicador de presión

• En equipos de chorreo de arena por agua a alta presión.

Industria de la minería y la construcción

• Bombeo de hormigón
• Bombeo de agua a alta presión para perforadoras y tuneladoras
• Como bomba de relleno de reservorios de petróleo en los pozos petroliferos.

Agricultura

• Como bomba para fumigación y tratamientos fitosanitarios
• Como bomba de trasvase en bodegas.
• Como bombas para sistemas de riego

Alimentación

• Para estabilizar el contenido microbiológico de zumos.

Las bombas de pistones están formadas por un conjunto de pequeños pistones que van subiendo y bajando de forma alternativa de un modo parecido a los pistones de un motor a partir de un movimiento rotativo del eje.

Figura 78 Bomba de pistones

Estas bombas disponen de varios conjuntos pistón-cilindro de tal forma que mientras unos pistones están aspirando liquido, otros lo están impulsando, consiguiendo así un flujo menos pulsante; siendo más continuo cuantos más pistones haya en la bomba; el liquido pasa al interior del cilindro en su carrera de expansión y posteriormente es expulsado en su carrera de compresión, produciéndose así el caudal.

La eficiencia de las bombas de pistones es, en general, mayor que cualquier otro tipo, venciendo, generalmente, presiones de trabajo más elevadas que las bombas de engranajes o de paletas.

Las tolerancias muy ajustadas de estas bombas las hacen muy sensibles a la contaminación del líquido.

Clasificación de las Bombas de pistones

Una clasificación genérica se presenta el siguiente esquema:

BOMBAS DE PISTONES	Bombas de pistones en línea	CAUDAL FIJO ÚNICAMENTE
	Bombas de pistones axiales. Bombas de pistones radiales.	CAUDAL FIJO VARIABLE

Según la disposición de los pistones con relación al eje que los acciona, estas bombas pueden clasificarse en tres tipos:

Figura 79 Piezas internas de una Bomba de pistones

  

• Axiales: los pistones son paralelos entre si y también paralelos al eje.
• Radiales: los pistones son perpendiculares al eje, en forma de radios.
• Transversales: los pistones, perpendiculares al eje, son accionados por bielas.

De todos estos tipos los que se utilizan fundamentalmente en maquinaria actualmente son las primeras de pistones axiales, por esta razón nos vamos a referir a este tipo de bombas y descartaremos los demás tipos.

A pesar de la variedad señalada, los altos niveles de presión operativa (hasta 700 kg/cm2) dan características de materiales, aleaciones, y tolerancias comunes a todas ellas

En este tipo de bombas, existen dos clases fundamentales: de caudal fijo y de caudal variable. Estas últimas serán analizadas más adelante.

El número de R.P.M. máximo así como la anchura máxima "B" del rotor, está limitado por la cantidad de material alimentario viscoso. De donde surge que el caudal de la bomba no puede ser aumentado.

Caudal Teórico:

Es el caudal que de acuerdo al diseño, debiera entregar la bomba (caudal Ideal)

Q_T = C * N (31)

Donde:

C = Cilindrada (cm³/rev)

N = Rpm (1/rev)

Bombas de pistones axiales.

En este tipo de bombas, los pistones están colocados dentro de un tambor de cilindros, y se desplazan axialmente, es decir, paralelamente al eje. Los pistones disponen de un "pie" o apoyo que se desliza sobre un plato inclinado. Estas bombas utilizan válvulas de retención o placas de distribución para dirigir el caudal desde la aspiración hasta la impulsión.

Como el plano de rotación de los pistones está en ángulo con el plano de la placa de válvulas, la distancia entre cualquiera de los pistones y la placa de válvulas cambia constantemente durante la rotación. Individualmente cada pistón se separa de la placa de válvulas durante media revolución, y se acerca a ésta durante la otra media revolución.

Figura 80 Bomba de tipo axial

La placa de válvulas tiene los orificios dispuestos de forma tal que la aspiración está abierta a los orificios de los cilindros en la zona de la revolución en que éstos se separan de la placa. Su orificio de salida está encarado a los orificios de los pistones en la zona del giro en la que los pistones se acercan a la placa de válvulas. Así, durante el giro de la bomba los pistones succionan fluido hacia el interior de los cilindros y, posteriormente, lo expulsan por la cámara de salida.

Existen dos tipos básicos, en uno el barrilete y los pistones son estáticos, mientras que el plato inclinado es el que gira accionado por el eje, en el otro el plato inclinado se mantiene fijo y son el barrilete y los pistones los que giran accionados por el eje. En ambos casos el principio del funcionamiento es el mismo. También, y en función de su construcción, estas bombas se pueden clasificar en dos grupos: en línea y en ángulo, según la posición del eje del barrilete con relación al del plato.

Así mismo hay dos formas típicas de mantener los pistones en contacto con el plato durante la aspiración, la menos usada consiste en el empleo de muelles situados en el interior del tambor y que fuerzan el pistón contra el plato, otra forma es mediante el empleo de un plato que sujeta los pies de los pistones.

Para evitar el contacto metal-metal entre el pie de los pistones y el plato inclinado, se utiliza un pequeña presión hidráulica para mantener una distancia entre ambas piezas.

Esta presión se transmite por el interior del pistón hasta la cabeza del mismo, y de allí al interior del pie, que está mecanizado para alojar una pequeña cantidad de líquido.

La carrera de los pistones será proporcional al ángulo de inclinación del plato con respecto al barrilete, y la cilindrada de la bomba variará en función de esta carrera y del número y tamaño de los pistones.

Una bomba de pistón es una bomba hidráulica que genera el movimiento en el mismo mediante el movimiento de un pistón. Las bombas de pistones son del tipo bombas volumétricas, y se emplean para el movimiento de fluidos a alta presión o fluidos de elevadas viscosidades o densidades.

Cada movimiento del pistón desaloja, en cada movimiento un mismo volumen de fluido, que equivale al volumen ocupado por el pistón durante la carrera del mismo.

El pistón de la bomba se desplaza de arriba hacia abajo o de atrás hacia adelante para colocar el alimento líquido dentro del cilindro.

Cuando el pistón es conducido en una dirección, el alimento líquido llena la cámara que está detrás de él. El alimento líquido es forzado dentro del sistema cuando el pistón se desplaza en dirección contraria. El flujo del alimento líquido hacia dentro y hacia afuera de la cámara es controlado por válvulas. La altura máxima de aspiración de este tipo de bomba es de aproximadamente 7 metros de profundidad. La capacidad de la bomba depende del tamaño del cilindro y de las brazadas por minuto.

La presión que puede producir la misma está dada por la resistencia mecánica del equipo de bombeo o la potencia del motor. 

• Ventajas

• La ventaja de de este tipo de bomba es que la misma permite la aspiración de pequeñas cantidades de sólidos.
• También permite su montaje sobre tuberías de pequeño diámetro.
• Otra ventaja muy importante es su capacidad de operación manual. 

• Desventajas

• Las desventajas son su bajo rendimiento,
• Su descarga pulsátil y
• Pueden aparecer ruidos y vibraciones.

Figura 81 Partes de una bomba de pistones axial

1. Tapa de válvula - permite acceso fácil a la válvula de chequeo sin remover las mangueras. Fácil para servicio.
2. Cilindro de fuera de borda - Embalaje de pistón puede ser inspeccionado o remplazado sin remover las mangueras.
3. Sellos de carcasa - Están cubiertos en una cavidad grasosa para evitar la contaminación.
4. Válvula de cheque- Sello anillado
5. Sellos de rodamientos de pistón universal- Tres empaquetados de extremos en "V" diseños dinámicos, palanca primaria en "V" empaquetada y palanca secundaria de sellos anillados trabaja en unísono para ofrecer protección múltiple entre el extremo mojado y la palanca.
6. Carcasas estándar- Los cigüeñales estándares solos y dobles de la bomba del pistón son universales en la línea de Múltiples comunes o Independientes

Figura 82 Bomba de pistón para transporte de uva.

Caracterizaba por contener; un cilindro de bombeo (12) de eje vertical en cuyo interior se desplaza un pistón (16), con movimiento lineal alternativo, - un cuerpo de válvulas (1) provisto de una válvula de entrada (2) y una válvula de salida (3), así como de una tapa de registró (4) en posición inclinada, - un cuerpo de entrada (7) acoplado a un orificio de entrada (6) realizado en el cuerpo de válvulas (1), susceptible de ser obturado por la válvula de entrado (2), - un cuerpo de salida (9) acoplado a un orificio de salida (8) realizado en el cuerpo de válvulas (1), susceptible de ser obturado por la válvula de salida (3), provisto de una botella de expansión (10), - medios de accionamiento para transmitir un movimiento lineal alternativo al pistón (16)

Los citados medios de accionamiento están constituidos por un cilindro hidráulico (15) equipado con fines de carrera (25), que recibe aceite a presión proveniente de un depósito de aceite (17) a través de una canalización de mando superior (21) o de una canalización de mando inferior (22), alternativamente, en función de la posición de un distribuidor (20) ella misma determinada por la posición de los fines de carrera 25 citados.

Bombas de pistones radiales

Las bombas hidráulicas rotativas de pistones radiales, pueden clasificarse en general según sus válvulas sean de asiento o rotativas. Las bombas multicilíndricas de pistones en línea tienen invariablemente sus válvulas de asiento. En las bombas radiales, los asientos pueden ser de válvulas de bola, de platillo o de asiento cónico.

Si los cilindros giran, las válvulas son de tipo rotativo o "deslizante" y son hermetizadas por una película de aceite entre las superficies móviles y estacionarias.

Las bombas que poseen válvulas rotativas son algo diferentes que las que poseen válvulas de asiento, siendo inevitable cierto resbalamiento a presiones altas, debido a la fuga de aceite a través del juego en las válvulas.

Figura 83 Bomba de pistón Radial

  

Además las presiones de trabajo de las bombas de válvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de mantener altas eficiencias volumétricas a una presión constante y además por el riesgo, de "agarrotamiento " de las válvulas bajo la acción de cargas excesivas.

Por tal razón las bombas de muy alta presión tienen válvulas de asiento, por lo que sus pistones no giran, y esta es la disposición clásica de las bombas de caudal fijo, o sea, de suministro constante. Las bombas alternativas de descarga constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros estacionarios.

Figura 84 Bombas rotativas de pistones axiales

El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales consiste en un barril de cilindros, pistones, un anillo y una válvula de bloqueo.

El barril de cilindros que aloja los pistones está excéntrico al anillo. Conforme el barril de cilindros gira, se forma un volumen creciente dentro del barril durante la mitad de la revolución, en la otra mitad, se forma un volumen decreciente.

El fluido entra y sale de la bomba a través de la válvula de bloqueo que está en el centro de la bomba.

Con las bombas de alta velocidad, de pistones radiales con válvulas de asiento, se obtienen eficiencias volumétricas sumamente altas, a valores de un 98%. Por lo general cada cilindro o cualquier otra cámara en la bomba es pequeño en relación bloque de acero que la rodea, y los pistones están tan pulidos que se adaptan: a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna.

Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que en los sistemas hidráulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo más baja y constante posible.

La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequeñas pulsaciones de muy alta frecuencia

Operación de las Bombas de pistones

El mecanismo básico de estos dispositivos es siempre una placa matriz circular rotando oblicuamente en un eje.

Al girar el eje, comunica un movimiento circular al bloque de cilindros. Este movimiento en conjunto con la inclinación de la placa, determina que el pistón desarrolle internamente en el cilindro un movimiento alternativo que permite el desarrollo de los procesos de aspiración y descarga. Este grupo de pistones giratorio se instala en el eje de entrada y es impulsado por el motor.

En la primera parte del proceso, los pistones se retraen provocando un aumento de volumen y una disminución de la presión con lo que se genera la aspiración. En la segunda etapa, los pistones comienzan a entrar y con esto se disminuye el volumen y como consecuencia se produce la descarga.

Si fuera posible variar la inclinación de la placa, la bomba será de caudal variable.

Las correderas del pistón pivotean y se deslizan por una arandela endurecida llamada arandela de empuje.

La arandela de empuje se sitúa en el plato distribuidor. Éste pivotea sobre dos pasadores de soporte y controla la salida de la bomba. Cuando el operador mueve el pedal de control de tracción para aumentar la velocidad de desplazamiento, el ángulo del plato distribuidor se acentúa.

A medida que gira el grupo de pistones, estos se mueven hacia adentro y hacia fuera de sus orificios y bombean el aceite. La cantidad de aceite bombeada es controlada por el ángulo del plato distribuidor.

Figura 85 Plato distribuidor de la Bomba de pistones

Mientras el plato distribuidor se mantenga en posición neutral, no se bombeará aceite. Cuando el operador mueve el pedal de control de tracción, aumenta el ángulo del plato distribuidor, lo que a su vez aumenta la carrera del pistón. Cuando la carrera del pistón aumenta, la cantidad de aceite bombeado aumenta y la velocidad de desplazamiento cambia.

Comparación entre las bombas de pistón radial y axial

La bomba hidráulica de alta presión es posiblemente la única aplicación donde el dispositivo se ha empleado con éxito y tanto es así , que actualmente existe la definida tendencia de utilizar más y más este tipo de bomba en todas las utilizaciones industriales, desplazando a las bombas de pistones radiales o en "estrella" a pesar de ser más robustas simples y durables, y ello muy posiblemente sea debido a la influencia de la técnica hidráulica aeronáutica ya en la aviación la cuestión peso es de vital importancia y este tipo de bomba es la que asegura mayor potencia por kilogramo de peso, Pero aparte esta razón las bomba con placa motriz circular oscilante de cilindros axiales ( paralelos al eje de la bomba) tiene tres ventajas fundamentales respecto a las bambas de pistones radicales .

a) Los cilindros se hallan muy cerca respecto del eje central de giro, por la cual: la fuerza centrífuga sobra los pistones es considerablemente menor.

b) El mecanismo que se encarga de producir el movimiento alternativo de los pistones es más rígido. Por esta razón los golpes de ariete que se presentan en estas bombas son mucho menores ya que los pistones pasa del tiempo de aspiración el de presión y viceversa, de una manera más suave, condicionando un menor nivel de ruido.

c) La utilización de bombas de cilindros axiales permite el empleo de válvulas deslizantes rotativas planas mientras que en las bombas de pistones radiales las válvulas rotativas deslizantes son cilíndricas en las primeras se permiten presiones tan: altas como 35 atm mientras que con las segundas no es posible para tener buenos rendimientos hidráulicos - pasar más allá de los 210 atm.

Consideraciones de inspección y puesta en marcha de las bombas a pistones

a) Antes de poner en marcha la bomba:

• Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo girar el eje con la mano. No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro.
• Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza de que este armada con propiedad. Controlar cuidadosamente el sentido de los giros, el eje de alineamiento, el valor de la presión de la válvula de alivio y el nivel de aceite.

b) Puesta en marcha de la bomba.

• Poner en marcha la bomba, mediante impulsos cortos de corriente al motor en una rápida sucesión de tal forma que la velocidad normal de giro sea alcanzada paulatinamente. Esto permite a la bomba su cebado interno, mientras la velocidad llega a su nivel normal, esta velocidad no debe ser mucho menor de la mínima recomendada, ya que es necesario la fuerza centrífuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas.
• Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que exista una contrapresión que asegure la lubricación interna. Una vez que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones de presión anotadas.

Imperan para este caso las condiciones generales que hemos expuesto para las bombas de paletas, sin embargo en razón de las estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro de las plantas industriales debiéndose recurrir en la mayoría de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones.

• Inversión del sentido de giro

El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede ser invertido solo en los modelos de plato matriz y/o de distribución por vástago central, siempre ateniéndose en las instrucciones del fabricante.

Las bombas de distribuidor por placa rozante y/o los de tambor a barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido.