1. 1. BOMBAS HIDRAULICAS
Todas las bombas de los sistemas hidráulicos son unidades de desplazamiento
positivo. Un sello mecánico separa la entrada y la salida. Estas bombas
transforman la potencia disponible en potencia hidráulica por medio de la entrega
de un flujo al circuito hidráulico. La resistencia al fluir aumenta (crea) la presión
del sistema hidráulico. El flujo a presión es potencia hidráulica y puede ser
expresado en unidades de caballos de potencia (HP), o kilovatios.
1.1 FACTORES DE SELECCIÓN
Cuando consideramos una bomba hidráulica, los siguientes factores serán
evaluados.
1.1.1 Desplazamiento.
Las bombas están generalmente clasificadas por su desplazamiento geométrico por
revolución, o por la carrera del elemento de bombeo. Esta clasificación se expresa
normalmente en pulgadas cúbicas de desplazamiento por revolución o centímetros
cúbicos por revolución, (Pul3/rev, cm3/rev). Otros métodos son usados con
frecuencia para clasificar la bomba en galones por minuto o litros por minuto
(G.P.M, L.P.M) a una velocidad de rotación específica. El desplazamiento teórico
es el 100% de la capacidad de la bomba sin deslizamientos ni pérdidas.
El desplazamiento real de una bomba es menor que el desplazamiento teórico.
Las pérdidas son debidas al deslizamiento o escape los cuales varían con la
presión, viscosidad y velocidad de empuje. También decrece el rendimiento por la
necesidad de precomprimir el fluido hidráulico antes de la entrega al circuito
Q
presurizado. De aquí nace el concepto de eficiencia volumétrica, η vb = b , que
Q Nb
es la relación entre la entrega real de la bomba Qb y la nominal o teórica QNb (ver
figura 1). Esta eficiencia volumétrica está entre un 92% a un 95%. Es
importante tener en cuenta de que ésta depende del nivel de presión a la que sé
este trabajando.

2. Figura 1. Parámetros involucrados en eficiencia volumétrica.
La rata de flujo de perdidas también se expresa en la forma
K∆P
Q perdidas = = λ b ∆P donde K es la constante particular de cada bomba, µ es la
µ
viscosidad dinámica del fluido y λb es el coeficiente de perdidas a temperatura
constante.
Figura 2. Muestra el funcionamiento de una bomba típica.
La bomba esta especificada a 10 gpm a 1750 r.p.m. usando un fluido de 100ssu a
140°F. Aunque la bomba teóricamente desplaza 10gpm, a 600psi entrega
solamente 9.5gpm,y a 1500psi, solamente 8.0gpm. Esta disminución en el
rendimiento de la bomba es el resultado de la disminución de la eficiencia

3. volumétrica por el aumento de la presión. La eficiencia volumétrica está definida
como la relación del desplazamiento real al desplazamiento teórico. El ejemplo de
la figura 2, tiene 95% de eficiencia volumétrica a 600psi y 80% de eficiencia
volumétrica a 1.500psi con el fluido especificado.
1.1.2 Especificación de la presión.
Las bombas están generalmente determinadas por la máxima presión de
operación. Operaciones más allá de estos puntos originan falla prematura. Con
frecuencia una bomba esta determinada por dos presiones una continua y una
intermitente. Las curvas de funcionamiento mostradas en la figura 2, indican que
la bomba puede operar a 1500psi. El fabricante puede especificar la bomba a
1.000psi continua y 1500psi intermitente. Estos valores son una guía en la
determinación de la vida relativa de las bombas bajo carga. Actualmente, no hay
una definición standard del ciclo de servicio, así el fabricante en particular
determina el significado exacto de su servicio intermitente.
1.1.3 Velocidad impulsora.
La mayoría de bombas operan mejor entre las velocidades mínima y máxima
especificada. La excesiva baja velocidad puede ser tan indeseable como la alta
velocidad exagerada.
1.1.4 Dirección de la rotación.
La rotación en el sentido horario es más común. Algunas bombas pueden rotar en
ambas direcciones y funcionar igualmente bien en los dos sentidos. Otras sin
embargo, aunque igualmente pueden operar en ambas direcciones, primero deben
ser convertidas mecánicamente para funcionar en reverso.
1.1.5 Requerimientos para el montaje.
Dimensiones totales, configuración de la carcasa, tipo de montaje, adaptación del
motor orientación de la tubería (rígida) son los factores básicos para el montaje.
Por ejemplo, algunas bombas tienen restricciones en la posición del montaje. Con
frecuencia se restringe el tipo de accionamiento y deben evitarse las caras en
voladizo y las transmisiones por correa en V.

4. 1.1.6 Especificaciones del fluido.
Para servicio y funcionamiento satisfactorio, se deberán observar recomendaciones
de los fabricantes, teniendo en cuenta fluido, filtración, y el nivel de limpieza. Los
fluidos son generalmente aceites hidráulicos con base de petróleo, o fluidos
sintéticos si se requiere resistencia al fuego. Son importantes el grado y la
viscosidad del fluido como también la compatibilidad química del fluido con las
partes de la bomba. La mayoría de los fabricantes publican las listas de los fluidos
recomendados.
1.1.7 Presiones de entrada.
La mayoría de las bombas proporcionan su propio y continuo cebamiento tomando
fluido para entregarlo al circuito. En algunas aplicaciones, el funcionamiento o la
vida de la bomba, es significativamente mejorada si la entrada es precargada con
una presión positiva. El máximo vacío permitido a la entrada o la presión de
entrada positiva recomendada con frecuencia es especificado por el fabricante de
la bomba, normalmente la entrada de una bomba está cargada con aceite, debido
a la diferencia de presiones entre el depósito y la entrada de la bomba.
Generalmente la presión en él deposito es la presión atmosférica, que es
(101325Pa, 1 Atm, 14.7Psi). Es necesario tener un vació parcial o una presión
reducida a la entrada de la bomba, para que ésta pueda aspirar aceite, ver
figura. 3
Figura 3. La presión atmosférica carga la bomba.
Una consideración muy importante al instalar una bomba es el peso especifico del
aceite, este origina una presión aproximadamente 0.09 kp/cm2 por cada metro de
altura (1.29 psi), para aplicar este principio consideramos los casos en que él
deposito de aceite este situado encima o debajo de la entrada de la bomba.

5. Figura 4. Nivel de aceite por encima de la bomba.
Cuando el nivel de aceite en él deposito esta por encima de la entrada de la
bomba, existe una presión positiva que empuja al aceite hacia la entrada de la
bomba. Sin embargo, si la bomba está situada por encima del nivel de aceite, se
necesita un vacío equivalente a 0.09 kp/cm2 (1.29 psi) por cada metro que el nivel
de aceite se encuentre por debajo de la bomba.
Figura 5. Nivel de aceite por debajo de la bomba.
En realidad, el aceite no es elevado por el vacío, sino que la presión atmosférica
impulsa el aceite contra el vacío creado a la entrada de la bomba cuando esta
funcionando.

6. Figura 6. Localización del nivel de la bomba.

7. Si fuese posible crear un vacío completo a la entrada de la bomba se dispondría de
1.03 kp/cm2 (14.7 psi) para impulsar el aceite. Sin embargo, prácticamente la
diferencia de presión disponible es mucho menor. Uno de los motivos es que los
líquidos se evaporan en un vacío. Esto introduce burbujas de gas en el aceite.
Las burbujas que son arrastradas a través de la bomba implotan con fuerza
considerable cuando se ven expuestas a la presión de salida y causan daños que
pueden perjudicar el funcionamiento de la bomba y reducir su vida útil.
1.1.8 Ruido.
La mayoría de bombas operan bien, dentro de niveles de ruido aceptables los
rangos en decibeles en los cuales operan la mayoría de las bombas oscilan entre
55 db y 75 db. Si el ruido es critico, se chequea según las especificaciones de
ruido recomendadas por el fabricante.
1.1.9 Restricciones especiales.
En algunos casos, el fabricante de la bomba, define las limitaciones especiales.
Ejemplos típicos incluyen: limites de presión por fugas en la carcasa o en el sello
del eje, aprovisionamiento para mantener llena de fluido la carcasa de la bomba en
cualquier momento y antes del arranque y la purga del aire durante el nuevo
arranque de la bomba.
1.1.10 Eficiencia total.
Ordinariamente la eficiencia total de la bomba sé muestra en curvas de
funcionamiento, similarmente también aquellos para la eficiencia volumétrica. La
potencia adicional requerida para vencer las perdidas mecánicas dentro de la
bomba, ayuda a reducir la eficiencia total. La eficiencia mecánica es la razón de
la potencia teórica hidráulica a la salida de la potencia requerida a la entrada. La
eficiencia total es el producto de las eficiencias mecánicas y volumétricas.
η tb = η vb × η mb . En la figura 7, se aprecian las curvas de eficiencia total y
volumétrica, así como la potencia de entrada y el caudal.

8. Figura 7. Curvas típicas de funcionamiento.
1.1.11 Control de las bombas.
La potencia neta de la bomba debe ser controlada para satisfacer los
requerimientos del circuito de potencia, durante todas las fases de operación del
ciclo normal. Si la bomba tiene un desplazamiento fijo, el control puede ser por
medio del elemento impulsor de la bomba o mediante válvulas de circuito
hidráulico. Alternativamente las bombas de desplazamiento fijo pueden incluir
válvulas integradas para proporcionar el tipo de control más común, tales como las
funciones de presión de alivio y descarga. (Ver figura 8 y figura 9)
válvula direccional de
cuatro vias tres
posiciones,centro
tanden
bomba
alta
presión
válvula
de
alivio

9. Figura 8. Bomba fija con descarga por válvula de seguridad o por
la direccional, cuando esta centrada.
válvula direccional de
cuatro vias tres
posiciones,centro
tanden
válvula bomba
cheque alta
presión
válvula
válvula de bomba de
descarga baja
alivio
presión
Figura 9. Circuito con bombas en paralelo.
En la figura 9 inicialmente ambas bombas alimentan el sistema, luego la bomba
de baja presión descarga el fluido por la válvula de descarga, cuando se venza su
taraje, y el circuito continúa con la bomba de alta presión, hasta vencer la presión
de taraje de la válvula de alivio.
Las bombas de desplazamiento variable se pueden ajustar para variar su entrega
total de volumen para el circuito en proporción a una señal originada a una
distancia, o nivel de presión predeterminado.
1.1.12 Costo.
Con frecuencia, el costo inicial de una bomba es solamente el costo que se evalúa.
A un cuando el costo inicial es el mas obvio, no es siempre el mayor factor del
costo. En general, las unidades del tipo de engranajes tienen el costo inicial mas
bajo, las bombas de paletas son intermedias, y las bombas de pistones tienen un
alto costo inicial. El costo de instalación; servicio y operación de la máquina,
aunque con frecuencia pasado por alto, debe ser considerado en el diseño del
sistema y en la selección de la bomba.
1.1.13 Temperatura.

10. Las temperaturas de operación, ambientales máxima y mínima para la bomba
deben ser determinadas, tal que los sellos, fluidos y cualesquiera otros
componentes sensibles a la temperatura pueden seleccionarse para satisfacer los
requisitos del sistema.
1.1.14 Mecanismos de las bombas.
Esta forma de clasificar a las bombas hidráulicas está relacionada con la dinámica
del bombeo, teniéndose así dos tipos de bombas, las rotativas y las reciprocantes.
Esta clasificación es frecuentemente usada por diversos autores. Las bombas
rotativas típicas son las de engranajes, paletas, tornillos y algunos diseños de
pistones. Por su parte las bombas reciprocantes típicas son las de diafragma y
algunos otros diseños de pistones. En general las bombas rotativas arrojan flujos
más suaves, con menos intensidad de las pulsaciones, mientras las bombas
reciprocantes tienen mayor capacidad de carga (presión).
1.2 COMPARACIÓN DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS Y BOMBAS
DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Las bombas hidrodinámicas o de desplazamiento no positivo tales como los tipos
centrífugos o de turbina, se usan principalmente para transferir fluidos donde la
única resistencia que se encuentra es la creada por el peso del mismo fluido y el
rozamiento.
La mayoría de Las bombas de desplazamiento no positivo funcionan mediante la
fuerza centrifuga, según la cual el fluido, al entrar por el centro del cuerpo de la
bomba, es expulsado hacia el exterior por medio de un impulsor que gira
rápidamente. No existe ninguna separación entre los orificios de entrada y salida,
y su capacidad de presión depende de la velocidad de rotación. Aunque estas
bombas suministran un caudal uniforme y continuo, su desplazamiento disminuye
cuando aumenta la resistencia. Es, de hecho, posible bloquear completamente el
orificio de salida en pleno funcionamiento de la bomba, esta operación se puede
efectuar gracias a que no existe una separación mecánica entre el puerto de
entrada y el puerto de salida.
1.2.1 Bombas Centrifugas.

11. Este diseño de bomba, (Ver figura 10), se muestra la configuración básica de
una bomba centrifuga de flujo radial, la bomba de tipo cinético más común. El
fluido se alimenta hacia el centro del impulsor y después se lanza hacia afuera a
través de las paletas. Al dejar el impulsor, el fluido pasa a través de una voluta en
forma de espiral en donde es frenado en forma gradual, provocando que parte de
la energía cinética se convierta en presión de fluido.
Figura 10. Bomba centrifuga.
El tipo de impulsor en una bomba depende de la acción hidrodinámica de las hojas
impulsoras para levantar y acelerar el fluido. Las bombas centrífugas pueden
transportar grandes cantidades de fluido, pero su eficiencia y flujo caen
rápidamente a medida que la presión o la viscosidad aumentan. Pueden también
utilizarse como bombas de precarga de las bombas de desplazamiento positivo.

12. Figura 11. Curva de funcionamiento para una bomba centrifuga.
A plena carga las bombas centrifugas tienen una mayor eficiencia que las bombas
reciprocantes (Ver figura 12).
Figura 12. Curvas de rendimiento.

13. Sin embargo en las instalaciones hidráulicas de potencia fluida los tiempos muertos
(tiempos de descanso), hacen parte de una buena porción del tiempo de trabajo.
Las perdidas durante el descanso son solamente alrededor del 10% de la carga
completa para las bombas de desplazamiento positivo y superiores al 60% o 70%
para las bombas centrifugas (Ver figura 13 y 14).
Figura 13. Curva de rendimiento de bombas centrifugas y bombas
de desplazamiento positivo.
Figura 14. Gráfica de ciclos de trabajo.
1.2.2 Bombas de desplazamiento positivo.

14. Todo sistema hidráulico incluye una bomba. Su función consiste en transformar la
energía mecánica en energía hidráulica, impulsando el fluido hidráulico en el
sistema. Las bombas de desplazamiento positivo, también llamadas bombas
hidráulicas, funcionan desplazando una cantidad definida de fluido con cada
carrera, revolución o ciclo. Esto se produce porque el fluido es atrapado en los
espacios que se crean entre los elementos de bombeo y la carcasa estacionaria.
Los elementos de bombeo principalmente incluyen diseños con engranajes,
lóbulos, pistones, paletas y tornillos.
La figura 15, muestra que el fluido entra en la bomba atravesando una válvula
antirretorno en la carrera de entrada. En la salida, la válvula antirretorno se cierra,
obturando la entrada. Cuando el pistón se mueve hacia delante, el fluido
desplazado debe pasar por el orificio de salida.
Figura 15. Principio de funcionamiento de una bomba de
desplazamiento positivo.
La presión viene determinada por la carga de trabajo y exceptuando una pequeña
cantidad de fugas, el caudal de salida es independiente de la presión. Esto hace
que la bomba de desplazamiento positivo sea más adecuada para utilizarse en la
transmisión de potencia. La bomba de desplazamiento positivo a diferencia de las
centrífugas producirá el mismo flujo a un valor de r.p.m. dado sin importar que
presión de descarga se tenga. A consecuencia de lo anterior una bomba de
desplazamiento positivo no puede ser operada contra una válvula cerrada en el
lado de la descarga. Sí ello ocurriera, la bomba seguirá produciendo flujo, lo cual
hará que la presión de salida aumente hasta que las líneas se rompan, o el
impulsor, o la bomba, se dañen severamente.
1.3 CARACTERISTICAS DE LAS BOMBAS
Las bombas se clasifican normalmente por su presión máxima de funcionamiento y
por su caudal de salida en (litros/minuto, g.p.m, etc.) a una velocidad de rotación
determinada.
1.3.1 Valores nominales de la presión.

15. El fabricante determina la presión nominal ∆P basada en una duración razonable
en condiciones de funcionamiento determinadas. Es importante anotar que no
hay un factor de seguridad normalizado correspondiente a esta estimación.
Trabajando a presiones mayores se puede reducir la duración de la bomba, causar
daños serios y ocasionar fallas.
En las figuras de los sistemas hidráulicos, se adopto el código de colores y
símbolos gráficos que corresponden a la norma Americana ASA denominada
posteriormente ANSI (American National Standards Institute). De esta manera se
pueden apreciar los cambios de presión de manera didáctica.
Presión del sistema.
Caudal de retorno.
Aspiración o drenaje.
Caudal controlado.
Presión reducida, presión piloto o presión de descarga.
Presión intensificada.
Fluido inactivo.
1.3.2 Desplazamiento.
Es el volumen de líquido transferido en una revolución, es igual al volumen de una
cámara multiplicada por el número de cámaras que pasan por el orificio de salida
durante una revolución de la bomba. El desplazamiento se expresa en Cb
(cm3/rev, in3/rev, etc.). La mayoría de las bombas tienen un desplazamiento fijo
que solo pude modificarse sustituyendo ciertos componentes. En algunas bombas
es posible variar las dimensiones de la cámara de bombeo por medio de controles
externos, variando así su desplazamiento. En ciertas bombas de paletas no
equilibradas hidráulicamente y en muchas bombas de pistones puede variarse el
desplazamiento desde cero hasta un valor máximo teniendo algunas la posibilidad
de invertir la dirección del caudal cuando el control pasa por la posición central o
neutra.
1.3.3 Caudal.
Una bomba viene caracterizada por su caudal nominal QNb en (litros/min,g.p.m) En
realidad puede bombear más caudal en ausencia de carga y menos a su presión de
funcionamiento nominal.

16. 1.3.4 Eficiencia.
1.3.4.1 Eficiencia volumétrica (ηvb).
En teoría, una bomba suministra una cantidad de fluido igual a su desplazamiento
por ciclo o revolución. En realidad el desplazamiento efectivo es menor, debido a
las fugas internas. A medida que aumenta la presión, las fugas también aumentan
y la eficiencia volumétrica disminuye. Las fugas pueden ser de dos tipos, de
puerto a puerto, lo que significa que hay un flujo de retorno desde el puerto
presurizado de salida hasta el puerto de entrada; o, en algunos diseños de
bombas, puede haber fugas hacia la carcasa, que va al tanque por la línea de
drenaje. La viscosidad del fluido, la temperatura y la presión de operación son las
propiedades que afectan la eficiencia volumétrica.
La eficiencia volumétrica es igual al caudal real de la bomba dividido por el caudal
teórico. Se expresa en forma de porcentaje.
Q
Eficiencia volumétrica = Caudal real / Caudal teórico, η vb = b , el valor de
Q Nb
eficiencia volumétrica oscila entre [0.92-0.96]
Por ejemplo, sí una bomba tiene un desplazamiento de 15 pulg3/rev. A 1750 r.p.m.
podría entregar:
Pul 3 rev 1gal
QNb= 15 × 1750 × = 113.63 G.P.M
rev min 231Pul 3
Sí el caudal obtenido a 1750 r.p.m. es de 104.25 G.P.M, la bomba tendrá una
eficiencia volumétrica de:
ηvb = 104.2 G.P.M / 113.63 G.P.M = 91.74%
Debido a que la ineficiencia volumétrica no produce trabajo mecánico, las fugas
producen calor. Sí la bomba opera con una presión de descarga de 1800 psi, la
rata de generación de calor debido a las fugas es:
Qf=1.48 Qperdidas∆P [BTU/h]= (113.63 G.P.M - 104.2 G.P.M) x 1800 psi = 25077
Btu/h
1.3.4.2 η
Eficiencia mecánica (ηmb).

17. Otro tipo de ineficiencia es la producida por la fricción mecánica durante la
operación de la bomba. Si la bomba fuera a entregar flujo a presión cero,
entonces no habría requerimientos de fuerza (torque).
Si nuevamente consideramos la bomba de 15 pulg3/rev de desplazamiento,
operando a 1800 psi, el torque teórico será:
Pul 3
15 × 1800PSI
C × ∆p rev
T= b = = 4297 lbf-pulg
2π 2π
Suponiendo que el torque requerido para mover la bomba a 1800 psi es de 4530
lbf-pulg, la eficiencia mecánica será:
ηmb = To/Tr=4297 lbf-pulg / 4530 lbf-pulg = 94.86%
Un aspecto, que vale la pena resaltar, es que la relación entre la eficiencia
volumétrica y la mecánica cambian con la presión y la velocidad de operación. A
una baja presión, la eficiencia volumétrica es alta; pero la eficiencia mecánica,
baja. A una alta presión, una mejor lubricación incrementa la eficiencia mecánica,
pero las fugas disminuyen la eficiencia volumétrica. Con respecto a la velocidad, la
eficiencia mecánica es alta a bajas velocidades. Sin embargo, la eficiencia
volumétrica es más alta a la máxima velocidad. Esto es debido a que las fugas
dependen de la presión. En consecuencia, las fugas son un pequeño porcentaje
de la gran cantidad de flujo producido a alta velocidad.
1.3.4.3 Eficiencia global o total (ηTb).
En el proceso de seleccionar una bomba hidráulica es importante que se comparen
las eficiencias. Es muy común que la literatura técnica tenga en cuenta un tipo de
eficiencia pero no el otro. Sin embargo, la mejor forma de comparar es a partir de
la eficiencia global, que incluye ambas, la volumétrica y la mecánica.
Matemáticamente, la eficiencia global, es la simple multiplicación de los dos
valores. La eficiencia global, para la bomba del ejemplo, sería: . η tb = η vb × η mb
ηTb = 91.7% x 94.86% = 87.03%
Otra forma de determinar la eficiencia de una bomba es la potencia teórica de
salida con los requerimientos de potencia del motor primario. Si la bomba produce
104.25 gpm a 1800 psi, la potencia de salida será:
Q × ∆P 104.25G.P.M × 1800PSI
Pots= b = = 109.46 HP
1714 1714
Y la potencia de entrada:
Tr × N 4530Lb − Pul × 1750r.p.m
Pote = = = 125.83 HP
63000 63000
La eficiencia global será:

18. ηTb = Pots/ Pote= 109.46 HP / 125.78 HP = 87.03%
Este valor es igual al anteriormente obtenido multiplicando las eficiencias
volumétrica y mecánica.
1.3.5 λ
Coeficiente de perdidas: (λb).
Este valor esta involucrado en el caudal que se pierde por drenaje a tanque y es
función de la velocidad la temperatura y la presión con frecuencia el diseñador de
bombas calcula este valor experimentalmente, controlando los diferentes
parámetros.
Κ
λb =
µ
Κ= constante particular para cada bomba.
µ= viscosidad dinámica del fluido.
1.4 FORMULAS BASICAS
Estas ecuaciones son desarrolladas por la lógica de la maquina
Qb= caudal de entrega QNb= caudal nominal o teórico
Q1= caudal de perdidas Nb= revoluciones por minuto
Cb= desplazamiento o capacidad ∆P= cambio de presión
ηvb= eficiencia volumétrica ηmb= eficiencia mecánica
ηTb= eficiencia global o total λb= coeficiente de perdidas
Tr= torque real To= torque teórico
Qf= calor disipado Hp= potencia de consumo

19. Figura 16. Parámetros bomba de desplazamiento positivo.
η
Qb = Cb* Nb*ηvb < QNb= Cb* Nb
η tb = η vb × η mb , ηvb= (Qb/ QNb)*100, ηmb=(Tr/To)*100
C b × ∆p C b × ∆p
To= , Tr= × η mb
2π 2π
K∆P
η
Q1= Cb* Nb*(1-ηvb), Q1 = = λ b ∆P
µ
Qf=1.48 Q1*∆P (BTU/h), Qf=1.56 Q1*∆P (kj/h)
Q b × ∆P Q b × ∆P
Pot= [HP] Pot= [Kw]
1714 × η Tb 2298 × η Tb
Q Nb × ∆P Q Nb × ∆P
Pot= [HP] Pot= [Kw]
1714 × η m 2298 × η m
1.5 CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS HIDRAULICAS
Tres tipos de bombas son las mas comúnmente usados; de engranajes, de aspas o
paletas y de pistones.

20. CLASIFICACIÓN DE BOMBAS HIDRAULICAS
Bombas hidráulicas
de desplazamiento positivo
Desplazameinto Desplazamiento
Fijo Variable
Engranajes Paletas Pistones Paletas Pistones
Balanceadas
Externos Internos Radial Axial Eje Operadas Operadas Pistones Pistones Eje
Quebrado directamente por piloto Radial Axial Quebrado
Luna Georotor
Creciente
Cuadro sinóptico clasificación de las bombas (Racine-Rexroth)
1.6 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO FIJO
1.6.1 Bombas de engranajes externos.
Figura 17. Bomba de engranajes externos.
Una bomba de engranajes (Ver figura 17), suministra un caudal, transportando
el fluido entre los dientes de dos engranajes bien acoplados. Uno de los
engranajes es accionado por el eje de la bomba y hace girar al otro. Las cámaras
de bombeo, formadas entre los dientes de los engranajes, están cerradas por el
cuerpo de la bomba y por placas laterales llamadas frecuentemente placas de
presión o de desgaste, algunas bombas poseen un campo de presión o
pressure field (Ver figura 18) que consiste en un compartimento en la cara

21. frontal y posterior donde se aloja el aceite cuando la bomba esta en operación
evitando que pierda eficiencia volumétrica debido a la alta presión a la cual esta
operando.
Figura 18. Bomba de engranajes con campos de presión.
En general, las bombas de engranajes no están equilibradas hidráulicamente
debido a que la alta presión en el orificio de salida impone una carga no
equilibrada sobre los engranajes y cojinetes. Cojinetes grandes incorporados en
este diseño equilibran las cargas. Estas bombas pueden llegar a trabajar a
presiones de hasta 3600 psi con una compensación adecuada de las cargas
axiales.
El volumen se forma entre los flancos de los dientes y las paredes de la carcasa.
V= m×z×b×h×π
.m= modulo
.z= cantidad de dientes
.b= ancho de dientes investigar
.h= altura de dientes

22. 1.6.1.1 Despiece bomba de engranajes externos.
Figura 19. Despiece de bomba de engranajes externos.
1.6.1.2 Nivel de filtración.
Las bombas de engranajes requieren altos niveles de filtración debido a que entre
la tolerancia radial que existe entre el diente del engrane y la pista de la carcasa
(ver figura 20), es muy susceptible a ser rayada lo cual traerá como
consecuencia que la bomba ya no levante la presión con la cual fue diseñada, se
recomienda utilizar filtros con malla numero 100 o un nivel superior, también es
posible utilizar filtros en serie para una adecuada filtración en el puerto de succión
de la bomba.
Figura 20. Tolerancias bombas de engranajes externos.
1.6.1.3 Fugas en bombas de engranajes.
Las fugas pueden ser internas, cuando hay flujos de retorno al puerto de succión;
o externas, cuando hay flujos a través de la carcasa, los cuales son conducidos al
depósito por el drenaje de la bomba o el motor. En general la mayoría de las
bombas de engranajes no tienen fugas externas. Consecuentemente su eficiencia

23. volumétrica es afectada sólo por las fugas desde el puerto de presión al puerto de
succión, fugas internas.
Las fugas internas de las bombas de engranajes pueden tomar dos trayectorias. La
primera es la que recorre el fluido presurizado que pasa por el juego que hay entre
la envoltura y las puntas de los dientes de los engranajes. No obstante también se
presentan fugas entre los mismos dientes de los engranajes estrechamente
ajustados. Se debe recordar que es necesario el juego, ya que los engranajes
deben girar dentro de la envoltura de la bomba. Este juego permitirá que el
líquido a presión fluya por las paredes hasta el lado de succión.
Las bombas de engranajes de alta presión están diseñadas con placas de desgaste
flotantes también conocidas como placas de empuje. Estas dos placas de desgaste
están localizadas dentro de la envoltura de la bomba, a cada lado de los
engranajes. Para facilitar el arranque de la bomba las placas de desgaste
generalmente tienen superficies de bronce y están mecánicamente forzadas contra
las caras de los engranajes pero con una carga ligera. A medida que la presión
aumenta, esta crea una fuerza hidráulica que tiende a alejar a las placas de
desgaste de los engranajes. Sin embargo la fuerza hidráulica es balanceada por
una cavidad de presión creada en el lado opuesto de una (o a veces ambas,
dependiendo del diseño de la bomba) de las placas de desgaste. El área efectiva
de esta cavidad de presión esta precisamente diseñada de tal forma que una
pequeña fuerza hidráulica siempre exista para forzar las placas de desgaste contra
la superficie de los engranajes. Durante su operación, las placas autoajustan el
juego de la bomba, de acuerdo con el nivel de presión. Por supuesto a más alta la
presión del sistema más alta es la carga hidráulica en las placas de desgaste. Las
placas de desgaste presurizadas reducen las fugas a un mínimo sin crear excesiva
fricción mecánica. Por otro lado permiten que la bomba compense por sí misma el
desgaste.
1.6.1.4 Niveles de ruido.
En el pasado las bombas de engranajes tenían mala fama debido al alto nivel de
ruido durante su operación. Este es una combinación de ruido mecánico debido al
engranar de los dientes, e hidráulico creado por la alta frecuencia de los pulsos de
presión ocasionados por el alto número de cámaras de bombeo. Afortunadamente
los diseños computarizados de engranajes y las nuevas técnicas de fabricación han
producido bombas de engranajes que operan con niveles de ruido muy
satisfactorios. Las bombas con engranajes helicoidales son silenciosas, pero
producen un empuje axial no deseado. Este tipo de empuje se puede abolir con
el uso de engranajes herringbone (espina de pescado).

24. 1.6.1.5 Dirección de rotación.
Cuando se selecciona una bomba de engranajes se debe ser cuidadoso al ordenar
que tenga una correcta dirección de rotación. Esta precaución es necesaria dado
que la mayoría de las bombas de engranajes no pueden ser convertidas fácilmente
para cambiar de una dirección de rotación a otra. De hecho pueden requerir una
envoltura separada (disposición invertida) para convertir la dirección de rotación.
Si observamos cualquiera de las ilustraciones de corte transversal de una bomba
de engranajes, a primera vista parece que la dirección de rotación puede ser
cambiada simplemente variando el sentido de giro. En teoría esto hará que el
mecanismo bombee al revés, por lo que simplemente requiere que se conecten las
líneas de succión y de presión en los puertos opuestos. Sin embargo este no es el
caso. La mayoría de las bombas con capacidad de autocebado tienen un puerto
de succión más grande que el de descarga. Esto facilita el uso de la tubería de
succión adecuada en la entrada de la bomba. En consecuencia, sí sólo se cambia
la dirección de rotación, la bomba tratara de impulsar el flujo a través de un puerto
más pequeño, mientras que bombea a un puerto más grande. Esto no sería
recomendable.
Otro problema en cambiar la dirección de rotación de una bomba de engranajes es
que la mayoría no tienen un drenaje externo. Dado que la carcasa no está
conectada al depósito, la baja capacidad de presión de sellado del sello del eje
hace que tenga que ser internamente conectado a la succión de la bomba. Si esto
no se hace cuando la dirección de rotación de la bomba es cambiada, el fluido a
alta presión puede causar fallas inevitables en este sello.
Las bombas con placas de desgaste presurizadas pueden requerir placas
totalmente diferentes para operar en dirección contraria. Esto se debe a que la
cavidad de presión creada detrás de la placa no es simétrica. De hecho debe ser
cargada con mayor intensidad en el lado de presión que en el de succión. Al
operar estas bombas en dirección equivocada, no se tendrá el sello adecuado dado
por las placas de desgaste.
1.6.1.6 Funcionamiento.
Básicamente el bombeo se produce por dos ruedas dentadas que engranan y
desengranan produciendo el flujo. Las bombas de engranajes externos usan dos
ruedas idénticas girando una contra otra. Una rueda es conducida por el motor, y
esta a su vez conduce a la otra rueda. Sin embargo, si el diseño de la bomba es
de menos de seis dientes, la rueda conducida suele ser impulsada externamente
por la acción de un engranaje externo que la mueve a la misma velocidad que la
rueda acoplada directamente al eje. Cada rueda es soportada por un eje con
rodamientos en ambos lados.

25. Según se describe en la figura 21, los pasos en el funcionamiento de una bomba
de engranajes externos son:
1. A medida que las ruedas desengranan van generando un volumen en
expansión en la entrada de la bomba. El líquido fluye hacia adentro y es
atrapado por los dientes de los engranes a medida que giran.
2. El líquido viaja alrededor de la parte interior de la carcasa dentro de las
cavidades formadas por los dientes y la carcasa. No pasa por entre las ruedas.
3. Finalmente, al engranar las ruedas se fuerza al líquido a salir por el puerto de
descarga presurizado.
Figura 21. Funcionamiento de las bombas de engranajes
externos.
Cuando los dientes engranan, el fluido que está en la cámara desarrolla un nivel
elevado de presión. Unas muescas de descompresión mecanizadas en las placas
laterales descomprimen el fluido. El líquido a presión se canaliza en una ranura
para lubricar los cojinetes.
Debido a que las ruedas son apoyadas en los dos extremos, las bombas de
engranajes externos pueden ser muy silenciosas y son usadas frecuentemente
para aplicaciones de alta presión, como aplicaciones hidráulicas. Sin cargas en
voladizo sobre los rodamientos, en el eje del rotor no hay deflección evitando
desgastes prematuros.
1.6.1.7 Desbalanceo hidráulico.
La principal causa de falla en las bombas de engranajes externos probablemente
sea debida a fallas en los cojinetes. Como se aprecia en la figura 22, en este
tipo de bombas se generan altas cargas mecánicas en los ejes y cojinetes debidas
a las fuerzas de presión desbalanceadas. Estas cargas son significativas a
presiones normales de trabajo, haciendo que el tamaño y el diseño de los
cojinetes, así como la precisión de su alineamiento, sean factores críticos en su

26. diseño. Por estas razones las bombas de engranajes baratas están usualmente
limitadas a presiones de operación máximas de 1500 psi o menos.
Figura 22. Fuerzas debidas a la presión en las bombas de
engranajes.

27. Figura 23. Efecto de las fuerzas de contacto entre los dientes.
Como se muestra en la figura 23 las fuerzas de contacto entre los dientes se
suman a la carga que tienen que soportar los cojinetes de la rueda conducida,
pero se restan de las cargas de los cojinetes de la rueda conductora. Las fuerzas
de contacto son de cerca de un 10% de las fuerzas de presión, por lo que se tiene
una capacidad sobrante en el cojinete de la rueda conductora, permitiendo
manejar algunas cargas desbalanceadas de una polea o un engranaje conductor.
También se concluye de lo anterior que en los casos de operación extrema, cuando
las cargas permitidas de los cojinetes se exceden, se puede esperar que el cojinete
de la rueda conducida falle primero.
Cuando se usan cojinetes de deslizamiento las cargas son soportadas por películas
hidrodinámicas de lubricante. Para tener un espesor adecuado de la película y
evitar el contacto metal a metal y el desgaste, se requiere de unas r.p.m. mínimas
y de una viscosidad del fluido mínima. Por tanto, se debe evitar la operación en
condiciones de altas cargas, bajas r.p.m. y altas temperaturas.
Las bombas de engranajes externos pueden operar a altas presiones (más de 4500
psi), simplemente equipándolas con una estructura de apoyo adecuada para
soportar estas cargas hidráulicas desbalanceadas. Las bombas de alta presión
tienen ejes de gran diámetro que ofrecen resistencia y permiten el uso de
rodamientos más grandes. Dependiendo del diseño de la bomba estos cojinetes
suelen ser rodamientos de agujas o bujes hidrodinámicos (lubricados a presión).
1.6.1.8 Tipos de engranajes.
Los engranajes pueden ser rectos, helicoidales o de doble helicoide (espina de
pescado). Los engranajes helicoidales y de espina de pescado ofrecen un flujo
más uniforme que los engranajes rectos, aunque todos los tipos de engranaje
producen flujos relativamente uniformes. Las bombas de engranajes externos de
gran capacidad, normalmente usan engranajes helicoidales o de espina de
pescado.
1.6.1.9 Curvas de desempeño.
Las curvas típicas de desempeño se muestran en las figuras 24 y 25 Las
presiones nominales entre los 2000 y 3000 psi (140 a 210 bares) son comunes
para la mayoría de los diseños. Algunas bombas de trabajo pesado tienen rangos
de presión de hasta 4000 psi (280 bares).

28. Figura 24. Eficiencia de una bomba de engranajes de trabajo
mediano.
Figura 25. Eficiencia de una bomba de engranajes de trabajo
pesado.

29. 1.6.2 Bombas de engranajes internos.
Figura 26. Bomba de engranajes internos.
Los diseños de bombas de engranajes internos fueron utilizados por primera vez
en Bélgica, son simples y compactos y tienen un bajo nivel de ruido. Aunque los
niveles de presión de operación no son generalmente tan altos como los de otras
unidades de desplazamiento positivo, y la eficiencia tiende a caer a medida que la
temperatura aumenta, son muy apropiadas para ciertas aplicaciones industriales
donde la temperatura es moderada, las cargas son ligeras o intermitentes y el
consumo de potencia es bajo.
Por cada revolución de una bomba de engranajes internos, las ruedas tienen
bastante tiempo para desengranar permitiendo que los espacios entre los dientes
se llenen completamente, evitando la cavitación. El aumento de volumen se
produce en un ángulo de giro de aproximadamente 120º. Las bombas de
engranajes internos logran bombear fluidos con viscosidades por encima de
1'320.000 cSt (6'000.000 SSU) y también líquidos de muy baja viscosidad, como el
propano y el amoniaco. Además, las bajas velocidades y la baja presión de
entrada proporcionan una descarga constante y bastante pareja a pesar de que
haya variaciones en las condiciones de presión.
La mayor ventaja de cualquier bomba de engranajes internos es que las ruedas
engranan en un diámetro interno. La rueda interna sigue a la externa a través de
más grados de rotación. Esto significa que las ruedas engranan y desengranan a
una velocidad relativamente más baja. Esto genera un flujo más uniforme hacia y
desde la bomba. En el lado de succión de la bomba, este desengrane a velocidad
relativamente baja proporciona un mejor llenado de la bomba. La menor velocidad
del flujo le permite a la bomba arrancar con fluidos más viscosos durante las
condiciones frías de encendido. Asimismo, el desengranar menos radical de los
dientes a la salida de la bomba, significa un flujo de salida más uniforme, y en
consecuencia, un menor nivel de ruido durante la operación.

30. El volumen se forma entre los flancos de los dientes, las paredes de la carcasa y la
pieza de llenado
V= m×z×b×h×π
.m= modulo
.z= cantidad de dientes de la rueda dentada interior
.b= ancho de dientes
.h= altura de dientes.
1.6.2.1 Despiece.
Figura 27. Despiece de una bomba de engranajes internos.

31. 1.6.2.2 Niveles de ruido.
Una característica muy favorable de las bombas de engranajes internos es su bajo
nivel de ruido. La figura 28 muestra las curvas de sonido de una unidad típica
operando sobre un rango de presiones y velocidades. El nivel de sonido es
uniformemente bajo. El gran arco en el que engranan las ruedas provee un
acoplamiento gradual de los dientes y un flujo de salida suave, minimizando tanto
el ruido directamente transmitido al aire, como él generado por el fluido.
Figura 28. Niveles de sonido de una bomba de engranajes
internos.
1.6.2.3 Dirección de rotación.
Debido a que solo tienen dos partes móviles, son confiables, simples de operar y
fáciles de mantener. Pueden ser operadas en ambas direcciones lo que permite
obtener una mayor utilidad en una variedad de aplicaciones. Están disponibles en
configuraciones simples y múltiples.

32. 1.6.2.4 Funcionamiento.
Una bomba de engranajes internos consta de una rueda interior, una exterior y
una pieza en forma de medialuna la cual actúa como sello. La figura 29 muestra
una configuración típica. Tal como en la de engranajes internos, el fluido es
conducido en los espacios entre los dientes.
Figura 29. Bomba de engranajes internos.
Según se describe en la figura 30, los pasos en el funcionamiento de una bomba
de engranajes internos, son:
1. El líquido entra al puerto de succión entre los dientes del rotor (engranaje
grande exterior) y del conducido (pequeño engranaje interior). Las flechas indican
la dirección de la bomba y del líquido.
2. El líquido viaja a través de la bomba dentro de los dientes de los engranajes.
La medialuna divide el líquido y actúa como un sello entre la succión y la descarga.
3. La bomba esta casi completamente inundada, justo antes de forzar al fluido a
salir por la descarga. Los espacios entre los dientes del engranaje rotor y
conducido forman paquetes cerrados de líquido, lo que asegura un control del
volumen.
4. Los dientes del engranaje rotor y el conducido engranan completamente
formando sello entre la descarga y la succión, y forzando al líquido a salir por la
descarga.
Figura 30. Funcionamiento de las bombas de engranajes
Internos.

33. 1.6.2.5 Desbalanceo hidráulico.
Las ruedas giran entre placas laterales fijas con tolerancias fijas. Sin embargo,
algunos diseños tienen una placa lateral, o placas, cargadas con presión, para
controlar las tolerancias en las caras de los engranes o para permitir la expansión
térmica de las ruedas durante la operación.
La fuerza debida a la presión desbalanceada en la rueda interna, es soportada por
una chumacera. Tal como en las bombas de engranajes externos, el tamaño de la
rueda debe ser reducido a medida que se trabaja con presiones mayores, para
mantener la carga de los cojinetes dentro de los límites aceptables. Las fuerzas de
presión actuando hacia afuera en el engranaje exterior son en parte
contrarrestadas por la presión hidrostática del fluido filtrado en el perímetro de la
rueda.
1.6.2.6 Desempeño.
Aunque hay algunas bombas de engranajes internos diseñadas para operar a
presiones por encima de los 3000 psi (210 bares), la mayoría son usadas en
aplicaciones industriales a 2000 psi (140 bares) o menos. Los diseños para
presiones mayores usualmente no sólo emplean placas laterales cargadas con
presión, sino que también usan una medialuna o cuña cargada con presión hacia
los dientes para controlar las tolerancias y reducir las fugas. También se tienen
diseños con un soporte hidrostático para la rueda exterior.
Una forma alternativa de lograr altas presiones es empleando unidades de
múltiples etapas. La salida de la primera etapa es conducida directamente hacia la
segunda, etc. En estos diseños, el aumento de presión obtenido por etapa esta
limitado a 1500 psi (100 bar). Obviamente, el diseño de múltiples etapas ya no
tiene las ventajas de tamaño compacto y simplicidad de una bomba simple.
El desempeño típico de una bomba con tolerancias fijas se muestra en la figura
31. El uso de placas laterales cargadas con presión ayudará a mantener una
eficiencia razonable a medida que la temperatura aumenta y la viscosidad del
fluido se hace menor. Un aumento de la temperatura de 38ºC (100 F) hasta unos
70ºC (160 F), puede cambiar la viscosidad por un factor de 3 o más, con el
correspondiente aumento de las fugas en las unidades de tolerancias fijas.

34. Figura 31. Desempeño de una bomba de engranajes internos.
La eficiencia de las bombas de engranajes internos es buena a bajas temperaturas
y presiones. Esta tiende a bajar a medida que la temperatura aumenta y las
condiciones de operación máximas son alcanzadas. Sin embargo, la potencia
desperdiciada es pequeña y el desempeño aceptable, en aplicaciones donde los
ciclos de trabajo son intermitentes.
1.6.3 Bomba Georotor.
Figura 32. Componentes internos de una bomba georotor.

35. Un tipo especial de bomba de engranajes internos es la bomba georotor (ver
figura 32). El término georotor (o gerotor) viene del inglés "generated rotor", y
este hace referencia al nombre comercial del tipo de engranaje interno.
Aunque se encuentra clasificada como bomba de transporte de fluidos altamente
viscosos, se ha utilizado en hidráulica por su bajo nivel de ruido y por su excelente
desempeño en condiciones de baja temperatura. El rotor dentado esta unido a la
maquina de accionamiento. Con el movimiento de rotación del rotor dentado y de
la rueda dentada interior aumenta el volumen entre los flancos de los dientes. La
bomba "aspira".
Posee una marcha sumamente tranquila y buena conducta de aspiración. En el
sector de la pieza de llenado el fluido se transporta con una variación del volumen
a medida que las dos piezas van rotando simultáneamente.
La cámara que sigue a la pieza de llenado esta unida a la conexión de presión.
Aquí se reduce el volumen entre los flancos de los dientes y el fluido es
desplazado.
Esta bomba combina un engranaje interno dentro de otro externo, (Ver figura
32). El engranaje interno normalmente es el conductor, está enchavetado en el
eje, y lleva un diente menos que el engranaje exterior.
Cuando los engranajes giran, cada diente del engranaje interno está en constante
contacto con el engranaje externo, pero con un diente de más, el engranaje
externo gira más despacio. El fluido entra a la bomba cuando los espacios entre
los dientes giratorios aumentan durante la primera mitad de cada giro. Cuando
estos espacios disminuyen en la segunda mitad del ciclo, obligan a salir al fluido.
En el sector de engrane dentado la forma especial de los dientes resulta ventajosa,
dado que entre el rotor dentado y la rueda dentada prácticamente no existe un
espacio muerto, por esta razón no presentan pulsaciones de presión y son
sumamente silenciosas.
El rotor tiene un diente menos que el estator de dentado interior. Movimiento
planetario del rotor.
V= z×(Amax- Amin) ×b
.z= cantidad de dientes de rotor
.b= ancho de dientes

36. DESPIECE BOMBA GEOROTOR

37. 1.6.3.1 Despiece de la bomba Georotor.
Figura 33. Despiece de la bomba georotor.
1.6.4 Bomba de Paletas.
Figura 34. Bomba con válvula de alivio incorporada.

38. En los primeros años de la oleohidráulica, las bombas de paletas ganaron gran
aceptación sobre los diseños de engranajes. Esto se debió a dos causas
principalmente. La primera es que debido a los métodos disponibles en esa época,
los engranes no se podían maquinar con un alto grado de precisión. Esto
redundaba en bombas de engranajes que producían mucho ruido mecánico a
medida que los dientes engranaban a altas velocidades.
La segunda razón, el limitado conocimiento sobre materiales de manufactura,
permitía que se produjeran fallas en los dientes de los engranajes, así como en los
rodamientos. Estas fallas eran causadas por los diseños básicos, con alto
desbalance de presión. Las bombas de paletas cubren la zona de caudales
pequeños y medios con presiones de funcionamiento hasta 3000 psi. Son fiables,
de rendimiento elevado, y de fácil mantenimiento. Además, tienen un bajo nivel
sonoro y una larga duración.
Las bombas de paletas más comunes son las de paletas deslizantes, las cuales se
encuentran en diseños equilibrados hidráulicamente (dos carreras) y no
equilibrados (una carrera) hidráulicamente. A su vez, estos dos tipos se
encuentran en versiones de desplazamiento fijo y variable. Sin embargo, ambas
construcciones poseen el mismo grupo constructivo principal que se componen de
rotor y paletas. Las paletas en el rotor se mueven radialmente. Lo que varía es la
forma del así denominado estator, que limita la carrera de las paletas.
Se diseñan en un conjunto de cuatro o más paletas con cinemática plana, el rotor
es un cilindro hueco con ranuras radiales, en las cuales se deslizan las paletas
(desplazadoras). El rotor va dispuesto de modo excéntrico respecto a la superficie
interior del estator, debido a la cual las paletas, durante la rotación del rotor
realizan desplazamientos de vaivén respecto al rotor.
Posen unos taladrados en la superficie por donde llega el fluido hidráulico de la
zona de descarga y entra por la parte interior de la paleta obligándola a
desplazarse.
Bajo la acción de las fuerzas centrípeta, las paletas se aprietan contra
sus extremos libres a la superficie exterior del estator y se deslizan por
esta, y con los extremos interiores se desplazan por el así llamado árbol
flotante sin cojinetes.
El liquido llena el espacio entre las dos paletas vecinas y las superficies del rotor y
del estator. Este espacio es la cámara de trabajo, cuyo volumen aumenta durante
el giro del rotor, y después, al alcanzar el valor máximo, se cierra y se traslada a
la cavidad de impelencia de la bomba. Al mismo tiempo empieza el

39. desalojamiento del líquido en la cámara de trabajo en una cantidad igual a su
volumen útil.
El volumen se forma entre el estator circular, el rotor y las paletas.
V= 2π×b×e×D
.e= excentricidad
.b= ancho de las paletas
1.6.4.1 Despiece bomba de paletas no balanceada
hidráulicamente.
Figura 35. Despiece de bomba de paletas.
1.6.4.2 Nivel de filtración.
Debido al diseño de paletas estas bombas requieren altos niveles de filtración, el
contacto de la paleta con el anillo es por medio de la fuerza centrifuga provocada
por la velocidad de rotación del rotor es por esta razón que si un cuerpo de mayor
dureza que la paleta entra en contacto con la pista y la paleta, puede provocar una

40. ralladura que traería como consecuencia, que la bomba no levante la presión para
la cual fue diseñada y por lo cual su desempeño se vería gravemente afectado,
además del desgaste que provocaría con respecto a las paletas que se encuentran
en desplazamiento lineal relativo a la rotación del rotor, para evitar tal efecto en
las bombas de paletas se recomienda utilizar sistemas de filtración magnéticos
para capturar partículas de hierro o acero que lleva el fluido. Estudios recientes
han demostrado que partículas tan pequeñas como 1.5 micras tienen efectos
degradantes, originando fallos en las bombas de paletas, acelerando el desgaste y
degradando el fluido hidráulico en muchos casos.
1.6.4.3 Niveles de Ruido.
Debido a la forma en que la presión es elevada por cada paleta sucesiva, hace que
la operación de este tipo de bombas sea suave y silenciosa. La figura 36 muestra
los bajos niveles acústicos alcanzados con las modernas bombas de paletas
industriales.
Figura 36. Niveles de sonido de una bomba de paletas no
equilibrada.
La mayoría de las bombas de paletas en los Estados Unidos son operadas a 1200
r.p.m. y a presiones entre los 1000 y 2000 psi (70 a 140 bares). Sobre este rango,
el nivel acústico de la bomba es de 63 dB(A) o menos, medidos usando los
procedimientos estándar de la NFPA. (El nivel acústico normal es de 60 db(A). La
bomba entrega 40 HP (30 KW) de potencia hidráulica a 1200 r.p.m. y 2000 psi
(140 bares). Incluso a 1800 r.p.m. y 2000 psi (140 bares), donde la bomba
entrega 60 HP (45 KW) de potencia hidráulica, el nivel acústico es de sólo 70
dB(A).

41. 1.6.4.4 Dirección de rotación.
Las bombas de paletas equilibradas son normalmente convertibles, de un sentido
de giro a otro. Lo que se busca con esto es invertir la dirección de rotación del
eje sin cambiar la dirección del caudal dentro de la bomba. La dirección de
rotación se cambia simplemente acomodando el anillo guía orientado a 90º de su
posición original, (Ver figura 37). Esto permite que las cámaras de bombeo
aumenten de tamaño cuando pasan por el orificio de entrada y disminuyan cuando
pasan por la salida. El caudal que atraviesa la bomba no varía, aun cuando se haya
invertido la rotación del eje. Con algunos diseños de bombas, las paletas deben ser
reposicionadas en sus ranuras de tal forma que tengan el sentido correcto para
girar sobre el anillo guía.
Figura 37. Dirección de rotación bombas de paletas.
1.6.4.5 Funcionamiento.
Figura 38. Funcionamiento de las bombas de paletas.
Según se describe en la figura 38, las etapas en el funcionamiento de una bomba
de paletas, son:

42. Etapa 1
Un rotor ranurado o impulsor, esta acoplado al eje de accionamiento colocado
dentro de un anillo (también llamado carcasa o leva tipo anillo). Entre el rotor y el
anillo se tienen unas cavidades en forma de medialuna. En el caso de las bombas
no equilibradas hidráulicamente se forma una cavidad, la cual se debe al espacio
que queda entre el rotor ubicado excéntricamente y el anillo, en este caso circular.
En las bombas equilibradas hidráulicamente el anillo tiene forma elíptica,
formándose dos cavidades simétricas a lado y lado del rotor ubicado en el centro
del anillo.
El rotor esta sellado dentro del anillo por dos placas laterales. Las paletas o aspas
encajan dentro de las ranuras del impulsor. A medida que el impulsor rota (flecha
amarilla) y el fluido entra a la bomba, la fuerza centrífuga y la presión hidráulica,
fuerzan las paletas a que sigan la superficie interna del anillo. Generalmente, se
requiere una velocidad mínima de 600 r.p.m. en el arranque para que la
fuerza centrífuga y la presión aplicada en la parte inferior de las paletas
las mantenga apoyadas contra el anillo.
El estrecho sello entre las paletas, el rotor, el anillo y las placas laterales, es lo que
ocasiona las buenas características de succión comunes a todas las bombas de
paletas.
Etapa 2
El fluido entra en las cámaras de bombeo a través de unos agujeros en las paredes
del anillo (flechas rojas en la parte inferior de la bomba). El líquido entra a las
cavidades creadas por las paletas, el rotor, el anillo y las placas laterales.
Etapa 3
A medida que el impulsor continúa girando las paletas arrastran el fluido al lado
opuesto de la medialuna, donde es expulsado a través de los agujeros de descarga
en las paredes del anillo (flecha roja pequeña al lado de la bomba). Entonces el
fluido sale de la bomba. El desplazamiento de la bomba depende de la anchura
del anillo, del rotor y de la distancia que la paleta pueda extenderse desde la
superficie del rotor a la del anillo. El contacto entre la superficie interna del anillo
y la punta de las paletas significa que ambos están sometidos a desgaste. Para
mantener un grado constante de contacto, las paletas salen más de sus ranuras
cuando se desgastan.
1.6.4.6 Desempeño.
El desempeño típico de algunas bombas de paletas equilibradas hidráulicamente
de desplazamiento fijo es mostrado en las figuras 39 y 40. Para aplicaciones
industriales, los valores nominales están generalmente por encima de 1800 r.p.m.

43. y 3000 psi (210 bares) a 65ºC (150 F). Para equipos móviles, las velocidades
están entre 2000 y 2500 r.p.m., dependiendo del tamaño, con presiones de 4000
psi (280 bares) y temperaturas continuas de 95ºC (200 F) y 110ºC (225 F) por
cortos períodos.
Figura 39. Desempeño de una bomba de paletas equilibrada.
Figura 40. Desempeño de una bomba de paletas equilibrada
hidráulicamente de desplazamiento fijo para aplicaciones
móviles.

44. 1.6.4.7 Bombas de paletas equilibradas.
El funcionamiento de estas bombas es esencialmente el mismo que el de las
bombas no equilibradas, exceptuando que el anillo no es circular sino elíptico, (Ver
figura 41).
Figura 41. Principio de operación de las bombas de paletas
equilibradas.
Figura 42. Bomba de paletas equilibrada hidráulicamente.

45. Figura 43. Dirección de rotación bomba tipo doble paleta
equilibrada hidráulicamente.
Esta configuración permite utilizar dos conjuntos de orificios internos
simultáneamente, en lados opuestos del rotor que están conectados mediante
pasajes dentro del cuerpo. Debido a que los orificios están separados 180º, las
fuerzas de presión sobre el rotor se cancelan, evitándose así, las cargas laterales

46. sobre el eje y los cojinetes. Debido a esto, la vida de este tipo de bombas en
muchas aplicaciones ha sido excepcionalmente buena. Se obtienen tiempos de
operación de 24,000 horas o más en aplicaciones industriales; en condiciones más
severas, que se encuentran en las aplicaciones móviles, se alcanzan
frecuentemente tiempos de operación sin problemas de 5,000 a 10,000 horas.
Además, el diseño con doble acción simultánea de bombeo las hace más
compactas. Se dispone de anillos intercambiables, los cuales hacen posible
modificar una bomba para aumentar o disminuir su desplazamiento.
Figura 44. Despiece de bomba de paletas equilibrada.

47. 1.6.4.8 Placas laterales flexibles cargadas con presión (placas
de presión).
Para mantener una alta eficiencia volumétrica y a su vez adaptarse a las
expansiones térmicas, algunas bombas están equipadas con placas laterales
flexibles cargadas con presión, las cuales automáticamente se ajustan a la
expansión y contracción térmica del rotor, y al desgaste del mismo. Las placas
están recubiertas con un material de buenas características antifricción, para
asegurar una larga vida. La construcción general es ilustrada en la figura 45
Figura 45. Bomba de paletas con placas laterales flexibles
cargadas con presión, diseño (Sperry-Vickers).
.
1.6.4.9 Bombas de paletas tipo "Inserto".
Esta serie de bombas, también conocidas como bombas de paletas de "alto
rendimiento". También son conocidas como de "doble paleta", sin embargo aquí
se usa ese término para describir otro tipo de diseño. Tienen más capacidad de
presión (2500 psi) y velocidad (1800 r.p.m.) que las anteriores. (Ver Figura 46)
puede verse una bomba simple típica de este diseño.

48. Figura 46. Bomba simple tipo "inserto" (Sperry-Vickers).
1.6.4.10 Diseño del inserto.
Este tipo de diseño es exclusivo de casa fabricante (Sperry-Vickers), es el modelo
mas reciente de bombas de paletas equilibradas hidráulicamente que pertenece a
la serie de alto rendimiento, para obtener presiones mas elevadas y mayores
velocidades de accionamiento. Los cartuchos de alto rendimiento llevan
incorporadas unas pequeñas paletas internas dentro de las paletas mayores, (Ver
figura 47) cuyo propósito es hacer variar la fuerza de contacto de éstas contra el
anillo.

49. Figura 47. Paleta interna en una bomba simple tipo "inserto".
Las bombas de paleta tipo inserto, anteriormente mencionadas, utilizan la presión
de salida en la parte inferior de las paletas en todo momento. En las unidades de
alto rendimiento, debido a las relaciones de tamaño y presión disponibles, esa
característica podría originar cargas elevadas y desgastes prematuros entre las
puntas de las paletas y el contorno interno del anillo; para evitar esto, unos
agujeros, taladrados a través de los segmentos del rotor, mantienen siempre la
misma presión en los dos extremos de la paleta. La presión de salida se aplica
constantemente a la pequeña superficie entre la paleta y la paleta interna; esta
presión, además de la fuerza centrífuga, mantiene las paletas en contacto con el
anillo, en los cuadrantes de entrada, para asegurar un funcionamiento correcto.
Cuando la paleta esta en una zona de baja presión, sólo una pequeña área (la de
la paleta interna) recibe la alta presión de salida, lo cual disminuye la fuerza que
mantiene a la paleta en contacto con el anillo, (Ver figura 48). Pero cuando la
paleta esta en una zona de alta presión, toda el área proyectada inferior de la
paleta recibe la presión alta de salida, produciendo en conjunto una mayor fuerza
de contacto que se equilibra con la generada por la presión sobre la punta de la
paleta, (Ver figura 49)

50. Figura 48. Figura 49.
1.6.4.11 Bombas de paleta tipo "Doble paleta".
Con el objeto de resolver el mismo problema y obtener bombas de paletas de alto
rendimiento las cuales desempeñaran altas presiones de operación y mayores
velocidades de accionamiento, la casa fabricante Mannesman-Rexroth, empleo
el diseño de doble paleta, para mitigar los problemas asociados con el diseño de
paleta simple, alcanzando un alto desempeño, las bombas tipo "paletas doble"
incorporan dos paletas en cada ranura del rotor. Primero, las dos paletas proveen
un doble sello entre las cámaras de bombeo. Segundo, la construcción en doble
paleta permite un balance hidráulico de las paletas, reduciendo por tanto la carga
en las puntas de las paletas.
La figura 50 muestra un ensamblaje típico de doble paleta. Suponiendo una
rotación en el sentido del reloj se aprecia que las paletas son colapsadas dentro de
las ranuras para producir la acción de bombeo en la salida de la bomba. Con este
diseño, la presión en la base de la paleta es canalizada al área entre las puntas de
las paletas. Esta presión balancea la carga de la paleta contra el anillo,
obteniéndose cargas óptimas sobre la punta de las paletas a presiones de 2500psi.

51. Figura 50. Bomba simple tipo "doble paleta".
Figura 51. Detalle de las paletas dobles en una bomba de paletas
(Mannesman-Rexroth).

52. 1.6.4.12 Diseños de los cartuchos.
Hoy en día, muchas bombas de paletas balanceadas vienen en diseños de
cartucho, (Ver figura 52 y 53). Esto simplemente significa que los elementos de
bombeo (anillos, rotor y paletas) son suministrados como una unidad contenida
entre dos placas para puertos.
Figura 52. Bomba de paletas tipo cartucho.
Figura 53. Cartucho de recambio.
La carcasa de la bomba soporta el cartucho y contiene los ejes de los engranajes y
las tuberías de conexión. El diseño de cartuchos permite que una bomba gastada
sé reacondicione en cuestión de minutos, simplemente removiendo cuatro pernos
y cambiando el cartucho de bombeo. La operación es simple y rápida, y puede ser
realizada sin perturbar las conexiones hidráulicas. Para una carcasa dada hay

53. disponibles cartuchos de diversos desplazamientos. Esto da flexibilidad al adecuar
la bomba al sistema.
Figura 54. Detalle del interior de un cartucho.
1.6.4.13 Bombas de paletas múltiples.
Las bombas de paletas están disponibles en unidades simples, dobles e incluso
triples, las cuales tienen una entrada común y salidas separadas, como se muestra
en las (Ver figuras 55, 56 y 57)
Figura 55. Bomba de paletas simple (Sperry-Vickers).

54. Figura 56. Corte de una bomba de paletas simples (Parker
Hydraulics).
Figura 57. Sección transversal bombas de paletas simples (Parker
Hydraulics).

55. Las bombas dobles (Ver Figura 58), suministran una sola fuente de potencia
capaz de alimentar dos circuitos independientes o suministrar un volumen mayor
de fluido mediante una combinación de caudales. La mayoría de estas bombas
llevan una entrada común en el centro del cuerpo. Generalmente la mayor de las
dos, está en el extremo del eje. La segunda salida está en la tapa. Algunos tipos
de bombas dobles llevan entradas separadas, aunque pueden montarse como
bombas múltiples. Ambos tipos necesitan sólo un motor de accionamiento, no
obstante, las bombas dobles que llevan entradas separadas requieren tuberías
separadas.
Figura 58. Bombas de paletas dobles con una sola entrada.

56. También están disponibles unidades con eje pasante, permitiendo el montaje de
varias bombas en serie, como se muestra en la figura 59. Se pueden obtener
combinaciones como la de una bomba fija y una bomba variable, mostrada en la
figura 59 y figura 60.
Figura 59. Bombas de paletas múltiples ensambladas (Eaton
Hydraulics).
Figura 60. Montaje de bomba de paletas con bomba de pistones de
desplazamiento variable (Eaton Hydraulics).

57. 1.6.4.14 Bombas de paletas tipo “redondo”.
Un modelo antiguo de la bomba Vickers equilibrada hidráulicamente puede verse
en la figura 61. Debido a la forma del cuerpo y de la tapa, estas bombas se
conocen con el nombre de bombas redondas. El conjunto rotativo o cartucho
está formado por un anillo, rotor, paletas, pasador de posición y dos placas
laterales denominadas generalmente anillos porque sus partes centrales están
mecanizadas para encajar en las partes centrales del rotor. Los cojinetes de
soporte del eje de accionamiento están situados en la tapa y en el cuerpo.
Figura 61. Sección de una bomba tipo “redondo” (Sperry-Vickers).

58. Figura 62. Bomba doble tipo “redondo” (Sperry-Vickers).
La bomba redonda también se fabrica en versión doble, con dos conjuntos
rotatorios accionados por el mismo eje. En la figura 62 puede apreciarse una
bomba típica de dos etapas. Las aplicaciones con las que generalmente se ven
involucradas son obtención de dos velocidades de un mismo actuador, ya que el
conjunto trabaja con una disposición de dos bombas en paralelo.
1.6.5 Bombas de pistones radiales.
Las bombas de pistones radiales convierten el movimiento rotacional del eje en un
movimiento reciprocante radial de los pistones. Generalmente se encuentran en
diseños de desplazamiento variable. Aunque existe una ventaja primordial de las
bombas de pistones radiales, por su alta eficiencia volumétrica y gran capacidad de
presión, no son tan usadas como las de tipo axial.
En una bomba radial, el bloque de cilindros gira sobre un pivote estacionario y
dentro de un anillo circular o rotor (Ver figura 63). A medida que el bloque va
girando, la fuerza centrífuga, la presión hidráulica o alguna forma de acción
mecánica, obliga a los pistones a seguir la superficie interna del anillo, que es
excéntrico con relación al bloque de cilindros. Al tiempo que los pistones se
desplazan alternativamente en sus cilindros, los orificios localizados en el anillo de

59. distribución les permiten aspirar fluido cuando se mueven hacia afuera y
descargarlo cuando se mueven hacia adentro.
Figura 63. Bomba de pistones radiales (Mannesman-Rexroth).
El desplazamiento de la bomba viene determinado por el tamaño, número de
pistones y, naturalmente, por la longitud de su carrera. Los modelos de
desplazamiento variable funcionan moviendo el anillo circular para aumentar o
disminuir la carrera de los pistones. Hay disponibles controles externos de varios
tipos para este fin.
La mayoría de las bombas radiales de desplazamiento variable pueden funcionar a
presiones superiores a los 3,000 psi. Algunas bombas radiales de desplazamiento
fijo pueden funcionar sobre los 10,000 psi.
1.6.5.1 Principio de operación.
La bomba de pistones en general causa una acción de bombeo simple, con un
pistón reciprocante, abriendo una válvula y realizando la acción de succión del
fluido en una de las cámaras y luego cerrando y desplazando el fluido hacia el
puerto de presión, este es el principio de operación de una bomba de pistones
radiales. Actualmente una bomba de pistones radiales no es mas que un numero
impar de pistones reciprocantes que operan mecánicamente contenidos en una
carcasa, el hecho de que sea un numero impar de pistones se debe a que la
manera de entrega de fluido lo haga de una forma continua superponiendo el
volumen desplazado en cada una de las cámaras y no tener una variación tan
pulsante en caso de tener un numero de pistones par como se muestra en la
Figura 64.

60. Figura 64. Diferencia entre una bomba de pistones par y una impar.
Figura 65. Principio de operación de bomba de pistones radial
(Mannesman-Rexroth).
La Figura 65 presenta una sección transversal de una bomba de pistones radiales
típica. Se pueden ver tres pistones radiales dispuestos en simetría polar a 120°
alrededor del eje conductor, el suministro de aceite para cada uno de los pistones
es individual y llega al centro de la carcasa (verde) mientras que la presión de
salida es conectada por medio de un canal común (mostrado en rojo) los pistones
son accionados por medio de un rodamiento de bolas excéntrico en el eje
conductor, cada pistón individual puede ser considerado como tres bombas
separadas operadas por un eje excéntrico común.
Asumiendo que la bomba esta siendo conducida en dirección contra reloj, los
pistones 1,2 y 3 nos muestran tres modos separados de bombeo.

61. Pistón#1 esta aprovechando la porción baja leva siendo retraído del extremo por
resortes presentando una condición de vacío permitiendo que el aceite sea llevado
de la carcasa a la cámara a través de la válvula cheque para asegurar un completo
llenado del elemento pistón, el aceite es dirigido dentro de la carcasa de la bomba
a través de unos taladrados axiales y radiales en él eje conductor. Los agujeros
radiales en el eje rotan a una velocidad distribuyendo el aceite, dentro de la
carcasa de la bomba de igual forma que lo haría una bomba centrifuga. Esta
acción de bombeo centrifugo permite a la bomba autocebarse en el caso de que la
bomba este en un valor muy cercano a la presión atmosférica, esta acción no solo
mejora las características de succión, también permite un bajo nivel de ruido.
Pistón #2 se encuentra realizando la acción de subida de la leva, la válvula
cheque que permite el paso de la entrada del fluido a cerrado sellando la cámara,
pero la presión de esta no es todavía igual a la que le impone el sistema (naranja),
en este punto de operación se empieza a elevar la presión debido a la fuerza
mecánica que le impone la leva, a medida que se presenta la rotación de la leva
esta empuja con fuerza el pistón, desarrollando rápidamente la presión que el
sistema le imponga al fluido contenido el la cámara.
Pistón#3 Está aprovechando el final de su carrera de ascenso, como el pistón ha
terminado de moverse hacia el final del ascenso el fluido es forzado a fluir a través
de los pasajes internos del lado de descarga hacia el sistema, la válvula cheque del
lado descarga (mostrada en la posición abierta) se cerrara tan pronto como el
pistón empiece a retraerse dentro de su camisa y este actúa como cierre hermético
entre los puertos de descarga y succión de la bomba.
1.6.5.2 Bombas de iso flujo.
Figura 66. Bombas de iso flujo (Mannesman-Rexroth).

62. En la figura 66 se muestra la sección transversal de una bomba con todos sus
elementos conectados a un puerto de presión común, como consecuencia el
desplazamiento de la bomba esta determinado simplemente por la adición de cada
uno de los desplazamientos individuales.
Los elementos de bombeo se pueden encontrar de diferentes diámetros y
desplazamientos el usuario determinara la selección del sistema de bombeo.
Sin embargo una segunda, característica exclusiva de las bombas de pistones
radiales, es que se puede abastecer de varios puertos de presión aislada, la bomba
de pistones aislada, no es más que una carcasa modificada la cual conecta algunos
pistones a un puerto de presión, mientras que los otros pistones están conectados
a un puerto de descarga separado. De hecho una tercera bomba de pistones
puede ser abastecida por una cantidad de puertos tan grande como si fueran tres
en uno por cada pistón.
La ilustración de corte seccional (Ver figura 66) muestra un diseño de una
bomba de pistones radial moderna, aunque su función es similar al diseño
previamente discutido, está bomba en particular ofrece características superiores
de funcionamiento trabajando con niveles muy bajos de ruido.
La variación del diseño principal es que se genera una película de aceite en forma
de cojinete hidrodinámico remplazando al rodamiento de bolas (Ver Figura 67),
en este tipo de diseño, el fluido presurizado del puerto de descarga de la bomba es
llevado entre las superficies del cojinete. Durante esta operación las superficies
del eje y del cojinete están completamente separadas por la película de aceite,
virtualmente eliminando el contacto metal - metal. En la aplicación de la bomba
hidráulica, este cojinete ha probado exceder la vida esperada de un rodamiento de
agujas como de bolas.
Son también capaces de mantener altos niveles de carga, para proveer protección
adecuada durante las condiciones de inicio. Los cojinetes están compuestos de
un teflón recubierto de bronce.

63. Figura 67. Cojinete bomba de pistones radiales
Principios de operación bombas de isoflujo (Mannesman-
Rexroth).
Las dos anteriores ilustraciones de corte transversal muestran la disposición de los
elementos del pistón, el eje conductor excéntrico la carcasa y los rodamientos tal
como se muestran, los pistones están dispuestos radialmente con respecto al eje
conductor excéntrico cada elemento del pistón consiste en un pistón hueco, con
una válvula cheque del puerto de succión integral, un cojinete de soporte del
pistón, una válvula cheque de descarga, y un resorte.
A medida que el eje conductor es rotádo en dirección de las manecillas del reloj, la
base del pistón se mantiene en contacto con la leva excéntrica por el resorte. El
radio de la superficie del cojinete hidrodinámico es equivalente al radio de la leva
excéntrica.
El movimiento hacia abajo del pistón causa un incremento de volumen en la
cámara de bombeo, el vacío creado abre la válvula cheque del puerto de succión,
permitiendo que el aceite entre en la cámara, la base del pistón esta expuesta al
aceite a través de un taladrado semianular, maquinado dentro de la leva
excéntrica (Ver figura 68).

64. Figura 68. Acción de bombeo en una bomba de pistones de
isoflujo (Mannesman-Rexroth).
Una mayor rotación del eje conductor, causa que la leva excéntrica empuje el
pistón hacia atrás dentro del casquillo cilíndrico, la válvula cheque del puerto de
succión se cierra, la presión se incrementa rápidamente dentro del volumen
capturado del fluido, cuando la presión del fluido que se encuentra en la cámara
de bombeo es igual a la presión del sistema, la válvula cheque del puerto de
descarga se abre, permitiendo el flujo desde el puerto de presión de la válvula, lo
mismo que en cualquier bomba de desplazamiento positivo, entre más alto sea el
sistema de presión más alta será la exigencia de torque de entrada requerido por
la bomba.

65. Funcionamiento de una bomba de iso flujo
Figura 69. Funcionamiento de bomba de iso flujo (Mannesman-
Rexroth).
1.6.5.3 Característica de la bomba de pistones radiales.
La bomba de pistones radiales, tiene una capacidad más alta de presión continua,
cuando es comparada con cualquier otra bomba. Las bombas de pistón radial
están disponibles, con rangos de presión continua en una proximidad de 10.000
Psi, sin embargo, no tienen una capacidad volumétrica mayor a 0.5 pul3/rev.
Cuando son requeridas para operar en niveles de extrema presión. Es importante
darse cuenta que una bomba de 0.5 pul3/rev operando a 1750 r.p.m. puede
solamente enviar 36.8 gpm pero requiere de un motor eléctrico de 25 HP para
operar a 10.000psi.
La bomba de pistones radial se vuelve absolutamente necesaria para los sistemas
de operación con una presión superior a los 5000 psi. Las aplicaciones típicas
pueden incluir abastecimiento de potencia para maquinas herramientas manuales,
gatos hidráulicos, extractores de rodamientos, tenazas hidráulicas y en circuitos de

66. abrazadera de alta presión. Como consecuencia de una exigencia de nivel de
presión alto la capacidad de flujo baja, pero esto hace que la bomba de pistones
radiales sea una posibilidad ideal para sostener presión durante un ciclo.
Por otro lado la bomba de pistones radiales es una unidad altamente eficiente,
incluso a 10.000 psi una bomba típica opera a una eficiencia volumétrica superior
al 93% con una eficiencia total promedio de 86% por esta razón las bombas de
pistones radiales pueden ser operadas en un circuito que no demande mayores
exigencias de caudal.
1.6.5.4 Presión y rangos de flujo en una bomba de pistones
radiales.
En general el desplazamiento de una bomba de pistones radiales fija esta
determinado por el diámetro del pistón y la carrera. Asumiendo un número de
pistones dados. Aunque las bombas de pistones radiales están disponibles con
varios diámetros de pistón, las capacidades de presión más altas son obtenidas
únicamente con diámetros de pistón pequeño. En otras palabras al incrementar el
diámetro del pistón obtenemos grandes capacidades de flujo, pero bajaran los
limites de presión. La sobrepresurización en las bombas de pistones de gran
tamaño de pistón generalmente causa daños en los cojinetes.
1.6.5.5 Cebado de una bomba de pistones radiales.
En general las precauciones que deben ser tomadas durante la operación de una
bomba de pistones radiales, se presentan en el arranque a menudo ocurre que en
una bomba. En este caso de tres pistones radiales en la acción de encendido dos
pistones se encuentran bombeando fluido y el tercero presenta un inconveniente.

67. Figura 70. Cebado de una bomba de pistones radiales.
En este ejemplo durante el arranque 2 de 3 pistones están siendo cebados, así
que la bomba únicamente estará produciendo 2/3 de la rata de flujo, la tercera
posición recibe una cantidad de aire, del puerto de succión, y a medida que se
presenta la acción reciprocante del pistón, el aire presurizado en la cámara de
bombeo se incrementa, pero debido a que el aire es compresible la presión en esta
cámara no puede alcanzar el valor suficiente que puede abrir la válvula cheque
que se encuentra por el otro lado con la presión que le esta ejerciendo el sistema.
En esta condición creada es muy posible que el pistón nunca permita cebarse, el
aire no puede escapar a través de la válvula cheque mientras que al mismo tiempo
la presión del aire se incrementa permitiendo que el aceite entre por el puerto de
succión.
Si esta precaución no es tomada el elemento pistón fallaría, presentándose una
mala lubricación, afortunadamente este problema es fácil de solucionar.
Una bomba la cual esta operando con uno o más pistones no cebados esta
mecánicamente desbalanceada. Se necesita un mayor torque para mover el eje
cuando pasa por los pistones cebados, presentándose un torque desbalanceado
para mover la bomba, creando una excesiva vibración mecánica y ruido, esta
situación es similar a la de un motor de un automóvil cuando no están trabajando
todos sus cilindros.
Cuando se inicia el arranque en una instalación con una bomba de pistones
radiales. Es aconsejable descargar el puerto de salida de la bomba. De esta
manera la presión del sistema no se creara detrás de la válvula cheque de

68. descarga, permitiendo que el aire escape de la cámara de bombeo, si después de
que se presente la carrera del pistón por varios minutos en la condición de
descarga, el problema no es resuelto, es decir ruidos y vibraciones se presentán en
operación, es necesario hacer un sangrado de toda la cámara.
En un caso aislado, algunas veces sucede, que el puerto de descarga de presión la
válvula cheque no puede ser abierta por la presión del aire en el elemento de
bombeo, así el puerto de presión de la bomba este descargado, este problema
puede ser resuelto, desaflojando el tornillo de la válvula cheque la cual
descomprime el resorte permitiendo al elemento ser cebado. La tuerca debe ser
reapretada tan pronto cuando todo el aire haya escapado.
Figura 71. Descarga del aire en la cámara de bombeo.
1.6.6 Bomba de pistones axiales.
Figura 72. Bomba de pistones axiales.

69. Las bombas de pistones axiales convierten el movimiento rotacional del eje en un
movimiento reciprocante axial del pistón. Pueden ser de desplazamiento fijo o
variable.
Las bombas de pistones axiales tienen una alta eficiencia volumétrica, pueden
operar a presiones alrededor de 5000 psi, y pueden girar a velocidades de hasta
6000 r.p.m. Su relación de peso por caballo es relativamente baja. Los tipos más
difundidos de estas bombas son los diseños en línea y en ángulo. Ambos diseños,
en sus versiones de desplazamiento fijo, son usados más frecuentemente como
motores. También ambos están disponibles en versiones de desplazamiento
variable.
1.6.6.1 Bomba de pistones axiales en línea.
Figura 73. Bomba de pistones en línea.
En las bombas de pistones en línea, el conjunto de los cilindros y el eje de
accionamiento tienen la misma línea central y los pistones se mueven
alternativamente en sentido paralelo al eje. El tipo más sencillo de estas bombas
se muestra en la figura 73.

70. 1.6.6.2 Despiece de una bomba de pistones en línea.
Figura 74. Despiece bomba de pistones en línea (Sperry-Vickers).
Figura 75. Corte transversal de la bomba de pistones en línea de
desplazamiento fijo (Sperry-Vickers).
Las bombas de pistones axiales en línea han tenido una gran acogida debido que
pueden manejar altas capacidades de flujo 100 G.P.M y una alta operación de
presión relativa 5000 PSI. En este diseño (Ver figura 75) la bomba incluye un

71. cilindro con taladrados donde se alojan los pistones y está ubicado paralelo al eje
de conducción comúnmente llamado la camisa de los pistones. Generalmente las
bombas de pistones se encuentran diseñadas entre 5 y 15 pistones.
Figura 76. Bomba de pistones axiales (Mannesmann Rexroth).
Figura 77. Corte bomba de pistones en línea (Mannesmann
Rexroth).
La (figura 77) presenta una sección transversal de una bomba de pistones en
línea de alta presión.

72. 1.6.6.3 Principio de funcionamiento de una bomba de pistones
en línea.
Figura 78. Bomba de nueve pistones axiales.
En esta bomba en particular los nueve pistones son contenidos en una camisa. La
camisa esta insertada en el eje conductor. Los pistones presentan un movimiento
reciprocante en cada uno de sus respectivos alojamientos dentro de la camisa,
efectuando la acción de bombeo por el movimiento del plato inclinado de
desplazamiento fijo.
El plato de desplazamiento fijo no es mas que un anillo de acero con un ángulo de
15° con respecto a la vertical de la carcasa en la bomba, la película de lubricación
hidrodinámica entre la superficie del pistón y el plato de lubricación es creada por
un patín cojinete de bronce, este patín cojinete tiene una cavidad esférica que
conecta el pistón contra el plato de lubricación por un anillo de retención.
Refiriéndose nuevamente a la ilustración transversal (Ver figura 77) notara que
los puertos de aceite y de la camisa de los pistones están conectados a una válvula
de distribución, esta válvula es un anillo de bronce con dos semicírculos en forma
de riñón, que están conectados por unos pasajes en la carcasa de la bomba a los
puertos de succión y de descarga en la bomba. Dependiendo de la rotación de la
bomba el ángulo de la placa de lubricación determina los puertos de descarga y de
succión.
A medida que la camisa rota, lleva cada uno de los pistones, exactamente durante
media revolución los pistones son empujados de sus respectivas cavidades debido
a que el anillo de retención gira en forma inclinada.

73. Cuando han alcanzado la máxima posición de extensión, los pistones comienzan a
subir entregando el fluido por el puerto de descarga. El desplazamiento de la
bomba es determinado por él número de pistones, por el diámetro de los pistones
y por la longitud de la carrera. El ángulo del plato de lubricación determina la
longitud de la carrera de los pistones.
Figura 79. La placa de presión origina el movimiento reciproco de
los pistones.
Figura 80. Placa de puertos bomba de pistones axiales.

74. En la figura 77 notará que los puertos de aceite y de la camisa de los pistones,
están conectados a una válvula de distribución, esta válvula es un anillo de bronce
con dos semicírculos en forma de riñón, que están conectados por unos pasajes
internos a la carcasa de la bomba a los puertos de succión y de descarga en la
bomba. Dependiendo de la rotación de la bomba y del ángulo de la placa de
lubricación se determinan los puertos de descarga y de succión.
1.6.6.4 Conexión de drenaje a tanque.
Las bombas de pistones en línea se han diseñado con un puerto separado de
drenaje a tanque, en estas bombas la elevada presión del aceite, la cual pasa a
través de las tolerancias de los pistones, la camisa y la válvula de distribución; no
puede estar conectadas al mismo puerto de succión de la bomba, por esta razón,
este aceite es drenado por un puerto separado hacia el tanque. Este aceite
también lubrica los rodamientos y todas las partes que se encuentran en
movimiento, debido a esto es necesario que la carcasa de la bomba de pistones en
línea sea precargada con aceite antes de comenzar la acción de bombeo y que el
puerto de drenaje a tanque permanezca lleno de aceite. Se debe tener especial
cuidado en la ubicación de la línea de drenaje dentro del tanque la cual se debe
ubicar por debajo del nivel de aceite en el tanque, pero por encima de la línea
principal de succión de lo contrario presentara el fenómeno de sifón. Esta línea
de drenaje adicional, debe operar con un rango de presión entre los 5 psi y los 15
psi.
1.6.6.5 Presión cargada entre EL BARRILETE de los pistones.
Para asegurar una alta eficiencia volumétrica. El barrilete (camisa) de los pistones
debe ser cargado con presión contra la superficie de la válvula distribuidora, sin
embargo esta presión debe ser balanceada de tal manera que permita crear una
película de lubricación para poder mantener las superficies lubricadas entre la
camisa de los pistones que se encuentra rotando y la válvula de distribución
estacionaria. Si asumimos que la bomba se detiene instantáneamente las fuerzas
de presión actúan sobre la camisa produciendo un alto esfuerzo sobre esta. En
cualquier diseño de bomba de pistones axiales la camisa que contiene los pistones,
necesariamente irá cargada hidráulicamente contra la válvula de distribución.
Si se atascan las áreas de flujo dentro de los taladrados del pistón y la válvula de
distribución, es fácil ver que la presión en la camisa trabaja contra el área creada
por la mitad del numero total de taladrados del pistón del lado de descarga, esto
genera una fuerza contra los pistones que empuja la camisa contra la válvula
distribuidora en lado de descarga de presión de la bomba.

75. La segunda fuerza que trabaja sobre la camisa esta relacionada con el área en
forma de riñón de la placa de puertos, este campo de presión trabaja contra la
cara de la camisa que lleva los pistones, y crea una fuerza en el puerto de
descarga que tiende a separar la placa de puertos de la camisa (ver figura 81).
Figura 81. Fuerzas sobre la camisa de una bomba de pistones
axiales en línea.
Para un óptimo balanceo de estas fuerzas generadas por la presión al interior de la
camisa, se ha creado el diseño en forma de área de riñón en la válvula de los
puertos de descarga y de succión, la cual tiene menos área efectiva que produzca
una fuerza de presión mayor en la camisa contra el plato de puertos. Es inútil
decir que una alta presión en el sistema definitivamente separa el plato que
contiene los puertos con la camisa de los pistones, puesto que estos dos
componentes siempre se mantendrán en contacto.
1.6.6.6 Desventaja de la bomba de pistones en línea.
Para asegurar una buena operación y una satisfactoria vida de servicio en la
bomba de pistones en línea se debe entender el principio básico de operación y
diseño del patín cojinete de deslizamiento, de lo contrario en una mala instalación
podría causar una falla catastrófica.

76. Básicamente hay 4 condiciones de operación las cuales causan la falla del patín
cojinete de deslizamiento.
* Operación con un fluido contaminado.
* Demasiada condición de vacío en el puerto de succión de la bomba.
* Excesiva presión en el drenaje.
* Alta velocidad de operación.
1.6.6.7 Operación con un fluido contaminado.
El fluido contaminado causa un bloqueo de los pasajes de lubricación. El principio
del patín cojinete de deslizamiento utiliza la fuerza hidráulica, la cual empuja el
pistón hacia el plato de lubricación. Esta es compensada por una fuerza igual en
dirección opuesta producida por la presión de trabajo, como se muestra en la
sección transversal de la figura 82 un pequeño taladrado a través de la rotula del
pistón, comunica al fluido presurizado entre el plato de lubricación y el cojinete
patín de deslizamiento.
El cojinete patín de deslizamiento esta diseñado para tener un área efectiva la cual
balancea las fuerzas de presión en el pistón.
Figura 82. Falla por contaminación de fluido.

77. El pequeño taladrado, en el pistón mantiene un alto nivel de eficiencia volumétrica
en la bomba, si la bomba esta operando en un sistema con alto nivel de
contaminantes, tapará este pequeño pasaje, el cual provocara una falla del
cojinete patín de deslizamiento porque se perderá la lubricación y no se
balancearán las fuerzas correctamente.
1.6.6.8 Demasiada condición de vacío en el puerto de succión
de la bomba.
Esta también puede ser una falla catastrófica de la bomba, en general una bomba
de pistones en línea. Requiere de unas mejores condiciones de succión que
cualquier otra bomba; la cavidad esférica, la cual sujeta al cojinete patín de
deslizamiento con la rotula del pistón, presenta un buen comportamiento ante los
esfuerzos de compresión pero su comportamiento es deficiente ante los grandes
esfuerzos de tensión provocados por una alta presión de vacío. Durante la
succión, el anillo de retención extrae el pistón empujándolo sobre el cojinete patín
de deslizamiento; si el vacío creado por el puerto de succión es demasiado alto, el
cojinete patín de deslizamiento construido en bronce, simplemente es jalado hacia
afuera de la rotula del pistón (Ver figura 83). Desafortunadamente esto no
puede escucharse en la operación de la bomba, la bomba continúa operando hasta
su destrucción total.
Figura 83. Daños en el patín de deslizamiento.

78. 1.6.6.9 Excesiva presión en el drenaje.
El mismo efecto en la rotula del pistón presentado con demasiada condición de
vacío en el puerto de succión de la bomba, también se aprecia cuando existe una
excesiva presión en el drenaje. Se puede ver en las ilustraciones figura 82 y
figura 83 estas dos condiciones, una presión excesiva y un alto vacío resisten la
extracción del pistón enfrente del taladrado. En consecuencia ambas fuerzas
pueden actuar conjuntamente para retener el anillo empujándolo sobre el cojinete
patín deslizante y girarlo sobre la rotula.
Para evitar el daño de cada una de estas 2 razones mencionadas, es recomendable
que el puerto de succión y el drenaje sean optimizados, por ejemplo en el montaje
de la bomba de pistones en línea se recomienda que se haga en la parte inferior
del reservorio para obtener una cabeza de presión positiva que obligue el aceite a
entrar por el puerto de succión.
Cuando se tiene una bomba de gran desplazamiento está debe ser precargada con
una bomba auxiliar. Generalmente se recomienda una bomba de engranajes
internos con desplazamiento menor conectada en serie al puerto de succión de la
bomba de pistones en línea, con una válvula de alivio tarada entre 150 a 300 PSI.
La bomba de precarga se enciende antes de encender la bomba principal.
Por otra parte también es necesario proveer de una adecuada instalación de
drenaje, la línea de drenaje debe estar completamente llena y poseer un diámetro
ajustado a las condiciones de diseño, además debe estar por debajo del mínimo
nivel de aceite en el reservorio, con un tramo lo mas corto posible pero tampoco a
la medida. Es importante que esta línea de drenaje sea independiente y que no
tenga ninguna otra conexión con otras líneas de retorno. Si la línea de drenaje
extrae excesivo calor, es importante tener un buen reservorio para liberarlo
mediante un adecuado sistema de enfriamiento. En la instalación de drenaje es
aconsejable el uso de una té o cualquier otro adaptador conveniente de llenado,
en el puerto de drenaje, esto facilitará el llenado de la línea de drenaje en la
bomba cuando se arranque.

79. Figura 84. Llenado de la carcasa con aceite antes de comenzar.
1.6.6.10 Alta velocidad de operación.
Una alta velocidad de operación causa el daño prematuro de la bomba. Durante
cada revolución, un pistón se moverá de su posición de llenado a su posición de
extracción de aceite. Durante cada uno de estos dos movimientos reciprocantes
el pistón cambia su velocidad de cero a un máximo y nuevamente regresará a
cero, se puede pensar que la rótula del pistón y el cojinete patín de deslizamiento
están sujetos a unas considerables fuerzas de aceleración y desaceleración, estas
fuerzas son el resultado de la masa del pistón por su aceleración. Para disminuir
la acción de esta fuerza se construye el pistón hueco, con el propósito de reducir
masa y por consiguiente reducir el efecto de las fuerzas dinámicas. Puesto que la
aceleración del pistón está directamente relacionada con la velocidad del eje
conductor, una velocidad excesiva incrementa la fuerza dinámica.
Estas fuerzas cambian, de tensión producida por la fuerza dinámica a una fuerza
de compresión producida por el puerto de descarga. Debido a que el cambio es
cíclico, la rótula del pistón esta sometida a un esfuerzo cíclico que puede causar la
falla por fatiga de la unión.

80. 1.6.6.11 Curvas de desempeño bombas de pistones en línea
diseño de desplazamiento fijo.
En las figuras 85 y 86 se muestran las curvas de eficiencia típicas para bombas
de pistones en línea diseñadas para operar en niveles de presión y temperatura
para trabajo medio y trabajo pesado.
Figura 85. Desempeño de una bomba de pistones en línea para
trabajo medio.
Figura 86. Desempeño de una bomba de pistones en línea para
trabajo pesado.