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Una bomba de engranajes utiliza el engrane de los engranajes para bombear fluido por desplazamiento. [1] Son uno de los tipos de bombas más comunes para aplicaciones de potencia de fluidos hidráulicos . La bomba de engranajes fue inventada alrededor de 1600 por Johannes Kepler . [2]
Las bombas de engranajes también se utilizan ampliamente en instalaciones químicas para bombear fluidos de alta viscosidad . Existen dos variantes principales: bombas de engranajes externos que utilizan dos engranajes rectos externos y bombas de engranajes internos que utilizan un engranaje recto externo y uno interno (los dientes del engranaje recto interno miran hacia adentro, consulte a continuación). Las bombas de engranajes proporcionan un desplazamiento positivo (o desplazamiento fijo ), lo que significa que bombean una cantidad constante de fluido por cada revolución. Algunas bombas de engranajes están diseñadas para funcionar como motor o como bomba.
Teoría del funcionamiento
A medida que los engranajes giran, se separan en el lado de admisión de la bomba, lo que crea un vacío y una succión que se llena con fluido . El fluido es transportado por los engranajes hasta el lado de descarga de la bomba, donde el engrane de los engranajes desplaza el fluido. Las holguras mecánicas son pequeñas, del orden de 10 μm. Las holguras ajustadas, junto con la velocidad de rotación, evitan eficazmente que el fluido se escape hacia atrás.
El diseño rígido de los engranajes y las carcasas permite presiones muy altas y la capacidad de bombear fluidos altamente viscosos .
Existen muchas variaciones, incluidos los conjuntos de engranajes helicoidales y de espiga (en lugar de engranajes rectos), rotores con forma de lóbulo similares a los sopladores Roots (comúnmente utilizados como supercargadores ) y diseños mecánicos que permiten el apilamiento de bombas. Las variaciones más comunes se muestran a continuación (el engranaje impulsor se muestra en azul y el tensor se muestra en violeta ).
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Diseño de bomba de engranajes externos para aplicaciones de energía hidráulica -
Diseño de bomba de engranajes internos ( Gerotor ) para bombas de aceite de automóviles -
Diseño de bomba de engranajes internos (engranaje interno en forma de media luna) para fluidos de alta viscosidad
Las bombas de engranajes de precisión externas suelen estar limitadas a presiones de trabajo máximas de alrededor de 210 bares (21 000 kPa) y velocidades de rotación máximas de alrededor de 3000 RPM. Algunos fabricantes producen bombas de engranajes con presiones de trabajo y velocidades más altas, pero este tipo de bombas tienden a ser ruidosas y es posible que se deban tomar precauciones especiales. [3]
Los puertos de succión y presión deben interactuar en el punto donde se acoplan los engranajes (que se muestra como líneas grises tenues en las imágenes de la bomba interna). Algunas bombas de engranajes internos tienen un sello adicional en forma de medialuna (que se muestra arriba, a la derecha). Esta medialuna funciona para mantener separados los engranajes y también reduce las corrientes parásitas.
Fórmulas de bombeo:
- Caudal = volumen bombeado por rotación × velocidad de rotación
- Potencia = caudal × presión
- Potencia en HP ≈ caudal en galones estadounidenses/min × (presión en lbf/in2 ) /1714
Eficiencia
Las bombas de engranajes generalmente son muy eficientes, especialmente en aplicaciones de alta presión.
Factores que afectan la eficiencia:
- Holguras: Las holguras geométricas en los extremos y en el diámetro exterior de los engranajes permiten fugas y reflujos. Sin embargo, a veces, las holguras más altas ayudan a reducir la fricción hidrodinámica y a mejorar la eficiencia.
- Juego entre engranajes: un juego elevado entre engranajes también permite la fuga de fluido. Sin embargo, esto ayuda a reducir el desperdicio de energía que se produce al quedar atrapado el fluido entre los dientes de los engranajes (lo que se conoce como atrapamiento de presión).
Aplicaciones
- Petroquímicos: Betún puro o relleno, brea, gasóleo, petróleo crudo, aceite lubricante, etc.
- Productos químicos: silicato de sodio, ácidos, plásticos, productos químicos mezclados, isocianatos, etc.
- Pintura y tinta
- Resinas y adhesivos
- Pulpa y papel: ácido, jabón, lejía, licor negro, caolín, cal, látex, lodos, etc.
- Alimentos: Chocolate, manteca de cacao, rellenos, azúcar, grasas y aceites vegetales, melaza, alimentos para animales, etc.
- Aviación: Bombas de combustible para motores a reacción
Desarrollo
La invención de la bomba de engranajes no está resuelta de manera uniforme. Por un lado, se remonta a Johannes Kepler en 1604; por otro, se menciona a Gottfried Heinrich Graf zu Pappenheim , de quien se dice que construyó el soplador de cápsulas con dos ejes giratorios para bombear aire y agua. Pappenheim debería haber adoptado el diseño de Kepler sin mencionar su nombre.
Véase también
Referencias
- ^ "Bienvenido al Instituto Hidráulico". Pumps.org. Archivado desde el original el 26 de junio de 2013. Consultado el 18 de agosto de 2013 .
- ^ Frank Prager, Kepler como inventor, Vistas in Astronomy, Volumen 18, 1975, Páginas 887-889, https://doi.org/10.1016/0083-6656(75)90184-1.
- ^ Pinches, MJ (2000). Anuario de ingenieros de Kempe , pág. 2070. Miller Freeman, Kent. ISBN 0863824420 .
Enlaces externos
- Descripción de la bomba de engranajes externa
- Descripción de la bomba de engranajes internos