DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA ELECTRICA
“DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN
MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA
BOMBA DE ENGRANAJES”
MODALIDAD:
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE:
INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA
PRESENTA:
LUIS ANTONIO USCANGA GONZÁLEZ
DIRECTOR:
MTRO. JORGE LUIS ARENAS DEL ÁNGEL
XALAPA, VER.
AGOSTO 2012
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Contenido
Introducción ........................................................................................................................................ 5
Justificación. ........................................................................................................................................ 6
Objetivos. ............................................................................................................................................ 6
Antecedentes ...................................................................................................................................... 7
CAPÍTULO 1 MÁQUINAS HIDRÁULICAS: GENERALIDADES ........................................................ 10
1.1 Generalidades sobre Máquinas Hidráulicas. ............................................................................. 11
1.2 Clasificación de las Máquinas Hidráulicas. ................................................................................ 12
1.2.1 Turbina hidráulica, tipos actuales y descripción general. .................................................. 14
1.2.2 Ventiladores. ...................................................................................................................... 15
1.2.3 Bombas Hidráulicas. .......................................................................................................... 15
1.3 Clasificación de las máquinas de desplazamiento positivo. ...................................................... 16
1.3.1 Bombas rotatorias ............................................................................................................. 17
1.3.2 Bombas alternativas o reciprocantes. ............................................................................... 22
CAPÍTULO 2 PRINCIPIOS TEÓRICOS DE LAS MÁQUINAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO .......... 23
2.1 Propiedades de los fluidos......................................................................................................... 24
2.1.1 Fluido. ................................................................................................................................ 25
2.1.2 Presión. .............................................................................................................................. 25
2.1.3 Compresibilidad. ................................................................................................................ 26
2.1.4 Densidad. ........................................................................................................................... 26
2.1.5 Peso específico................................................................................................................... 26
2.1.6 Viscosidad. ......................................................................................................................... 27
2.2 Hidrodinámica. .......................................................................................................................... 29
2.2.1 Ecuación de la energía. ...................................................................................................... 29
2.2.2 Número de Reynolds. ........................................................................................................ 30
2.3 Principio de desplazamiento positivo........................................................................................ 31
2.4 Conceptos de las Máquinas de desplazamiento positivo.......................................................... 33
2.4.1 Caudal. ............................................................................................................................... 33
2.4.2 Carga. ................................................................................................................................. 34
2.4.3 Curvas Características. ....................................................................................................... 35
2.4.4 Potencia ............................................................................................................................. 36
2.4.5 Eficiencia o rendimiento. ................................................................................................... 36
2.4.6 Pérdidas. ............................................................................................................................ 38
2.4.7 Cavitación. ......................................................................................................................... 44
2.4.8 Velocidad específica. ......................................................................................................... 45
CAPÍTULO 3 DESCRIPCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE
ENGRANAJES. ......................................................................................................................... 47
3.1 Descripción general del equipo. ................................................................................................ 48
3.2 Componentes del equipo. ......................................................................................................... 50
3.2.1 Bastidor con ruedas. .......................................................................................................... 50
3.2.2 Tanque de alimentación. ................................................................................................... 50
3.2.3 Aceite Hidráulico................................................................................................................ 50
3.2.4 Filtros. ................................................................................................................................ 53
3.2.5 Sistema de tuberías. .......................................................................................................... 53
3.2.6 Válvulas de estrangulación. ............................................................................................... 54
3.2.7 Válvula limitadora de presión. ........................................................................................... 56
3.2.8 Medidores de Presión. ....................................................................................................... 57
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TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
3.2.9 Bomba de engranajes. ....................................................................................................... 58
3.2.10 Recipiente de medición de volumen. ................................................................................ 61
3.2.11 Panel de control. ................................................................................................................ 62
3.3 Funcionamiento del equipo....................................................................................................... 62
CAPÍTULO 4 DIAGNÓSTICO DE LOS EQUIPOS. .......................................................................... 64
4.1 Bastidor con ruedas. .................................................................................................................. 65
4.2 Tanque de alimentación. ........................................................................................................... 65
4.3 Aceite hidráulico. ....................................................................................................................... 66
4.4 Filtros. ........................................................................................................................................ 67
4.5 Sistema de tuberías. .................................................................................................................. 68
4.6 Válvulas de estrangulación. ....................................................................................................... 69
4.7 Válvula limitadora de presión.................................................................................................... 69
4.8 Medidores de presión. .............................................................................................................. 69
4.9 Bomba de engranajes. ............................................................................................................... 70
4.10 Recipiente de medición. ............................................................................................................ 70
4.11 Panel de control. ....................................................................................................................... 71
CAPÍTULO 5 REPARACIÓN Y PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA............................................... 72
5.1 Mantenimiento.......................................................................................................................... 73
5.1.1 Tipos de mantenimiento.................................................................................................... 73
5.2 Mantenimiento Correctivo ........................................................................................................ 73
5.3 Mantenimiento Preventivo ....................................................................................................... 77
5.3.1 Acciones en el laboratorio. ................................................................................................ 78
5.3.2 Cambio del aceite hidráulico. ............................................................................................ 79
5.4 Mantenimiento Predictivo ........................................................................................................ 82
CAPÍTULO 6 PRÁCTICAS .......................................................................................................... 84
6.1 Práctica 1.- Componentes de una bomba de engranajes.......................................................... 86
6.2 Práctica 2.- Mantenimiento del equipo bomba de engranajes ................................................. 90
6.3 Práctica 3.- Caudal teórico y efectivo de la bomba de engranajes ........................................... 96
6.4 Práctica 4.- Carga y cavitación de una bomba de engranajes ................................................. 100
6.5 Práctica 5.- Curva característica. ............................................................................................. 105
6.6 Práctica 6.- La potencia de una bomba de engranajes............................................................ 110
6.7 Práctica 7.- Eficiencia mecánica de una bomba de engranajes............................................... 115
6.8 Práctica 8.- Eficiencia volumétrica de la bomba de engranajes. ............................................. 119
6.9 Practica 9.- Velocidad específica de una bomba de engranajes ............................................. 123
6.10 Práctica 10.- Número de Reynolds en la bomba de engranajes. ............................................ 127
6.11 Práctica 11.- Pérdidas por fricción en la bomba de engranajes. ............................................. 131
6.12 Práctica 12.- Pérdidas en accesorios, entradas-salidas del equipo bomba de engranajes. .... 137
6.13 Práctica 13.- Coeficiente de fugas de la bomba de engranajes............................................... 142
Conclusión. ...................................................................................................................................... 146
Apéndices. ....................................................................................................................................... 147
Bibliografía. ..................................................................................................................................... 150
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TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Introducción
Dentro de los diferentes procesos en la industria existe la necesidad de transportar fluidos
de un lugar a otro utilizando para ello ductos o canales.
Si bien los líquidos y gases pueden transportarse en recipientes por cualquier medio
convencional, se entiende por transporte de fluidos en ingeniería, el movimiento continuo
y forzado de líquidos o gases a través de conducciones fijas que forman un circuito de
fluidos (el cual consta de elementos funcionales , como bombas o compresores, válvulas,
filtros, etc.), cuyo número y especie dependen de la función a que se destine el circuito y
que están conectados entre sí mediante conducciones a través de las que se establece el
transporte de fluidos de alimentación del circuito de unos elementos a otros. Hay gran
variedad de circuitos de fluidos en ingeniería, con concepciones, configuraciones y
aplicaciones muy diversas.
EL transporte de fluidos se logra por medio de una transferencia de energía. Para ellos se
utilizan equipos denominados "bombas" y "compresores". Por convención se habla de
bombeo cuando se trata de líquidos y de compresión cuando se trata de gases, sin
embargo los principios de funcionamiento de los equipos son básicamente los mismos.
La energía que se suministra al transportar fluidos debe ser la necesaria para vencer las
perdidas por rozamiento. Las bombas son equipos mecánicos que sirven para elevar los
líquidos y conducirlos de un lugar a otro, o lo que es lo mismo, comunicarles cierta
cantidad de energía (carga) que les permita vencer la resistencia de las tuberías a la
circulación, así como la carga que representa la diferencia de nivel entre el lugar de donde
se toma el líquido y el lugar a donde se pretende llevar.
En el laboratorio de termofluidos de la Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica se
encuentra el equipo grupo bomba de engranajes H27D, el cual es útil para complementar
la formación de los estudiantes, pues con él se puede comprobar de manera práctica los
conocimientos adquiridos dentro del aula.
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TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Justificación.
Este trabajo se fundamenta en la necesidad que hay en la Facultad de Ingeniería Mecánica
Eléctrica de tener en funcionamiento todos y cada uno de los equipos que existen dentro
de las instalaciones del laboratorio de termofluidos, ya que enriquecen y complementan la
formación académica de los alumnos.
En dichos equipos es posible observar y comprobar físicamente los fenómenos que se
analizan en el aula durante las clases, los cuales podrán ser corroborados analíticamente,
de tal manera que se reforzará la formación de los estudiantes que cursen las experiencias
educativas afines al área de termofluidos.
Objetivos.
Describir los componentes del equipo.
Realizar un diagnóstico de las partes que conforman el equipo.
Puesta en marcha del sistema.
Diseñar prácticas.
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TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Antecedentes
La implementación de la rueda dentada como un elemento de un mecanismo para
transmitir potencia, no es el resultado de un desarrollo aislado; transcurrieron miles de
años, desde que el hombre inició la utilización de piedras como un tipo de herramienta
para simplificar alguna tarea a realizar, de la misma manera para lograr alguna forma
primitiva de rueda dentada.
Ciertamente, cuando el hombre primitivo descubrió que era posible dar forma a ciertos
materiales golpeándolos con el lado afilado de una piedra sumamente dura, había
inventado la primera herramienta de corte.
Pero el hombre, de acuerdo a las necesidades que experimentaba durante su desarrollo,
inventaba paralelamente a las herramientas, implementos como la palanca y la cuña, que
fueron de los primeros elementos de los que el hombre se sirvió en su vida cotidiana. De
esta manera, se pueden señalar una serie de prototipos de elementos y herramientas
actuales, que ya se usaban en la antigüedad. Por ejemplo, el prototipo de las actuales
transmisiones de unión flexible, es la aglomeración de giros necesarios para lograr el
fuego, el cual se hacía mediante una forma de arco cuya cuerda se enrollaba alrededor de
una barra que giraba; al efectuar el movimiento de vaivén del arco a lo largo de la cuerda,
la barra obtenía un movimiento de giro.
Asimismo, hace más de 25 000 años el hombre aprendió a utilizar el resorte, el cual
estaba caracterizado por las cuerdas de los arcos de cacería.
En Egipto, hace mas de 4 000 años, se hacían ya orificios taladrados en piedra con una
especie de broca que se hacía girar a mano o con un arco, al mismo tiempo se utilizaban
ya los rodillos, esto es, ya se suplía la fricción de deslizamiento por la fricción de
rodamiento.
Entre los primeros elementos que trabajaban en condiciones cercanas a las existentes en
las máquinas, se puede citar la rueda, el eje y el cojinete en las carretas.
Ciertos escritos atribuidos a los filósofos de la Grecia antigua (Platón en “El Estado”,
Aristóteles en “Problemas Mecánicos”) cuatro siglos antes de nuestra era, demuestran
que ya se utilizaban muñones metálicos, ruedas dentadas, manivelas, rodillos, y
polipastos. Es precisamente a Aristóteles, que se le atribuye la invención del engrane en el
año 384 A. de C.
Arquímedes, menciona en su obra los engranajes helicoidales, que constituyen otra forma
de transmitir movimiento entre dos ejes situados en ángulo recto, en aquella misma
época surgió otro tipo de engrane que tuvo aplicación práctica como una máquina
elevadora de agua, se hizo uso de un tornillo sin fin, que aparentemente ya era conocido.
Polión Vitruvius, en su obra “Arquitectura” (años 16 - 13 a. de C.), describe una máquina
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TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
elevadora de agua con cucharones sujetos a cadenas. Papi Alexandrini (284 – 305 d. de
C.), describe un reductor de transmisiones de engranajes y tornillos sinfín.
En ese entonces las ruedas dentadas se elaboraban en forma de ruedas con vástagos
paralelos al eje del árbol; los tornillos sin fin y sus ruedas se hacían con dientes de perfil
recto. Por otra parte, en notas de Leonardo De Vinci (1452 – 1519), se describen
engranajes helicoidales con ejes cruzados, cojinetes de rodamiento, cadenas articuladas y
diferentes máquinas. Además, en la literatura de la época del Renacimiento, se tiene
información sobre el uso de transmisiones de banda y de cable, de tornillos de carga y de
coples.
La transmisión de engranajes también se ha desarrollado ininterrumpidamente y sus
aplicaciones se han ampliado considerablemente; las ruedas primitivas con vástagos
paralelos al eje longitudinal son reemplazadas por el engranaje propiamente dentado, que
fue construido con perfil recto con redondeces y más tarde fue suplido por el perfil
cicloidal, para posteriormente utilizar el perfil evolvente.
Con respecto a los materiales empleados, en lugar de las ruedas de madera que se
utilizaban en los accionamientos de motores de agua, se empieza a utilizar ruedas de
fundición vaciadas sin maquinado ulterior.
Posteriormente, perfeccionan los procesos de manufactura y se fabrican engranajes de
acero y de fundición, con maquinado, que es lo que en desarrollo posterior condujo a lo
que hoy se conoce bajo el término de engrane o engranaje, con todo esto se ha derivado
toda una tecnología de apoyo, la cual involucra diversos aspectos de diseño, manufactura
y operación. Entre ellos la bomba hidráulica para succión y descarga con ruedas dentadas
como elementos de bombeo.
El primer tipo de bomba hidráulica, y el más común, es la bomba aspirante o de succión,
que utiliza un émbolo dentro de un cilindro. La más antigua que se conoce, para bombear
agua, la construyó a finales del siglo 3 a. de C., el matemático griego Tesibio de Alejandría.
En el siglo XIX se desarrollaron gran cantidad de bombas rotativas, entre ellas la bomba de
engranes.
Un engrane es un elemento de máquina que transmite movimiento angular y/o fuerza a
un elemento similar sobre un eje adyacente, mediante superficies continuas, de contacto
mutuo. Las características geométricas básicas, que estas superficies de contacto deben
poseer para la transmisión de potencia o movimiento, con suavidad de marcha, eficiencia
y fiabilidad.
Ahora bien, aun cuando un engrane es la realización concreta de una idea del diseñador,
raramente evoluciona más allá de la etapa creativa si no se toman en consideración los
talentos de distintos especialistas.
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TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Casi invariablemente cualquier nuevo diseño o mejora, considerando inclusive las
primeras contribuciones de Da Vinci. Imponen nuevas demandas sobre materiales,
manufactura, lubricantes e inclusive aspectos de vida esperada; para este efecto, distintas
geometrías para el diente de engrane se han propuesto para lograr tanto una relación de
velocidad constante como la mayor resistencia posible. El tipo principal que se emplea en
la gran mayoría de aplicaciones es la forma involuta.
Es Wilfred Lewis en el año de 1892, quien introduce el sistema de involuta para el diseño
del diente, el que es hasta nuestros días, la forma geométrica de uso más generalizado en
el mundo.
Algunas características más notables de la forma de involuta son: su gran versatilidad y su
baja sensitividad con respecto a pequeñas variaciones de distancia entre centros. Además
en lo que respecta a suavidad de marcha, se ha logrado alta eficiencia de operación, alta
fiabilidad de manufactura. Asimismo, las herramientas de corte para satisfacer
adecuadamente la gran diversidad de requerimientos de diseño, se pueden normalizar,
cosa que no es posible con otro tipo de geometría de dientes.
Ahora bien, las capacidades de carga de engranes pueden ser limitadas bien por
condiciones de contacto entre dientes o bien por la resistencia misma de los dientes. De
manera general, conforme las propiedades de materiales son mejoradas, la capacidad de
diseño dado para un diente, se incrementa. Sin embargo los esfuerzos de contacto
aumentan en menor proporción que los esfuerzos en la raíz del diente. Así para
engranajes que tengan las más altas capacidades de carga posibles, la causa más probable
de falla es fractura de diente.
Lewis propuso así mismo la aproximación más común para la determinación de esfuerzos
en la raíz del diente, tuvo la idea de considerar el diente como una aproximación de una
viga en cantiliver. Desarrollos subsecuentes, todavía usaron esta aproximación pero
introdujeron la idea de factores de concentración de esfuerzos debido a la geometría de la
raíz del diente.
En la larga historia de desarrollo y análisis técnico de los engranes se ha alcanzado un alto
grado de perfección. Sin embargo, en un principio estaba claro que la forma de involuta
presentaba ciertas desventajas en cuanto a su resistencia a presión de contacto;
actualmente esta debilidad ha sido superada gracias a desarrollos tecnológicos
importantes tanto en el área de tratamientos térmicos, como en la de optimización del
diseño de este importante elemento de máquina, la cual está enfocada a su resistencia
por flexión.
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Capítulo 1
Máquinas Hidráulicas: Generalidades
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
1.1
Generalidades sobre Máquinas Hidráulicas.
Máquina es el conjunto de aparatos combinados para recibir cierta forma de energía,
transformarla y restituirla en otra forma más adecuada, o para producir un efecto
determinado.
Las máquinas hidráulicas pertenecen a un grupo muy importante de máquinas que se
llaman máquinas de fluido. Máquinas de fluido son aquellas máquinas en las que el fluido,
proporciona la energía que absorbe la máquina o bien aquellas en las que el fluido es el
receptor de energía, al que la máquina restituye la energía mecánica absorbida. En toda
máquina de fluido hay un intercambio entre energía de fluido y energía mecánica (por
ejemplo, el agua sale de una bomba con más presión que la que tenía a la entrada de la
misma, porque la bomba ha restituido al agua la energía absorbida en el eje).
Pueden definirse también las máquinas de fluidos como aquellas máquinas que utilizan un
fluido como elemento intercambiador de energía. Es preciso advertir que no todas las
máquinas que utilizan algún fluido pueden considerarse máquinas de fluidos si no
solamente las que los utilizan para intercambiar la energía fundamental de la máquina,
por tanto no pertenecen a este grupo aquellas que sólo los utilizan como refrigerante o
lubricante.
Pasando al tema de la clasificación de las máquinas de fluidos hay que observar que todas
las clasificaciones se realizan siguiendo distintos criterios que conducen a agrupaciones
diferentes, más o menos útiles o convenientes; no siendo, en muchos casos excluyentes
sino coincidentes.
Un primer criterio de la clasificación de las máquinas de fluidos puede ser atendiendo a la
densidad del fluido, es decir a dividirlas en aquellas que funcionan con gases o con
líquidos.
Esta clasificación conduce a separar los ventiladores y las bombas, y las turbinas
hidráulicas y las eólicas que están basadas en los mismos principios de funcionamiento,
comportándose el aire en tales casos como si fuera incompresible. Por ello se rechaza este
criterio de clasificación. Un criterio alternativo es el grado de compresibilidad del fluido.
Otro criterio, igualmente desaconsejable, es considerar el movimiento del órgano donde
se intercambia la energía, clasificando las máquinas de fluidos en alternativas y rotativas,
pues se introducen en el mismo grupo máquinas tan dispares como el motor de explosión
y la bomba aspirante-impelente, o las turbo bombas y las bombas de engranajes, o se
separan las bombas alternativas y las rotativas cuyo principio de funcionamiento es
idéntico.
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TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Máquinas Hidráulicas son aquellas que utilizan como medio intercambiador de energía un
fluido que se comporta como incompresible: bomba hidráulica, ventilador turbina
hidráulica, aerogenerador etc.
Mientras que las máquinas térmicas son las que utilizan como elemento intercambiador
de energía, fluidos que se comportan como compresibles, donde los fenómenos
termodinámicos tienen una incidencia fundamental.
La compresibilidad e incompresibilidad del fluido es fundamental en el diseño de una
máquina, ya que se traduce en la variación o invariancia de la densidad o volumen
especifico.
Todo cuerpo sólido, líquido o gas es compresible. Sin embargo, el diseño de una bomba,
por ejemplo, se hace suponiendo que el líquido bombeado es incompresible o de
densidad constante, por lo tanto una bomba es una máquina hidráulica.
1.2
Clasificación de las Máquinas Hidráulicas.
Las máquinas de fluido se clasifican en máquinas hidráulicas y máquinas térmicas, así
mismo las máquinas hidráulicas se dividen en turbo máquinas y máquinas de
desplazamiento positivo.
Una máquina hidráulica es aquella en la que el fluido que intercambia su energía no varía
sensiblemente su densidad en su paso a través de la máquina, por lo cual se considera que
su densidad se mantiene constante.
Fig. 1.1 Clasificación de las Máquinas de Fluido.
Para clasificar las maquinas hidráulicas (Fig. 1.1) se atiende al órgano principal de la
máquina, o sea al órgano en que se intercambia la energía mecánica en energía de fluido
o viceversa. Este órgano, según los casos, se llama rodete, émbolo, etc.
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TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Dentro de la clasificación de las máquinas térmicas se encuentran las máquinas de
combustión interna y los compresores para aire comprimido, dado que se tiene variación
de la densidad y el intercambio de temperatura.
En las máquinas de desplazamiento positivo, también llamadas máquinas volumétricas, el
órgano intercambiador de energía cede energía al fluido o el fluido a él en forma de
energía de presión creada por la variación de volumen. Los cambios en la dirección y el
valor absoluto de la velocidad del fluido no juegan papel esencial alguno.
En las turbomáquinas, denominadas también máquinas de corriente, los cambios en la
dirección y el valor absoluto de la velocidad del fluido juegan un papel esencial.
Al grupo de máquinas de desplazamiento positivo pertenece la clase importante de las
máquinas alternativas o de émbolo; pero estas no son ni mucho menos las únicas. Así
como en las turbomáquinas el órgano transmisor de energía (rodete) se mueve siempre
con movimiento rotativo, en las máquinas de desplazamiento positivo el órgano
transmisor de energía puede moverse tanto con movimiento alternativo como con
movimiento rotativo.
Las máquinas de desplazamiento positivo, comprenden el grupo compuesto por motores y
bombas rotativas, a saber, cilindros hidráulicos y neumáticos, grupo muy numeroso y
variadísimo, que constituye hoy en día una industria floreciente. Una bomba hidráulica es
un dispositivo mecánico el cual convierte la energía mecánica que absorbe, en energía
hidráulica, restituyendo así al líquido que la atraviesa la fuerza necesaria para desplazarse,
transmitiendo así la potencia.
Cuando una bomba hidráulica opera, realiza dos funciones. Primero, su acción mecánica
crea un vacío en la entrada de la bomba el cual permite la succión para forzar el líquido
desde el depósito en la línea de entrada hasta la bomba. En segundo lugar su acción
mecánica envía este líquido a la salida de la bomba aumentando el volumen y crea la
fuerza dentro del sistema hidráulico.
Una bomba hidráulica produce el desplazamiento o flujo de líquido: ésta no genera
presión. Esta produce el flujo necesario para el desarrollo de la presión la cual es una
función de la resistencia para el flujo del fluido en el sistema.
Por ejemplo, la presión del fluido en la salida de la bomba es cero para una bomba no
conectada a un sistema, la presión se elevará sólo hasta el nivel necesario para superar la
resistencia de la carga.
Una bomba hidráulica es una máquina de desplazamiento positivo, es decir que desplaza
(envía) la misma cantidad de líquido a cada ciclo giratorio del elemento que bombea. El
constante envío durante cada ciclo es posible debido a la tolerancia de cercanía entre el
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13
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
elemento de bombeo (como pueden ser un par de engranes) en una bomba y la carcasa
de la bomba.
Esto es, la cantidad del líquido que escurre a lo largo del elemento de bombeo en una
bomba de desplazamiento positivo es mínimo e insignificante comparado a la entrega
máxima posible en teoría. La entrega por ciclo permanece casi constante,
independientemente de los cambios en la presión contra la cual está trabajando la
bomba.
Las bombas de desplazamiento positivo, pueden ser ya sea de desplazamiento fijo o
variable. La salida de una bomba de desplazamiento positivo fijo permanece constante
durante cada ciclo de bombeo y a una velocidad de bombeo dada. La salida de una bomba
de desplazamiento variable puede ser cambiada alterando la geometría de la cámara de
desplazamiento.
A su vez, las turbomáquinas y máquinas de desplazamiento positivo se subdividen en
motoras y generadoras. Las primeras absorven energía del fluido y restituyen energia
mecánica; mientras que las segundas absorver energía mecánica y restituyen energía al
fluido.
1.2.1 Turbina hidráulica, tipos actuales y descripción general.
Turbina hidráulica se puede definir como aquella máquina que transforma la energía
hidráulica aportada por un fluido incompresible (agua) en energía mecánica, mediante la
variación del momento de la cantidad de movimiento, en resumen es una turbo máquina
hidráulica motora.
El elemento fundamental de la turbina es el impulsor llamado rodete o rueda, es el único
elemento giratorio, y es donde se verifica la transformación de energía hidráulica en
mecánica.
Además del rodete constan de una serie de elementos, situados arriba éste, que tienen la
misión de introducir el agua con la dirección y condiciones precisas.
A su salida se encuentran otros órganos que tienen el objetivo de evacuar
convenientemente el agua hacia el canal de desagüe.
1.2.1.1 Turbinas de acción y de reacción.
Existen en la actualidad dos grandes tipos de turbinas hidráulicas, las de acción y las de
reacción. Se llaman turbinas de acción o vena libre, a aquellas en las que el agua mueve el
rodete exclusivamente con energía cinética. Es decir las turbinas Pelton.
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TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Se llaman turbinas de reacción o de vena forzada a las que utilizan energía cinética y de
presión para mover el rodete. A este grupo corresponden las turbinas: Francis, Hélice,
Kaplan, Deriaz, Bulbo y Straflo.
1.2.2 Ventiladores.
Un ventilador esencialmente es una bomba de gas en vez de líquido. Por lo tanto un
ventilador es una turbomáquina hidráulica generadora para gases.
Los líquidos son poco compresibles y los gases muy compresibles. Si el gas puede
considerarse incompresible, la maquina se llama ventilador y si el gas ha de considerarse
compresible, la maquina se llama turbocompresor.
Ventilador es la turbomáquina que absorbe energía mecánica y restituye energía a un gas,
comunicándole un incremento de presión tal que el influjo de la compresibilidad puede
despreciarse.
Compresor es la turbomáquina, análoga a la anterior, pero que comunica al gas un
incremento de presión tal que el influjo de la compresibilidad puede despreciarse.
1.2.3 Bombas Hidráulicas.
Bomba, en general, es una máquina de fluido, que sirve para comunicar energía al líquido
que la atraviesa. Con ésta energía puede el líquido remontar el desnivel existente entre un
depósito superior y otro inferior. Las bombas se emplean para impulsar toda clase de
líquidos (agua, aceites de lubricación, combustibles, ácidos, etc.).
Estas máquinas, mediante el giro producido por un motor de arrastre, generan una fuerza
exterior sobre el rodete que tiene como consecuencia el incremento de la cantidad de
movimiento del fluido que atraviesa la máquina de manera continua y la presión en la
sección de salida de aquel.
Las bombas, son máquinas cuya misión es incrementar la energía de los líquidos,
transformando la energía mecánica que reciben del motor de arrastre en energía
hidráulica siendo su principio de funcionamiento, el teorema del momento cinético,
también llamado teorema de Euler.
Este tipo de bombas es sin duda el más empleado y el que se utiliza universalmente para
trasegar casi todo tipo de líquidos a cualquier altura, solamente líquidos muy viscosos,
caudales muy pequeños y alturas muy grandes ofrecen dificultades a este tipo de
máquinas.
Las bombas hidráulicas se clasifican en:
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TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
1) Bombas Rotodinámicas. Todas las turbomáquinas pertenecen a este grupo, y
tienen las siguientes características:
-Son siempre rotativas. Su funcionamiento se basa en la ecuación de Euler; su
órgano transmisor de energía se llama rodete.
- Se llaman rotodinámicas porque su movimiento es rotativo y la dinámica de la
corriente juega un papel esencial en la transmisión de la energía.
2) Bombas de desplazamiento positivo. A este grupo pertenecen no solo las bombas
alternativas, sino las rotativas llamadas rotoestáticas porque son rotativas, pero en
ellas la dinámica de la corriente no juega un papel esencial en la transmisión de la
energía. Su funcionamiento se basa en el principio de desplazamiento positivo.
1.3
Clasificación de las máquinas de desplazamiento positivo.
El órgano principal de las máquinas de desplazamiento positivo, que se designa con el
nombre genérico de desplazador, tiene la misión de intercambiar energía con el líquido, lo
que implica un desplazamiento del mismo, este órgano admite infinidad de diseños.
Sin embargo, es fácil clasificar los diseños del desplazador atendiendo a dos criterios
distintos:
Primer criterio: Según el tipo de movimiento del desplazador, las máquinas de
desplazamiento positivo se clasifican en:
- máquinas alternativas.
- máquinas rotativas.
El principio de desplazamiento positivo en las máquinas alternativas se puede realizar en
una máquina rotativa en que se representa una bomba de paletas deslizantes.
Al girar el rotor excéntrico con relación a la carcasa en sentido de las agujas del reloj de A
a B aumenta el volumen, se crea la succión y entra el líquido por el conducto y la lumbrera
de admisión; de B a A, el volumen entre el rotor y la carcasa disminuye y el líquido es
impulsado por la lumbrera y el conducto de salida.
El principio de funcionamiento de esta máquina es, pues el mismo que el de una bomba
de émbolo, un volumen que aumenta y realiza la succión y luego disminuye realizando la
impulsión, de nuevo el principio de desplazamiento positivo.
Segundo criterio. Según la variabilidad del desplazamiento se clasifican en:
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16
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
- Máquinas de desplazamiento fijo
- Máquinas de desplazamiento variable.
La variación del desplazamiento en una máquina alternativa es fácil, basta variar la carrera
del émbolo, en algunas máquinas rotativas también es fácil. Por ejemplo en la figura 1.2,
para variar el desplazamiento basta variar la excentricidad del rotor.
Fig. 1.2 Bomba hidráulica de paletas deslizantes.
1.3.1 Bombas rotatorias
Las bombas rotatorias, que generalmente son unidades de desplazamiento positivo,
consisten de una caja fija que contiene engranajes, aspas, pistones, levas, segmentos,
tornillos, etc., que operan con un claro mínimo. En lugar de "arrojar" el líquido, como en
una bomba centrífuga, una bomba rotatoria lo atrapa y lo empuja contra la caja fija.
Este tipo de bomba descarga un flujo continuo. Aunque generalmente se les considera
como bombas para líquidos viscosos, las bombas rotatorias no se limitan a este tipo de
líquidos, ya que pueden manejar casi cualquier líquido que esté libre de sólidos abrasivos.
1.3.1.1 Tipos de bombas rotatorias.
1.3.1.1.1 Bombas de engranajes externos
El uso de las bombas de engranajes externos en el mercado es muy común debido a que
es un producto compacto, potente, robusto y competitivo a nivel de coste. Este
componente transforma la energía cinética en forma de par motor, generada por un
motor, en energía hidráulica a través del caudal de aceite generado por la bomba.
Este caudal de aceite a presión se utiliza para generar, normalmente, el movimiento del
actuador instalado en la máquina/aplicación.
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17
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
El elemento principal de la bomba es el par de engranajes acoplados (Fig.1.3). El par de
engranajes está formado por el eje conductor/motriz (el que es accionado por el eje del
motor) y el eje conducido.
Fig. 1.5 Bomba de engranajes externos.
Al accionarse la bomba, el aceite entra por el orificio de entrada (aspiración) de la bomba
debido a la depresión creada al separarse los dientes de uno respecto a los del otro
engranaje. El aceite es transportado a través de los flancos de los dientes del engranaje
hasta llegar al orificio de salida de la bomba donde, al juntarse los dientes del eje
conductor con los del conducido, el aceite es impulsado hacia el orificio de salida
(presión).
Las bombas de engranajes son bombas robustas de caudal fijo, con presiones de
operación hasta 250 bar (3600psi) y velocidades de hasta 6000 rpm. Con caudales de
hasta 250 cc/rev combinan una alta confiabilidad y tecnología de sellado especial con una
alta eficacia.
1.3.1.1.1.1 Aplicaciones específicas de la bomba de engranes.
• Industria petrolera: (En casi todas las fases de los procesos). Producción – refinación,
aceites crudos y refinados. Carga de tanques, transporte, distribución.
• Lubricación: Máquinas herramientas y todo tipo de equipo mecánico.
• Quemadores de aceite: Servicios de aceite combustible.
• Sistemas hidráulicos: Elevadores, manejo de materiales.
• Industria alimenticia: Jarabes y melazas, chocolates, etcétera.
• Industria química: Proceso solventes.
• Marina: Carga, aceite combustible, etcétera.
• Industria del acero: Circulación de aceites para procesos térmicos y para enfriamiento.
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18
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
• Ferrocarriles: Transferencia de aceites combustibles y diesel, aceite de lubricación y
grasas.
1.3.1.1.1.2 Funcionamiento de una bomba de engranajes externos
La funcionamiento de la bomba, consiste en un engrane impulsor y un engrane impulsado,
ensamblados en una carcasa apropiada (Fig.1.4). Los engranes rotan en dirección opuesta
y se engranan en un punto intermedio del orificio de admisión y salida, mientras los
dientes del engrane se separan, el fluido entra a la cámara de admisión, el fluido es
atrapado entre el diente del engrane y la carcasa y es llevado por dos tubos separados
alrededor a la cámara de salida.
Mientras los dientes se engranan otra vez, el fluido es forzado a través del orificio de
salida, el ajuste apropiado de los dientes del engrane dentro de la caja se requiere para
proporcionar un sello entre el lado de admisión y de salida, disminuyendo las filtraciones
internas.
El desplazamiento es la cantidad teórica de líquido que los elementos giratorios pueden
desplazar sin carga o presión. En una bomba de engranes, por ejemplo el desplazamiento
es la suma de los volúmenes existentes entre los dientes.
El deslizamiento es la cantidad de líquido que regresa de la descarga a la succión, a través
de los claros que existen entre los dientes y entre la pared lateral de los engranes y la
carcasa.
El gasto de la bomba es la cantidad real de líquido que sale de ella, y es igual al
desplazamiento de la bomba menos el retorno y la recirculación. Teóricamente, el
desplazamiento es una línea recta. En la práctica se produce un pequeño retorno. El
retorno es directamente proporcional a la presión de descarga e inversamente
proporcional a la viscosidad del líquido. El retorno no varía con la velocidad de la bomba.
La curva de caudal y el desplazamiento tienden a unirse cuando aumenta la viscosidad.
Fig. 1.4 Funcionamiento de una bomba de engranajes externos.
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19
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
1.3.1.1.2 Bombas de engranajes internos
Este tipo, tiene un motor con dientes cortados internamente (Fig.1.5) y que encajan en un
engrane loco, cortado externamente. Puede usarse una partición en forma de luna
creciente para evitar que el líquido pase de nuevo al lado de succión de la bomba.
Fig. 1.5 Bomba de engranajes internos.
1.3.1.1.3 Bombas de Leva y Piston
También llamadas "Bombas de émbolo rotatorio", consisten de un excéntrico con un
brazo ranurado en la parte superior (Fig.1.6). La rotación de la flecha hace que el
excéntrico atrape el líquido contra la caja. Conforme continúa la rotación, el líquido se
fuerza de la caja a través de la ranura a la salida de la bomba.
Fig. 1.6 Bomba de embolo rotatorio.
1.3.1.1.4 Bombas lobulares
Éstas se asemejan a las bombas del tipo de engranajes en su forma de acción, tienen dos o
más motores cortados con tres (Fig. 1.7), cuatro, o más lóbulos en cada motor. Los
motores se sincronizan para obtener una rotación positiva por medio de engranajes
externos. Debido a que el líquido se descarga en un número más reducido, el flujo del tipo
lobular no es tan constante como en la bomba del tipo de engranajes.
Fig. 1.7 Bomba de tres lóbulos.
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20
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
1.3.1.1.5 Bombas de tornillo
Estas bombas tienen un eje en forma de espiral, que gira dentro de un cilindro que a su
vez posee cavidades en espiral. El eje gira desplazando el fluido a través de las cavidades,
avanzando en forma continua, produciéndose un flujo axial (Fig.1.8 y 1.9).
Fig. 1.8 Bomba de tornillo simple.
Fig. 1.9 Bomba de tornillo y rueda.
1.3.1.1.6 Bombas de aspas o Paletas
Las bombas de aspas oscilantes (Fig.1.10) tienen una serie de aspas articuladas que se
balancean conforme gira el motor, atrapando al líquido y forzándolo en el tubo de
descarga de la bomba.
Fig. 1.10 Bomba de aspa flexible.
Las bombas de aspas deslizantes (Fig.1.11) usan aspas que se presionan contra la carcasa
por la fuerza centrífuga cuando gira el motor. El líquido atrapado entre las dos aspas se
conduce y fuerza hacia la descarga de bomba.
Fig. 1.11 Bomba de aspas deslizantes.
1.3.1.1.7 Bombas Peristálticas
El líquido es desplazado por el interior de una manguera colocada en forma perimetral
dentro de la carcasa de la bomba. Este desplazamiento es provocado por una rueda que
posee dos levas, las cuales al girar van comprimiendo la manguera. Para disminuir el
desgaste provocado por el roce entre la manguera y las levas, este sistema está sumergido
en un lubricante.
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21
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
1.3.2 Bombas alternativas o reciprocantes.
Las bombas alternativas o reciprocas son también unidades de desplazamiento positivo
descargan una cantidad definida de líquido durante el movimiento del pistón o émbolo a
través de la distancia de carrera. En este tipo de bombas el fluido se desplaza mediante
movimiento alternativo; al moverse en un sentido succiona y en el sentido inverso
expulsa.
1.3.2.1 Tipos de bombas alternativas
El flujo de descarga de las bombas centrífugas y de la mayor parte de las bombas
rotatorias es continuo. Pero en las bombas alternativas el flujo pulsa, esto puede reducirse
con una cámara colchón o pulmón regulador. Igual que otras bombas, las bombas
alternativas no succionan los líquidos. Reducen solamente la presión en la cámara de
succión y la presión externa, generalmente la atmosférica, empuja el líquido en la bomba.
1.3.2.1.1 Bombas de diafragma
La bomba combinada de diafragma puede ser comandada mecánica, hidráulica o
neumáticamente. En una bomba de diafragma existe un flexible que va sujeto a una
cámara poco profunda, y este es accionado. Un diafragma de material flexible no metálico
puede soportar mejor la acción corrosiva o erosiva que las partes metálicas de algunas
bombas alternativas. También son apropiados para pulpas gruesas, drenajes, lodos,
disoluciones ácidas y alcalinas, así como mezclas de agua con sólidos que pueden
ocasionar erosión.
1.3.2.1.2 Bomba de émbolo.
El líquido es desplazado en forma axial dentro de un cilindro, por un émbolo que por
medio de válvulas permite succionar o expulsar el fluido. El movimiento rectilíneo del
émbolo es provocado por un sistema de cigüeñal.
1.3.2.1.3 Bomba de pistones
El líquido es desplazado en forma axial dentro de un cilindro, por un pistón que por medio
de válvulas permite succionar o expulsar el fluido.
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22
Capítulo 2
Principios Teóricos de las Máquinas de
Desplazamiento Positivo
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
En las máquinas de desplazamiento positivo, también llamadas máquinas volumétricas, el
órgano intercambiador de energía cede energía al fluido o el fluido a él en forma de
energía de presión creada por la variación de volumen. Los cambios en la dirección y el
valor absoluto de la velocidad del fluido no juegan papel esencial alguno.
Las máquinas de desplazamiento positivo, comprenden el grupo compuesto por motores y
bombas rotativas, a saber, cilindros hidráulicos y neumáticos, grupo muy numeroso y
variadísimo, que constituye hoy en día una industria floreciente.
Una bomba hidráulica es un dispositivo mecánico el cual convierte la energía mecánica
que absorbe, en energía hidráulica, restituyendo así al líquido que la atraviesa la fuerza
necesaria para desplazarse, transmitiendo así la potencia. Cuando una bomba hidráulica
opera, realiza dos funciones. Primero, su acción mecánica crea un vacío en la entrada de la
bomba el cual permite la succión para forzar el líquido desde el depósito en la línea de
entrada hasta la bomba. En segundo lugar su acción mecánica envía este líquido a la salida
de la bomba aumentando el volumen y crea la fuerza dentro del sistema hidráulico.
Una bomba hidráulica produce el desplazamiento o flujo de líquido: ésta no genera
presión. Esta produce el flujo necesario para el desarrollo de la presión la cual es una
función de la resistencia para el flujo del fluido en el sistema.
Una bomba hidráulica es una máquina de desplazamiento positivo, es decir que desplaza
(envía) la misma cantidad de líquido a cada ciclo giratorio del elemento que bombea. El
constante envío durante cada ciclo es posible debido a la cercanía admisible entre el
elemento de bombeo (como pueden ser un par de engranes) en una bomba y la carcasa
de la bomba. Esto es, la cantidad del líquido que escurre a lo largo del elemento de
bombeo en una bomba de desplazamiento positivo es mínimo e insignificante comparado
a la entrega máxima posible en teoría. La entrega por ciclo permanece casi constante,
independientemente de los cambios en la presión contra la cual está trabajando la
bomba.
Las bombas de desplazamiento positivo, pueden ser ya sea de desplazamiento fijo o
variable. La salida de una bomba de desplazamiento positivo fijo permanece constante
durante cada ciclo de bombeo y a una velocidad de bombeo dada. La salida de una bomba
de desplazamiento variable puede ser cambiada alterando la geometría de la cámara de
desplazamiento.
2.1
Propiedades de los fluidos.
Para poder obtener una mejor comprensión del presente trabajo, es necesario tener en
cuenta los siguientes antecedentes, debido a que son básicos en el estudio de los fluidos.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
24
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
2.1.1 Fluido.
Los fluidos son sustancias capaces de “fluir” y que se adaptan a la forma de los recipientes
que los contienen. Cuando están en equilibrio, los fluidos no pueden soportar fuerzas
tangenciales o cortantes. Todos los fluidos son compresibles en cierto grado y ofrecen
poca resistencia a los cambios de forma.
En el estudio de la mecánica de fluidos conviene suponer que tanto gases como líquidos
están continuamente distribuidos por toda una región de interés, esto es, el fluido se trata
como medio continuo. El comportamiento de un fluido está definido por las propiedades
del mismo.
2.1.2 Presión.
La presión se define como la cantidad de fuerza que se ejerce sobre una unidad de área de
una sustancia, o sobre una superficie. Se enuncia por medio de la ecuación:
Donde:
P= Presión (N/m)
F = Fuerza aplicada (N)
A = Área donde se aplica la fuerza (m)
Nótese que la fuerza p no es una fuerza, sino el cociente de una fuerza por una superficie.
Los fluidos están sujetos a variaciones grandes de presión, en función del sistema en el
que se utilizan.
Podemos considerar las siguientes propiedades:
- La presión en un punto de un fluido en reposo es igual en todas direcciones.
- La presión en todos los puntos situados en un mismo plano horizontal en el seno de un
fluido en reposo es la misma.
- En un fluido en reposo la fuerza de contacto que ejerce en el interior de una parte del
fluido sobre la otra contigua al mismo tiene la dirección normal a la superficie de contacto.
- La fuerza de la presión en un fluido en reposo se dirige siempre hacia el interior del
fluido, es decir, es una compresión, jamás una tracción.
- La superficie libre de un líquido en reposo siempre es horizontal.
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25
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
2.1.3 Compresibilidad.
La compresibilidad se refiere al cambio de volumen que sufre una sustancia cuando se le
sujeta a un cambio de presión. La cantidad usual que se emplea para medir este
fenómeno es el módulo volumétrico de elasticidad, o módulo volumétrico.
(
)⁄
Donde:
E= Compresibilidad (Pa)
∆ p = Gradiente de presión (Pa)
∆ V = Gradiente de volumen (m3)
V = Gradiente de volumen (m3)
2.1.4 Densidad.
La densidad es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia. Por lo tanto,
si se denota la densidad con la letra griega ρ, se tiene que
Donde:
= Densidad kg/ m3
m = Masa del fluido (kg)
V = Volumen del fluido (m3)
Las unidades de la densidad son kilogramos por metro cúbico en el S.I. y ne slugs por pie
cúbico en el Sistema Ingles.
2.1.5 Peso específico.
Se le denomina peso específico a la relación entre el peso de una sustancia y su volumen..
En los líquidos puede considerarse constante para las variaciones ordinarias de presión.
El peso específico es la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia. Si se
denota el peso específico con la letra griega ɣ, entonces:
(
)
Donde:
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26
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
= Peso específico (N/m3)
ρ = Densidad del fluido (kg/m3)
g = Aceleración de la gravedad (m/s2)
2.1.6 Viscosidad.
La viscosidad puede ser considerada como la pegajosidad interna de un fluido. Es aquella
propiedad que determina la cantidad de resistencia opuesta a las fuerzas cortantes. La
viscosidad se debe primordialmente a las interacciones entre las moléculas del fluido.
2.1.6.1 Viscosidad dinámica.
Conforme un fluido se mueve, dentro de él se desarrolla un esfuerzo cortante, cuya
magnitud depende de la viscosidad del fluido. Se define al esfuerzo cortante, denotado
con la letra griega , como la fuerza que se requiere para que una unidad de área de una
sustancia se deslice sobre otra.
El hecho de que el esfuerzo cortante en el fluido sea directamente proporcional al
gradiente de velocidad se enuncia en forma matemática así:
Donde:
= Esfuerzo cortante (N/m2)
= Viscosidad dinámica o absoluta (Pa∙s)
= Gradiente de velocidad (m / m/s)
La viscosidad dinámica se obtiene despejando de la ecuación anterior:
⁄
La viscosidad dinámica de los fluidos varía mucho con la temperatura, aumentando con la
temperatura para los gases y disminuyendo en los líquidos, pero en unos y otros
prácticamente es independiente de la presión.
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27
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
2.1.6.2 Viscosidad cinemática.
En hidrodinámica intervienen junto con las fuerzas debidas a la viscosidad, las fuerzas de
inercia, que dependen de la densidad. Por eso tiene un siguiente significado importante la
viscosidad dinámica referida a la densidad, o sea la relación de la viscosidad dinámica a la
densidad, que se denomina viscosidad cinemática. Por lo que estaría dada por la ecuación:
(
)
Donde:
= Viscosidad cinemática mm2/s)
= Viscosidad dinámica(Pa∙s)
= Densidad (N/m3)
La viscosidad cinemática de los gases varía mucho con la presión y la temperatura,
mientras que la de los líquidos prácticamente solo varía con la temperatura.
2.1.6.3 Grados ISO de viscosidad.
Los lubricantes empleados en aplicaciones industriales deben estar disponibles en un
rango amplio de viscosidad, para satisfacer las necesidades de la maquinaria. Los
diseñadores de estos sistemas deben asegurarse de que el lubricante tolere las
temperaturas a que se expondrá, al mismo tiempo que proporcione suficiente capacidad
de carga. El resultado es la necesidad de un rango amplio de viscosidades. Para cumplir
con estos requerimientos y contar con cierto número de opciones, el estándar ASTM D
2422 define un conjunto de 20 grados de viscosidad ISO (Tabla 2.1). La designación del
estándar incluye el prefijo ISO VG seguido de un número que representa la viscosidad
cinemática en cSt (mm2/s) para una temperatura de 40° C. donde los valores máximo y
mínimo son 10% del valor nominal. Este sistema está ganando aceptación en los
mercados del mundo.
Grado
ISO
2
3
5
7
10
15
22
32
46
68
100
Limites de Viscosidad
cSt / 40°
Min.
Máx.
1.98
2.42
2.88
3.52
4.14
5.06
6.12
7.48
9.00
11.00
13.50
16.50
28.80
24.20
41.40
35.20
61.20
50.60
90.00
74.80
135.00
110.00
SSU / 100° F
Min.
Máx
32.8
34.4
35.0
38.2
40.4
43.5
47.2
52.0
57.6
65.3
75.8
89.1
105.0
126.0
149.0
182.0
214.0
262.0
317.0
389.0
469.0
575.0
SSU / 210° F
Min.
Máx.
34.6
35.7
37.0
38.3
39.7
41.4
43.0
45.0
47.1
49.9
52.9
56.9
61.2
66.9
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
28
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
150
220
320
460
680
1000
1500
Tabla 2.1
2.2
198.00
288.00
414.00
612.00
612.00
900.00
1350.00
165.00
242.00
352.00
506.00
748.00
1100.00
1650.00
709.0
1047.0
1533.0
2214.0
3298.0
4864.0
7865.0
871.0
1283.0
1881.0
2719.0
4048.0
5975.0
9079.0
73.8
90.4
112.0
139.0
178.0
226.0
291.0
81.9
101.0
126.0
158.0
202.0
256.0
331.0
Hidrodinámica.
La hidrodinámica estudia la dinámica de fluidos incompresibles. Etimológicamente, la
hidrodinámica es la dinámica del agua, puesto que el prefijo griego "hidro-" significa
"agua". Aun así, también incluye el estudio de la dinámica de otros líquidos. Para ello se
consideran entre otras cosas la velocidad, presión, flujo y gasto del fluido.
Para el estudio de la hidrodinámica normalmente se consideran tres aproximaciones
importantes:

Que el fluido es un líquido incompresible, es decir, que su densidad no varía con el
cambio de presión, a diferencia de lo que ocurre con los gases.

Se considera despreciable la pérdida de energía por la viscosidad, ya que se supone
que un líquido es óptimo para fluir y esta pérdida es mucho menor comparándola
con la inercia de su movimiento.

Se supone que el flujo de los líquidos es en régimen estable o estacionario, es
decir, que la velocidad del líquido en un punto es independiente del tiempo.
La hidrodinámica tiene numerosas aplicaciones industriales, como diseño de canales,
construcción de puertos y presas, fabricación de barcos, turbinas, etc.
Daniel Bernoulli fue uno de los primeros matemáticos que realizó estudios de
hidrodinámica.
2.2.1 Ecuación de la energía.
Si planteamos la ecuación de energía entre dos puntos de una corriente de fluido se tiene:
Donde:
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29
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
V1 y V2 = Velocidades promedios en las secciones de entrada y salida de la bomba,
respectivamente (m/s).
- hA = Energía añadida o agregada al fluido mediante un dispositivo mecánico, como puede
ser una bomba (m).
- hR = Energía removida o retirada del fluido mediante un dispositivo mecánico, como
podría ser una turbina (m).
- hL = Pérdida de energía la cual se compone en general de las pérdidas por fricción y
pérdidas menores (m).
Es esencial que la ecuación general de la energía se escriba en la dirección del flujo, es
decir, desde el punto de referencia en el lado izquierdo de la ecuación hacia aquél en el
lado derecho.
Los signos algebraicos tienen importancia crucial porque el lado izquierdo de la ecuación
anterior establece que en un elemento de fluido que tenga cierta cantidad de energía por
unidad de peso en la sección 1, podría ganarse energía, removerse energía o perderse
energía, antes de que alcance la sección 2. Ahí contiene una cantidad diferente de energía
por unidad de peso, como lo indican los términos en el lado derecho de la ecuación.
2.2.2 Número de Reynolds.
El comportamiento de un fluido, en particular en lo que se refiere a las pérdidas de
energía, depende de que el flujo sea laminar o turbulento. Por esta razón, se necesita un
medio para predecir el tipo de flujo sin tener que observarlo en realidad. Más aún, la
observación directa es imposible para fluidos que van por tubos opacos. Se demuestra en
forma experimental y se verifica de modo analítico, que el carácter del flujo en un tubo
redondo depende de cuatro variables: la densidad del fluido ρ, su viscosidad η y el
diámetro del tubo D y la velocidad promedio del flujo v.
Osborne Reynolds fue el primero en demostrar que es posible pronosticar el flujo laminar
o turbulento si se conoce la magnitud de un número adimensional. Al que hoy se le
denomina número de Reynolds (NR). La ecuación siguiente muestra la definición básica del
número de Reynolds:
Donde:
Re = Numero de Reynolds
V = velocidad del fluido (mm/s)
D = diámetro del tubo (mm)
v = viscosidad cinemática del fluido (mm2/s)
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
30
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Debido a que todas las unidades se cancelan, tendremos un resultado adimensional.
Los flujos tienen números de Reynolds grandes debido a una velocidad elevada y/o una
viscosidad baja, y tienden a ser turbulentos (Fig.2.1).
Para aplicaciones prácticas, del flujo en tuberías, encontramos que si el número de
Reynolds para el flujo es menor de 2000, éste será laminar. Si el número de Reynolds es
mayor a 4000, el flujo será turbulento. En el rango de números de Reynolds entre 2000 y
4000 es imposible predecir qué flujo existe; por tanto le denominaremos región crítica.
Fig. 2.1 Representación gráfica del flujo laminar y del flujo turbulento
El flujo laminar se caracteriza porque las partículas se mueven siguiendo trayectorias
separadas perfectamente definidas (no necesariamente paralelas), sin existir mezcla
macroscópica o intercambio transversal entre ellas. Si se inyecta colorante (con
propiedades similares a las del líquido) dentro de un flujo laminar, éste se mueve como un
filamento delgado que sigue las trayectorias del flujo.
En un flujo turbulento las partículas se mueven con trayectorias muy erráticas, sin seguir
un orden establecido, presentando diversas componentes de la velocidad en direcciones
transversales entre sí, que originan un mezclado intenso de las partículas.
2.3
Principio de desplazamiento positivo
El funcionamiento de las máquinas de desplazamiento positivo no se basa como el de las
turbomáquinas, en la ecuación de Euler, sino en el principio del desplazamiento positivo
(Fig.2.2).
Fig.2.2 Representación del principio de desplazamiento positivo.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
31
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
En el interior del cilindro de la figura anterior, en que se mueve un émbolo con
movimiento uniforme y velocidad v hay un fluido a la presión p. Supondremos que tanto
el cilindro como el émbolo son rígidos o indeformables y que el fluido es incompresible. El
movimiento del émbolo se debe a la fuerza aplicada F. El émbolo al moverse desplaza al
fluido a través del orificio de la figura. Si el émbolo recorre un espacio l hacia la izquierda,
el volumen ocupado por el líquido se reducirá en un valor igual a Al (donde A es el área
transversal del émbolo). Como el fluido es incompresible el volumen del fluido que sale
por el orificio será también Al.
Es evidente que el esquema de la figura anterior puede funcionar como bomba o como
motor, es decir, la máquina puede absorber potencia mecánica y restituir potencia
hidráulica o viceversa. Tanto en un caso como en otro queda en evidencia que:
El principio de desplazamiento positivo consiste en el movimiento de un fluido causado por
la disminución del volumen de una cámara.
Por tanto, en una maquina de desplazamiento positivo:
El órgano intercambiador de energía no tiene necesariamente movimiento alternativo
(émbolo), sino que puede tener movimiento rotativo (rotor). Sin embargo, en las
máquinas de desplazamiento positivo tanto alternativas como rotativas, siempre hay una
cámara que aumenta de volumen (succión de la bomba) y disminuye de volumen
(impulsión). Por eso estas maquinas se llaman también máquinas volumétricas. Además, si
el órgano transmisor de energía tiene movimiento rotativo, la máquina se llama
rotoestática para distinguirlas de las rotodinámicas.
Una máquina rotoestática es una máquina de desplazamiento positivo de movimiento
rotativo.
- El intercambio de energía del fluido se hace siempre en forma de presión, en
contraposición a las turbomáquinas.
- Las turbomáquinas basadas en la ecuación de Euler en general no son reversibles; una
bomba rotodinámica al funcionar como turbina empeora su rendimiento, y en algunos
casos es incapaz de producir potencia útil alguna. La razón es que los ángulos de los
álabes juegan un papel decisivo en la transmisión de la energía, y al funcionar como
turbina los álabes no poseen ya los ángulos apropiados.
Por el contrario, el principio de desplazamiento positivo hace que todas las máquinas
basadas en él sean fundamentalmente reversibles. El que algunas máquinas
prácticamente no lo sean no es en virtud de la hidráulica, sino de la mecánica del aparato.
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32
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Por ejemplo, ciertas bombas de paletas deslizantes funcionando como motor a pequeñas
velocidades pueden no llegar a desarrollar la fuerza centrífuga necesaria para producir
suficiente estanqueidad. En las transmisiones y controles se emplean casi exclusivamente
las máquinas de desplazamiento positivo; quedando casi eliminadas de este dominio las
turbomáquinas. Para ello existen dos razones:
1) En las turbomáquinas al variar la presión varía el caudal. Si se emplease una bomba
rotodinámica para el sistema de presión del accionamiento hidráulico de una excavadora,
al encontrar ésta mayor resistencia en el terreno, se reduciría la velocidad de trabajo de la
misma. Si se emplea una bomba rotoestática no sería así.
2) Una bomba rotodinámica da una presión máxima, si aumenta la resistencia
aumentando la presión necesaria en la bomba, que no puede exceder dicho valor máximo
y la máquina se calaría. La bomba rotoestática, no.
2.4
Conceptos de las Máquinas de desplazamiento positivo.
Conviene conocer una serie de términos conceptuales de muy frecuente uso en las
explicaciones contenidas en éste trabajo, referidos a cargas, potencias, caudales, pérdidas,
rendimientos, entre otros.
2.4.1 Caudal.
Es la cantidad de flujo volumétrico que pasa por unidad de tiempo. En las bombas de
engranajes puede ser calculado usando la fórmula que comprende el número de
revoluciones, el número de dientes de los engranes y la dimensión de los espacios entre
los dientes. Con cada revolución de la bomba, un diente del engrane transporta una
cantidad de líquido igual al volumen del espacio existente entre un diente y el otro.
2.4.1.1 Caudal teórico de la Bomba de Engranajes
El caudal de las bombas de engranajes puede ser calculado usando la fórmula que
comprende el número de revoluciones, el número de dientes de los engranes y la
dimensión de los espacios entre los dientes. Con cada revolución de la bomba, un diente
del engrane transporta una cantidad de líquido igual al volumen del espacio existente
entre un diente y el otro. El caudal teórico está dado por:
(
)
Donde:
S = 0.014 dm2 (sección libre entre 2 dientes)
L = 7.59 mm; 0.0759 dm (altura de los dientes)
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33
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
n = revoluciones por minuto
z = 10 (número de dientes)
2.4.1.2 Caudal Efectivo de las Bombas de Engranaje
En realidad, una bomba de engranajes tiene un caudal inferior al valor teórico, debido a
un escape de líquido causado por:
a) El pequeño descenso inevitable que queda entre la cara superior de los dientes y la
carcasa.
b) El descenso que queda entre las superficies laterales de los engranes y la carcasa.
c) Los pequeños espacios entre las superficies del par de dientes que se engranan entre
ellos; estos retiran una pequeña cantidad del líquido que entra a la zona de succión.
Para calcular el caudal de la bomba de engranaje es necesario medir el tiempo que tarda
en llenar dicho tanque, estableciendo dos puntos de lectura: de inicio y de pausa. Para
hacer las mediciones, una escala graduada en milímetros ha sido montada en el tanque.
Un ejemplo de la medición del caudal usando el tanque calibrado se indica a continuación:
(
)
Donde:
QT = Caudal Efectivo.
y = Número de divisiones en la banda milimétrica
Ku = Constante del tanque calibrado: 1 cm = 0.66 dm3
t = Tiempo (minutos)
Por lo general la carga de una bomba no se altera por la clase de unidad elegida.
El estudio cuidadoso de la condición de carga y la localización de la bomba puede producir
ahorros apreciables en potencia, por un periodo largo sin aumentar sustancialmente el
costo inicial del proyecto.
2.4.2 Carga.
El cálculo de la carga total de bombeo consiste en determinar la energía requerida para
impulsar el líquido desde el nivel de succión hasta el nivel de descarga, venciendo la
resistencia que ofrecen la tubería y los accesorios al paso del fluido.
a) La presión que ejerce una columna (H) vertical de un líquido en cualquier punto debido
a su peso, se le conoce como carga.
b) Una carga de líquido en un tubo vertical desarrolla una cierta presión (F/A) sobre la
superficie horizontal en el fondo del tubo.
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34
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
El paso del líquido, que actúa sobre la superficie es lo que produce la presión. En las
aplicaciones de bombas, generalmente se llama a la altura de la columna del líquido que
actúa sobre la succión o descarga de la bomba. La altura de la columna del líquido, que
produce la presión en cuestión se conoce como carga sobre la superficie. La altura de la
carga de líquido se le conoce como carga estática, se expresa en unidades de longitud
(metros, pies, etc.)
La carga correspondiente a una presión específica depende del peso específico del líquido
de acuerdo a la siguiente expresión.
La columna estática en la entrada o salida, se expresa como un cierto número de metros
de líquido. La columna estática, es la diferencia de elevación y puede calcularse para una
variedad de condiciones que se encuentren en una instalación de bombeo.
En este sistema se calculará la carga con la siguiente formula
ɣ
Donde:
H = Carga de la bomba (m)
P = Potencia (Kw)
ɣ = Peso específico (N/m3)
Q = Caudal (l/min)
2.4.3 Curvas Características.
Las gráficas de las condiciones en un sistema de bombeo existente o propuesto, pueden
ser auxiliares importantes en el análisis del sistema.
Se entiende por curva característica de una máquina la representación gráfica de su
funcionamiento. Siendo extraordinariamente útil en el caso de las máquinas de
desplazamiento positivo.
La curva característica o curva H-Q de una turbomáquina revela que la bomba solo puede
alcanzar una altura (presión) máxima que, según la ecuación de Euler, depende de la
forma del rodete. Mientras que por ejemplo, en una bomba de émbolo, ocurre lo
contrario. Teóricamente, el caudal no dependerá de la resistencia en la tubería de
impulsión, que se reflejará en un aumento de la presión que reine en el cilindro, ya que
dada una velocidad del émbolo, el desplazamiento será el mismo, y el caudal también.
Además, si las paredes del émbolo son suficientemente robustas, y el motor de
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35
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
accionamiento es suficientemente potente, la bomba proporcionará toda la presión que
se le pide. Teóricamente la curva H-Q de una bomba de desplazamiento positivo será una
paralela al eje H.
La representación se realiza en un sistema de ejes coordenados cartesianos, y como
parámetros las entidades que entran en juego en el fenómeno físico, y definiendo las
escalas convenientes de éstas, se anotan sus magnitudes.
Cada punto de las curvas características es un punto de funcionamiento de la máquina, de
tal manera, que aquellas podrían ser definidas como “el lugar geométrico de los puntos en
que puede funcionar una máquina hidráulica”.
Para seleccionar una curva apropiadamente para una aplicación dada, debe usarse por lo
menos un punto de la curva del sistema. Para algunas aplicaciones, pueden usarse dos o
más puntos para obtener la disposición más económica.
2.4.4 Potencia
Es la cantidad de trabajo que se efectúa por unidad de tiempo. Esto equivale a la
velocidad de cambio de energía en un sistema o al tiempo que se emplea para realizar un
trabajo.
Por otra parte, la potencia mecánica es aquel trabajo que realiza una máquina en un cierto
periodo de tiempo. Es decir que se trata de la potencia transmitida a través de la acción de
fuerzas físicas de contacto o elementos mecánicos relacionados como palancas y
engranajes.
En cuanto a las unidades de potencia, pueden reconocerse cuatro grandes sistemas. El
sistema internacional, cuya unidad más frecuente es el vatio o el watt y sus múltiplos
(kilovatio, megavatio, etc.), aunque también puede utilizar combinaciones equivalentes
como el volt-ampere; el sistema inglés, que mide por caballo de fuerza métrico, el técnico
de unidades que se basa en la caloría internacional por segundo.
2.4.5 Eficiencia o rendimiento.
La idea de eficiencia o rendimiento, va unida a la de trabajo, cuando una máquina se usa
para transformar energía mecánica en energía eléctrica o energía térmica en energía
mecánica. Su rendimiento puede definirse como la razón entre el trabajo que sale (trabajo
útil) y el que entra (trabajo producido), como la razón entre la potencia que sale y la que
entra, o también como la razón entre la energía que sale y entra.
De acuerdo con el principio de la conservación de la energía estos procesos se relacionan
entre sí:
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
36
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Trabajo de entrada = Trabajo de salida + Trabajo contra el rozamiento
La cantidad de trabajo útil realizado por la maquina nunca podrá ser mayor que el trabajo
que se le suministra. Siempre habrá algunas pérdidas debidas al rozamiento o a alguna
otra fuerza disparadora.
Por ejemplo, al bombear aire a una llanta de bicicleta con una pequeña bomba de mano,
ejercemos una fuerza hacia abajo sobre el émbolo, forzando el aire hacia la llanta
podemos fácilmente verificar que parte de nuestro trabajo de entrada se pierde contra la
fricción al sentir como se calienta la pared de la bomba de mano. Cuantas más pequeñas
podamos hacer las perdidas por rozamiento en una maquina, tanto más provecho se
contendrá del esfuerzo inicial.
El rendimiento mecánico en una máquina ideal es 1, esto porque no existe rozamiento y el
trabajo útil es igual al trabajo producido. El rendimiento mecánico en una “máquina real”
es siempre menor que 1, debido a las pérdidas de energía por el rozamiento interno que
surge durante el funcionamiento de la máquina. Generalmente se multiplica por 100, para
que el rendimiento se exprese en porcentaje.
Se supone que las máquina transmiten toda la fuerza que se les comunica; pero no es está
la realidad, pues parte de la fuerza se pierde en la práctica, gastándose en rozamientos,
choques, trepidaciones, etc. La parte absorbida por esta resistencia se llama “trabajo
pasivo”, y la que resulta efectiva para el fin intentado por la máquina, se llama trabajo
“útil”.
2.4.5.1 Eficiencia mecánica.
Es la relación entre la potencia obtenida y la potencia teórica. Es decir en una maquina
según los cálculos es posible obtener cierta potencia, sin embargo en la práctica, por
diversas variables (fricción, cambios bruscos de dirección, tipo de combustible) se pierde
potencia y únicamente se tendrá un porcentaje de la potencia teórica. La Eficiencia
mecánica está dada por la fórmula:
Donde:
η
Eficiencia mecánica
Pe = Potencia real ( )
Pt = Potencia teórica ( )
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
37
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
2.4.5.2 Eficiencia volumétrica.
La eficiencia volumétrica es el porcentaje de flujo que se tiene disponible para realizar un
trabajo, respecto al flujo teórico que por construcción dicha bomba debería suministrar.
En otras palabras, es una medida de las pérdidas en volumen debidas a fugas internas de
la bomba hidráulica y se calcula dividiendo el caudal actual que entrega la bomba en litros
o galones por minuto, entre el caudal teórico que por construcción la bomba debería de
entregar y se expresa en porcentaje. El caudal actual de la bomba se mide utilizando un
medidor de flujo o bien vaciando la entrega de la bomba en un recipiente y midiendo el
tiempo de llenado y el volumen correspondiente.
Debido a que las fugas internas se incrementan conforme se incrementa la presión de
operación y conforme disminuye la viscosidad del fluido, estas variables deben ser
establecidas cuando se documenta la eficiencia volumétrica.
Conforme una bomba hidráulica se va desgastando por estar en servicio, se incrementan
las fugas internas y por lo tanto la cantidad de flujo útil disponible para realizar un trabajo,
disminuye. Si el valor de eficiencia volumétrica disminuye por debajo de un valor
considerado como aceptable, deberá hacerse una revisión completa de los componentes
de la bomba. Al momento de tener que decidir si se tiene que realizar una revisión general
a una bomba hidráulica, el número importante a considerar es la eficiencia volumétrica,
medida esta calibrando la bomba al 100% de su desplazamiento.
La eficiencia volumétrica de la bomba de engranajes corresponde a la siguiente formula
Donde:
η
Eficiencia volumétrica.
= Caudal Efectivo (l/min.)
= Caudal Teórico (l/min.)
2.4.6 Pérdidas.
El flujo de un liquido en una tubería viene acompañado de una pérdida de energía, que
suele expresarse en términos de energía por unidad de peso de fluido circulante
(dimensiones de longitud), denominada habitualmente pérdida de carga.
En el caso de tuberías horizontales, la pérdida de carga se manifiesta como una
disminución de presión en el sentido de flujo.
La pérdida de carga está relacionada con otras variables según sea el tipo de flujo
(laminar o turbulento). Además de las pérdidas de carga lineales, también se producen
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
38
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
pérdidas de carga singulares en puntos concretos como codos, ramificaciones, válvulas,
etc.
2.4.6.1 Pérdidas por fricción.
La cantidad que más se calcula en flujos de tuberías tal vez sea la pérdida de energía. Estas
son debidas a la fricción interna en el fluido. Como se indica en la ecuación general de
energía, tales pérdidas traen como resultado la disminución de presión entre dos puntos
del sistema de flujo.
Tomando la ecuación de la energía:
Al término de hL se le define como la pérdida de energía en el sistema. Una componente
de la pérdida de energía es la fricción en el fluido que circula. Para el caso del flujo en
tuberías y tubos, la fricción en el fluido es proporcional a la carga de velocidad del flujo y a
la relación de la longitud al diámetro de la corriente. Esto se expresa en forma matemática
como la ecuación de Darcy-Weisbach:
En la que:
L = Longitud del tramo de tubería (m)
D = Diámetro del conducto (m)
V = Velocidad promedio del flujo (m/s)
g = Gravedad (m/s2)
f = Factor de fricción (adimensional)
La ecuación de Darcy se utiliza para calcular la pérdida de energía debido a la fricción en
secciones rectilíneas y largas de tubos redondos, tanto para flujo laminar como
turbulento. La diferencia entre los dos flujos está en la evaluación de factor de fricción
adimensional .
2.4.6.1.1 Pérdida de energía en flujo laminar.
Cuando existe flujo laminar, el fluido parece moverse como si fueran varias capas, una
sobre la otra. Debido a la viscosidad del fluido, se crea un esfuerzo cortante entre sus
capas. Se pierde energía del fluido por la acción de las fuerzas de fricción que hay que
vencer, y que son producidas por el esfuerzo cortante. Debido a que el flujo laminar es tan
regular y ordenado, es posible obtener una relación entre la pérdida de energía y los
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
39
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
parámetros mesurables del sistema de flujo. La pérdida de energía en este tipo de flujo se
puede calcular a partir de la ecuación de Hagen – Poiseuille.
Dicha ecuación permite determinar el flujo laminar estacionario de un líquido
incompresible y uniformemente viscoso a través de un tubo cilíndrico de sección circular
constante. Esta ecuación fue derivada experimentalmente en 1838, formulada y publicada
en 1840 y 1846 por Jean Louis Marie Poiseuille (1797-1869). Dicha ecuación es la
siguiente:
Donde:
= Viscosidad dinámica (m2/s)
= Peso específico (N/m3)
Sin embargo, la ecuación de Darcy - Weisbach es aplicable a este tipo de flujo. Si
igualamos las dos relaciones para hL, podemos despejar el factor de fricción:
Como sabemos, la densidad está dada por ρ = ɣ / g, por lo que obtenemos:
Así mismo, el número de Reynolds se le define como:
Por lo tanto, tenemos:
Por lo tanto, en un flujo laminar para encontrar las pérdidas de energía podemos aplicar la
ecuación de Hagen - Poiseuille o la de Darcy - Weisbach con la fórmula anterior.
2.4.6.1.2 Pérdida de energía en flujo turbulento.
De acuerdo a las experiencias de Nikuradse, se estableció que para flujos turbulentos el
factor de fricción depende tanto del diámetro de la tubería como de la rugosidad relativa
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
40
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
del conducto. Esta última es la relación entre el diámetro D, del conducto y la rugosidad
promedio e de la pared del conducto.
En la figura se puede observar la rugosidad de la pared del conducto. Colebrok y White
comprobaron los resultados de Nikuradse y presentaron la siguiente formula empírica
para NR > 4000:
√
(
⁄
√
)
Donde ⁄ es la rugosidad relativa de la tubería (Fig.2.3).
En esta podemos observar que f esta en ambos lados de la ecuación, por eso para poder
encontrar el valor de f debemos emplear el método de numérico de iteración de punto
fijo.
Fig. 2.3 Rugosidad de la pared del conducto.
Material
Acero bridado
Acero comercial
Acero galvanizado
Concreto
Concreto bituminoso
CCP
Hierro forjado
Hierro fundido
Hierro dúctil
Hierro galvanizado
Hierro dulce asfaltado
GRP
Polietileno
PVC
Rugosidad absoluta ε (mm)
0.9 – 9
0.45
0.15
0.3 – 3
0.25
0.12
0.06
0.15
0.25
0.15
0.12
0.030
0.007
0.0015
Tabla 2.1 Valores de la rugosidad absoluta.
La Ecuación de Colebrook - White requiere un procedimiento de tanteo y error, como el
método de iteración de punto fijo llamado también de aproximación sucesiva, para su
solución, este procedimiento resulta rápido si se dispone al menos de una calculadora
programable, por esta razón en 1976 P. K. Swamee y A. K. Jain propusieron la siguiente
expresión explícita para el factor de fricción:
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
41
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
*
(
⁄
)+
Esta ecuación es aplicable dentro de los siguientes rangos:|
⁄
|
Se recomienda utilizar esta ecuación para obtener el valor inicial de f para ser utilizado en
la ecuación de Colebrook – White.
2.4.6.2 Pérdidas en entradas y salidas
Este tipo de pérdidas ocurre cuando hay un flujo de un depósito o tanque, relativamente
grande con relación al diámetro de la tubería, a un conducto. En esta situación el fluido se
ve sometido a un cambio de velocidad de casi cero, en el tanque, a una muy grande, que
se presenta en el conducto. Las pérdidas son entonces dependientes de la facilidad con
que se realiza dicha aceleración. En la siguiente figura se presentan los coeficientes de
resistencia más utilizados para calcular la pérdida de energía con la siguiente expresión:
Donde V es la velocidad de flujo en el conducto.
Fig. 2.4 Coeficientes de resistencia en entradas.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
42
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
2.4.6.3 Pérdidas en válvulas y conectores
En la actualidad disponemos de diferentes tipos de válvulas, uniones, codos y te; sus
diseños dependen del fabricante y en caso de ser posible el suministrará los coeficientes
de resistencias de sus accesorios. Sin embargo se dispone de literatura técnica suficiente
en donde se listan estos coeficientes. La pérdida de energía se expresa, como en los
anteriores casos, en función de la velocidad:
La misma pérdida para una tubería recta se expresa con la ecuación de Darcy - Weisbach:
Donde la longitud equivalente ( Le/D) se puede obtener de la tabla 2.2:
Válvula globo – abierta del todo
LONGITUD EQUIVALENTE EN DIÁMETROS
LE/D
340
Válvula de ángulo abierta del todo
150
Válvula de compuerta – Abierta del todo
9
TIPO DE ACCESORIO
- Abierta a ¾
35
- Abierta a la mitad
160
- Abierta a ¼
900
Válvula Cheque – Tipo giratorio
- Tipo Bola
100
150
Válvula de mariposa – Abierta del todo
45
Codos de 90° - Estándar
30
- Radio Largo
20
- De calle
50
Codos de 45° - Estándar
- De calle
Te estándar – flujo directo
- Flujo desviado a 90°
Válvula de bola (cierre rápido) – Abierta
16
26
20
60
3
Tabla 2.2 Valores de la longitud equivalente.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
43
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
2.4.7 Cavitación.
La cavitación puede definirse como la formación y posterior colapso (implosión) de
burbujas de gas (cavidades) en el seno de un líquido. El gas puede ser aire, vapor del
propio líquido u otro gas disuelto en el líquido considerado.
La cavitación en bombas es un fenómeno que depende de las propiedades del fluido
(presión de vapor, tensión superficial, contenido de aire, pureza, etc.) y de la geometría de
la bomba (curvatura, solidez, esquinas, rugosidad superficial, etc.).
La cavitación puede aparecer en líquidos en reposo o en movimiento, siendo la única
condición necesaria el alcanzar el estado de equilibrio líquido-vapor. En líquidos en
reposo, se puede lograr por medio de un aumento en la temperatura por transferencia de
calor.
Para líquidos en movimiento se puede lograr por medio de una disminución local de
presión por aumento de la velocidad, y las burbujas generadas son transportadas aguas
abajo por la corriente hasta zonas donde la presión es más alta, dando lugar al brusco
colapso de las mismas.
En la práctica, la cavitación se puede producir en cualquier punto de un circuito hidráulico
como en tubos de venturi, huecos, protuberancias, cuerpos sumergidos, vórtices, o en
máquinas hidráulicas, propulsores marinos transitorios en golpe de ariete y cojinetes.
Cuando se bombean fluidos viscosos, la velocidad rotacional de la bomba debe ser tal que
el fluido tenga suficiente tiempo para llenar el espacio entre los dientes del engrane en la
tubería de succión. En otras palabras, la bomba puede mover fluido solamente si se tiene
suficiente presión de succión para aspirar el líquido dentro de la tubería.
De otro modo, los espacios entre los dientes del engrane no están llenos por completo,
con lo cual se reducirá el flujo real dentro de la bomba. Por lo tanto, la presión mínima de
succión depende de la velocidad de rotación, tamaño del engrane, numero de dientes del
engrane y la viscosidad del fluido. Una relación aproximada sería la siguiente:
Donde:
Pmin= Presión minima para evitar la cavitación (psi)
(pulg/min por diente)
Z= numero de dientes del engrane
= Diámetro de paso. (pulg.)
v= Viscosidad (Ssu)
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
44
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Para poder obtener el valor de la viscosidad de segundos universales Saybolt ( Ssu por sus
siglas en ingles) a cSt, podemos utilizar la tabla 2.3:
Centipoise
(CPS)
Millipascal
seconds (mPas)
Poise
(P)
Centistokes
(cSt)
Stokes
(S)
Saybolt
Seconds
Universal
(SSU)
1
0.01
1
0.01
31
4
0.04
4
0.04
38
10
0.1
10
0.1
60
15
0.15
15
0.15
80
20
0.2
20
0.2
100
25
0.24
25
0.24
130
30
0.3
30
0.3
160
40
0.4
40
0.4
210
50
0.5
50
0.5
260
60
0.6
60
0.6
320
70
0.7
70
0.7
370
Tabla 2.3 Equivalencias de la viscosidad cinética para diferentes unidades.
2.4.8 Velocidad específica.
Para las máquinas de engranajes externos la cilindrada se calcula según la fórmula:
(
)
Donde D1 y D2 son los diámetros de punta y de base del diente, respectivamente y b es el
ancho de la carcasa de la bomba. Es decir, se trata de bombas de cilindrada constante. A
veces los fabricantes construyen series incrementando la cilindrada por medio de un
aumento del ancho b, pero esto tiene limitaciones prácticas.
Aunque las máquinas de desplazamiento positivo tienen unas características
completamente distintas a las turbomáquinas, resulta interesante introducir el concepto
de velocidad específica modificada, para tener en cuenta las características en cuanto a la
capacidad de aspiración, para el caso de máquinas de líquidos. Se ha propuesto el
parámetro siguiente:
(
)
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
45
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Donde:
= Velocidad especifica modificada.
N= Velocidad de rotación, (rpm.)
= cilindrada,(
)
Con los siguientes límites para estudiar el comportamiento de las distintas máquinas:
Es decir, una bomba de desplazamiento positivo es autoaspirante cuando Ω ≤ 1.2, y
preferiblemente Ω ≤ 1.0 para estar completamente seguro. La capacidad de
autoaspiración indica si una máquina es capaz de iniciar su funcionamiento sin necesidad
de cebado.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
46
Capítulo 3
Descripción y Funcionamiento del Equipo Grupo
Prueba Bomba de Engranajes.
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
El equipo grupo prueba bomba de engranajes H27D (Fig. 3.1) que se encuentra en el
Laboratorio de Termofluidos dentro de la Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica de la
Universidad Veracruzana, campus Xalapa, fue fabricado por la compañía Didacta Italia.
Fig. 3.1 Equipo grupo prueba bomba de engranajes.
Didacta Italia es un líder mundial en el sector de la formación técnica. Desde 1968 la
empresa aporta respuestas efectivas a las exigencias de la capacitación técnica diseñando
y produciendo equipos para los laboratorios mediante los cuales los estudiantes pueden
aprender, a través de la experimentación práctica, las tecnologías "stato del arte" que
actualmente se utilizan en la industria.
Didacta Italia puede suministrar equipos de demostración, unidades de estudio o equipos
piloto. Todos los productos están fabricados utilizando exclusivamente componentes
industriales, lo que permite a los estudiantes experimentar los componentes que después
encontrarán realmente en la industria. Esto garantiza una fiabilidad superior, facilita el
mantenimiento y permite unas mediciones mucho más realistas.
Los talleres, las oficinas y los laboratorios están en Torino, Italia, pero gracias a la
Organización Comercial internacional Didacta suministra sus productos y servicios de alto
nivel en Europa, Asia, África y América Latina.
3.1
Descripción general del equipo.
El equipo “Grupo prueba bomba de engranajes” permite al estudiante comprender y
experimentar el funcionamiento de las bombas de engranajes externos. La bomba de
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
48
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
engranajes ensamblada en el banco está caracterizada por la posibilidad de regular el
fluido suministrado, manteniendo constante la presión de envío, variando la velocidad de
rotación del motor eléctrico de accionamiento. El equipo está montado sobre un bastidor
con ruedas. En el circuito hidráulico están instalados instrumentos para medir la presión
de envío y de aspiración, para medir la potencia eléctrica absorbida, el filtro de
protección, las válvulas de regulación, la válvula de seguridad sobre el envío. El equipo
está compuesto por:
• Bomba de engranajes;
• Bastidor con ruedas;
• Tanque de alimentación y recogida de líquido, capacidad: 50 litros;
• Motor eléctrico de accionamiento de la bomba: 0.7 – 1.1 kW, 800–1600 r.p.m.;
• Vacuómetro (-1 - 0 bar);
• Manómetro (0 - 16 bar);
• Recipiente calibrado simple para medir el caudal suministrado;
• Vatímetro;
• Filtro aceite;
• Válvulas de regulación, válvulas de interceptación, tubería construida en material para
altas presiones.
La figura 3.2 explica gráficamente como está compuesto este sistema:
Leyenda sinóptica
1. Tanque de alimentación.
2. Válvula de interceptación.
3. Vacuómetro.
4. Bomba de engranajes.
5. Válvula limitadora de presión.
6. Válvula reguladora de caudal.
7. Manómetro.
8. Descarga de demasiado lleno.
9. Recipiente de medición.
10. Bastidor con ruedas.
Fig. 3.2 Diagrama del circuito hidráulico del equipo grupo prueba bomba de engranajes
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49
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
3.2
Componentes del equipo.
A continuación se describen los elementos que conforman el equipo “Grupo prueba
bomba de engranajes”.
3.2.1 Bastidor con ruedas.
Es el soporte donde está instalado el equipo. Está formado por un armazón de metal
soldado pintado de color azul con unas dimensiones de 110 cm. de alto, 55 cm. de ancho y
75 cm. de largo, con un peso aproximado de 110 kg. La base del armazón hay cuatro
ruedas para facilitar el transporte del equipo y cada una de ellas tiene un seguro para
evitar movimientos accidentales del equipo. El bastidor cuanta con dos niveles de metal,
el primero se encuentra a una altura de 50 cm. y sobre él reposa el tanque contenedor y el
panel de control, mientras que el segundo nivel se halla a una altura de 110 cm. y en él se
encuentran la bomba de engranajes, el tanque receptor y el sistema de tuberías. A lo largo
de éste capítulo se hablará más sobre éstos y otros componentes del equipo.
3.2.2 Tanque de alimentación.
Tanque de alimentación (Fig. 3.3) está hecho de plástico, con la finalidad de almacenar el
fluido con el que se trabajará. Tiene la capacidad de acumular 50 litros de líquido en su
interior. Cuenta con una tapa del mismo color en la parte superior, con la cual se
mantiene al fluido libre de impurezas o cuerpos que pudieran contaminarlo. Del lado
izquierdo del tanque, se halla un termómetro que muestra la temperatura a la que se
encuentra el líquido contenido dentro de este tanque, debido a que cuando hay una
variación en la temperatura del fluido, también varía la viscosidad del mismo.
Fig. 3.3 Tanque contenedor.
3.2.3 Aceite Hidráulico.
El componente más importante de cualquier sistema hidráulico es el fluido que contiene.
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50
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
El aceite o fluido hidráulico es un líquido transmisor de potencia que se utiliza para
transformar, controlar y transmitir los esfuerzos mecánicos a través de una variación de
presión o de flujo.
Los aceites satisfacen el requisito primario de un fluido hidráulico; La habilidad de
transmitir presión bajo un rango amplio de temperatura. Además, tienen la gran ventaja
que pueden lubricar las partes móviles del circuito hidráulico y protegerlas contra la
corrosión. Los aceites hidráulicos no solo son los responsables físicos del funcionamiento
de los sistemas hidráulicos industriales, sino que de su estado y calidad dependerá en gran
medida la duración de gran parte de los componentes hidráulicos de la misma.
El aceite hidráulico debe ser cuidado con esmero, lo que implicará tareas de filtrado,
análisis y sustitución llegado el momento. Un fluido hidráulico debe llevar a cabo las
siguientes funciones:
1. Transmisión de potencia
Esta es la función principal de un fluido hidráulico. La transmisión de fuerza hidráulica
requiere de un fluido que resista la compresión y que fluya fácilmente en el circuito
hidráulico.
2. Viscosidad
La propiedad más importante de un fluido hidráulico, en cuanto a la lubricación del
sistema, es su viscosidad. El aceite debe ser suficientemente viscoso para lubricar las
partes del sistema eficientemente. En particular la bomba. También debe ser
suficientemente espeso para mantener un sello efectivo y disminuir escapes en las
bombas, las válvulas y los motores. Al mismo tiempo, la viscosidad no puede ser tan alta al
punto que la fricción del fluido impida que el aceite circule libremente al rededor del
circuito. Además, los aceites espesos no son disipadores de calor tan efectivos como los
aceites más ligeros.
En la práctica, los aceites con la menor viscosidad que lubrican la bomba son los escogidos
como los fluidos hidráulicos. En general, la menor viscosidad tolerada por bombas
hidráulicas es de aproximadamente 10 cSt. a su temperatura de operación. La viscosidad
óptima generalmente aceptada está entre los 16 y 36 cSt, a la temperatura de operación.
Los requisitos de viscosidad de un fluido hidráulico se complican ya que la viscosidad
cambia con la presión y la temperatura. Un incremento en la presión causa un aumento
en la viscosidad. Sin embargo, a las bajas presiones utilizadas en la mayoría de los
sistemas hidráulicos industriales, el efecto de la presión sobre la viscosidad no tiene
mucha importancia. En algunos equipos especializados, como los usados en compactación
y extrusión, se pueden generar presiones tan altas que aceites minerales no pueden ser
usados.
3. Lubricación
La maquinaria usada en los sistemas hidráulicos generalmente es de alta presión. Todas
sus partes móviles deben estar perfectamente lubricadas para minimizar la fricción y el
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51
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
desgaste. Entonces, el fluido hidráulico utilizado debe cumplir con esta función, además
de la transmisión de la potencia.
4. Enfriamiento
El fluido utilizado debe poder disipar el calor generado en el sistema hidráulico.
5. Protección
El sistema debe protegerse contra la corrosión.
6. Sellamiento
El fluido debe ser suficientemente viscoso para permitir un buen sellamiento entre las
partes móviles en las bombas, las válvulas y los motores. De esta manera, se reducen a un
mínimo las fugas, manteniendo cada parte, operando eficientemente. Además, el fluido
debe ser compatible con los materiales de sellamiento usados para el sistema.
7. Filtrabilidad
El fluido debe presentar estabilidad bajo condiciones de calor y oxidación, al mismo
tiempo que debe resistir a la degradación sin formación de depósitos y precipitados. La
filtrabilidad del fluido debe poder hacerse fácilmente para remover cualquier impureza
sólida.
Éste equipo contaba con 80 litros de aceite ISO 32. Éste tipo de aceite hidráulico ha sido
recomendado por el proveedor del equipo, pues cuenta con las características necesarias
para un correcto funcionamiento del equipo (Tabla 3.1).
Aceite Hidráulico ISO 32
Aceite hidráulico de base mineral
Propiedades
Sistema
Sistema
Internacional.
Ingles.
Densidad a 60°F (15.6°C)
0.868 *10³
kg/m³
54.2
lb/ft³
Viscosidad cinemática a 104°F (40°C)
32.2
cSt
32.2
cSt
5.52
cSt
5.52
cSt
Viscosidad cinemática a 212°F
(100°C)
Índice de viscosidad
108
108
Punto de ignición
212
ºC
414
ºF
Punto de fluidez
-33
ºC
-27
ºF
Tabla 3.1 Propiedades del aceite ISO 32
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52
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
3.2.4 Filtros.
Es el encargado de retirar del aceite las partículas sólidas en suspensión (trozos de metal,
plásticos, etc.) El aceite puede filtrarse en cualquier punto del sistema. En muchos
sistemas hidráulicos, el aceite es filtrado antes de que entre a la válvula de control. Para
hacer esto se requiere un filtro que pueda soportar la presión total de la línea. El sistema
impedirá que entre suciedad a la bomba. Esto sucederá siempre que no se agreguen
materias extrañas al tanque.
Estos sistemas se emplean para el control de la contaminación por partículas sólidas de
origen externo y las generadas internamente por procesos de desgaste o de erosión de las
superficies de la maquinaria, permitiendo preservar la vida útil tanto de los componentes
del equipo como del fluido hidráulico. El material poroso con el que se realiza el filtrado
es, simplemente, una malla o material filtrante que permite que el fluido pase por él pero
detiene a otros materiales.
En una bomba de engranajes, así como en cualquier máquina hidráulica, es importante
mantener limpio el fluido que se tiente dentro del sistema, esto debido a que impurezas
pueden llegar a dañar los engranes, por lo que es importante tener filtros en la tubería de
succión de este equipo. Se encuentran instalados dos filtros al inicio de la tubería de
succión. Los filtros con los que cuenta el sistema (Fig. 3.4) tienen unas medidas de 15 cm
de altura con un radio de 10 cm. y cuenta con una malla de bronce como medio filtrante.
Fig. 3.4 Filtro de la bomba de engranajes.
3.2.5 Sistema de tuberías.
Es el medio por el cual circula el fluido en un circuito hidráulico. El sistema de tuberías
montado en el equipo (Fig. 3.5) fue diseñado para poder soportar las presiones que se
generan en él. Ésta tubería está hecha de bronce y cuenta con conexiones del mismo
material para poder acoplar los distintos tramos que conforman la tubería, al igual que los
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53
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
codos, los medidores de presión y las válvulas que están montados en el equipo. El
circuito hidráulico montado se divide en dos partes: succión y descarga. En toda la parte
de succión se tiene una tubería de diámetro de 19 cm. y en su entrada se encuentran
instalados dos filtros sumergidos dentro del tanque de alimentación, donde el fluido entra
cuando se genera una diferencia de presión por la bomba de engranajes. Éste tramo se
eleva 50.5 cm de manera vertical hasta encontrarse con un codo de 90° unido a la
continuación del circuito, avanzando 44 cm de tubería manera horizontal hasta la entrada
de la válvula de control de aspiración, la cual a su salida se conecta una tubería de 16 cm
de longitud avanzando de horizontalmente hasta la entrada de un codo de 90°, a cuya
salida hay tramo de tubería de 11.5 cm que se conecta a un tercer codo de 90°, que a su
salida se une a la entrada de la bomba de engranajes con una sección de tubería de 13 cm
montada de manera vertical.
En la sección de descarga, se tiene tubería de bronce de 13 cm de diámetro. Ésta
comienza a la salida de la bomba de engranajes, donde se tiene un tramo de tubería de
22.4 cm de largo que desciende de manera vertical hasta llegar a un codo de 90°, del que
se avanza por 5.8 cm de forma horizontal hasta llegar a una te. Ésta se conecta a tuberías
del mismo diámetro que la unen a un manómetro, a una válvula limitadora de presión y a
una tubería que avanza horizontalmente por 7.5 cm hasta llegar a un codo de 90° del que
sale una tubería de 11 cm de largo, que a su salida se conecta una tubería por 6.7 cm
hasta un tercer codo de 90° que se encuentra conectado a una válvula reguladora de
caudal. A la salida de ésta válvula se avanza 29.5 cm hasta llegar a un codo de 90°, que a
su salida se continua por 13.2 cm donde se llega a un último codo de 90° del que sube de
manera vertical el circuito por 15.3 cm hasta llegar al final del circuido, que es entrada del
tanque calibrado. En la parte de entrada de la bomba, se tienen en total 147 cm. de
tubería, mientras que en la parte de impulsión una de 120 cm de longitud.
Fig. 3.5 Sistema de tubería del equipo.
3.2.6 Válvulas de estrangulación.
Es un mecanismo que sirve para regular el flujo de una tubería, puede ser desde un valor
mínimo (válvula totalmente cerrada), hasta un flujo total (válvula totalmente abierta), y
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54
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
pasa por todas las posiciones entre esos extremos. Sirven para influir en el caudal a través
de un estrechamiento de sección ajustable, además depende de la presión diferencial y de
la viscosidad.
Existen varios tipos de válvulas, para poder seleccionar la correcta se tienen muchos
factores y es preferible tener como referencia un sistema que facilite la selección. Se
deben tener en cuenta, como mínimo las siguientes características básicas: tipo de
válvula, materiales de construcción, capacidades de presión y temperatura, material de
empaquetaduras, juntas, costo y disponibilidad.
El equipo cuenta con 2 válvulas de estrangulación (Fig. 3.7), las cuales se utilizan para
poder limitar la cantidad de fluido que entra a la bomba, así como para controlar la
cantidad de flujo volumétrico que sale hacia el tanque recibidor. La función de
estrangulamiento y de bloqueo se realiza en ambas direcciones.
Las válvulas de estrangulamiento se componen principalmente de un cuerpo de
ventilador, un husillo de estrangulamiento especial y un botón giratorio (Fig. 3.6).
Partiendo de la posición totalmente cerrada del husillo de estrangulación, se aísla el
caudal y va aumentando a medida que aumenta el número de giros del botón giratorio. El
botón giratorio permite la repetitividad de los valores ajustados. El estrangulamiento es
efectivo en ambos sentidos del caudal.
Las válvulas de estrangulamiento se aplican:
 para el ajuste de velocidad de consumidores con impulso de carga.
 para la amortiguación a un sistema en circuitos hidráulicos.
 para el estrangulamiento dependiendo de la presión de caudales en general.
Fig. 3.6 Esquema de una válvula de estrangulación.
Fig. 3.7 Vista lateral de la válvula de estrangulación
montada en el equipo.
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55
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Algunas ventajas de estas válvulas son:
 Es de uso universal y flexible.
 Alta seguridad por seguro de husillo.
 Seguro de ajuste debido a un tornillo aprisionador.
 Gran diversidad de bloques de conexión disponible para la adaptación óptima en
su aplicación.
Las válvulas ensambladas al equipo “Grupo prueba bomba de engranajes” son reguladoras
de caudal de estrangulamiento simple, directamente sobre las tuberías. La regulación se
efectúa por medio de un estrangulador que actúa en un alojamiento cilíndrico y permite
obtener una discreta linealidad del flujo regulado.
3.2.7 Válvula limitadora de presión.
También llamadas válvulas de seguridad, están diseñadas para liberar un fluido cuando la
presión interna de un sistema que lo contiene supere el límite establecido. Se encuentra
prácticamente en todos los sistemas hidráulicos. Es una válvula normalmente conectada
entre la línea de presión (salida de la bomba) y el depósito. Su función es limitar la presión
del sistema hasta un valor máximo, predeterminado, mediante la derivación de parte o de
todo el caudal de la bomba a tanque, cuando se alcanza el ajuste de presión de la válvula.
Cuando la presión de entrada es insuficiente para vencer la fuerza del resorte (Fig.38), la
válvula permanece cerrada. Cuando se alcanza la presión de abertura, la bola u obturador
es desplazado de su asiento y ello permite el paso del liquito al tanque mientras se
mantenga la presión, el flujo de la bomba se descarga directamente al depósito de aceite.
Fig.3.8 Esquema y símbolo de una válvula limitadora de presión.
En el equipo se encuentra montada en la parte de descarga del sistema una válvula
limitadora de presión marca “ATOS”, serie T81 ARE 15 -15 V, lo cual nos indica (Fig.3.9)
que la válvula es ajustable y soporta hasta una presión de 15 bar. A su salida está
conectada una tubería de bronce de 1.3 cm de diámetro con una longitud de 30 cm
teniendo su salida dentro del tanque de alimentación.
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56
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Fig.3.9 Códigos de una válvula limitadora de presión
3.2.8 Medidores de Presión.
La medición de presión, es una de las aplicaciones más frecuentes en los procesos
industriales, en especial si se trabaja con líquidos, gas, vapor o aire. El manómetro es un
instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, determinando la
diferencia de la presión entre el fluido y la presión local. La presión suele medirse en
atmósferas (atm); en el sistema internacional de unidades (SI), la presión se expresa en
newtons por metro cuadrado; un newton por metro cuadrado es un pascal (Pa). La
atmósfera se define como 101.325 Pa, y equivale a 760 mm de mercurio (Hg) en un
barómetro convencional. Cuando los manómetros deben indicar fluctuaciones rápidas de
presión se suelen utilizar sensores piezoeléctricos o electrostáticos que proporcionan una
respuesta instantánea. Cuando se obtiene una medida negativa en el manómetro es
debida a un vacío parcial. La gran variedad de manómetros existentes en el mercado, se
ha originado por sus innumerables aplicaciones en la industria. Sin embargo el tipo más
utilizado es el manómetro de Bourdon y sus variantes, aunque es necesario tener
presente el intervalo de presiones en el que se trabaja y la exactitud que se requiera.
Este equipo cuenta con 2 manómetros de Bourdon (Fig. 3.9). El primer manómetro mide
la presión de succión de la bomba de engranajes, teniendo un rango de medición que va
de 0 a -1 bar. Mientras que el segundo muestra la presión existente en la tubería de
impulsión de dicha máquina hidráulica, teniendo un rango de medición que va de 0 a 16
bars. Estos instrumentos de medición tienen en su interior un líquido, que en este caso es
glicerina, con la finalidad de amortiguar las vibraciones mecánicas producidas por el
sistema. El principio de medida en el que se basa este instrumento es el sensor conocido
como tubo Bourdon. El sistema de medida está formado por un tubo aplanado de bronce
o acero, cerrado, en forma de “C” de ¾ de la circunferencia total, para la medición de
bajas presiones, o enrollado en forma de espiral para la medición de bajas presiones y que
tiende a enderezarse proporcionalmente al aumento de la presión; este movimiento se
transmite mediante un elemento transmisor y multiplicador que mueve la aguja
indicadora sobre una escala graduada. La forma, el material y el espesor de las paredes
dependen de la presión que se quiera medir. El conjunto de medida está formado por un
tubo Bourdon soldado a la conexión. Por lo general este conjunto es de latón, pero en el
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57
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
caso de altas presiones y también cuando hay que medir presiones de fluidos corrosivos
se hacen de aceros especiales. La exactitud de este tipo de manómetros depende en gran
parte del tubo, por esa razón sólo deben emplearse tubos fabricados con las normas más
estrictas por los fabricantes. El manómetro Burdon es el instrumento industrial de
medición de presiones más generalizado, debido a su bajo costo, su suficiente
aproximación y su duración.
Fig. 3.9 Medidores de presión de equipo.
3.2.9 Bomba de engranajes.
En el nivel superior del equipo, se encuentra instalada una bomba de engranajes (Fig.
3.10). Ésta fue fabricada por la compañía “MARZOCCHI BOLOGNA”, y es accionada por un
motor elaborado por “COMER MACCHINE ELETIRICHE VIGEVANO”, tipo 100, No 284.94,
asíncrono, trifásico, dos polos, características: 220 v, 60 Hz, con la posibilidad de girar a
800 r.p.m. generando de 1.2 a 6 H.P. o girar a 1699 r.p.m. generando de 2 a 6 H.P.
Fig. 3.10 Bomba de engranajes.
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58
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
La bomba de engranajes, modelo 2D 30, cuenta con las siguientes características: un
caudal máximo de 34 lt/min, presión máxima de 15 bar y una potencia máxima de 1.43
kW.
Una bomba de engranes se denomina también "caballo de carga" y se puede asegurar que
es una de las más utilizadas. La capacidad puede ser grande o pequeña y su costo variará
con su capacidad de presión y volumen. Además la simplicidad de su construcción permite
esta ventaja de precio. Las bombas de engranes exhiben buenas capacidades de vacío a la
entrada y para las situaciones normales también son autocebantes, otra característica
importante es la cantidad relativamente pequeña de pulsación en el volumen producido.
En este tipo de bombas de engrane, el engranado de cada combinación de engranes o
dientes, producirán una unidad o pulso de presión.
Una bomba de engranajes, 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 que consiste en un compartimento en la cara 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 está operando.
Las piezas que se dispone la bomba en su interior (Fig.3.11) son las siguientes:











Engranaje conductor
Engranaje conducido
Eje de transmisión
Lengüeta de acoplamiento del engranaje conductor al eje
Cojinetes o casquillos antifricción
Reten
Anillo elástico de seguridad
Tornillos Allen
Tapa
Cuerpo o carcasa
Junta de goma
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59
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Fig.3.11 Partes de una bomba de engranajes externos.
Se puede observar como la junta de goma mantiene la cavidad estanca por la parte de la
tapa, mientras que el retén, situado en el eje, mantiene la estanqueidad por la parte de
salida del eje. El anillo elástico sirve de sujeción del retén de modo que este por presión y
vibraciones no se salga de su alojamiento.
Los casquillos mantienen la perfecta movilidad de los ejes, aunque bien podrían sustituirse
por rodamientos de bolas que asegurarían una mayor vida de la bomba.
El cuerpo y la carcasa de la bomba, así como las partes móviles y el eje están hechos de
una aleación de acero, y los casquillos son de bronce, ya que es un buen material
antifricción. La parte donde van los engranajes, casquillos y el eje, son partes mecanizadas
con precisión para que la perfecta alineación de los componentes no genere problemas de
rendimiento, o bien, un mal funcionamiento de la bomba.
Los engranajes conducido y conductor están hechos de acero al carbono. Ambos engranes
cuentan con diez dientes cada uno, la altura de diente es de 0.759 cm y se tiene un área
libre entre cada dos dientes de 1.4 cm2
3.2.9.1 Funcionamiento.
Básicamente el bombeo se produce por dos ruedas dentadas que engranan y desengranan
produciendo el flujo (Fig.3.12). Las bombas de engranajes externos usan dos ruedas
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
60
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
idénticas girando una contra otra. Una rueda es conducida por el motor, y esta a su vez
conduce a la otra rueda
Fig. 3.12 Funcionamiento de una bomba de engranajes externos.
Según se describe en la figura 3.11, 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.
3.2.10 Recipiente de medición de volumen.
Al final del sistema de tuberías, el aceite llega a un recipiente de medición de plexiglás,
transparente (Fig. 3.10), espesor de 0.5 cm, rotulado con una banda milimétrica para
saber el nivel que de fluido que recibe, funcionando como fluxómetro. Tiene una
capacidad de 35 litros. Está montado sobre una base de metal. En su entrada cuenta con
un filtro metálico. Al fondo del tanque se tiene un orificio de descarga, que puede ser
abierto o cerrado mediante una válvula de desagüe de ½ “conectada a un tubo de bronce
del mismo diámetro con una longitud de 30 cm de longitud que permite descender
verticalmente al fluido bombeado desde el recipiente de medición hasta el tanque de
alimentación. En su interior, hay una tubería de reboce de plástico para que el aceite
bombeado que llega no salga del éste recipiente, con una longitud de 57 cm y un espesor
de 0.5 cm, conectado a una tubería de plástico de 0.8 cm de espesor que permite el paso
del líquido desde la tubería de reboce hasta el tanque de alimentación. Se cuenta en la
parte frontal del recipiente de medición con una relación para saber el volumen de fluido
existente en su interior (1 cm = 0.66 dm3).
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61
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Fig. 3.10 Tanque receptor.
3.2.11 Panel de control.
En el panel de control (Fig.3.11) se encuentra el interruptor de encendido de la bomba,
tiene 3 espectros luminosos de color naranja que indican la presencia de las 3 fases
necesarias para el correcto encendido de la bomba. Se tiene una perilla de color negro
para poder elegir una de las dos velocidades con las que es posible operar la bomba de
engranajes: 800 r.p.m. y 1600 r.p.m. En la parte derecha del panel, encontramos un
vatímetro, el cual nos indicará la potencia que tenemos en el sistema en kW.
Fig. 3.11 Panel de control.
3.3
Funcionamiento del equipo.
Para poner en marcha el sistema, es necesario confirmar que la válvula de desagüe
ubicada en la parte de abajo del recipiente de medición esté cerrada, se debe conectar el
equipo a la red eléctrica de 220v y confirmar que al presionar el botón de encendido los
espectros luminosos del panel de control indiquen la presencia de las fases requeridas
para el correcto funcionamiento del sistema, y por ultimo ratificar que se cuente con la
cantidad necesaria de fluido para un correcto funcionamiento de la bomba de engranajes.
Desde el panel de control, se tiene el interruptor de inicio de la bomba, el cual se debe
utilizar para encender el sistema al seleccionar la velocidad de giro deseada.
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62
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Con esto la bomba empieza a generar una diferencia de presión y produce un caudal al
transportar el fluido entre los dientes de dos engranajes acoplados. Uno de ellos es
accionado por el eje de la bomba que es el motriz, y este hace girar al otro que suele ser
libre. La bomba de engranajes funciona por el principio de desplazamiento; un piñón es
impulsado y hace girar al otro en sentido contrario. Los dientes llenados transportan el
líquido a lo largo de la pared de la carcasa hacia la cámara de impulsión. En la cámara los
piñones que engranan transportan el líquido fuera de los dientes e impiden el retorno del
líquido. El líquido bombeado pasa por dos filtros antes de llegar a la bomba de engranajes,
para evitar que se succionen partículas no deseadas que pudieran dañar la tubería o los
engranes durante el proceso de bombeo.
Con las válvulas de estrangulación, se modifica el flujo volumétrico que pasa por ellas, con
lo cual es posible cambiar las condiciones de presión y potencia. Se pueden utilizar el
vacuómetro y manómetro para conocer los valores de presión existentes en el sistema
antes y después de la bomba de engranajes. El vatímetro a su vez, marca la potencia que
se tiene en la bomba. El aceite llega finalmente a un recipiente de medición que cuenta
con una banda milimétrica para saber el nivel de fluido que recibe, funcionando como
fluxómetro. En la parte frontal del recipiente se muestra la relación para saber el volumen
de fluido existente en su interior (1 cm = 0.66 dm3).
La puesta en marcha del equipo finaliza al presiona de nuevo el botón de encendido, con
lo que se apagará la bomba. Al terminar de utilizar el equipo, se abre la válvula de desagüe
que se encuentra en la parte inferior del recipiente de medición de volumen para poder
llevar el aceite contenido en éste hasta su tanque de alimentación, donde se deja drenar
todo el líquido, donde se quedará almacenado hasta la siguiente puesta en marcha del
equipo.
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63
Capítulo 4
Diagnóstico de los equipos.
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Al recibir el equipo, se podía observar evidencias de la falta de uso: se encontraba
polvoriento, había basura dentro del recipiente de medición y del tanque de alimentación,
sobre el equipo había residuos de aceite, lo que evidenciaban fugas en el sistema de
tuberías. Estaba siendo utilizada como estante, pues tenía piezas de otros equipos,
tornillos, mangueras y demás objetos que no eran propios del equipo. A continuación se
especificará el estado de cada elemento del sistema.
4.1
Bastidor con ruedas.
Se encontraba en buenas condiciones (Fig. 4.1 y 4.2), no presentaba averías mayores.
Había presencia de polvo y óxido, sin que evitara que se sostuvieran correctamente los
demás componentes del equipo. Las ruedas con las que cuenta, funcionaban
correctamente, así como los seguros que se utilizan para fijar el equipo cumplen su
función.
Fig. 4.1 Vista lateral del equipo.
4.2
Fig. 4.2 Vista frontal del equipo.
Tanque de alimentación.
Al igual que el resto del equipo, presentaba mucha suciedad, especialmente en la tapa del
mismo. Existían sobre ésta residuos de aceite como resultado de la existencia de fugas en
las tuberías, además de polvo (Fig. 4.3 y 4.4). El termómetro se encuentra deteriorado, se
filtró aceite dentro de él, pero sigue siendo útil pues marca la temperatura dentro del
tanque.
Fig. 4.3 Presencia de polvo y residuos de aceite en
Fig.4.4 Vistas superior del tanque de alimentación.
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65
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
la tapa del tanque contenedor.
4.3
Aceite hidráulico.
El aceite que contenía el sistema también presentaba suciedad, además de que no se
tenía un reporte del tiempo que tenía contenido ni las horas de trabajo que había sido
utilizado. La tapa del tanque de alimentación no se encontraba correctamente instalada al
momento de realizar un diagnóstico, lo cual dejaba la posibilidad de entrada de suciedad
dentro de él, lo cual es peligroso para la vida útil de los engranes dentro de la bomba.
En seguida, se tomó una muestra del aceite con que se contaba dentro del tanque de
alimentación para analizarlo en el laboratorio de Tribología que se encuentra dentro de la
Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica de la Universidad Veracruzana, campus Xalapa.
Con dicho estudio se pudo saber la viscosidad del aceite del sistema para realizar un
correcto diagnóstico de él.
La gráfica (Fig. 4.5) muestra los resultados de dicho estudio realizado al aceite ISO32 que
se tenía dentro del equipo “grupo prueba bomba de engranajes H27D”.
Fig.4.5 Resultado del aceite iso32 contenido en el equipo.
A continuación se presenta la gráfica que muestra a viscosidad de un aceite iso32 (Fig.4.6)
con características adecuadas:
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66
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Fig.4.6 Resultados del aceite iso32 con características adecuadas.
Al comparar ambas gráficas, se decidió que era necesario renovar el aceite de trabajo para
obtener mejores resultados durante la puesta en marcha del equipo.
4.4
Filtros.
Los filtros (Fig. 4.7) mostraban un desgaste importante. Se encontraban sucios,
polvorientos, además de que tenían roturas en el material filtrante. Tampoco se contaba
con algún reporte de la vida útil que llevaban en el sistema. Debido al estado en el que se
encontraban era necesario realizar un cambio por refacciones nuevas.
Fig. 4.7 Vista del filtro presente en el sistema.
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67
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
4.5
Sistema de tuberías.
En términos generales, la tubería que conformaba el sistema se encontraba en buenas
condiciones. La presencia de residuos de aceite en la tapa del tanque de alimentación (Fig.
4.9) y en el primer nivel del equipo (Fig. 4.10) indicaba la presencia de fugas de líquido. Las
fugas se presentaban en los acoplamientos que unen los tramos de tubería (Fig. 4.8), las
cuales pueden ser reparadas sin dificultad.
Fig. 4.8 Fuga de aceite en un acoplamiento.
Fig. 4.9 Residuos de aceite en la tapa del tanque.
Fig. 4.10 Muestra de las fugas en el sistema.
En la parte de succión de la bomba, no contaba con un tramo de tubería que conecta la
válvula de control de aspiración con la entrada de la bomba de engranajes. Por lo tanto no
era posible realizar correctamente la puesta en marcha del equipo, ni comprobar el
bombeo de fluido desde el tanque contenedor hasta la bomba de engranajes.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
68
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
4.6
Válvulas de estrangulación.
Las válvulas de estrangulación que limitan el caudal a la entrada y salida de la bomba
parecían estar en buenas condiciones, pero era imposible verificar su funcionamiento
debido a que el equipo no se podía poner en marcha.
La válvula de control de aspiración se encontraba instalada de manera errónea: sobre ella
se tiene una flecha que muestra el sentido de flujo de fluido que se debe tener a través de
ella, al observarla se encontraba montada de manera inversa. No se encontraba
conectada la entrada ni la salida de ésta válvula en el sistema.
La válvula de control de caudal instalada en el lado de impulsión de la bomba de
engranajes se encontraba instalada correctamente. No era posible verificar el
funcionamiento de ambas válvulas de estrangulación debido a la tubería faltante en el
sistema.
4.7
Válvula limitadora de presión.
Estaba correctamente instalada dentro del sistema de tuberías, la perilla que ajusta la
presión máxima que la válvula permite dentro de la tubería también presentaba un buen
accionar, pero al no tener presión dentro del sistema debido a que éste se encontraba
abierto, no se podía verificar un correcto funcionamiento de ésta.
4.8
Medidores de presión.
El manómetro (Fig. 4.11) del equipo se encontraba descalibrado, se encontraba .5 bars
arriba de la línea de referencia marcada en su graduación. El vacuómetro estaba en buen
estado.
No era posible verificar que éstos pudieran medir las presiones del equipo, debido a que
no se podía poner en marcha el sistema. El manómetro se encontraba correctamente
instalado en la tubería de impulsión, mientras que el vacuómetro no se podía conectar al
sistema debido a la tubería faltante en el equipo.
Fig. 4.11 Vista frontal del manómetro instalado en el equipo.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
69
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
4.9
Bomba de engranajes.
La bomba de engranajes (Fig. 4.12) presentaba una cantidad notable de polvo y suciedad
sobre ella. Al poner en marcha el equipo, era posible escuchar que el motor se encontraba
trabajando, y los engranes giraban como se esperaba, pero no se podía comprobar que
fluyera el líquido a través de ella al no tener el sistema de tuberías completo.
Fig. 4.12 Bomba de engranajes al inicio de su reparación.
4.10 Recipiente de medición.
Las paredes internas del tanque (Fig. 4.14) estaban opacas debido a la presencia de polvo
y aceite que dificultaban la visión al interior de él. En el fondo de este tanque (Fig. 4.13) se
tenían residuos de aceite, insectos y polvo. La tubería de reboce se encontraba en buen
estado y sin fugas, se podía observar que la válvula que permite el paso del aceite desde el
recipiente de medición hacia el tanque de alimentación funcionaba correctamente, pero
presentaba una fuga que era necesario reparar.
Fig. 4.13 Fondo del recipiente de medición.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
70
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Fig. 4.14 Vistas frontales del recipiente de medición.
4.11 Panel de control.
Al conectar el equipo y presionar el botón de encendido, el panel funcionaba
correctamente (Fig. 4.15). Los espectros luminosos indicaban la presencia de las tres fases
que son necesarias para que arranque la bomba. El vatímetro media la potencia de la
bomba de manera correcta y la perilla de variación de velocidad funcionaban de una
forma adecuada. Había presencia de polvo y residuos de aceite en la parte superior del
panel.
Fig. 4.15 Vista del panel de control al ser accionado.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
71
Capítulo 5
Reparación y puesta en marcha del sistema.
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
5.1
Mantenimiento.
Se entiende por Mantenimiento al control del estado de las instalaciones de todo tipo,
tanto las productivas como las auxiliares y de servicios. En ese sentido se puede decir que
el mantenimiento es el conjunto de acciones necesarias para conservar o restablecer un
sistema en un estado que permita garantizar su funcionamiento a un coste mínimo.
Conforme con la anterior definición se deducen distintas actividades:
- prevenir y/o corregir averías.
- cuantificar y/o evaluar el estado de las instalaciones.
- aspecto económico (costes).
5.1.1 Tipos de mantenimiento.
Los distintos tipos de mantenimiento quedan resumidos de la siguiente manera:
• El Mantenimiento Correctivo, efectuado después del fallo, para reparar averías.
• El Mantenimiento Preventivo, efectuado con intención de reducir la probabilidad de
fallo, del que existen dos modalidades:

El Mantenimiento Preventivo Sistemático, efectuado a intervalos regulares de
tiempo, según un programa establecido y teniendo en cuenta la criticidad de cada
máquina y la existencia o no de reserva.

El Mantenimiento Preventivo Condicional o según condición, subordinado a un
acontecimiento predeterminado.
• El Mantenimiento Predictivo, está basado en la determinación del estado de la máquina
en operación. El concepto se basa en que las máquinas darán un tipo de aviso antes de
que fallen y éste mantenimiento trata de percibir los síntomas para después tomar
acciones.
5.2
Mantenimiento Correctivo
El mantenimiento correctivo consiste en reparar las averías a medida que se van
produciendo. El personal encargado de avisar de las averías es el propio usuario de los
equipos y el encargado de las reparaciones es el personal de mantenimiento.
El principal inconveniente con que nos encontramos con este tipo de mantenimiento, es
que el usuario detecta la avería en el momento que necesita el equipo, ya sea al ponerlo
en marcha o bien durante su utilización. En muchos casos, con el fin de obtener un mayor
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
73
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
rendimiento del equipo, el usuario no dará parte de la avería hasta que esta le impida
continuar trabajando.
Las averías se pueden producir en cualquier momento y es posible que no se tenga el
personal requerido para afrontar el problema, con lo cual se aumentará la no
disponibilidad del equipo. En el caso contrario, tener personal de exceso para afrontar
cualquier avería imprevista supone un aumento en los gastos. Una desventaja es que no
se tiene un seguimiento de los equipos durante su funcionamiento, solamente se tiene
contacto con él a la hora de reparar.
Las actividades de mantenimiento correctivo estarán enfocadas a la reparación de
posibles desperfectos, que las cuadrillas de inspección no podrán evitar, por lo que las
fallas sólo se detectarán, dictaminarán y programarán, para una reparación posterior o
inmediata según sea el caso.
Al realizar los chequeos periódicos en forma constante y programada, será posible evitar
los servicios correctivos.
Ventajas
• No se requiere una gran infraestructura técnica ni elevada capacidad de análisis.
• Máximo aprovechamiento de la vida útil de los equipos.
Inconvenientes
• Las averías se presentan de forma imprevista lo que origina trastornos a la producción.
• Riesgo de fallos de elementos difíciles de adquirir, lo que implica la necesidad de un
conjunto de repuestos importante.
• Baja calidad del mantenimiento como consecuencia del poco tiempo disponible para
reparar.
Acciones en el Laboratorio.
Este tipo de mantenimiento no es muy común de realizar en las labores diarias en el
laboratorio de termofluidos, pero sí es posible llegar a encontrar alguna falla dentro del
sistema de tuberías.
Debido al diseño del equipo, las fallas que podrían encontrarse serían ocasionadas por
descuidos humanos, como no ajustar buen alguna tuerca o no acoplar bien alguna tubería.
Debido a que el material con el que trabaja este equipo es aceite hidráulico, generalmente
las fallas que se pueden encontrar serian fugas, y al darse este tipo de incidente, las
acciones a realizarse son las siguientes:
1.- Suspender el funcionamiento de la bomba, apagándola desde el panel de control.
2.- Encontrar todas las fugas que se tengan en el sistema de tuberías, ajustar las tuercas y
verificar que se encuentren bien acopladas.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
74
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
3.- Una vez reparadas las fugas encontradas, se procede a limpiar el área de trabajo, y así
evitar cualquier tipo de accidente.
4.- Una vez ordenado el sistema, se procede a realizar un análisis del motivo por el que
ocurrió la fuga y se considera si es posible continuar trabajando con la bomba o si es
necesario continuar con una reparación mayor.
5.- Si es necesario un arreglo mayor, se procede a ejecutarlo y repararlo, para después
realizar una prueba para verificar que todos los sistemas funcionen correctamente.
Al recibir el equipo y como se describe en el capítulo cuatro, era necesario realizar un
mantenimiento correctivo en ciertas partes del sistema.
Se comenzó por el sistema de tuberías montado en el equipo. No se encontraba
conectada la válvula de control de caudal por lo que no existía una diferencia de presión
en el sistema que permitiera el flujo de fluido a través de las tuberías. Se acopló un
adaptador de acero con las medidas necesarias de diámetro y largo para conectar ésta
parte de tubería.
Posteriormente se requería conectar la salida de la válvula de control de aspiración con la
entrada de la bomba de engranajes pues faltaba un tramo que conectara la válvula de
control de aspiración con la entrada de la bomba y con la entrada del vacuómetro (Fig.
5.1).
Entrada a la bomba de engranajes abierta.
Tubería de entrada al manómetro desconectada.
Fig. 5.1 Vista inferior del equipo.
Al no encontrar un tramo de tubería de las mismas características del sistema de tuberías
montado, se optó por tomar un tramo de tubo de 1.9 centímetros de diámetro y 7
centímetros de largo y adaptarlo con la entrada adecuada para conectar el vacuómetro
(Fig. 5.2). Se soldó a un lado una entrada de 1/8 de pulgada de diámetro. A continuación
se ajustaron todas las uniones de tubería dentro del equipo para solucionar las fugas
existentes en el equipo.
Con estas correcciones fue posible tener una succión en el sistema, además de una
medición de la presión que en la parte de succión de la bomba.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
75
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Fig.5.2 Tramo de tubería conectado al vacuómetro.
Los filtros con los que contaba el sistema al inicio de su reparación, como se especificó en
el capítulo 4, se encontraban con roturas por lo que era necesario cambiarlos. Se
consiguieron filtros con las mismas medidas pero con características diferentes: los filtros
dañados tenían una malla de metal que cumplía la protección al sistema, mientras que
ésta función la realizaba un recubrimiento de papel en las refacciones nuevas. Al
mantener el equipo dentro del laboratorio de Termofluidos, se llegó a la conclusión de
que los filtros nuevos cumplirían la protección adecuada. Las siguientes imágenes (Fig. 5.3
y Fig. 5.4) muestran el momento en el que se realizó el cambio de filtros.
Fig. 5.3 Comparación del filtro nuevo
con el filtro usado.
Fig. 5.4 Filtros nuevos instalados.
Posteriormente, se puso en marcha el sistema, realizando una prueba de máxima
capacidad del equipo, teniendo una presión de succión de -0.6 bar, una presión de
impulsión de 15 bar y una potencia de 1.5 kilowatts, con lo cual se comprobó el correcto
funcionamiento de los medidores de presión y de potencia con los que cuenta el equipo,
además de verificar las dos velocidades con las que trabaja la bomba de engranajes.
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76
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
5.3
Mantenimiento Preventivo
El mantenimiento preventivo es la ejecución de un sistema de inspecciones periódicas
programadas racionalmente sobre el activo fijo de la planta y sus equipos, con el fin de
detectar condiciones y estados inadecuados de los elementos que puedan ocasionar
circunstancialmente paros en la producción o deterioro grave de máquinas, equipos o
instalaciones, y realizar en forma permanente el mantenimiento adecuado de la planta
para evitar tales condiciones, mediante la ejecución de ajustes o reparaciones, mientras
las fallas potenciales están aún en estado inicial de desarrollo.
Las actividades de mantenimiento preventivo, estarán enfocadas a realizar las
inspecciones periódicas en todas las instalaciones con el objeto de poder determinar las
áreas o secciones donde puede presentarse una falla, y de inmediato sea reparada. Es
decir, su principal objetivo será el detectar las fallas en su fase inicial y corregirlas en el
momento oportuno.
El mantenimiento preventivo tiene por misión conocer el estado actual, por sistema, de
todos los equipos y programar así, el mantenimiento correctivo en el momento más
oportuno. Comprende todas las acciones sobre revisiones, modificaciones y mejoras;
dirigidas a evitar averías y las consecuencias de estas en la producción. La razón para
implementar un programa de mantenimiento preventivo es obtener un ahorro sensible en
los costos de producción y la entrega oportuna de los productos o servicios a los clientes,
al igual que la protección de los activos fijos.
Este ahorro de costos puede asumir distintas formas:
 Menor tiempo perdido como resultado de menos paros de maquinaria por averías
o fallas.
 Mejor conservación y duración de las cosas, por no haber necesidad de reponer
equipos antes de tiempo.
 Menor número de productos rechazados, repeticiones y desperdicios, como
resultado de una mejor condición general del equipo.
 Menos reparaciones a gran escala, ya que son prevenidas mediante reparaciones
oportunas y de rutina.
 Mejores condiciones de seguridad.
 Mejor tiempo de entrega de productos y servicios a los clientes.
Igualmente hay que tener en cuenta que existen algunas circunstancias que se deben
analizar y si es del caso evitar, a la hora de la implementación de un programa de
mantenimiento preventivo, y son las siguientes:
 Cambios innecesarios: Cuando se alcanza la vida útil de un elemento se procede a
su cambio, encontrándose muchas veces que el elemento que se cambia,
permitiría ser utilizado durante un tiempo más prolongado. En otros casos, ya con
el equipo desarmado se observa la necesidad de aprovechar para realizar el
reemplazo de piezas menores en buen estado, cuyo costo es escaso frente al
correspondiente de desarme y armado, con el objetivo de prolongar la vida del
conjunto. Estamos ante el caso de una anticipación del reemplazo o cambio
prematuro.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
77
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO




Problemas iniciales de operación: Cuando se desarma, se montan piezas nuevas, se
rearma y se efectúan las primeras pruebas de funcionamiento, pueden aparecer
diferencias en la estabilidad, seguridad o regularidad de la marcha.
Costo en inventarios: El costo en inventarios sigue siendo alto aunque previsible, lo
cual debe ser tenido en cuenta para desarrollar una mejor gestión.
Mano de obra: Se necesitará contar con mano de obra intensiva y especial para
periodos cortos para efectos de liberar el equipo al servicio lo más rápidamente
posible.
Mantenimiento no efectuado: Si por alguna razón, no se realiza un servicio de
mantenimiento previsto, se alteran los periodos de intervención y se produce un
degeneramiento del servicio.
Si optamos por ese tipo de mantenimiento, debemos tener en cuenta que: un bajo
porcentaje de mantenimiento, ocasionará muchas fallas y reparaciones y por lo tanto se
puede presentar un elevado lucro cesante. Por el contrario, un alto porcentaje de
mantenimiento, ocasionará pocas fallas y reparaciones pero generará demasiados
periodos de interferencia de labor entre mantenimiento y producción.
Ventajas
• Importante reducción de paradas imprevistas en equipos.
• Solo es adecuado cuando, por la naturaleza del equipo, existe una cierta relación entre
probabilidad de fallos y duración de vida.
Inconvenientes
• No se aprovecha la vida útil completa del equipo.
• Aumenta el gasto y disminuye la disponibilidad si no se elige convenientemente la
frecuencia de las acciones preventivas.
Aplicaciones
• Equipos de naturaleza mecánica o electromecánica sometidos a desgaste seguro
• Equipos cuya relación fallo-duración de vida es bien conocida.
5.3.1 Acciones en el laboratorio.
Este tipo de mantenimiento es el que normalmente se aplica dentro del laboratorio, ya
que para tener un correcto funcionamiento de los sistemas, se necesita tener una
constante revisión de cada componente del equipo. Para tener un control del uso que se
le da al equipo, se recomienda llevar un reporte de las horas de trabajo, con la finalidad de
saber cuándo y qué elementos del sistema requieren un mantenimiento particular.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
78
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Es necesario tener los sistemas en óptimas condiciones para evitar que alguna falla afecte
los resultados que se obtienen durante las prácticas, además de que se evitan fugas de
fluido, con lo cual es posible aprovechar el aceite hidráulico con el que cuenta el equipo y
así evitar comprar una mayor cantidad de dicho fluido.
Las acciones de mantenimiento más habituales se enumeran a continuación:
1.- El tanque de alimentación debe estar siempre cerrado, para así mantenerlo lo más
limpio posible, además de que se debe asegurar que la válvula de desahogo que se
encuentra en la parte inferior del tanque se encuentre debidamente cerrada y así evitar la
pérdida de fluido.
2.- Se debe ajustar las tuercas y acoplamientos a lo largo de todo el sistema de tuberías.
3.- Las válvulas de control de caudal y de aspiración deben permanecer bien ajustadas, por
lo que es necesario verificar que cierre el paso de fluido atreves de ellas.
4.- Con el uso constante del equipo, se queda una capa de aceite en el fondo de el
recipiente de medición, además de que las paredes pierden un poco de visibilidad, por lo
que es necesario realizar una limpieza del tanque recibidor.
6.- Comprobar que los medidores de presión deben estar debidamente conectados a la
tubería principal para tener una adecuada medición y evitar fugas.
7.- Los filtros que se encuentran a la entrada de la tubería de succión deben ser revisados
para confirmar que el fluido que entre a la bomba pase por ellos y no se filtren impurezas
debido a una mala instalación de ellos. Por recomendación del proveedor se deben
renovar después de 500 horas de servicio o antes si hay presencia de roturas en el
material filtrante.
8.- Se debe cambiar el aceite hidráulico ISO 32 cuando sus propiedades no sean las
adecuadas o después de las horas de trabajo que recomiende el proveedor.
9.- Para mejorar la presentación del equipo, se necesita limpiar de polvo o cualquier
suciedad que se encuentre él.
El primer paso que se tomó fue dar una limpieza a todos los residuos de aceite que había
sobre el tanque de alimentación y el soporte metálico. Además, se le dio una limpieza al
recipiente de medición, debido a que presentaba un aspecto opaco en su interior.
5.3.2 Cambio del aceite hidráulico.
La duración de uso del aceite está limitada por las influencias a las cuales está expuesto
durante el uso. Para mantener en buen estado las partes que componen el sistema, se
recomienda tomar una prueba (≥ 1 litro) cada seis meses y mandarla analizar para saber si
la viscosidad del aceite que se utiliza es la adecuada. En caso de que no se realice un
análisis del aceite usado, de acuerdo con el proveedor, se debe realizar un cambio
después de 2000 horas de trabajo. De no llegar a ese ese límite de horas de trabajo, se
recomienda realizar un cambio cada 12 a 18 meses, puesto el paso del tiempo también
afecta las propiedades del aceite.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
79
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Al tener los resultados del análisis te viscosidad que se le hizo al aceite que se tenía al
recibir el equipo, se concluyó que era conveniente cambiarlo por uno que tuviera una
viscosidad apropiada. Para poder realizar un cambio de aceite de manera correcta, se
deben seguir los siguientes pasos:
1. Sólo cambiar el aceite cuando el engranaje está parado.
2. Procurar que el aceite sea completamente vaciado.
3. Antes de echar nuevo aceite, comprobar que no haya depósitos / residuos en el
interior del sistema de tuberías.
4. Si el tanque contenedor ha de lavarse durante el cambio de aceite, utilizar el
mismo aceite que se emplea para el servicio o bien un aceite que sea menos
viscoso.
5. Si es necesario, lavar tuberías con un aceite similar al mencionado en el paso 4.
6. Limpiar o sustituir filtros de aceite de ser necesario.
7. Antes de rellenar el sistema con aceite, cerrar la llave de vaciado de aceite o
atornillar tapón roscado.
En las figuras 5.5 y 5.6 ilustran el momento en que se realizó dicha actividad:
Fig.5.5 Adaptación de la tubería utilizada en el drenado de aceite.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
80
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Fig. 5.6 Extracción del aceite hidráulico del sistema al inicio del mantenimiento.
Luego de tener debidamente contenido el aceite recién drenado, se realizó el llenado del
sistema con el aceite hidráulico ISO 32 nuevo de la marca “M&A Oil Co.”.
En las figuras 5.7, 5.8 y 5.9 se muestran el llenado del sistema con el aceite hidráulico.
Fig. 5.7 Aceite hidráulico ISO 32.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
81
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Fig. 5.8 Momento en que se empezó a llenar el tanque receptor con el aceite nuevo.
Fig. 5.9 Vista del equipo al finalizar el cambio de aceite.
5.4
Mantenimiento Predictivo
El mantenimiento predictivo proporciona un medio más eficaz de advertencia de fallas
inminentes en el equipo. Un programa de mantenimiento predictivo se compone de 4
objetos principales:
1. Establecer lineamientos de mantenimiento predictivo.
2. Minimizar el tiempo de mantenimiento.
3. Mejorar la eficiencia de la maquinaria y equipo.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
82
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
4. Suministrar en primer orden el diagnóstico de los datos para el grupo de diseño de
equipo, para evolución y posibles modificaciones.
Cuando ha sido verificado el sistema por el ingeniero con los datos principales adecuados
y los límites de tolerancia identificados, un técnico capacitado puede analizar los archivos,
comparar datos y predecir necesidades de mantenimiento. El mantenimiento puede
también ser auxiliar en la reducción de la cantidad del periodo de paralización necesaria,
para identificar un problema. El mantenimiento predictivo proporciona mediante
instrumentos la falla en determinados equipos, maquinaria e instalaciones. Esta
importante etapa adicional de mantenimiento debe ser tomada para asegurar que el
equipo no tenga fallas y ocasione interrupciones en la producción.
Ventajas
• Determinación óptima del tiempo para realizar el mantenimiento preventivo.
• Ejecución sin interrumpir el funcionamiento normal de equipos e instalaciones.
• Mejora el conocimiento y el control del estado de los equipos.
Inconvenientes
• Requiere personal mejor formado e instrumentación de análisis costosa.
• No es viable una monitorización de todos los parámetros funcionales significativos, por
lo que pueden presentarse averías no detectadas por el programa de vigilancia.
• Se pueden presentar averías en el intervalo de tiempo comprendido entre dos medidas
consecutivas.
La puesta en marcha del equipo fue un proceso lento, debido a que fue necesario
encontrar las refacciones adecuadas para cumplir con un correcto funcionamiento del
equipo. Luego de haber realizado la rehabilitación completamente, se realizaron prácticas
de acuerdo con las posibilidades del sistema. Después de un semestre, el equipo se
encontraba funcionando correctamente con prácticas propuestas para complementar los
temas vistos en las aulas.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
83
Capítulo 6
Prácticas
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Las prácticas presentadas a continuación han sido elaboradas en base al contenido de los
planes de estudio de las experiencias educativas relacionadas con el área de termofluidos,
por los conocimientos adquiridos a través de la realización de este trabajo y apoyado
también en el manual de usuario que incluía el equipo.
ÍNDICE DE PRÁCTICAS DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES.
Práctica 1.- Componentes de una bomba de engranajes.
Práctica 2.- Mantenimiento del equipo bomba de engranajes.
Práctica 3.- Caudal teórico y efectivo de la bomba de engranajes.
Práctica 4.- Carga y cavitación de una bomba de engranajes.
Práctica 5.- Curva característica H – Q
Práctica 6.- La potencia de una bomba de engranajes.
Práctica 7.- Eficiencia mecánica de la bomba de engranajes.
Práctica 8.- Eficiencia volumétrica de la bomba d engranajes.
Práctica 9.- Velocidad específica de una bomba de engranajes.
Práctica 10.- Número de Reynolds en la bomba de engranajes.
Práctica 11.- Perdidas por fricción en la bomba de engranajes.
Práctica 12.- Perdidas en accesorios, en entradas-salidas del equipo grupo bomba de
engranajes.
Práctica 13.- Coeficiente de fugas de la bomba de engranajes.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
85
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
6.1
Práctica 1.- Componentes de una bomba de engranajes
ALUMNO(A):
MATRICULA:
APELLIDO PATERNO:
GRUPO:
HORARIO DE PRACTICA:
APELLIDO MATERNO:
FECHA:
NOMBRES(S):
FIRMA:
REVISÓ (PARA SER LLENADO POR EL INSTRUCTOR)
NOMBRE DEL PROFESOR: Mtro. JORGE LUIS ARENAS DEL ANGEL
NOMBRE DEL INSTRUCTOR: LUIS ANTONIO USCANGA GONZÁLEZ
FECHA DE REVISION:
RESULTADO
ACREDITADO
OBSERVACIONES:
FIRMA:
NO ACREDITADO
SELLO DEL LABORATORIO:
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
86
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
INTRODUCCIÓN.
Las bombas de engranajes pertenecen a las bombas de émbolo rotativo, que trabajan
según el principio del desplazamiento. Son de estructura sencilla y su manejo no plantea
problemas.
En su forma más simple, la bomba cuenta con un par de engranes de las mismas
dimensiones, girando dentro de una carcasa metálica, con una pequeña distancia entre
éstos y los dientes del engrane. Uno de los dos engranes es movido por el eje de
transmisión, mientras que el segundo se pone en marcha por la rotación del primero.
El líquido a ser bombeado es atrapado entre los dientes y la carcasa, por lo que sigue el
flujo de la tubería.
Las bombas de engranaje se clasifican como bombas de engranaje externas o internas. En
bombas de engranaje externas los dientes de ambos engranajes se proyectan hacia fuera
de sus centros. Las bombas externas pueden utilizar engranajes cilíndricos, engranajes de
dientes angulares, o engranajes helicoidales para mover el líquido.
En una bomba de engranaje interna, los dientes de un engranaje se proyectan hacia
afuera, pero los dientes del otro engranaje proyectan hacia adentro hacia el centro de la
bomba.
Bomba de engranajes Externos
Bomba de engranajes Internos
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
87
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Partes de una Bomba de Engranajes
Aplicaciones:
Estas se aplican en diferentes procesos de la industria, en las que destacan:
 Proceso de Ultra-filtración.
 Sistemas de lubricación.
 Circulación en cierres mecánicos dobles.
 Inyección de tinta.
 Sistemas de refrigeración.
 Dosificación en caudal continúo.
 Equipos de osmosis inversa (tratamiento de agua).
 Sistemas de refrigeración.
Componentes del equipo
- Tanque de alimentación – capacidad de 50 litros
- Válvula de interceptación
- Vacuómetro (-1 - 0 bar)
- Bomba de engranajes.
- Válvula limitadora de presión.
- Válvula reguladora de caudal.
- Manómetro (0 - 16 bar)
- Tubería de reboce.
- Recipiente de medición.
- Bastidor con ruedas.
- Vatímetro.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
88
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
OBJETIVO.
El alumno conocerá los componentes principales de una bomba engranajes, así como
información básica y sus aplicaciones.
MATERIAL.
Equipo grupo bomba de engranajes.
ACTIVIDAD.
1.- Encender el equipo
2.- Ajustar las revoluciones y la presión de la bomba.
3.- Describe el funcionamiento de una bomba de engranajes y escribe el nombre de cada
componente de acuerdo a la numeración en la figura siguiente.
OBSERVACIONES.
CONCLUSIONES.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
89
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
6.2
Práctica 2.- Mantenimiento del equipo bomba de engranajes
ALUMNO(A):
MATRICULA:
APELLIDO PATERNO:
GRUPO:
HORARIO DE PRACTICA:
APELLIDO MATERNO:
FECHA:
NOMBRES(S):
FIRMA:
REVISÓ (PARA SER LLENADO POR EL INSTRUCTOR)
NOMBRE DEL PROFESOR: Mtro. JORGE LUIS ARENAS DEL ANGEL
NOMBRE DEL INSTRUCTOR: LUIS ANTONIO USCANGA GONZÁLEZ
FECHA DE REVISION:
RESULTADO
ACREDITADO
OBSERVACIONES:
FIRMA:
NO ACREDITADO
SELLO DEL LABORATORIO:
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
90
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
INTRODUCCIÓN.
¿QUE ES EL MANTENIMIENTO?
Se entiende por Mantenimiento a la función empresarial a la que se encomienda el
control del estado de las instalaciones de todo tipo, tanto las productivas como las
auxiliares y de servicios. En ese sentido se puede decir que el mantenimiento es el
conjunto de acciones necesarias para conservar ó restablecer un sistema en un estado que
permita garantizar su funcionamiento a un coste mínimo. Conforme con la anterior
definición se deducen distintas actividades:
- prevenir y/ó corregir averías.
- cuantificar y/ó evaluar el estado de las instalaciones.
- cuidar el aspecto económico.
TIPOS DE MANTENIMIENTO.
Los distintos tipos de Mantenimiento que hasta ahora hemos comentado quedan
resumidos de la siguiente manera:
• El Mantenimiento Correctivo, efectuado después del fallo, para reparar averías.
Ventajas
• No se requiere una gran infraestructura técnica ni elevada capacidad de
análisis.
• Máximo aprovechamiento de la vida útil de los equipos.
Inconvenientes
• Las averías se presentan de forma imprevista lo que origina trastornos a la
producción.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
91
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
• Riesgo de fallos de elementos difíciles de adquirir, lo que implica la necesidad
de un número de repuestos importante.
• Baja calidad del mantenimiento como consecuencia del poco tiempo
disponible para reparar.
• El Mantenimiento Preventivo, efectuado con intención de reducir la probabilidad de
fallo, del que existen dos modalidades:
-El Mantenimiento Preventivo Sistemático, efectuado a intervalos regulares de tiempo,
según un programa establecido y teniendo en cuenta la criticidad de cada máquina y la
existencia ó no de reserva.
-El Mantenimiento Preventivo Condicional o según condición, subordinado a un
acontecimiento predeterminado.
Ventajas
• Importante reducción de paradas imprevistas en equipos.
• Solo es adecuado cuando, por la naturaleza del equipo, existe una cierta relación entre
probabilidad de fallos y duración de vida.
Inconvenientes
• No se aprovecha la vida útil completa del equipo.
• Aumenta el gasto y disminuye la disponibilidad si no se elige convenientemente la
frecuencia de las acciones preventivas.
Aplicaciones de la bomba de engranes:
• Industria petrolera: (En casi todas las fases de los procesos). Producción – refinación,
aceites crudos y refinados. Carga de tanques, transporte, distribución.
• Lubricación. Máquinas herramientas y todo tipo de equipo mecánico.
• Quemadores de aceite. Servicios de aceite combustible.
• Sistemas hidráulicos. Elevadores, manejo de materiales.
• Filtros. Aceite.
• Industria alimenticia. Jarabes y melazas, chocolates, etcétera.
• Industria química. Proceso solventes.
• Marina. Carga, aceite combustible, etcétera.
• Industria del acero. Lubricación de los molinos roladores, circulación de aceites para
procesos térmicos y para enfriamiento.
• Ferrocarriles. Transferencia de aceites combustibles y diesel, aceite de lubricación y
grasas.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
92
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
OBJETIVO:
El alumno conocerá el plan de mantenimiento que se realiza en el equipo bomba de
engranajes.
MATERIAL:
Equipo bomba de engranajes H27 D
PROCEDIMIENTO
El mantenimiento preventivo es el que normalmente se aplica dentro del laboratorio, ya
que para tener un correcto funcionamiento de los sistemas, se necesita tener una
constante revisión de cada componente del equipo. Para tener un control del uso que se
le da al equipo, se recomienda llevar un reporte de las horas de trabajo, con la finalidad de
saber cuándo y qué elementos del sistema requieren un mantenimiento particular.
En este equipo se realiza el siguiente mantenimiento preventivo:
Las acciones de mantenimiento más habituales se enumeran a continuación:
1.- El tanque de alimentación debe estar siempre cerrado, para así mantenerlo lo más
limpio posible, además de que se debe asegurar que la válvula de desahogo que se
encuentra en la parte inferior del tanque se encuentre debidamente cerrada y así evitar la
pérdida de fluido.
2.- Se debe ajustar las tuercas y acoplamientos a lo largo de todo el sistema de tuberías.
3.- Las válvulas de control de caudal y de aspiración deben permanecer bien ajustadas, por
lo que es necesario verificar que cierre el paso de fluido atreves de ellas.
4.- Con el uso constante del equipo, se queda una capa de aceite en el fondo de el
recipiente de medición, además de que las paredes pierden un poco de visibilidad, por lo
que es necesario realizar una limpieza del tanque recibidor.
6.- Comprobar que los medidores de presión deben estar debidamente conectados a la
tubería principal para tener una adecuada medición y evitar fugas.
7.- Los filtros que se encuentran a la entrada de la tubería de succión deben ser revisados
para confirmar que el fluido que entre a la bomba pase por ellos y no se filtren impurezas
debido a una mala instalación de ellos. Por recomendación del proveedor se deben
renovar después de 500 horas de servicio o antes si hay presencia de roturas en el
material filtrante.
8.- Se debe cambiar el aceite hidráulico ISO 32 cuando sus propiedades no sean las
adecuadas o después de las horas de trabajo que recomiende el proveedor.
9.- Para mejorar la presentación del equipo, se necesita limpiar de polvo o cualquier
suciedad que se encuentre él.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
93
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Cambio de filtros.
En una bomba de engranajes, es importante mantener limpio el fluido que se tiente
dentro del sistema, esto debido a que impurezas pueden llegar a dañar los engranes, por
lo que es importante tener filtros en la tubería de succión del equipo.
En la industria, estos filtros deben cambiarse periódicamente para tener una correcta
protección del sistema y asegurar que el sistema se encuentre protegido contra algún tipo
de impureza.
Filtro de la bomba de engranajes.
Aceite hidráulico.
Aunque el aceite se utiliza en condiciones de relativa limpieza, incluso el aceite nuevo
puede contener miles de partículas microscópicas. El aceite se contamina si se almacena
en depósitos o recipientes sucios o por procedimientos inadecuados. A continuación se
incluyen algunas medidas para evitar la contaminación en los cambios de aceite:
- Utilice el aceite adecuado - Los aceites hidráulicos de alta calidad contienen aditivos
antioxidantes que contribuyen a prevenir la contaminación química. Un segundo tipo de
aditivos son los antidesgaste, como el zinc. Como regla general, cuanto mayor sea el nivel
de zinc menor será el índice de desgaste de las bombas, válvulas de control, cilindros y
otros componentes. Compruebe siempre que el aceite hidráulico que está usando cumpla
las especificaciones del fabricante.
- Cambie el aceite regularmente y con limpieza - La vida de un aceite viene determinada
por muchos factores entre los que se incluyen las condiciones de trabajo. Los resultados
de algún tipo de análisis del aceite nos permitirán ajustar los periodos de cambio del
mismo.
Para poder realizar un cambio de aceite de manera correcta, se deben seguir los
siguientes pasos:
1. Sólo cambiar el aceite cuando el engranaje está parado.
2. Procurar que el aceite sea completamente vaciado.
3. Antes de echar nuevo aceite, comprobar que no haya depósitos / residuos en el
interior del sistema de tuberías.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
94
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
4. Si el tanque contenedor ha de lavarse durante el cambio de aceite, utilizar el
mismo aceite que se emplea para el servicio o bien un aceite que sea menos
viscoso.
5. Si es necesario, lavar tuberías con un aceite similar al mencionado en el paso 4.
6. Limpiar o sustituir filtros de aceite de ser necesario.
7. Antes de rellenar el sistema con aceite, cerrar la llave de vaciado de aceite o
atornillar tapón roscado.
La duración de uso del aceite está limitada por las influencias a las cuales está expuesto
durante el uso. Para mantener en buen estado las partes que componen el sistema, se
recomienda tomar una prueba (≥ 1 litro) cada seis meses y mandarla analizar para saber si
la viscosidad del aceite que se utiliza es la adecuada. En caso de que no se realice un
análisis del aceite usado, de acuerdo con el proveedor, se debe realizar un cambio
después de 2000 horas de trabajo. De no llegar a ese ese límite de horas de trabajo, se
recomienda realizar un cambio cada 12 a 18 meses, puesto el paso del tiempo también
afecta las propiedades del aceite.
Ajuste de tuberías.
Debido al uso de la bomba y a las vibraciones presentes en ella, pueden llegar a
presentarse algunas fugas en las tuberías o en los accesorios, por eso es necesario una
inspección diaria para evitar perder fluido atreves de estas fugas y también evitar
contaminar el ambiente, así como ajustar los acoplamientos de tuberías cada vez que sea
necesario. El tener una revisión diaria del equipo con el que trabajamos, permite
familiarice con él y facilitar el detectar cuando no está funcionando con normalidad.
Limpieza del equipo.
Es recomendable limpiar el equipo una vez a por semana, desde el soporte de metal, el
recipiente calibrado y demás partes que pudieran llegar a estar sucias debido a fugas o por
el polvo existente en el ambiente. Además, esto provee un mejor aspecto del equipo al
momento de dar prácticas a los alumnos.
OBSERVACIONES.
CONCLUSIONES.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
95
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
6.3
Práctica 3.- Caudal teórico y efectivo de la bomba de engranajes
ALUMNO(A):
MATRICULA:
APELLIDO PATERNO:
GRUPO:
HORARIO DE PRACTICA:
APELLIDO MATERNO:
FECHA:
NOMBRES(S):
FIRMA:
REVISÓ (PARA SER LLENADO POR EL INSTRUCTOR)
NOMBRE DEL PROFESOR: Mtro. JORGE LUIS ARENAS DEL ANGEL
NOMBRE DEL INSTRUCTOR: LUIS ANTONIO USCANGA GONZÁLEZ
FECHA DE REVISION:
RESULTADO
ACREDITADO
OBSERVACIONES:
FIRMA:
NO ACREDITADO
SELLO DEL LABORATORIO:
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
96
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
INTRODUCCIÓN.
Caudal
Es la cantidad de flujo volumétrico que pasa por unidad de tiempo. En las bombas de
engranajes puede ser calculado usando la fórmula que comprende el número de
revoluciones, el número de dientes de los engranes y la dimensión de los espacios entre
los dientes. Con cada revolución de la bomba, un diente del engrane transporta una
cantidad de líquido igual al volumen del espacio existente entre un diente y el otro.
Caudal de la Bomba de Engranajes
El caudal de las bombas de engranajes puede ser calculado usando la fórmula que
comprende el número de revoluciones, el número de dientes de los engranes y la
dimensión de los espacios entre los dientes. Con cada revolución de la bomba, un diente
del engrane transporta una cantidad de líquido igual al volumen del espacio existente
entre un diente y el otro. El caudal teórico está dado por:
Donde:
(
)
S = Sección libre entre 2 dientes. ( 0.014 dm2)
L = Altura de los dientes (7.59 mm = 0.0759 dm.)
n= revoluciones por minuto
z= Número de dientes (10 dientes)
Caudal Efectivo de las Bombas de Engranaje
En realidad, una bomba de engranajes tiene un caudal inferior al valor teórico, debido a
un escape de líquido causado por:
a) El pequeño descenso inevitable que queda entre la cara superior de los dientes y la
carcasa.
b) El descenso que queda entre las superficies laterales de los engranes y la carcasa.
c) Los pequeños espacios entre las superficies del par de dientes que se engranan entre
ellos; estos retiran una pequeña cantidad del líquido que entra a la zona de succión.
Para calcular el caudal de la bomba de engranaje es necesario medir el tiempo que tarda
en llenar dicho tanque, estableciendo dos puntos de lectura: uno de inicio y uno de pausa.
Para hacer las mediciones, una escala graduada en milímetros ha sido montada en el
tanque.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
97
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Un ejemplo de la medición del caudal usando el tanque calibrado se indica a continuación:
(
)
Donde:
(
)
y = es el número de divisiones en la banda milimétrica.
Ku = la constante del tanque calibrado: 1 cm = 0.66 dm3
t = tiempo (segundos)
OBJETIVO.
El alumno conocerá el equipo de bomba de engranaje y aprenderá a obtener el caudal en
este mismo equipo.
MATERIAL.
- Bomba de engranajes.
- Medidor de presión de succión.
- Medidor de presión de impulsión.
ACTIVIDAD.
1.- Encender la bomba.
2.- Seleccionar la velocidad de 800 r.p.m. en el panel de control.
2.- Ajustar la presión de succión y de impulsión de acuerdo con la tabla 1.
3.- Tomar el tiempo en que tarda en llenarse 10 cm marcados en el recipiente de
medición.
4.- Calcular el gasto de la bomba a esta velocidad.
5.- Realizar el mismo procedimiento ahora con 1600 r.p.m.
6.- Calcular el gasto de la bomba con esta velocidad.
7.- Anotar los resultados en la siguiente tabla.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
98
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
8.- Escribe tus observaciones y conclusiones.
Caudal Teórico:
Para 800 r.p.m.
(
)(
)(
)(
)
(
)(
)(
)(
)
Para 1600 r.p.m.
Tabla 1.
800 r.p.m.
Gasto
Presión de succión
(bar)
Presión de impulsión
(bar)
-.54
2.8
15.786
-.54
4.8
15.6
-.54
6.8
14.4
(
)
1600 r.p.m.
Presión de succión
(bar)
-.54
-.54
-.54
Presión de impulsión
(bar)
2.8
4.8
6.8
Gasto
(
)
25.302
25.2
25.2
OBSERVACIONES.
CONCLUSIONES.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
99
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
6.4
Práctica 4.- Carga y cavitación de una bomba de engranajes
ALUMNO(A):
MATRICULA:
APELLIDO PATERNO:
GRUPO:
HORARIO DE PRACTICA:
APELLIDO MATERNO:
FECHA:
NOMBRES(S):
FIRMA:
REVISÓ (PARA SER LLENADO POR EL INSTRUCTOR)
NOMBRE DEL PROFESOR: Mtro. JORGE LUIS ARENAS DEL ANGEL
NOMBRE DEL INSTRUCTOR: LUIS ANTONIO USCANGA GONZÁLEZ
FECHA DE REVISION:
RESULTADO
ACREDITADO
OBSERVACIONES:
FIRMA:
NO ACREDITADO
SELLO DEL LABORATORIO:
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
100
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
INTRODUCCIÓN.
Carga en el sistema.
El estudio cuidadoso de la condición de carga y la localización de la bomba puede producir
-ahorros apreciables en potencia, por un periodo largo sin aumentar sustancialmente el
costo inicial del proyecto.
El cálculo de la carga total de bombeo consiste en determinar la energía requerida para
impulsar el líquido desde el nivel de succión hasta el nivel de descarga, venciendo la
resistencia que ofrecen la tubería y los accesorios al paso del fluido.
Conceptos de carga.
a) La presión que ejerce una columna (H) vertical de un líquido en cualquier punto debido
a su peso, se le conoce como carga.
b) Una carga de líquido en un tubo vertical desarrolla una cierta presión (F/A) sobre la
superficie horizontal en el fondo del tubo.
El paso del líquido, que actúa sobre la superficie es lo que produce la presión.
La altura de la columna del líquido, que produce la presión en cuestión se conoce como
carga sobre la superficie. La altura de la carga de líquido se le conoce como carga estática,
se expresa en unidades de longitud (metros, pies, etc.)
La carga correspondiente a una presión específica depende del peso específico del líquido
de acuerdo a la siguiente expresión.
En las aplicaciones de bombas, generalmente se llama a la altura de la columna del
líquido que actúa sobre la succión o descarga de la bomba.
La columna estática en la entrada o salida, se expresa como un cierto número de metros
de líquido. La columna estática, es la diferencia de elevación y puede calcularse para una
variedad de condiciones que se encuentren en una instalación de bombeo.
En este sistema se calculará la carga con la siguiente formula
Donde
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
101
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
H = Carga (
)
P = Potencia (
)
ɣ = Peso especifico (
Q = Caudal (
)
)
Cavitación
La cavitación puede definirse como la formación y posterior colapso (implosión) de
burbujas de gas (cavidades) en el seno de un líquido. El gas puede ser aire, vapor del
propio líquido u otro gas disuelto en el líquido considerado.
La cavitación en bombas es un fenómeno que depende de las propiedades del fluido
(presión de vapor, tensión superficial, contenido de aire, pureza, etc.) y de la geometría de
la bomba (curvatura, solidez, esquinas, rugosidad superficial, etc.).
La cavitación puede aparecer en líquidos en reposo o en movimiento, siendo la única
condición necesaria el alcanzar el estado de equilibrio líquido-vapor.
En líquidos en reposo, se puede lograr por medio de un aumento en la temperatura por
transferencia de calor. Para líquidos en movimiento se puede lograr por medio de una
disminución local de presión por aumento de la velocidad, y las burbujas generadas son
transportadas aguas abajo por la corriente hasta zonas donde la presión es más alta,
dando lugar al brusco colapso de las mismas.
En la práctica, la cavitación se puede producir en cualquier punto de un circuito hidráulico
como en tubos de venturi, huecos, protuberancias, cuerpos sumergidos, vórtices, o en
máquinas hidráulicas, propulsores marinos, transitorios en golpe de ariete y cojinetes.
Cuando se bombean fluidos viscosos, la velocidad rotacional de la bomba debe ser tal que
el fluido tenga suficiente tiempo para llenar el espacio entre los dientes del engrane en la
la tubería de succión. En otras palabras, la bomba puede mover fluido solamente si se
tiene suficiente presión de succión para aspirar el líquido dentro de la tubería.
De otro modo, los espacios entre los dientes del engrane no están llenos por completo,
con lo cual se reducirá el flujo real dentro de la bomba. Por lo tanto, la presión mínima de
succión depende de la velocidad de rotación, tamaño del engrane, numero de dientes del
engrane y la viscosidad del fluido. Una relación aproximada sería la siguiente:
Donde:
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
102
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
(pulg/min por diente)
Z= Número de dientes del engrane
= Diámetro de paso.
v= Viscosidad.
OBJETIVO.
El alumno podrá calcular la curva característica de la bomba de engranajes que se utiliza
en el laboratorio de termofluidos, asimismo podrá comprobar si existe o no cavitación en
dicha bomba.
MATERIAL.
- Bomba de engranajes.
- Medidor de succión.
- Medidor de impulsión.
- Vatímetro.
ACTIVIDAD.
1.- Encender la bomba.
2.- Seleccionar la velocidad de 800 r.p.m. en el panel de control.
3.- Ajustar la presión de succión y de impulsión de acuerdo con la tabla 1.
4.- Llene los datos que se piden.
5.- Ahora selecciones la velocidad de 1600 r.p.m. y ajuste las presiones según indica la
tabla 2 y llene los datos que se piden.
6.- Calcular la presión mínima para evitar la cavitación en la bomba de engranajes en
ambas velocidades.
7.- Escribe tus observaciones y conclusiones.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
103
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Tabla 1.
800 r.p.m.
Presión de succión
(bar)
Presión de impulsión
(bar)
-.54
-.54
2.8
-.54
6.8
8.8
Gasto
(
)
0.0002631
0. 00026
0. 00024
Carga
(metros)
207.67031
269.460215
340.567771
Tabla 2.
1600 r.p.m.
Presión de succión
(bar)
-.54
-.54
Presión de impulsión
(bar)
Gasto
(
)
Carga
(metros)
2.8
0. 0004217
207.67031
6.8
0. 00042
278.014507
8.8
0. 00042
305.815958
-.54
OBJETIVOS.
CONCLUSIONES.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
104
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
6.5
Práctica 5.- Curva característica.
ALUMNO(A):
MATRICULA:
APELLIDO PATERNO:
GRUPO:
HORARIO DE PRACTICA:
APELLIDO MATERNO:
FECHA:
NOMBRES(S):
FIRMA:
REVISÓ (PARA SER LLENADO POR EL INSTRUCTOR)
NOMBRE DEL PROFESOR: Mtro. JORGE LUIS ARENAS DEL ANGEL
NOMBRE DEL INSTRUCTOR: LUIS ANTONIO USCANGA GONZÁLEZ
FECHA DE REVISION:
RESULTADO
ACREDITADO
OBSERVACIONES:
FIRMA:
NO ACREDITADO
SELLO DEL LABORATORIO:
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
105
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Curvas Características.
Las gráficas de las condiciones en un sistema de bombeo existente o propuesto, pueden
ser auxiliares importantes en el análisis del sistema.
Se entiende por curva característica de una máquina la representación gráfica de su
funcionamiento. Siendo, en el caso de las maquinas de desplazamiento positivo,
extraordinariamente útil.
La representación se realiza en un sistema de ejes coordenados cartesianos, y como
parámetros las entidades que entran en juego en el fenómeno físico, y definiendo las
escalas convenientes de éstas, se anotan sus magnitudes.
Cada punto de las curvas características es un punto de funcionamiento de la máquina, de
tal manera, que aquellas podrían ser definidas como “el lugar geométrico de los puntos en
que puede funcionar una máquina hidráulica”.
Para seleccionar una curva apropiadamente para una aplicación dada, debe usarse por lo
menos un punto de la curva del sistema. Para algunas aplicaciones, pueden usarse dos o
más puntos para obtener la disposición más económica.
Para calcular la carga en la bomba utilizaremos la siguiente ecuación:
ɣ
Donde:
H = Carga (
)
P = Potencia (
)
ɣ = Peso especifico (
Q = Caudal (
)
)
OBJETIVO.
El alumno aprenderá a realizar la curva característica H-Q de la bomba de engranajes.
MATERIAL.
- Bomba de engranajes.
- Vatímetro.
- Vacuómetro.
- Manómetro.
ACTIVIDAD.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
106
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
1.- Encender la bomba.
2.- Seleccionar la velocidad de 800 r.p.m. en el panel de control.
3.- Ajustar la presión de succión y la de impulsión según se indique en la tabla 1.
4.- Calcular los datos que se piden en dicha tabla.
5.- Dibuja la curva característica H-Q para estas condiciones.
6.- Seleccione la velocidad de 1600 r.p.m.
7.- Ajustar las presiones requeridas en la tabla 2.
8.- Calcular los datos solicitados.
9.- Dibujar la curva característica H-Q para esta velocidad.
10.- Anotar observaciones y conclusiones.
Tabla 1.
800 r.p.m.
Presión de
Presión de
succión
impulsión
(bar)
(bar)
-.2
1.2
-.2
2.2
-.2
4
-.2
6
-.2
8
Gasto
(
)
Potencia
(
)
Carga
(
)
0.0002631
0.55
244.094835
0.00026
0.6
269.460215
0.00024
0.7
340.567771
0.00019
0.75
460.918788
0.0001015
0.8
920.323886
Potencia
Carga
Tabla 2.
1600 r.p.m
Presión de
Presión de
succión
impulsión
(bar)
(bar)
-.41
1.5
-.41
3
-.41
4
-.41
5
-.41
6
Gasto
(
)
(
)
(
)
0.0004217
0.75
207.67031
0.00042
1
278.014507
0.00042
1.1
305.815958
0.0003841
1.2
364.799041
0.0002913
1.3
521.098252
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
107
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
800 r.p.m.
1000
900
920.323886
800
700
CARGA (metros)
600
500
460.918788
400
340.567771
300
269.460215
200
207.67031
100
0
0.0001015
0.00019
0.00024
0.00026
0.0002631
CAUDAL (m3/seg)
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
108
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
1600 r.p.m.
600
521.098252
500
CARGA (metros)
400
364.799041
278.014507
300
305.815958
200
207.67031
100
0
0.0002913
0.0003841
0.00042
Caudal (m3/seg)
0.00042
0.0004217
OBSERVACIONES.
CONCLUSIONES.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
109
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
6.6
Práctica 6.- La potencia de una bomba de engranajes.
ALUMNO(A):
MATRICULA:
APELLIDO PATERNO:
GRUPO:
HORARIO DE PRACTICA:
APELLIDO MATERNO:
FECHA:
NOMBRES(S):
FIRMA:
REVISÓ (PARA SER LLENADO POR EL INSTRUCTOR)
NOMBRE DEL PROFESOR: Mtro. JORGE LUIS ARENAS DEL ANGEL
NOMBRE DEL INSTRUCTOR: LUIS ANTONIO USCANGA GONZÁLEZ
FECHA DE REVISION:
RESULTADO
ACREDITADO
OBSERVACIONES:
FIRMA:
NO ACREDITADO
SELLO DEL LABORATORIO:
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
110
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
INTRODUCCION
POTENCIA
Es la cantidad de trabajo que se efectúa por unidad de tiempo. Esto equivale a la
velocidad de cambio de energía en un sistema o al tiempo que se emplea para realizar un
trabajo.
Por otra parte, la potencia mecánica es aquel trabajo que realiza una maquina en un cierto
periodo de tiempo. Es decir que se trata de la potencia transmitida a través de la acción de
fuerzas físicas de contacto o elementos mecánicos relacionados como palancas y
engranajes.
En cuanto a las unidades de potencia, pueden reconocerse cuatro grandes sistemas. El
sistema internacional, cuya unidad más frecuente es el vatio o el watt y sus múltiplos
(kilovatio, megavatio, etc.), aunque también puede utilizar combinaciones equivalentes
como el volt-ampere; el sistema inglés; que mide por caballo de fuerza métrico, el técnico
de unidades; que se basa en la caloría internacional por segundo y el cegesimal; que
calcula ergio por segundo.
POTENCIA HIDRÁULICA
Es la potencia que produce el flujo de agua.
Donde:
P = Potencia (
)
= Presión de trabajo (
Q= Caudal (
)
)
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
111
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
OBJETIVO
El alumno calculará la potencia teórica de la bomba de engranajes, y obtendrá la curva
con la relación P - Q.
MATERIAL
- Bomba de engranajes.
- Vacuómetro.
- Manómetro.
ACTIVIDAD
1.- Encender la bomba
2.- Seleccionar la velocidad de 800 r.p.m.
3.- Ajustar las presiones de impulsión y succión según los valores solicitados en la tabla 6.1
4.- Realizar las operaciones pertinentes y llenar la tabla 1 con los datos obtenidos.
5.- Realizar los pasos anteriores, teniendo una velocidad de 1600 r.p.m. y llenar la tabla
6.2
6.- Dibujar la curva P-Q para cada una de las velocidades utilizadas.
7.- Anotar las observaciones y conclusiones de la práctica.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
112
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
TABLA 6.1
800 r.p.m.
Presión de
succión
Presión de impulsión
(bar)
2.8
-.54
4.8
-.54
-.54
-.54
Potencia
Hidráulica
(
(bar)
-.54
Gasto
)
(
)
15.786
0.0878754
15.6
0.13884
14.4
0.17616
11.4
0.17746
6.09
0.115101
6.8
8.8
10
TABLA 6.2
1600 r.p.m.
Presión de
succión
Presión de impulsión
(bar)
(bar)
-.54
-.54
-.54
-.54
-.54
Gasto
Potencia
Hidráulica
(
)
(
)
2.8
25.302
0.1408478
25.2
0.22428
25.2
0.30828
23.046
0.3587494
17.478
0.3303342
4.8
6.8
8.8
10
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
113
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
800 r.p.m.
0.2
0.18
0.17616
0.17746
0.16
0.13884
POTENCIA (kW)
0.14
0.12
0.115101
0.1
0.08
0.0878754
0.06
0.04
0.02
0
6.09
11.4
14.4
CAUDAL (l/min)
15.6
15.786
1600 r.p.m.
0.4
0.3587494
0.35
0.30828
POTENCIA (kW)
0.3
0.25
0.22428
0.2
0.15
0.1408478
0.1
0.05
0
23.046
25.2
25.2
25.302
CAUDAL (l/min)
OBSERVACIONES.
CONCLUSIONES.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
114
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
6.7
Práctica 7.- Eficiencia mecánica de una bomba de engranajes.
ALUMNO(A):
MATRICULA:
APELLIDO PATERNO:
GRUPO:
HORARIO DE PRACTICA:
APELLIDO MATERNO:
FECHA:
NOMBRES(S):
FIRMA:
REVISÓ (PARA SER LLENADO POR EL INSTRUCTOR)
NOMBRE DEL PROFESOR: Mtro. JORGE LUIS ARENAS DEL ANGEL
NOMBRE DEL INSTRUCTOR: LUIS ANTONIO USCANGA GONZÁLEZ
FECHA DE REVISION:
RESULTADO
ACREDITADO
OBSERVACIONES:
FIRMA:
NO ACREDITADO
SELLO DEL LABORATORIO:
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
115
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
INTRODUCCIÓN:
La idea de eficiencia o rendimiento, va unida a la de trabajo, cuando una máquina se usa
para transformar energía mecánica en energía eléctrica o energía térmica en energía
mecánica. Su rendimiento puede definirse como la razón entre el trabajo que sale (trabajo
útil) y el que entra (trabajo producido), como la razón entre la potencia que sale y la que
entra o como la razón entre la energía que sale y entra.
De acuerdo con el principio de la conservación de la energía estos procesos se relacionan
entre sí:
Trabajo de entrada = Trabajo de salida + Trabajo contra el rozamiento
La cantidad de trabajo útil realizado por la maquina nunca podrá ser mayor que el trabajo
que se le suministra. Siempre habrá algunas pérdidas debidas al rozamiento o a alguna
otra fuerza disparadora.
Por ejemplo, al bombear aire a una llanta de bicicleta con una pequeña bomba de mano,
ejercemos una fuerza hacia abajo sobre el embolo, forzando el aire hacia la llanta
podemos fácilmente verificar que parte de nuestro trabajo de entrada se pierde contra la
fricción al sentir como se calienta la pared de la bomba de mano. Cuanto más pequeñas
podamos hacer las perdidas por rozamiento en una máquina, tanto más provecho se
contendrá del es fuerzo inicial.
El rendimiento mecánico en una máquina ideal es 1, esto porque no existe rozamiento y el
trabajo útil es igual al trabajo producido.
El rendimiento mecánico en una “máquina real” es siempre menor que 1, debido a las
pérdidas de energía por el rozamiento interno que surge durante el funcionamiento de la
máquina. Generalmente se multiplica por 100, para que el rendimiento se exprese en
porcentaje.
Se supone que las máquina transmiten toda la fuerza que se les comunica; pero no es está
la realidad, pues parte de la fuerza se pierde en la práctica, gastándose en rozamientos,
choques, trepidaciones, etc. La parte absorbida por esta resistencia se llama “trabajo
pasivo”, y la que resulta efectiva para el fin intentado por la máquina, se llama trabajo
“útil”.
Eficiencia Mecánica.Es la relación entre la potencia obtenida y la potencia teórica. Es decir en una maquina
según los cálculos es posible obtener cierta potencia, sin embargo en la práctica, por
diversas variables (fricción, cambios bruscos de dirección, tipo de combustible) se pierde
potencia y únicamente se tendrá un porcentaje de la potencia teórica.
La Eficiencia mecánica está dada por la fórmula:
Donde:
= Potencia real (
)
= Potencia teórica (
)
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
116
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
La potencia real del equipo se obtiene utilizando el vatímetro con el que cuenta el
sistema. Con ésta herramienta se podrá observar qué potencia marca cuando se pone en
marcha la bomba con las presiones requeridas.
La potencia teórica de la bomba está dada por el fabricante, siendo la siguiente:
Para 800 r.p.m.
Para 1600 r.p.m.
Pt = .89 kW
Pt = 1.43 kW
OBJETIVO.
El alumno comprobará cual es la eficiencia mecánica de una bomba de engranajes con
diferentes presiones, así como poder calcular cual es el torque real de dicha bomba.
MATERIAL
- Bomba de engranajes.
- Vacuómetro.
- Manómetro.
- Vatímetro.
ACTIVIDAD:
1.- Encender la bomba
2.- Ajustar la bomba de acuerdo a los valores solicitados en la tabla 7.1
3.- Realizar las operaciones pertinentes y poner los resultados en la tabla 7.11
5.- Obtener la potencia teórica y la potencia real del sistema.
6.- Calcular la eficiencia mecánica de la bomba para cada velocidad.
7.- Anota tus observaciones y conclusiones.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
117
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
TABLA 7.1
800 r.p.m.
Presión de
succión
Presión de impulsión
(bar)
4.8
-.54
6.8
--.54
Real
Mecánica
)
(
)
2.8
-.54
--.54
Eficiencia
(
(bar)
-.54
Potencia
0.55
0.61797753
0.6
0.6741573
0.7
0.78651685
0.75
0.84269663
0.8
0.8988764
Potencia
Eficiencia
Real
Mecánica
8.8
10
1600 r.p.m.
Presión de
succión
(bar)
Presión de impulsión
(bar)
-.54
2.8
-.54
4.8
-.54
-.54
-.54
(
)
(
)
0.75
0.5033557
1
0.67114094
1.1
0.73825503
1.2
0.80536913
1.3
0.87248322
6.8
8.8
10
OBSERVACIONES.
CONCLUSIONES.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
118
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
6.8
Práctica 8.- Eficiencia volumétrica de la bomba de engranajes.
ALUMNO(A):
MATRICULA:
APELLIDO PATERNO:
GRUPO:
HORARIO DE PRACTICA:
APELLIDO MATERNO:
FECHA:
NOMBRES(S):
FIRMA:
REVISÓ (PARA SER LLENADO POR EL INSTRUCTOR)
NOMBRE DEL PROFESOR: Mtro. JORGE LUIS ARENAS DEL ANGEL
NOMBRE DEL INSTRUCTOR: LUIS ANTONIO USCANGA GONZÁLEZ
FECHA DE REVISION:
RESULTADO
ACREDITADO
OBSERVACIONES:
FIRMA:
NO ACREDITADO
SELLO DEL LABORATORIO:
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
119
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
INTRODUCCIÓN.
¿Qué es la Eficiencia Volumétrica?
La eficiencia volumétrica es el porcentaje de flujo que se tiene disponible para realizar un
trabajo, respecto al flujo teórico que por construcción dicha bomba debería suministrar.
En otras palabras, es una medida de las perdidas en volumen debidas a fugas internas de
la bomba hidráulica y se calcula dividiendo el caudal actual que entrega la bomba en litros
o galones por minuto, entre el caudal teórico que por construcción la bomba debería de
entregar y se expresa en porcentaje. El caudal actual de la bomba se mide utilizando un
medidor de flujo o bien vaciando la entrega de la bomba en un recipiente y midiendo el
tiempo de llenado y el volumen correspondiente.
Debido a que las fugas internas se incrementan conforme se incrementa la presión de
operación y conforme disminuye la viscosidad del fluido, estas variables deben ser
establecidas cuando se documenta la eficiencia volumétrica.
Por ejemplo, si se tiene una bomba hidráulica con un caudal teórico de 100 [GPM] y al
momento de la prueba nos entrega un caudal de 94 [GPM] a 5,000 [PSI] y 120 [SUS], se
dice que la bomba tiene una eficiencia volumétrica del 94% a 5,000 [PSI] y 120 [SUS].
En la práctica, la viscosidad del fluido se establece, tomando nota de la temperatura del
fluido a la salida de la bomba y verificando la tabla de viscosidad correspondiente, del
fluido que se está utilizando en el sistema hidráulico.
¿Cuál es el Significado de la Eficiencia Volumétrica?
Conforme una bomba hidráulica se va desgastando por estar en servicio, se incrementan
las fugas internas y por lo tanto la cantidad de flujo útil disponible para realizar un trabajo,
disminuye. Si el valor de eficiencia volumétrica disminuye por debajo de un valor
considerado como aceptable, deberá hacerse una revisión completa de los componentes
de la bomba.
Será Momento de una Revisión General
Al momento de tener que decidir si se tiene que realizar una revisión general a una bomba
hidráulica, el número importante a considerar es la eficiencia volumétrica, medida esta
calibrando la bomba al 100% de su desplazamiento. En el ejemplo anterior, si el usuario
hubiera tomado su decisión de abrir y revisar la bomba basado en la prueba realizada con
el 40% de desplazamiento, hubiera gastado mucho dinero por un trabajo innecesario.
Para calcular el caudal teórico, tenemos la siguiente formula
(
)
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
120
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Donde:
S = 0.014 dm2 (sección libre entre 2 dientes)
L = 7.59 mm; 0.0759 dm (altura de los dientes)
n= revoluciones por minuto
z= 10 (número de dientes)
La eficiencia volumétrica de la bomba de engranajes corresponde a la siguiente formula
Donde
= Caudal Efectivo
= Caudal Teórico
MATERIAL.
- Bomba de engranajes.
- Vacuómetro.
- Manómetro.
ACTIVIDAD.
1.- Encender la bomba
2.- Ajustar la bomba de acuerdo a los valores solicitados en la tabla 8.1.
3.- Realizar las operaciones pertinentes.
4.- Cambiar las presiones según la tabla 8.2.
5.- Llenar ambas tablas con los datos obtenidos.
6.- Obtener la eficiencia volumétrica de la bomba.
7.- Anota tus observaciones y conclusiones.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
121
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Tabla 8.1
800 r.p.m.
Presión de succión
(bar)
Gasto
Presión de
impulsión
(bar)
(
)
-.54
Eficiencia
Volumétrica
(%)
0.928500847
2.8
15.786
-.54
0.9175607
4.8
15.6
6.8
14.4
-.54
0.846979108
-.54
0.670525127
8.8
11.4
10.8
6.09
-.54
0.358201581
Tabla 8.2
1600 r.p.m.
Presión de succión
(bar)
Presión de
impulsión
(bar)
Gasto
(
)
-.54
Eficiencia
Volumétrica
(%)
0.74410644
2.8
25.302
-.54
0.74110672
4.8
25.2
6.8
25.2
-.54
0.74110672
-.54
0.67775974
8.8
23.046
10.8
17.478
-.54
0.51401045
OBSERVACIONES.
CONCLUSIONES.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
122
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
6.9
Practica 9.- Velocidad específica de una bomba de engranajes
ALUMNO(A):
MATRICULA:
APELLIDO PATERNO:
GRUPO:
HORARIO DE PRACTICA:
APELLIDO MATERNO:
FECHA:
NOMBRES(S):
FIRMA:
REVISÓ (PARA SER LLENADO POR EL INSTRUCTOR)
NOMBRE DEL PROFESOR: Mtro. JORGE LUIS ARENAS DEL ANGEL
NOMBRE DEL INSTRUCTOR: LUIS ANTONIO USCANGA GONZÁLEZ
FECHA DE REVISION:
RESULTADO
ACREDITADO
OBSERVACIONES:
FIRMA:
NO ACREDITADO
SELLO DEL LABORATORIO:
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
123
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
INTRODUCCIÓN.
Para las máquinas de engranajes externos la cilindrada se calcula según la fórmula:
(
)
donde D1 y D2 son los diámetros de punta y de base del diente, respectivamente y b es el
ancho de la carcasa de la bomba. Es decir, se trata de bombas de cilindrada constante. A
veces los fabricantes construyen series incrementando la cilindrada por medio de un
aumento del ancho b, pero esto tiene limitaciones prácticas.
Aunque las máquinas de desplazamiento positivo tienen unas características
completamente distintas a las de las turbomáquinas, resulta interesante introducir el
concepto de velocidad específica modificada, para tener en cuenta las características en
cuanto a la capacidad de aspiración, para el caso de máquinas de líquidos. Se ha
propuesto el parámetro siguiente:
(
)
Donde:
= Velocidad especifica modificada.
N= Velocidad de rotación, (rpm.)
= cilindrada,(
)
con los siguientes límites para estudiar el comportamiento de las distintas máquinas:
Es decir, una bomba de desplazamiento positivo es autoaspirante cuando Ω ≤ 1.2, y
preferiblemente Ω ≤ 1.0 para estar completamente seguro. La capacidad de
autoaspiración indica si una máquina es capaz de iniciar su funcionamiento sin necesidad
de cebado o no.
Desplazamiento de la bomba.
En la bomba de engranajes, el desplazamiento D, o volumen desplazado por una
revolución es:
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
124
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Donde:
D = desplazamiento (m3).
A = Área del espacio ocupado por un diente (metros).
b = Altura (metros).
z = Numero de dientes.
OBJETIVO:
El alumno obtendrá la velocidad específica existente en la bomba de engranajes con
distintos valores de caudal y carga, así como el desplazamiento que hay en dicho equipo.
MATERIAL:
- Bomba de engranajes.
- Vacuómetro.
- Manómetro.
Actividad:
1.- Encender la bomba.
2.- Seleccionar la velocidad de 800 r.p.m. en el panel de control.
3.- Obtener la velocidad específica para ésta velocidad.
4.-Ahora con la velocidad de 1600 r.p.m.
5.- Calcula el desplazamiento de la bomba con la fórmula planteada anteriormente.
6.- Escribe tus operaciones y observaciones.
OBSERVACIONES.
((
)
(
) )(
(
)
)
Para 800 r.p.m.
(
)
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
125
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Para 1600 r.p.m.
(
)
EL desplazamiento de la bomba es:
D = desplazamiento (m3).
A = 0.00014 m3 (metros).
b = .00759 m (metros).
z = 10 dientes.
(
)(
)( )(
)
CONCLUSIONES.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
126
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
6.10 Práctica 10.- Número de Reynolds en la bomba de engranajes.
ALUMNO(A):
MATRICULA:
APELLIDO PATERNO:
GRUPO:
HORARIO DE PRACTICA:
APELLIDO MATERNO:
FECHA:
NOMBRES(S):
FIRMA:
REVISÓ (PARA SER LLENADO POR EL INSTRUCTOR)
NOMBRE DEL PROFESOR: Mtro. JORGE LUIS ARENAS DEL ANGEL
NOMBRE DEL INSTRUCTOR: LUIS ANTONIO USCANGA GONZÁLEZ
FECHA DE REVISION:
RESULTADO
ACREDITADO
OBSERVACIONES:
FIRMA:
NO ACREDITADO
SELLO DEL LABORATORIO:
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
127
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
INTRODUCCION
La experiencia afirma que el fenómeno que se verifica en el interior de un miembro de
una familia de máquinas hidraulicas podría definirse, en una primera versión, mediante
siete entidades, seis de ellas independientes, siendo totalmente desconocida la función
que las relaciona.
Además el fenómeno estará definido por las características del fluido como son la
densidad y la viscosidad; por otra parte tienen relevancia en el fenómeno aspectos
funcionales como el caudal y la velocidad de giro. Por último también influye la
aceleración de la gravedad.
Resumiendo y concretando, el fenómeno estudiado depende de las variables
independientes siguientes:
- Carga – H (metros)
- Diámetro – D (metros)
- Viscosidad cinemática del fluido – ν (m2/s)
- Caudal – Q (metros/segundo)
- Velocidad de giro – N (rpm)
- Aceleración de la gravedad – g (m/s2)
Un número adimensional es un número que no tiene unidades físicas que lo definan y por
lo tanto es un número puro. Los números adimensionales se definen como productos o
cocientes de cantidades que sí tienen unidades de tal forma que todas éstas se
simplifican. Dependiendo de su valor estos números tienen un significado físico que
caracteriza unas determinadas propiedades para algunos sistemas.
El número de Reynolds.
El número de Reynolds ilustra matemáticamente la importancia que tienen las fuerzas
viscosas en la generación del flujo. Un número de Reynolds grande indica una
preponderancia marcada de las fuerzas de inercia sobre las fuerzas viscosas (flujo
turbulento), condiciones bajo las cuales la viscosidad tiene escasa importancia.
El número de Reynolds está dado por la siguiente ecuación:
Por el contrario, si el número de Reynolds presenta un valor muy bajo, entonces las
fuerzas viscosas son las que rigen el desempeño del flujo (flujo laminar).
En general, cuando:
Re < 2000 - flujo laminar
2000 < Re < 4000 - flujo de transición
4000 < Re - flujo turbulento
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
128
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
El flujo laminar se caracteriza porque las partículas se mueven siguiendo trayectorias
separadas perfectamente definidas (no necesariamente paralelas), sin existir mezcla
macroscópica o intercambio transversal entre ellas. Si se inyecta colorante (con
propiedades similares a las del líquido) dentro de un flujo laminar, éste se mueve como un
filamento delgado que sigue las trayectorias del flujo.
En un flujo turbulento las partículas se mueven con trayectorias muy erráticas, sin seguir
un orden establecido, presentando diversas componentes de la velocidad en direcciones
transversales entre sí, que originan un mezclado intenso de las partículas.
OBJETIVO:
El alumno obtendrá los parámetros en los que se encuentra trabajando la bomba de
engranajes del laboratorio de termofluidos.
MATERIAL:
- Bomba de engranajes.
- Vacuómetro.
- Manómetro.
- Vatímetro.
ACTIVIDAD:
1.- Encender la bomba
2.- Seleccionar la velocidad de 800 r.p.m. en el panel de control del equipo.
3.- Ajustar los valores de presión de acuerdo con la tabla 10.1.
4.- Calcular el gasto con cada valor de presión dado en la tabla anterior.
5.- Teniendo el valor del gasto, obtener la velocidad del fluido en la entrada y salida de la
bomba.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
129
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
5.- Calcular el número de Reynolds para cada velocidad y anotar los resultados en la tabla
10.1.
6.- Ajustar de nuevo los valores de presión de acuerdo con la tabla 10.2
7.- Calcular ahora el gasto los valores de presión de la tabla anterior.
8.- Con el valor el nuevo valor obtenido de gasto, calcular la velocidad del fluido en la
entrada y salida de la bomba.
9.- Calcular el número de Reynolds para cada velocidad y anotar los resultados en la tabla
10.2
8.- Anotar observaciones y conclusiones.
TABLA 10.1
800 r.p.m.
Velocidad del
fluido a la
entrada de la
bomba
Numero de
Reynolds
en la succión
Numero de
Reynolds
En la
impulsión
1.98218535
550.969283
805.262799
0.917014631
1.95883007
544.477437
795.774715
0.00024
0.846475044
1.80815083
502.594557
734.561276
8.8
0.00019
0.670126076
1.43145274
397.887358
581.527677
10.8
0.0001015
0.357988404
0.76469712
212.555615
310.658206
Velocidad del
fluido a la
salida de la
bomba
Numero de
Reynolds
en la succión
Numero de
Reynolds
En la
impulsión
Presión de
Presión de
succión
impulsión
(bar)
(bar)
-0.54
2.8
0.0002631
0.927948267
-0.54
4.8
0.00026
-0.54
6.8
-0.54
-0.54
Gasto
(
)
(
Velocidad
del fluido a
la salida de
la bomba
)
(
)
TABLA 10.2
1600 r.p.m
Gasto
Velocidad del
fluido a la
entrada de la
bomba
Presión de
succión
(bar)
Presión de
impulsión
(bar)
-0.54
2.8
25.302
1.487327191
3.17707169
883.10052
1290.68538
-0.54
4.8
25.2
1.481331326
3.16426396
879.540475
1285.48223
-0.54
6.8
25.2
1.481331326
3.16426396
879.540475
1285.48223
-0.54
8.8
23.046
1.354712768
2.89379473
804.360706
1175.60411
-0.54
10.8
17.478
1.027409084
2.19464307
610.024144
891.573749
(
)
(
)
(
)
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
130
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
6.11 Práctica 11.- Pérdidas por fricción en la bomba de engranajes.
ALUMNO(A):
MATRICULA:
APELLIDO PATERNO:
GRUPO:
HORARIO DE PRACTICA:
APELLIDO MATERNO:
FECHA:
NOMBRES(S):
FIRMA:
REVISÓ (PARA SER LLENADO POR EL INSTRUCTOR)
NOMBRE DEL PROFESOR: Mtro. JORGE LUIS ARENAS DEL ANGEL
NOMBRE DEL INSTRUCTOR: LUIS ANTONIO USCANGA GONZÁLEZ
FECHA DE REVISION:
RESULTADO
ACREDITADO
OBSERVACIONES:
FIRMA:
NO ACREDITADO
SELLO DEL LABORATORIO:
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
131
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
La cantidad que más se calcula en flujos de tuberías tal vez sea la pérdida de energía. Estas
son debidas a la fricción interna en el fluido. Como se indica en la ecuación general de
energía, tales pérdidas traen como resultado la disminución de presión entre dos puntos
del sistema de flujo.
LA ECUACIÓN DE DARCY - WEISBACH
Si planteamos la ecuación de energía entre dos puntos de una corriente de fluido se tiene:
V1 y V2 = Velocidades promedios en las secciones de entrada y salida de la bomba,
respectivamente (m/s/)
- 1 y 2 = Factores de corrección de energía cinética en tuberías circulares, con flujo
laminar con perfil parabólico de velocidades =2 y en flujo turbulento el perfil es casi
uniforme 1.05, en general tomaremos =1
- hA = Energía añadida o agregada al fluido mediante un dispositivo mecánico, como puede
ser una bomba (m).
- hR = Energía removida o retirada del fluido mediante un dispositivo mecánico, como
podría ser una turbina (m).
- hL = Perdida de energía la cual se compone en general de las pérdidas por fricción y
perdidas menores:
- hl hf hm
- hf = Pérdida de energía debido a la fricción en los conductos.
- hm = Pérdida local de energía debida a la presencia de válvulas y conectores.
Para el caso del flujo en tuberías y tubos, la fricción es proporcional a la carga de velocidad
del flujo y a la relación del a longitud al diámetro de la corriente.
Lo anterior se expresa en forma matemática como la ecuación de Darcy – Weisbach:
En la que:
L : Longitud del tramo de tubería [m].
D : Diámetro del conducto [m]
V : Velocidad promedio del flujo [m/s]
g : Gravedad [m/s2]
f : Factor de fricción [adimensional]
Es de anotar que el valor estándar para la gravedad es de 9.80665 m/s2 y varía de un
mínimo de 9.77 m/s2 a un máximo de 9.83 m/s2 en la tierra. Se utilizará un valor nominal
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
132
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
de 9.81 m/s2 a menos que se indique otra cosa. De los anexos en donde se observa la
variación de la gravedad con respecto la latitud y la altitud. Esta ecuación nos sirve para
calcular las pérdidas de energía para todo tipo de flujo, por eso es conocida como la
ecuación universal.
PÉRDIDA DE ENERGÍA EN FLUJO LAMINAR
La pérdida de energía en este tipo de flujo se puede calcular a partir de la ecuación de
Hagen – Poiseuille:
Pero como dijimos anteriormente, la ecuación de Darcy - Weisbach es aplicable a este tipo
de flujo, por lo que tendremos la siguiente ecuación:
Anteriormente habíamos definido el número de Reynolds como:
Entonces:
Por lo tanto en flujo laminar para encontrar las pérdidas de energía podemos aplicar la
ecuación de Hagen - Poiseuille o la de Darcy - Weisbach con f=64/NR
PÉRDIDA DE ENERGIA EN FLUJO TURBULENTO.
De acuerdo a las experiencias de Nikuradse, se estableció que para flujos turbulentos el
factor de fricción depende tanto del diámetro de la tubería como de la rugosidad relativa
del conducto. Esta última es la relación entre el diámetro D, del conducto y la rugosidad
promedio e de la pared del conducto.
En la figura se puede observar la rugosidad de la pared del conducto Colebrok y White
comprobaron los resultados de Nikuradse y presentaron la siguiente formula empírica
para NR > 4000:
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
133
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
(
√
⁄
)
√
En esta podemos observar que f esta en ambos lados de la ecuación, por eso para poder
encontrar el valor de f debemos emplear el método de numérico de iteración de punto
fijo.
Rugosidad de la pared del conducto.
Material
Acero bridado
Acero comercial
Acero galvanizado
Concreto
Concreto bituminoso
CCP
Hierro forjado
Hierro fundido
Hierro ductil
Hierro galvanizado
Hierro dulce asfaltado
GRP
Polietileno
PVC
Rugosidad absoluta ε (mm)
0.9 – 9
0.45
0.15
0.3 – 3
0.25
0.12
0.06
0.15
0.25
0.15
0.12
0.030
0.007
0.0015
La Ecuación de Colebrook - White requiere un procedimiento de tanteo y error, como el
método de iteración de punto fijo llamado también de aproximación sucesiva, para su
solución, este procedimiento resulta rápido si se dispone al menos de una calculadora
programable, por esta razón en 1976 P. K. Swamee y A. K. Jain propusieron la siguiente
expresión explícita para el factor de fricción:
*
(
⁄
)+
Esta ecuación es aplicable dentro de los siguientes rangos:|
⁄
|
Se recomienda utilizar esta ecuación para obtener el valor inicial de f para ser utilizado en
la ecuación de Colebrook – White.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
134
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
OBJETIVO.
El alumno obtendrá las perdidas en las tuberías del equipo debido a la fricción.
MATERIAL.
- Bomba de engranajes.
- Vacuómetro.
- Manómetro.
ACTIVIDAD.
1.- Encender la bomba.
2.- Seleccionar la velocidad de 800 r.p.m. en el panel de control.
3.- Abrir completamente las válvulas de ajuste de caudal de impulsión y succión de la
bomba.
4.- Calcular el caudal con estas condiciones, para después obtener la velocidad del fluido
en la tubería de impulsión y en la de succión.
5.- Calcular el número de Reynolds para saber si tenemos un flujo laminar o turbulento en
el sistema.
6.- Sabiendo el tipo de flujo tenemos, calcular el factor f, para después calcular las
perdidas por fricción existentes en las tuberías de impulsión y succión.
7.- Repetir los pasos anteriores, ahora con la velocidad de 1600 r.p.m.
8.- Escribe tus observaciones y conclusiones.
OBSERVACIONES.
Para 800 r.p.m.
Succión
(
)(
)
(
(
)
)(
(
(
)
)
)
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
135
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Descarga
(
)(
)
(
(
)(
(
Para 1600 r.p.m.
Succión
(
)(
)
(
(
)(
)
(
)
(
)
)
)
(
)(
(
Descarga
)
(
(
)
(
)(
)
)
)
(
)
)
)
CONCLUSIONES.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
136
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
6.12 Práctica 12.- Pérdidas en accesorios, entradas-salidas del equipo bomba de
engranajes.
ALUMNO(A):
MATRICULA:
APELLIDO PATERNO:
GRUPO:
HORARIO DE PRACTICA:
APELLIDO MATERNO:
FECHA:
NOMBRES(S):
FIRMA:
REVISÓ (PARA SER LLENADO POR EL INSTRUCTOR)
NOMBRE DEL PROFESOR: Mtro. JORGE LUIS ARENAS DEL ANGEL
NOMBRE DEL INSTRUCTOR: LUIS ANTONIO USCANGA GONZÁLEZ
FECHA DE REVISION:
RESULTADO
ACREDITADO
OBSERVACIONES:
FIRMA:
NO ACREDITADO
SELLO DEL LABORATORIO:
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137
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
PÉRDIDAS EN ENTRADAS
Este tipo de pérdidas ocurre cuando hay un flujo de un depósito o tanque, relativamente
grande con relación al diámetro de la tubería, a un conducto. En esta situación el fluido se
ve sometido a un cambio de velocidad de casi cero, en el tanque, a una muy grande, que
se presenta en el conducto. Las pérdidas son entonces dependientes de la facilidad con
que se realiza dicha aceleración. En la siguiente figura se presentan los coeficientes de
resistencia más utilizados para calcular la pérdida de energía con la siguiente expresión:
Donde V es la velocidad de flujo en el conducto.
Coeficientes de resistencia en entradas.
PÉRDIDAS EN VÁLVULAS Y CONECTORES
En la actualidad disponemos de diferentes tipos de válvulas, uniones, codos y te; sus
diseños dependen del fabricante y en caso de ser posible el suministrará los coeficientes
de resistencias de sus accesorios. Sin embargo se dispone de literatura técnica suficiente
en donde se listan estos coeficientes.
La pérdida de energía se expresa, como en los anteriores casos, en función de la
velocidad:
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
138
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
La misma pérdida para una tubería recta se expresa con la ecuación de Darcy - Weisbach:
Tipo de accesorio
Válvula globo – abierta del todo
Válvula de ángulo abierta del todo
Válvula de compuerta – Abierta del todo
- Abierta a ¾
- Abierta a la mitad
- Abierta a ¼
Válvula Cheque – Tipo giratorio
- Tipo Bola
Válvula de mariposa – Abierta del todo
Codos de 90° - Estándar
- Radio Largo
- De calle
Codos de 45° - Estándar
- De calle
Te estándar – flujo directo
- Flujo desviado a 90°
Válvula de bola (cierre rápido) – Abierta
Tabla 12.1
Longitud equivalente en diámetros Le/D
340
150
9
35
160
900
100
150
45
30
20
50
16
26
20
60
3
OBJETIVO.
El alumno obtendrá las perdidas en las tuberías de entrada y salida, así como las perdidas
en los accesorios del sistema.
MATERIAL.
Equipo bomba de engranajes.
ACTIVIDAD.
1.- Encender la bomba.
2.- Seleccionar la velocidad de 800 r.p.m. en el panel de control.
3.- Abrir completamente las válvulas de ajuste de caudal de impulsión y succión de la
bomba.
4.- Calcular el caudal con estas condiciones, para después obtener la velocidad del fluido
en la tubería de impulsión y en la de succión.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
139
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
5.- Con la velocidad obtenida, calcular hm en las tuberías de entrada y salida del sistema,
respectivamente.
6.-. Repetir los pasos anteriores, ahora con la velocidad de 1600 r.p.m.
7.- Con la tabla 12.1, calcular las perdidas existentes en los accesorios del sistema.
8.- Escribe tus operaciones y observaciones.
OBSERVACIONES.
PERDIDAS EN ACCESORIOS
800 r.p.m.
Para 800 r.p.m.
Succión
Descarga
(
)(
(
)
)(
Válvula de succión:
)
(
=
3 codos en la zona de succión:
) ((
(
=
)
(
)((
)( ) ((
)(
(
)(
)
)
)(
)
)
)
)( ) ( (
(
Té estadar en la zona de descarga
)
)
)(
(
6 codos en la zona de descarga:
)
(
=
Válvula de descarga:
Para 1600 r.p.m.
Succión
(
(
)((
)(
)
)(
)
)
)
)
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
140
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Descarga
(
)(
Válvula de succión:
)
(
=
3 codos en la zona de succión:
(
) ((
Válvula de descarga:
(
=
)
)(
)
(
=
) ((
)( ) ((
)(
)
)
)
)(
)
(
6 codos en la zona de descarga:
)
)( ) ((
(
Té estadar en la zona de descarga:
) ((
)(
)(
)
)
)
)
PERDIDAS EN ENTRADAS
k= 0.78 porque es un conducto de proyección hacia adentro
((
800 r.p.m.
((
1600 r.p.m.
)
)(
)
)
)(
)
PERDIDAS EN SALIDAS
k= 1 porque es dilatación súbita.
800 r.p.m.
1600 r.p.m.
((
)(
((
)(
)
)
)
)
CONCLUSIONES.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
141
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
6.13 Práctica 13.- Coeficiente de fugas de la bomba de engranajes
ALUMNO(A):
MATRICULA:
APELLIDO PATERNO:
GRUPO:
HORARIO DE PRACTICA:
APELLIDO MATERNO:
FECHA:
NOMBRES(S):
FIRMA:
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NOMBRE DEL PROFESOR: Mtro. JORGE LUIS ARENAS DEL ANGEL
NOMBRE DEL INSTRUCTOR: LUIS ANTONIO USCANGA GONZÁLEZ
FECHA DE REVISION:
RESULTADO
ACREDITADO
OBSERVACIONES:
FIRMA:
NO ACREDITADO
SELLO DEL LABORATORIO:
INTRODUCCION
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
142
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Las fugas en conexiones hidráulicas han llegado a considerarse como una característica
propia de los sistemas hidráulicos de potencia. Si bien esto era cierto hace 30 años, los
avances en la tecnología del sellado y el desarrollo de sistemas de conexión más
confiables, hacen posible realizar instalaciones hidráulicas libres de fugas.
Conexiones Confiables
La confiabilidad de que no habrá fugas, comienza en la etapa de diseño, cuando el tipo de
conector a utilizarse es seleccionado de acuerdo al puerto, o a las conexiones en los
extremos de la tubería o de las mangueras.
Par de Torsión Incorrecto
Un razón muy frecuente de fugas en conexiones entre superficies metal – metal, es la
aplicación de un par de torsión incorrecto; por un lado, si el par de torsión es menor al
requerido, se tendra un contacto inadecuado entre las superficies y por el otro, un torque
excesivo dañara tanto al tubo como al conector.
Vibración
La vibración puede afectar a la instalación, provocando que los conectores se aflojen y se
generen fugas. Las instalaciones con tubería son mucho más sensibles a la vibración que
aquellas con mangueras. Si la vibración es excesiva, deberá localizarse el origen de la
misma y corregirse. Asegúrese de que toda la tubería esta soportada correctamente con
abrazaderas y en casos muy extremos, sustituya los tramos de tubería por mangueras.
Daño del Sello
Es importante hacer notar que su confiabilidad de los conectores que incluyen un sello de
elastómero, va a estar directamente relacionada con el hecho de mantener la
temperatura del fluido hidráulico dentro de los límites aceptables. Un solo caso de
temperatura extrema fuera de los límites permisibles, puede llegar a dañar todos los sellos
en un sistema hidráulico, después de lo cual se presentaran numerosas fugas en su
instalación.
Un sistema hidráulico libre de fugas, debe ser considerado como una norma al momento
del diseño de una maquinaria y no como una excepción. Para ello, la selección adecuada
de conexiones, la correcta instalación de las mismas y un buen mantenimiento, son
fundamentales para garantizar la confiabilidad de que el sistema estará siempre libre de
fugas.
El coeficiente de isogonalidad está dado por la ecuación siguiente:
Donde:
= Viscosidad Absoluta del liquido, Ns/m2 .
n= Velocidad Angular, s-1
p= Diferencia de presión, N/m2 .
La viscosidad absoluta se obtiene a partir de la ecuación:
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
143
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Donde:
= Viscosidad Cinemática, cSt.
= Peso Específico, N/m3.
El coeficiente de fugas o hermeticidad de la bomba lo calculamos con la siguiente
ecuación:
(
)
Donde:
= Eficiencia volumétrica.
OBJETIVO:
Se calculará el coeficiente de fugas existente dentro del sistema que está siendo sometido
a estudio.
MATERIAL:
- Bomba de engranajes.
- Vacuómetro.
- Manómetro.
ACTIVIDAD:
1.- Encender la bomba
2.- Ajustar la bomba de acuerdo a los valores solicitados en la tabla 13.1
3.- Realizar las operaciones pertinentes.
4.- Llenar la tabla con los datos obtenidos.
5.- Repetir los 3 pasos anteriores siguiendo los valores de la tabla 13.2 y escribir los
resultados en ella.
6.- Obtener el coeficiente de isogonalidad y el coeficiente de fugas.
7.- Calcular el torque real presente en la bomba de engranajes.
8.- Anota tus observaciones.
TABLA 13.1
Presión de
succión
(bar)
-0.54
-0.54
-0.54
-0.54
-0.54
Presión de
impulsión
(bar)
2.8
4.8
6.8
8.8
10.8
800 r.p.m.
Eficiencia
Coeficiente
Gasto
Coeficiente
Volumétrica
de
de fugas
(
)
(%)
isogonalidad
15.786
0.92850085
0.00962832
0.00068842
15.6
0.9175607
0.00510798
0.0004211
14.4
0.84697911
0.00347604
0.00053191
11.4
0.67052513
0.00263438
0.00086796
6.09
0.35820158
0.00212086
0.00136116
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
144
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
TABLA 14.2
Presión de
succión
(bar)
-0.54
-0.54
-0.54
-0.54
-0.54
Presión de
impulsión
(bar)
2.8
4.8
6.8
8.8
10.8
1600 r.p.m.
Eficiencia
Coeficiente
Gasto
Coeficiente
Volumétrica
de
de fugas
(
)
(%)
isogonalidad
25.302
0.74410644
0.00962832
0.00246382
25.2
0.74110672
0.00510798
0.00132242
25.2
0.74110672
0.00347604
0.00089992
23.046
0.67775974
0.00263438
0.0008489
17.478
0.51401045
0.00212086
0.00103071
OBSERVACIONES.
CONCLUSIONES.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
145
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Conclusión.
En conclusión, se lograron alcanzar los objetivos planteados al inicio del presente trabajo,
haciendo una descripción de los componentes del equipo “Grupo prueba bomba de
engranajes”, que servirá de guía para todo aquel que desee utilizar dicho equipo de
manera correcta, para la aplicación del mantenimiento cuando sea requerido y también
como apoyo al realizar las practicas propuestas.
Se rehabilitó el equipo en su totalidad, aplicando una correcta instalación, teniendo un
apropiado funcionamiento de cada uno de sus componentes. El diseño e implementación
de las prácticas presentadas ayudará a fortalecer las enseñanzas impartidas dentro de las
aulas a los alumnos de la facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica de la Universidad
Veracruzana, campus Xalapa.
Para garantizar que se continúe obteniendo mediciones confiables al usar el equipo, se
recomienda reemplazar, los medidores de presión presentes en el sistema. Actualmente
operan eficientemente, pero poseen filtraciones de glicerina, además el manómetro
presenta una mínima variación al medir la presión. Sin embargo, lo anterior no evita que
tengan un adecuado funcionamiento, por lo cual se optó por continuar utilizándolos.
Al tener una descripción y explicación de los componentes de éste equipo, sumado a la
explicación de los principios que rigen el comportamiento del sistema, se proporciona un
complemento a los estudiantes para que logren ampliar su formación académica, que a la
postre servirá para enfrentarse a nuevos retos en el campo laboral.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
146
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Apéndices.
Simbología.
Símbolo
Nombre
Unidades
H
Carga de la bomba
metros
P
Potencia
watts
ɣ
Peso especifico
Newton/metro3
Q
Gasto
metros3/segundo
L
Longitud
metro
D
Diámetro
metro
V
Velocidad
metro/segundo
ρ
Densidad
Kilogramos/metro3
G
Μ
V
Aceleración de la
metro/ssegundo2
gravedad.
Viscosidad dinámica
o
Newton·segundo/metro²
absoluta
Viscosidad cinemática.
metro2/segundo
F
Fuerza
Newton
T
Tiempo
segundo
P
Presión
bar
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
147
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Tabla de fórmulas.
Nombre
Fórmula
Gasto teórico
Gasto efectivo
Carga
Caballaje al freno
BHP=
Eficiencia mecánica
Eficiencia volumétrica
Ecuación de la energía
ɣ
ɣ
Perdidas para flujos
desarrollados
Perdida energía en flujo
laminar
Perdidas en entradas
Perdidas en válvulas y
conectores
Numero de Reynolds
Velocidad especifica
Compresibilidad
(
)⁄
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148
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Tabla de conversiones.
Dimensión
Métrica
Métrica / Inglesa
1m2 = 104 cm2 = 106 mm2
1 m2= 1550 in2 = 10.764 ft2
Área
Densidad
1 g/cm3 = 1 kg/L = 1000 kg/m3
1 g/cm3= 62.428 lbm/ft3 = .0361 lbm/in3
1 lbm/in3= 1728 lbm/ft3
Trabajo
1 kJ = 1000 N m = 1 kPa m3
1 kJ = 0.94782 Btu
Fuerza
1 N = 1 kg*m/s2 = 105 dina
1 lbf = 32.174 lbm*ft/s2 = 4.4482 N
Longitud
1 m = 100 cm = 1000 mm
1 m = 39.37 in = 3.2808 ft
1 in = 2.43 cm
Masa
1 kg = 1000 g
1 kg = 2.2046 lbm
1 slug = 32.174 lbm = 14.593 kg
Potencia
1 watt = 1 J/s
1 kW = 3412.14 Btu/h = 737.56 lbf*ft/s
1 kW = 1.341 hp
Presión
1 Pa = 1 N/m2
1 Pa = 1.4x10-4 psia = 0.02088 lbf/ft2
1 atm = 101.325 kPa = 1.01326 bars
Velocidad
1 m/s = 3.60 km/h
1 m/s = 3.2808 ft/s = 2.237 mi/h
Viscosidad
1 kg/m*s = 1N*s/m2 = 1 Pa s = 10 poise
1 kg/m*s = 2419.1 lbf/ft*h
Viscosidad
1 m2/s = 104cm2/s
1 m2/s = 10.764 ft2/s = 3.875 x 104 ft2/h
cinemática
1 stoke = 1 cm2/s = 10-4 m2/s
Volumen
1 m3 = 1000 L = 106 cm3(cc)
dinámica
1 m3= 6.1024x104 in3 = 35.315 ft3
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
149
TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO
Bibliografía.
 Título: Mecánica de fluidos
Autor: Merle C. Potter y David C. Wiggert
Edición:
3a ed.
 Título:
Mecánica de fluidos
Autor: Robert Mott
Edición:
6 ed.
 Título: Bombas: Teoría, diseño y aplicaciones.
Autor:
Manuel Viejo Zubicaray
Edición:
3a ed.
 Titulo: Centrifugal and Rotary pumps: Fundamentals with applications
Autor; Lev Nelik
 Título: Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas
Autor: Claudio Mataix
Edición:
2ª Edición.
DIAGNÓSTICO, MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO GRUPO PRUEBA BOMBA DE ENGRANAJES
150