TECNOLÓGICO DE ESTUDIO SUPERIORES DE TIANGUISTENCO. NOMBRE DE LA ASIGNATURA: Automatización industrial

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1 TECNOLÓGICO DE ESTUDIO SUPERIORES DE TIANGUISTENCO NOMBRE DE LA ASIGNATURA: Automatización industrial NOMBRE DEL ALUMNO: Edmar Daniel Ballesteros Gutiérrez NOMBRE DEL PROFESOR: INGENIERO EMISAEL ALARCON NOMBRE DE LA ACTIVIDAD: Diferentes elementos de trabajo, control, bombas de desplazamiento positivo y compresores existentes en el mercado. ACTIVIDAD NO. 3 TIANGUISTENCO, MEX., 1 DE OCTUBRE DE 2013.

2 ÍNDICE INTRODUCCIÓN DESARROLLO CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA

3 INTRODUCCIÓN Una bomba hidráulica es un dispositivo tal que recibiendo energía mecánica de una fuente exterior la transforma en una energía de presión transmisible de un lugar a otro de un sistema hidráulico a través de un líquido cuyas moléculas estén sometidas precisamente a esa presión. Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su órgano propulsar no contiene elementos móviles; es decir, que es de una sola pieza, o de varias ensambladas en una sola. A este caso pertenecen las bombas centrífugas, cuyo elemento propulsor es el rodete giratorio. En este tipo de bombas, se transforma la energía mecánica recibida en energía hidro-cinética imprimiendo a las partículas cambios en la proyección de sus trayectorias y en la dirección de sus velocidades. Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de las mismas no tenga contrapresión pues si la hubiera, dado que la misma regula la descarga, en el caso límite que la descarga de la bomba estuviera totalmente cerrada, la misma seguiría en movimiento NO generando caudal alguno trabajando no obstante a plena carga con el máximo consumo de fuerza matriz. Por las características señaladas, en los sistemas hidráulicos de transmisión hidrostática de potencia hidráulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo. Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo, cuando su órgano propulsor contiene elementos móviles de modo tal que por cada revolución se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, independientemente de la contrapresión a la salida. En este tipo de bombas la energía mecánica recibida se transforma directamente en energía de presión que se transmite hidrostáticamente en el sistema hidráulico. En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la descarga abierta, pues a medida que la misma se obstruya, aumenta la presión en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la rotura de la bomba; por tal causal siempre se debe colocar inmediatamente a la salida de la bomba una válvula de alivio o de seguridad. Con una descarga a tanque y con registro de presión.

4 DESARROLLO BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Características generales de funcionamiento Las bombas de este tipo son bombas de desplazamiento que crean la succión y la descarga, desplazando agua con un elemento móvil. El espacio que ocupa el agua se llena y vacía alternativamente forzando y extrayendo el líquido mediante movimiento mecánico. El término positivo, significa que la presión desarrollada está limitada solamente por la resistencia estructural de las distintas partes de la bomba y la descarga no es afectada por la carga a presión sino que está determinada por la velocidad de la bomba y la medida del volumen desplazado. Las bombas de desplazamiento positivo funcionan con bajas capacidades y altas presiones en relación con su tamaño y costo. Este tipo de bomba resulta el más útil para presiones extremadamente altas, para operación manual, para descargas relativamente bajas, para operación a baja velocidad, para succiones variables y para pozos profundos cuando la capacidad de bombeo requerida es muy poca. Clases de bombas de desplazamiento positivo Hay dos clases de bombas de desplazamiento positivo: A) las de pistón o reciprocantes, que desplazan el líquido por la acción de un émbolo o pistón con movimiento rectilíneo alternativo, o con movimiento de oscilación. B) las rotatorias, en las cuales, el desplazamiento se logra por el movimiento de rotación de los elementos de la bomba. a) Bombas reciprocantes Características de funcionamiento En las bombas reciprocantes el pistón crea un vacío parcial dentro del cilindro permitiendo que el agua se eleve ayudada por la presión atmosférica. Como hace falta un espacio determinado de tiempo para que se llene el cilindro, la cantidad de agua que entra al espacio de desplazamiento dependerá de la velocidad de la

5 bomba, el tamaño de las válvulas de entrada y la efectividad del material sellante de las válvulas y del pistón. Debido a la resistencia friccional que se desarrolla en sus partes en movimiento, las bombas reciprocantes tienen una eficiencia relativamente baja; las pérdidas en las correas, los engranes y las chumaceras se añaden a la resistencia de las partes móviles para dar un rendimiento bajo en proporción a la potencia suministrada por la unidad motriz. Las válvulas de las bombas de pistón son de dos tipos las de succión, que permiten la entrada al espacio de desplazamiento, y las de descarga, que dejan que el agua pase hacia el tubo de descarga, Estas válvulas operan por la fuerza que ejerce sobre ellas el peso del agua, o por la acción ejercida por elemento de desplazamiento. Clasificación de bombas reciprocantes Bombas de pistón Bombas de diafragma Bombas neumáticas de pistón Las bombas neumáticas de pistón están compuestas de un motor de aire y de una estructura definida grupo de bombeo. Las partes fundamentales del motor neumático son el pistón y el dispositivo de válvulas. Este permite la inversión automática del movimiento del pistón. El caudal de una bomba de pistón depende de la cantidad de material que suministra en cada ciclo. Clasificación de las bombas de pistón Debido a la gran variedad de las bombas de pistón, estas pueden clasificarse como: Bombas de pistón radial: Los pistones se deslizan radialmente dentro del cuerpo de la bomba que gira alrededor de una flecha. Bombas de pistón axial: Los pistones se mueven dentro y fuera sobre un plano paralelo al eje de la flecha impulsora. Bombas de pistón de barril angular (Vickers): Las cargas para impulsión de la bomba y las cargas de empuje por la acción del bombeo van soportadas por tres cojinetes de bolas de hilera simple y un cojinete de bolas de hilera doble. Este diseño de bomba ha dado un excelente servicio a la industria aeronáutica. Bombas de pistón de placa de empuje angular (Denison): Este tipo de bombas incorpora zapatas de pistón que se deslizan sobre la placa de empuje angular o de leva. La falta de lubricación causará desgaste.

6 Principio del funcionamiento de las bombas neumáticas de pistón Estas bombas de pistón funcionan acopladas a un motor neumático alternativo accionado con aire. El movimiento alternativo se repite indefinidamente mientras esté conectado el suministro de aire, independientemente de si la bomba está alimentada con líquido o no. 1. Varilla en posición inferior. 2. Se produce la apertura de la válvula de succión y el llenado de la bomba. Simultáneamente, por el cierre de la válvula de la varilla, es desalojado el producto que se encuentra sobre el sello del émbolo. 3. Varilla en posición superior. 4. Por la acción de la varilla, que se desplaza hacia abajo, se produce la apertura de la válvula del émbolo y el cierre de la válvula de succión, desalojándose producto por la salida en un volumen igual al ocupado por la varilla. 5. Varilla en posición inferior. Las bombas de pistón axiales con plato inclinado giratorio

7 Este tipo de bomba puede trabajar en ambas direcciones. El plato inclinado es movido por el eje y el ángulo del plato determina la carrera del pistón. Las válvulas son necesarias para dirigir el flujo en la dirección correcta. BOMBA RECIPROCANTE O DE PISTON HORIZONTAL MODELOS TÍPICOS DE BOMBAS RECIPROCANTES.

8 ESQUEMA DE BOMBA RECIPROCANTE DE EFECTO SIMPLE BOMBA DE DIAFRAGMA Las bombas de diafragma son un tipo de bombas de desplazamiento positivo (generalmente alternativo) que utilizan paredes elásticas (membranas o diafragmas) en combinación con válvulas de retención (check) para introducir y sacar fluido de una cámara de bombeo.

9 Partes 1. Cambiador automático coaxial 2. Cuerpo Bomba 3. Membrana 4. Colector 5. Esfera 6. Membrana Principio de Funcionamiento El funcionamiento de las bombas de membrana está basado fundamentalmente en la acción conjunta de cuatro elementos: Un par de membranas. Un eje que los une. Una válvula distribuidora de aire. Cuatro válvulas de esfera. El aumento de presión se realiza por el empuje de unas paredes elástica) que varían el volumen de la cámara aumentándolo y disminuyéndolo alternativamente. Las válvulas de retención (normalmente de bolas de elastómero) controlan que el movimiento del fluido se realice de la zona de menor presión a la de mayor presión.

10 Bombas rotativas Este tipo de movimiento es el que traslada el fluido desde la aspiración hasta la salida de presión. A) Bombas de engranajes externos Su caudal va de 1 a 600 l/min. Su presión varía de 15 a 175 Kg./cm2 (presión de punta hasta 200 Kg./cm2). Su velocidad va de 500 a 3000 rpm. Las bombas corrientes de engranajes tienen construcción simple, pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones. Los ejes de ambos engranajes están soportados por cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo. Generalmente son trabajan con un motor eléctrico. Se ejecutan en las platinas laterales un pequeño fresado lateral que permite el escape del aceite comprimido, ya sea hacia la salida o hacia la aspiración; para que no se generen presiones excesivas cuando el fluido quede atrapado entre dos dientes. El árbol y el piñón conductor - piñón conducido son de cementación Cr - Ni cementados. El cuerpo es de fundición gris aluminio. El tipo de bomba más utilizado son las de engranajes rectos, además de las helicoidales y bi-helicoidales (con la función de hacerlas más silenciosas a altas velocidades). En condiciones óptimas estas bombas pueden llegar a dar un 93% de rendimiento volumétrico. Son sin lugar a dudas las bombas más ruidosas del mercado. Por ello no se emplean en aplicaciones fijas e interiores, donde su nivel sonoro puede perjudicar a los operarios que las trabajan. Son ampliamente utilizadas en maquinaria móvil, agricultura, obras públicas y minería, aplicaciones en las que el nivel sonoro no es determinante y con ambientes muy contaminados y fluidos hidráulicos a los que se les presta pocas atenciones de mantenimiento. Principio de funcionamiento: Produce caudal al transportar el fluido entre los dientes de dos engranajes acoplados. Uno de ellos es accionado por el eje de la bomba (motriz), y este hace girar al otro (libre). La bomba de engranajes funciona por el principio de desplazamiento; el piñón es impulsado según se indica en la figura; se hace girar al piñón B en sentido contrario. En la bomba, la cámara S (de admisión), por la separación de los dientes, en la relación se libera los huecos de dientes. Esta depresión provoca la aspiración del líquido desde el depósito. Los intradientes llenados impelen el líquido a lo largo de la pared de la carcasa hacia la cámara P.

11 En la cámara P los piñones que engranan impelen el líquido fuera de los intradientes e impiden el retorno del líquido de la cámara P hacia la cámara S. Por lo tanto el líquido de la cámara P tiene que salir hacia el receptor, el volumen del líquido suministrado por revolución se designa como volumen suministrado V (cm3/rev) El caudal teórico en m3/s de las bombas de engranajes externos sería: Qt = ((2 - Pi) / 60) - Dr - m - b - n Dr = Diámetro primitivo de la rueda motriz m = Módulo b = Ancho del diente n = Velocidad de giro (rpm) BIBLIOGRAFÍA B) Bombas de engranajes internos (Semiluna) Estas bombas de engranajes internos disponen de dos engranajes, uno interno cuyos dientes miran hacía el exterior, y otro externo con los dientes hacía el centro de la bomba, el eje motriz acciona el engranaje interno. En este tipo de bombas hay, entre los dos engranajes, una pieza de separación en forma de media luna (semiluna). Esta pieza está situada entre los orificios de entrada y salida, donde la holgura entre los dientes de los engranajes interno y externo es máxima. Ambos engranajes giran en la misma dirección, pero el interno, al tener un diente más, es más rápido que el externo. El fluido hidráulico se introduce en la bomba en el punto en que los dientes de los engranajes empiezan a separarse, y es transportado hacia la salida por el espacio existente entre la semiluna y los dientes de ambos engranajes. La estanqueidad se consigue entre el extremo de los dientes y la semiluna; posteriormente, en el orificio de salida, los dientes de los engranajes se entrelazan, reduciendo el volumen de la cámara y forzando al fluido a salir de la bomba.

12 Poseen un desgaste menor por la reducida relación de velocidad existente. Son utilizadas en caudales pequeños y menor presión. A diferencia de las de engranajes externos, este tipo de bombas son más silenciosas, pero a su vez tienen mayor costo. El caudal teórico en m3/s de las bombas de engranajes internos sería: Qt = ((2 - Pi) / 60) - F - b - n F = Sección libre entre el anillo exterior y la rueda dentada b = Ancho del diente n = Velocidad de giro (rpm) C) Bombas de lóbulos externos Son bombas rotativas de engranajes externos, que difieren de estas en la forma de accionamiento de los engranajes. Aquí ambos engranajes tienen sólo tres dientes que son mucho más anchos y más redondeados que los de una bomba de engranajes externos son accionados independientemente por medio de un sistema de engranajes externo a la cámara de bombeo. Ofrecen un mayor desplazamiento, pero su coste es mayor y sus prestaciones de presión y velocidad son inferiores a las de las bombas de engranajes, tiende a dar un caudal más pulsátil. Esta bomba es más adecuada para utilizarla con fluidos más sensibles al cizalle, lo mismo que para fluidos con gases o partículas atrapadas.

13 d)bombas de lóbulos internos (Gerotor) Esta bomba combina un engranaje interno dentro de otro externo. El engranaje interno está Enchavetado en el eje y lleva un diente menos que el engranaje exterior. Cuando los engranajes giran, Ambos engranajes giran en el mismo sentido, cada diente del engranaje interno está en constante contacto con el engranaje externo, pero con un diente de más, el engranaje externo gira más despacio. Los espacios entre los dientes giratorios aumentan durante la primera mitad de cada giro, Aspirando de fluido. Cuando estos espacios disminuyen en la segunda mitad del ciclo, obligan a salir al fluido. Generalmente la bomba ge rotor tiene mayor eficiencia volumétrica que la de semiluna trabajando a bajas velocidades. El rendimiento volumétrico y total de este tipo de bombas es generalmente similar al que ofrecen las bombas de engranajes externos, sin embargo son bastante más sensibles al contaminante. BOMBAS DE PALETAS La bomba de paletas consta de un rotor ranurado que gira dentro de una cámara conformada por un anillo de forma ovalada que sirve de pista para las paletas que van dentro de las ranuras del rotor, entrando y saliendo con el movimiento, y los platos de presión, en los cuales está el orificio de entrada en uno y de salida en el opuesto, Los espacios que quedan delimitados entre el anillo, el rotor, las paletas y los platos laterales se denominan cámaras de bombeo. Dichas cámaras van cambiando de volumen en la medida que el rotor va girando impulsado por el eje. Cuando las paletas están mas salidas, el volumen es mayor que cuando están metidas entre el rotor.

14 Tipos de compresores Según las exigencias referentes a la presión de trabajo y al caudal de suministro, se pueden emplear diversos tipos de construcción. Se distinguen dos tipos básicos de compresores: El primero trabaja según el principio de desplazamiento. La compresión se obtiene por la admisión del aire en un recinto hermético, donde se reduce luego el volumen. Se utiliza en el compresor de émbolo (oscilante o rotativo). El otro trabaja según el principio de la dinámica de los fluidos. El aire es aspirado por un lado y comprimido como consecuencia de la aceleración de la masa (turbina). Compresores de émbolo Compresor de émbolo oscilante. Este es el tipo de compresor más difundido actualmente. Es apropiado para comprimir a baja, media o alta presión. Su campo de trabajo se extiende desde unos kpa (1 bar) a varios miles de kpa (bar). Compresor de émbolo oscilante Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario disponer varias etapas compresoras. El aire aspirado se somete a una compresión previa por el primer émbolo, seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido por el siguiente émbolo. El volumen de la segunda cámara de compresión es, en conformidad con la relación, más pequeño. Durante el trabajo de compresión se forma una cantidad de calor, que tiene que ser evacuada por el sistema refrigeración.

15 Los compresores de émbolo oscilante pueden refrigerarse por aire o por agua, y según las prescripciones de trabajo las etapas que se precisan son: Para los caudales véase la figura 14 diagrama. Compresor de membrana Este tipo forma parte del grupo de compresores de émbolo. Una membrana separa el émbolo de la cámara de trabajo; el aire no entra en contacto con las piezas móviles. Por tanto, en todo caso, el aire comprimido estará exento de aceite. Estos, compresores se emplean con preferencia en las industrias alimenticias farmacéuticas y químicas. Compresor de émbolo rotativo Consiste en un émbolo que está animado de un movimiento rotatorio. El aire es comprimido por la continua reducción del volumen en un recinto hermético.

16 Compresor rotativo multicelular Un rotor excéntrico gira en el interior de un cárter cilíndrico provisto de ranuras de entrada y de salida. Las ventajas de este compresor residen en sus dimensiones reducidas, su funcionamiento silencioso y su caudal prácticamente uniforme y sin sacudidas. Para el caudal véase la figura 14 (diagrama). El rotor está provisto de un cierto número de aletas que se deslizan en el interior de las ranuras y forman las células con la pared del cárter. Cuando el rotor gira, las aletas son oprimidas por la fuerza centrífuga contra la pared del cárter, y debido a la excentricidad el volumen de las células varía constantemente. Compresor de tornillo helicoidal, de dos ejes: Dos tornillos helicoidales que engranan con sus perfiles cóncavo y convexo impulsan hacia el otro lado el aire aspirado axialmente. En estos compresores, el aire es llevado de un lado a otro sin que el volumen sea modificado. En el lado de impulsión, la estanqueidad se asegura mediante los bordes de los émbolos rotativos. Compresor Roots

17 Turbocompresores Trabajan según el principio de la dinámica de los fluidos, y son muy apropiados para grandes caudales. Se fabrican de tipo axial y radial. El aire se pone en circulación por medio de una o varias ruedas de turbina. Esta energía cinética se convierte en una energía elástica de compresión. Para el caudal, véase la figura 14 (diagrama). La rotación de los alabes acelera el aire en sentido axial de flujo. Aceleración progresiva de cámara a cámara en sentido radial hacia afuera; el aire en circulación regresa de nuevo al eje. Desde aquí se vuelve a acelerar hacia afuera. Elección del compresor Caudal Por caudal entiendo la cantidad de aire que suministra el compresor. Existen dos conceptos. El caudal teórico y El caudal efectivo o real En el compresor de émbolo oscilante, el caudal teórico es igual al producto de cilindrada * velocidad de rotación. El caudal efectivo depende de la construcción del compresor y de la presión. En este caso, el rendimiento volumétrico es muy importante. Es interesante conocer el caudal efectivo del compresor. Sólo éste es el que acciona y regula los equipos neumáticos. Los valores indicados según las normas?representan valores efectivos (p. ej.: DIN 1945). El caudal se expresa en m3/min ó m3/h. No obstante, son numerosos los fabricantes que solamente indican el caudal teórico Presión También se distinguen dos conceptos: La presión de servicio es la suministrada por el compresor o acumulador y existe en las tuberías que alimentan a los consumidores. La presión de trabajo es la necesaria en el puesto de trabajo considerado. En la mayoría de los casos, es de 600 kpa (6 bar). Por eso, los datos de servicio de los elementos se refieren a esta presión.

18 CONCLUCIONES Las bombas y compresores nos ayudan para generar la energía con la que se va a estar trabajando. Y según sus características de fabricación y funcionamiento s lo que nos va definir el trabajo de la bamba. BIBLIOGRAFIA