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BOMBAS DE PISTONES COMET - FUNCIONAMIENTO Y COMPOSICIÓN

Las bombas de pistones Comet forman parte  de  la  categoría  de  bombas  volumétricas alternativas de pistones, es decir, dotadas de características técnicas por lo cual el desplazamiento del líquido se produce en virtud de las variaciones de una o más capacidades, que aspiran e impulsan el líquido alternativamente. La diferencia entre volumen máximo y mínimo de la capacidad variable, representa el volumen teórico de líquido bombeado.
Las bombas de pistones Comet se subdividen en dos categorías:
1) Bombas de pistones en línea (o Triplex)
2) Bombas de pistones axiales
Ambos  tipos  de  bombas  están  formados esencialmente  por  dos  elementos  constructivos  fundamentales,  ensamblados  entre  sí  de modo fijo:
- el cabezal, que encierra en su interior la parte hidráulica de la bomba
- el cárter, que encierra en su interior la parte mecánica-cinemática (en baño de aceite).
Los demás elementos principales, comunes a ambas categorías de bombas, son:
- el sistema de estanqueidad hidráulica en los pistones,  constituido  por  pistones  bombeantes, anillos y juntas
- las válvulas de aspiración e impulsión
Todos estos elementos se encuentran ubicados en el cabezal
La diferencia fundamental entre los dos tipos de bombas de pistones (en línea y axiales) está constituida por la parte mecánica-cinemática,
que determina el movimiento alternativo de los pistones.

Bomba de pistones en línea (Triplex)

La bomba de pistones en línea (Triplex) Comet está estructurada en tres elementos bombean-
tes, dispuestos a lo largo de ejes que yacen en el mismo plano horizontal. Dichos elementos bombeantes están formados cada uno por un pistón (constituido por un tramo “de guía” y un tramo  “bombeante”), movido en modo alternativo por un sistema biela-manivela, que es responsable de las acciones de aspiración y de presión. La  bomba  de  pistones    prevé  el  sistema  de estanqueidad  del  líquido  bombeado  de  tipo fijo, mientras el pistón se desplaza en su interior. Por lo tanto, los elementos bombeantes son movidos por un eje de tres excéntricas desfasadas 120° entre sí. El eje de tres excéntricas está sostenido por dos rodamientos y tiene una extremidad que sobresale del cárter para tomar el movimiento del motor que acciona la bomba. Cada elemento bombeante está realizado como se describe a continuación.
El movimiento alternativo del pistón de guía lo produce la biela a través del pasador, la cual es
accionada al mismo tiempo por uno de los tres ejes excéntricos que pertenece al cigüeñal que
proporciona el movimiento a la bomba. Al pistón de guía está conectado el pistón bom-
beante, que se puede realizar con un casquillo, de material cerámico, aplicado al pistón  de guía y sostenido por una tuerca, o bien realizando un tramo de aplicación cerámica directamente en el pistón deslizante. En el pistón bombeante interviene el sistema de estanqueidad, con la función de garantizar la estanqueidad del líquido bombeado durante el desplazamiento alternativo del pistón bombeante.







Bomba de pistones axiales

La bomba de pistones axiales Comet está siempre estructurada en tres elementos bombeantes,  dispuestos  paralelamente  en  este  caso
posicionados  sobre  tres  generadores  equidistantes de un cilindro geométrico. Dichos elementos bombeantes están formados cada uno por un pistón (también en este caso, constituido por un tramo “de guía” y un tramo “bombeante”), movido en modo alternativo por un sistema de empuje de platillo inclinado y por un sistema de retorno por muelle. Le bomba de pistones    prevé  siempre  el  sistema  de  estanqueidad del líquido bombeado de tipo fijo, mientras el pistón se desplaza en su interior. El platillo, inclinado respecto al eje de los pistones, da el empuje al pistón de guía a través de un  tejuelo  (o  chapa),  que  interviene  en  la  extremidad del pistón con la interposición de un rodamiento axial entre el tejuelo y el platillo. El platillo es solidario al cigüeñal que proporciona el movimiento a la bomba y que es coaxial con los tres pistones. El cigüeñal a su vez está sostenido por un cojinete de empuje, alojado en el soporte bomba, y tiene una extremidad que sobresale del Soporte para tomar el movimiento del motor que acciona la bomba. Al pistón de guía está conectado el pistón bombeante, que está realizado con un tramo de aplicación cerámica o con un tratamiento superficial especial  realizado  directamente  en  el  pistón  de guía. En el pistón bombeante interviene el sistema de estanqueidad, cuya función es garantizar la estanqueidad del líquido bombeado durante el desplazamiento alternativo del pistón bombeante.





Sistema  de  estanqueidad  sobre  los
pistones bombeantes

El  sistema  de  estanqueidad,  en  ambos  tipos de  bombas,  está  constituido  esencialmente por dos juntas: una junta de alta presión, con la función de estanqueidad del líquido bombeado, y una junta de baja presión, con la función de estanqueidad del líquido que pierde la junta de alta presión. Las  dos  juntas  están  separadas  entre  sí, interponiendo  una  cámara  anular  que  está en  comunicación,  a  través  de  un  orificio  de conexión,  con  el  colector  de  aspiración.  Las funciones  de  esta  configuración  constructiva son dos:
-  crear  un  depósito  de  recuperación  de  la eventual pérdida de líquido de la junta de alta presión, impidiendo que éste salga al exterior
-  garantizar  la  presencia  de  líquido  entre  las dos  juntas,  también  en  caso  de  inexistencia de  pérdidas  de  la  junta  de  alta  presión;  esto para mantener mojada la junta de baja presión y,  por  lo  tanto,  impedir  que  ésta  se  caliente excesivamente  debido  a  la  ausencia  de lubricación.
Generalmente  forman  parte  del  Sistema de  estanqueidad  también  otros  elementos accesorios  a  las  juntas,  concretamente  los anillos de presión, los anillos de sujeción de las juntas y los anillos anti-extrusión. La presencia y  la  forma  constructiva  de  estos  elementos accesorios están vinculados a distintos factores, entre los cuales, los más importantes a tener en cuenta son el tipo de junta adoptada y la presión de trabajo de la bomba.





Válvulas de aspiración e impulsión

Cada elemento bombeante de ambos tipos de bombas (de pistones en línea y de pistones axiales) va acompañado de una válvula de aspiración y de una válvula de impulsión, normalmente iguales entre sí y colocadas en sentido opuesto una respecto a la otra. La función de las válvulas consiste en interceptar el líquido permitiendo la acción bombeante en el ciclo de trabajo correspondiente a la rotación del cigüeñal.
El funcionamiento de las válvulas es de tipo automático, es decir, la apertura y el cierre están determinados  por  la  diferencia  de  presión  del fluido en el platillo de la válvula, mantenido en posición por la fuerza de contraste de un muelle.Una rotación completa del cigüeñal de la bomba determina una fase de aspiración (retorno del pistón hasta el punto muerto inferior) y otra de impulsión (avance del pistón hasta el punto muerto superior) por cada elemento bombeante. En la fase de aspiración, el líquido se aspira a través de la válvula de aspiración en la cámara de bombeo obtenida en el cabezal, mientras la válvula de impulsión está cerrada. En la fase de mpulsión, el líquido es empujado fuera de la cámara de bombeo a través de la válvula de impulsión, mientras la válvula de aspiración está cerrada. Los elementos bombeantes están conectados transversalmente entre sí por los colectores de aspiración e impulsión obtenidos en el cabezal.

Prestaciones

Las prestaciones de las Bombas de Pistones se identifican por las magnitudes físicas siguientes:
- Caudal
- Presión
- Potencia
El caudal es el volumen bombeado en la unidad de tiempo, pudiéndose distinguir un Caudal teórico  Qt  (caudal  teóricamente  suministrado
por la bomba) y un caudal efectivo Qe (caudal efectivamente  suministrado  por  la  bomba).  El Caudal normalmente se expresa con las unida-
des de medida l/min (sistema métrico) o  gpm (sistema anglosajón). El Caudal Qt para las bombas de tres pistones en  línea  se  calcula  con  la  fórmula  siguiente (válida para las unidades métricas):




Donde:
D [mm] = diámetro pistón
e [mm] = excentricidad cigüeñal bomba
n [rmp] = velocidad de rotación
En cambio, el Caudal Qt  para las bombas de tres pistones axiales se calcula con la fórmula siguiente (válida para las unidades métricas):





Donde:
D [mm]  = diámetro pistón
i [mm] = entre eje pistones (distancia entre el eje de la bomba y el eje de un pistón)
a [rad] = ángulo de inclinación platillo bomba
n [rmp] = velocidad de rotación
De  dichos  valores  en  unidades  métricas,  se obtiene el caudal en unidades anglosajonas con la fórmula:





La  relación  entre  los  dos  caudales,  teórico  y efectivo, define el rendimiento volumétrico Nv  de la bomba:





Los valores de caudal que aparecen en las prestaciones en el catálogo son los del caudal efectivo Qe.El  caudal  de  las  bombas  volumétricas  de pistones  es  proporcional  a  la  velocidad  de rotación y es tendencialmente independiente de la presión de impulsión, tendiendo a disminuir conforme aumenta ésta última.
La presión es el valor máximo que se puede obtener en el cabezal de la bomba en condiciones de trabajo. Aquí es necesario precisar que  las  bombas  volumétricas  de  pistones no  desarrollan  intrínsecamente  presión  en su  movimiento,  pero  desplazan  líquido  en virtud  de  sus  características  constructivas, tal como se describe en el capítulo anterior.
Pero si detrás de la bomba, en el circuito de impulsión, hay una obstrucción (por ejemplo, una boquilla), en el cabezal de la bomba se genera la presión necesaria de manera que la bomba pueda atravesar la obstrucción encontrada.Por lo tanto, es necesario que en el circuito de impulsión se encuentre una válvula de máxima presión que no permita que se instaure una presión superior a la máxima, establecida en base a las características de resistencia de la bomba. Efectivamente,  si  la  obstrucción  citada  arriba fuera total (por ejemplo, el cierre total del circuito de impulsión), la presión tendría un valor infinitamente grande con la consiguiente rotura del cabezal. La introducción de una válvula de by-pass regulable, permite además establecer un determinado valor de presión en función de las exigencias de uso.La Presión se expresa en unidades métricas, en bar, en MPa, y en unidades del sistema anglosajón en PSI. Las relaciones entre dichas unidades de medida son las siguientes:





La potencia útil Nu de una bomba es la energía suministrada al líquido bombeado en la unidad de tiempo, mientras la potencia absorbida Na es la energía en la unidad de tiempo que la bomba pide a su fuente de energía (motor eléctrico, térmico, oleodinámico, etc.) para realizar el trabajo  de  bombeo  requerido.  Las  unidades  de medida utilizadas para expresar la Potencia son kW, CV y HP.
La potencia útil Nu se calcula con la fórmula:





Las relaciones entre las demás unidades de medida de la potencia son las siguientes:





La potencia absorbida está vinculada a la potencia útil con la relación:





donde nt es el rendimiento total de la bomba producido  de  los  tres  rendimientos  nv  (volumétrico), nm (mecánico) e ni (hidráulico).
El  rendimiento  volumétrico  nv    normalmente asume valores de 0,85 a 0,95. Los valores inferiores se obtienen para las bombas de pistones axiales y con el aumento de la velocidad de rotación, mientras los valores más altos se obtienen en las bombas de pistones en línea y con bajas velocidades de rotación. El rendimiento hidráulico ni expresa las pérdidas para las resistencias opuestas al flujo a través del cabezal y para las presiones elevadas, típicas de las bombas de pistones, tiene valores próximos a la unidad. El rendimiento mecánico nm expresa las pérdidas de potencia en la parte mecánica-cinemática: tiene valores superiores en las bombas de pistones en línea (0,94÷0,96) y valores inferiores en las bombas de pistones axiales (0,90÷0,92). En  base  a  lo  anteriormente  citado,  el  rendimiento  total  nt    asume  los  valores  más  bajos (0,78÷0,80) en las bombas de pistones axiales a alta velocidad de rotación (3400 rpm) y los valores más altos (0,90÷0,92) en las bombas de pistones en línea a baja velocidad de rotación (1000÷1400 rpm). Los  valores  de  potencia  que  aparecen  en  las prestaciones en el catálogo son aquellos de la potencia absorbida Nu. La potencia absorbida en  las  bombas  volumétricas  de  pistones,  con  velocidad de rotación constante (y por tanto con caudal constante) es proporcional a la presión.










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