Bombas - Pumps
Todos los sistemas hidráulicos de las aeronaves tienen una o más bombas accionadas por motor y pueden tener una bomba manual como unidad adicional cuando la bomba accionada por motor no funciona.
Las bombas accionadas por motor son la principal fuente de energía y pueden ser accionadas por motor, por motor eléctrico o por aire.
Por regla general, las bombas de motor eléctrico se instalan para su uso en caso de emergencia o durante las operaciones en tierra. Algunas aeronaves pueden desplegar una turbina de aire de ariete (RAT) para generar energía hidráulica.
Bombas manuales - Hand Pumps
La bomba manual hidráulica se utiliza en algunas aeronaves más antiguas para el funcionamiento de los subsistemas hidráulicos y en algunos sistemas de aeronaves más recientes como unidad de reserva. Las bombas manuales se instalan generalmente con fines de prueba, así como para su uso en caso de emergencia.
Las bombas manuales también se instalan para dar servicio a los depósitos desde una única estación de recarga. La estación de recarga única reduce las posibilidades de introducción de contaminación de fluidos.
Se utilizan varios tipos de bombas manuales: de acción simple, de acción doble y rotativas. Una bomba manual de acción simple aspira el fluido en la bomba en una carrera y bombea ese fluido en la siguiente carrera. Rara vez se utiliza en los aviones debido a su ineficiencia.
Las bombas manuales de doble acción producen flujo de fluido y presión en cada carrera de la manivela. La bomba manual de doble acción consiste esencialmente en una carcasa que tiene un orificio cilíndrico y dos puertos, un pistón, dos válvulas de retención accionadas por resorte y una manivela.
Una junta tórica en el pistón impide las fugas entre las dos cámaras del orificio del cilindro del pistón. Una junta tórica en una ranura del extremo de la carcasa de la bomba impide las fugas entre el vástago del pistón y la carcasa.
Cuando el pistón se mueve hacia la derecha, la presión en la cámara a la izquierda del pistón disminuye. La válvula de retención de bola del puerto de entrada se abre y el fluido hidráulico entra en la cámara.
Al mismo tiempo, el movimiento hacia la derecha del pistón fuerza la válvula de retención de bola del pistón contra su asiento. El fluido en la cámara a la derecha del pistón es forzado a salir por el puerto de salida hacia el sistema hidráulico. Cuando el pistón se mueve hacia la izquierda, la válvula de retención de bola del puerto de entrada se asienta.
La presión en la cámara a la izquierda del pistón aumenta, forzando la válvula de retención de bola del pistón fuera de su asiento. El fluido fluye desde la cámara izquierda a través del pistón hacia la cámara derecha.
El volumen en la cámara derecha del pistón es menor que el de la cámara izquierda debido al desplazamiento creado por el vástago del pistón. A medida que el fluido de la cámara izquierda fluye hacia la cámara derecha, más pequeña, el exceso de volumen de fluido es forzado a salir por el puerto de salida hacia el sistema hidráulico.
También se puede emplear una bomba manual rotativa. Produce una salida continua mientras la manivela está en movimiento.
Clasificación de las bombas
Todas las bombas pueden clasificarse como de desplazamiento positivo o de no desplazamiento positivo. La mayoría de las bombas utilizadas en los sistemas hidráulicos son de desplazamiento positivo.
Una bomba de desplazamiento no positivo produce un flujo continuo. Sin embargo, debido a que no proporciona un sello interno positivo contra el deslizamiento, su rendimiento varía considerablemente al variar la presión.
Las bombas centrífugas y las de rodete son ejemplos de bombas de desplazamiento no positivo. Si se bloquea el puerto de salida de una bomba de desplazamiento no positivo, la presión aumentaría y la salida disminuiría hasta cero.
Aunque el elemento de bombeo continuaría moviéndose, el flujo se detendría debido al deslizamiento dentro de la bomba. En una bomba de desplazamiento positivo, el deslizamiento es insignificante comparado con el flujo volumétrico de salida de la bomba.
Si el puerto de salida se tapara, la presión aumentaría instantáneamente hasta el punto de que la válvula de alivio de presión de la bomba se abriera.
Bombas de desplazamiento constante - Constant-Displacement Pumps
Una bomba de desplazamiento constante, independientemente de las rotaciones de la bomba por minuto, fuerza una cantidad fija o invariable de fluido a través del puerto de salida durante cada revolución de la bomba.
Las bombas de desplazamiento constante se denominan a veces bombas de volumen constante o de caudal constante. Suministran una cantidad fija de fluido por revolución, independientemente de las demandas de presión.
Dado que la bomba de caudal constante suministra una cantidad fija de líquido durante cada revolución de la bomba, la cantidad de líquido suministrada por minuto depende de las rotaciones de la bomba por minuto.
Cuando se utiliza una bomba de caudal constante en un sistema hidráulico en el que la presión debe mantenerse a un valor constante, se requiere un regulador de presión.
Bomba de engranajes - Gear-Type Power Pump
Una bomba de engranajes es una bomba de desplazamiento constante. Consta de dos engranajes engranados que giran en una carcasa. El engranaje motriz es accionado por el motor de la aeronave o alguna otra unidad de potencia.
El engranaje impulsado se engrana con el engranaje motor y es accionado por éste. La holgura entre los dientes al engranar y entre los dientes y la carcasa es muy pequeña. El puerto de entrada de la bomba está conectado al depósito, y el puerto de salida está conectado a la línea de presión.
El fluido es captado por los dientes al pasar por la entrada, y se desplaza alrededor de la carcasa y sale por la salida.
Bomba gerotor - Gerotor Pump
Una bomba eléctrica de tipo gerotor consiste esencialmente en una carcasa que contiene una camisa estacionaria de forma excéntrica, un rotor de engranaje interno que tiene siete dientes anchos de corta altura, un engranaje impulsor recto que tiene seis dientes estrechos, y una tapa de la bomba que contiene dos aberturas en forma de media luna.
Una abertura se extiende hacia un puerto de entrada y la otra se extiende hacia un puerto de salida. Durante el funcionamiento de la bomba, los engranajes giran juntos en el sentido de las agujas del reloj.
A medida que las bolsas entre los engranajes en el lado izquierdo de la bomba se mueven desde una posición más baja hacia una posición más alta, las bolsas aumentan de tamaño, lo que resulta en la producción de un vacío parcial dentro de estas bolsas.
Dado que las bolsas se agrandan mientras están sobre la media luna del puerto de entrada, el fluido es atraído hacia ellas. Cuando estas mismas bolsas (ahora llenas de líquido) giran hacia el lado derecho de la bomba, moviéndose desde la posición más alta hacia la más baja, disminuyen de tamaño.
Esto hace que el fluido sea expulsado de las bolsas a través de la media luna del puerto de salida.
Bomba de pistón - Piston Pump
Las bombas de pistón pueden ser de desplazamiento constante o de desplazamiento variable. Las características comunes de diseño y funcionamiento que son aplicables a todas las bombas hidráulicas de pistón se describen en los siguientes párrafos.
Las bombas hidráulicas de pistón tienen bases de montaje embridadas con el fin de montar las bombas en las cajas de transmisión de accesorios de los motores de las aeronaves. Un eje de accionamiento de la bomba, que hace girar el mecanismo, se extiende a través de la carcasa de la bomba ligeramente más allá de la base de montaje.
El par de la unidad motriz se transmite al eje de transmisión de la bomba mediante un acoplamiento de transmisión. El acoplamiento de transmisión es un eje corto con un conjunto de estrías macho en ambos extremos.
Las estrías de un extremo encajan con las estrías hembra de un engranaje motriz; las estrías del otro extremo encajan con las estrías hembra del eje motriz de la bomba. Los acoplamientos de accionamiento de la bomba están diseñados para servir como dispositivos de seguridad.
La sección de cizallamiento del acoplamiento de accionamiento, situada a medio camino entre los dos conjuntos de estrías, tiene un diámetro menor que el de las estrías. Si la bomba se vuelve inusualmente difícil de girar o se atasca, esta sección se cizalla, impidiendo que se dañe la bomba o la unidad motriz.
El mecanismo básico de bombeo de las bombas de pistón consiste en un bloque de cilindros de varios orificios, un pistón para cada orificio y una placa de válvulas con ranuras de entrada y salida. El propósito de las ranuras de la placa de la válvula es permitir que el fluido entre y salga de los agujeros cuando la bomba funciona.
Los orificios de los cilindros son paralelos y simétricos al eje de la bomba. Todas las bombas de pistones axiales de los aviones tienen un número impar de pistones.
Bomba de pistón de eje doblado - Bent Axis Piston Pump
El alojamiento angular de la bomba hace que exista un ángulo correspondiente entre el bloque de cilindros y la placa del eje de transmisión a la que se sujetan los pistones. Esta configuración angular de la bomba es la que hace que los pistones se desplacen al girar el eje de la bomba.
Cuando la bomba funciona, todas las piezas de la bomba (excepto las pistas exteriores de los cojinetes que soportan el eje de transmisión, el pasador del cojinete del cilindro sobre el que gira el bloque de cilindros y el sello de aceite) giran juntas como un grupo rotatorio.
En un punto de rotación del grupo giratorio, existe una distancia mínima entre la parte superior del bloque de cilindros y la cara superior de la placa del eje de transmisión. Debido al ángulo de la carcasa en un punto de rotación de 180°, la distancia entre la parte superior del bloque de cilindros y la cara superior de la placa del eje de transmisión es máxima.
En cualquier momento de funcionamiento, tres de los pistones se alejan de la cara superior del bloque de cilindros, produciendo un vacío parcial en los orificios en los que operan estos pistones. Esto ocurre sobre el orificio de admisión, por lo que el fluido es arrastrado a estos orificios en este momento.
En el lado opuesto del bloque de cilindros, tres pistones diferentes se mueven hacia la cara superior del bloque. Esto ocurre mientras el grupo giratorio pasa sobre el orificio de salida, haciendo que el fluido sea expulsado de la bomba por estos pistones. La acción continua y rápida de los pistones es de naturaleza superpuesta y da lugar a una salida de la bomba prácticamente sin pulsaciones.
Bomba de pistones en línea - Inline Piston Pump
El tipo más sencillo de bomba de pistones axiales es el diseño de plato oscilante en el que un bloque de cilindros gira por el eje de transmisión. Los pistones instalados en los orificios del bloque de cilindros están conectados a través de las zapatas de los pistones y un anillo de retracción, de modo que las zapatas se apoyan en un plato oscilante angulado.
Al girar el bloque, las zapatas del pistón siguen el plato cíclico, haciendo que los pistones giren. Los orificios están dispuestos en la placa de la válvula de modo que los pistones pasen por la entrada al salir y por la salida al volver a entrar. En estas bombas, el desplazamiento viene determinado por el tamaño y el número de pistones, así como por la longitud de su carrera, que varía con el ángulo del plato oscilante.
Bomba de paletas - Vane Pump
La bomba de paletas es también una bomba de desplazamiento constante. Consta de una carcasa que contiene cuatro paletas (aspas), un rotor de acero hueco con ranuras para las paletas y un acoplamiento para hacer girar el rotor.
El rotor está situado fuera del centro de la carcasa. Los álabes, montados en las ranuras del rotor, junto con éste, dividen el orificio del manguito en cuatro secciones. A medida que el rotor gira, cada sección pasa por un punto en el que su volumen es mínimo y otro punto en el que su volumen es máximo.
El volumen aumenta gradualmente del mínimo al máximo durante la primera mitad de una revolución y disminuye gradualmente del máximo al mínimo durante la segunda mitad de la revolución.
A medida que el volumen de una sección determinada aumenta, dicha sección se conecta al puerto de entrada de la bomba a través de una ranura en el manguito.
Dado que el aumento de volumen de la sección produce un vacío parcial, el fluido se introduce en la sección a través del puerto de entrada de la bomba y de la ranura del manguito.
A medida que el rotor gira durante la segunda mitad de la revolución y el volumen de la sección dada disminuye, el fluido se desplaza fuera de la sección, a través de la ranura del manguito alineada con el puerto de salida, y fuera de la bomba.
Bomba de caudal variable - Variable-Displacement Pump
Una bomba de caudal variable tiene una salida de fluido que varía para satisfacer las demandas de presión del sistema. La salida de la bomba se modifica automáticamente mediante un compensador de la bomba.
El siguiente párrafo trata de una bomba de desplazamiento variable Vickers de dos etapas. La primera etapa de la bomba consiste en una bomba centrífuga que aumenta la presión antes de que el fluido entre en la bomba de pistón.
