Principio de funcionamiento y aplicaciones de las bombas de engranajes internos

Principio de engranaje: cómo funciona una bomba de engranajes internos

Una bomba de engranajes internos consta de un engranaje conductor (engranaje de dientes externos, ubicado en el interior) y un engranaje conducido (engranaje de dientes internos, ubicado en el exterior) . Ambos engranajes giran en el mismo sentido, y las puntas de sus dientes se sellan entre sí en un punto de contacto para separar el lado de aspiración del lado de descarga.

Existen dos arquitecturas principales de bombas de engranajes internos. El tipo con media luna emplea una placa divisoria con forma de media luna entre las puntas de los dientes para evitar fugas entre las puntas del engranaje conductor y el conducido. El tipo sin media luna, por su parte, depende del contacto directo entre las partes de las puntas de los dientes de ambos engranajes en un único punto para separar las secciones de aspiración y descarga, con un ajuste muy pequeño previsto en la práctica para evitar bloqueos .

El diseño sin media luna ofrece una ventaja clave de eficiencia: como el volumen entre los dientes del engranaje conductor y del engranaje conducido es mayor, la bomba puede lograr un desplazamiento teórico mayor cuando el ancho de diente, el diámetro exterior del diente del engranaje conductor y el diámetro exterior del engranaje conducido son idénticos a los de una bomba de tipo media luna. Alternativamente, con el mismo desplazamiento, el diámetro exterior del engranaje conducido puede ser menor, lo que reduce el par de fricción generado por el cizallamiento del aceite viscoso en las zonas de deslizamiento de los engranajes y mejora la eficiencia mecánica —una razón fundamental por la que este tipo se utiliza ampliamente en las transmisiones automáticas automotrices, incluidas las CVT .

Cálculo del desplazamiento para principiantes

Existen dos enfoques fundamentales para calcular el desplazamiento de una bomba de engranajes internos. El método geométrico calcula el volumen del espacio encerrado por los dientes del engranaje conductor y del engranaje conducido. El método del par teórico primero calcula el par teórico de la bomba y luego deduce el desplazamiento a partir del principio de que la energía hidráulica transferida al aceite equivale a la potencia necesaria para accionar el eje de la bomba (sin considerar las pérdidas de energía). .

Para principiantes, el cálculo práctico del caudal es:

Q = Vd × N

donde Q es el caudal volumétrico, Vd es el volumen de desplazamiento por revolución y N es la velocidad de rotación. .

El método teórico de desplazamiento ha sido históricamente difícil de aplicar con precisión porque requiere integrar el volumen entre los dientes del engranaje en cada cambio mínimo del ángulo de rotación, lo que exige planos de engranajes para cada posición rotacional. .

En la práctica, el desplazamiento de la bomba de engranajes se correlaciona con el cuadrado del módulo del engranaje. Bajo la premisa de un diámetro constante de la circunferencia primitiva, un módulo mayor produce un mayor desplazamiento de la bomba. .

Límites de presión de aspiración

El rendimiento de aspiración afecta directamente si una bomba puede operar de forma fiable sin cavitación. Para las bombas de engranajes internos, se aplican los siguientes límites:

Límite general para bombas de engranajes: la altura real de aspiración no debe superar los 0,5 m.

Límite específico de la serie NBL: la altura de autoaspiración no debe superar los 500 mm, lo que equivale a un vacío de entrada de como máximo 0,03 MPa (0,3 bar). Si se utiliza un método de alimentación forzada, la presión de suministro no debe exceder los 0,5 MPa; de lo contrario, debe emplearse un sello de aceite resistente a la presión .

Referencia de la serie Rexroth PGH: la presión mínima de succión (sin carga) es de 0,8 bar; la presión máxima de succión (sin carga) es de 2 bar .

Superar estos límites conlleva el riesgo de cavitación, lo que provoca precipitación de gas, vaporización del aceite, ruido y desgaste acelerado de las superficies internas .

Diagnóstico típico de fallos

Succión insuficiente o nula

Las causas comunes incluyen: el rotor interno no gira (verificar el engranaje de tornillo sin fin, la rueda dentada de tornillo sin fin o el engranaje del sistema de transmisión, los tornillos de fijación o los pasadores de ubicación del rotor interno para detectar holgura); la dirección de rotación no coincide con la del motor primario, lo que provoca una inversión de los puertos de entrada y salida; obstrucción de la tubería de descarga; obstrucción de la pantalla del filtro de entrada; desgaste severo de los rotores interno y externo, impidiendo la formación de cavidades cerradas; contacto entre la cara terminal de la tubería de entrada y el fondo del depósito de aceite; entrada de aire en la succión de la bomba; o nivel de aceite demasiado bajo .

Gran fluctuación de presión

Esto suele deberse a: error excesivo de excentricidad o juego excesivo entre el rotor externo y el cuerpo de la bomba (el error de excentricidad debe estar dentro de ±0,02 mm; el juego entre el rotor externo y el cuerpo de la bomba debe ser de 0,04–0,06 mm); precisión insuficiente del perfil de los dientes de los rotores interno y externo (frecuente en rotores moldeados mediante metalurgia de polvos); desviación radial y axial excesiva; juego lateral excesivo entre dientes (debe estar dentro de 0,07 mm); o presencia de aire mezclado en la bomba .

La presión no aumenta

Verifique: entrada de aire en la succión de la bomba; velocidad demasiado baja del rotor interno (inspeccione la conexión de transmisión de potencia desde el eje principal al rotor interno para detectar holgura o deslizamiento); obstrucción parcial del puerto de succión; o engranaje sinfín/rueda dentada o engranaje defectuoso que provoque fluctuaciones en la velocidad del rotor interno .

Ruido excesivo

Las causas incluyen: nivel bajo de aceite que provoca ingestión de aire, u obstrucción parcial de la pantalla del filtro que causa succión insuficiente; desgaste severo de componentes; o cambio en la posición del punto de engrane de la transmisión de potencia de la bomba .

Fuga externa de aceite

Verifique: tornillos de fijación del cuerpo de la bomba o conectores sueltos; sellos dañados; sellado deficiente de la brida del puerto de descarga; o deformación/daño del cuerpo o la tapa de la bomba .

Notas sobre la selección de la serie NBL

La serie NBL es una bomba de engranajes internos conjugados con dientes rectos, diseñada para ofrecer un rendimiento fiable de autoaspiración. Consideraciones clave para principiantes al seleccionar:

Desplazamiento y velocidad: Ajuste el desplazamiento de la bomba a los requisitos de caudal del sistema a la velocidad de funcionamiento prevista. Las bombas de engranajes internos suelen proporcionar un caudal uniforme con baja pulsación, lo que las hace adecuadas para aplicaciones que exigen una salida estable.

Configuración de aspiración: La serie NBL requiere una altura de autoaspiración ≤ 500 mm (vacío de entrada ≤ 0,03 MPa). Si se utiliza alimentación forzada, la presión no debe superar los 0,5 MPa sin actualizar la junta tórica resistente a presión. .

Montaje y eje: Verifique que el tipo de brida (estándar SAE o ISO) y la especificación del eje (con chaveta o dentado) coincidan con su sistema. Las interfaces de montaje estándar SAE e ISO están disponibles en las bombas de engranajes internos de la serie QT y similares. .

Idoneidad para la aplicación: Las bombas de engranajes internos ofrecen ventajas en rendimiento a alta velocidad, bajo nivel de ruido y baja pulsación de caudal, pero presentan perfiles de dientes complejos y un costo de fabricación mayor que las bombas de engranajes externos. se prefieren donde se requiere un funcionamiento suave y un funcionamiento silencioso.

Conclusiones clave para principiantes

Las bombas de engranajes internos proporcionan un caudal suave y con baja pulsación al sellar los lados de aspiración y descarga en un punto de contacto entre las puntas de los dientes del engranaje conductor y el engranaje conducido. El desplazamiento se calcula mejor mediante principios teóricos de par para lograr precisión, mientras que el caudal práctico viene dado por Q = Vd × N. Los límites de aspiración son estrictos: normalmente 0,5 m de altura de autoaspiración y vacío de entrada de 0,03 MPa para las bombas de la serie NBL. La mayoría de los fallos en campo se deben a la entrada de aire, dirección de rotación incorrecta, filtros de entrada contaminados o desgaste excesivo en los juegos de los rotores. Al seleccionar bombas de las series QT o NBL, verifique el desplazamiento, la clasificación de presión, el rango de velocidad, la configuración de aspiración y la interfaz de montaje frente a los requisitos de su sistema.