Bomba de pistones axiales: descripción estructural y visión general del rendimiento

Hay un momento en la mayoría de las carreras de ingeniería hidráulica en el que las bombas de pistones axiales dejan de resultar intimidantes y comienzan a tener sentido completo. La geometría es, de hecho, elegante una vez que se ve funcionando: múltiples pistones que empujan alternativamente el fluido, una placa inclinada que controla con qué intensidad empujan y todo el conjunto girando cientos de veces por minuto dentro de una carcasa que cabría cómodamente en las dos manos.

Esa elegancia es también la razón por la que la bomba de pistones axiales domina las aplicaciones hidráulicas exigentes, mientras que las bombas más sencillas de engranajes y de paletas se encargan de los trabajos menos exigentes. Clasificaciones de presión superiores a 400 bar, eficiencias volumétricas que se mantienen por encima del 95 % en condiciones nominales y un auténtico control de desplazamiento variable no provienen de dientes de engranaje ni de paletas deslizantes. Proceden del recorrido de los pistones, controlado con precisión.

La imagen mecánica

Un cilindro rotatorio gira alrededor de un eje de transmisión. En su interior, normalmente se encuentran siete, nueve u once pistones alojados en perforaciones taladradas paralelamente al eje. Cada pistón lleva una zapata deslizante en su extremo exterior: un pequeño y plano calzado que se desliza sobre la superficie de la placa inclinada. La placa inclinada está fijada con un ángulo respecto al eje de rotación del cilindro. Al girar el cilindro, dicho ángulo obliga a cada pistón a desplazarse alternativamente hacia dentro y hacia fuera de su perforación en secuencia: extendiéndose durante una mitad de la rotación y retrayéndose durante la otra.

En la cara posterior del cilindro se encuentra la placa distribuidora, un disco mecanizado con precisión que presenta dos aberturas en forma de riñón. Una de las aberturas se conecta al orificio de admisión; la otra, al orificio de salida. A medida que cada perforación del pistón pasa sobre el riñón de admisión durante su carrera de extensión, aspira fluido. Cuando pasa sobre el riñón de salida durante su carrera de retracción, expulsa el fluido a presión. El sincronismo es puramente mecánico: la geometría de la placa distribuidora realiza todo el trabajo.

Desplazamiento variable: la característica que cambia el cálculo

Las bombas de desplazamiento fijo suministran el caudal que determinan la velocidad del eje y la geometría. Útiles, pero inflexibles. La placa inclinada de una bomba axial de pistones de desplazamiento variable puede inclinarse mediante un control externo —hidráulico, mecánico o electrohidráulico—. Al aumentar la inclinación de la placa, la carrera de los pistones se incrementa; asimismo, aumenta el desplazamiento. Al acercar la placa a la posición vertical, la carrera se acorta; en ángulo cero, los pistones apenas se mueven y el caudal prácticamente se detiene sin necesidad de detener el eje.

Este es el corazón de los sistemas con detección de carga y de los circuitos con bomba electrohidráulica. La bomba ajusta continuamente su propia salida para adaptarla a lo que el circuito necesita realmente, en lugar de funcionar a desplazamiento completo y descargar el caudal excedente a través de una válvula de alivio. En ciclos de trabajo industriales reales —como el moldeo por inyección, el conformado con prensa o cualquier proceso con fases de espera— la diferencia de energía entre una bomba de pistones axiales variables y una alternativa de desplazamiento fijo es lo suficientemente significativa como para reflejarse claramente en las facturas mensuales de electricidad.

Por qué importan los números impares de pistones

Siete, nueve, once: nunca ocho ni diez. El número impar garantiza que ningún par de pistones cruce simultáneamente la frontera de alta a baja presión de la placa de válvulas. Con cantidades pares, los pistones opuestos llegan al punto de transición en el mismo instante, generando una ondulación de presión cuya amplitud es aproximadamente el doble de la producida por diseños con cantidad impar. Una menor ondulación significa un funcionamiento más silencioso, menos vibración transmitida a la estructura de la máquina y una mayor vida útil por fatiga en las tuberías de salida. Se trata de un pequeño detalle de diseño cuyas consecuencias se acumulan a lo largo de miles de horas de funcionamiento.

Configuraciones estándar

La mayoría de los fabricantes —con las familias A10V y A4V de Rexroth como ejemplos de referencia— ofrecen bombas con variante de brida estándar construidas según los patrones de montaje SAE A, B o C. Las bombas con variante de eje estándar cuentan con salidas dentadas o con chaveta paralela, según la disposición del accionamiento. Estas interfaces estandarizadas significan que las bombas de reemplazo de distintos proveedores pueden instalarse en las configuraciones existentes sin necesidad de adaptadores personalizados, lo cual resulta especialmente importante cuando una bomba falla durante la producción y el reemplazo debe llegar e instalarse con rapidez.

Juntas y la precisión que protegen

Las cifras de rendimiento con las que se suministra una bomba de pistones axiales dependen por completo del mantenimiento de holguras a nivel micrométrico. Entre la zapata deslizante y la placa inclinada, entre el pistón y el cilindro, y en la cara de la placa distribuidora: estas holguras no son ajustables. Se fabrican así y se mantienen mediante la exclusión de contaminantes y la integridad de las juntas.

Un retenedor de eje en mal estado realiza dos funciones simultáneamente: permite que el fluido hidráulico se fugue al exterior y permite que entre aire en la carcasa por el lado de aspiración. Ese aire se disuelve en el fluido bajo presión y luego colapsa de forma explosiva en la placa de válvulas cuando la presión disminuye: una erosión por cavitación que puede rayar la superficie endurecida de la placa de válvulas en cuestión de horas de funcionamiento. El retenedor de eje constituye, efectivamente, la póliza de seguro más económica de toda la bomba.

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Fuente: www.hovooseal.com