Engineering

Bomba de engranajes

Haga girar una bomba de engranajes contra una válvula de carga y cierre la válvula: presión, fuga por holguras y par del motor suben juntos hasta que la válvula de alivio se levanta y el motor se frena sobre su característica. Abra la holgura de los engranajes y vea caer el rendimiento volumétrico con el mismo accionamiento; sin fuga, el caudal medio es exactamente el desplazamiento por la velocidad. El trabajo del eje cierra con el caudal útil, la fuga, el alivio y el rozamiento.

Por Mykhailo Makarov

Imagen real de la aplicación

Qué ocurre

Una bomba de engranajes de 10 cm³/rev en un motor de característica recta (20 N·m de bloqueo, 300 rad/s en vacío) alimenta una línea de 0,2 l con un orificio de carga y una válvula de alivio. Los engranajes entregan V_d·ω/2π; una fuga laminar por las holguras devuelve G·δ³·p/μ; la corredera de alivio abre entre 100 y 110 bar con 5 ms de retardo; la presión de línea sigue el módulo de compresibilidad del aceite. La bomba pide al eje V_d·p/2π más rozamiento de Coulomb y viscoso, de modo que cerrar la válvula eleva el par y frena el motor sobre su característica. RK4 a 10 μs; el trabajo del eje se encuentra de nuevo en el trabajo del caudal, la fuga, el alivio, el rozamiento y el aceite comprimido en la línea.

Qué probar

Cierre despacio la válvula de carga y vea subir presión, fuga y par hasta que la válvula de alivio se levante; abra la holgura a 60 μm y lea el rendimiento volumétrico; póngala a cero y el caudal es el desplazamiento por la velocidad.

El modelo y sus límites

Volumen de línea concentrado, fuga laminar con constante geométrica, orificios turbulentos con coeficiente fijo, sin pulsación de caudal ni volumen atrapado, motor sin límites térmicos.

Ecuaciones del módulo

Ecuaciones
Q_th = V_d·ω/(2π),  Q_leak = G·δ³·p/μ
dp/dt = β/V·(Q_th − Q_leak − Q_out − Q_relief)
T = V_d·p/(2π) + T_f + c·ω,  T_m = T_s·(1 − ω/ω_0)
η_v = 1 − Q_leak/Q_th,  η_m = V_d·p/(2π·T)

Otros experimentos

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Bomba de pistones axiales

Inclina el plato de una bomba de nueve pistones y mira cómo la línea A se llena hasta la presión que exige el orificio de carga: la cilindrada sigue la tangente del ángulo del plato, inclinado al revés manda el caudal en sentido contrario, con inclinación nula el motor gira en vacío. Cuenta la pulsación de caudal de nueve pistones y compárala con la fórmula cerrada, bloquea la carga y deja que la válvula de alivio se lleve todo el caudal, baja la presión de alimentación y mira cómo la línea de retorno se queda sin aceite. El trabajo del eje y de la alimentación se contabiliza contra la energía de presión de las líneas y las pérdidas en el orificio, las fugas y la válvula.

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Bomba centrífuga

Haz que una bomba centrífuga descargue en una tubería que eleva el agua diez metros: el caudal se establece donde la curva de la bomba H = K1 w^2 − K2 w Q − K3 Q|Q| cruza la curva del sistema Hs + R Q|Q|, exactamente la raíz de la fórmula cerrada. Estrangula la válvula y mira cómo el punto sube por la curva de la bomba hacia menos caudal y más altura; frena el motor y compara con las leyes de afinidad, que solo valen sin altura estática; baja de la velocidad cuya altura a caudal nulo iguala la elevación y el caudal muere. El trabajo del motor se contabiliza contra la elevación, las pérdidas de tubería e internas, la fricción del rodete y la energía cinética del rodete y del agua.

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Motor hidráulico

Alimenta un motor de cilindrada fija desde una línea de 150 bar por un orificio de entrada y déjalo descargar por otro: libre, se establece donde los dos estrangulamientos y la fricción agotan la presión de alimentación, la velocidad cerrada de ese balance. Carga el freno y lee cómo sube la diferencia de presión hasta que D dp / 2 pi iguala freno más fricción; carga más allá del par de la alimentación y se para. Arrastra el eje desde fuera y la máquina se vuelve bomba, elevando la salida sobre la entrada; arrástralo más deprisa de lo que la entrada puede alimentar y la línea de entrada se vacía hasta la presión de vapor, el déficit contabilizado como cavitación. El trabajo de la alimentación y el externo se contabilizan contra estrangulamiento, fugas, calor y energía almacenada.