Estas bombas aseguran un alto rendimiento en operaciones a alta presión en comparación con otros tipos y son fáciles de convertir al tipo de desplazamiento variable. Por lo tanto, se pueden operar con varios tipos de controles. Las bombas a pistón proporcionan ventajas, incluyendo: (1) alta eficiencia; (2) facilidad de operación a alta presión; (3) fácil conversión al tipo de desplazamiento variable y (4) son aplicables varios tipos de controles.
Las bombas se clasifican en axiales, radiales y alternativas a pistones. Esta sección explica el tipo a pistones axiales, que es el más utilizado en las maquinarias industriales, desde las de baja/media presión para maquinarias industriales generales hasta las de alta presión para prensas y máquinas para construcción.
Bombas de pistones axiales
Estas bombas tienen pistones instalados en paralelo o axialmente al eje. Las bombas se subdividen en bombas de tipo placa deflectora y de eje acodado, de acuerdo con su mecanismo de ajuste de carrera, como se ve en las Figs. 2.1 y 2.2.
Para ambos tipos, el desplazamiento de la bomba depende de la carrera de los pistones en el bloque de cilindros. El desplazamiento con el ángulo máximo de la placa deflectora o del eje acodado representa el tamaño de la bomba. Las bombas funcionan con el bloque de cilindros girando sobre el eje. El bloque de cilindros está en contacto con la placa de la válvula y gira sobre ella (o sobre los orificios de entrada y des- carga), que están opuestos al pistón, para efectuar carreras alternadas de aspiración y descarga. Algunas de las bombas de pistones axiales del tipo placa deflectora tienen un block de cilindros fijo y una placa deflectora rotativa que gira para mover el pistón. Este tipo usa una válvula de retención en cada cilindro para conmutar entre aspiración y descarga.
El desplazamiento de las bombas a pistón se puede modificar ajustando el ángulo de la placa o del eje acodado. La placa deflectora permite un ajuste más fácil del ángulo, por lo que generalmente se las usan como bombas a pistones de desplazamiento variable.
La Fig. 2.3 muestra el aspecto de las bombas de desplazamiento variable (series A y A3H) y una representación gráfica de la bomba a pistón de desplazamiento variable.
El funcionamiento de las bombas a pistones de desplazamiento variable se basa en un control compensador de presión (Tabla2.4). Cuando la presión de descarga sube hasta el nivel predeterminado, se acciona la válvula compensadora para mantener el valor de la presión de descarga al nivel del valor de presión predeterminada y accionar el pistón de control de caudal. El pistón de control reduce el ángulo de la placa deflectora para disminuir el caudal de salida y mantener constante la presión. Este tipo de control elimina la necesidad de instalar una válvula de seguridad para limitar la presión máxima (siempre y cuando la aplicación no presente elevados picos de presión). En el caso de aplicaciones con bombas de caudal fijo, estas válvulas limitadoras serían indispensables.
La Fig. 2.4 muestra las características típicas de las “bombas de desplazamiento variable Serie A con control tipo compensador de presión (A16-01).” La curva de características indica que las bombas mantienen una alta eficiencia de 96% a altas presiones de 20 Mpa (200 bar). Cuando la presión supera los 20 Mpa (200 bar), el caudal comienza a disminuir (punto de corte) Como se muestra en el gráfico de potencia de entrada, al disminuir el caudal disminuye la potencia de entrada. En el estado de corte total, el drenaje aumenta a un valor mayor que durante el pasaje de caudal máximo; luego, se debe seleccionar cuidadosamente la tubería de drenaje. Las bombas de la Serie A son notablemente silenciosas, ahorran energía y son aptas para operaciones en las que, con frecuencia, se necesita mantener la presión constante cualquiera sea la variación del caudal. Como ejemplo podemos citar la sujeción de piezas a mecanizar.
Las Tablas 2.4 y 2.5 explican las características y los símbolos gráficos de varios tipos de controles, incluyendo los que proporcionan control de caudal y presión en etapas múltiples y los que mantienen el caudal en un valor constante. Hay disponibles controles de presión electrohidráulicos y controles de presión con válvulas de control proporcional a solenoide con sensores de presión del ángulo de la placa deflectora y sensores de carga electrohidráulicos. Este tipo ofrece alta eficiencia, facilidad para ajustar la salida y rápida respuesta mediante el uso de bombas mecatrónicas, que son una armonización entre la mecánica y la electrónica. Estas bombas ahorran energía y son adecuadas para sistemas hidráulicos complicados, que incluyan el control continuo de caudal y presión en procesos múltiples. Estas bombas se suministran como “Serie A” y “Serie A3H.” Por lo general la salida de las bombas a pistón de desplazamiento variable se puede ajustar manualmente mediante un tornillo de ajuste.
En un sistema que utilice una bomba de desplazamiento variable, se produce un pico de presión en la línea de salida cuando la misma se cierra rápidamente por medio de una válvula solenoide o el fin de carrera de un cilindro. Esto hace cambiar la operación cortando completamente el caudal máximo en el punto de corte. Por el contrario, se produce una baja excesiva de presión si se abre abruptamente la línea de salida. Estas variaciones de la presión y los tiempos de respuesta en el posicionamiento de la placa deflectora dependen de las características de la cañería (tubo de acero o manguera de caucho, capacidad, etc.). La Fig. 2.5 muestra las características de la respuesta para una bomba de la Serie A.
La Fig. 2.6 compara el consumo de energía eléctrica para las máquinas hidráulicas de moldeo de plásticos por inyección utilizando bombas de caudal constante o de caudal variable respectivamente. Las bombas de caudal constante PV2R son utilizadas con válvulas proporcionales de presión y reguladoras de caudal (válvulas proporcionales electrohidráulicas para control de caudal y válvulas de alivio EFBG y ELFBG). Las bombas de desplazamiento variable Serie A utilizan un controlador del tipo sensado de carga (load sensing), que puede mantener el caudal y la presión en el nivel óptimo, de acuerdo con la variación de la carga. Las válvulas proporcionales EFBG y ELFBG ahorran energía porque alivian el exceso de caudal de la bomba de caudal fijo de acuerdo con la carga y mantienen la presión ligeramente mayor que la presión de carga. Sin embargo, la comparación indica que las bombas de desplazamiento variable con controlador “load sensing” ahorran más energía eléctrica que la bomba de caudal fijo con válvulas electro proporcionales para control del caudal y la presión.
