Bombas de Engranajes

Diagrama de una Bomba de Engranajes 

Las bombas de engranajes son bombas rotativas de desplazamiento positivo que transportan líquidos utilizando engranajes giratorios. Funcionan a través del uso de dos o más engranajes internos que crean presión de vacío, impulsando los medios de fluido. Las bombas de engranajes son bombas compactos, de alta presión de alto rendimiento que proporcionan un flujo de fluido constante y sin pulso comparable a las bombas de doble diafragma y bombas peristálticas. Ellos son las más adecuadas para aplicaciones de bombeo de alta viscosidad, tales como aceites, plásticos, pintura, adhesivos, o jabones.

Ventajas

• Fácil de operar y mantener - algunas pueden funcionar en dos direcciones
• Ideal para el bombeo de fluidos de alta viscosidad
• Construcción compacta y simple
• Flujo constante, controlado, sin pulso
• Autocebante 

Desventajas

• se pueden desgastar notablemente con el tiempo, reduciendo la eficiencia de la producción
• No se pueden correr en seco
• No puede manejar adecuadamente sólidos en suspensión o abrasivos
• El fluido esta sujeto a un alto corte o cizallamiento 

Operación de Bomba de Engranajes
Las bombas de engranajes son bombas de desplazamiento positivo, lo que significa que utilizan cámaras de expansión y contracción para mover fluidos a una velocidad fija. Específicamente, son bombas volumétricas rotativas de desplazamiento positivo, que utilizan un mecanismo o conjunto giratorio para hacer esta contracción y expansión. Para obtener más información sobre la selección de diferentes tipos de bombas de desplazamiento positivo, visite la Guia de Seleccion de Bombas de desplazamiento positivo en GlobalSpec.

Las bombas de engranajes son el tipo más común de la bomba de desplazamiento positivo utilizado. Por lo general, un conjunto giratorio de dos engranajes (un engranaje de accionamiento y un piñón loco) se mueve para crear succión en la entrada de la bomba y jalar el líquido. El líquido circula entonces entre los dientes de los engranajes y las paredes de la carcasa hacia el punto de descarga. El volumen disminuye a medida que el líquido viaja desde la entrada hasta la salida, causando una acumulación de presión. Las válvulas de alivio de presión están normalmente incorporadas en la bomba para proteger el sistema de bombeo de una válvula cerrada en la tubería de descarga. El flujo en las bombas de engranajes está determinado por el tamaño de la cavidad (volumen) entre los dientes de los engranajes, la velocidad de rotación (rpm) de los engranajes, y la cantidad de deslizamiento (flujo inverso). El deslizamiento aumenta a medida que la bomba se desgasta.

La eficiencia volumétrica de las bombas de engranajes es pobre a bajas velocidades y bajas velocidades de flujo, lo que significa que deben ser operadas cerca de sus velocidades máximas nominales.

Este video ofrece ejemplos de diferentes tipos de bombas de engranajes y su funcionamiento básico:

Credito de Video: vforvijji / CC BY-SA 4.0

Tipos de bombas de engranajes

Las bombas de engranajes son externas o internas en función de su diseño y operación.

Bomba de engranajes externos
Las bombas de engranajes externos utilizan dos engranajes idénticos con dientes externos para generar flujo. La rotación de los engranajes es tal que el líquido entre en el orificio de entrada y fluye en y alrededor de la periferia exterior de los dos engranajes giratorios. A medida que el líquido entra alrededor de la periferia es descargado al orificio de salida.

Image Credit: Pump School 

Las bombas de engranajes externos tienen tolerancias estrechas y soporte de eje en ambos lados de los engranajes. Esto les permite correr a presiones más allá de 200 bar (3000 psi) y también proporcionan un mayor control de flujo y una medida más fiable de líquido que pasa a través de una bomba. También significa que no se adaptan bien a la manipulación de fluidos de extrema alta temperatura o abrasivos. El deslizamiento, lo que reduce la eficiencia y el flujo, aumenta a medida que disminuye la viscosidad y se aproxima a cero a 5000 Segundos Universal Saybolt (SSU).

Las bombas de engranajes externos son típicamente menos costosos y más fácil de mantener que los tipos internos, con eficiencias moderadas. Ellos son mas comúnmente usadas para transferir los combustibles tales como la gasolina, el diesel y el queroseno. Además, se utilizan para aplicaciones de alta presión, tales como ascensores, controles de amortiguación, y otros dispositivos hidráulicos. También son populares para aplicaciones de transferencia y dosificación precisos.

Bomba de engranajes internos
Las bombas de engranajes internos generan flujo usando un engranaje con dientes externos de corte y contenido y entrelazado con un engranaje con dientes internos de corte. Conforme los engranajes salen del entrelazado en el lado de entrada, el líquido se introduce en la bomba. El líquido es forzado a salir del orificio de descarga por el entrelazado de los engranajes. Algunos contienen una partición en forma de luna creciente usada para separar el volumen de entrada a partir del volumen de descarga entre los dos engranajes.

Image Credit: Pump School

Estas bombas sobresalen moviendo fluidos de alta viscosidad, pero tienen un intervalo de viscosidad útil de 1cP (centipoise) a más de 1,000,000 cP. El único punto de espacio final (la distancia entre los extremos de los dientes del engranaje del rotor y la cabeza de la bomba) es ajustable para adaptarse a altas temperaturas, maximizar la eficiencia para altas viscosidades, y acomodar el desgaste.

Credito de imagen: Conjunto de rotor de una bomba de engranajes internos en operación

Comparada con los tipos externos, las bombas de engranajes internos tienen características mejoradas de succión y entrega y son más suaves en operación, pero también son más caros y se limitan a pequeñas capacidades y presiones moderadas. Ellas se usan en numerosos tipos diferentes de aplicaciones industriales de manipulación de aceites y productos químicos viscosos, incluyendo petroquímicos, marinos, asfalto, químicos, y aplicaciones industriales generales.

Comparación
La siguiente tabla proporciona una comparación entre los tipos de engranajes internos y externos:

La bomba de engranajes externos

• Un par de engranajes externos forma el conjunto de rotor.
• Hay cuatro cojinetes que soportan los ejes de rotor.
• El diseño de la bomba es compacto.
• Tamaños más grandes de salida y altas capacidades.
• Diseños posibles de engranajes incluyen rectos, helicoidales o espina de pescado.
• Bombeo de alta presión y temperatura media/baja. 

Bomba de Engranajes Internos

• Un engranaje interno y un engranaje externo forman el conjunto del rotor.
• Rotor esta apoyado por uno o (como máximo) dos cojinetes.
• El diseño de la bomba es voluminoso y aun ineficiente para los modelos de gama más alta.
• Pequeños tamaños de salida y capacidades media/baja.
• Todos los engranajes son de diseño recto, además se requiere una cuña para separar los dos engranajes.
• Alta temperatura, presión moderada, baja capacidad de bombeo. 

Tipos de engranajes Las bombas de engranajes usan uno de dos tipos de engranajes: rectos o de espina de pescado.
Los Engranajes rectos proporcionan una excelente altura de aspiración, son ideales para agua o aceites ligeros, son bidireccionales (reversible), y son los más económicos. Para aprender más acerca de engranajes rectos, visite Spur Gears Selection Guide en GlobalSpec.

Los engranajes de espina de pescado son ideales para fluidos viscosos, ofrecen un funcionamiento silencioso en un diseño sin obstrucción, pero son unidireccionales. Para obtener más información sobre los engranajes de espina de pescado, visite la Herringbone Gears Selection Guide en GlobalSpec.

Especificaciones
Al seleccionar bombas de engranajes, hay algunas especificaciones claves de desempeño a considerar; es decir, velocidad de flujo, presión, potencia, eficacia, y temperatura de operación. La página de Pump Flow de GlobalSpec ofrece una descripción detallada de estas especificaciones.

Tipo de medio
Seleccionar la bomba de engranajes correcta requiere una comprensión de las propiedades del líquido en el sistema considerado. Estas propiedades incluyen la viscosidad y la consistencia.

La viscosidad es una medida del espesor de un líquido. Los fluidos viscosos como los lodos generan mayores presiones de sistema y requieren más potencia de bombeo para mover a través del sistema. Las bombas de engranajes internos tienden a ser más apropiadas que las bombas de engranajes externos en fluidos de alta viscosidad y viceversa.

La consistencia es la composición material de la solución líquida en términos de productos químicos y sólidos no disueltos. En la mayoría de los casos, las bombas de engranajes no son capaces de bombear soluciones con sólidos en suspensión, debido al desgaste y la degradación asociadas del conjunto de accionamiento. Las soluciones con productos químicos corrosivos deben ser manipuladas por las bombas con materiales y piezas diseñadas para resistir la corrosión.

Materiales
Las bombas se diseñan típicamente con un número de diferentes materiales. Los materiales de base, que constituyen las partes de la bomba expuesto a los medios de bombeo y el entorno exterior, son los más importantes a considerar. Las características del fluido, rangos de presión y factores ambientales de operación deben ser considerados al seleccionar estos materiales.

• El hierro fundido proporciona alta resistencia a la tensión, durabilidad y resistencia a la abrasión que corresponde a las calificaciones de alta presión.
• Los plásticos son baratos y proporcionan una amplia resistencia a la corrosión y al ataque químico.
• El acero y las aleaciones de acero inoxidable proporcionan protección contra la corrosión química y la herrumbre y tienen resistencias a la tensión más altas que los plásticos, lo que corresponde a valores de presión más altos. 

Por mas información sobre materiales y características de otras bombas, visitar la página GlobalSpec's Pump Features

Referencias
Grainger - Gear Pump Selection Guide (pdf)
LiquiFlo - Gear Pump Basics (pdf)
MIT - Gear Pumps
Pump School - Internal Gear Pump
Pump School - External Gear Pump
Pump Scout - Gear Pumps