Hidráulica

Bombas hidráulicas: tipos, partes y selección (con simulador)

31 min de lectura5 problemas resueltos5 ejercicios propuestosQuiz con nota sobre 20👁 – vistas

¡Bienvenidos nuevamente al blog de Welectronic! En la hoja anterior (la 19, publicación 73) construimos los fundamentos de la hidráulica: presión, caudal y potencia. Hoy llegamos al componente que convierte la energía mecánica de un motor en caudal de aceite: la bomba hidráulica. Esta es la hoja 20 de la serie y la segunda del bloque de hidráulica (hojas 19 a 32). Recorremos los tres grandes tipos (engranajes, paletas y pistones), aprendemos a calcular su caudal con Q = Vg·n/1000, entendemos por qué el rendimiento volumétrico cae con la presión, la temperatura y el desgaste, y dedicamos una sección completa a lo que más bombas mata en la práctica: la línea de succión y la cavitación. Es un mini curso: ficha punto por punto, correcciones técnicas, casos de planta, errores comunes, cheat-sheet, 5 problemas resueltos, 5 propuestos y un banco de bombas interactivo con animación.

Qué vas a aprender

Como vimos en la hoja 19, la bomba es de desplazamiento positivo: entrega un volumen casi fijo por vuelta y la presión la fija la carga. En la serie de neumática (publicaciones 64 a 72) el compresor jugaba un papel parecido, pero el aire se comprime y el aceite no; por eso aquí la succión y la fuga interna mandan mucho más. Las hojas siguientes de hidráulica profundizan en depósitos y filtración, válvulas de presión, direccionales, actuadores y circuitos completos.

Mapa visual del tema

Mapa conceptual de bombas hidráulicas con seis ramas: engranajes, paletas, pistones, caudal, succión y fallas
Mapa visual de las bombas hidráulicas (diagrama original Welectronic).

Léelo de izquierda a derecha: primero qué tipo de bomba (engranajes, paletas o pistones), luego cuánto caudal entrega de verdad (teórico menos fuga), después cómo se alimenta (la succión) y, al final, cómo falla cuando algo de lo anterior se descuida. Casi todas las fallas de bombas nacen en la succión o en el aceite, no en la bomba misma.


1. Bombas de engranajes

Ficha: bombas de engranajes, desplazamiento fijo, dos engranajes, con cuerpo, engranaje conductor, conducido, eje de accionamiento y placas laterales
Bombas de engranajes. Fuente: ficha técnica Welectronic.

1.1 Cómo funciona, paso a paso

  1. Succión: en el lado de entrada los dientes se separan y dejan huecos libres; el volumen aumenta, la presión baja por debajo de la atmosférica y el aceite del tanque (empujado por la atmósfera) llena esos huecos.
  2. Transporte: el aceite queda atrapado entre los dientes y la carcasa y viaja por la periferia, no por el centro. Cada engranaje arrastra su propio "paquete" de aceite.
  3. Descarga: en el lado de salida los dientes vuelven a engranar y expulsan el aceite hacia la línea de presión. El engrane central actúa como sello y evita que el aceite regrese.
  4. Presión: la bomba no la crea: la presión aparece cuando la carga se opone a ese caudal.

Las partes que nombra la ficha son: cuerpo (carcasa que contiene todo), engranaje conductor (unido al eje del motor), engranaje conducido (arrastrado por el conductor), eje de accionamiento y placas laterales (también llamadas placas de desgaste o bujes, que sellan los costados de los engranajes; en muchas bombas son flotantes y se aprietan contra los engranajes con la propia presión para compensar el desgaste).

1.2 Características y usos

Corrección técnica: la ficha indica "Entrada de fluido" a la izquierda y "Salida de fluido" a la derecha, pero esas flechas son solo esquemáticas: en una bomba real la entrada y la salida van en lados opuestos del punto de engrane y el sentido de giro decide cuál es cuál. Si inviertes el giro, inviertes la entrada y la salida (y dañas el sello del eje, que normalmente solo soporta la presión de la succión). Verifica siempre la flecha de giro marcada en la carcasa antes de conectar el motor.

2. Bombas de paletas

Ficha: bombas de paletas, desplazamiento fijo o variable, rotor con paletas deslizantes en un anillo excéntrico, con anillo, rotor, paletas, resorte, eje y puerto de salida
Bombas de paletas. Fuente: ficha técnica Welectronic.

2.1 Cómo funciona, paso a paso

  1. Un rotor ranurado gira dentro de un anillo (estator). El rotor está desplazado respecto al centro del anillo: por eso se llama excéntrico.
  2. En cada ranura hay una paleta que desliza hacia afuera (por la fuerza centrífuga y por la presión que llega bajo ella) y se mantiene en contacto con el anillo.
  3. Entre dos paletas consecutivas, el rotor y el anillo queda una cámara. Donde el hueco entre rotor y anillo crece, la cámara aumenta de volumen y aspira; donde el hueco se reduce, la cámara disminuye y descarga.
  4. La placa de puertos conecta las cámaras con la entrada y la salida en el momento correcto.

Las partes de la ficha son: anillo (estator), rotor, paletas deslizantes, resorte de paleta (en algunos diseños ayuda a que las paletas salgan en el arranque, cuando aún no hay fuerza centrífuga ni presión), eje de accionamiento y puerto de salida.

2.2 Fija o variable

En la bomba de paletas de desplazamiento fijo el anillo es redondo y no se mueve. En la de desplazamiento variable el anillo es móvil: un resorte lo empuja a máxima excentricidad (máximo caudal) y la presión de salida lo empuja hacia el centro; cuando la presión llega al valor de compensación, el anillo se acerca al centro y el caudal baja casi a cero, solo lo suficiente para cubrir las fugas. Es un "compensador de presión": mantiene la presión sin quemar potencia en una válvula de alivio, lo que ahorra energía y calor (ver el caso 2 de la hoja 19).

Corrección técnica: el "resorte de paleta" de la ficha no existe en todos los diseños; en muchas bombas de paletas la paleta se apoya en el anillo solo por fuerza centrífuga y presión. Y "fijo o variable" no es una propiedad que se pueda elegir con un ajuste en cualquier bomba de paletas: son dos familias de bombas distintas que se compran por separado.

3. Bombas de pistones

Ficha: bombas de pistones, desplazamiento fijo o variable, pistones que se desplazan axialmente en un bloque de cilindros con plato inclinado, placa de distribución y puerto de salida
Bombas de pistones. Fuente: ficha técnica Welectronic.

3.1 Cómo funciona, paso a paso (pistones axiales con plato inclinado)

  1. El bloque de cilindros gira con el eje y lleva varios cilindros (típicamente de 7 a 9) paralelos al eje.
  2. Cada pistón termina en una zapata que se apoya y desliza sobre el plato inclinado (fijo, dentro de la caja).
  3. Al girar el bloque, la inclinación del plato obliga a cada pistón a salir de su cilindro durante media vuelta (la cámara crece y aspira) y a entrar durante la otra media (la cámara se achica y descarga).
  4. La placa de distribución (placa de válvulas) tiene dos riñones: uno conectado a la succión y otro a la salida; el bloque gira pegado a ella y cada cilindro se comunica con el riñón que le toca.

El caudal depende de la inclinación del plato: a mayor ángulo, mayor carrera de los pistones y mayor cilindrada. En una bomba de cilindrada variable se cambia ese ángulo (con un mecanismo de control o un compensador de presión); en una de cilindrada fija el plato es de ángulo fijo.

Corrección técnica: la ficha dice que el movimiento axial lo generan "un plato inclinado o un cigüeñal". El cigüeñal o la leva excéntrica corresponden a las bombas de pistones radiales, no a las axiales que muestra el dibujo. Además, otro diseño axial importante es el de eje inclinado (bent axis), donde se inclina el bloque respecto al eje en lugar de usar plato.

3.2 Comparativa rápida

Cuadro comparativo cualitativo entre bombas de engranajes, paletas y pistones axiales: presión, rendimiento, tolerancia a la suciedad, ruido, costo y cilindrada variable
Comparativa cualitativa de los tres tipos (diagrama original Welectronic).

Como regla de selección: engranajes cuando se busca simplicidad, bajo costo y aceite de limpieza moderada; paletas cuando importa el ruido en presión media; pistones cuando hacen falta alta presión, eficiencia y regulación de caudal. Los valores concretos (presión máxima continua, rendimiento, velocidad mínima y máxima) los fija siempre el catálogo del fabricante.

4. Caudal y rendimiento

Ficha: caudal y rendimiento, Q teórico igual a Vg por n entre 1000, Q real igual a Q teórico por eficiencia volumétrica, y claves para un buen rendimiento
Caudal y rendimiento. Fuente: ficha técnica Welectronic.

4.1 La fórmula del caudal, con unidades

La ficha da la fórmula básica: Qteórico (L/min) = Vg (cm³/rev) · n (rpm) / 1000. ¿Por qué se divide entre 1000? Porque 1 L = 1000 cm³: la bomba desplaza Vg centímetros cúbicos en cada vuelta, a n vueltas por minuto son Vg·n cm³/min, y para pasar a litros se divide entre 1000. Es un cálculo geométrico: supone una bomba perfecta, sin fugas.

El caudal real es menor: Qreal = Qteórico · ηv, donde ηv es el rendimiento volumétrico. La diferencia es la fuga interna (o "deslizamiento"): aceite que pasa de la zona de alta presión a la de baja a través de los juegos entre dientes, paletas o pistones y sus carcasas, sin salir por la línea de presión. Esa fuga no es un defecto en sí misma (se necesita un juego mínimo para que haya lubricación), pero crece con el desgaste.

4.2 Qué hace caer el rendimiento volumétrico

FactorEfecto en la fugaPor qué
Presión de trabajo más altaLa fuga crece casi proporcional a la presiónMayor diferencia de presión empuja más aceite por los juegos (es lo que dice la ficha: mayor presión, menor ηv)
Aceite caliente (menor viscosidad)La fuga aumentaUn aceite más fino pasa con más facilidad por los juegos y sella peor
Desgaste de piezasLos juegos crecen y la fuga con ellosPartículas abrasivas y falta de lubricación desgastan placas, puntas de paleta y pistones
Baja velocidad de giroLa fuga pesa más en proporciónLa fuga depende de la presión y no de las rpm, así que sobre un caudal teórico pequeño es una fracción grande
Cavitación o aire en la succiónBaja el caudal que realmente llena la bombaLas cámaras no se llenan de aceite sino de burbujas

Por eso la ficha dice "a mayor velocidad, mayor caudal" (el caudal teórico crece con n) y "a mayor presión, mayor esfuerzo y menor rendimiento volumétrico". Con un modelo didáctico de una bomba de engranajes de 20 cm³/rev (el mismo del simulador de esta hoja) obtenemos estos escenarios:

Cuatro barras que comparan caudal teórico, fuga y caudal real de una bomba de engranajes de 20 cm³ por vuelta en cuatro condiciones de presión, velocidad, temperatura y desgaste
Caudal teórico, fuga y caudal real en cuatro escenarios (diagrama original Welectronic, modelo didáctico).

4.3 Del caudal al par y a la potencia del motor

Una vez conocido el caudal, el resto sigue la hoja 19. La potencia hidráulica es Phid (kW) = p (bar) · Qreal (L/min) / 600. La potencia que debe poner el motor en el eje es Peje = Phid / ηtotal, con ηtotal = ηv · ηm, donde ηm es el rendimiento mecánico (fricción entre piezas). El par que pide la bomba es T (N·m) = p (bar) · Vg (cm³/rev) / (20π · ηm): nota que el par depende de la presión y de la cilindrada, no de las rpm. La parte de Peje que no llega a Phid es calor dentro de la bomba.

4.4 Las claves de la ficha para un buen rendimiento

Corrección técnica: en el recuadro de la ficha aparece "Mayor presión de carga, mayor esfuerzo y menor rendimiento volumétrico". La redacción es ambigua: lo correcto es "mayor presión de trabajo" (la carga la crea, pero la bomba "ve" la presión). Además, la ficha omite que ηv también depende de la velocidad y la viscosidad: no mejora solo con subir las rpm, y el rendimiento volumétrico a velocidades muy bajas se degrada. Por último, el rendimiento total (ηv · ηm) es el que define el motor necesario; la ficha solo muestra ηv.

5. Fallas comunes

Ficha: fallas comunes en bombas hidráulicas: cavitación, sobrecalentamiento, desgaste excesivo, fugas internas y ruido y vibración, con sus causas
Fallas comunes. Fuente: ficha técnica Welectronic.
Mapa de fallas de bombas hidráulicas con causas, síntomas y puntos a revisar para cavitación, calentamiento, desgaste y fugas internas
Mapa de fallas: causa, síntoma y qué revisar (diagrama original Welectronic).

5.1 Cavitación

Es la formación y colapso de burbujas de vapor o aire en el aceite cuando la presión en la entrada cae demasiado. Al llegar a la zona de presión, las burbujas implosionan con un golpe muy localizado que erosiona el metal. Se oye como "grava" en la bomba, hay vibración, caudal irregular y desgaste acelerado. Las causas de la ficha (entrada obstruida, nivel bajo, filtros sucios, líneas de succión inadecuadas) son justamente los términos del presupuesto de vacío que calculamos en la sección 7.

5.2 Sobrecalentamiento

Todo lo que no se convierte en trabajo útil es calor. Las fuentes principales: la bomba trabajando contra el alivio (potencia hidráulica 100 % calor), fugas internas altas, estrangulamientos y falta de enfriamiento. Un aceite muy caliente se oxida, pierde viscosidad (más fuga: círculo vicioso) y degrada los sellos. Revisa el nivel de aceite, el enfriador, el ciclo de trabajo y si la bomba pasa mucho tiempo contra el alivio.

5.3 Desgaste excesivo

Casi siempre por contaminación (partículas duras que rayan placas, anillos, pistones), falta de lubricación (aceite bajo, cavitación, arranques sin llenar) o aceite inadecuado (viscosidad o aditivos incorrectos). El síntoma es un caudal real que baja y una fuga interna que sube.

5.4 Fugas internas

Se manifiestan como presión que no sube, cilindros lentos y calor. Cuidado con una distinción: las "fugas" que menciona la ficha para la bomba son internas (del lado de presión al de succión o al drenaje), invisibles desde fuera. Las fugas externas (por sellos del eje y juntas) son otra cosa. Para detectarlas se mide el caudal real y el caudal de drenaje en bombas de pistones.

5.5 Ruido y vibración

Son un síntoma, no una falla en sí. Un ruido agudo y áspero suele ser cavitación o aire; un zumbido grave puede ser alivio vibrando o desalineación; golpeteo periódico, piezas sueltas o rodamientos dañados. Mide: presión en la entrada, temperatura, vibración y revisa soportes, acoplamiento y nivel de aceite.

Corrección técnica: en la ficha, "Ruido y vibración" aparece como una falla más en igualdad de condiciones, pero es consecuencia de otras (cavitación, desalineación, aire, desgaste). Conviene diagnosticarlo como síntoma y buscar la causa raíz. Además la cavitación se presenta como "falla de la bomba" cuando su origen está casi siempre fuera de la bomba, en la succión.

6. Recomendación técnica y puesta en marcha

Recomendación técnica: seleccionar la bomba según caudal y presión, usar fluido limpio, filtración adecuada, puesta en marcha controlada y nunca operar sin fluido
Recomendación técnica de la ficha.

La ficha resume el procedimiento en cuatro ideas: seleccionar según caudal y presión, usar fluido limpio, respetar las condiciones del fabricante y hacer una puesta en marcha controlada. Desarrollémoslo en pasos que puedes llevar a una checklist:

  1. Antes de instalar: verifica el sentido de giro de la bomba y del motor, que el acoplamiento esté alineado y que las líneas de succión estén limpias y sin entradas de aire (abrazaderas y juntas).
  2. Llena la bomba de aceite por el puerto de succión o el de drenaje (según el manual): una bomba seca puede dañarse en segundos. En bombas de pistones se llena obligatoriamente la carcasa por el drenaje.
  3. Despresuriza el circuito para arrancar en vacío: abre el alivio o usa la válvula de descarga, de modo que la bomba solo mueva caudal sin presión.
  4. Arranca por pulsos cortos para ver el sentido de giro y que el aceite empiece a fluir; luego sigue en marcha y purga el aire en los puntos altos y en los actuadores.
  5. Sube la presión por etapas, vigilando fugas, ruido (¿cavitación?), temperatura de carcasa y de aceite.
  6. Registra presión, caudal, temperatura y ruido como línea base para el mantenimiento predictivo.
Corrección técnica: "cebe la bomba, purgue el aire" no se aplica igual a todas: las bombas de engranajes y paletas suelen autocebarse si la succión es corta y hermética, mientras que las de pistones suelen pedir llenado previo de la carcasa y, a veces, presión de alimentación. Y "nunca operar sin fluido" incluye el arranque: muchos daños ocurren en los primeros segundos con la bomba vacía o la succión cerrada (válvula de succión olvidada cerrada).

7. Succión y cavitación: el presupuesto de vacío

La bomba no "chupa" el aceite: lo que lo empuja hacia la bomba es la presión atmosférica sobre la superficie del tanque (1,013 bar). La bomba solo crea una zona de baja presión en la entrada. Para que el aceite llegue, esa presión atmosférica debe vencer todas las resistencias de la línea de succión. Si el vacío requerido es demasiado grande, la presión absoluta en la entrada cae tanto que el aceite libera el aire disuelto (aireación) o, más abajo, hierve a temperatura ambiente (cavitación por vapor).

7.1 Los cuatro términos del vacío

  1. Altura (h): vencer la columna de aceite entre el nivel y la bomba cuesta Δp = ρ·g·h. Con ρ = 870 kg/m³, cada metro vale 0,0853 bar (8,53 kPa).
  2. Fricción en la línea: Δp = f·(L/d)·ρ·v²/2. A velocidades bajas (régimen laminar) f = 64/Re; al subir la velocidad (turbulento) f crece según Blasius. En ambos casos la caída crece mucho con la velocidad y baja con el diámetro.
  3. Accesorios y entrada: codos, válvula de succión, entrada desde el tanque: se estiman como K·ρ·v²/2, con K ≈ 1,5 a 3 en total.
  4. Filtro o malla de succión: limpio cuesta pocos centésimos de bar; sucio, puede costar décimas.

La presión absoluta en la entrada es pabs = 1,013 − vacío total (bar). Como referencia práctica y típica (validar con el manual de tu bomba), el vacío total en la entrada no debería pasar de unos 0,2 bar (≈ 0,8 bar absolutos) y conviene que la velocidad del aceite en la succión se mantenga entre 0,5 y 1,5 m/s.

7.2 Ejemplo calculado

Bomba de engranajes de 20 cm³/rev a 1500 rpm (30 L/min), línea de 32 mm y 1,5 m de largo, bomba 0,3 m sobre el nivel, aceite VG 46 a 50 °C (30 cSt). Velocidad: v = 0,62 m/s; Re ≈ 660 (laminar). Vacío por altura 0,026 bar, fricción 0,008, accesorios 0,003 y filtro limpio (10 % de obstrucción) 0,012: total 0,048 bar, muy por debajo del límite. Si el filtro se obstruye al 85 %, el término del filtro sube a 0,179 bar y el total a 0,215 bar: la bomba entra en cavitación aunque todo lo demás esté igual. Un filtro de succión tapado es, con diferencia, la causa más frecuente. Pruébalo en la pestaña "Succión y cavitación" del simulador.

7.3 Cómo diseñar una buena succión

8. Casos reales de planta

Los siguientes casos son ilustrativos (situaciones típicas de plantas portuarias, de graneles y talleres de mantenimiento, con cálculos de referencia del modelo de esta hoja).

Caso 1 · La bomba "suena a grava" desde el lunes

Síntoma: una bomba de engranajes de 20 cm³/rev del grupo de una compuerta hace ruido áspero, vibra y el cilindro va a tirones. Análisis: el ruido de grava apunta a cavitación. La instalación es la de la sección 7: con el filtro de succión limpio el vacío es de 0,048 bar, pero tras meses sin revisar la malla se obstruyó al 85 %, y el vacío sube a 0,215 bar, superior al límite típico de 0,2 bar. Acción: medir el vacío con un vacuómetro en la entrada, desmontar y limpiar la malla, revisar el aceite y el sello del eje. Costo: una hora de trabajo; la alternativa era cambiar una bomba.

Caso 2 · El arranque de la mañana

Síntoma: una bomba cavita solo los primeros minutos de la mañana y luego "se arregla sola". Análisis: con el aceite a 10 °C la viscosidad sube de 30 cSt (50 °C) a unos 262 cSt, y el vacío de la misma instalación pasa de 0,048 a 0,200 bar, justo en el límite. Al calentarse el aceite el vacío baja. Acción: calentador de tanque o arranque en vacío con baja velocidad (con 500 rpm el vacío cae a 0,083 bar), y revisar si la línea de succión es de menor diámetro del necesario.

Caso 3 · Elegir la bomba de la prensa de 30 t

Datos (de la hoja 19): caudal necesario 24,1 L/min a 146,3 bar, alivio a 160 bar, motor de 4 polos (1450 rpm), rendimiento volumétrico supuesto 0,94 y rendimiento total 0,85. Cilindrada: Vg = 24,1 · 1000 / (1450 · 0,94) = 17,7 cm³/rev → se elige la bomba comercial inmediata (por ejemplo 18 cm³/rev, validar catálogo). Potencia: a la presión de trabajo Peje = 6,91 kW, pero si la bomba llega al alivio a 160 bar, Peje = 7,56 kW, por encima de 7,5 kW. Un motor de 7,5 kW queda al límite y se dispararía la protección térmica cuando la prensa llegue al tope. Opciones: motor de 11 kW, o ajustar el alivio más cerca de la presión real. Moraleja: dimensiona el motor para la presión de alivio, no solo para la presión de trabajo.

Caso 4 · "Cambiamos la bomba y sigue lenta"

Síntoma: una bomba de 22 cm³/rev a 1500 rpm entrega 30,8 L/min a 150 bar (teórico 33 L/min); con la carga puesta el sistema tarda mucho. Análisis: ηv = 30,8 / 33 = 0,933, la fuga interna es de 2,2 L/min y se vuelve 0,55 kW de calor: la bomba está bien. El problema está aguas abajo (otra fuga en un cilindro o una válvula). Moraleja: medir antes de cambiar. Compara siempre el caudal real con el teórico y mide la fuga de los actuadores por separado.

9. Errores comunes que conviene evitar

10. Resumen rápido (cheat-sheet)

ConceptoFórmula o regla
Caudal teóricoQt (L/min) = Vg (cm³/rev) · n (rpm) / 1000
Caudal realQ = Qt · ηv = Qt − fuga
Cilindrada necesariaVg = 1000 · Q / (n · ηv)
Par en el ejeT (N·m) = p (bar) · Vg / (20π · ηm)
Potencia hidráulicaPhid (kW) = p (bar) · Q (L/min) / 600
Potencia en el ejePeje = Phid / ηtotal ; ηtotal = ηv · ηm
Calor de la bombaPeje − Phid
Vacío de succiónρ·g·h + f(L/d)ρv²/2 + K·ρv²/2 + Δpfiltro ; límite típico ≈ 0,2 bar
Presión absoluta en la entradapabs = 1,013 bar − vacío total
Velocidad en la succión0,5 a 1,5 m/s (típico) ; v = Q / A
Regla de oroCuida la succión, el aceite limpio y a temperatura; mide antes de cambiar

Glosario breve

Normas y datos a validar

11. Banco de bombas: tipo, caudal, rendimiento y succión

El simulador reúne la hoja. En Bomba y rendimiento eliges el tipo (la animación cambia: dientes de engranajes, paletas en un anillo excéntrico o pistones con plato inclinado), la cilindrada, las rpm, la presión, el desgaste y la temperatura, y ves el caudal teórico, la fuga, el caudal real, el par, la potencia, el motor normalizado y el calor. En Succión y cavitación mueves la altura, el diámetro, la longitud, el filtro y la temperatura para ver el vacío acumulado. Qué probar:

Qué hace el modelo: Qt = Vg·n/1000; fuga Qs = K·p·(1+3·desgaste)·(46/ν)0,6·(Vg/20)2/3 con K = 0,021 / 0,015 / 0,009 L/min/bar (engranajes, paletas, pistones); Q = Qt − Qs; Peje = p·Qt/(600·ηm); viscosidad por la ecuación de Walther con VG 46; vacío = ρ·g·h + fricción (f = máx(64/Re; 0,3164·Re−0,25)) + K·ρv²/2 + filtro. Los resultados del simulador se comprobaron contra un cálculo independiente en Python. Es un modelo didáctico en régimen estático: los coeficientes no son de un fabricante y la animación es esquemática (3 de 7 a 9 pistones, en cámara lenta); para dimensionar usa el catálogo.

✅ 5 Problemas Resueltos

Problema 1: Una bomba de engranajes de 16 cm³/rev gira a 1450 rpm con ηv = 0,93. Calcula el caudal teórico y real. ¿Cuánto entregaría a 1750 rpm?
Solución:
Qt = Vg·n/1000 = 16 · 1450 / 1000 = 23,2 L/min
Qreal = Qt·ηv = 23,2 · 0,93 = 21,58 L/min
A 1750 rpm: Qt = 28,0 L/min y Qreal ≈ 26,04 L/min (si ηv se mantuviera; en la realidad mejora algo porque la fuga fija pesa menos).
Problema 2: Se necesitan 40 L/min reales con un motor de 4 polos (1450 rpm). Si ηv = 0,95, ¿qué cilindrada se necesita y cuánto entrega una bomba comercial de 32 cm³/rev?
Solución:
Vg = 1000·Q / (n·ηv) = 40000 / (1450 · 0,95) = 29,04 cm³/rev
Se elige el tamaño comercial inmediato superior (por ejemplo 32 cm³/rev, validar catálogo).
Qreal = 1450 · 32 / 1000 · 0,95 = 44,08 L/min, un 10 % más de lo pedido: se compensa con el alivio y se tiene margen para el desgaste.
Problema 3: Una bomba trabaja a 180 bar y entrega 40 L/min con un rendimiento total de 0,85, a 1450 rpm. Calcula la potencia en el eje, el par y el motor normalizado (…7,5; 11; 15; 18,5 kW).
Solución:
Phid = 180 · 40 / 600 = 12,0 kW
Peje = 12,0 / 0,85 = 14,12 kW → motor de 15 kW
T = Peje·60000 / (2π·n) = 14,12·60000 / (2π·1450) = 93,0 N·m
Problema 4: En una bomba de 22 cm³/rev a 1500 rpm se miden 32,6 L/min sin presión y 30,8 L/min a 150 bar. Calcula ηv en ambos puntos, la fuga a 150 bar y el calor que produce esa fuga.
Solución:
Qt = 22 · 1500 / 1000 = 33,0 L/min
ηv(0 bar) = 32,6 / 33 = 0,988 ; ηv(150 bar) = 30,8 / 33 = 0,933
Fuga = 33 − 30,8 = 2,2 L/min
Calor de la fuga = 150 · 2,2 / 600 = 0,55 kW
Problema 5: Una bomba de 20 cm³/rev a 1500 rpm (30 L/min) aspira de un tanque con 0,5 m de altura, línea de 25 mm y 2 m, filtro con 20 % de obstrucción, aceite de 46 cSt y ρ = 870 kg/m³. Calcula la velocidad, el Reynolds y el vacío total.
Solución:
A = π·25²/4 = 4,909 cm² ; v = Q/A = 5×10−4 / 4,909×10−4 = 1,019 m/s
Re = v·d/ν = 1,019 · 0,025 / 46×10−6 = 554 (laminar) ⇒ f = 64/Re = 0,1156
Altura: 870·9,80665·0,5 = 0,0427 bar ; fricción: f·(2/0,025)·ρv²/2 = 0,0417 bar ; accesorios 1,5·ρv²/2 = 0,0068 bar ; filtro 0,02·(30/40)·(1+24·0,2²) = 0,0294 bar
Vacío total ≈ 0,121 bar: por encima del aviso de 0,1 bar, pero por debajo del límite de 0,2 bar (quedan 0,08 bar de margen).

🏋️ 5 Ejercicios Propuestos

Ejercicio 1: Una bomba de 45 cm³/rev gira a 1750 rpm con ηv = 0,92. Calcula el caudal real. ¿Y a 1450 rpm?
Qt(1750) = 45·1750/1000 = 78,75 L/min ⇒ Q = 78,75·0,92 = 72,45 L/min
Qt(1450) = 65,25 L/min ⇒ Q = 60,03 L/min
Ejercicio 2: ¿Qué cilindrada hace falta para 60 L/min reales a 1450 rpm con ηv = 0,94?
Vg = 60·1000 / (1450·0,94) = 44,02 cm³/rev (se elegiría el tamaño comercial inmediato superior).
Ejercicio 3: Una bomba trabaja a 250 bar con 25 L/min y un rendimiento total de 0,88, a 1450 rpm. Calcula Peje, el par y el motor normalizado (11; 15; 18,5 kW).
Peje = 250·25/600/0,88 = 11,84 kW → motor de 15 kW (el de 11 kW queda justo en el límite, se prefiere margen).
T = 11,84·60000/(2π·1450) = 78,0 N·m
Ejercicio 4: Con el desgaste, la fuga interna de una bomba a 160 bar sube de 1,5 a 6 L/min. ¿Cuánto calor adicional genera? Si el tanque tiene 100 L sin enfriador, ¿cuánto sube la temperatura por minuto? (ρ·c = 1,615 MJ/(m³·K))
Calor antes = 160·1,5/600 = 0,40 kW ; después = 160·6/600 = 1,60 kW ⇒ adicional 1,20 kW
ΔT/min = 1200·60 / (1,615×106·0,1) = 0,45 °C/min (sin disipación al ambiente, peor caso).
Ejercicio 5: Una línea de succión de 32 mm lleva 36 L/min. ¿Qué velocidad tiene el aceite? Si se cambia por una de 20 mm, ¿qué velocidad tendrá y cuántas veces mayor será la caída de presión por fricción en régimen laminar (Δp ∝ v/d²)?
v(32 mm) = 36/60000 / (π·0,032²/4) = 0,75 m/s ; v(20 mm) = 1,91 m/s (supera los 1,5 m/s recomendados)
Δp ∝ v/d² ∝ Q/d⁴ ⇒ (32/20)4 = 6,55 veces mayor.
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