Bombas Hidráulicas De Desplazamiento Positivo.
Introducción:
Siempre que tratemos temas acerca de la circulación de los fluidos estamos de alguna manera entrando en el tema de las bombas.
El funcionamiento en si de la bomba será el de un convertidor de energía , o sea, transformara la energía mecánica en energía cinética ,generando presión y velocidad en el fluido. Existen muchos tipos de bombas para diferentes aplicaciones.
Una bomba hidráulica es una máquina
generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que
es accionada en energía del fluido incompresible que mueve. El fluido
incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos. Al
incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su
altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general,
una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo
energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor
presión o altitud a otra de mayor presión o altitud.
Clasificación:
Las bombas de desplazamiento se suelen dividir en cuatro clases generales: 1) de potencia reciprocante, 2) de vapor 3) rotatorias y 4) sin pistones. Una bomba de potencia es una bomba reciprocante impulsada por una fuente de energía externa aplicada al cigüeñal de la bomba. una bomba de vapor es una bomba reciprocante y una máquina de vapor construidas como una sola unidad. la potencia para accionar la bomba la suministra la máquina de vapor. una bomba rotatoria es una bomba de desplazamiento positivo y consta de una carcasa fija en la cual están alojados engranes, excéntricas, tornillos, paletas, émbolos buzo o elementos similares, accionados por la rotación del árbol impulsor. Estas bombas se caracterizan por sus ajustadas holguras de funcionamiento y por la ausencia de válvulas de succión y de descarga. Frecuentemente, las bombas rotatorias sólo se lubrican con el fluido que se bombea. En las bombas sin pistones se utiliza la presión directa de aire, gas o vapor sobre el fluido que se bombea.
En este caso hablaremos de una clasificación que sera el tema central de este informe y que a continuación se presenta en el siguiente esquema.
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Bombas De Engranajes.
La bomba de engranes se denomina también "caballo de carga" y se puede asegurar que es una de las más utilizadas. La capacidad puede ser grande o pequeña y su costo variará con su capacidad de presión y volumen. Además la simplicidad de su construcción permite esta ventaja de precio. Las bombas de engranes exhiben buenas capacidades de vacío a la entrada y para las situaciones normales también son autocebantes; otra característica importante es la cantidad relativamente pequeña de pulsación en el volumen producido. En este tipo de bombas de engrane, el engranado de cada combinación de engranes o dientes producirán una unidad o pulso de presión.
La bomba de engranajes tiene dos ruedas dentadas iguales, estas se ajustan al cuerpo de la bomba o estator. El rotor es la rueda conductora y el elemento desplazante es la rueda conducida.
Entre los puntos de funcionamiento se destacan los siguientes:
- La bomba nunca girará en seco.
- Se accionan por un motor eléctrico y giran a elevada velocidad.
- En la cavidad de aspiración, el líquido llena los espacios entre los dientes de ambas ruedas dentadas, después estos volúmenes se aíslan y desplazan por unos arcos de circunferencia a la parte de descarga de la bomba.
- El volumen útil de una cámara de trabajo debe considerarse es el correspondiente al del diente y no al del hueco.
Rotativas de engranajes internos.
Disponen de dos engranajes, uno interno cuyos dientes miran hacía el exterior, y otro externo con los dientes hacía el centro de la bomba, de tal forma que los dientes quedan enfrentados.
El eje motriz arrastra el engranaje interno. Entre los dos engranajes, hay una pieza de separación en forma de media luna (de color negro en el esquema de la derecha), situada entre los orificios de entrada y salida, donde la holgura entre los dientes de los engranajes interno y externo es máxima. Ambos engranajes giran en la misma dirección, pero el interno, al tener un diente más, es más lento que el externo.
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El fluido hidráulico se introduce en la bomba en el punto en que los dientes de los engranajes empiezan a separarse, y es empujado hacia la salida por el espacio existente entre la semiluna y los dientes de ambos engranajes.
La estanqueidad se consigue entre el extremo de los dientes y la semiluna; posteriormente, en el orificio de salida, los dientes de los engranajes se entrelazan, reduciendo el volumen de la cámara y forzando al fluido a salir de la bomba.
La estanqueidad se consigue entre el extremo de los dientes y la semiluna; posteriormente, en el orificio de salida, los dientes de los engranajes se entrelazan, reduciendo el volumen de la cámara y forzando al fluido a salir de la bomba.
Rotativas de engranajes externos.
Generalmente están alimentadas por un motor eléctrico. Su construcción es simple, los ejes de ambos engranajes están soportados por cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo.Producen caudal al transportar el fluido entre los dientes de dos engranajes acoplados. Uno de ellos es accionado por el eje de la bomba (motriz), y éste hace girar al otro (libre). El piñón motriz es impulsado según se indica en la figura, haciendo girar al piñón libre en sentido contrario. En la cámara de admisión se produce una depresión que provoca la aspiración del fluido desde el depósito. Que debido al efecto del engrane de los piñones provoca el aumento de presión en él.
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- Son las bombas más ruidosas del mercado. Por lo que no se emplean en aplicaciones fijas e interiores, donde la producción de ruido puede afectar a la salud los operarios que trabajan con ellas. Su uso se circunscribe a maquinaria móvil, agricultura, obras públicas y minería, aplicaciones en las que el nivel sonoro no es determinante y que utilizan fluidos hidráulicos a los que se les dedica pocas atenciones de mantenimiento.
Son similares a las bombas de engranajes externos, sin embargo difieren de ellas en el mecanismo de accionamiento. Ambos engranajes tienen sólo tres dientes mucho más anchos y redondeados que los de una bomba de engranajes externos y están accionados independientemente por un sistema externo a la cámara de bombeo.
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Ofrecen un mayor desplazamiento, pero su coste es más elevado y tienen inferiores prestaciones de presión y velocidad que las bombas de engranajes, producen un caudal más pulsatorio.
- Este tipo de bomba es la más adecuada para usarla con fluidos sensibles a la cortadura, así como para fluidos con gases o partículas atrapadas. Su elevado coste y sus bajas prestaciones de caudal y presión la inutilizan para ser empleada en sistemas oleohidráulicos.
Rotativas de lóbulos internos.
Combinan un engranaje interno dentro de otro externo. El engranaje interno está enchavetado en el eje y lleva un diente menos que el exterior. Ambos engranajes giran en el mismo sentido, cada diente del engranaje interno está en constante contacto con el engranaje externo, pero con un diente de más, por lo que el externo gira más lento.
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Los espacios entre los dientes giratorios aumentan durante la primera mitad de cada giro, aspirando el fluido. Cuando estos espacios disminuyen en la segunda mitad del ciclo, impulsan al fluido aumentando su presión.
- Este tipo de bombas presenta mayor eficiencia volumétrica que la de semiluna a bajas velocidades. Siendo bastante sensible a los contaminantes.
Características técnicas.
- Son autoaspirantes, es decir ellas mismas crean el vacío.
- Pueden tener gran cantidad de capacidad.
- Son accionadas por un motor eléctrico y trabajan a altas velocidades.
- Proporcionan un flujo uniforme
- Pocas partes móviles
- Flujo constante dentro de ciertos límites para carga variable
- Descarga baja
- Construcción compacta
- Desplazamiento rotativo.
- Alto rendimiento y altas temperaturas.
Bombas de paletas.
Las bombas de paletas tienen un conjunto de aletas con cinemática radial. Las aletas deslizan u oscilan en un cilindro hueco con ranuras radiales en el rotor. Respecto al eje del cuerpo de la bomba está colocado de forma excéntrica el rotor, respecto al que durante la rotación las aletas realizan movimientos alternativos o de vaivén.
Bombas de paletas.
Las bombas de paletas tienen un conjunto de aletas con cinemática radial. Las aletas deslizan u oscilan en un cilindro hueco con ranuras radiales en el rotor. Respecto al eje del cuerpo de la bomba está colocado de forma excéntrica el rotor, respecto al que durante la rotación las aletas realizan movimientos alternativos o de vaivén.
Bombas de paletas desequilibradas o de eje excéntrico
Un rotor con ranuras es girado por la flecha impulsora. Las paletas planas rectangulares se mueven por la fuerza centrífuga dentro de las ranuras del rotor y siguen a la forma de la carcasa de la bomba. El rotor está colocado excéntrico con respecto al eje de la bomba. El deslizamiento de contacto entre las superficies de paletas y carcaza generan desgaste.
Bombas de paletas equilibradas de 1000 lb/plg2 de presión (Vickers)
Son bombas de paletas equilibradas y la carga hidráulica queda completamente dentro de la unidad de carcaza de la bomba. Están compuestas por dos bujes, un rotor, varias paletas, un anillo de leva y una espiga de localización. Estas bombas pueden girar en ambos sentidos según su necesidad.
Al sustituir el anillo de levas con uno más grande o uno más pequeño, se pueden tener diversos volúmenes de rendimiento o salida de la bomba, pero en ciertas conversiones, el rotor, las paletas y el cabezal también deben cambiarse para acomodar el nuevo anillo. Estas bombas tienen una gran aceptación en las industrias.
Bombas de paletas flexibles
Las paletas flexibles están montadas sobre un rotor de elastómero y dentro de una caja cilíndrica. En esta caja va un bloque en media luna que procura un paso excéntrico para el barrido de las paletas flexibles de rotor. Su bombeo maneja productos livianos, viscosos, sensibles al esfuerzo de corte y con partículas.
Bombas de paletas deslizantes
La mayoría de las bombas de paletas deslizantes son de una cámara. Estas máquinas son de gran velocidad, de capacidades pequeñas o moderadas y sirven para fluidos poco viscosos.
Según la forma de la caja hay también bombas de paletas deslizantes de doble o triple cámara.
Bombas de paletas fijas
No se utilizan en sistemas hidráulicos por su pequeña cilindrada y por ser ruidosas. Tienen el rotor elíptico, anillo circular y paletas fijas internamente.
Grado de hermeticidad
No tienen el mismo grado de hermeticidad como otras bombas rotativas y para mejorar el grado de hermeticidad se puede realizar elevando el número de paletas.
Estas son una a una las partes de una bomba de paletas:
- Entrada a la bomba de paletas.
- Salida de la bomba de paletas.
- Cuerpo de la bomba de paletas.
- Distancia entre los dos ejes.
- Distancia máxima entre rotor y estator.
- Cámara de trabajo.
- Espesor de las paletas.
- Diámetro del rotor.
- Diámetro del estator.
No tienen el mismo grado de hermeticidad como otras bombas rotativas y para mejorar el grado de hermeticidad se puede realizar elevando el número de paletas.
Estas son una a una las partes de una bomba de paletas:
- Entrada a la bomba de paletas.
Función de las bombas de paletas.
En los extremos de la bomba de paletas se aprietan en el interior el estator y las paletas deslizan por él. La cámara de trabajo es llenada entre dos paletas contiguas, el estator y el rotor. Durante el giro rotor el volumen de producto aumenta hasta alcanzar un valor máximo que tras alcanzar este se cierra para trasladar el producto a la cavidad de impulsión de la bomba A la par se inicia el desalojo del líquido de la cámara de trabajo en una cantidad igual a su volumen útil. No tienen el mismo grado de hermeticidad como otras bombas rotativas y para mejorar el grado de hermeticidad se puede realizar elevando el número de paletas.
El accionamiento se efectúa por medio de un eje estriado que engrana con el estriado interior del rotor. Hay diversos diseños para conseguir el contacto entre la paleta y el anillo; en unos se utiliza la propia fuerza centrifuga que les imprime el giro del rotor, en estos modelos se requiere una velocidad mínima de giro para garantizar el correcto apoyo de la paleta sobre el anillo; en otros modelos esta fuerza centrífuga se refuerza con unos muelles colocados entre la paleta y su alojamiento en el rotor, esto disminuye la velocidad mínima necesaria para el apoyo; otros modelos utilizan una reducida presión hidráulica para empujar la paleta.
Las bombas de paletas son relativamente pequeñas en función de las potencias que desarrollan y su tolerancia al contaminante es bastante aceptable.
El aceite entra por el lado izquierdo, donde es recogido por las paletas que se abren por la fuerza centrifuga y es impulsado hacia el lado de presión por las mismas hasta incorporarse a la salida de presión. unas ranuras especiales en el rotor, conectan el lado de presión con la parte inferior de las paletas para ayudar a la fuerza centrifuga a impulsarlas hacia fuera.
La aspiración se produce al incrementar el volumen de la cámara durante el giro.
Cuanto menores sen las tolerancias entre el extremo de la paleta y el anillo y entre estas y las placas de presión, mejor será el rendimiento de la bomba.
De todas formas se ha de mantener una cierta tolerancia en las zonas de rozamiento, por ello es importante que la fuerza que la paleta ejerce sobre el anillo no sea excesiva ya que entonces se rompería la película de lubricante y se produciría contacto entre el extremo de la paleta y el anillo.
Las lumbreras de entrada y salida del aceite están situadas en los laterales del rotor y a su lado podemos observar las ranuras que dan presión al fondo de las paletas.
Características técnicas.
En la gran variedad de bombas de paletas encontramos las siguientes características:
-
Las bombas de paletas son usadas en instalaciones con una presión máxima de 200 bar.
-
Un caudal uniforme (libre de pulsos) y un bajo nivel de ruido.
-
El anillo estator es de forma circular y excéntrico con respecto al rotor. Esta excentricidad determina el desplazamiento (caudal).
-
Cuando la excentricidad sea cero no existe un caudal, por lo tanto, no se entregará líquido al sistema. Esto permite regular el caudal de las bombas de paletas.
-
Las paletas son la parte delicada en este tipo de bombas.
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En la gran variedad de bombas de paletas encontramos las siguientes características:
- Las bombas de paletas son usadas en instalaciones con una presión máxima de 200 bar.
- Un caudal uniforme (libre de pulsos) y un bajo nivel de ruido.
- El anillo estator es de forma circular y excéntrico con respecto al rotor. Esta excentricidad determina el desplazamiento (caudal).
- Cuando la excentricidad sea cero no existe un caudal, por lo tanto, no se entregará líquido al sistema. Esto permite regular el caudal de las bombas de paletas.
- Las paletas son la parte delicada en este tipo de bombas.
Bombas de pistones.
Es una bomba hidráulica que genera el movimiento en el mismo mediante el movimiento de un pistón. Parte del mecanismo gira alrededor de un eje motor que crea un movimiento oscilante del pistón, haciendo que este aspira el fluido hacia el interior del cilindro en la carrera de expansión y expulsarlo en la carrera de compresión.
De pistones axiales.
Las bombas de pistones axiales son de tipo volumétrico, es decir,generan un cierto caudal de aceite en cada rotación completa de la misma. Su principio de funcionamiento es simple a la vez que ingenioso, está basado en el movimiento axial, paralelo al eje de la bomba, producido por un pistón dentro de su alojamiento o cilindro en cada rotación de la bomba. Este desplazamiento se consigue mediante el deslizamiento de la base del pistón sobre una placa que permanece inclinada mientras el pistón gira, solidario con el eje de la bomba, alrededor del centro de la placa. El fluido a bombear llega a la bomba por el lado de baja presión que no es más que aquel sector en el que los pistones realizan la aspiración y es transportado hacia el lado de alta presión. Para aumentar la eficiencia de la bomba, suministrando más volumen por vuelta, la bomba se compone no de uno si no de varios pistones que simultáneamente bombean el fluido hidráulico en cada vuelta de la misma.
Principio de funcionamiento de la bomba de pistones axiales
En una vuelta, cada pistón efectúa una carrera completa pasando por el punto muerto superior, momento en el cual comienza la zona de aspiración o baja presión y llegando al punto muerto inferior que es dónde comienza la zona de alta presión.
El fluido bombeado atraviesa las ranuras de la placa de mando hacia adentro en el lado de aspiración y hacia afuera en el lado de impulsión.
La placa inclinada se desliza fácilmente por medio de dos apoyos laterales y es mantenida en la posición cero o posición vertical por medio de un resorte que la mantiene en esta posición hasta que un pistón de posicionamiento comandado hidráulicamente la inclina en función de la presión medida en el conducto de salida. La siguiente figura muestra un esquema de funcionamiento del regulador hidráulico de presión que suelen acompañar a este tipo de bombas.
Bombas de pistones radiales.
Las bombas hidráulicas rotativas de pistones radiales, pueden clasificarse en general según sus válvulas sean de asiento o rotativas. Las bombas multicilíndricas de pistones en línea tienen invariablemente sus válvulas de asiento. En las bombas radiales, los asientos pueden ser de válvulas de bola, de platillo o de asiento cónico.
Si los cilindros giran, las válvulas son de tipo rotativo o "deslizante" y son hermetizadas por una película de aceite entre las superficies móviles y estacionarias.
Las bombas que poseen válvulas rotativas son algo diferentes que las que poseen válvulas de asiento, siendo inevitable cierto resbalamiento a presiones altas, debido a la fuga de aceite a través del juego en las válvulas.
Además las presiones de trabajo de las bombas de válvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de mantener altas eficiencias volumétricas a una presión constante y además por el riesgo, de "agarrotamiento " de las válvulas bajo la acción de cargas excesivas.
Por tal razón las bombas de muy alta presión tienen válvulas de asiento, por lo que sus pistones no giran, y esta es la disposición clásica de las bombas de caudal fijo, o sea, de suministro constante. Las bombas alternativas de descarga constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros estacionarios.
Función bomba de pistones radiales.
El mecanismo básico de estos dispositivos es siempre una placa matriz circular rotando oblicuamente en un eje.
Al girar el eje, comunica un movimiento circular al bloque de cilindros. Este movimiento en conjunto con la inclinación de la placa, determina que el pistón desarrolle internamente en el cilindro un movimiento alternativo que permite el desarrollo de los procesos de aspiración y descarga. Este grupo de pistones giratorio se instala en el eje de entrada y es impulsado por el motor.
En la primera parte del proceso, los pistones se retraen provocando un aumento de volumen y una disminución de la presión con lo que se genera la aspiración. En la segunda etapa, los pistones comienzan a entrar y con esto se disminuye el volumen y como consecuencia se produce la descarga.
Si fuera posible variar la inclinación de la placa, la bomba será de caudal variable.
Las correderas del pistón pivotean y se deslizan por una arandela endurecida llamada arandela de empuje.
La arandela de empuje se sitúa en el plato distribuidor. Éste pivotea sobre dos pasadores de soporte y controla la salida de la bomba. Cuando el operador mueve el pedal de control de tracción para aumentar la velocidad de desplazamiento, el ángulo del plato distribuidor se acentúa.
A medida que gira el grupo de pistones, estos se mueven hacia adentro y hacia fuera de sus orificios y bombean el aceite. La cantidad de aceite bombeada es controlada por el ángulo del plato distribuidor.
Partes de una bomba de pistones axial.
- Tapa de válvula - permite acceso fácil a la válvula de chequeo sin remover las mangueras. Fácil para servicio.
- Cilindro de fuera de borda - Embalaje de pistón puede ser inspeccionado o remplazado sin remover las mangueras.
- Sellos de carcasa - Están cubiertos en una cavidad grasosa para evitar la contaminación.
- Válvula de cheque- Sello anillado
- Sellos de rodamientos de pistón universal- Tres empaquetados de extremos en "V" diseños dinámicos, palanca primaria en "V" empaquetada y palanca secundaria de sellos anillados trabaja en unísono para ofrecer protección múltiple entre el extremo mojado y la palanca.
- Carcasas estándar- Los cigüeñales estándares solos y dobles de la bomba del pistón son universales en la línea de Múltiples comunes o Independientes
-Diseño higiénico.
-Trabajo en vacío.
-Puede trabajar con altas temperaturas incluso mayores a 120°C
-Trabaja con:
-Caudales desde: 20 a 60 l/min
-Presiones de: 250 a 300 bars
-Velocidades de: 1500 a 1800 rpm
-El aceite utilizado pueden contener pequeñas partículas siempre respetando la norma adecuada.
-Solamente tienen un sentido de giro, por ello un sentido para dirigir al aceite.
-Producen muy poco ruido.
Resumen.
El buen conocimiento de los sistemas hidráulicos en general,ayuda en gran medida en el diagnóstico y resolución de las averías provocadas por los mismos. Las diversas formas de generación de la energía hidráulica son un buen comienzo para el estudio de estos sistemas. El estado de la técnica en este campo es muy amplio, es difícil abarcar toda la tecnología que hoy en día tenemos a nuestro alcance. De momento, podemos centrarnos en aquellos equipos hidráulicos que de forma más habitual podemos encontrar en la industria una bomba hidráulica.
Podemos definir el concepto de bomba como un dispositivo que convierte la energía mecánica, disponible en el eje de un motor eléctrico, en energía hidráulica disponible en forma de caudal del líquido bombeado, en este caso aceite hidráulico. Cabe mencionar un concepto que, aún siendo muy básico, es de vital importancia para el buen conocimiento de un sistema hidráulico, una bomba, sea del tipo que sea produce simplemente un caudal, en ningún momento genera presión, la presión en un circuito hidráulico sólo y exclusivamente se genera cuando el fluido bombeado encuentra una resistencia, ya sea en forma de pérdida de carga, fuerzas a vencer, etc. Esta idea es válida tanto para las bombas no volumétricas (por ejemplo las centrífugas) como para las volumétricas.
La clasificación de las bombas la presentamos pensando en las bombas que se utilizan con mayor frecuencia como lo son las siguientes:
La bomba de engranes es una de las más utilizadas, tiene dos ruedas dentadas iguales, estas se ajustan al cuerpo de la bomba o estator. El rotor es la rueda conductora y el elemento desplazante es la rueda conducida.
Las bombas hidráulicas de engranes a su ves puede tener variaciones tales como las bombas de engranes externos de baja y alta presión, en estas primeras conforme los dientes de los 2 piñones se separan, se formará una cavidad y se producirá un vacío en el orificio de entrada, uno de estos piñones se encuentra colocado excéntricamente con respecto al cuerpo de la bomba.Las bombas de engranes internos también llamadas de media lunafuncionan gracias a un engrane externo cuyos dientes miran hacia el centro de la bomba en el cual engrana uno interno de menor tamaño, del cual sus dientes están hacia el exterior de la bomba. Tienen la desventaja de solo poder trabajar con pequeñas cantidades de engranes.
Las bombas de paletas con eje excéntrico, puesto que tienen un funcionamiento sencillo. Consta de un rotor con ranuras radiales, en las cuales se encuentran las paletas rectangulares encargadas de trasportar el aceite.
Las bombas de paletas desequilibradas tienen un rotor con ranuras es girado por la flecha impulsora. Las paletas planas rectangulares se mueven por la fuerza centrífuga dentro de las ranuras del rotor y siguen a la forma de la carcasa de la bomba. El rotor está colocado excéntrico con respecto al eje de la bomba. El deslizamiento de contacto entre las superficies de paletas y carcaza generan desgaste.
Son bombas de paletas equilibradas y la carga hidráulica queda completamente dentro de la unidad de carcaza de la bomba. Están compuestas por dos bujes, un rotor, varias paletas, un anillo de leva y una espiga de localización. Estas bombas pueden girar en ambos sentidos según su necesidad.
Las bombas de pistón mas conocidas son las bombas de pistón radial este sistema los pistones se desplazan de manera radial dentro del cuerpo de la bomba, el cual gira alrededor de una flecha. Y las bombas de pistón axial como su nombre lo dice los pistones se deslizan de manera axial sobre un plano paralelo al eje de la flecha impulsora.
Pueden existir un gran número de diseños diferentes, estos modelos son generados dependiendo de las necesidades del sistema, ya sea, tamaño de la bomba, el caudal necesario, la presión utilizada, etc.
Liga para resolver cuestionario de aprendizaje.
https://docs.google.com/forms/d/1thQrufasSEBz-1FFgGeHKBPrt6ff62YOHTg94ObiSCw/viewform
Bibliografia.
http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4918/html/42_rotativas_de_engranajes_internos.html
http://www.ecured.cu/index.php/Bomba_de_paletas
http://www.sapiensman.com/neumatica/neumatica_hidraulica9-A.htm
http://areamecanica.wordpress.com/2012/04/12/ingenieria-mecanica-bomba-de-caudal-variable-de-pistones-axiales/
