Bomba de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo
¿Qué es una bomba de tornillo de engranajes de desplazamiento positivo?
Una bomba de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo es un tipo de bomba de tornillo que consta de dos tornillos y un engranaje de sincronización. Un tornillo es el impulsor, mientras que el otro es el impulsado. Los tornillos se engranan para presionar el líquido y moverlo dentro del sistema de bombeo. Un motor eléctrico proporciona el movimiento giratorio necesario al tornillo impulsor acoplado a su eje. El tornillo impulsor hace girar el engranaje de sincronización, haciendo girar el tornillo impulsado de modo que los conjuntos de rotor macho y hembra no creen contacto de metal con metal. Como tal, el engranaje de sincronización transmite el movimiento del tornillo impulsor al tornillo conducido, que gira alrededor de su eje y en sentido opuesto al engranaje impulsor.
Estas bombas son autocebantes, tienen una mejor capacidad de aspiración y requieren menos mantenimiento para el mismo rango de velocidades; por lo tanto, son uno de los tipos de bombas más fiables para muchas operaciones. Los fabricantes de bombas de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo diseñan estas bombas para obtener un rendimiento excelente en muchas aplicaciones, como las industrias marina y petroquímica, la generación de energía, el procesamiento de alimentos, etc.
Figura: que muestra la configuración de una bomba de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo
Las bombas de engranajes helicoidales de desplazamiento positivo tienen muchas características atractivas, como la capacidad de funcionar a una amplia gama de velocidades, funcionar en seco durante poco tiempo y tolerar la contaminación. También tiene un bajo requisito de altura de aspiración de presión neta y puede manejar fluidos con diferentes viscosidades y flujo de alto volumen.
Componentes de una bomba de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo
Carcasa
La carcasa de la bomba es la parte que aloja los tornillos, el engranaje de distribución, el alojamiento del cojinete y otros componentes internos de la bomba. También lleva los puertos de entrada y salida. Las carcasas de las bombas suelen ser de hierro fundido porque es más barato. Sin embargo, también puede ser de acero al carbono, acero inoxidable y aleaciones de aluminio.
Figura: diversos componentes de una bomba de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo
Tornillo de arrastre
El tornillo de inmersión, o el rotor macho, por un lado, se conecta al eje del motor eléctrico y a un engranaje de sincronización en el otro extremo. La función principal del tornillo impulsor es hacer girar el tornillo impulsado a través de un engranaje de sincronización. Los fabricantes de bombas de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo producen tornillos impulsores principalmente a partir de materiales de acero, incluyendo acero de alta resistencia, acero aleado, acero endurecido y acero tratado superficialmente.
Tornillo motor
Los tornillos accionados o el rotor hembra encajan bien con el tornillo de accionamiento. También tiene una zona libre constante que ayuda a atrapar el líquido dentro del espacio restringido. Recibe el movimiento giratorio del engranaje de sincronización, girando dentro de su eje y en sentido contrario. El tornillo de arrastre también se fabrica con acero de alta resistencia, acero aleado y acero endurecido porque estos materiales son fuertes y pueden resistir las vibraciones.
Engranaje de distribución
El engranaje de sincronización es el enlace entre el tornillo de arrastre y los tornillos accionados. Su función principal es hacer girar el tornillo motriz y garantizar que el tornillo impulsor no cree contacto metal con metal con el tornillo impulsado. El engranaje de sincronización obtiene el movimiento de rotación del tornillo de arrastre y lo transmite al tornillo accionado.
Eje motriz
El eje motriz conecta el motor principal (es decir, el motor eléctrico) y el conjunto de la bomba. Está unido al eje del motor y al tornillo impulsor mediante un conjunto de acoplamientos flexibles. Facilita la rotación del tornillo impulsor cuando el motor está en marcha.
Rodamiento
Los tornillos de la bomba se apoyan sobre cojinetes en ambos extremos. Los cojinetes ayudan a mantener alineados los componentes de la bomba. Soportan la masa del tornillo y las cargas hidráulicas impuestas sobre la tripulación, el eje motriz y las cargas debidas al acoplamiento del eje o a la transmisión por correa. Ayudan a mantener el movimiento axial y lateral del tornillo dentro de límites aceptables. En la mayoría de los casos, el cojinete de la bomba es el fluido de bombeo que lubrica los cojinetes. Forman parte del equilibrio del empuje axial de la bomba, ya que la presión de descarga en un lado del cojinete y la presión de aspiración en el otro lado se anulan al suministrar líquido para refrigeración y lubricación.
Chaqueta refrigerante
Una camisa de refrigeración, también llamada generador de caudal, garantiza un caudal adecuado de agua a través de la superficie del motor para refrigerarlo. Se utiliza cuando la instalación de la bomba está en aguas abiertas, donde no hay ningún pozo que guíe el agua sobre la superficie del motor.
Válvula limitadora de presión
La función de las válvulas limitadoras de presión es proteger la bomba de sobrepresiones que pueden dañar sus componentes internos. Las bombas de tornillo generan mucha presión durante su funcionamiento, y las válvulas limitadoras de presión ayudan a devolver la presión extra a la aspiración.
Juntas de aire
Las juntas impiden la entrada de aire en la bomba cuando ésta se encuentra en condiciones de vacío.
Puertos de entrada y salida
Los puertos de entrada y salida de las bombas de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo son diferentes. La bomba aspira líquido a través del puerto de entrada y lo descarga a través del puerto de salida. Los fabricantes de bombas de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo diseñan el puerto de entrada y salida para mantener suficiente medio líquido cuando la bomba se detiene eventualmente. Esto ayuda a garantizar que el tubo de aspiración no se seque rápidamente.
Figura: Componentes de una bomba de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo.
¿Cómo funciona una bomba de tornillo de engranajes de desplazamiento positivo?
Cuando los motores eléctricos se ponen en marcha, el eje motriz transfiere el par al tornillo conductor a través de un acoplamiento flexible. El tornillo impulsor hace girar el engranaje de sincronización, y éste transmite esa rotación a los tornillos impulsados. A medida que los tornillos giran en sentido opuesto, sus perfiles se engranan, creando cavidades herméticas que ayudan a atrapar y transportar el fluido desde el orificio de succión hasta el de descarga. El volumen atrapado disminuye hacia el lado de descarga acumulando una presión elevada para superar la contrapresión aguas abajo del sistema. Las cavidades de la bomba se abren y cierran suavemente, lo que da como resultado un funcionamiento silencioso de la bomba y una descarga con bajas pulsaciones. Los tornillos giran con una holgura radial significativa respecto al orificio, lo que elimina el desgaste abrasivo y mejora la idoneidad de la bomba para el trasvase de fluidos con baja lubricidad.
Figura: Funcionamiento de una bomba de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo.
Tipos de bombas de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo
Generalmente, el diseño de las bombas de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo es de aspiración simple, lo que significa que el líquido entra por un lado y sale por el otro. Sin embargo, pueden clasificarse como bombas de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo horizontales o verticales.
Bombas de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo horizontal
Los tornillos impulsores y los tornillos de accionamiento en una bomba de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo horizontal están orientados horizontalmente.
Figura: bomba de engranajes de tornillo horizontal de desplazamiento positivo
Bombas verticales de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo
Los tipos verticales de bombas de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo tienen tornillos y ejes de accionamiento orientados verticalmente.
Figura: bomba vertical de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo
Aplicaciones de una bomba de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo
Las bombas de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo se utilizan en muchas aplicaciones, como procesos alimentarios, secado de alimentos, productos lácteos, bebidas y cosméticos, productos farmacéuticos, productos químicos, petróleo, fabricación, gas y minería. Los usos típicos incluyen
- Las bombas de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo se utilizan para bombear fluidos muy viscosos y fluidos poco viscosos a alta presión.
- También se utilizan en aplicaciones de alta potencia, como la transferencia de aceite lubricante por peso.
- También se aplican a la transferencia de productos estructurales sensibles.
- También se utilizan en aplicaciones que requieren un flujo sin pulsaciones.
- Las bombas de engranajes helicoidales de desplazamiento positivo también se aplican en el recubrimiento a gran escala, como en el caso de los recubridores de vidrio arquitectónico.
- Se utilizan en los buques para trasladar el fuelóleo desde el tanque de doble fondo hasta los tanques de decantación.
- Se utilizan como bombas de desbaste para bombas de alto vacío.
- También se utilizan en hornos de vacío para quemar y herrar.
- También se utilizan en el sistema hidráulico para generar y vencer la presión.
- También se utiliza para la lubricación y el bombeo multifásico.
- También se utilizan en máquinas-herramienta, molinos de viento y prensas.
- Pueden utilizarse para fluidos sensibles al cizallamiento, fluidos no newtonianos y emulsiones, ya que experimentan bajas velocidades de cizallamiento durante su funcionamiento.
Ventajas de la bomba de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo
- Las bombas de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo son altamente fiables para una gran variedad de operaciones.
- Tienen una gran versatilidad de aplicación, ya que pueden utilizarse en diversas aplicaciones.
- Tienen mejor capacidad de succión.
- Son autocebantes y pueden funcionar con baja presión de aspiración.
- Proporcionan un funcionamiento y una descarga sin pulsaciones.
- La bomba requiere un mantenimiento mínimo; su diseño es muy resistente al desgaste abrasivo, y el engranaje de sincronización evita cualquier contacto entre los tornillos, que provoca su desgaste.
- Son perfectas para fluidos viscosos y líquidos multifásicos, y mezclas de gases.
- Bombean fluido con propiedades lubricantes, por lo que no requieren servicio de lubricación.
- Son tolerantes a los gases y pueden manipular fluidos con gases arrastrados sin bloqueo de vapor.
- También pueden funcionar a la máxima velocidad de flujo.
Desventajas de la bomba de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo
- Los costes iniciales de adquisición e instalación pueden ser muy elevados.
- Requieren la instalación de un balasto de gas para transferir el gas ligero.
- Si se utilizan para bombear gases ligeros sin un lastre de gas, dan lugar a una baja velocidad de bombeo y a una menor presión final.
- No es fácil reducir el caudal de bombeo por debajo de 50 metros cúbicos por hora.
Resolución de problemas de una bomba de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo
La bomba no puede autocebarse
- El sentido de giro del motor es incorrecto. Compruebe el sentido de giro del motor e inviértalo si es necesario. Asegúrese de que la rotación del motor coincide con la flecha indicada en la placa de características por el fabricante de la bomba de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo.
La bomba ha aumentado el ruido y las vibraciones
- Hay desgaste en los componentes internos de la bomba. Inspeccione los tornillos, los cojinetes y la carcasa en busca de desgaste y sustitúyalos si es necesario.
- Algunas piezas de la bomba están en contacto. Compruebe si algunas piezas de la bomba están en contacto correcto.
- Hay un bloqueo del sistema. Inspeccione el sistema en busca de obstrucciones y asegúrese de que las válvulas funcionan tanto en el lado de aspiración como en el de descarga.
- La válvula de seguridad se abre y se cierra rápidamente. Aumente la presión de ajuste de la válvula de alivio de acuerdo con la guía del fabricante de la bomba.
La bomba emite una descarga de baja presión
- La bomba no cumple el NPSH del fabricante de la bomba. Aumente la presión de aspiración y el nivel del depósito de aspiración o reduzca la velocidad de la bomba.
- Los tornillos están desgastados. Inspeccione y sustituya los tornillos si es necesario.
- Hay demasiada entrada de aire en la bomba. Compruebe el desgaste y la entrada de aire en las conexiones de las tuberías.
La bomba aspira demasiado aire
- Las conexiones de las tuberías están muy desgastadas. Inspeccione, repare o sustituya la conexión de la tubería.
- Estanqueidad defectuosa en la boca de aspiración. Inspeccione y repare la junta de la bomba.
- La velocidad de la bomba es baja. Aumente la velocidad de la bomba al nivel recomendado por el fabricante de la bomba de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo.
Resumen
Una bomba de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo consta de dos tornillos y un engranaje de sincronización. El engranaje de sincronización conecta los tornillos impulsor y accionado de forma que no se produzca contacto entre metales, lo que evita daños en la bomba. Los tornillos impulsor y accionado se engranan para presionar el líquido y moverlo dentro del sistema de bombeo. Durante el funcionamiento, un motor eléctrico proporciona la potencia mecánica necesaria para hacer girar el tornillo impulsor, que a su vez hace girar el engranaje de sincronización. Y el engranaje de sincronización transmite el movimiento giratorio al engranaje del tornillo, haciendo que gire en sentido contrario al del tornillo impulsor. Al girar los tornillos, sus perfiles se entrecruzan, creando cavidades estancas que ayudan a atrapar y transportar el fluido desde la boca de aspiración hasta la de descarga. Los fabricantes de bombas de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo diseñan las bombas para que funcionen de forma excelente en muchas aplicaciones, como las industrias marina y petroquímica, la generación de energía y el procesamiento de alimentos. El diseño de esta bomba es exclusivamente de aspiración simple, pero las bombas están disponibles en configuraciones horizontales y verticales.
Las bombas de engranajes de tornillo de desplazamiento positivo están equipadas con una gran capacidad de aspiración y son muy fiables y versátiles en sus aplicaciones. Son autocebantes y pueden manejar líquidos con gas arrastrado sin bloqueo de vapor. Además, funcionan de forma silenciosa y pueden proporcionar una descarga sin pulsaciones. Sin embargo, no pueden funcionar en seco durante demasiado tiempo, ya que el funcionamiento en seco puede dañar la bomba, y son caras de adquirir.