Bomba de tornillo
Introducción
Una bomba de tornillo es un tipo de bomba de desplazamiento positivo. También se conoce como bomba de agua de tornillo. Como su nombre indica, esta bomba utiliza un tornillo para transportar fluidos a lo largo de su eje. Los tornillos de la bomba se entrelazan para crear una presión que mueve el fluido en el sistema. Los tornillos están engranados entre sí. Cuando se va a bombear un fluido, éste entra en la bomba a través de una válvula de aspiración y fluye linealmente hacia el lado de descarga junto con los tornillos entrelazados. Hay un pequeño espacio entre la cavidad de la bomba y el tornillo, lo que aumenta la presión del fluido a medida que éste atraviesa la bomba. Los fabricantes de bombas de tornillo las fabrican para su uso en diferentes industrias como el transporte marítimo, la generación de energía, las terminales, el procesamiento químico y las tuberías, la producción de petróleo y gas y las refinerías.
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¿Qué es una bomba de tornillo?
La bomba de tornillo es muy amigable, ya que rara vez necesita mantenimiento debido a su escaso número de piezas giratorias. Esta bomba es útil cuando se pretende bombear un volumen fijo de líquidos de distintas viscosidades, volumen y rangos de presión. Este tipo de bomba es fiable y fácil de manejar. Los fabricantes de bombas de tornillo hacen que el diseño de la bomba sea fácil de mantener. Este tipo de bomba obtiene la energía de un motor primario que puede ser un motor de combustión interna (IC) o un motor eléctrico de inducción. La carcasa de la bomba de tornillo tiene extremos de descarga y succión. En la base de la bomba hay una válvula de aspiración y en la parte superior una válvula de descarga. También hay una válvula de retención montada en el extremo de descarga para evitar que el fluido fluya hacia atrás.
Figura: Bomba de tornillo.
¿Cómo funciona una bomba de tornillo?
Como ya se ha mencionado, una bomba de tornillo es una bomba de desplazamiento positivo. Este tipo de bomba se acciona mediante dos tornillos en contrarrotación. Cuando la bomba de tornillo entra en funcionamiento, la potencia se transmite desde el motor principal mediante el tornillo impulsor. El tornillo impulsor está conectado al eje motriz encargado de accionar el tornillo impulsor. En cuanto el tornillo impulsor empieza a girar, el tornillo impulsado también gira, ya que ambos están engranados entre sí. Cuando los tornillos se mueven, se produce un vacío parcial en el lado de entrada de la bomba. Debido a este vacío, el fluido es aspirado hacia el interior de la bomba desde la válvula de aspiración. A medida que el fluido entra en la bomba, queda atrapado entre la separación de los tornillos. El fluido atrapado se mueve a medida que los tornillos siguen girando. A medida que los tornillos se mueven, la cantidad de fluido atrapado disminuye y la presión del fluido aumenta. Cuando la presión del fluido aumenta hasta el nivel de presión deseado, sale por la válvula de salida y fluye hacia el destino deseado.
Cuando una bomba de tornillo trabaja con un fluido viscoso, como los aceites, la superficie del tornillo se lubrica a medida que el fluido bombea, de modo que hay una separación pequeña o nula entre los tornillos giratorios.
Figura: Funcionamiento de una bomba de tornillo.
Componentes de una bomba de tornillo
Una bomba de tornillo consta de varios componentes. Los más comunes son el tornillo impulsor, el tornillo impulsado, el engranaje de distribución, la válvula de alivio de presión, los cojinetes, los puertos de entrada y salida y el eje impulsor.
Figura: Componentes de las bombas de tornillo.
Tornillo
Es uno de los componentes giratorios de una bomba de tornillo. Esta pieza ayuda a conectar el motor y el eje motriz. Ayuda a bombear fluido a un caudal constante. Un lado del tornillo impulsor se conecta al engranaje de sincronización, mientras que el otro lado se conecta al eje motriz. El tornillo impulsor es accionado por el eje motor. Con la potencia de la máquina motriz, el tornillo impulsor hace girar el tornillo accionado. Tanto el tornillo impulsor como el tornillo accionado están engranados. El tornillo de arrastre está hecho de un material metálico muy resistente, como el acero de alta resistencia a la tracción. La función principal del tornillo conductor es hacer girar el tornillo accionado mediante un engranaje de sincronización.
Tornillo motor
El tornillo motor también está fabricado con el mismo material resistente que el tornillo de arrastre, como acero de alta resistencia a la tracción. Este componente gira a lo largo de su eje debido al movimiento potenciado por el engranaje de sincronización. El tornillo impulsado y el tornillo conductor giran en direcciones opuestas. El tornillo impulsor tiene una zona de holgura consistente. Esta zona de holgura ayuda a retener el fluido en la holgura estrecha. Cuando el tornillo conducido y el tornillo impulsor se mueven simultáneamente, el volumen de fluido disminuye y se desplaza hacia el puerto de salida. A través de este movimiento, la presión del fluido aumenta. Como tal, el fluido se descarga a través del puerto de descarga.
Engranaje de distribución
Este engranaje acciona el tornillo conducido. Funcionan de forma que evitan el contacto metal-metal entre el conjunto rotor macho y rotor hembra. Esto ayuda a conectar el tornillo impulsor y el tornillo conducido. El engranaje de sincronización recibe la energía a través del tornillo impulsor que, a continuación, se transmite al tornillo conducido. Como tal, acciona el tornillo impulsado.
Puertos de entrada y salida
En una bomba de tornillo hay diferentes puertos de entrada y salida. El puerto de entrada se utiliza para aspirar fluido hacia la bomba. El puerto de salida se utiliza para descargar el fluido al sistema de tuberías. Los fabricantes de bombas de tornillo fabrican las bombas de forma que haya suficiente medio fluido cuando se detiene el bombeo. Esto ayuda a suministrar el fluido inicial para la bomba. Por lo tanto, aunque el tubo de aspiración esté seco o vacío, la bomba no se secará en poco tiempo.
Válvula limitadora de presión
Las bombas de tornillo pertenecen a la categoría de bombas de desplazamiento positivo. Estas bombas pueden crear presión aunque la salida esté cerrada. Esto provoca una acumulación de presión que puede dañar las piezas internas de la bomba o causar lesiones al operario. Por ello, los fabricantes de bombas de tornillo las diseñan con una válvula limitadora de presión que ayuda a proteger al operario, la bomba y otras máquinas conectadas. La válvula de alivio devuelve la presión extra a la entrada. Otra alternativa para neutralizar la presión extra es la recirculación del fluido de salida.
Rodamientos
Cuando la bomba de tornillo montada verticalmente está en funcionamiento, los cojinetes superiores experimentan más cargas y fuerzas en dirección axial y radial. Por ello, los cojinetes inferiores experimentan una tensión muy baja. El cojinete inferior está destinado a sostener las piezas de alineación de la bomba. Para bombas de tornillo instaladas en dirección paralela, los cojinetes de deslizamiento y de rodillos experimentan cargas muy bajas. Esto sucede porque las cargas axiales y radiales resultantes son opuestas entre sí y, por tanto, se anulan.
Eje motriz
Se trata de un eje que se utiliza para transmitir potencia del motor principal al conjunto de la bomba. Esto se consigue utilizando acoplamientos mecánicos apropiados para asegurar la resistencia mecánica entre los ejes conectados. En la mayoría de los casos, el eje motriz es el componente principal de la bomba, ya que va de lado a lado para asegurar el funcionamiento del tornillo impulsor. La bomba de esta construcción tiene el cojinete de fijación del eje impulsor montado en dirección axial. Por ello, es muy importante alinear perfectamente el eje motor para que la bomba tenga una larga vida útil.
Tipos de bombas de tornillo
Bomba monotornillo
Las bombas monotornillo funcionan empleando el principio de desplazamiento positivo. Esta bomba está formada por un rotor espiral simple y un estator espiral doble. Estas bombas son reversibles. Cuando el rotor de la bomba se mueve en el estator, forma cavidades. Como tal, el fluido se mueve a lo largo de la cavidad generada debido a la acción de desplazamiento positivo después de lo cual se descarga de la bomba a través del puerto de descarga. Estas bombas también se conocen como bombas helicoidales, bombas de cavidad progresiva o bombas PC. Las bombas monotornillo son adecuadas para bombear fluidos que necesitan un caudal constante y no pulsante. Las bombas monotornillo son más conocidas por su magnífica capacidad de aspiración. Se utilizan en varias industrias, como las de aguas residuales, petróleo y gas, transporte marítimo, pintura, productos químicos, papel y cerámica, entre otras. Las bombas monotornillo pueden trabajar eficazmente en medios abrasivos o no abrasivos, con o sin partículas sólidas, como lodos, aguas residuales de sentina, etc. Las bombas monotornillo son más baratas. Y lo que es más importante, las bombas monotornillo no se atascan.
Figura: Bomba monotornillo.
Bomba monotornillo
Las bombas monotornillo funcionan empleando el principio de desplazamiento positivo. Esta bomba está formada por un rotor espiral simple y un estator espiral doble. Estas bombas son reversibles. Cuando el rotor de la bomba se mueve en el estator, forma cavidades. Como tal, el fluido se mueve a lo largo de la cavidad generada debido a la acción de desplazamiento positivo después de lo cual se descarga de la bomba a través del puerto de descarga. Estas bombas también se conocen como bombas helicoidales, bombas de cavidad progresiva o bombas PC. Las bombas monotornillo son adecuadas para bombear fluidos que necesitan un caudal constante y no pulsante. Las bombas monotornillo son más conocidas por su magnífica capacidad de aspiración. Se utilizan en varias industrias, como las de aguas residuales, petróleo y gas, transporte marítimo, pintura, productos químicos, papel y cerámica, entre otras. Las bombas monotornillo pueden trabajar eficazmente en medios abrasivos o no abrasivos, con o sin partículas sólidas, como lodos, aguas residuales de sentina, etc. Las bombas monotornillo son más baratas. Y lo que es más importante, las bombas monotornillo no se atascan.
Figura: Bomba de tornillo excéntrico.
Bomba de doble tornillo
Una bomba de doble tornillo también se conoce como bomba de dos tornillos o bomba de doble tornillo. El nombre se debe a que esta bomba tiene dos tornillos. Una bomba de doble tornillo es una bomba versátil destinada a operaciones pesadas, como el trasvase de aceite pesado. Las bombas de doble tornillo son autocebantes. Este tipo de bomba de tornillo tiene la transmisión conectada al motor principal y contiene un engranaje que se utiliza para girar el tornillo siguiente. Las bombas helicoidales de husillo se utilizan en diferentes industrias, como la alimentaria, la naviera y la petroquímica energética, entre otras. Esta bomba tiene un excelente rendimiento debido a sus propiedades tales como:
- Capacidad para funcionar en seco.
- Poco líquido.
- Puede funcionar a velocidades variables.
- Necesita una cabeza de succión positiva neta baja.
- Tolera la contaminación.
- Puede manejar grandes cantidades de fluidos y fluidos de alta viscosidad.
- Es muy fiable.
Figura: Bomba de doble tornillo.
Bomba de triple tornillo
Una bomba de triple tornillo también se conoce como bomba de tres tornillos. Como su nombre indica, esta bomba tiene tres tornillos y un motor primario que puede ser un motor eléctrico o un motor de combustión interna. Este tipo de bomba de tornillo es una de las más utilizadas en aplicaciones de generación de energía. Tiene un solo rotor de acero endurecido. El rotor realiza la tarea de bombeo junto con dos rotores locos de hierro fundido o acero endurecido. Los rotores trabajan sobre una fina película de fluido en la camisa de la bomba que sirve como un gran cojinete de deslizamiento para mejorar el soporte y proteger contra el contacto de metal con metal. Además, las bombas de triple tornillo tienen una línea de equilibrado interna que ayuda a equilibrar los rotores, anulando así las fuerzas axiales y la necesidad de cojinetes de empuje. Esta bomba necesita un único cojinete para posicionar los rotores y una única junta en función de la presión de aspiración.
Figura: Bomba de triple tornillo.
Bomba de vacío de tornillo
La bomba de vacío de tornillo es un tipo de bomba de tornillo rotativo que se utiliza para crear vacío. La bomba de vacío de tornillo consta de dos rotores acoplados. Los dos rotores giran en direcciones opuestas. La acción de la rotación es responsable de mover las moléculas de aire atrapadas a lo largo de los tornillos. El aire atrapado se desplaza a lo largo del tornillo y, finalmente, se comprime y descarga por el lado opuesto. Estas bombas pueden ser secas o selladas con aceite. La bomba de tornillo de vacío seca no necesita lubricación/cámara de aceite. No emiten aceite y se refrigeran por aire. Las bombas de tornillo de vacío secas pueden crear un vacío más alto en comparación con las bombas de tornillo de vacío selladas con aceite. La bomba sellada con aceite utiliza aceite para refrigeración, sellado y lubricación. La bomba de vacío de tornillo sellada con aceite es adecuada para aplicaciones rudas que no tienen requisitos de vacío limpio. Aplicaciones de la bomba de vacío de tornillo envasado, carpintería, secado y limpieza entre otras.
Figura: Bomba de tornillo de vacío
Ventajas de la bomba de tornillo
- Los fabricantes de bombas de tornillo las fabrican de forma que puedan funcionar en seco.
- Las bombas de tornillo están fabricadas con una estructura compacta que mejora su resistencia.
- Las bombas de tornillo mueven los fluidos en dirección axial sin provocar turbulencias. Esto ayuda a reducir las burbujas que se forman debido a los fluidos viscosos.
- Las bombas de tornillo son fáciles de reparar y mantener.
- Las bombas de tornillo pueden utilizarse para todo tipo de fluidos.
- Estas bombas rara vez hacen ruido durante su funcionamiento.
- Las bombas de tornillo transportan fluidos sin pulsaciones y con un caudal constante.
- Las bombas de tornillo tienen capacidad de autocebado.
- Su construcción es robusta, lo que las hace resistentes.
- Son fiables, ya que rara vez fallan durante su uso.
- Transportan fluidos a gran velocidad.
- Las bombas de tornillo tienen una gran tolerancia frente a los vapores de agua y las partículas de polvo.
- Las bombas de tornillo giran sin fricción.
- Son conocidos por su gran eficacia.
- Pueden bombear fluidos muy viscosos sin perder el caudal del fluido.
Desventajas de la bomba de tornillo
- La instalación de bombas de tornillo es bastante cara para las pequeñas industrias.
- Necesita la ayuda de un lastre de gas para transportar los gases ligeros.
- El rendimiento de las bombas de tornillo es sensible a los cambios de viscosidad.
- Para el bombeo a alta presión se necesitan elementos de bombeo largos.
Aplicación de la bomba de tornillo
- Las bombas de tornillo se utilizan para suministrar aceite en máquinas hidráulicas y de lubricación.
- Las bombas de tornillo se utilizan en las industrias del gas y el petróleo, la fabricación y la minería.
- Las bombas de tornillo se utilizan en las industrias alimentaria, de pinturas, química, papelera y cerámica.
- Las bombas de tornillo se utilizan para crear vacío en diferentes industrias, como la alimentaria, la papelera y la de impresión, entre otras.
- Las bombas de tornillo se utilizan para bombear fluidos pesados y viscosos.
Solución de problemas de bombas de tornillo
Sentido de giro incorrecto en la bomba de tornillo
- Esto puede deberse a un error en la conexión de las fases. En el caso de un motor trifásico, invierta los dos cables que conectan las fases eléctricas.
El caudal de entrega es muy bajo
- Las válvulas de la línea de impulsión no están bien abiertas. Abra completamente las válvulas y vuelva a poner en marcha la bomba.
- Cuerpos extraños obstruyendo el filtro. Compruebe el filtro para eliminar los cuerpos extraños. Compruebe la planta.
- El valor calibrado de la válvula de presión es demasiado bajo. En este caso, afloje el tornillo de ajuste hasta un punto en que pueda girar manualmente y vuelva a poner en marcha la bomba durante unos minutos sin presión. A continuación, apriete el tornillo de ajuste hasta un punto en el que el valor de calibración es necesario.
La presión de la bomba de tornillo es demasiado baja
- Hay fugas en la tubería. Compruebe si hay fugas en las tuberías.
- Presión de salida muy baja. En este caso, sustituya la bomba por otra de mayor caudal.
- El valor más alto calibrado de la válvula de presión es muy bajo. En este caso, afloje el tornillo de ajuste hasta un punto en que pueda girar manualmente y vuelva a poner en marcha la bomba durante unos minutos sin presión. A continuación, apriete el tornillo de ajuste hasta un punto en el que se necesita el valor de calibración.
Dificultad de arranque del motor
- La presión requerida del sistema es demasiado alta. En este caso, compruebe la planta para los requisitos de presión.
- Relé de calibración del motor demasiado bajo. Mejorar el umbral de intervención del relé.
- El motor utilizado no es adecuado para la carga. Sustituya este motor por otro de mayor potencia.
- El aceite utilizado está demasiado frío. Arranque la bomba sin presión hasta que el aceite alcance su temperatura normal.
Resumen
Una bomba de tornillo es una bomba de la categoría de bombas de desplazamiento positivo. Funciona con uno o varios tornillos. Las bombas de tornillo funcionan haciendo girar dos tornillos en direcciones opuestas. Obtiene la energía de un motor eléctrico o de un motor de combustión interna. Se utiliza un tornillo impulsor para transmitir la potencia del motor principal a la bomba. Cuando los tornillos de la bomba giran, se crea un vacío en la entrada de la bomba. Este vacío hace que el fluido sea aspirado por la bomba a través de la válvula de succión y siga fluyendo a través de la bomba hasta la sección de descarga.
Existen varios tipos de bombas de tornillo, como la bomba de tornillo simple, la bomba de tornillo doble, la bomba de tornillo excéntrico, la bomba de tornillo triple y la bomba de tornillo de vacío. Estas bombas tienen unas características magníficas que las hacen adecuadas para su uso en muchas industrias como la del petróleo y gas, química, alimentaria, pinturas, papel, cerámica, entre otras. Se sabe que las bombas de tornillo tienen varias ventajas en relación con otras bombas, como que son fáciles de mantener, autocebantes, fiables, de estructura compacta, alto rendimiento y bajas pulsaciones. Sin embargo, las bombas de tornillo son caras cuando se instalan en pequeñas industrias.