Bomba de doble tornillo
¿Qué es una bomba helicoidal de husillo?
Una bomba de doble tornillo es un tipo de bomba rotativa de desplazamiento positivo. La bomba de doble tornillo también se conoce como bomba de dos tornillos o bomba de doble tornillo. El nombre se debe a que las bombas tienen dos tornillos. En una bomba de doble tornillo, el medio bombeado entra en la bomba a través de la válvula de entrada. A continuación, fluye linealmente hacia el extremo de salida de la bomba a lo largo de los tornillos entrelazados. Un pequeño espacio entre los tornillos y la cavidad aumenta la presión en el fluido a medida que éste fluye por la bomba. La bomba helicoidal de husillo es una de las bombas más versátiles que se utilizan habitualmente en aplicaciones pesadas, como procesamiento químico, generación de energía, refinerías, producción de petróleo y gas, oleoductos y gasoductos, entre otras. Este tipo de bomba de tornillo es conocida por sus pocas piezas giratorias y, por lo tanto, por sus bajos requisitos de mantenimiento. Las bombas helicoidales de husillo ayudan a suministrar eficazmente un volumen fijo de fluido en una variedad de rangos de volumen, presión y viscosidad. Estas bombas son autocebantes. Las bombas helicoidales de husillo funcionan con un motor eléctrico o un motor de combustión interna.
Figura: Bomba de doble tornillo.
¿Cómo funciona una bomba helicoidal?
La bomba de doble tornillo está formada por dos tornillos paralelos. Los tornillos tienen forma helicoidal. Cada tornillo forma un canal helicoidal que el segundo tornillo obstruye periódicamente. Con esta disposición se establecen pequeñas esclusas o cámaras llenas de mezcla multifásica. A medida que los tornillos giran, las cámaras se mueven continuamente a lo largo de los ejes de los tornillos transfiriendo fluido desde el lado de entrada al lado de salida. El caudal de una bomba de doble tornillo viene determinado por el volumen de las cámaras, así como por el paso y el tamaño de los tornillos y las rpm de la bomba. La bomba recibe la energía de un motor primario, que puede ser un motor eléctrico de inducción o un motor de combustión interna. La potencia del motor principal se transmite a la bomba mediante el elemento del eje. Este eje se conoce como eje impulsor y está conectado al tornillo de transmisión. El otro eje se acciona mediante un engranaje de distribución. Este engranaje transmite la potencia al segundo tornillo. Las bombas helicoidales de husillo giran a un régimen de entre 1.500 rpm y 2.400 rpm.
Figura: Funcionamiento de una bomba de doble tornillo.
Componentes de una bomba helicoidal
La bomba de doble tornillo consta de varias piezas, entre ellas el tornillo impulsor, el tornillo impulsado, el eje de transmisión, el puerto de succión y descarga, los cojinetes, la junta rotativa y estacionaria, la válvula de alivio y el engranaje de sincronización.
Figura: Componentes de una bomba de doble tornillo.
Tornillo
Es la parte de una bomba de doble tornillo que se utiliza para ayudar a la bomba a transferir un caudal constante en cualquier instante de rotación. Este tornillo gira junto con el tornillo impulsado con poca holgura para transferir el fluido hacia delante a lo largo del eje de rotación. Este tornillo es un husillo con tornillos mecanizados en él y fabricado con un material resistente como el acero de alta resistencia a la tracción. El tornillo impulsor se encarga de hacer girar el tornillo conducido mediante el uso de un engranaje de sincronización. A medida que el tornillo conductor se mueve suavemente a lo largo de la baja holgura junto con el tornillo impulsado para ayudar a producir bajo efecto de cizallamiento. Esto también contribuye a aumentar la vida útil de la bomba, ya que evita condiciones como la emulsificación del medio fluido en caso de agua contaminada o el impacto negativo en el resto de la maquinaria conectada a la bomba.
Tornillo motor
El tornillo motor está fabricado con el mismo material resistente que el tornillo de arrastre, como acero de alta resistencia a la tracción. Este tornillo recibe la energía del engranaje de sincronización. En una bomba de doble tornillo, el tornillo impulsor gira en dirección opuesta al tornillo impulsor. El tornillo impulsor tiene una holgura consistente que ayuda a atrapar el fluido en la holgura ajustada. A medida que los tornillos impulsor y conducido giran juntos, el volumen de fluido disminuye y se desplaza hacia el puerto de salida. La presión del fluido aumenta debido a este movimiento. Finalmente, el fluido sale de la bomba por el orificio de salida.
Engranaje de distribución
Dado que tanto el husillo impulsor como el husillo accionado funcionan con una holgura fina, podrían entrar en contacto por casualidad. Un solo contacto puede desgastar fácilmente el borde del tornillo, reduciendo drásticamente la presión de salida. Si no se comprueba, puede hacer que la bomba de doble tornillo sea mucho menos eficiente y antieconómica, además de hacer que los tornillos se bloqueen entre sí. Para comprobar estos casos se utiliza un engranaje de sincronización. El engranaje de sincronización se utiliza para accionar el tornillo impulsor de forma que no haya contacto de metal con metal entre el tornillo impulsor y el tornillo impulsado. Además, este engranaje garantiza que no haya contacto metálico entre los tornillos en caso de que la bomba funcione en seco durante un cierto tiempo.
Boca de aspiración y descarga
Las bombas helicoidales de husillo tienen varios orificios de entrada y salida a medida que el fluido bombeado se desplaza a lo largo del eje de rotación del husillo hasta el orificio de descarga. Los orificios de entrada y salida están fabricados de forma que puedan retener suficiente fluido cuando la bomba se apaga. Esto proporciona fluido inicial a la bomba y, por lo tanto, evita que la bomba funcione en seco durante un corto período de tiempo, incluso cuando la tubería de aspiración está seca o vacía. El puerto de entrada obtiene un vacío parcial cuando existe una diferencia de presión entre el puerto de entrada y el de descarga de la bomba. Esto crea la energía necesaria para transferir el fluido a varias áreas confinadas en el espacio libre del tornillo. A medida que el puerto de entrada experimenta un vacío parcial, el puerto de salida experimenta una alta presión en la que la bomba intenta empujar más fluido.
Válvula limitadora de presión
La bomba de doble tornillo puede acumular presión mientras su salida está cerrada. Esta presión puede dañar las piezas internas de la bomba o incluso causar lesiones al operario. Por ello, los fabricantes de bombas de doble tornillo las diseñan con una válvula de alivio. Esta válvula ayuda a proteger al operario y a la bomba y demás maquinaria conectada. La función de esta válvula es devolver el exceso de presión a la sección de entrada.
Rodamientos
En una bomba helicoidal montada verticalmente, los cojinetes que soportan mayores cargas son los de la parte superior. Estos rodamientos experimentan fuerzas radiales y axiales cuando la bomba está funcionando. Esto hace que los cojinetes del lado inferior experimenten cargas muy bajas. Los cojinetes inferiores están destinados a mantener la alineación de las piezas de la bomba. En las bombas helicoidales instaladas en paralelo, los cojinetes de deslizamiento y de rodillos utilizados experimentan cargas muy bajas. Esto ocurre porque las fuerzas axiales y radiales sobre los cojinetes están en direcciones opuestas, anulando así sus magnitudes.
Eje motriz
El eje motriz de la bomba helicoidal se utiliza para conectar el eje del motor a las demás partes de la bomba. La conexión se consigue mediante el uso de un acoplamiento flexible. En las bombas helicoidales de husillo, el eje motriz se utiliza a veces como una pieza clave que va desde cada lado para asegurar la rotación del tornillo motriz. En tales diseños, el eje motriz utiliza cojinetes que se ajustan en la dirección axial. Esto hace que la alineación del eje motriz sea muy importante, ya que su ligera desalineación puede hacer que la bomba funcione mal.
Junta estacionaria y rotativa
Los fabricantes de bombas helicoidales de husillo diseñan las bombas con cierres mecánicos para sellar la superficie entre el fluido de trabajo y el lado seco de la bomba. Esto ayuda a mantener el engranaje de distribución y los cojinetes separados en un lado de la bomba de doble tornillo, mientras que el acoplamiento del eje y los cojinetes se separan en el otro lado. Otras bombas helicoidales de husillo tienen una empaquetadura adicional montada después del cierre mecánico para mejorar la estanqueidad en la aspiración. Se recomienda que si un cierre mecánico pierde de 6 a 8 gotas en una hora se sustituya inmediatamente por uno nuevo. Esto se debe a que, si no se controla, la fuga aumenta cada vez más rápido y puede dañar la bomba.
Tipos de bombas helicoidales de husillo
Los tipos de bombas helicoidales de husillo se definen en función de varios factores, como las funciones, la orientación y las condiciones de funcionamiento, entre otros. Esto hace que la bomba de doble tornillo tenga varios modelos de bombas como se describe a continuación.
Bomba de doble tornillo horizontal
Son bombas de doble tornillo que se utilizan cuando el fluido a bombear es limpio y de propiedades lubricantes. Este tipo de bomba está formado por cojinetes internos lubricados por el fluido que se bombea. Como el nombre "horizontal" sugiere, estas bombas tienen sus puertos de succión y descarga orientados horizontalmente. Estas bombas pueden utilizarse en una amplia gama de aplicaciones, como la industria láctea, alimentaria, de bebidas y cosmética, entre otras.
Figura: Bomba horizontal de doble tornillo.
Bomba vertical de doble tornillo
Las bombas helicoidales de husillo verticales se necesitan sobre todo cuando el espacio es limitado. Estas bombas tienen cojinetes internos y externos. Estas bombas están diseñadas para poder funcionar a temperaturas muy altas, de 350 oC con o sin camisa de vapor. Estas bombas pueden utilizarse en muchas aplicaciones, como el bombeo de aguas residuales en depuradoras municipales.
Figura: Bombas verticales de doble tornillo.
Bomba de doble tornillo con tolva
Se trata de un tipo de bomba de doble tornillo con tolva. Los fabricantes de bombas helicoidales de husillo con tolva diseñan la bomba con una tolva personalizable. Esto permite que la tolva contenga los componentes que se van a transportar a través de la bomba. Esta bomba se utiliza para transportar medios muy viscosos, sólidos de gran tamaño que deben triturarse y medios con altos niveles de materia seca.
Figura: Bomba de doble tornillo con tolva.
Ventajas de la bomba helicoidal de husillo
- Las bombas helicoidales de husillo bombean fluidos sin turbulencias. Esto ayuda a erradicar las burbujas que se producen al bombear fluidos viscosos.
- Las bombas helicoidales de husillo pueden funcionar en seco.
- Las bombas helicoidales de husillo tienen pocas piezas móviles, lo que facilita y abarata el mantenimiento.
- Tienen estructuras compactas que las hacen resistentes.
- Las bombas helicoidales de husillo son autocebantes.
- Las bombas helicoidales de husillo soportan muy bien los vapores de agua y las partículas de polvo.
- Bombean fluidos con bajas pulsaciones.
- Las bombas helicoidales de husillo pueden bombear fluidos muy viscosos sin pérdida de caudal.
Desventajas de las bombas helicoidales de husillo
- Las bombas helicoidales de husillo necesitan más juntas y una holgura limitada del eje.
- Los ejes de doble husillo tienden a desviarse bajo cargas hidráulicas elevadas.
- Son caras en comparación con otras bombas, como las centrífugas.
Aplicaciones de la bomba helicoidal de husillo
- Las bombas helicoidales de husillo se utilizan para suministrar aceite a grandes máquinas hidráulicas.
- Se utilizan en las plantas de producción de gas y petróleo.
- Se utilizan para bombear fluidos muy viscosos y fluidos con partículas sólidas.
- Se utilizan en las industrias química, cerámica, alimentaria, de pinturas y del papel.
Localización de averías en bombas helicoidales de husillo
La bomba helicoidal no suministra fluido
- Altura de aspiración muy elevada. Acortar las tuberías de aspiración o reducir el número de accesorios.
- Sentido de giro incorrecto de la bomba. Cambie el sentido de giro para que sea el indicado por una flecha en la bomba.
- Fuga de aire en la bomba o en la tubería de aspiración. Compruebe y localice dónde está la fuga y rectifíquela.
- El conducto de aspiración está obstruido. Elimine los materiales que obstruyen el conducto de aspiración.
- Válvula de seguridad mal ajustada. Ajuste la válvula de alivio para que se abra al nivel de presión indicado en el manual o la placa de identificación de la bomba.
La bomba helicoidal no alcanza el caudal nominal
- La velocidad es muy baja. Compruebe las velocidades del motor y del reductor en la placa de características y cámbielas si es necesario.
- Fuga en la bomba o en la tubería de aspiración. Compruebe la fuente de la fuga y corríjala en consecuencia.
- Pérdidas elevadas en la línea de aspiración o en la válvula de pie. Reduzca el número de accesorios que aumentan las pérdidas, reduzca la longitud de la línea de aspiración.
- Presión de descarga muy alta. Ajuste la presión de descarga a las especificaciones recomendadas.
- El fluido no es lo suficientemente viscoso. Lleve la viscosidad al nivel requerido, por ejemplo, cambiando la temperatura del fluido.
- Bomba dañada. Compruebe la bomba y sustituya los componentes desgastados o rotos según sea necesario.
La bomba de doble tornillo pierde succión a los pocos minutos de empezar a bombear
- Hay bolsas de vapor o aire en el conducto de aspiración. Reorganice las tuberías para erradicar las bolsas de aire.
- Fuga de aire en la bomba o en la línea de aspiración. Localice la fuente de la fuga de aire y corríjala según sea necesario. Tales fuentes incluyen empaquetaduras de vástago de válvula, cierres mecánicos simples y juntas de brida.
Los rodamientos se han calentado mucho
- La bomba y el motor no están bien alineados. Vuelva a alinear el motor y la bomba.
- Rodamientos desgastados o dañados. Sustituya los rodamientos.
- Presión de descarga demasiado alta. Reduzca la presión de descarga al nivel recomendado.
- Velocidad demasiado alta. Reduzca la velocidad de trabajo al nivel recomendado por el fabricante.
- La lubricación no es suficiente. Compruebe y mantenga la lubricación a un nivel adecuado.
La bomba de doble tornillo es muy ruidosa y/o vibra
- La cimentación no es rígida. Compruebe los tornillos de sujeción y apriételos para mejorar su par de apriete. Asegúrese de que la placa base está correctamente conectada a tierra, sin bolsas de aire ni huecos.
Resumen
Una bomba de doble tornillo es un tipo de bomba rotativa de desplazamiento positivo. Este tipo de bomba funciona mediante el uso de un tornillo conductor, un tornillo impulsado y un engranaje de sincronización. La bomba de doble tornillo obtiene su energía de un motor primario que es un motor eléctrico de inducción o un motor de combustión interna. La potencia del motor principal se transmite a la bomba mediante el eje motriz. El eje motriz transmite la potencia al tornillo impulsor mediante un acoplamiento. Al girar el tornillo impulsor, hace girar el tornillo impulsado a través del engranaje de sincronización. Al girar los tornillos se crea un vacío parcial en la entrada de la bomba que obliga a la presión atmosférica a introducir el fluido en la bomba. La rotación de los tornillos crea pequeñas esclusas o cámaras llenas de fluido. Las cámaras de fluido se mueven continuamente a lo largo del eje de rotación de los tornillos a medida que éstos giran. El fluido se mueve continuamente hasta que sale de la bomba de doble tornillo por el puerto de descarga. Una bomba de doble tornillo es una bomba versátil que se utiliza en muchas aplicaciones, como la producción de petróleo y gas, la lubricación de máquinas hidráulicas, productos químicos y cerámica, y las industrias papelera, de pinturas y alimentaria.
Las bombas helicoidales de husillo son las preferidas en muchas industrias por sus magníficas características, como que pueden funcionar en seco, pueden trabajar a velocidades variables, son reversibles, necesitan bajo NPSH, pueden trabajar en fluidos abrasivos y pueden manejar fluidos muy viscosos. Sin embargo, los ejes de las bombas helicoidales de husillo tienden a sufrir desviaciones debido a las cargas pesadas y, además, son caras de adquirir. Sin embargo, las desventajas de las bombas helicoidales de husillo no pueden compensar sus numerosas ventajas.