Una bomba de cavidad progresiva es un tipo de bomba de desplazamiento positivo y también se conoce como una bomba de cavidad progresiva , bomba de cavidad progg , bomba de tornillo excéntrico o bomba de cavidad . Transfiere fluido mediante el avance, a través de la bomba, de una secuencia de cavidades pequeñas, de forma fija y discretas, a medida que gira su rotor . Esto conduce a que el caudal volumétrico sea proporcional a la velocidad de rotación (bidireccional) y a que se apliquen bajos niveles de cizallamiento al fluido bombeado.
Estas bombas tienen aplicación en la medición de fluidos y el bombeo de materiales viscosos o sensibles al cizallamiento. Las cavidades se estrechan hacia sus extremos y se superponen. A medida que una cavidad disminuye, otra aumenta, la cantidad de flujo neto tiene una variación mínima ya que el desplazamiento total es igual. Este diseño da como resultado un flujo con poco o ningún pulso.
Es común que el nombre del producto o el fabricante específico se refieran al equipo. Por lo tanto, los nombres pueden variar de una industria a otra e incluso de una región a otra; los ejemplos incluyen: Moineau (después del inventor, René Moineau ). Se emitieron las 4 licencias de fabricación originales a; Bomba MOYNO [América], Monobomba [Reino Unido, Europa], Gardier [Bélgica] y PCM.
Una bomba de cavidad progresiva también puede actuar como un motor ( motor de lodo ) cuando se bombea fluido a través de su interior. Las aplicaciones incluyen perforación direccional de pozos.
Teoría
La bomba de cavidad progresiva normalmente consta de un rotor helicoidal y una hélice gemela, el doble del orificio helicoidal de longitud de onda en un estator. El rotor se sella firmemente contra el estator a medida que gira, formando un conjunto de cavidades de tamaño fijo en el medio. Las cavidades se mueven cuando se gira el rotor, pero su forma o volumen no cambia. El material bombeado se mueve dentro de las cavidades. [1]
El principio de esta técnica de bombeo se malinterpreta con frecuencia. A menudo se cree que ocurre debido a un efecto dinámico causado por el arrastre o la fricción contra los dientes en movimiento del rotor de tornillo. En realidad se debe a las cavidades selladas, como una bomba de pistón , por lo que tiene características operativas similares, como poder bombear a velocidades extremadamente bajas, incluso a alta presión, revelando que el efecto es un desplazamiento puramente positivo. El rotor "trepa" por la cavidad interior de manera orbital (ver bomba ).
A una presión lo suficientemente alta, los sellos deslizantes entre las cavidades perderán algo de fluido en lugar de bombearlo, por lo que cuando se bombea contra presiones altas, una bomba más larga con más cavidades es más efectiva, ya que cada sello solo tiene que lidiar con la diferencia de presión entre las cavidades adyacentes. El diseño de la bomba comienza con dos (a tres) cavidades por etapa. El número de etapas (actualmente hasta 24) solo está limitado por la capacidad de mecanizar las herramientas.
Cuando se gira el rotor, rueda / trepa alrededor de la superficie interior del orificio. El movimiento del rotor es el mismo que el de los engranajes planetarios de un sistema de engranajes planetarios . A medida que el rotor gira y se mueve simultáneamente, el movimiento combinado del eje de transmisión montado excéntricamente tiene la forma de un hipocicloide . En el caso típico de un rotor de una sola hélice y un estator de doble hélice, el hipocicloide es solo una línea recta. El rotor debe accionarse a través de un conjunto de juntas universales u otros mecanismos para permitir la excentricidad. [2]
El rotor toma una forma similar a un sacacorchos , y esto, combinado con el movimiento giratorio descentrado, conduce al nombre alternativo: bomba de tornillo excéntrico.
Existen diferentes formas de rotor y relaciones de paso rotor / estator, pero están especializadas en que generalmente no permiten un sellado completo, por lo que reducen la presión a baja velocidad y la linealidad del caudal, pero mejoran los caudales reales, para un tamaño de bomba dado, y / o la capacidad de manejo de sólidos de la bomba. [ cita requerida ]
Operación
En funcionamiento, las bombas de cavidad progresiva son bombas de caudal fundamentalmente fijo, como bombas de pistón y bombas peristálticas , y este tipo de bomba necesita una comprensión fundamentalmente diferente a los tipos de bombas a los que se presenta con más frecuencia a las personas, es decir, las que se pueden imaginar. como generación de presión. Esto puede llevar a la suposición errónea de que todas las bombas pueden tener sus caudales ajustados usando una válvula conectada a su salida, pero con este tipo de bomba esta suposición es un problema, ya que dicha válvula no tendrá prácticamente ningún efecto sobre el caudal. y cerrarla por completo supondrá la generación de presiones muy elevadas. Para evitar esto, las bombas a menudo están equipadas con interruptores de presión de corte, discos de ruptura (deliberadamente débiles y fáciles de reemplazar) o una tubería de derivación que permite que una cantidad variable de fluido regrese a la entrada. Con un bypass instalado, una bomba de caudal fijo se convierte efectivamente en una de presión fija.
En los puntos donde el rotor toca el estator, las superficies generalmente se mueven transversalmente, por lo que se producen pequeñas áreas de contacto deslizante. Estas áreas necesitan ser lubricadas por el fluido que se bombea ( lubricación hidrodinámica ). Esto puede significar que se requiere más par de torsión para el arranque y, si se permite que funcione sin líquido, lo que se denomina "funcionamiento en seco", puede producirse un rápido deterioro del estator.
Si bien las bombas de cavidad progresiva ofrecen una vida útil prolongada y un servicio confiable para transportar fluidos espesos o grumosos, los fluidos abrasivos acortarán significativamente la vida útil del estator. Sin embargo, las lechadas (partículas en un medio) se pueden bombear de forma fiable si el medio es lo suficientemente viscoso como para mantener una capa de lubricación alrededor de las partículas y proteger así el estator.
Diseño típico
Los diseños específicos implican que el rotor de la bomba está hecho de acero, recubierto con una superficie dura lisa, normalmente cromo , con el cuerpo (el estator ) hecho de un elastómero moldeado dentro de un cuerpo de tubo metálico. El núcleo de elastómero del estator forma las complejas cavidades requeridas. El rotor se sostiene contra la superficie interior del estator mediante brazos articulados en ángulo, cojinetes (sumergidos en el fluido) que le permiten rodar alrededor de la superficie interior (no impulsado). El elastómero se utiliza para que el estator simplifique la creación de la compleja forma interna, creada mediante fundición , que también mejora la calidad y longevidad de los sellos al hincharse progresivamente debido a la absorción de agua y / u otros componentes comunes de los fluidos bombeados. Por tanto, será necesario tener en cuenta la compatibilidad entre elastómero y fluido bombeado.
Dos diseños comunes de estator son el de "paredes iguales" y el de "paredes desiguales". Este último, que tiene un mayor espesor de pared de elastómero en los picos, permite que pasen sólidos de mayor tamaño debido a su mayor capacidad de deformarse bajo presión. Los primeros tienen un espesor de pared de elastómero constante y, por lo tanto, superan en la mayoría de los otros aspectos como la presión por etapa, la precisión, la transferencia de calor, el desgaste y el peso. Son más caras debido a la forma compleja del tubo exterior.
Historia
En 1930, René Moineau , un pionero de la aviación, mientras inventaba un compresor para motores a reacción, descubrió que este principio también podía funcionar como un sistema de bombeo. La Universidad de París otorgó a René Moineau un doctorado en ciencias por su tesis sobre “Un nuevo capsulismo”. Su disertación pionera sentó las bases para la bomba de cavidad progresiva.
Campos de aplicación típicos
- Bombeo de alimentos y bebidas
- Bombeo de aceite
- Bombeo de lodos de carbón
- Bombeo de aguas residuales y lodos
- Bombeo de productos químicos viscosos
- Cribado de tormentas
- Motores de lodo de fondo de pozo en perforación direccional de yacimientos petrolíferos (invierte el proceso, convirtiendo la energía hidráulica en mecánica)
- Bombeo de agua de pozo de energía limitada
Usos específicos
- Bombeo de lechada o cemento
- Bombeo de aceite lubricante
- Bombeo de combustible diesel marino
- Bombeo de lodos mineros
- Motores de lodo para yacimientos petrolíferos
Referencias
- ^ Volk, Michael W. (2005). Características y aplicaciones de la bomba (2ª ed.). Prensa CRC. págs. 27-28 . Consultado el 18 de octubre de 2009 .
- ^ "Bomba Moineau" . Archivado desde el original el 21 de noviembre de 2008 . Consultado el 18 de octubre de 2009 .
enlaces externos
- Bombas de cavidad progresiva : una descripción concisa del funcionamiento de la bomba de cavidad progresiva de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación