Bomba de cavidad progresiva
Una bomba de cavidad progresiva es un tipo de bomba de desplazamiento positivo y también se conoce como bomba de cavidad progresiva, bomba de cavidad progresiva, bomba de tornillo excéntrico o bomba de cavidad. Transfiere fluido por medio del avance, a través de la bomba, de una secuencia de pequeñas cavidades discretas de forma fija, a medida que gira su rotor. Esto conduce a que la tasa de flujo volumétrico sea proporcional a la tasa de rotación (bidireccional) y a que se apliquen niveles bajos de cizallamiento al fluido bombeado.
Estas bombas tienen aplicación en la medición de fluidos y el bombeo de materiales viscosos o sensibles al corte. 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 se haga referencia a los equipos por el nombre específico del fabricante o del producto. Por lo tanto, los nombres pueden variar de una industria a otra e incluso regionalmente; los ejemplos incluyen: Moineau (después del inventor, René Moineau). Las 4 licencias de fabricación originales se emitieron a; Bomba MOYNO [América], bomba Mono [Reino Unido, Europa], Gardier [Bélgica] y PCM.
Un rotor y un estator de cavidad progresiva también pueden actuar como un motor (motor de lodo) cuando se bombea líquido a través de su interior. Las aplicaciones incluyen la perforación de pozos direccionales.
Teoría
La bomba de cavidad progresiva normalmente consta de un rotor helicoidal y una doble hélice, el doble de la longitud de onda del orificio helicoidal en un estator. El rotor se sella herméticamente 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.
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 móviles 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 tasas extremadamente bajas, incluso a alta presión, lo que revela que el efecto es un desplazamiento puramente positivo. El rotor "sube" la cavidad interna 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 cavidades adyacentes. El diseño de la bomba comienza con dos (o 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 por 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 impulsor montado excéntricamente adopta la forma de una hipocicloide. En el caso típico de un rotor de una sola hélice y un estator de doble hélice, la hipocicloide es solo una línea recta. El rotor debe impulsarse a través de un conjunto de juntas universales u otros mecanismos para permitir la excentricidad.
El rotor adopta una forma similar a la de 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 de rotor/estator, pero se especializan en que generalmente no permiten un sellado completo, por lo que reducen la presión de baja velocidad y la linealidad del caudal, pero mejoran los caudales reales para una bomba determinada. tamaño y/o la capacidad de manejo de sólidos de la bomba.
Operación
En funcionamiento, las bombas de cavidad progresiva son fundamentalmente bombas de caudal fijo, como las bombas de pistón y las bombas peristálticas, y este tipo de bomba necesita una comprensión fundamentalmente diferente a los tipos de bombas a los que la gente se presenta más comúnmente, es decir, aquellas que pueden ser considerado como generador de presión. Esto puede conducir a la suposición errónea de que todas las bombas pueden ajustar sus caudales mediante el uso de una válvula conectada a su salida, pero con este tipo de bomba esta suposición es un problema, ya que dicha válvula prácticamente no tendrá ningún efecto sobre el caudal. y cerrarlo completamente implicará que se generen presiones muy altas. 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 desplazan 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 torque para el arranque, y si se permite que funcione sin fluido, lo que se denomina 'funcionamiento en seco', puede resultar en un rápido deterioro del estator.
Si bien las bombas de cavidad progresiva ofrecen una vida útil prolongada y un servicio confiable al transportar fluidos espesos o grumosos, los fluidos abrasivos acortarán significativamente la vida útil del estator. Sin embargo, los lodos (partículas en un medio) se pueden bombear de manera confiable si el medio es lo suficientemente viscoso para mantener una capa de lubricación alrededor de las partículas y así proteger el estator.
Diseño típico
Los diseños específicos involucran el rotor de la bomba hecho de acero, revestido con una superficie dura y lisa, normalmente cromo, con el cuerpo (el estator) hecho de un elastómero moldeado dentro de un cuerpo de tubo de metal. El núcleo de elastómero del estator forma las cavidades complejas requeridas. El rotor se mantiene 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 (sin accionamiento). El elastómero se usa para el estator para simplificar la creación de la forma interna compleja, creada por medio de fundición, que también mejora la calidad y la longevidad de los sellos al hincharse progresivamente debido a la absorción de agua y/u otros constituyentes comunes de los fluidos bombeados. Por lo tanto, será necesario tener en cuenta la compatibilidad de elastómero/fluido bombeado.
Dos diseños comunes de estator son el "de paredes iguales" y el "de paredes desiguales". Este último, al tener un mayor espesor de pared de elastómero en los picos, permite el paso de sólidos de mayor tamaño debido a su mayor capacidad de distorsión bajo presión. Los primeros tienen un espesor de pared de elastómero constante y, por lo tanto, superan en la mayoría de los demás aspectos, como la presión por etapa, la precisión, la transferencia de calor, el desgaste y el peso. Son más caros debido a la forma compleja del tubo exterior.
Historia
En 1930, René Moineau, un pionero de la aviación, al inventar 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.
Áreas de aplicación típicas
- Bomba de alimentos y bebidas
- Bomba de aceite
- Coal slurry pumping
- Bombeo de lodos y aguas residuales
- Bombeo químico viscoso
- Examen del flujo de tormentas
- Motores de lodo de agujeros en perforación direccional de campo petrolífero (revierte el proceso, convirtiendo la hidráulica en potencia mecánica)
- Bomba de agua de pozo de energía limitada
Usos específicos
- Bombeo de cultivos o cemento
- Bomba de aceite de lubricación
- Bomba de combustible diesel marino
- Bomba de lodo minero
- Motores de barro de campo petrolífero