¿Qué es una bomba de lóbulos?
¿Cómo funciona una bomba de lóbulos?
Construcción de una bomba de lóbulos
Clasificación de las bombas de lóbulos por tipo de rotor
Tipos de sellado disponibles
Bomba de lóbulos – desventajas y ventajas
Parámetros clave necesarios para la selección de una bomba de lóbulos
Aplicaciones típicas de las bombas de lóbulos
Solución de problemas comunes
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Autor del artículo: Bartłomiej Lipka Especialista de Producto para Productos Higiénicos y Automatización |
¿Qué es una bomba de lóbulos?
Las bombas de lóbulos son dispositivos populares para el transporte de líquidos con viscosidades aumentadas.
Se caracterizan por una amplia aplicación, principalmente en las industrias alimentaria, cosmética y farmacéutica. Estos dispositivos se utilizan debido a su bombeo suave y seguro
¿Cómo funciona una bomba de lóbulos?
Una bomba de lóbulos consta de dos rotores (comúnmente llamados lóbulos o impulsores) encerrados en una carcasa metálica. El principio de funcionamiento de una bomba de lóbulos es el siguiente: cuando los rotores giran en el lado de succión de la bomba, la cámara de la bomba se amplía, generando un vacío y provocando que el líquido fluya hacia la bomba. Luego, se transporta desde el lado de succión al lado de descarga, donde se comprime y se expulsa a través del puerto de descarga.
Una bomba de lóbulos es una bomba bidireccional: al cambiar la dirección de rotación de la bomba de lóbulos, podemos cambiar la dirección de bombeo.
Principio de funcionamiento de las bombas de lóbulos.
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Construcción de una bomba de lóbulos
Una bomba de lóbulos consta de:
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Caja de engranajes – su propósito es sincronizar las velocidades de rotación de ambos ejes, el motriz y el conducido. La sincronización de estos ejes garantiza que no haya contacto entre los rotores y la carcasa. Además, los rodamientos se alojan en la caja de engranajes, y el aceite o la grasa en la caja de engranajes están destinados a enfriar y lubricar el sincronizador y los rodamientos. |
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Eje de la bomba – una bomba de lóbulos tiene 2 ejes. Un eje es el eje motriz, acoplado a la transmisión de potencia, mientras que el segundo eje es el eje conducido, que, gracias a los engranajes de la caja de engranajes, gira a la misma velocidad que el eje motriz, pero en dirección opuesta. En el lado de la carcasa de la bomba, los sellos del eje y los impulsores de la bomba (lóbulos) se montan en los ejes. Debido a que estos ejes pueden entrar en contacto con el medio bombeado, están hechos de acero inoxidable o acero dúplex. |
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Impulsor (impulsor, lóbulo) – elementos de trabajo que, al girar dentro de la carcasa, provocan que el fluido bombeado se mueva desde el lado de succión al lado de descarga de la bomba. |
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Carcasa – el cuerpo de la bomba en el que giran los lóbulos, fabricado la mayoría de las veces de acero inoxidable y con conexiones que permiten conectar la bomba a la instalación. La carcasa también incluye la tapa frontal de la bomba, que puede contener opciones adicionales que aumentan la aplicabilidad de la bomba, por ejemplo, una camisa de calentamiento para evitar que el medio se solidifique dentro de la bomba o una válvula de seguridad que protege la bomba contra una presión de descarga excesivamente alta, por ejemplo, cuando la bomba funciona con una válvula cerrada en el lado de salida de la bomba. |
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Sello – esta es la parte de la bomba responsable de su estanqueidad en el eje giratorio. Dependiendo de las propiedades del medio y los requisitos de la aplicación, se pueden utilizar varios tipos de materiales y sellos de eje, como sellos mecánicos, sellos de labio o juntas tóricas dobles. |
Clasificación de las bombas de lóbulos por tipo de rotor:
Los siguientes rotores se pueden utilizar en las bombas de lóbulos:
rotor tipo «trilóbulo»
Rotor de tres lóbulos con formas suaves. Las bombas con dicho rotor se caracterizan por un flujo menos pulsátil y una menor carga neta positiva de succión requerida (NPSHr) que los rotores Biwing. Además, el rotor TriLobe maneja mejor los líquidos de baja viscosidad.
rotor tipo «BiWing»
Impulsor de dos lóbulos que genera mayores pulsaciones que el impulsor TriLobe. Maneja mejor líquidos de mayor viscosidad. Este impulsor se utiliza muy a menudo en bombas de lóbulos debido a su forma más simple y menor costo de producción.
Tipos de sellado disponibles
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Sello mecánico simple – un sello de eje básico utilizado en bombas de lóbulos. Consta de dos anillos hechos de materiales duros y resistentes a la abrasión y un resorte que proporciona una presión adecuada a estos espacios. Uno de los anillos es un anillo giratorio montado en el eje giratorio, y el otro anillo es un anillo estático montado en la carcasa de la bomba. Al usar estos tipos, se debe recordar que el líquido bombeado proporciona enfriamiento a los anillos giratorios, y la carrera en seco hace que los anillos se calienten y pueden provocar su agrietamiento y daño. Además, no debe usarse con líquidos sensibles al contacto con el aire, por ejemplo, jarabe de glucosa-fructosa, que puede cristalizar durante el tiempo de inactividad de la bomba y obstruir este sello, lo que puede causar daños durante el reinicio de la bomba.Los pares de fricción de sellado están hechos de, entre otros, carburo de silicio, carburo de tungsteno, grafito o cerámica. |
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Sello mecánico doble – esta es una modificación de un sello simple, que consiste en aplicar un segundo sello mecánico en el mismo eje detrás del primario, o aplicar un segundo anillo estático. Tal solución requiere proporcionar un líquido de enfriamiento y lubricación para el segundo sello ubicado en el lado atmosférico, que:
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Sello de labio – este es un sello simple que consta de uno o más anillos hechos de material flexible, seleccionados adecuadamente para el fluido bombeado. Este anillo se monta en el eje y gira con él, adaptándose a él y asegurando la estanqueidad de la bomba. El medio bombeado también proporciona lubricación, reduciendo la fricción y extendiendo la vida útil del sello. Este tipo también tiene sus limitaciones, como una presión de operación y temperatura del medio permisibles relativamente bajas, que resultan del material del que está hecho el anillo. |
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Junta tórica – este es un sello de bomba hecho de un anillo elastomérico con una sección transversal en forma de «O». La junta tórica se monta en una ranura en el eje de la bomba y gira con el eje, asegurando la estanqueidad. En este caso también, el medio bombeado actúa como líquido lubricante. También es posible utilizar una junta tórica doble. |
¿Qué es el deslizamiento y de qué depende?
El deslizamiento, o reflujo, es un fenómeno característico de las bombas de desplazamiento positivo, que consiste en que parte del líquido bombeado regresa del lado de descarga al lado de succión de la bomba.
En las bombas de lóbulos, este fenómeno se ve influenciado por:
- Viscosidad del líquido bombeado – debido a la falta de contacto entre los lóbulos y la carcasa, la bomba de lóbulos se «sella» con el medio bombeado. Por lo tanto, una mayor viscosidad del líquido resulta en un mejor sellado de la bomba, lo que a su vez reduce el deslizamiento y mejora la eficiencia de la bomba.
- Diferencia de presión – una mayor presión de descarga significa que el líquido regresa al lado de succión con mayor fuerza.
- Holguras – cuanto mayores sean las holguras, es decir, las distancias entre los lóbulos y la carcasa, mayor será el fenómeno de reflujo.
Bomba de lóbulos – desventajas y ventajas
Ventajas de las bombas de lóbulos:
Diseño higiénico – la falta de contacto entre los lóbulos y la ausencia de piezas flexibles de desgaste significa que el líquido bombeado no se contamina con elementos de desgaste. Las bombas están fabricadas con materiales de alta calidad y su diseño higiénico puede ser confirmado por certificados apropiados, como EC1935/2004 o FDA.
Flujo estable y sin pulsaciones – El flujo de líquido es estable y proporcional a la velocidad de rotación de la bomba. Las bajas pulsaciones de flujo permiten el uso sin problemas de dispositivos de medición como caudalímetros o sensores de presión sin necesidad de dispositivos adicionales como amortiguadores de pulsaciones.
Amplio rango de viscosidad – una bomba de lóbulos permite el transporte de líquidos de diversas viscosidades, lo que aumenta su aplicabilidad en procesos donde una bomba bombeará varios productos diferentes, o donde el producto cambia sus propiedades durante el proceso.
Bombeo de productos delicados – el diseño de la bomba garantiza bajas fuerzas de cizallamiento en el producto bombeado, lo que permite bombear medios como cremas o yogures sin dañar la estructura del líquido.
Reversibilidad del flujo – la bomba es una bomba bidireccional – la dirección de bombeo depende de la dirección de rotación del rotor. Esto permite utilizar la misma bomba tanto para cargar como para descargar un tanque.
Bombeo de líquidos con partículas sólidas – El diseño de la bomba permite el transporte de líquidos con partículas sólidas como yogures con trozos de fruta, sin dañar la estructura del producto bombeado.
Lavabilidad y drenabilidad – las bombas de lóbulos son totalmente lavables, y si la bomba se monta con puertos verticales, la bomba se autdrena. Esto garantiza una limpieza del proceso extremadamente alta.
Desventajas de las bombas de lóbulos:
Baja eficiencia con líquidos de baja viscosidad – la bomba se sella con el medio bombeado y, en consecuencia, tiene un gran reflujo (deslizamiento) con líquidos de baja viscosidad. Por esta razón, requiere una bomba adicional para generar flujo CIP.
Falta de capacidad de succión – debido a la falta de contacto entre los lóbulos y la carcasa, la bomba tiene una capacidad limitada para bombear aire, lo que es una desventaja en comparación con las bombas de tornillo o las bombas de impulsor flexible.
Parámetros clave necesarios para la selección de una bomba de lóbulos
Los siguientes parámetros son cruciales para seleccionar una bomba de lóbulos:
| Presión de descargaEste valor influye en el deslizamiento y el consumo de energía. Considerar una presión demasiado alta al seleccionar una bomba puede resultar en un sobredimensionamiento excesivo de la potencia de accionamiento y la selección de una velocidad de rotación demasiado alta. Por el contrario, considerar una presión demasiado baja puede resultar en una selección de potencia insuficiente y sobrecarga del motor. Además, se deben evitar altas velocidades de rotación a alta presión de descarga. |
| Capacidad de la bombaEl valor de la capacidad de la bomba es necesario para determinar la velocidad de rotación correcta. |
| ViscosidadLa viscosidad del líquido afecta el deslizamiento y, en consecuencia, la selección de la velocidad de rotación adecuada. Al mismo tiempo, la viscosidad afecta el consumo de energía. Se deben evitar altas velocidades de rotación en el caso de medios de muy alta viscosidad. |
| Información sobre certificados adicionales requeridosEsto incluye información sobre, entre otros, certificados FDA, EHEDG, 3A o certificados para operación en zonas de riesgo de explosión (ATEX). |
| Propiedades del medio – información importante sobre el líquido bombeado para la selección son:Temperatura del medio – la temperatura del medio afecta la selección de las holguras en la bomba de lóbulos. Para líquidos a alta temperatura, se debe seleccionar una bomba con holguras aumentadas, lo que puede resultar en un alto deslizamiento si la temperatura real es menor. Por otro lado, los lóbulos y la carcasa de la bomba pueden expandirse debido a una temperatura demasiado alta, lo que en caso de holguras demasiado pequeñas puede resultar en que la bomba se agarrote.Estructura del producto – una información importante en el proceso de selección de la bomba de lóbulos es la estructura del producto bombeado, como la sensibilidad a las fuerzas de cizallamiento y el tamaño de las partículas sólidas.Cristalización – la información sobre si el medio tiende a cristalizar en contacto con el aire es crucial para seleccionar el sello de la bomba. Para líquidos que cristalizan, generalmente se requiere un sello doble con fluido barrera. |
Qué buscar al comprar una bomba de lóbulos
Al comprar bombas de lóbulos, vale la pena prestar atención al sello utilizado en la bomba, los materiales utilizados, la eficiencia de la bomba y el consumo de energía. También vale la pena considerar la disponibilidad de repuestos y servicio.
Aplicaciones típicas de las bombas de lóbulos
Las bombas de lóbulos funcionan perfectamente en diversas aplicaciones industriales. Se utilizan más comúnmente en:
Industria alimentaria – gracias al bombeo suave del producto sin dañarlo, por ejemplo, requesón o yogures.
Industria cosmética – debido a la capacidad de bombear productos de diversas viscosidades, como jabones, champús o cremas.
Industria farmacéutica – debido a la capacidad de bombear líquidos sensibles a las fuerzas de cizallamiento, como cremas o suspensiones, sin contaminar el producto bombeado.
Industria química – debido al uso de materiales de alta calidad.
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Solución de problemas comunes
Las bombas de lóbulos, cuando se mantienen adecuadamente, son muy fiables. Las causas más comunes de daño en las bombas de lóbulos son:
| Carrera en secoEn tal caso, debido a la falta de lubricación y enfriamiento por el fluido bombeado, los pares de fricción en el sello se calientan como resultado de la fricción, lo que provoca su agrietamiento o daño superficial. Esto resulta en que la bomba pierda su estanqueidad. |
| Temperatura demasiado alta del fluido bombeadoComo resultado de bombear líquido a una temperatura demasiado alta, la carcasa, la tapa frontal y los lóbulos sufren expansión térmica y aumentan de tamaño, lo que puede causar fricción entre los lóbulos y la carcasa, e incluso provocar que la bomba se agarrote. Como resultado, todos los componentes de la bomba se rayan de manera uniforme. |
| Carga neta positiva de succión disponible (NPSHa)La carga neta positiva de succión disponible (NPSHa) en el sistema de succión debe ser calculada por el diseñador del sistema y tener en cuenta la altura de entrada del líquido, la presión en el tanque de succión, la resistencia en el sistema de succión y la presión de vapor del líquido bombeado. |
| Presión excesiva en el lado de descargaEn tal caso, la fuerza radial que actúa sobre los ejes desde el lado de descarga puede causar que se doblen, lo que resulta en rayones en la carcasa de la bomba (en el lado de succión), la tapa frontal (en el lado de descarga) y en las puntas de los rotores. |
| Partículas sólidas durasLas partículas sólidas duras pueden entrar en los espacios entre los lóbulos y la carcasa y la tapa frontal, lo que puede causar rayones irregulares en la carcasa y los rotores. Este efecto es particularmente notable cuando la bomba se monta con puertos horizontales, donde estas partículas se acumulan en la parte inferior de la carcasa; en tal caso, el lóbulo inferior se raya más que el superior. |
| CavitaciónEl efecto de la cavitación en las bombas de lóbulos es un daño desigual en forma de picaduras y erosión del material del lóbulo y la carcasa, principalmente en el lado de succión de la bomba. |
Accesorios para bombas de lóbulos
Los accesorios más comunes para bombas de lóbulos son:
- variadores de frecuencia – permiten regular el flujo generado por la bomba cambiando la velocidad de rotación de la bomba. Además, se pueden utilizar para proteger la bomba contra presión excesiva y, en consecuencia, torque excesivo en el eje del motor. Los variadores de frecuencia también se utilizan para integrar la bomba con el sistema DCS.
- válvulas de seguridad – son dispositivos que protegen la bomba contra presión excesiva en el lado de descarga. Estas son válvulas tipo globo con un resorte de cierre de fuerza de operación ajustable. Las bombas de lóbulos también pueden equiparse con una válvula de seguridad incorporada ubicada en la tapa frontal de la bomba, que, cuando se activa, conecta los lados de succión y descarga de la bomba, reduciendo la presión de descarga.
- tanques de fluido de barrera – llenos de fluido lubricante-refrigerante para sellos mecánicos dobles
- sensores de carrera en seco – detectan la ausencia de medio en la sección de succión de la bomba y permiten apagar la bomba para proteger los sellos de la bomba.
- carritos – que permiten el uso de una bomba en varios lugares dentro de una planta de producción.
variadores de frecuencia
carritos para bombas de lóbulos
tanques de fluido de barrera
