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 excéntrica o bomba de cavidad . Transfiere fluido mediante el avance, a través de la bomba, de una secuencia de cavidades pequeñas, discretas y de forma fija, a medida que se gira su rotor . Esto conduce a que el caudal volumétrico sea proporcional a la velocidad de rotación (bidireccionalmente) 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 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 fabricante específico o por el nombre del producto. Por lo tanto, los nombres pueden variar de una industria a otra e incluso regionalmente; los ejemplos incluyen: Moineau (en honor al inventor René Moineau). Se emitieron las 4 licencias de fabricación originales 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 motor ( motor de lodo ) cuando se bombea fluido a través de su interior. Las aplicaciones incluyen la perforación de pozos direccionales.
La bomba de cavidad progresiva normalmente consta de un rotor helicoidal y una hélice gemela, dos veces 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. [1]
A menudo se malinterpreta el principio de esta técnica de bombeo. 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 , y por eso tiene características operativas similares, como poder bombear a velocidades extremadamente bajas, incluso a alta presión, lo que revela que el efecto es un desplazamiento puramente positivo. El rotor "trepa" de forma orbital por la cavidad interior (ver bomba ).
A una presión suficientemente alta, los sellos deslizantes entre las cavidades filtrarán 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 (o tres) cavidades por etapa. El número de etapas (actualmente hasta 24) sólo está limitado por la capacidad de mecanizar las herramientas.
Cuando se gira el rotor, rueda/trepa alrededor de la superficie interior del agujero. 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, la hipocicloide es simplemente una línea recta. El rotor debe ser impulsado a través de un conjunto de juntas universales u otros mecanismos para permitir la excentricidad. [2]
El rotor adopta una forma similar a un sacacorchos , y esto, combinado con el movimiento giratorio descentrado, da lugar al nombre alternativo: bomba de tornillo excéntrica.
Existen diferentes formas de rotor y relaciones de paso de 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 determinado, y/o la capacidad de manipulación de sólidos de la bomba. [ cita necesaria ]
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 que las personas conocen más comúnmente, es decir, aquellas en las que se puede pensar. como generador de presión. Esto puede llevar a la suposición errónea de que a todas las bombas se les puede ajustar el caudal utilizando 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 por completo implicará que se generen presiones muy altas. Para evitar esto, las bombas suelen estar 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 par para arrancar y, si se permite funcionar 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 larga vida útil y un servicio confiable al transportar fluidos espesos o con grumos, 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 como para mantener una capa de lubricación alrededor de las partículas y así proteger el estator.
Los diseños específicos implican que el rotor de la bomba esté hecho de acero, recubierto con una superficie lisa y dura, 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 cavidades complejas necesarias. El rotor se sujeta contra la superficie interior del estator mediante brazos de enlace en ángulo y cojinetes (sumergidos en el fluido) que le permiten rodar alrededor de la superficie interior (sin accionamiento). Se utiliza elastómero para el estator para simplificar la creación de la forma interna compleja, 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 lo tanto, será necesario tener en cuenta la compatibilidad entre el elastómero y el 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 distorsionarse 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 presión por etapa, precisión, transferencia de calor, desgaste y peso. Son más caros debido a la compleja forma del tubo exterior.
En 1930, René Moineau, pionero de la aviación, mientras inventaba un compresor para motores a reacción, descubrió que este principio también podía funcionar como sistema de bombeo. La Universidad de París otorgó a René Moineau el doctorado en ciencias por su tesis sobre “Un nuevo capsulismo”. Su tesis pionera sentó las bases para la bomba de cavidad progresiva.