Una bomba de tornillo es una bomba de desplazamiento positivo que utiliza uno o varios tornillos para mover sólidos o líquidos fluidos a lo largo del eje del tornillo.
La bomba de tornillo es la bomba de desplazamiento positivo más antigua. [1] Los primeros registros de un tornillo de agua, o bomba de tornillo, se remontan al Antiguo Egipto antes del siglo III a. C. [1] [2] El tornillo egipcio, utilizado para elevar agua del Nilo , estaba compuesto por tubos enrollados alrededor de un cilindro; a medida que toda la unidad gira, el agua se eleva dentro del tubo espiral a la elevación superior. Un diseño posterior de bomba de tornillo de Egipto tenía una ranura espiral cortada en el exterior de un cilindro de madera sólida y luego el cilindro estaba cubierto por tablas o láminas de metal que cubrían estrechamente las superficies entre las ranuras. [1]
Stephanie Dalley [3] ha interpretado una inscripción cuneiforme del rey asirio Senaquerib (704–681 a. C.) como si describiera la fundición de tornillos de agua en bronce unos 350 años antes. Esto es coherente con el autor clásico Estrabón , que describe los Jardines Colgantes como regados por tornillos. [4]
La bomba de tornillo se introdujo posteriormente en Grecia desde Egipto. [1] Fue descrita por Arquímedes , [5] : 242–251 con ocasión de su visita a Egipto , alrededor del año 234 a. C. [6] Esto sugiere que el aparato era desconocido para los griegos antes de la época helenística . [5] : 242–251
Existen tres formas principales: en su forma más simple (la bomba de tornillo de Arquímedes o "tornillo de agua" ), un solo tornillo gira en una cavidad cilíndrica, atrapando gravitacionalmente algo de material en la parte superior de una sección del tornillo como si fuera una pala, y moviendo progresivamente el material a lo largo del eje del tornillo hasta que se descarga en la parte superior. Esta antigua construcción todavía se utiliza en muchas aplicaciones de baja tecnología, como sistemas de irrigación y en maquinaria agrícola para transportar granos y otros sólidos. La segunda forma funciona de manera diferente; aprieta una bolsa atrapada de material contra otro tornillo. Esta forma es a la que normalmente se hace referencia en los tiempos modernos con el término "bomba de tornillo". La tercera forma (la bomba de cavidad progresiva o bomba de tornillo excéntrico) aprieta una bolsa atrapada de material contra las paredes de la cavidad girando el tornillo excéntricamente.
Al igual que todas las bombas de desplazamiento positivo, los distintos tipos de bombas de tornillo funcionan atrapando un volumen de material de alguna manera y luego moviéndolo. Existen numerosas formas de dar forma al tornillo o a la cavidad para lograr esta función, y la cantidad de tornillos que trabajan juntos puede ser mucha. El término "bomba de tornillo" se refiere genéricamente a todos estos tipos. Sin embargo, esta generalización puede ser un error, ya que no reconoce que las diferentes configuraciones de "tornillo" tienen diferentes ventajas y consideraciones de diseño para cada una, lo que hace que los distintos tipos sean adecuados para casos de uso, tipos de materiales, caudales y presiones muy diferentes.
Una de las configuraciones más comunes de una bomba de tornillo es la bomba de tornillo de tres husillos. Tres tornillos se presionan entre sí para formar bolsas de líquido bombeado en las ranuras de los tornillos. A medida que los tornillos giran en direcciones opuestas, el líquido bombeado se mueve a lo largo de los husillos de los tornillos. No hay nada mágico en dos, tres o cualquier número de tornillos; las bolsas se forman de todos modos. Se utilizan tres husillos en lugar de dos porque esto permite que el tornillo central experimente una carga de presión simétrica desde todos los lados. Esto garantiza que el tornillo central no se empuje hacia los lados, no se doble y, por lo tanto, elimina la necesidad de cojinetes radiales en el eje principal para absorber las fuerzas radiales. Los dos tornillos laterales se pueden convertir en rodillos flotantes ocultos internamente, lubricados por el propio líquido bombeado, eliminando así la necesidad de cojinetes en esos ejes. Esto es algo que se desea comúnmente porque los sellos y cojinetes en las máquinas son fuentes comunes de fallas.
Las bombas de tornillo de tres husillos se utilizan con mayor frecuencia para el transporte de fluidos viscosos con propiedades lubricantes. Son adecuadas para una variedad de aplicaciones, como inyección de combustible , quemadores de aceite , refuerzo, hidráulica , combustible, lubricación , circulación, alimentación y para bombear fluidos viscosos a alta presión en instalaciones marinas y en alta mar.
En comparación con otras bombas, las bombas de tornillo tienen varias ventajas. El fluido bombeado se mueve axialmente sin turbulencias, lo que elimina la formación de espuma que de otro modo se produciría en fluidos viscosos. También pueden bombear fluidos de mayor viscosidad sin perder caudal. Además, los cambios en la diferencia de presión tienen poco impacto en las bombas de tornillo en comparación con otras bombas. También hay muy poca contratracción en el eje motor y la salida del flujo suele ser muy uniforme y no pulsa mucho.