Una bomba de anillo líquido es una bomba de gas giratoria de desplazamiento positivo , en la que el líquido bajo fuerza centrífuga actúa como sello .
Las bombas de anillo líquido se utilizan normalmente como bombas de vacío , pero también pueden utilizarse como compresores de gas . La función de una bomba de anillo líquido es similar a la de una bomba de paletas rotativas , con la diferencia de que las paletas son una parte rígida del rotor y agitan un anillo giratorio de líquido para formar el sello de la cámara de compresión. Tienen un diseño inherentemente de baja fricción, siendo el rotor la única parte móvil. La fricción por deslizamiento se limita a los sellos del eje. [1] Las bombas de anillo líquido normalmente funcionan con un motor de inducción .
La bomba de anillo líquido comprime el gas haciendo girar un impulsor de paletas ubicado excéntricamente dentro de una carcasa cilíndrica. Se introduce líquido (a menudo agua) en la bomba y, mediante aceleración centrífuga, forma un anillo cilíndrico en movimiento contra el interior de la carcasa. Este anillo líquido crea una serie de sellos en los espacios entre las paletas del impulsor, que forman cámaras de compresión. La excentricidad entre el eje de rotación del impulsor y el eje geométrico de la carcasa provoca una variación cíclica del volumen encerrado por las paletas y el anillo.
Se introduce gas (a menudo aire) en la bomba a través de un puerto de entrada en el costado de la carcasa. El gas queda atrapado en las cámaras de compresión formadas por las paletas del impulsor y el anillo líquido. La reducción de volumen causada por la rotación del impulsor comprime el gas, que sale por el puerto de descarga en el costado de la carcasa.
El gas comprimido en la descarga de la bomba contiene una pequeña cantidad del fluido de trabajo, que generalmente se elimina en un separador de vapor-líquido .
Las primeras bombas de anillo líquido datan de 1903, cuando se concedió una patente en Alemania a Siemens-Schuckert . La patente estadounidense 1.091.529, para compresores y bombas de vacío de anillo líquido, fue concedida a Lewis H. Nash en 1914. [2] Fueron fabricados por Nash Engineering Company en Norwalk, Connecticut, EE. UU. Casi al mismo tiempo, en Austria se concedió la patente 69274 a Siemens-Schuckertwerke para una bomba de vacío de anillo líquido similar.
Estas bombas simples pero altamente confiables tienen una variedad de aplicaciones industriales. Se utilizan para mantener el vacío del condensador en grandes conjuntos generadores de turbinas de vapor mediante la eliminación de gases incondensables, donde los niveles de vacío suelen ser de 30 a 50 mbar. Se utilizan en máquinas papeleras para deshidratar la pasta de pulpa y extraer agua de los fieltros de prensa. Otra aplicación es la formación al vacío de productos de pulpa de papel moldeados ( cartones de huevos y otros envases). Otras aplicaciones incluyen la remediación de suelos, donde el agua subterránea contaminada se extrae de los pozos mediante vacío. En el refinado de petróleo, la destilación al vacío también utiliza bombas de vacío de anillo líquido para proporcionar el vacío del proceso. Los compresores de anillo líquido se utilizan a menudo en sistemas de recuperación de vapor . En la industria de extrusión de plástico se utiliza como bombas de vacío para desgasificación .
Los sistemas de anillo líquido pueden ser de una o varias etapas. Normalmente, una bomba multietapa tendrá hasta dos etapas de compresión en cascada en un eje común. En servicio de vacío, la reducción de presión alcanzable está limitada por la presión de vapor del líquido del anillo. A medida que el vacío generado se acerca a la presión de vapor del líquido del anillo, el volumen creciente de vapor liberado del líquido del anillo disminuye la capacidad de vacío restante. La eficiencia del sistema disminuye a medida que se acerca al límite.
Las bombas de vacío de una sola etapa generalmente producen un vacío de hasta 35 torr (mm Hg) o 47 milibares (4,7 kPa), y las bombas de dos etapas pueden producir un vacío de hasta 25 torr, suponiendo que se bombea aire y el líquido del anillo es agua a 15 °. C (59 °F) o menos. El aire seco y una temperatura del agua selladora de 15 °C son la base de rendimiento estándar, que la mayoría de los fabricantes utilizan para sus curvas de rendimiento.
Parte del líquido anular también es arrastrado con la corriente de descarga gaseosa. Este líquido se separa de la corriente de gas mediante otro equipo externo a la bomba. En algunos sistemas, el líquido anular descargado se enfría mediante un intercambiador de calor o una torre de enfriamiento y luego se devuelve a la carcasa de la bomba. En algunos sistemas de recirculación, los contaminantes del gas quedan atrapados en el anillo líquido, dependiendo de la configuración del sistema. Estos contaminantes se concentran a medida que el líquido continúa recirculando y eventualmente podrían causar daños y reducir la vida útil de la bomba. En este caso, se requieren sistemas de filtración para garantizar que la contaminación se mantenga en niveles aceptables.
En los sistemas sin recirculación, el líquido caliente descargado (normalmente agua) se trata como una corriente residual. En este caso, se utiliza agua fresca y fresca para compensar la pérdida. Las consideraciones medioambientales hacen que estos sistemas "de un solo paso" sean cada vez más raros.
Las bombas de vacío de anillo líquido pueden utilizar cualquier líquido compatible con el proceso como líquido sellador, siempre que tenga las propiedades de presión de vapor adecuadas. Aunque el sellador más común es el agua, se puede utilizar casi cualquier líquido. El segundo líquido sellador más común es el aceite. Dado que el aceite tiene una presión de vapor muy baja, las bombas de vacío de anillo líquido selladas con aceite suelen estar enfriadas por aire. Para aplicaciones de cloro gaseoso seco, se utiliza ácido sulfúrico concentrado como sellador.
La capacidad de utilizar cualquier líquido permite que la bomba de vacío de anillo líquido sea ideal para la recuperación de disolventes (vapor). Por ejemplo, si un proceso como la destilación o un secador al vacío genera vapores de tolueno , entonces es posible usar tolueno líquido como sellador, siempre que el agua de refrigeración esté lo suficientemente fría como para mantener la presión de vapor del líquido sellador lo suficientemente baja como para extraer el vacío deseado. [3]
Los líquidos iónicos en bombas de vacío de anillo líquido pueden reducir la presión de vacío desde aproximadamente 70 mbar hasta menos de 1 mbar. [4]
