Una bomba de anillo líquido es una bomba de gas de desplazamiento positivo rotatoria , con líquido bajo fuerza centrífuga que actúa como sello .
Las bombas de anillo líquido se utilizan normalmente como bombas de vacío , pero también se pueden utilizar 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 deslizante se limita a los sellos del eje. [1] Las bombas de anillo líquido suelen estar impulsadas por un motor de inducción .
La bomba de anillo líquido comprime el gas mediante la rotación de un impulsor con paletas ubicado excéntricamente dentro de una carcasa cilíndrica. El líquido (a menudo agua) se introduce en la bomba y, mediante la aceleración centrífuga, forma un anillo cilíndrico móvil 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 da como resultado una variación cíclica del volumen encerrado por las paletas y el anillo.
Un gas (generalmente aire) ingresa a 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 los álabes del impulsor y el anillo líquido. La reducción de volumen causada por la rotación del impulsor comprime el gas, que sale a través del puerto de descarga en el costado de la carcasa.
El gas comprimido en la descarga de la bomba contiene una pequeña cantidad de fluido de trabajo, que generalmente se elimina en un separador 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 bombas de vacío y compresores de anillo líquido, fue concedida a Lewis H. Nash en 1914. [2] Fueron fabricadas por la 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, sencillas pero muy fiables, tienen una gran variedad de aplicaciones industriales. Se utilizan para mantener el vacío del condensador en grandes grupos electrógenos de turbina de vapor eliminando los gases incondensables, donde los niveles de vacío suelen ser de 30 a 50 mbar. Se utilizan en máquinas de papel para deshidratar la pulpa de pulpa y extraer agua de los fieltros de las prensas. Otra aplicación es el conformado 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 la refinación 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 plásticos se utilizan como bombas de vacío para desgasificar .
Los sistemas de anillo líquido pueden ser de una o varias etapas. Normalmente, una bomba de varias etapas tendrá hasta dos etapas de compresión en cascada en un eje común. En el 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 suelen producir 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 que el líquido del anillo es agua a 15 °C (59 °F) o menos. El aire seco y una temperatura de sellador-agua de 15 °C es la base de rendimiento estándar, que la mayoría de los fabricantes utilizan para sus curvas de rendimiento.
Una parte del líquido del anillo también se arrastra con la corriente de descarga gaseosa. Este líquido se separa de la corriente de gas mediante otros equipos externos a la bomba. En algunos sistemas, el líquido del anillo 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 líquido del anillo, según la configuración del sistema. Estos contaminantes se concentran a medida que el líquido continúa recirculando y, con el tiempo, 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 un flujo residual. En este caso, se utiliza agua fresca y fría para compensar la pérdida. Las consideraciones medioambientales hacen que estos sistemas de "paso único" sean cada vez menos habituales.
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 refrigeradas por aire. Para aplicaciones de gas de cloro 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 (vapores). Por ejemplo, si un proceso como la destilación o un secador de vacío genera vapores de tolueno , entonces es posible utilizar 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 generar el vacío deseado. [3]
Los líquidos iónicos en bombas de vacío de anillo líquido pueden reducir la presión de vacío de aproximadamente 70 mbar a menos de 1 mbar. [4]
