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Tecnología de las bombas de vacío de tornillo en seco

Tecnología de vacío de anillo líquido

Cómo funcionan las bombas de vacío de tornillo en seco 

La tecnología de bombas de vacío en seco, especialmente las bombas en seco para químicos con tornillo de paso variable, ofrecen ventajas claras y cuantificables con en una amplia variedad de aplicaciones esenciales. Una bomba de vacío de tornillo en seco correctamente diseñada garantiza el cumplimiento con las necesidades de procesamiento con una solución segura, confiable y rentable.

Las bombas de vacío de tornillo en seco no necesitan agua ni aceite para el sellado o la lubricación en las etapas de vacío. En consecuencia, estos sistemas de vacío en seco eliminan la generación de efluentes, la contaminación y los altos costos de tratamiento.

Funcionamiento de las bombas de vacío de tornillo en seco

Dry Screw Vacuum Pump Operating Principles
  • Una bomba de vacío de tornillo en seco está compuesta por dos rotores paralelos en forma de tornillo helicoidal sin contacto (1)(2), Fig. 1, que giran sincrónicamente a altas velocidades a través de engranajes de precisión (3). Giran en sentidos opuestos y, al hacerlo, atrapan cierta cantidad de gas en la admisión (5) y los transportan en dirección a la lumbrera de escape (6) y al interior del canal de escape (7). Las paredes del estator (9) y la forma especial de los tornillos interengranados forman las cámaras o cavidades de compresión (4) que transportan el gas.
  • Las holguras reducidas entre los tornillos y el estator, al igual que las holguras pequeñas entre los tornillos interengranados, garantizan que la cantidad de fuga inversa en dirección a la admisión sea reducida en comparación con el flujo directo de gas generado por las cavidades de los tornillos.
  • La longitud del límite de sellado impide el contraflujo de los gases bombeados (es decir, la cantidad de espirales y holguras estrechas). En el caso de bombas equipadas con una placa de compresión, se registra una leve contraexpansión del gas a los tornillos la primera vez que se expone la válvula o lumbrera de salida. Esto se expulsa rápidamente a medida que el volumen atrapado se reduce progresivamente a cero por acción de los tornillos.
  • El contraflujo de gas se controla principalmente por medio del ancho de las “superficies planas de sellado” presentes en las puntas del perfil de los tornillos. Estas superficies planas anchas se extienden en estrecha proximidad con el estator y minimizan la fuga inversa de gas. Las presiones definitivas en las bombas de tornillo pueden ser inferiores a 0,01 torr (0,01 mBar). 
  • En modelos de paso variable, el gas se comprime a medida que cambia el paso para aportar compresión adicional antes del escape de la bomba. Esto esparce la carga de calor más uniformemente en toda la longitud de los rotores. En modelos de paso único, se logra más compresión en la última media vuelta contra una placa o válvula de compresión, polarizando la generación de calor en dirección al escape. En bombas de funcionamiento en seco, las temperaturas deben ser lo suficientemente altas para evitar la condensación en todo el proceso, y lo suficientemente bajas para evitar la autoignición y la polimerización. La temperatura del gas progresivamente más elevada al acercarse al escape en las bombas de paso variable ayuda enormemente a prevenir la condensación de los vapores bombeados. Las bombas de tornillo de paso variable también consumen energía de manera más eficiente que las de paso único. 
  • El enfriamiento se logra a través de la camisa circundante (8). Las bombas se pueden configurar para enfriamiento de bucle cerrado directo o indirecto. El último método presenta muchas ventajas, ya que significa que el agua de enfriamiento de la planta nunca entra en contacto directo con el material de la bomba y que la camisa no puede obstruirse ni corroerse a raíz de la mala calidad del agua de enfriamiento.
  • Hay una lumbrera de lastre de gas (10) disponible. Si es necesario, un lastre de gas puede ayudar a entibiar una bomba fría o a secar una bomba húmeda más rápidamente, a lograr que la temperatura de un vapor inflamable salga de su rango de inflamabilidad, y a remover sólidos de una bomba, particularmente durante el lavado con solventes.

Mire esta animación para ver una bomba de vacío de tornillo en seco en acción

Manejo térmico en bombas de vacío de tornillo en seco

El manejo térmico es esencial para el confiable funcionamiento de bombas de vacío de tornillo en seco para productos químicos.

En una bomba que está demasiado fría para un determinado proceso pueden concentrarse vapores agresivos, lo que genera corrosión, dilución de lubricantes y dilatación de los sellos. Estos daños son graves pero pueden suceder solamente si se permite que se condense vapor en la fase líquida.

Por el contrario, si las temperaturas de operación en la bomba son demasiado elevadas para determinado proceso, pueden registrarse reacciones no deseadas como polimerización o autoignición, con el agregado de temperaturas elevadas en los cojinetes o ataque térmico. 

Los efectos antes mencionados pueden mitigarse ligeramente por medio de recubrimientos internos pero nunca se debe confiar en este método. Los recubrimientos son excelentes para proteger a la bomba durante el almacenamiento inicial y la puesta en marcha del sistema, pero no tienen larga sobrevida a los niveles de temperatura y vacío en los que las bombas funcionan gran parte del tiempo.

La clave es garantizar que los vapores del proceso permanezcan en la fase de vapor [área Verde] de la figura de abajo. Entre algunas de las estrategias para garantizar que esto suceda se incluye controlar temperatura/flujo del enfriante de la bomba, usar purga de nitrógeno para cambiar el punto de condensación del proceso y utilizar condensadores de admisión para remover el vapor en la parte del circuito anterior a la bomba.  

A fin de mejorar aun más la confiabilidad en condiciones siempre se registran inconvenientes en los sistemas, pueden agregarse características adicionales al sistema de la bomba para garantizar la confiabilidad. Un ejemplo es un sistema de lavado con solventes para mantener el mecanismo de bombeo limpio y sin obstrucciones. Otro son los Tambores de expulsión (Knock-Out Pots, KOPs) y los filtros para capturar líquido o pepitas de polvo cuando son inevitables. 

Thermal Management in Dry Screw Vacuum Pumps

Vacío sin aceite para aplicaciones industriales 

Las bombas de vacío de tornillo en seco son notoriamente simples, pero sofisticadas, confiables y muy eficientes a la vez. El funcionamiento en seco y sin contacto no requiere lubricación en la cámara de bombeo. Esto se traduce en grandes ventajas: no se produce contaminación de procesos ni contaminación a raíz del funcionamiento de la bomba. Las bombas de vacío en seco NASH pueden manejar sustancias corrosivas, orgánicas, inorgánicas y solventes de manera segura y confiable gracias a su diseño de tornillo sin contacto ni aceite. Algunas aplicaciones adicionales:

  • Destilación (normal, ruta corta y molecular)
  • Secado (filtro, congelamiento y secado transformador)
  • Evaporación
  • Filtrado
  • Vacío central (servicio de vacío central o general/de laboratorio, plantas piloto)
  • Servicio de reactor
  • Recuperación de solventes (vapor combustible)
  • Esterilización (óxido de etileno)
  • Gases problemáticos (inflamables, temperaturas de autoignición bajas, gases corrosivos e hidrógeno)
  • Transporte

Algunas aplicaciones adicionales

  • Cristalización 
  • Desodorización 
  • Desgasado 
  • Desorción 
  • Manejo de fluidos 
  • Impregnación
  • Pervaporación 
  • Polimerización 

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