Bombas de cavidad progresiva: rotor, estator y deslizamiento explica cómo un rotor de un solo lóbulo que gira dentro de un estator elastomérico de doble lóbulo produce un caudal suave, de bajo cizallamiento y casi sin pulsaciones, y por qué el ajuste por interferencia entre ambas piezas gobierna el rendimiento y el modo de fallo. Las bombas de cavidad progresiva (PCP), también conocidas como bombas de tornillo excéntrico, son adecuadas para fluidos viscosos, sensibles al cizallamiento, abrasivos o cargados de sólidos que las bombas centrífugas manejan mal.
El rotor es un tornillo helicoidal de un solo lóbulo, normalmente de acero con recubrimiento duro de cromo o una aleación resistente a la corrosión, mecanizado con una geometría excéntrica. Gira dentro de un estator elastomérico con un perfil de doble hélice: un lóbulo más que el rotor y con el doble de paso. Este desfase forma cavidades selladas entre rotor y estator que progresan continuamente desde la succión hasta la descarga. Como las cavidades se desplazan a una velocidad constante por revolución, el caudal permanece casi sin pulsaciones y es en gran medida independiente de la presión de descarga hasta que el deslizamiento se vuelve significativo, lo que las hace adecuadas para dosificación y para fluidos que no toleran el cizallamiento por impulsores.
El deslizamiento es el retroflujo interno desde la descarga hasta la succión a través del claro rotor-estator en cada límite de cavidad. En una bomba nueva con el ajuste por interferencia correcto, el deslizamiento es mínimo. Aumenta con:
Debido a que el deslizamiento aumenta con la presión, el caudal a gran altura puede caer muy por debajo del desplazamiento teórico, por lo que el dimensionamiento debe usar la curva corregida por presión del fabricante, no la cifra a cabeza nula. Una tendencia de deslizamiento en aumento a velocidad y presión constantes es una señal temprana y fiable de desgaste del estator o del rotor.
El estator elastomérico depende totalmente del fluido bombeado para la lubricación y el enfriamiento. Si la bomba funciona en seco, aunque sea brevemente, el calor por fricción en las líneas de sellado puede superar el límite térmico del elastómero en segundos, chamuscando, ampollando y desgarrando el estator. Un estator dañado de esta forma no puede repararse; debe sustituirse. Dado que el daño ocurre tan rápido, la protección debe ser automática en lugar de procedimental: interruptores de baja presión o de nivel en la succión, sensores de funcionamiento en seco e interbloqueos que desactiven el accionamiento antes de que un operador pueda reaccionar.
Los estatores elastoméricos se hinchan o encogen fuera de su rango de compatibilidad. Una pequeña cantidad de hinchamiento es normal y puede ayudar a mantener la interferencia a medida que el elastómero envejece, pero un hinchamiento excesivo cierra los claros hasta que el par y la absorción de potencia aumentan, a veces lo suficiente como para bloquear el accionamiento. Un encogimiento excesivo hace lo contrario, abriendo la línea de sellado e incrementando el deslizamiento. La selección del elastómero debe coincidir con el fluido del proceso, la temperatura y cualquier químico de limpieza CIP, no solo con el producto principal. Los rangos de temperatura de servicio varían según el fabricante y la calidad; las cifras siguientes son una guía general, no un sustituto de la hoja de datos.
| Elastómero | Temperatura típica de servicio | Más adecuado para | Evitar con |
|---|---|---|---|
| NBR (nitrilo) | Aproximadamente -30 a 100 °C | Aceites minerales, hidrocarburos generales, agua | Exposición a ozono/UV, oxidantes fuertes |
| HNBR | Aproximadamente -25 a 150 °C | Lechadas abrasivas, aceites a mayor temperatura | Disolventes aromáticos |
| FKM (fluoroelastómero) | Aproximadamente -20 a 200 °C | Productos químicos agresivos, altas temperaturas | Agua caliente, vapor, cetonas |
| EPDM | Aproximadamente -40 a 150 °C | Agua, condensado de vapor, cáusticos de CIP | Aceites minerales, hidrocarburos |
El par rotor-estator es el principal componente de desgaste; los intervalos de sustitución dependen más del contenido abrasivo, la presión diferencial y el historial de funcionamiento en seco que del tiempo calendario. El sello rotativo, ya sea un prensaestopas o un sello mecánico, es el segundo elemento de desgaste más importante; consulte tipos de sello mecánico para orientación en la selección. Las juntas universales o los ejes de transmisión flexibles que conectan el rotor al tren de transmisión soportan cargas cíclicas por el movimiento excéntrico del rotor y merecen inspección periódica.
La elección entre una PCP, una bomba centrífuga y otros diseños de desplazamiento positivo se reduce a la reología del fluido, el contenido de sólidos y las necesidades de caudal aguas abajo; consulte centrífuga vs bomba de desplazamiento positivo para un marco más amplio. Las bombas de diafragma son una alternativa común cuando la tolerancia al funcionamiento en seco importa más que un caudal suave; consulte bomba de diafragma accionada por aire para esa comparación. En relación con las bombas centrífugas, las PCP entregan un caudal mucho menos dependiente de la presión de descarga, manejan mayores viscosidades y concentraciones de sólidos, y producen un cizallamiento mínimo, pero cuestan más por unidad de caudal a baja altura y requieren reemplazo periódico del elastómero.
Un programa efectivo de mantenimiento de PCP registra la tendencia del deslizamiento, la condición de la succión, el par o la potencia absorbida y el estado del sello en conjunto, ya que un cambio en uno a menudo explica un cambio en otro. Registrar estos datos frente a la curva de referencia de la bomba en un CMMS permite a un equipo separar la variación normal del proceso de la degradación mecánica real y programar el reemplazo del estator o del sello de forma proactiva en lugar de reactiva tras un fallo. La plataforma de Fabrico admite este tipo de análisis de tendencias a nivel de activo y la activación de órdenes de trabajo, vinculando los datos de condición directamente con las tareas de mantenimiento planificadas. Reserve una demostración de Fabrico para ver cómo se aplica a los programas de equipos rotativos.
No. El elastómero del estator depende del fluido bombeado para la lubricación y el enfriamiento, por lo que el calor por fricción en las líneas de sellado puede exceder su límite térmico en segundos de funcionamiento en seco, provocando daños permanentes. La protección automática contra funcionamiento en seco es práctica estándar, no un extra opcional.
El deslizamiento, el retroflujo interno a través del claro rotor-estator, aumenta con la presión diferencial. A mayor altura, más fluido se desliza de vuelta hacia la succión en cada revolución, reduciendo el caudal neto por debajo del desplazamiento teórico a cabeza nula.
Una tendencia de deslizamiento en aumento de forma sostenida a velocidad y presión constantes, combinada con un aumento del par o de la potencia absorbida, generalmente indica desgaste del estator o hinchamiento excesivo más que algo que pueda solucionarse con un ajuste. Confirme con una comprobación de rendimiento corregida por presión antes de comprometerse con el reemplazo.
No. EPDM funciona bien con fluidos a base de agua, condensado de vapor y químicos cáusticos de limpieza CIP, pero se degrada rápidamente en contacto con aceites minerales y la mayoría de los hidrocarburos. La selección del elastómero debe comprobarse siempre frente al fluido específico del proceso y a cualquier químico de limpieza que pueda contactar la línea.
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