Sopladores Roots: lóbulos, engranajes de sincronización y mantenimiento cubre el soplador rotativo de lóbulos de desplazamiento positivo, en el que dos rotores lobulados que engranan, mantenidos en fase por un par de engranajes de sincronización, atrapan y transportan gas desde la admisión hasta la descarga sin compresión interna.
Esto hace que la máquina sea simple, robusta y sin aceite en la trayectoria del gas, pero también fija los modos de fallo que los equipos deben vigilar: pérdida de holguras, desgaste de los engranajes de sincronización, degradación de los rodamientos y fugas de sellos.
Un soplador Roots tiene dos rotores, cada uno con dos o tres lóbulos, que giran dentro de una carcasa de ajuste preciso. Los lóbulos nunca se tocan entre sí ni con la carcasa.
En su lugar, engranajes de sincronización de precisión en el eje motriz y en el eje conducido mantienen los dos rotores exactamente en fase de modo que sus perfiles se desplazan uno junto al otro con una pequeña holgura controlada.
Como los engranajes soportan la carga de fase, el gas de proceso permanece limpio: sin aceite, sin anillos de pistón y sin contacto deslizante dentro de la cámara de trabajo. Solo un eje es accionado; los engranajes de sincronización transmiten el movimiento y mantienen la relación angular con el segundo rotor.
Las holguras que hacen esto posible son pequeñas, típicamente una fracción de milímetro entre las puntas de los lóbulos, entre lóbulos y en las caras finales del rotor. Cuando esas holguras aumentan por desgaste, distorsión térmica o un roce, el rendimiento cae y la vibración aumenta.
A diferencia de una máquina de tornillo o reciprocante, un soplador Roots no reduce el volumen del gas atrapado mientras se desplaza. Cada bolsillo de gas entre un lóbulo y la carcasa se transporta a la presión de admisión hasta que alcanza el puerto de descarga.
En ese instante, el gas a mayor presión en la línea de descarga fluye de regreso al bolsillo y lo iguala. Por tanto, la presión aumenta externamente, en la descarga, no internamente.
La máquina es efectivamente de volumen constante: el caudal se fija principalmente por la velocidad, y la presión diferencial que puede sostener está limitada por las fugas y por la clasificación del accionamiento y de la carcasa.
Las máquinas típicas de una sola etapa operan hasta aproximadamente 1 bar (100 kPa) de diferencial en servicio de presión, y también se usan ampliamente como reforzadores de vacío.
El deslizamiento es la fuga interna de gas desde la descarga hacia la admisión a través de las holguras de funcionamiento. Es la diferencia entre el volumen barrido teórico y el caudal realmente entregado. El deslizamiento aumenta con la presión diferencial, con la temperatura del gas y, sobre todo, con las holguras.
Un soplador nuevo con holguras ajustadas tiene un deslizamiento moderado; a medida que las puntas se desgastan, los sellos se aflojan o un roce agranda una holgura, el deslizamiento sube, el caudal entregado cae a la misma velocidad y la máquina funciona más caliente porque el gas se remueve en lugar de desplazarse.
Rastrear el caudal entregado frente a la velocidad y la presión diferencial es el indicador temprano más claro de que las holguras se están abriendo.
Debido a que el gas se entrega en bolsillos discretos y se iguala bruscamente en la descarga, un soplador Roots produce fuertes pulsaciones de presión a la frecuencia de paso de los lóbulos y sus armónicos.
Si no se tratan, esto se manifiesta como ruido aéreo y como cargas dinámicas en las tuberías de descarga, que pueden fatigar soportes, soldaduras y conectores flexibles. Silenciadores de descarga absorbentes o reactivos, un dimensionado correcto de las tuberías y amortiguadores de pulsaciones mantienen tanto el ruido como el esfuerzo en las tuberías bajo control.
Los rotores de tres lóbulos y los perfiles de lóbulo torcidos (helicoidales) reducen las pulsaciones en comparación con diseños rectos de dos lóbulos.
Los engranajes de sincronización y los rodamientos del eje necesitan aceite, pero la trayectoria del gas debe mantenerse seca.
Esto se gestiona alojando los engranajes y rodamientos en cárteres de extremos llenos de aceite separados de la cámara de trabajo por sellos de eje, normalmente una combinación de sellos laberínticos y de labio o tipo anillo de pistón, a menudo con un espacio amortiguador ventilado entre ellos.
El respiradero permite que cualquier fuga de sellos escape a la atmósfera en lugar de al gas o al aceite. Por tanto, la presencia de aceite en el gas de descarga apunta a un sello interior fallado, un cárter sobrellenado o un respiradero obstruido.
Un análisis regular del aceite detecta los metales de desgaste de los engranajes y rodamientos antes de que se conviertan en fallos.
| Elemento de mantenimiento | Síntoma típico | Acción |
|---|---|---|
| Holguras entre lóbulos y en los extremos del rotor | Caída del caudal, aumento del deslizamiento, golpeteo al contacto | Medir con galgas de espesores, reajustar espaciadores (shims), comprobar distorsión del rotor y de la carcasa |
| Juego de los engranajes de sincronización | Traqueteo a baja carga, metales de desgaste en el aceite | Medir el juego, sustituir engranajes desgastados, volver a sincronizar los rotores |
| Rodamientos del eje | Aumento de la vibración y de la temperatura de los rodamientos | Registrar la velocidad conforme a ISO 20816; reemplazar al detectarse frecuencias indicativas de defecto |
| Sellos de eje y respiradero | Aceite en el gas de proceso, consumo elevado de aceite | Sustituir sellos, limpiar el respiradero del espacio intermedio, corregir el nivel de aceite |
| Aceite lubricante | Alta temperatura del cárter, metales de desgaste | Análisis de aceite, cambio según programa, verificar grado y cantidad |
| Silenciador de descarga y tuberías | Ruido excesivo, vibración de tuberías, grietas | Inspeccionar el medio del silenciador, dar servicio al amortiguador de pulsaciones, comprobar soportes |
| Válvula de alivio | Disparos por sobrepresión, sobrecarga del motor | Probar punto de ajuste y asiento; nunca estrangular la descarga por debajo del ajuste de la válvula de alivio |
Un soplador Roots recompensa una monitorización simple y disciplinada: caudal entregado frente a velocidad y presión diferencial para detectar holguras y deslizamiento, vibración y temperatura de rodamientos para la salud mecánica, y análisis de aceite para los engranajes.
La vibración global se juzga mejor frente a las bandas de severidad de vibración ISO 10816-3 , mientras que el análisis espectral en la frecuencia de engranaje expone el desgaste de los engranajes de sincronización de forma temprana.
En accionamientos por correa o acoplamiento, una mala alineación del acoplamiento añade carga a ejes y rodamientos que se hace pasar por desgaste del soplador, así que descártela primero. Registrar estas tendencias frente a las horas de funcionamiento en un GMAO convierte lecturas dispersas en una señal clara de mantenimiento.
Reserve una demostración de Fabrico para ver cómo encajan las lecturas y las órdenes de trabajo.
Los rotores transportan el gas a la presión de admisión sin reducir su volumen. La compresión ocurre solo cuando cada bolsillo se abre a la descarga y el gas de mayor presión fluye de regreso para igualarlo. Por tanto, la presión se acumula en el sistema aguas abajo, no dentro de la máquina.
El deslizamiento es la fuga por detrás a través de las holguras de funcionamiento. Aumenta cuando las puntas de los lóbulos se desgastan, los sellos se aflojan o un roce agranda una holgura, y también sube con mayor presión diferencial y temperatura del gas. La caída del caudal a velocidad constante es el signo clásico.
El aceite debe permanecer en los cárteres sellados de engranajes y rodamientos. Solo llega al gas a través de un sello interior fallado, un cárter sobrellenado o un respiradero de buffer obstruido. Encontrar aceite en la descarga implica inspeccionar los sellos y la ruta del respiradero.
Compruebe el juego en las revisiones programadas y siempre que el análisis de aceite muestre metales de desgaste crecientes o el soplador presente un traqueteo a baja carga. Un juego excesivo permite que los rotores se desplacen fuera de fase y aumenta el riesgo de contacto lóbulo a lóbulo.
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