Averías frecuentes en bombas helicoidales o de cavidad progresiva

Durante todos estos años de trabajo con todo tipo sistemas de bombeo, los ingenieros de Protech Continental constatamos que las bombas de tornillo helicoidal perdían progresivamente, y de manera notable, capacidad de bombeo con el uso continuado. Además, el mantenimiento correctivo que ha de asumir el cliente, implica asumir un elevado coste de mantenimiento durante los años posteriores a la adquisición de la bomba, proponiéndonos ahorrar a nuestros clientes este elevado coste.

Estudiando los distintos tipos de averías y los fallos más frecuentes que sucedían en las bombas de cavidad progresiva (bombas helicoidales), pudimos constatar que ocurrían en bombas sujetas a una elevada velocidad de rotación, en diseños de ejecución monobloc con sistemas de estanqueidad simples y unas frágiles articulaciones. Este tipo de diseño mecánico es la causa principal de las averías y fallos comunes.

En nuestro estudio, los problemas y fallos más importantes que detectamos en las bombas helicoidales fueron:

• Fugas por los sistemas de sellado del eje de bomba
• Enrollamiento de pelos y fibras en bielas y sellos mecánicos
• Desgaste prematuro de rotores y estatores
• Roturas de bielas y articulaciones
• Desgaste en los ejes de accionamiento
• Averías en los reductores.
• Formación de bóvedas en el bombeo de lodo deshidratado
• Rápida perdida de caudal de la bomba
• Laboriosa sustitución de componentes
• Mínima automatización y mínimo asesoramiento técnico

Desde Protech Continental no únicamente nos marcamos el objetivo de catalogar todos estos problemas y encontrar la mejor solución técnica para cada tipo de fallo, si no que además, utilizamos este estudio para diseñar y construir la primera bomba helicoidal capaz de no perder caudal y asegurar un funcionamiento prácticamente libre de mantenimiento.

A continuación, explicamos en detalle las soluciones de diseño que en Protech Continental hemos validado mediante el diseño y construcción de nuestras bombas helicoidales «Serie PREMIUM»:

Soluciones de diseño mecánico en bombas helicoidales para mantener la capacidad de bombeo y minimizar los costes de mantenimiento

PROBLEMA: DISEÑOS MONOBLOC
SOLUCIÓN: INTEGRACIÓN DE UN SOPORTE DE RODAMIENTOS

A diferencia de las bombas en ejecución monobloc, montando un soporte de rodamientos de bolas, tipo 2RS de doble hilera, podremos absorber todas las cargas radiales y axiales que genera el rotor de la bomba al girar. Estas cargas, serán mayores cuanto mayor sea velocidad de giro y la presión en operación.

En los usuales diseños monobloc, las cargas quedan absorbidas en los rodamientos del reductor y no de la bomba, al no incorporar este componente “amortiguador”. Por ello, es habitual que las cajas reductoras sufran fatigas y roturas con los años.

El ensamblaje desde el soporte de rodamientos al reductor se ha de realizar por medio de una conexión completamente normalizada. El eje del reductor entra dentro del eje hueco de la bomba, produciéndose el arrastre por medio de una chaveta.

Por medio de un bloqueador de eje, situado en su parte superior del soporte, podremos bloquear contra la rotación el equipo mientras efectuemos las tareas de desmontaje del estator.

PROBLEMA: TRANSMISIONES FRÁGILES
SOLUCIÓN: TRANSMISIÓN DE DOBLE CARDÁN

Uno de los menos conocidos aspectos mecánicos de la bomba de tornillo helicoidal es su transmisión. Actualmente, la mayor parte de este tipo de bombas del mercado, incorporan un sistema de transmisión por biela y bulón cerrado.

Este tipo de bulón, alojado dentro del casquillo excéntrico, es el encargado de generar el movimiento que necesita la bomba durante su rotación y bombeo.

Debido a esto, tras solo meses de operación, con millones de giro efectuados, aparece un desgaste y deterioro continuo, incrementado también por la presión de operación en la instalación. Evitaremos este desgaste de la bomba montando una doble transmisión de tipo cardán con rodamientos de agujas lubricados en grasa.

Con la solución de una transmisión libre de mantenimiento, durante la vida útil del equipo, solo deberemos prestar atención al estado del mangón protector de goma, provisto de un refuerzo textil, que protegerá integralmente ambos cardanes. Además, a través de unas tapas laterales de inspección y registro, se podrá verificar periódicamente su estado de forma rápida y sencilla.

Para el desmontaje del rotor, o por su otro lado del eje de accionamiento, no será necesario desmontar el mangón protector, lo que agilizará enormemente las tareas de mantenimiento.

PROBLEMA: GEOMETRÍAS DE ROTOR Y STATOR «L», «LT», «P» y «D»
SOLUCIÓN: GEOMETRÍA «S»

Varias geometrías de rotor y estator se encuentran disponibles en el mercado entre los diferentes fabricantes de bombas de tornillo helicoidal.

Una de las geometrías más introducidas en el mercado es la denominada “L” (Long pitch).
Se caracteriza por tener una gran capacidad de bombeo por rotación y está pensada para fluidos poco abrasivos o para una operación con baja presión de impulsión. Se trata de rotores con ángulos de empuje muy suaves y de sección circular.

A partir de esta, con el tiempo, se desarrollaron unas nuevas geometrías tri-lobulares, mucho más eficientes hidráulicamente que las “L”, aportando aún mayor caudal por rotación. En este caso, la sección del rotor es ovalada. Son las hidráulicas denominadas como geometría “LT”, “P” y “D”. En estas geometrías, las cavidades son recorridas dos veces, con cada revolución del rotor, lo que en combinación con un mayor volumen de cavidad, en comparación con unas geometrías “S”, resulta en un caudal de hasta el 300% superior.

Es decir, que a una misma bomba de tornillo helicoidal se le puede montar estos 3 tipos de geometrías, manteniendo una mecánica común para los tres conjuntos hidráulicos.
Ejemplos:

• Bomba tamaño A + hidráulica “S” = 10 m3/h
• Bomba tamaño A + hidráulica “L” = 20 m3/h
• Bomba tamaño A + hidráulica “LT-P” = 30 m3/h

En Protech Continental, apostamos por un único tipo de geometría: la geometría “S”.

Es, sin duda, la más resistente frente a la abrasión y estable frente a la presión. No se trata de geometrías diseñadas para obtener un producto competitivo económicamente para licitaciones en obras nuevas, sino para conseguir el mínimo mantenimiento posible y una larga vida útil de todos sus componentes.

Además, la geometría “S” dispone de un gran paso de sólidos esféricos, lo que la hace ideal para el bombeo de lodos y fluidos altamente viscosos. Se trata, por tanto, de un diseño pensado para el usuario final, asociado a un bajo coste de mantenimiento al minimizar las paradas no programadas de tipo correctivo..

PROBLEMA: SELLOS MECÁNICOS SIMPLES O EMPAQUETADURAS
SOLUCIÓN: SELLO MECÁNICO DE CARTUCHO LUBRICADO EN ACEITE

Ante las fugas en el sellado del eje de bomba, montar un sello mecánico de cartucho lubricado en aceite mineral, es, a nuestro entender, la mejor opción.

Apostamos por el uso de caras del sello fabricadas en carburo de silicio y bañadas por un fluido lubricante, a diferencia de los sellos tradicionales simples, que lo hacen por el propio fluido a bombear, habitualmente con presencia de sólidos en suspensión. Con esta solución, desaparecen los muelles o resortes exteriores en contacto con el fluido, que son puntos susceptibles de enrollamiento de pelos y fibras, provocando fugas y roturas.

Con un cartucho alojado dentro del soporte de rodamientos, la sustitución de este, resultará extremadamente sencilla y rápida.

Mediante este sistema, nunca se dañará o rallará la superficie del eje de accionamiento de la bomba, problema habitual en las bombas con alimentación forzada para lodos deshidratados, que habitualmente incorporan un sistema de estanqueidad por medio de empaquetadura.

8 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE UNA BOMBA HELICOIDAL CON MECÁNICA PREMIUM

1. Robusta construcción con soporte de rodamientos.
   La velocidad de rotación de la bomba unido al movimiento excéntrico del rotor, generan cargas radiales y axiales que se transmiten al los rodamientos de la caja reductora, causando su fatiga y provocando averías en las ruedas y piñones. Estas fuerzas las podemos evitar montando un robusto soporte de rodamientos de doble hilera encargados de absorber las fuerzas generadas, protegiendo así al reductor de averías por sobrecarga.
   
2. Accionamiento normalizado.
   El sistema de unión entre bomba y reductor ha de realizarse por medio de una chaveta y un eje normalizado IEC, para facilitar y economizar las tareas de mantenimiento.
   
3. Sello mecánico de cartucho lubricado en aceite.
   El sistema de sellado se basará en un cierre mecánico de cartucho lubricado por aceite. Las caras del sello han de estar bañadas por un fluido limpio y lubricante a diferencia de los sellos tradicionales que están lubricados por el fluido a bombear.
   
4. Geometría de rotor y estator altamente resistentes al desgaste.
   La elección de la geometría con paso de sólidos y calidad de caucho, en función del fluido a bombear, unida a una baja velocidad de rotación, va a contribuir a que la vida útil del conjunto hidráulico sea mucho más elevada.
   
5. Transmisión cardán con rodamientos de agujas.
   Como sistema de transmisión de fuerza, es más óptimo montar un sistema cardán con rodamientos de agujas lubricados en grasa. Se trata de un sistema simple, altamente robusto y libre de mantenimiento periódico. El cardán no forma parte del mantenimiento habitual de las bombas de cavidad progresiva, debido a que dispone de una larga vida libre de mantenimiento. Ambas transmisiones cardánicas quedan protegidas por un mangón protector de caucho con refuerzo textil.
   
6. Bloqueador de eje.
   Incorporando un bloqueador del eje de la bomba, que impide la rotación de este, conseguimos facilitar las tareas de sustitución del estator.
   
7. Diseño optimizado del sinfín de alimentación.
   Con un diseño robusto del sinfín alimentador con un gran diámetro, un paso generoso y por un álabe de gran grosor y altura, podremos garantizar el empuje del producto a bombear hacia el cono del estator y rotor.
   
8. Grandes tapas de inspección y registro.
   Incluyendo grandes tapas para la inspección de la transmisión y la limpieza del interior de la bomba, se facilita enormemente las tareas de mantenimiento al no tener que desmontar el equipo.

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