Funciones del aceite en bombas de vacío de paletas rotativas: sellado, lubricación y refrigeración

Si una bomba de vacío de paletas rotativas sellada con aceite se detiene a 5 mbar en lugar de bajar a su presión máxima nominal cercana a 0,5 mbar, un técnico experimentado verifica el aceite antes de tocar las paletas, el motor o el acoplamiento. En este diseño de bomba, el aceite es un elemento de trabajo dentro de la cámara de bombeo en lugar de un lubricante aplicado en los bordes, y el vacuómetro suele ser el primer lugar donde se muestra una función defectuosa del aceite.

Comprender lo que realmente hace el aceite hace que la selección del aceite, el monitoreo de la condición y los intervalos de cambio sean mucho más fáciles de defender, ya sea que esté comprando bombas o haciéndolas funcionar las 24 horas del día.

Adónde va realmente el aceite dentro de la bomba

Una bomba de vacío de paletas rotativas es una máquina de desplazamiento positivo. Un rotor excéntrico gira dentro de un estator cilíndrico, y las paletas que se deslizan en ranuras cortadas a través del rotor dividen el espacio entre rotor y estator en cámaras que crecen en la entrada y se contraen hacia el escape. Sin anillos de pistón ni sellos dinámicos en los que confiar, la máquina depende de que holguras de sólo centésimas de milímetro permanezcan efectivamente cerradas, y el aceite, alimentado continuamente a la cámara de bombeo, es lo que los cierra. Una vez dentro, migra a cuatro huecos críticos:

• las puntas de las paletas presionando contra la pared del estator,
• los extremos de las paletas se deslizan en las ranuras del rotor,
• el espacio libre en forma de media luna entre el rotor y el estator,
• el asiento de la válvula de escape, que debe permanecer cerrado contra el vacío entre ciclos de compresión.

1. Una película de aceite sella la punta de la paleta contra la pared del estator.
2. El aceite sella el espacio más amplio, en el lado de succión del rotor.
3. El aceite inunda la estrecha media luna donde el rotor casi toca el estator.

El mismo principio de paletas también funciona con presión positiva: es el núcleo del soplador de paletas deslizantes giratorio, que mueve aire limpio en el tratamiento de agua y en tareas neumáticas de baja presión donde las demandas de sellado son mucho más suaves. Bajo el vacío, la geometría idéntica se vuelve implacable: cualquier espacio que la película de aceite no pueda salvar aparece directamente como presión final perdida.

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Las cuatro funciones del aceite en una bomba de vacío de paletas rotativas

Sellado

Sellado is the function that makes vacuum possible. The oil film between vane tip and stator is only microns thick, yet it holds back a pressure difference of up to roughly 1,000 mbar between adjacent chambers. If the film breaks, gas slips backward from the compression side to the inlet side; the pump keeps turning while the needle refuses to fall. Oil also keeps the exhaust valve seated until chamber pressure exceeds it.

Lubricación

Cada paleta se desliza fuera de su ranura y se desplaza a lo largo de la pared del estator dos veces por revolución a una velocidad de deslizamiento genuina. La capa de aceite reemplaza el contacto de metal con metal con fricción fluida, mantiene predecible el desgaste de las paletas y las ranuras y también sirve para los cojinetes del rotor y los sellos del eje. Una bomba que se está quedando sin aceite utilizable anuncia el problema de forma audible (un traqueteo o un golpe) mucho antes de que se atasque.

Enfriamiento

El aceite absorbe el calor de la compresión del gas y lo lleva a la carcasa de la bomba, o a un circuito externo o refrigerado por agua en los modelos más grandes, y apaga el punto más caliente de la máquina: el gas comprimido que sale a través de la válvula. Esta es la razón por la que la temperatura de la caja del aceite se trata como un indicador de estado, y muchos fabricantes especifican temperaturas máximas de la caja en el rango de 80 a 95 °C. Cuando ya existen circuitos de agua de la planta, un sistema de enfriamiento circulante mantiene estable la temperatura del aceite (y, por lo tanto, la viscosidad del aceite) durante largos ciclos de trabajo.

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Protección contra la corrosión

Finalmente, cada superficie interna lleva una película de aceite que mantiene el condensado y los vapores agresivos fuera del metal desnudo. Esto es más importante después del funcionamiento en húmedo o de una parada: el agua residual se condensa a medida que se iguala la presión, y una bomba desprotegida puede oxidarse instantáneamente durante la noche y luego soltarse las paletas en el siguiente arranque.

¿Qué separa al aceite para bombas de vacío del aceite común?

La propiedad que más importa es la presión de vapor, no los aditivos de presión extrema. Si una bomba está clasificada para alcanzar 0,01 mbar, el aceite en sí debe permanecer por debajo de esa presión de vapor a la temperatura de funcionamiento, o la bomba emitirá vapor de aceite y nunca bajará. Por lo tanto, los aceites exclusivos para paletas rotativas son grados minerales altamente refinados, más comúnmente ISO VG 46 a VG 68, con variantes de vacío fino que se destilan aún más hasta que su presión de vapor se sitúa en órdenes de magnitud por debajo de la presión máxima nominal de la bomba.

La viscosidad tira en la dirección opuesta. El aceite demasiado diluido pierde el sello a la temperatura de funcionamiento; El aceite demasiado espeso hace que las paletas se vuelvan lentas en los arranques en frío, aumenta el consumo de energía y sobrecarga el separador de neblina de aceite de escape. Los grados sintéticos (ésteres o perfluoropoliéter para química agresiva) extienden los intervalos de cambio y resisten la oxidación, a un precio varias veces mayor.

La válvula de lastre de gas trabaja directamente con el aceite. En servicio húmedo, abrir el lastre admite un poco de aire en la etapa de compresión para que el vapor de agua salga a través del escape antes de condensarse en el aceite: la defensa estándar contra la emulsión lechosa que se describe a continuación, a costa de una presión final alcanzable ligeramente más alta.

Cómo se degrada el aceite de la bomba y cuánto cuesta cada falla

El aceite en una bomba rotativa de paletas vive dentro del proceso: todo lo que aspira la entrada termina en contacto con él. Cuatro patrones de degradación causan la mayoría de las llamadas de servicio relacionadas con el petróleo:

• El vapor de agua forma una emulsión de color tostado a lechoso. El aceite emulsionado pierde primero su capacidad de sellado, por lo que la presión final aumenta días antes de que aparezca cualquier síntoma mecánico.
• Los disolventes y los hidrocarburos diluyen el aceite, adelgazan los sellos y aumentan el retroceso hacia la cámara.
• El polvo y las partículas de desgaste actúan como pasta para lapear entre las paletas y el estator, acelerando el desgaste de las ranuras y las rayaduras.
• La oxidación y el barniz debido al sobrecalentamiento sostenido hacen que las paletas se vuelvan pegajosas y aumentan el par de arranque.

La respuesta práctica es más rutinaria que heroica. Verifique el nivel y el color del aceite a través de la mirilla semanalmente, haga funcionar el lastre de gas después de lotes húmedos, cambie el aceite caliente para que los contaminantes suspendidos salgan con él y reemplace el separador de neblina de aceite en el intervalo que especifica el manual. Espere el primer cambio temprano (normalmente dentro de las primeras 100 a 500 horas de funcionamiento, mientras una bomba nueva arroja partículas de asentamiento) y luego se asiente en intervalos de aproximadamente 1000 a 4000 horas, dependiendo del grado del aceite y la limpieza del proceso. Comparado con un kit de paletas atascado o un estator rayado, un cambio de aceite es la línea más barata en el programa de mantenimiento.

Cuando el proceso está mejor sin petróleo

Todo lo que el aceite funciona bien dentro de la bomba define su debilidad en el límite del vacío: siempre hay un rastro de aceite presente en el camino del gas, como una corriente de retorno hacia la cámara o como una niebla en el escape. En el envasado de alimentos, la liofilización farmacéutica, la electrónica y los instrumentos de laboratorio, ese rastro representa un riesgo de contaminación y un costo operativo permanente.

Hay dos respuestas. El primero mantiene la bomba sellada con aceite y gestiona el aceite con separadores de niebla, sistemas de retorno de aceite y trampas de adsorción. La segunda elimina el aceite de la cámara de bombeo por completo: una bomba de vacío Roots hace funcionar una cámara de bombeo seca con lubricación de engranajes y cojinetes aislada fuera del espacio de vacío, razón por la cual se aplica ampliamente como refuerzo seco sobre una bomba de respaldo sellada con aceite. Examinamos esta compensación al comparar el rendimiento de una bomba de vacío Roots con una bomba de paletas rotativas en aplicaciones reales, y para grandes flujos secos también vale la pena revisar si las máquinas de tornillo sin aceite pueden realizar tareas de vacío directamente.

Bomba de vacío Roots como refuerzo en seco Ofreciendo 0,6-713,8 m3/min con una cámara de bombeo seca y lubricación de engranajes aislados, esta bomba Roots aumenta grandes flujos sobre una bomba de respaldo sellada con aceite cuando la limpieza del producto o los costos de mantenimiento del aceite deciden la elección. Ver producto →

Como fabricante de unidades de bomba de vacío y máquinas de paletas de Roots, vemos que esta decisión se decide menos por la preferencia tecnológica que por dos números: qué tan limpio debe permanecer el producto y cuánto cuesta el mantenimiento del aceite por año.

Una lista práctica de control del aceite

El aceite en una bomba de vacío de paletas rotativas es el elemento de sellado, el lubricante, el refrigerante y la barrera contra la corrosión al mismo tiempo, lo que lo convierte en el consumible más importante de la bomba. Administrarlo en consecuencia:

• Utilice únicamente el grado de aceite indicado en el manual de la bomba; la sustitución es una falsa economía al nivel del vacío.
• Verifique el nivel y el color del aceite semanalmente y registre la tendencia final de presión al mismo tiempo.
• Utilice el lastre de gas después de lotes húmedos o con mucho disolvente para purgar el condensado.
• Cambie el aceite caliente y cambie con él el separador de neblina de aceite.
• Trate el aceite lechoso, oscuro o espumoso como una condición para detenerse e investigar, no como una nota para el próximo mes.

Manejado de esta manera, el sistema petrolero se convierte en un seguro barato en lugar de una preocupación recurrente. Si está especificando equipos de vacío para la producción de tisú, tareas de plantas de aguas residuales u otro proceso continuo y desea una segunda opinión sobre la selección o la planificación del mantenimiento relacionado con el aceite, nuestro equipo de ingeniería apoya a los clientes desde la selección del modelo hasta la instalación y el servicio de visita de retorno, un hábito construido sobre tres décadas de herencia de máquinas tipo Roots y de paletas.