Roots Rotary Lobe Blowers: una introducción completa

1. Introducción

Roots sopladores de lóbulo rotativo , llamado así por sus inventores, Philander Higley Roots y Frances Marion Roots, que patentaron el diseño en 1860, son un tipo crucial de soplador de desplazamiento positivo en diversas aplicaciones industriales. Están diseñados para mover aire o gas a un volumen relativamente constante independientemente de los cambios de presión en el sistema, lo que los hace muy confiables para muchos procesos.

2. Principio de trabajo

2.1 Estructura básica

Roots Booty Lobbe Blowers generalmente consisten en dos o más rotores (generalmente gemelo, lóbulo o tri -lóbulo) montados en ejes paralelos dentro de una carcasa. En un compresor de lóbulo gemelo, cada rotor tiene dos lóbulos, lo que resulta en un total de cuatro lóbulos por compresor. En una máquina de lóbulo tri, cada rotor tiene tres lóbulos, dando seis lóbulos por compresor. Las máquinas gemelas de lóbulo (bi - lóbulo) se usan comúnmente para aplicaciones de gas de proceso, mientras que las máquinas de lóbulo de tri ofrecen ciertas ventajas en términos de operación más suave y pulsación reducida.

2.2 Proceso operativo

Fase de admisión: A medida que los rotores giran, se atrapa un volumen de aire o gas entre los lóbulos y la carcasa en el lado de la entrada del ventilador. La rotación de los rotores crea un área de baja presión en la entrada, dibujando en el fluido.

Fase de transporte: El volumen atrapado de fluido se transporta alrededor de la circunferencia de la carcasa del rotor a medida que los rotores continúan girando. Los rotores giran en direcciones opuestas, y la malla de los lóbulos asegura un sello entre los lados de entrada y salida, evitando el flujo de retorno.

Fase de descarga: Cuando los lóbulos alcanzan el lado de salida, el fluido atrapado se comprime a la presión del sistema en la salida y se expulsa. Las autorizaciones pequeñas pero diseñadas con precisión entre los lóbulos y la carcasa permiten operar sin la necesidad de lubricación interna en el aire o la parte de manejo de gas, reduciendo el riesgo de contaminación en el fluido que se está procesando. Los engranajes de sincronización se utilizan para controlar la posición relativa de los rotores, asegurando una operación suave y sincronizada.

3. Características de rendimiento

3.1 caudal

Los sopladores de lóbulos rotativos de raíces pueden lograr una amplia gama de caudales. Los modelos más pequeños pueden tener tasas de flujo adecuadas para aplicaciones como la transmisión neumática a escala pequeña o la ventilación local, mientras que los modelos de grado industrial más grandes pueden manejar tasas de flujo extremadamente altas, alcanzando hasta 120,000 m³/h (70,000 cfm) en algunos casos. El caudal es relativamente estable en una amplia gama de condiciones de funcionamiento, siempre que la velocidad de rotación de los rotores permanezca constante. Esto los hace ideales para aplicaciones donde se requiere un volumen constante de aire o gas, como en sistemas de transmisión neumática donde los materiales deben transportarse a una velocidad estable.

3.2 Capacidades de presión y vacío

Presión positiva: Estos sopladores pueden generar presiones positivas hasta cierto límite. Por ejemplo, algunos modelos pueden alcanzar presiones de hasta 35 psig. Se utilizan en aplicaciones como el suministro de aire de combustión en hornos industriales, donde se necesita una presión positiva específica para garantizar un combustible eficiente: mezcla de aire y combustión.

Generación de vacío: Los sopladores de raíces también pueden funcionar como refuerzos de vacío, capaces de crear aspiradoras de hasta 28 hg o incluso más en algunos modelos especializados de alta vacío. En aplicaciones como la filtración de vacío en la industria química o en el secado de ciertos productos, la capacidad de generar un vacío confiable es crucial.

3.3 Eficiencia

Si bien no es tan energética, eficiente como algunos sopladores centrífugos en ciertas aplicaciones de alto flujo y baja presión, los sopladores de lóbulo rotativo de raíces ofrecen una buena eficiencia en su rango operativo típico de aplicaciones de flujo de presión media y variable. Su naturaleza positiva de desplazamiento asegura que puedan mantener un flujo de volumen constante incluso contra las diferentes presiones del sistema, lo que puede ser más energéticamente eficiente en aplicaciones donde la estabilidad del flujo es una prioridad. Además, los avances en el diseño, como los perfiles de lóbulo mejorados y las autorizaciones internas reducidas, han ayudado a aumentar su eficiencia general a lo largo de los años.

3.4 Ruido y vibración

Los sopladores de raíces tradicionales eran conocidos por los niveles de ruido y vibración relativamente altos debido a la malla de los lóbulos y la naturaleza pulsante del flujo de fluido. Sin embargo, los diseños modernos, especialmente aquellos que incorporan características innovadoras como la tecnología Whispair ™, tienen un ruido y vibración significativamente reducidos. Estas tecnologías funcionan optimizando la forma del lóbulo, mejorando el equilibrio de los rotores y utilizando materiales de mejor calidad. Por ejemplo, se pueden agregar recintos acústicos para reducir aún más el ruido, proporcionando hasta 22 dBA de atenuación de campo libre. Esto los hace más adecuados para aplicaciones en entornos sensibles, como en plantas de procesamiento de alimentos y bebidas o cerca de áreas residenciales.

4. Aplicaciones

4.1 Aplicaciones industriales

Transmisión neumática: Los sopladores de lóbulos rotativos de raíces se usan ampliamente en sistemas de transmisión neumática para transportar materiales a granel secos, como granos, polvos y pellets. El caudal constante y la capacidad de manejar diferentes presiones los hacen adecuados para los materiales en movimiento a largas distancias y a través de sistemas de tuberías complejas. Por ejemplo, en la industria alimentaria, se utilizan para transmitir harina, azúcar y otros ingredientes entre diferentes etapas de procesamiento.

Procesamiento de productos químicos y de gas: En la industria química, estos sopladores se utilizan para aplicaciones como la circulación del gas, la agitación en los reactores y en el procesamiento de varios gases como nitrógeno, hidrógeno e hidrocarburos. Pueden manejar gases corrosivos y reactivos cuando se hacen con materiales apropiados. Por ejemplo, en una planta petroquímica, los sopladores de raíces pueden usarse para circular gases en un reactor catalítico para garantizar las velocidades de mezcla y reacción adecuadas.

Minería y metalurgia: En las operaciones mineras, se utilizan para tareas como el suministro de aire de perforación neumática, la ventilación en minas subterráneas y en el procesamiento de minerales. En la metalurgia, juegan un papel en procesos como la desgasificación de acero, donde se usan sopladores de raíces altas al vacío para eliminar las impurezas del acero fundido.

4.2 Aplicaciones ambientales ​

Tratamiento de agua y aguas residuales: En las plantas de tratamiento de agua, los sopladores de raíces se utilizan para fines de aireación. Suministran oxígeno al agua, que es esencial para el crecimiento de bacterias aeróbicas que descomponen la materia orgánica en las aguas residuales. También se usan para el lavado de retrolavado del filtro, donde el aire a alta presión ayuda a limpiar los filtros al desalojar partículas atrapadas. En las plantas de tratamiento de aguas residuales, los sopladores aseguran la aireación adecuada en el proceso de lodo activado, lo cual es crucial para un tratamiento efectivo de aguas residuales.

Control de la contaminación ambiental: Se pueden usar en sistemas para controlar la contaminación del aire, como en la recolección y transporte de polvo y humos. Por ejemplo, en una fábrica de cemento, los sopladores de raíces se pueden usar para transmitir polvo - aire cargado a un sistema de recolección de polvo, evitando la liberación de partículas nocivas a la atmósfera.

4.3 Otras aplicaciones

Industria de alimentos y bebidas: En esta industria, los sopladores de raíces se utilizan para tareas como soplar botellas en la producción de botellas de plástico, transmisión neumática de productos alimenticios y en el proceso de envasado. También se utilizan en el proceso de fermentación de bebidas como la cerveza y el vino, donde proporcionan el aire necesario para el crecimiento y la fermentación de la levadura.

Generación de energía: En las centrales eléctricas, se utilizan para el suministro de aire de combustión en calderas, asegurando una combustión eficiente de combustible y una mayor eficiencia de generación de energía. También se pueden usar en la limpieza de equipos de plantas de energía, como en el lavado de retrolavado de los filtros de aire en las centrales eléctricas de gas turbina.

5. Comparación con otros tipos de ventilador

6. Mantenimiento y solución de problemas

6.1 Mantenimiento regular

Lubricación: Aunque la parte de manejo del aire es típicamente libre de aceite, los rodamientos y los engranajes de sincronización de las raíces lóbulos rotativos requieren lubricación regular. El uso del tipo correcto de lubricante y seguir los intervalos de lubricación recomendados del fabricante es crucial para garantizar una operación suave y evitar un desgaste prematuro.

Inspección de cinturones y acoplamientos: Si el soplador es impulsado por el cinturón, los cinturones deben verificarse regularmente en busca de signos de desgaste, tensión y alineación. Los acoplamientos, si están presentes, también deben inspeccionarse para obtener una conexión adecuada y cualquier signo de daño.

Mantenimiento del filtro de aire: El filtro de aire, que protege al soplador del polvo y otros contaminantes, debe limpiarse o reemplazarse regularmente. Un filtro de aire obstruido puede aumentar la caída de presión, reducir la eficiencia del ventilador y potencialmente causar daños a los rotores.

6.2 Solución de problemas de problemas comunes

Bajo caudal: Esto puede ser causado por una variedad de factores, como un filtro de aire obstruido, fugas en el sistema de tuberías o rotores desgastados. Inspeccionar y limpiar el filtro de aire, verificar las fugas en el sistema y examinar la condición de los rotores son los pasos de solución de problemas comunes.

Alto ruido o vibración: El ruido o la vibración excesivos pueden indicar problemas como rotores desalineados, rodamientos desgastados o engranajes de sincronización dañados. Verificar la alineación de los rotores, reemplazar los rodamientos desgastados e inspeccionar y reemplazar los engranajes de sincronización dañados puede ayudar a resolver estos problemas.

Calentamiento excesivo: El sobrecalentamiento puede deberse a un enfriamiento insuficiente (si el soplador es aire, o agua, se enfría), operación de alta presión más allá de la capacidad nominal del soplador, o problemas mecánicos, como la fricción excesiva. Asegurar el enfriamiento adecuado, verificar la presión de funcionamiento y abordar cualquier problema mecánico es necesario para resolver problemas de sobrecalentamiento.

7. Desarrollos futuros

Energía - Mejoras de eficiencia: Con el creciente enfoque en la conservación y la sostenibilidad de la energía, es probable que los desarrollos futuros en los sopladores del lóbulo rotativo de las raíces se centren en mejorar aún más su eficiencia energética. Esto puede implicar el uso de materiales avanzados, diseños de lóbulo más eficientes y mejores autorizaciones internas optimizadas para reducir las pérdidas de energía.

Integración de tecnología inteligente: La integración de sensores y controles inteligentes es otra área de desarrollo. Los sopladores inteligentes pueden monitorear su propio rendimiento, como caudal, presión, temperatura y vibración, y ajustar su operación en consecuencia. Esto puede conducir a un mejor rendimiento optimizado, una reducción de las necesidades de mantenimiento y una mayor confiabilidad general.

Personalización para aplicaciones especiales: A medida que las industrias continúen desarrollándose y surgen nuevas aplicaciones, habrá una creciente demanda de sopladores de raíces personalizadas. Es probable que los fabricantes se centren en el desarrollo de sopladores adaptados a necesidades específicas de la industria, como aquellos con una mayor resistencia a la corrosión para su uso en entornos químicos hostiles o aquellos con ruido especial: características de reducción para su uso en áreas sensibles.