Bomba de cavidad progresiva

Una bomba de cavidad progresiva es un tipo de bomba de desplazamiento positivo , también conocida como bomba de cavidad progresiva , bomba de cavidad progg , bomba de tornillo excéntrico o bomba de cavidad . Transfiere fluido mediante el avance, a través de la bomba, de una secuencia de pequeñas cavidades discretas de forma fija, a medida que gira su rotor . Esto da como resultado un caudal volumétrico proporcional a la velocidad de rotación (bidireccionalmente) y una baja cizalladura aplicada al fluido bombeado.

Estas bombas se utilizan en la dosificación de fluidos y en el bombeo de materiales viscosos o sensibles al corte. Las cavidades se estrechan hacia sus extremos y se superponen. A medida que una cavidad disminuye, otra aumenta, por lo que el caudal neto presenta una variación mínima, ya que el desplazamiento total es igual. Este diseño da como resultado un flujo con muy poca o ninguna pulsación.

Es común que los equipos se identifiquen por el nombre del fabricante o del producto. Por lo tanto, los nombres pueden variar de un sector a otro e incluso regionalmente; por ejemplo: Moineau (en honor a su inventor, René Moineau ). Las cuatro licencias de fabricación originales se otorgaron a: MOYNO pump [América], Mono pump [Reino Unido, Europa], Gardier [Bélgica] y PCM.

Un rotor y estator de cavidad progresiva también pueden funcionar como motor ( motor de lodo ) cuando se bombea fluido a través de su interior. Entre sus aplicaciones se incluye la perforación direccional de pozos.

La bomba de cavidad progresiva normalmente consta de un rotor helicoidal y un estator con un orificio helicoidal de doble hélice y el doble de la longitud de onda. El rotor sella herméticamente contra el estator al girar, formando un conjunto de cavidades de tamaño fijo entre ellas. Las cavidades se mueven al girar el rotor, pero su forma o volumen no cambian. El material bombeado se desplaza dentro de las cavidades. ^{[ 1 ]}

El principio de esta técnica de bombeo se malinterpreta con frecuencia. A menudo se cree que se produce debido a un efecto dinámico causado por la fricción o el arrastre contra los dientes móviles del rotor helicoidal. En realidad, se debe a las cavidades selladas, como en una bomba de pistón , y por lo tanto tiene características operativas similares, como la capacidad de bombear a caudales extremadamente bajos, incluso a alta presión, lo que revela que el efecto es de desplazamiento positivo puro. El rotor "asciende" por la cavidad interna de forma orbital (véase bomba ).

A una presión suficientemente alta, los sellos deslizantes entre las cavidades dejarán escapar algo de fluido en lugar de bombearlo. Por lo tanto, al bombear contra altas presiones, una bomba más larga con más cavidades resulta más eficaz, ya que cada sello solo tiene que lidiar con la diferencia de presión entre cavidades adyacentes. El diseño de la bomba comienza con dos (o tres) cavidades por etapa. El número de etapas (actualmente hasta 24) solo está limitado por la capacidad de mecanizado de las herramientas.

Cuando el rotor gira, rueda o asciende por la superficie interior del orificio. El movimiento del rotor es el mismo que el de los engranajes planetarios de un sistema de engranajes planetarios . A medida que el rotor gira y se mueve simultáneamente, el movimiento combinado del eje de transmisión montado excéntricamente tiene la forma de una hipocicloide . En el caso típico de un rotor de hélice simple y un estator de doble hélice, la hipocicloide es simplemente una línea recta. El rotor debe ser accionado mediante un conjunto de juntas universales u otros mecanismos para compensar la excentricidad. ^{[ 2 ]}

El rotor tiene una forma similar a la de un sacacorchos , y esto, combinado con el movimiento de rotación descentrado, da lugar al nombre alternativo de bomba de tornillo excéntrico.

Existen diferentes formas de rotor y relaciones de paso rotor/estator, pero se especializan en que generalmente no permiten un sellado completo, lo que reduce la linealidad de la presión y el caudal a baja velocidad, pero mejora los caudales reales, para un tamaño de bomba determinado, y/o la capacidad de manejo de sólidos de la bomba.

En funcionamiento, las bombas de cavidad progresiva son fundamentalmente bombas de caudal fijo, como las bombas de pistón y las peristálticas , y este tipo de bomba requiere una comprensión fundamentalmente diferente a la de las bombas más comunes, es decir, las que generan presión. Esto puede llevar a la suposición errónea de que todas las bombas pueden ajustar su caudal mediante una válvula en su salida, pero con este tipo de bomba esta suposición es problemática, ya que dicha válvula prácticamente no tendrá efecto sobre el caudal y cerrarla por completo generará presiones muy altas. Para evitar esto, las bombas suelen estar equipadas con interruptores de presión de corte, discos de ruptura (deliberadamente débiles y fáciles de reemplazar) o una tubería de derivación que permite que una cantidad variable de fluido regrese a la entrada. Con una derivación instalada, una bomba de caudal fijo se convierte efectivamente en una de presión fija.

En los puntos donde el rotor toca el estator, las superficies generalmente se desplazan transversalmente, por lo que se producen pequeñas áreas de contacto deslizante. Estas áreas deben lubricarse con el fluido que se bombea ( lubricación hidrodinámica ). Esto puede implicar que se requiera mayor par motor para el arranque y, si se permite que funcione sin fluido (lo que se denomina "funcionamiento en seco"), puede producirse un rápido deterioro del estator.

Si bien las bombas de cavidad progresiva ofrecen una larga vida útil y un servicio fiable para el transporte de fluidos espesos o grumosos, los fluidos abrasivos acortan significativamente la vida útil del estator. Sin embargo, las suspensiones (partículas en un medio) pueden bombearse de forma fiable si el medio es lo suficientemente viscoso como para mantener una capa lubricante alrededor de las partículas y, por lo tanto, proteger el estator.

Los diseños específicos implican que el rotor de la bomba esté fabricado en acero, recubierto con una superficie lisa y dura, normalmente de cromo , mientras que el cuerpo (el estator ) está hecho de un elastómero moldeado dentro de un tubo metálico. El núcleo de elastómero del estator forma las cavidades complejas necesarias. El rotor se mantiene contra la superficie interna del estator mediante brazos de enlace angulares y cojinetes (sumergidos en el fluido) que le permiten rodar sobre la superficie interna (sin ser accionado). El uso de elastómero en el estator simplifica la creación de la compleja forma interna, creada mediante fundición , lo que también mejora la calidad y la durabilidad de los sellos al hincharse progresivamente debido a la absorción de agua y/u otros componentes comunes de los fluidos bombeados. Por lo tanto, será necesario tener en cuenta la compatibilidad entre el elastómero y el fluido bombeado.

Dos diseños comunes de estator son el de paredes iguales y el de paredes desiguales. Este último, al tener un mayor espesor de pared de elastómero en los extremos, permite el paso de sólidos de mayor tamaño gracias a su mayor capacidad de deformación bajo presión. El primero presenta un espesor de pared de elastómero constante y, por lo tanto, supera al otro en la mayoría de los demás aspectos, como la presión por etapa, la precisión, la transferencia de calor, el desgaste y el peso. Son más costosos debido a la compleja forma del tubo exterior.

En 1930, René Moineau , pionero de la aviación, mientras inventaba un compresor para motores a reacción, descubrió que este principio también podía funcionar como sistema de bombeo. La Universidad de París le otorgó a René Moineau el doctorado en ciencias por su tesis sobre «Un nuevo capsulismo». Su innovadora disertación sentó las bases de la bomba de cavidad progresiva.

• Bomba de alimentos y bebidas
• bombeo de petróleo
• Bombeo de lodos de carbón
• Bombeo de aguas residuales y lodos
• Bombeo de productos químicos viscosos
• Pantalla de flujo de tormenta
• Motores de lodo de fondo de pozo en perforación direccional de yacimientos petrolíferos (invierten el proceso, convirtiendo la energía hidráulica en energía mecánica).
• Bombeo de agua de pozo con energía limitada

• Bombeo de lechada o cemento
• Bombeo de aceite lubricante
• Bombeo de combustible diésel marino
• Bombeo de lodos mineros
• motores de lodo para yacimientos petrolíferos

• Sistemas de bombas de cavidad progresiva (PCP) - Artículo de la PetroWiki de la Sociedad de Ingenieros de Petróleo
• Bombas de cavidad progresiva - Levantamiento artificial en la producción de pozos petrolíferos - El libro de texto fundamental de Henri Cholet y Christian Wittrisch
• Bombas de cavidad progresiva : una descripción de la tecnología y el principio de funcionamiento de las bombas de cavidad progresiva de uno de los mayores fabricantes de PCP del mundo.
• Sistemas de bombeo de cavidad progresiva para levantamiento artificial – Parte 1: Bombas - ISO 15136-1:2009 Industrias del petróleo y del gas natural
• Bombas de cavidad progresiva : una descripción concisa del funcionamiento de la bomba, proporcionada por la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO).