A menudo, seleccionar la tecnologa de vaco ms adecuada para aplicaciones de procesos qumicos y farmacuticos es una tarea difcil. En primer lugar, un sistema de vaco debe ser capaz de ofrecer el caudal requerido a la presin de funcionamiento y as garantizar el tiempo de vaciado requerido. En segundo lugar, no puede ser sensible a los gases de proceso y debe cumplir todos los requisitos en trminos de limpieza CIP (limpieza in situ) y de recuperacin de gas. La fiabilidad y la rentabilidad tambin desempean un papel importante a la hora de escoger una tecnologa de vaco.
En este documento resaltamos las tres tecnologas de vaco ms utilizadas en procesos tecnolgicos qumicos y farmacuticos.
- Bombas de vaco de anillo lquido
- Bombas de vaco de tornillo en seco
- Bombas de vaco de paletas rotativas lubricadas con aceite
Bombas de vaco de anillo lquido
Las bombas de vaco de anillo lquido (fig. 1) se utilizan en numerosas aplicaciones. Se trata de bombas rotativas de desplazamiento positivo con un impulsor colocado de forma excntrica en una cmara cilndrica (fig. 2). Suele emplearse agua como lquido de funcionamiento. La rotacin del impulsor crea un anillo lquido en el interior de la cmara que sella los espacios entre cada una de sus aspas. El gas se vehicula a travs de los espacios creados entre el centro, las aspas y el anillo lquido. Gracias a la posicin excntrica del impulsor, el volumen de estos espacios aumenta, y as se succiona el gas por la toma de aspiracin. A medida que el impulsor contina girando, el volumen de estos espacios se reduce, con lo cual se comprime el gas y se descarga de nuevo por el conducto de escape. La bomba de vaco de anillo lquido puede operar con un sistema de agua directa sin recirculacin o con un sistema con recirculacin total o parcial.
Fig. 1: Bombas de vaco de anillo lquido Dolphin de Busch
Tras muchos aos de uso, estas bombas han demostrado ser generadores de vaco slidos y fiables en los procesos qumicos. El lquido de funcionamiento disipa continuamente el calor de compresin en la cmara de compresin, de modo que la bomba funciona de forma casi isotrmica. Esto significa que el gas de proceso no se calienta demasiado y la bomba funciona a temperaturas relativamente bajas. Esto reduce considerablemente el riesgo de reacciones no deseadas o explosiones. Las bajas temperaturas de funcionamiento tambin facilitan la condensacin de los vapores y los gases, lo cual aumenta el caudal nominal de la bomba de vaco.
Suele emplearse agua para generar el anillo lquido. Tambin se utilizan en la prctica etilenglicol, aceites minerales o disolventes orgnicos. La presin final alcanzada de la bomba de vaco depende de la presin de vapor y de la viscosidad del lquido. La viscosidad del lquido de funcionamiento afectar al consumo energtico de la bomba de vaco.
Las bombas de vaco de anillo lquido estn disponibles en diferentes versiones, con diferentes materiales y sellos.
Ventajas de las bombas de vaco de anillo lquido:
- La entrada de vapores o lquidos dentro del sistema prcticamente no les afecta
- Sus distintas versiones de materiales les permiten adaptarse al gas de proceso
Inconvenientes:
- Posibilidad de contaminacin del lquido de funcionamiento con el condensado del gas de proceso, lo cual hace necesario tratar posteriormente el lquido de funcionamiento antes de eliminarlo
- Elevado consumo energtico
- La presin final alcanzada depende de la presin del vapor del lquido de funcionamiento
Bombas de vaco de tornillo en seco
La tecnologa de vaco de tornillo en seco tambin se utiliza muy frecuentemente en los sectores qumico y farmacutico. Sin embargo, es una tecnologa relativamente nueva respecto a la de anillo lquido.
En los aos 90, Busch present la primera bomba de vaco de tornillo en seco del mercado, la COBRA AC. La principal diferencia respecto a la bomba de vaco de anillo lquido descrita ms arriba es el hecho de que las bombas de vaco de tornillo (fig. 3) no necesitan un lquido de funcionamiento para comprimir el gas de proceso. Por esta razn se llaman bombas de vaco de tornillo «en seco».
En una bomba de vaco de tornillo, dos rotores en forma de tornillo giran en direcciones opuestas (fig. 4). La solucin bombeada queda atrapada entre el cilindro y los tornillos, se comprime y se transporta hasta la salida de gases. Durante el proceso de compresin, los rotores no entran en contacto entre s ni con el cilindro. La precisin en su fabricacin y el espacio mnimo entre las piezas mviles son los dos factores que hacen posible este principio de funcionamiento, y as se garantiza un vaco lmite < 0,1 mbar.
Las bombas de vaco de tornillo utilizan refrigeracin por agua, lo cual asegura una distribucin homognea de la temperatura en todo el cuerpo de la bomba y, por tanto, una estabilidad trmica a lo largo de todo el proceso.
Fig. 2: Principio de funcionamiento de una bomba de vaco de anillo lquido de dos etapas
Gracias a sus distintos sistemas de sellado y a su variedad de recubrimientos, las bombas de vaco de tornillo de Busch pueden configurarse para ser compatibles con cualquier producto qumico.
Fig. 3: Bomba de vaco de tornillo COBRA NC
Ventajas de las bombas de vaco de tornillo en seco:
- Compresin en seco, sin posibilidad de contaminacin o reaccin entre el gas de proceso y el lquido de funcionamiento
- Alto nivel de vaco
- Eficiencia energtica
- Pueden disearse para casi todos los gases de proceso gracias a la seleccin de materiales y a la regulacin de la temperatura
Inconvenientes de las bombas de vaco de tornillo en seco:
- Son sensibles a las partculas que se introducen en el sistema
- No pueden utilizarse con gases de proceso con tendencia a ser reactivos a temperaturas elevadas.
Fig. 4: Principio de funcionamiento de una bomba de vaco de tornillo moderna.
Bombas de vaco de paletas rotativas lubricadas con aceite de un solo paso
Las bombas de vaco de paletas rotativas lubricadas con aceite llevan dcadas utilizndose con xito en mltiples aplicaciones. Actualmente son uno de los tipos de bomba de vaco mecnica ms utilizados en el sector industrial. Busch desarroll ya en los aos 60 la bomba Huckepack, una bomba de vaco de paletas rotativas lubricadas con aceite de un solo paso y de dos etapas diseada especialmente para la tecnologa de procesamiento qumico y farmacutico. Busch no ha dejado de desarrollar esta bomba de vaco, que sigue disfrutando de una gran aceptacin en la tecnologa de proceso gracias a su robustez.
Las bombas de vaco de paletas rotativas Huckepack (fig. 5) tienen tres caractersticas distintivas importantes en comparacin con otras bombas de vaco que funcionan segn el principio de las paletas rotativas:
- Las dos etapas de compresin estn apiladas y conectadas entre ellas, lo cual facilita la compresin inicial del gas de proceso en la primera etapa y una compresin secundaria en la siguiente etapa. Esto permite conseguir una presin final ms baja.
- Estas bombas de vaco se lubrican con aceite, lo cual significa que en la cmara de compresin se inyecta una cantidad definida de lquido de funcionamiento, aceite u otro lquido compatible con la solucin. Otras bombas de vaco de paletas rotativas, por su parte, utilizan una lubricacin por aceite recirculado.
- Las bombas de vaco de paletas rotativas Huckepack se refrigeran por agua, de forma que la temperatura de funcionamiento puede regularse dentro de un rango determinado.
Las bombas de vaco de paletas rotativas Huckepack son bombas rotativas de desplazamiento positivo. Las paletas estn colocadas en ranuras en un rotor que gira de forma excntrica en una cmara cilndrica. Debido a la fuerza centrfuga creada por el movimiento giratorio del rotor, las paletas se deslizan fuera de las ranuras y entran en contacto con la pared del cilindro. Esto crea espacios con distintos volmenes que, a su vez, generan el efecto de aspiracin y compresin. Para reducir la friccin y mejorar el sellado, se inyecta continuamente aceite en la cmara de compresin. Este proceso tiene lugar en ambas etapas de compresin antes de que el gas de proceso se descargue junto con el lquido de funcionamiento por la salida y pueda ser eliminado. Ambas etapas estn refrigeradas por agua. Hay disponibles versiones con recirculacin de agua y refrigeracin por agua directa.
Como el lubricante nicamente circula por la bomba de vaco una vez, pueden utilizarse casi todos los lquidos con una viscosidad en un rango de 150 centistokes (cSt). Estos lquidos limpian constantemente la bomba de vaco en funcionamiento y la protegen contra la corrosin y los sedimentos. Busch ofrece paletas de tres materiales distintos para garantizar la resistencia a la mayora de disolventes.
Fig. 5: Bomba de vaco de paletas rotativas lubricadas con aceite de un solo paso Huckepack
Ventajas de las bombas de vaco de paletas rotativas lubricadas con aceite de un solo paso:
- Alto nivel de vaco
- Son extremadamente robustas y fiables
- Facilidad de mantenimiento
- Son perfectas para transportar vapores cidos y monmeros o productos que provoquen polimerizacin
Inconvenientes:
- Los lquidos de funcionamiento deben tratarse o eliminarse correctamente.
Fig. 6: Principio de funcionamiento de la bomba de vaco de paletas rotativas lubricadas con aceite de un solo paso Huckepack.
Resumen
Todas las tecnologas de generacin de vaco tratadas en este documento tienen ventajas e inconvenientes. No existe una solucin ideal nica para todas las aplicaciones. Por esta razn, es importante asesorarse con un experto en vaco y tener en cuenta todos los parmetros importantes del proceso: desde las condiciones del proceso, los gases de proceso y la integracin con el control del proceso, hasta la rentabilidad, la seguridad y la fiabilidad de la futura generacin de vaco. En la mayora de los casos, tener en cuenta estos factores permite obtener un sistema de vaco personalizado y adaptado directamente a sus necesidades.
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