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Apr 24, 2024

El cabezal de bomba optimizado para las bombas LEWA Ecoflow duplica la eficiencia volumétrica

La optimización geométrica de la M900 redujo el volumen de espacio libre en el cabezal de la bomba en aproximadamente un 51 por ciento en el lado del fluido y en aproximadamente un 22 por ciento en el lado hidráulico. Esto equivale a una autorización total.

La optimización geométrica de la M900 redujo el volumen de espacio libre en el cabezal de la bomba en aproximadamente un 51 por ciento en el lado del fluido y en aproximadamente un 22 por ciento en el lado hidráulico. Esto equivale a un ahorro total en el volumen de liquidación del 37 por ciento. El volumen de espacio libre en el punto muerto trasero del émbolo se muestra en naranja (fluido) y azul (hidráulico) en la figura. (Fuente de la imagen: LEWA GmbH)

El LEWA M900 es un cabezal de bomba con una membrana accionada hidráulicamente de PTFE puro y un soporte de membrana de acero inoxidable. Está diseñado para uso universal y se utiliza en todas las bombas LEWA Ecoflow, así como en bombas de proceso LEWA para caudales medios. El cabezal de la bomba tiene toda una serie de ventajas. No sólo es herméticamente hermético, de modo que es imposible que se produzcan fugas del fluido bombeado o del aceite hidráulico, sino que también se caracteriza por una alta precisión de dosificación, una capacidad de aspiración óptima gracias al resorte de membrana y una vida útil de la membrana muy larga.

Baja eficiencia volumétrica a presiones > 150 bar El cabezal de bomba de diafragma M900 anterior para tamaños de émbolo de 5 a 12 mm tenía una eficiencia volumétrica comparativamente baja en las unidades de accionamiento LDB y LDC con el diafragma sándwich LEWA más pequeño a altas presiones de descarga con diámetros de émbolo de 5 y 6 mm. "La razón de esto es el volumen libre en el cabezal de la bomba", dijo Moritz Mildner, ingeniero RD de LEWA. "El 'volumen de espacio libre' es el volumen que se comprime con cada carrera de la bomba durante el funcionamiento de la bomba. Incluye los espacios de trabajo hidráulico y de fluidos". La suposición de que los fluidos son incompresibles sólo se aplica a bajas presiones. En este caso hay que tener en cuenta que, aunque la reducción de volumen para agua y aceite hidráulico es sólo de aproximadamente un uno por ciento a 100 bar, a 400 bar aumenta hasta aproximadamente 10 veces esta cantidad debido a la dependencia de la compresibilidad con la presión. "A medida que aumenta la presión en la bomba, los fluidos se comprimen hasta alcanzar la presión de descarga", explicó Mildner. "El resultado es una reducción en el volumen desplazado igual a la reducción de volumen que ocurre cuando se comprimen los fluidos". La relación entre el volumen desplazado y el volumen de desplazamiento teórico ideal se denomina eficiencia volumétrica. Si la eficiencia volumétrica de una bomba disminuye, su eficiencia energética y rentabilidad también disminuyen.

Por este motivo, LEWA limitó el uso de los cabezales de bomba M900 anteriores a 100 o 150 bar. En su lugar, se utilizaron cabezales de bomba M200 con membranas metálicas para aplicaciones con un caudal bajo (< 1 l/h) y una presión de descarga entre 150 y 400 bar. "Sin embargo, estos modelos no tienen algunas ventajas clave del M900, como una menor presión mínima en la brida de succión o un sistema hidráulico más robusto debido al resorte de diafragma", explicó Mildner.

Cabezal de bomba adaptado con un volumen libre significativamente reducido Para poder aprovechar las ventajas de la tecnología M900 también en rangos de presión más altos, LEWA decidió rediseñar el cabezal de la bomba para tales aplicaciones. Dado que el diseño del cabezal de bomba anterior se basaba en el émbolo de 12 mm y, en comparación con los dos émbolos pequeños (diámetro de 5 y 6 mm), se tuvo en cuenta 4 veces y 4,8 veces el volumen de embolada respectivamente, así como un correspondiente mayor Debido a las velocidades de flujo del fluido de transporte y del fluido hidráulico dentro de los componentes, fue necesario realizar importantes ajustes. "Al diseñar un cuerpo de diafragma y un accionamiento de diafragma optimizados específicamente para los tamaños de émbolo pequeños, pudimos reducir los recorridos de flujo en el sistema hidráulico, el espacio de instalación del resorte de diafragma, la calota del diafragma y los orificios de fluido en las áreas de presión y succión. lados", dijo Mildner. La optimización geométrica redujo el volumen libre en el cabezal de la bomba en aproximadamente un 51 por ciento en el lado del fluido y en aproximadamente un 22 por ciento en el lado hidráulico. Esto equivale a un ahorro total en el volumen de liquidación del 37 por ciento.

En el marco de la revisión, la calota planteaba con diferencia el mayor desafío. Para optimizarlo, primero se estudió el movimiento real del diafragma mediante tecnología de medición láser. Para ello, LEWA ha fabricado un cabezal de bomba especial que permite ver la membrana, normalmente invisible, en su estado montado. "La posición de la membrana y del soporte de la membrana en la posición final delantera era relevante para la profundidad de la calota", explica Mildner. "Por eso se escaneó el contorno del diafragma con la ayuda de dos láseres". Un láser sirvió para determinar la altura actual del dispositivo de medición móvil y el segundo para la desviación de la membrana tipo sándwich. De esta manera se midió completamente el plano central para tamaños de émbolo de 5 mm y 6 mm y diferentes frecuencias de carrera. A partir de las envolventes generadas a partir de las nubes de puntos fue posible adaptar geométricamente el espacio de trabajo del fluido en el cuerpo del diafragma al movimiento real del diafragma.

Aumento significativo de la eficiencia volumétrica. A continuación, el equipo de investigación y desarrollo realizó una serie de pruebas para validar el nuevo cabezal de la bomba. Se comprobaron las funciones esenciales del sistema hidráulico (descarga de gas, función de aspiración y limitación de presión) y se determinó la eficiencia volumétrica mediante el diagrama característico del cabezal de la bomba de membrana. A la presión máxima de 400 bar, se utilizó agua de proceso para lograr una eficiencia volumétrica del 40,2 por ciento para el émbolo de 5 mm de diámetro y del 56,3 por ciento para el émbolo de 6 mm de diámetro. Estos valores fueron 19,9 y 39,0 por ciento respectivamente para el cabezal de bomba de diafragma anterior. Por lo tanto, la nueva M900 es ideal para su uso con las bombas Ecoflow LDB y LDC con caudales bajos y una presión de descarga de hasta 400 bar.

Fuente: LEWA GmbH