En la industria oleícola, alimentaria y de procesos, el bombeo de productos viscosos representa un desafío técnico importante. La elevada resistencia al flujo puede afectar el llenado de la bomba, incrementar el consumo energético, reducir el caudal entregado y acelerar el desgaste de los componentes.
Las bombas lobulares rotativas, como el modelo SLR-A de INOXPA, han sido desarrolladas para transportar productos viscosos y con sólidos en suspensión, especialmente masa de aceituna y alperujo. Su diseño de desplazamiento positivo permite mover el producto mediante dos lóbulos sincronizados que giran sin entrar en contacto entre sí.
Sin embargo, para obtener un funcionamiento estable no basta con seleccionar una bomba capaz de manejar una viscosidad determinada. También es necesario ajustar correctamente la velocidad de giro, la potencia del accionamiento, las condiciones de aspiración, la presión diferencial y el diseño de las tuberías.
Viscosidad bomba SLR-A: gestión y optimización del funcionamiento operativo
Una gestión adecuada de la viscosidad permite conservar el rendimiento de la bomba, reducir el riesgo de cavitación, prevenir sobrecargas y prolongar la vida útil del equipo.
- Capacidad de la bomba SLR-A frente a productos viscosos
La viscosidad representa la resistencia interna que presenta un fluido al movimiento. Cuanto mayor sea este valor, mayor será el esfuerzo requerido para desplazar el producto a través de la bomba y las tuberías.
Para la bomba lobular SLR-A, INOXPA establece una viscosidad máxima recomendada de hasta 100.000 mPa·s. No obstante, este valor no debe interpretarse como una condición independiente del resto de los parámetros de operación.
La capacidad real de bombeo dependerá de factores como:
- La naturaleza y composición del producto.
- Su comportamiento reológico.
- La temperatura de trabajo.
- La velocidad de rotación.
- La presión diferencial.
- Las condiciones de aspiración.
- El sistema de estanqueidad instalado.
- La potencia y el par disponible en el motorreductor.
Dos productos con la misma viscosidad aparente pueden comportarse de forma diferente durante el bombeo. Algunos fluidos disminuyen su viscosidad cuando aumenta el esfuerzo de corte, mientras que otros pueden contener sólidos, fibras o partículas que dificultan la circulación.
Por esta razón, cuando se trabaja cerca del límite máximo de viscosidad o con productos de comportamiento desconocido, la selección debe realizarse considerando las condiciones reales del proceso. Si el producto supera los valores recomendados, es necesario consultar al fabricante o a un distribuidor técnico autorizado.
- Relación entre viscosidad y velocidad de rotación
Uno de los principios fundamentales en el bombeo de productos viscosos es que, generalmente, cuanto mayor sea la viscosidad, menor deberá ser la velocidad de rotación.
La SLR-A tiene una velocidad máxima nominal de 720 rpm. Sin embargo, este valor corresponde al límite mecánico máximo del equipo y no significa que la bomba pueda trabajar a esa velocidad con cualquier producto.
Cuando la viscosidad aumenta, también se incrementa la resistencia que deben vencer los lóbulos. Si la bomba opera a una velocidad demasiado elevada, el producto puede no ingresar con suficiente rapidez en la cámara de bombeo.
Como consecuencia, los espacios formados entre los lóbulos y el cuerpo pueden llenarse parcialmente, reduciendo el volumen transportado en cada revolución.
Esto puede provocar:
- Disminución del caudal real.
- Flujo irregular.
- Aumento del ruido y las vibraciones.
- Incremento del consumo eléctrico.
- Sobrecalentamiento de la bomba.
- Desgaste prematuro.
- Problemas de cavitación.
Por lo tanto, la velocidad debe ajustarse de acuerdo con la capacidad del producto para desplazarse por la tubería de aspiración y llenar correctamente la cámara de bombeo.
Imagen 1: Mecanismo interno y dirección de flujo en bomba de lóbulos. (Foto de referencia)
- Llenado de la cámara y condiciones de aspiración
Las bombas lobulares funcionan creando una disminución de presión en la aspiración. Esta diferencia de presión permite que el producto ingrese en los espacios existentes entre los lóbulos y el cuerpo de la bomba.
En el caso de líquidos de baja viscosidad, el llenado puede producirse rápidamente. En cambio, un producto muy viscoso necesita más tiempo para avanzar por la tubería y ocupar completamente la cámara.
Si la bomba gira demasiado rápido, el producto no alcanza a llenar los espacios antes de que los lóbulos continúen su movimiento. La bomba intenta desplazar un volumen mayor del que la línea de aspiración puede suministrar.
Este fenómeno puede generar una reducción de la presión en la entrada y favorecer la aparición de cavitación.
La cavitación ocurre cuando la presión del líquido disminuye hasta alcanzar su presión de vapor, formando pequeñas burbujas que posteriormente colapsan en zonas de mayor presión. Este colapso puede ocasionar ruido, vibraciones, erosión y daños progresivos en los componentes internos.
No obstante, la cavitación no depende exclusivamente de la viscosidad. También puede estar relacionada con:
- Tuberías de aspiración demasiado largas.
- Diámetros insuficientes.
- Exceso de codos y accesorios.
- Filtros obstruidos.
- Válvulas parcialmente cerradas.
- Temperaturas elevadas.
- Altura de aspiración excesiva.
- Entrada de aire en las conexiones.
Por ello, antes de atribuir un problema únicamente a la viscosidad, se debe revisar todo el sistema de aspiración.
Imagen 2: Distribución de zonas de presión y sentido de giro en la cámara. (Foto de referencia)
- Efecto de la viscosidad sobre el par de torsión
El par de torsión es el esfuerzo rotacional que debe generar el accionamiento para mover los lóbulos y desplazar el producto.
Cuando la viscosidad aumenta, el motorreductor debe entregar un mayor par para superar la resistencia del fluido. Este esfuerzo también aumenta cuando existe una presión de descarga elevada o restricciones en la tubería.
Para la serie SLR-A, el fabricante establece un par máximo admisible de 400 Nm en el soporte de la bomba.
Este valor no debe superarse durante la operación. Trabajar por encima del límite puede generar daños en:
- Los ejes.
- Los engranajes de sincronización.
- Los rodamientos.
- Los lóbulos.
- Los acoplamientos.
- El motorreductor.
Es importante aclarar que los valores máximos de viscosidad, velocidad y par no representan necesariamente un único punto de funcionamiento.
Una bomba no debe operar automáticamente a 100.000 mPa·s, 720 rpm y 400 Nm al mismo tiempo. Cada límite debe evaluarse dentro de la curva de operación y de las condiciones reales del sistema.
- Impacto en el consumo energético
La energía consumida por una bomba lobular está relacionada con la resistencia que debe vencer para transportar el producto.
Cuando la viscosidad es elevada, aumenta el esfuerzo necesario para mover el fluido, por lo que el motor demanda una mayor corriente eléctrica.
Si la bomba trabaja a una velocidad excesiva o contra una presión demasiado alta, el consumo puede superar la capacidad nominal del motor.
Una sobrecarga prolongada puede causar:
- Activación de las protecciones térmicas.
- Sobrecalentamiento del motor.
- Degradación del aislamiento eléctrico.
- Reducción de la vida útil de los rodamientos.
- Daños en el bobinado.
- Paradas inesperadas del proceso.
Durante la puesta en marcha es recomendable controlar la corriente consumida por el motor y compararla con el valor indicado en la placa del equipo.
Si el consumo es demasiado alto, deben verificarse la viscosidad, la velocidad de giro, la presión de descarga y las posibles restricciones en las tuberías.
Reducir la velocidad puede disminuir considerablemente el par y la potencia requerida, siempre que se mantenga el caudal necesario para el proceso.
- Eficiencia volumétrica y deslizamiento interno
La eficiencia volumétrica representa la relación entre el caudal teórico desplazado por la bomba y el caudal real entregado.
En una bomba lobular existen pequeñas holguras entre los lóbulos, el cuerpo y las tapas. Estas separaciones son necesarias para evitar el contacto directo entre los componentes rotativos.
Sin embargo, parte del líquido puede regresar desde la zona de descarga hacia la aspiración a través de estas holguras. Este fenómeno se conoce como deslizamiento interno o slip.
El deslizamiento aumenta principalmente cuando:
- La viscosidad del producto es baja.
- La presión diferencial es elevada.
- Las holguras internas han aumentado por desgaste.
- La velocidad de giro es demasiado reducida.
En productos poco viscosos, el líquido puede atravesar con mayor facilidad los espacios internos, reduciendo el caudal efectivo.
En estos casos, aumentar moderadamente la velocidad puede ayudar a compensar las pérdidas y mantener el caudal requerido. También puede considerarse una reducción de la temperatura, siempre que sea compatible con el producto y con el proceso, para incrementar ligeramente la viscosidad.
Por el contrario, en fluidos altamente viscosos, el deslizamiento suele ser menor, pero aumenta el esfuerzo mecánico y se dificulta el llenado de la bomba.
Imagen 3: Esquema de holguras internas y líneas de retorno (slip). (Foto de referencia)
- Estabilidad del caudal y la presión
Una bomba lobular correctamente seleccionada puede entregar un caudal relativamente uniforme y proporcional a su velocidad de rotación.
Sin embargo, cuando la viscosidad no se gestiona adecuadamente, el flujo puede volverse irregular.
Un llenado incompleto de la cámara puede producir variaciones en el volumen desplazado durante cada revolución. Estas variaciones se reflejan en fluctuaciones del caudal y de la presión de descarga.
En procesos como la alimentación de decánteres para la producción de aceite, una entrega inestable puede afectar la separación y el rendimiento del proceso posterior.
También pueden generarse pulsaciones, vibraciones en las tuberías y cambios en el consumo del motor.
Para mejorar la estabilidad se deben controlar:
- La velocidad de rotación.
- La viscosidad y la temperatura del producto.
- La presión de entrada.
- La presión de descarga.
- El nivel del depósito.
- La existencia de aire en la aspiración.
- Las restricciones en válvulas, filtros y tuberías.
- Control de la viscosidad mediante la temperatura
La viscosidad de muchos líquidos disminuye cuando aumenta la temperatura. Este principio puede utilizarse para facilitar el bombeo de productos muy espesos.
Calentar el producto puede:
- Reducir la resistencia al flujo.
- Mejorar el llenado de la cámara.
- Disminuir las pérdidas de carga.
- Reducir el par requerido.
- Estabilizar el consumo del motor.
- Facilitar el arranque de la bomba.
No obstante, la temperatura no debe aumentarse sin evaluar las características del producto.
Un calentamiento excesivo puede modificar sus propiedades, afectar su calidad, acelerar reacciones químicas o dañar los elementos elastoméricos de la bomba.
La temperatura máxima indicada para la SLR-A es de 100 °C, aunque el límite real también dependerá de los materiales de las juntas y del sistema de estanqueidad instalado.
Cuando el producto es demasiado fluido, enfriarlo puede ayudar a aumentar su viscosidad y reducir el deslizamiento interno. Esta medida solo debe aplicarse si no afecta negativamente al proceso.
- Arranque con productos viscosos
El arranque representa una de las condiciones más exigentes para una bomba que maneja productos viscosos.
Cuando el equipo permanece detenido, algunos fluidos pueden enfriarse, espesarse, sedimentarse o adquirir una resistencia inicial mayor que durante la operación continua.
Por esta razón, el par necesario para iniciar el movimiento puede ser superior al requerido una vez estabilizado el proceso.
Antes del arranque se recomienda verificar que:
- La bomba y las tuberías estén llenas de producto.
- Las válvulas de aspiración y descarga estén abiertas.
- No existan obstrucciones.
- El producto tenga una temperatura adecuada.
- El sentido de giro sea correcto.
- Las protecciones eléctricas estén correctamente configuradas.
- El accionamiento tenga suficiente par de arranque.
- La bomba no vaya a funcionar en seco.
En aplicaciones con variaciones importantes de viscosidad, el uso de un variador de frecuencia permite iniciar la bomba a baja velocidad y aumentarla gradualmente.
Esto reduce los esfuerzos iniciales y facilita la adaptación del equipo a las condiciones reales del producto.
- Ajuste de la válvula de seguridad
Las bombas de desplazamiento positivo pueden desarrollar presiones elevadas si la tubería de impulsión se bloquea o si una válvula permanece cerrada.
A diferencia de otros tipos de bombas, el caudal no se detiene automáticamente cuando aumenta la resistencia de la descarga. La bomba continúa desplazando volumen, provocando un incremento rápido de la presión.
Por esta razón, el sistema debe incorporar una protección adecuada contra la sobrepresión.
Cuando la SLR-A dispone de una válvula de seguridad, su presión de apertura debe ajustarse según:
- La viscosidad del producto.
- La velocidad de la bomba.
- La presión de trabajo del sistema.
- La resistencia de las tuberías.
- La capacidad de los equipos instalados aguas abajo.
El tarado debe realizarse antes de la puesta en marcha y comprobarse periódicamente.
La válvula de seguridad no debe utilizarse como un sistema permanente de regulación de caudal. Su función es proteger la bomba y la instalación ante una condición anormal de sobrepresión.
El funcionamiento continuo con la válvula abierta puede provocar recirculación, calentamiento del producto, desgaste y pérdida de eficiencia.
Imagen 4: Diagrama de instalación recomendada para sistema de bombeo lobular. (Foto de referencia)
- Diseño de las tuberías para productos viscosos
El diseño de las tuberías tiene una influencia directa sobre la capacidad de la bomba para manejar productos viscosos.
Las pérdidas de carga aumentan considerablemente con la viscosidad, la longitud de la tubería y la cantidad de accesorios instalados.
Por ello, la línea de aspiración debe ser:
- Lo más corta posible.
- Directa y con pocos cambios de dirección.
- Correctamente dimensionada.
- Hermética frente a entradas de aire.
- Independientemente soportada.
- Compatible con el diámetro de la conexión de la bomba.
Siempre que sea posible, la bomba debe instalarse cerca del depósito y por debajo del nivel del producto, creando una aspiración inundada.
Esta disposición mejora la presión disponible en la entrada y facilita el llenado.
En el bombeo de líquidos viscosos no se recomienda instalar válvulas de pie en la aspiración, debido a que pueden generar una restricción adicional.
También deben evitarse reducciones bruscas, filtros con áreas insuficientes y válvulas que produzcan pérdidas de carga excesivas.
La tubería de descarga debe dimensionarse considerando la viscosidad, el caudal y la presión requerida. Un diámetro demasiado pequeño puede incrementar significativamente el esfuerzo del motor y la presión diferencial.
- Influencia del sistema de estanqueidad
El sistema de estanqueidad evita que el producto se fugue hacia el exterior a través de los ejes de la bomba.
Dependiendo de la configuración, la SLR-A puede incorporar juntas de labios o un cierre mecánico opcional.
La viscosidad, la temperatura, la abrasividad y la velocidad de deslizamiento influyen en el comportamiento de estos elementos.
Un producto muy viscoso puede dificultar la lubricación de las superficies del cierre, mientras que partículas abrasivas pueden generar desgaste acelerado.
También es importante evitar el funcionamiento en seco, ya que la ausencia de producto puede eliminar la lubricación y refrigeración necesarias.
La selección del sistema de estanqueidad debe considerar:
- Compatibilidad química.
- Temperatura de operación.
- Viscosidad.
- Presencia de sólidos.
- Abrasividad.
- Condiciones de limpieza.
- Velocidad de rotación.
Cuando las condiciones superan los límites de la configuración estándar, puede ser necesario utilizar materiales especiales o sistemas adicionales de lavado o lubricación.
- Gestión de la viscosidad durante la limpieza CIP
La viscosidad también influye en la etapa de limpieza.
Los productos espesos pueden adherirse a las paredes internas, a los lóbulos y a las tuberías. Estos residuos requieren suficiente acción química, temperatura, tiempo y fuerza mecánica para ser eliminados.
En un sistema de limpieza CIP, la acción mecánica depende principalmente de la velocidad y del régimen de circulación de la solución de limpieza.
Para la SLR-A, INOXPA recomienda alcanzar una velocidad mínima del líquido de 1,8 m/s y un número de Reynolds superior a 100.000.
Estos valores corresponden a las condiciones específicas recomendadas para obtener una limpieza efectiva en el equipo. No deben interpretarse como una definición universal del inicio del flujo turbulento.
Durante el ciclo CIP también se recomienda trabajar con una presión comprendida aproximadamente entre 1 y 2,5 bar.
El proceso puede incluir:
- Enjuague inicial con agua para retirar los residuos sueltos.
- Circulación de una solución alcalina.
- Enjuague intermedio.
- Aplicación de una solución ácida cuando sea necesaria.
- Enjuague final con agua limpia.
Una solución alcalina típica puede contener alrededor de 1 % en peso de hidróxido de sodio a 70 °C. Para eliminar depósitos minerales puede utilizarse una solución ácida de aproximadamente 0,5 % en peso de ácido nítrico a 70 °C.
Estas concentraciones y temperaturas deben ajustarse a las características de la instalación, el producto procesado y los materiales de las juntas.
La manipulación de productos químicos debe realizarse únicamente por personal capacitado y con los equipos de protección correspondientes.
Imagen 5: Circulación turbulenta para limpieza CIP en el interior de la bomba. (Foto de referencia)
- Diagnóstico de problemas relacionados con la viscosidad
Una viscosidad elevada puede manifestarse mediante diferentes síntomas, pero ninguno de ellos permite confirmar la causa por sí solo.
Entre las señales que pueden indicar una viscosidad excesiva se encuentran:
- Consumo elevado del motor.
- Reducción del caudal.
- Flujo irregular.
- Aumento de la temperatura.
- Ruidos anormales.
- Vibraciones.
- Dificultad durante el arranque.
- Activación de las protecciones eléctricas.
- Presión de aspiración demasiado baja.
Sin embargo, estos problemas también pueden deberse a otras causas, como:
- Cavitación.
- Obstrucciones.
- Válvulas cerradas.
- Presión de descarga excesiva.
- Aire en la aspiración.
- Sentido de giro incorrecto.
- Desgaste de los rodamientos.
- Falta de lubricación.
- Cuerpos extraños.
- Desalineación.
- Tensiones transmitidas por las tuberías.
Por esta razón, el diagnóstico debe realizarse de forma sistemática.
Primero se deben revisar las condiciones de operación y comparar los valores de presión, temperatura, velocidad y consumo eléctrico con los parámetros previstos.
Si se confirma que la viscosidad es demasiado alta, las primeras acciones pueden ser reducir la velocidad o aumentar controladamente la temperatura del producto.
- Recomendaciones para optimizar la operación
Para mantener un funcionamiento estable y eficiente, se recomienda aplicar las siguientes prácticas:
- Conocer la viscosidad del producto a la temperatura real de bombeo.
- Identificar su comportamiento reológico.
- Evitar operar automáticamente a la velocidad máxima.
- Utilizar un variador de frecuencia para ajustar las rpm.
- Controlar la corriente consumida por el motor.
- Verificar el par disponible en el accionamiento.
- Mantener la tubería de aspiración corta y correctamente dimensionada.
- Instalar la bomba cerca y, cuando sea posible, debajo del depósito.
- Evitar restricciones innecesarias.
- Comprobar el tarado de la válvula de seguridad.
- No permitir el funcionamiento en seco.
- Revisar periódicamente el sistema de estanqueidad.
- Controlar la temperatura del producto.
- Mantener un programa preventivo de inspección y lubricación.
- Verificar que el procedimiento CIP alcance la velocidad de circulación requerida.
Conclusión
La gestión de la viscosidad es uno de los factores más importantes para garantizar el funcionamiento confiable de una bomba lobular SLR-A.
Una viscosidad elevada aumenta la resistencia al flujo, dificulta el llenado de la cámara, incrementa el par requerido y puede provocar sobrecargas si la bomba trabaja a una velocidad inadecuada.
Por otro lado, una viscosidad demasiado baja puede aumentar el deslizamiento interno y reducir la eficiencia volumétrica.
Los valores de 100.000 mPa·s de viscosidad máxima recomendada, 720 rpm de velocidad máxima y 400 Nm de par máximo deben analizarse como límites técnicos individuales. No representan necesariamente una condición de operación simultánea.
El rendimiento óptimo se alcanza equilibrando la viscosidad, la temperatura, la velocidad, la presión diferencial, el accionamiento y el diseño de las tuberías.
Una operación correctamente configurada permite mantener un caudal estable, reducir el consumo energético, prevenir la cavitación, evitar daños mecánicos y facilitar la limpieza posterior del sistema.
En consecuencia, la velocidad de una bomba lobular no debe definirse únicamente por el caudal requerido. También debe ajustarse a la capacidad real del producto para ingresar, llenar y atravesar la bomba sin generar esfuerzos excesivos.
Gestionar adecuadamente la viscosidad no solo mejora el rendimiento operativo, sino que protege la inversión y aumenta la confiabilidad de todo el proceso.
