BOMBA DE DOBLE MEMBRANA DE FLUJO CENTRAL.

La presente invención se refiere a una bomba de doble membrana de flujo central controlada por un módulo superior de distribución de aire con válvula direccional pivotante de baja fricción con alerón de distribución del fluido de accionamiento,

en cuyas cámaras húmedas los orificios de entrada y salida del flujo del fluido se encuentra a distinto nivel y dentro de la sección proyectable de la cámara, con una especial disposición de las cuatro válvulas antiretorno de bola o similar que la componen dos de aspiración y dos de impulsión dispuestas en el centro húmedo de la bomba accesibles desde su parte superior, las dos válvulas de aspiración próximas a la entrada de la bomba y situadas por encima del eje y cuyo orificio de salida se conecta directamente a la cámara de la membrana, y las dos válvulas de impulsión próximas a la salida de la bomba y por debajo del eje e igualmente conectada directamente a la cámara de la membrana. La disposición de las válvulas anti-retorno, accesibles desde el mismo lado superior permite la posibilidad de desmontar por mantenimiento las válvulas desde arriba, después de desmontar solamente el módulo de distribución de aire y las tapas de las bolas, sin desconectar la bomba desde la línea de fluido, así como la disposición de las tapas laterales permiten la posibilidad de desmontar por mantenimiento las membranas sin fijación desde los lados, después de desmontar solamente el módulo de distribución de aire y las tapa laterales, sin desconectar la bomba desde la línea de fluido.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201000633.

Solicitante: SAMOA INDUSTRIAL S.A.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: GONZALEZ-MORATIEL ALVAREZ,ALBERTO.

Fecha de Publicación: 10 de Mayo de 2012.

Clasificación Internacional de Patentes:

F04B43/06 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F04 MAQUINAS DE LIQUIDOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO; BOMBAS PARA LIQUIDOS O PARA FLUIDOS COMPRESIBLES. › F04B MAQUINAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO PARA LIQUIDOS; BOMBAS (máquinas para líquidos o bombas, de tipo pistón rotativo u oscilante F04C; bombas de desplazamiento no positivo F04D; bombeo de fluido por contacto directo con otro fluido o por utilización de la inercia del fluido para bombear F04F). › F04B 43/00 Máquinas, bombas o instalaciones de bombeo con órganos de trabajo flexibles (bombas o instalaciones de bombeo especialmente adaptadas para fluidos compresibles F04B 45/00). › Bombas que tienen accionamiento por fluido.
F04B43/073 F04B 43/00 […] › estando el fluido de trabajo controlado por al menos una válvula.
F16K11/07 F […] › F16 ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES PARA ASEGURAR EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS O INSTALACIONES; AISLAMIENTO TERMICO EN GENERAL. › F16K VALVULAS; GRIFOS; COMPUERTAS; FLOTADORES PARA ACCIONAMIENTO; DISPOSITIVOS PARA VENTILAR O AIREAR. › F16K 11/00 Válvulas o llaves de vías múltiples, p. ej. mezcladores; Accesorios para tubos que comprenden tales válvulas; Instalación de válvulas y tubos de descarga especialmente concebidos para mezclar fluidos. › con deslizadores cilíndricos.

Fragmento de la descripción:

Bomba de doble membrana de flujo central.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a una bomba de doble membrana de flujo central controlada por un módulo superior de distribución de aire con válvula direccional pivotante de baja fricción con alerón de distribución del fluido de accionamiento, con una especial disposición de los orificios de entrada y salida del flujo del fluido a las cámaras y una especial disposición de las cuatro válvulas anti-retorno de bola o similar que incorpora, así como un especial diseño de las membranas compuestas de elástomero, contando opcionalmente una capa de PTFE (Polytetrafluorethylen) o material similar y un pistón interno, y cuyo eje de impulsión fluctúa libre, sin anclaje alguno a las membranas, pudiendo dichas membranas ser accionado por aire comprimido u otro fluido, lo que permite a su vez bombear una misma cantidad de fluido que una bomba equivalente, de las actualmente existentes, siendo capaz de entregar dicho volumen en el mismo tiempo, pero reduciendo hasta un tercio el consumo de aire y por tanto el consumo energético.

Campo de la invención

Esta invención tiene su aplicación dentro del sector de la industria de las bombas para el transvase de fluidos, y/o fluidos con sólidos o partículas en suspensión y/o polvos y/o fluidos químicamente agresivos o de complicada manipulación, como son los hidrocarburos, hidrocarburos clorados, ácidos, bases y otros productos químicos utilizados en los procesos industriales.

Antecedentes de la invención

Existen en el mercado numerosas bombas de doble membrana accionadas por aire comprimido, o por cualquier otro fluido a presión, siendo generalmente de dos tipos:

a) Bombas de flujo periférico que bombean el fluido de forma alternativa desde dos cámaras de fluido situadas en cada uno de los dos lados externos de la bomba y con cámaras de aire al lado opuesto de las membranas que separan el fluido del aire en ambos casos.

b) Bomba de flujo central en el que el fluido se bombea de forma alterna desde dos cámaras de fluido situadas a ambos lados de la parte central de la bomba y con cámaras de aire al lado exterior de las membranas que separan el fluido del aire en ambos casos.

Las ventajas de las bombas de membrana en comparación con otras tecnologías de bombeo incluyen:

- Versatilidad para el bombeo de una amplia gama de fluidos que plantean dificultades como por ejemplo ser químicamente agresivos, abrasivos, etc.

- Aprovechamiento de la presión de fluido de accionamiento, como por ejemplo aire comprimido y otros, que permite el bombeo de fluidos de viscosidad media, así como el control de operación de la bomba.

- Su configuración no precisa del tipo del sistema de estanqueidad, utilizado en bombas con eje rotatorio, pues en ocasiones este sistema de estanqueidad en bombas con eje rotatorio puede producir fuga, derrame o pérdida de fluido.

Las bombas de flujo periférico son el tipo más común de las bombas de membrana accionado por aire comprimido. La construcción de estas bombas implica que el fluido para ser bombeado ha de pasar en primer lugar por un colector de entrada, que poseen uno, o en la mayoría de los casos, dos codos a noventa grados. Tras el paso por este colector el fluido ha de entrar en las cámaras de fluido donde se impulsará a través de un nuevo colector, también éste con uno, o en muchos casos, dos codos a noventa grados. Esta construcción implica pérdida de carga, lo que supone un factor importante en la baja eficiencia energética de estas bombas.

En la trayectoria del flujo de los fluidos en las bombas de flujo central se evita la circulación por la periferia de la bomba, evitándose las pérdidas de carga y por lo tanto mejorando la eficiencia. Sin embargo, en su mayoría el diseño de las entradas y salidas implica un recorrido complicado hacia las válvulas de las cámaras de bombeo. Además, existen conductos entre las válvulas de aspiración y los orificios de entrada a las cámaras, junto con otros conductos entre los orificios de salida de las cámaras y las válvulas de impulsión. El diseño de una bomba que implique la optimización o eliminación de estos conductos, supondrá una mejora en la eficiencia.

Mediante una válvula direccional, tanto en bombas de flujo periférico como en bombas de flujo central, se cambia la dirección del flujo del fluido de accionamiento de una cámara de aire a la otra, donde el tiempo de cambio de dirección provocado por la válvula causará en mayor o menor medida un flujo pulsante. Es mejor evitar el flujo pulsante en una instalación por varias razones, como por ejemplo, para evitar pérdidas de eficiencia, aumento de las vibraciones en la instalación, la intermitencia de suministro del fluido y la falta de precisión en aplicaciones de dosificación.

En cuanto al rendimiento general de bombeo, la presión de aspiración de que dispone la bomba es: Presión de aspiración = (Presión atmosférica + Presión estática del fluido a la entrada) - (Presión de aspiración que es capaz de generar la bomba). Por este motivo, cualquier mejora en la capacidad de aspiración de la bomba es de gran valor (una mejora de 0,1 bar para el rendimiento de impulsión = aproximadamente 0.1 bar sobre 5 bar de presión de impulsión = "sólo" 2% de mejora, pero una mejora de 0,1 bar de la potencia de aspiración = aproximadamente 0.1 bar sobre 1 bar de altura de aspiración = 10% de mejora).

Las membranas y válvulas anti-retorno son componentes esenciales de todas las bombas de membrana. Al estar en contacto con el fluido bombeado, estas están disponibles en distintos tipos de materiales para maximizar el rango de aplicación de las bombas. Normalmente las membranas se fijan al eje central de la bomba mediante uniones roscadas y grandes arandelas, o pistones, actuando tanto en el interior como en el exterior de la membrana, y transmiten de esa manera los esfuerzos del movimiento alternativo a ambas membranas.

Un factor significativo durante la vida útil de la bomba de membrana es el coste de mantenimiento. Como factores importantes en dicho coste se incluyen el debido a la sustitución tras su vida útil de los componentes que requieren mantenimiento, (por ejemplo: membranas, válvulas anti-retorno, válvula direccional y eje), así como en el coste derivado del tiempo de inactividad y tiempo de mano de obra requerido para el mantenimiento o sustitución de las piezas involucradas. Los factores que hacen que los intervalos de mantenimiento se acorten son:

- Las membranas diseñadas para fluidos químicamente agresivos, especialmente aquellos con una alta resistencia química con una construcción no basada solamente en elastómeros, utilizando PTFE por ejemplo, tienden a una pronta rotura debido al movimiento alternativo de cada ciclo, suponiendo más reducción de tiempo medio de vida cuanto más larga sea la carrera.

- La acumulación de sedimentos en las cámaras de fluido de la bomba puede suponer un deterioro de la membrana y del eje cuando la membrana tiene que deformarse para terminar la carrera debido al contacto con los depósitos de estos sedimentos.

- Los esfuerzos en el eje y las membranas que supone el bombeo con una alta resistencia a la aspiración o a la impulsión.

- Los fluidos bombeados con sólidos en suspensión provocan un desgaste prematuro de las membranas y válvulas de retención.

- El aire comprimido contaminado puede provocar un desgaste prematuro de la válvula de aire.

- Los principales factores que aumentan el tiempo de inactividad y de mano de obra necesario para la sustitución o mantenimiento son:

- Necesidad de desconectar la bomba de las líneas de fluidos cuando el acceso a las piezas a mantener y/o sustituir necesita del desmontaje de los colectores de entrada y salida de la bomba.

- Necesidad de desmontar la bomba para llegar a las piezas a mantener y/o sustituir debido a un diseño que no facilita el acceso a las mismas.

- En caso de que el fluido bombeado sea un líquido peligroso, la desconexión de la línea y el mantenimiento debe realizarse de manera cautelosa pues pueden producirse derrames...

Reivindicaciones:

1. Bomba de doble membrana de flujo central con colector de entrada de fluido (16) y colector de salida (17), incluidos en el propio cuerpo central comprendiendo dos cavidades laterales externas (1 y 2) que configuran sendas cámaras de aire (1.1 y 2.1) y de fluido (1.2 y 2.2) y un cuerpo central situado entre éstas (3). Cada cavidad lateral incorpora una membrana (4) que separa las cámaras de aire (1.1 y 2.1) de las cámaras de fluido (1.2 y 2.2) configurando en su parte externa y limitada por las tapas de membrana (14) las cuales incluyen los colectores de aire que dan acceso a la cámara de aire accionada por aire comprimido, pudiendo ser accionada por otro fluido, a su vez caracterizada por:

- Un módulo de distribución de aire (7) situado en la parte superior de la bomba con válvula direccional pivotante (8) con alerón (8.5) y junta de baja fricción (8.3), que distribuye el aire de accionamiento a cada cámara de aire (1.1 y 2.1) de forma alterna compuesta por un tambor y/o cilindro con dos válvulas de entrada (8.1) un resalte esférico (8.2) que se apoya, pivota y presiona, haciendo la función de cierre sobre una junta de baja fricción (8.3) para alcanzar la completa estanqueidad y girando alternativamente en una y otra dirección en plano horizontal sobre el punto de apoyo del resalte esférico (8.2) en contacto con la parte fija del distribuidor de aire.

- Un chiclé o válvula de regulación (9) del paso de aire en el conducto de entrada de un lado de la válvula direccional.

- Dos sensores de accionamiento (5) compuestos por dos válvulas que se accionan al final de la carrera de cada membrana.

- Dos cámaras húmedas cuyos orificios de entrada (12) y salida (13) del flujo del fluido se encuentran a distinto nivel respecto al eje (6) y dentro de la sección proyectada de la cámara húmeda cuyo colector de entrada del fluido (16) se sitúa por debajo de los orificios de entrada (12) y cuyo colector de salida (17) se sitúa por encima de los orificios de salida (13).

- Cuatro válvulas anti-retorno pudiendo ser del tipo bola o similar dos de aspiración (10) y dos de impulsión (11) de especial disposición, que se sitúan en la parte central del cuerpo húmedo de la bomba entre las cámaras y, a su vez, dentro de la sección proyectada de la cámara húmeda, con orientación de funcionamiento vertical y perpendicular a la línea de entrada y salida de fluido. Las dos válvulas de aspiración (10) situadas en un plano horizontal y por encima del eje de la bomba (6) y las válvulas de impulsión (11) situadas en un plano horizontal inferior al plano horizontal de las válvulas de aspiración y por debajo del eje de la bomba (6) permitiendo su comunicación directa con los orificios de entrada (12) y de salida (13) de fluido de las cámaras.

- Dos membranas (4) cuya configuración consiste en un perfil de relieve ondulado que permite su completa adaptación a la superficie de la tapa (14) al final de la aspiración y a la superficie de la cámara del cuerpo (3) al final de la impulsión y al mismo tiempo permite un acoplamiento estanco.

- Tapas de acceso a las válvulas anti-retorno (15) independientes de la conexión entre la entrada (16) y/o salida (17) de la bomba y de las válvulas anti-retorno, e independientes de la conexión de los orificios de entrada (12) y salida (13) de las cámaras y de las válvulas anti-retorno.

- Tapas de las membranas laterales (14) fijadas al cuerpo central e independientes entre sí las cuales incluyen los colectores de aire que dan acceso a la cámara, independientes de los colectores de entrada (16) y salida (17) de la bomba incluidos en el propio cuerpo central.

2. Bomba de doble membrana de flujo central según reivindicación primera caracterizada por un módulo de distribución de aire (7) con válvula direccional pivotante (8) de baja fricción con un alerón en su parte frontal (8.5), achaflanado en uno de sus lados, y sin posición de equilibrio, compuesta por un tambor y/o cilindro con dos válvulas de entrada (8.1) un resalte esférico (8.2), una junta de baja fricción (8.3) un tambor y/o cilindro de salida con dos válvulas (8.4).

3. Bomba de doble membrana de flujo central según reivindicación primera caracterizada por el uso de dos sensores situados en cada tapa de membrana (5) que actúan como final de carrera de la propia membrana cuyas válvulas se abren al final de carrera de cada membrana permitiendo que el flujo de aire llegue a través de los colectores incluidos en las tapas de las membranas al distribuidor de aire causando que el pivote cambie de posición y compuestos por un bastidor del sensor (5.1) una junta de estanqueidad (5.2) el botón de accionamiento del sensor (5.3) asiento de la bola (5.4), junta (5.5) y bola estanca (5.6) accionados por la presión del aire de entrada y un chiclé o válvula de regulación (9), únicamente en el conducto de entrada de un lado, reforzando la función de la válvula pivotante con alerón con el fin de romper la simetría de funcionamiento de la bomba e impedir la parada o calado de la válvula direccional pivotante y por lo tanto de la bomba.

4. Bomba de doble membrana de flujo central según reivindicación primera caracterizada por el uso de cuatro válvulas anti-retorno de bola o similar, dos de aspiración (10) y dos de impulsión (11) situadas en el centro de la cámara húmeda y con acceso desde el mismo lado superior de la bomba a distinto nivel, las dos válvulas de aspiración por encima del eje central (6) y las dos válvulas de impulsión por debajo del eje central (6).

5. Bomba de doble membrana de flujo central según reivindicación primera caracterizada porque los orificios de entrada (12) y salida (13) del fluido se encuentran a distinto nivel con relación al eje central manteniendo una línea de flujo de arriba hacia abajo con una disposición diagonalmente opuesta con la aspiración en la periferia superior del eje y la impulsión en la periferia inferior del eje cuyo colector de entrada (16) se sitúa por debajo de los orificios de entrada (12) y cuyo colector de salida (17) se sitúa por encima de los orificios de salida (13) que permiten eliminar las zonas de remanso o velocidad nula en el interior de la cámara de fluido.

6. Bomba de doble membrana de flujo central según reivindicación primera caracterizada porque los alojamientos de las cuatro válvulas anti-retorno de bola o similar, configuran los propios orificios de entrada del fluido (12) a la cámara húmeda por encima del eje en el caso de las válvulas de aspiración (10) y configuran los propios orificios de salida del fluido (13) a la cámara húmeda por debajo del eje en el caso de las válvulas de impulsión (11) suprimiendo los colectores entre las válvulas y los orificios de entrada y salida a las cámaras húmedas.

7. Bomba de doble membrana de flujo central según reivindicación primera caracterizada porque las cuatro válvulas anti-retorno, de bola o similar, que la componen tienen tapas (15) independientes de la conexión entre la entrada y/o salida de la bomba y de las válvulas e independiente de la conexión de los orificios de entrada y salida de las cámaras y de las válvulas, accesibles desde su parte superior después de desmontar el módulo de distribución de aire (7) sin desconectar la bomba de la línea de fluido, es decir sin desmontar los colectores de entrada y salida del fluido.

8. Bomba de doble membrana de flujo central según reivindicación primera caracterizada porque dispone de dos entradas independientes de aspiración, una a cada cámara de trabajo.

9. Bomba de doble membrana de flujo central según reivindicación primera caracterizada por el uso de membranas elásticas (4) sin fijación al eje, cuya forma en reposo coincide con la posición final de la carrera de aspiración permitiendo de esta manera que cuando la membrana retorna a su posición inicial lo realiza deformando libremente, usando la energía elástica almacenada en su propio cuerpo ayudando al ciclo de aspiración. De esta forma se consigue minimizar las pulsaciones y disminuir las resistencias internas de la bomba consiguiendo un ahorro energético considerable.

10. Bomba de doble membrana de flujo central según reivindicación primera caracterizada porque las tapas laterales (14) de las membranas sin fijación, son independientes de los colectores de entrada y salida.

11. Bomba de doble membrana de flujo central según reivindicación primera caracterizada por permitir el uso de accionamiento y regulación mediante control automático externo y/o incorporado.

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