El diagnóstico en campo del sobrecalentamiento de una bomba Roots suele atribuirse a una “potencia del motor insuficiente”, pero en la bomba Roots (bomba de refuerzo mecánica) el rotor y la cavidad de la bomba tienen un ajuste sin contacto; no comprimen el gas, solo lo trasladan del lado de baja presión al de alta presión, y el origen del calor es el trabajo realizado por la presión diferencial. Siguiendo esta línea de comprobación, cuatro causas cubren la mayoría de los casos: presión diferencial excesiva, momento de arranque incorrecto, refrigeración y disipación insuficientes, y anomalías de lubricación y holgura.
1. Presión diferencial excesiva: el calor lo genera la presión diferencial
La bomba Roots no tiene compresión interna; la presión del lado de descarga es mayor que la del lado de admisión, y esta presión diferencial viene determinada por la contrapresión creada por la bomba previa. Cuanto mayor es la presión diferencial, más trabajo se realiza para un mismo caudal de bombeo. Estimación según compresión isotérmica:
P = p₁ × S × ln(p₂ / p₁)
Ejemplo de cálculo: LC2600 con admisión a 10 mbar (1 kPa), relación de compresión 4 y caudal de bombeo de 2600 m³/h, equivalente a 0.722 m³/s.
P = 1000 Pa × 0.722 m³/s × ln4 ≈ 1.0 kW.
Para la misma LC2600, admisión a 30 mbar (3 kPa) y relación de compresión 3:
P = 3000 × 0.722 × ln3 ≈ 2.4 kW.
El motor es de solo 7.5 kW; 2.4 kW ya se emplean en la presión diferencial, y esta parte no genera caudal de bombeo, solo calor.
El aumento de la presión diferencial se debe, en la mayoría de los casos, a la bomba previa: en la bomba Roots de la serie LC la relación de caudal de bombeo se configura entre 2~3 para procesos continuos, y por encima de 4 se acerca al límite. Una LC2600 (2600 m³/h) con una V0630B (630 m³/h) da 4.1 veces, por lo que solo se recomienda para bombeo intermitente. La emulsión del aceite de la bomba previa, la obstrucción del filtro de admisión y las fugas en las tuberías hacen que el caudal real de la bomba previa disminuya y la relación de compresión aumente en consecuencia.
Hay otro aspecto que suele pasarse por alto: el flujo másico de gas en la etapa de baja presión es pequeño. A 10 mbar, 2600 m³/h corresponden a un flujo másico de aproximadamente 0.0086 kg/s; para que el propio gas evacue 1.0 kW de calor se necesitaría un aumento de temperatura de unos 116 K (estimado con c_p ≈ 1.005 kJ/(kg·K)). El gas no puede evacuar mucho calor; casi todo el calor debe ser retirado por el cuerpo de la bomba y la refrigeración, y en cuanto se supera la presión diferencial, el efecto aparece en la temperatura.
2. Momento de arranque incorrecto: poner en marcha la Roots antes de que la presión de admisión haya descendido
Una bomba Roots no puede arrancar directamente desde la presión atmosférica. Si se pone en marcha con la entrada todavía a varios cientos de mbar, la presión diferencial actúa directamente sobre los rotores y tanto la corriente como el aumento de temperatura se disparan. La práctica habitual es que la bomba previa evacue primero el sistema hasta 10~30 mbar y después arranque la bomba Roots; en el control se establece un enclavamiento por presión de admisión y no se permite el arranque hasta alcanzar la presión. El transmisor de presión se instala en el lado de admisión de la bomba Roots, no en la descarga de la bomba previa; de lo contrario, se mide la contrapresión y no la presión de admisión.
3. Condiciones de refrigeración y disipación de calor por debajo de lo requerido
- Modelos refrigerados por aire: la acumulación de polvo en las aletas, la ventilación deficiente de la sala de máquinas y una temperatura ambiente elevada reducen la capacidad de disipación de calor.
- Modelos refrigerados por agua: caudal de agua insuficiente, temperatura del agua de entrada elevada e incrustaciones en el circuito de agua reducen la eficiencia del intercambio térmico. Verifique el caudal y la presión admisible según los requisitos del equipo; si la temperatura del agua de salida sigue siendo elevada, revise primero el circuito de agua.
- Secuencia de parada: detenga primero la bomba Roots y después la bomba previa, para que la bomba previa evacue el gas residual de la cavidad y se lleve el calor; si se invierte el orden, el calor queda retenido en la cavidad de la bomba.
4. Anomalías de lubricación y holgura
En los distintos modelos de la serie LC, las tres zonas de aceite tienen cantidades diferentes; cuando falta aceite, lo primero que se calienta son los engranajes y los rodamientos, y el calor se transmite después a la cavidad de la bomba:
| Modelo | Cámara de retén de aceite | Caja de engranajes | Cámara de engranajes |
|---|---|---|---|
| LC250 / LC500 | 0.125 L | 0.15 L | — |
| LC1200 | 0.125 L | 2.4 L | 1.25 L |
| LC2600 / LC4200 | 0.45 L | 6.5 L | 3.5 L |
Cantidad de aceite insuficiente y deterioro o formación de coque del aceite empeoran a la vez la lubricación y la disipación de calor. Otro caso es la reducción de la holgura: el polvo y los gases condensables que entran en la cavidad de la bomba se adhieren a los rotores y a las paredes de la cavidad, la holgura se reduce, se genera calor por fricción y este tipo de sobrecalentamiento suele ir acompañado de mayor ruido y vibración, por lo que es necesario detener la máquina para inspeccionarla.
Secuencia de inspección en campo
- Registre la presión de admisión y la presión de descarga, calcule la relación de compresión real y compárela con el valor de diseño;
- Revise la bomba previa: si el caudal de bombeo ha disminuido, si el aceite se ha emulsionado y si el filtro está obstruido;
- Mida la temperatura en la caja de engranajes, los puntos de rodamientos y la salida de descarga, y localice el punto de mayor temperatura para identificar la fuente de calor;
- En refrigeración por agua, revise el caudal y las temperaturas de entrada y salida del agua; en refrigeración por aire, revise las aletas y la temperatura de la sala de máquinas;
- Detenga la máquina y revise el nivel y la calidad del aceite; abra la cavidad para comprobar si hay cuerpos extraños y marcas de fricción en los rotores.
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