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Sep 07, 2023

Principios de la válvula de esclusa de aire rotatoria y diseño del rotor

Pablo dorado | 03 de abril de 2018 Las válvulas rotativas de esclusa de aire son un componente crítico en

Pablo dorado | 03 de abril de 2018

Las válvulas rotativas de esclusa de aire son un componente crítico en muchos sistemas de manejo de materiales. Desde colectores de polvo hasta sistemas de transporte neumático, las esclusas de aire giratorias no solo controlan la velocidad de alimentación, sino que también minimizan las fugas de aire entre los equipos por encima y por debajo de la válvula con diferentes niveles de presión o vacío. En los sistemas de recolección de polvo, la esclusa de aire rotativa permite la descarga continua del producto sin tener que apagar la aspiradora para descargar el material acumulado. Las esclusas de aire giratorias son vitales en los sistemas de transporte neumático, ya que permiten la introducción de material en una corriente de presión o vacío con una pérdida mínima de aire.

Diseño y Construcción Las válvulas de esclusa de aire rotatorias tienen una carcasa de fundición de alta resistencia que consta de un cuerpo y dos cubiertas de extremo, un rotor giratorio interno y un paquete de transmisión. El cuerpo tiene una entrada y una salida que permite que el material entre y salga de la válvula. El rotor tiene un eje con paletas múltiples, y los extremos del eje se extienden a través de la carcasa hasta los cojinetes externos sostenidos por las cubiertas de los extremos. Dentro de la carcasa, las paletas irradian desde el eje hacia la carcasa. El espacio entre las paletas del rotor crea bolsillos que recogen material en la entrada y, a medida que gira el rotor, transportan los bolsillos de material a la salida. Luego, los bolsillos vacíos giran hacia la entrada para recoger más material. El paquete de transmisión consta de una caja de cambios y un motor eléctrico y se conecta al eje del rotor mediante una transmisión por cadena o puede acoplarse directamente. El rotor gira relativamente lento, las velocidades típicas son de 22 rpm o menos.

Entonces, ¿cómo proporciona la válvula rotativa una esclusa de aire? Si bien la válvula no crea un sello del 100 %, la tasa de fuga se reduce considerablemente cuando se diseña correctamente. El cuerpo y las tapas de los extremos deben tener un diseño resistente para soportar la diferencia de presión y deben estar maquinados con precisión con tolerancias muy estrechas. Una cara elevada en el interior de la tapa del extremo encaja firmemente y con precisión en el orificio del cuerpo para garantizar un buen sellado y una alineación adecuada entre el rotor y la carcasa. El rotor necesita un eje grande para evitar la deflexión y, por lo general, ocho o más paletas. El rotor también está mecanizado con precisión para encajar perfectamente dentro de la carcasa. Las holguras típicas entre el rotor y la carcasa son de 0,004 a 0,006 pulgadas, o aproximadamente el grosor de un mechón de cabello grueso. Estas estrechas tolerancias minimizan las fugas de aire, ya que permiten que el rotor gire con espacios mínimos. Cuanto más estrechas sean las holguras, menos aire podrá filtrarse. La geometría del diseño del cuerpo también es importante, ya que cuantas más paletas y bolsillos estén contenidos dentro de la carcasa y no expuestos a las gargantas, mayor será el sello.

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Tipos de rotores y selección Los fabricantes de esclusas de aire rotativas tendrán varios estilos de cuerpo diferentes, cada uno de los cuales funciona mejor para ciertas aplicaciones. Para este artículo, vamos a pasar a los diferentes tipos de rotores y cómo elegir el mejor diseño según la aplicación. La selección adecuada del rotor es una parte fundamental de la especificación de una válvula que se adapte mejor al servicio previsto, lo que marca una diferencia significativa en la vida útil de la válvula y el rendimiento general.

La primera consideración es si usar un rotor de extremo abierto o un rotor de extremo cerrado (envuelto). Consulte las fotos de cada uno. Al ver el rotor abierto desde el extremo del eje, verá varias paletas que irradian hacia afuera creando V o U, que son los bolsillos. Los extremos de las paletas se dejan abiertos. Si se vertía agua en el bolsillo superior, simplemente saldría por los lados.

El rotor cerrado o envuelto tiene discos de extremos redondos que están soldados al eje y los extremos de las paletas. Mirando el rotor desde el extremo del eje, no verá las cavidades en 'V' sino un disco redondo. Los extremos de las paletas están cerrados. A diferencia del rotor abierto, los discos finales retienen el agua que se vierte en la cavidad superior.

¿Cuál es mejor, el rotor abierto o cerrado? Como se mencionó anteriormente, la esclusa de aire giratoria proporciona un sello de aire debido a las estrechas tolerancias entre el rotor y la carcasa. Este "sello" se maximiza con el área de superficie entre las paletas del rotor y la carcasa. Cuanto mayor sea el área superficial, mayor será el sello. Dado que las paletas del rotor abierto se extienden hasta las cubiertas de los extremos, tiene más superficie que el rotor cerrado y proporciona un mejor sellado de aire.

Sin embargo, el rotor abierto tiene sus inconvenientes ya que el material está en contacto con las tapas de los extremos. Para productos abrasivos, esto conduce a un mayor desgaste y puede acortar la vida útil de la válvula. En aplicaciones de temperatura más alta, esto se suma a las tolerancias que deben mecanizarse con cuidado. Los materiales finos tienden a filtrarse a través de los sellos del eje si no se les da el mantenimiento adecuado. Otros materiales, como escamas finas, pueden quedar atrapados entre los lados de las paletas del rotor y las caras de las cubiertas de los extremos, lo que puede provocar chirridos o incluso el bloqueo de la válvula.

El rotor cerrado está diseñado principalmente para aplicaciones de flujo por gravedad o en sistemas diferenciales de baja presión, pero también se puede usar en diferenciales de alta presión cuando la esclusa de aire rotatoria está diseñada correctamente. Cuando está permitido, el rotor de extremo cerrado es ideal para aplicaciones abrasivas y de alta temperatura. En aplicaciones abrasivas, el producto se mantiene alejado de las cubiertas de los extremos, donde se produce la mayor parte del desgaste. En situaciones de alta temperatura, el espacio entre la cubierta del extremo y el rotor elimina cualquier problema de expansión, dejando solo el diámetro para mecanizar. El producto tampoco puede quedar atrapado entre los lados de las paletas del rotor y las caras de la cubierta de los extremos, ya que los discos de los extremos cierran las cavidades.

Diseño de paletas de rotor Los álabes del rotor pueden ser álabes sólidos fijos soldados al eje o álabes más cortos con un perno en la punta ajustable. Las hojas fijas suelen ser más gruesas y rígidas que las puntas ajustables. Dado que el producto puede quedar atrapado debajo de las cuchillas ajustables, se prefieren las cuchillas fijas en aplicaciones de tipo sanitario, como alimentos y productos farmacéuticos. Algunos productos también son pegajosos o lentos, y el rotor de hoja fija permite que estos productos salgan más fácilmente de la bolsa.

Las puntas ajustables se utilizan para aplicaciones en las que se requieren puntas especiales. Las puntas de los rotores pueden ser rígidas o flexibles y están disponibles para rotores abiertos y cerrados. Las puntas de rotor rígidas deben utilizarse en todas las aplicaciones en las que el diferencial de presión supere los 2 psi. Las puntas de rotor rígido incluyen acero dulce, acero inoxidable, bronce y acero resistente a la abrasión. Las puntas de bronce se solicitan a menudo cuando se manipulan materiales que son explosivos o se encienden fácilmente. Las puntas resistentes a la abrasión se usan obviamente para materiales abrasivos para prolongar la vida útil de la válvula.

Las puntas flexibles generalmente se usan solo en aplicaciones de flujo por gravedad, pero se pueden usar en situaciones de presión diferencial más baja, como un sistema de recolección de polvo. En diferenciales de presión más altos, la punta flexible se separará de la carcasa y provocará una fuga excesiva. Las puntas flexibles pueden fabricarse con casi cualquier caucho. A menudo se utilizan en productos fibrosos o de tamaño de partículas más grandes que normalmente atascarían un rotor de paletas sólidas. Si una partícula queda atrapada entre la punta flexible y la carcasa, la punta cede y le permite caer al siguiente bolsillo o la arrastra hacia la salida donde cae. La goma utilizada para la punta flexible debe seleccionarse en función de la temperatura máxima y el tipo de material que pasa por la válvula.

Opciones de paletas de rotor El tratamiento de paletas más común son los bordes biselados. Algunos productos tienden a manchar o acumularse en el interior de la carcasa. Esta mancha causará arrastre adicional, chirridos e incluso puede provocar que la válvula se agarrote. Al biselar (o aliviar) el borde posterior de la paleta, esto alivia el arrastre al reducir el área de superficie del rotor. Las paletas biseladas también permiten que los productos escapen más fácilmente si quedan atrapados entre el rotor y la carcasa. Para rotores abiertos, el biselado debe estar en el borde radial y en ambos lados de las paletas. En aplicaciones con exceso de manchas, se utilizan cuchillas raspadoras o paletas cortadoras especialmente diseñadas para eliminar la acumulación de producto.

Opciones de bolsillo del rotor La cavidad del rotor estándar tiene forma de 'V'. Si bien esto funciona bien en la mayoría de las aplicaciones, puede resultar problemático con los productos pegajosos. Un rotor de bolsillo festoneado es donde la parte inferior del bolsillo del rotor se redondea en forma de 'U' y se amola suave o incluso se pule. Esto es deseable tanto en aplicaciones sanitarias como pegajosas, ya que permite que el material se descargue más fácilmente de la bolsa.

El volumen reducido se utiliza para reducir la capacidad del rotor. Las esclusas de aire rotatorias más pequeñas pueden hacer que el material se acumule por encima de la entrada. El rotor de volumen reducido permite usar una válvula más grande para eliminar los puentes y reducir la tasa de descarga cuando no desea sobrealimentar el equipo aguas abajo. El volumen reducido también se usa cuando se alimenta con precisión el material a una velocidad más constante. El material tiende a descargarse de una válvula rotatoria en grumos equivalentes al número de bolsillos. El rotor de volumen reducido permite un flujo más uniforme y constante.

Los bolsillos de rotor escalonados incluyen un disco a través del centro del rotor y los bolsillos opuestos a cada lado del disco están descentrados. En efecto, esto toma un rotor de 8 cavidades y lo convierte en un rotor de 16 cavidades. Esto ayuda a dar un flujo más consistente para una descarga más precisa.

Recubrimientos y acabados de rotores Los recubrimientos se utilizan para ayudar a prevenir el desgaste y la corrosión, o para lograr una mejor liberación del producto. Los recubrimientos se aplican normalmente solo a los rotores de palas fijas. El níquel tiene cierta resistencia al desgaste, pero se usa principalmente como una alternativa menos costosa al acero inoxidable para ayudar a prevenir la corrosión. El teflón se usa en materiales pegajosos que tienden a acumularse en las bolsas. Stellite es un material altamente resistente a la abrasión que se suelda en los bordes exteriores del rotor y luego se mecaniza hasta las tolerancias requeridas. Los rotores también pueden ser cromados para resistencia a la abrasión. También hay varios recubrimientos de plasma que ofrecen resistencia a la abrasión y bajo coeficiente de fricción para una mejor liberación del producto. Los rotores de acero inoxidable se pueden pulir a prácticamente cualquier acabado.

Los especialistas en aplicaciones del fabricante de válvulas lo ayudarán a especificar la esclusa de aire rotativa correcta para su sistema. La información vital para seleccionar la mejor válvula incluye: el material que se está manipulando, la densidad aparente, el tamaño de las partículas, las características del material, el contenido de humedad, el rango de temperatura, el equipo por encima y por debajo de la válvula, los niveles de presión o vacío y la tasa de descarga deseada. Deben tener una vasta experiencia en el manejo de todo tipo de productos en varios tipos de sistemas. La selección de la válvula de esclusa de aire rotativa, el rotor y las características de diseño correctas es fundamental para garantizar un funcionamiento exitoso con una fuga de aire y un tiempo de inactividad mínimos, junto con una vida útil máxima de la válvula.

Paul Golden es gerente de Carolina Conveying, que se especializa en componentes de manejo de polvo y sistemas de manejo de materiales. La empresa fabrica una amplia gama de productos, que incluyen válvulas rotativas de esclusa de aire, válvulas de desvío, válvulas de compuerta, descargadores de silos, alimentadores de tornillo, sistemas de manipulación de supersacos y contenedores portátiles a granel. Para obtener más información, llame al 828-235-1005 o visite carolinaconveying.com.

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