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Soplador Roots
Breve descripción
Un soplador Roots (o soplador de lóbulos rotativos) es una bomba rotativa de desplazamiento positivo que desplaza fluidos o gases mediante un par de rotores lobulados acoplados. Al funcionar sin compresión interna, entrega un volumen constante de aire por revolución, constituyendo un elemento impulsor de aire esencial para hornos metalúrgicos, gasificadores y sistemas de ventilación forzada.
Uso / Función
- Soplador para altos hornos y forjas: Proporcionar tiro forzado de gran volumen para la combustión en Alto horno y Cubilote.
- Sobrealimentación de motores: Suministrar masa de aire forzada a motores de combustión interna para incrementar la eficiencia volumétrica y la potencia.
- Transporte neumático y aireación: Impulsar materiales a granel por tuberías y airear tanques de tratamiento de aguas residuales o vasijas de fermentación.
- Circulación de gases: Transportar gas de síntesis en sistemas de Gasificador de madera y líneas de proceso químico.
Principio de funcionamiento
- Configuración de doble rotor: Dos rotores lobulados en forma de ocho o de tres lóbulos se montan en ejes paralelos dentro de una carcasa ovalada.
- Rotación sincronizada: Engranajes de distribución externos hacen girar los rotores en sentidos opuestos con holguras precisas y sin contacto directo entre lóbulos ni con la carcasa.
- Atrapamiento de volumen: Conforme cada lóbulo pasa por la lumbrera de admisión, el aire queda atrapado en la cavidad entre el lóbulo del rotor y la pared de la carcasa.
- Desplazamiento positivo: Los rotores en giro trasladan el volumen de aire atrapado por el perímetro hacia la lumbrera de escape, expulsándolo a presión por la tubería de descarga.
Cómo crearlo
- Fundir y mecanizar la carcasa: Fundir una carcasa ovalada pesada de Hierro fundido con tapas laterales planas y puertos de entrada y salida mecanizados con precisión.
- Fabricar los rotores lobulados: Mecanizar dos rotores idénticos de dos o tres lóbulos en Hierro fundido o Acero con perfiles epicicloides o de involuta precisos.
- Montar ejes y cojinetes: Alojar ejes de alta precisión en las tapas laterales provistas de casquillos de Bronce o rodamientos de rodillos.
- Instalar engranajes de distribución: Montar un par de engranajes rectos u helicoidales idénticos de Acero o Latón en los extremos exteriores de los ejes para fijar un desfase estricto de $90^\circ$ entre los rotores.
- Conexión de accionamiento: Acoplar una polea o acoplamiento de transmisión a un eje para accionar el soplador mediante motor térmico, máquina de vapor o manivela.
Materiales necesarios
- Carcasa y rotores: Hierro fundido rígido o Acero estructural mecanizado.
- Engranajes de distribución: Engranajes de precisión de Acero o Latón.
- Cojinetes y sellos: Casquillos de Bronce, retenes de aceite y láminas de junta.
- Sistema de accionamiento: Polea para correa en V o acoplamiento directo de eje.
Variantes y mejoras
- Dos lóbulos vs. Tres lóbulos: Los rotores de tres lóbulos helicoidales reducen la pulsación de presión, las turbulencias de aire y el ruido mecánico respecto a los diseños rectos de dos lóbulos.
- Soplador de anillo líquido: Utiliza una película de líquido sellante para alcanzar mayores diferenciales de presión y manipular mezclas de gas húmedo.
- Sopladores multietapa: Disponer dos sopladores en serie permite relaciones de presión elevadas para sistemas de vacío industrial o aireación profunda.
Límites y riesgos
- Sin compresión interna: Debido a que el aire se comprime únicamente al entrar en la tubería de descarga contra la contrapresión, la eficiencia térmica disminuye en relaciones de presión elevadas ($>1\text{ bar}$).
- Sobrecalentamiento bajo carga: El funcionamiento continuo contra alta resistencia genera un calor considerable que puede dilatar los rotores y provocar gripados.
- Tolerancias y holguras estrictas: Una holgura excesiva permite el reflujo de aire (deslizamiento), reduciendo drásticamente la eficiencia; una holgura insuficiente causa contacto catastrófico entre rotores.