Publicado un estudio sobre la eficiencia de las bombas de vacío

La organización de pruebas independiente TÜV Süd publicó un estudio sobre bombas de vacío de tornillo selladas con aceite en comparación con bombas de vacío de paletas rotativas lubricadas con aceite. Aquí están los resultados.

Las bombas de vacío son componentes importantes en el envasado de alimentos frescos. ¿Qué bomba de vacío logra el mayor factor de eficiencia? Una comparación directa puede responder a esta pregunta, siempre que la configuración de la prueba se haya diseñado de forma sensata. Un estudio comparativo publicado recientemente sugiere la superioridad de una bomba de vacío de tornillo sellada con aceite. Sin embargo, este resultado sólo se obtuvo mediante una configuración de prueba que parece muy poco realista. Ahora, la organización de pruebas independiente TÜV Süd también ha realizado una comparación de las bombas de vacío implicadas. Esto implicó la simulación realista de un proceso industrial estándar. En estas condiciones, el resultado favorece claramente la bomba de vacío de paletas rotativas lubricadas con aceite.

Este artículo compara dos pruebas de comparación. En aras de la claridad, a continuación se denominan Prueba 1 y Prueba 2. Para una mejor legibilidad, la bomba de vacío de tornillo sellada con aceite se abrevia como SVP y la bomba de vacío de paletas rotativas lubricada con aceite como RVVP.

Prueba 1: control impulsado por la demanda versus operación a plena carga

Esta prueba fue iniciada por el fabricante de la bomba de vacío de tornillo sellada con aceite (SVP). La empresa se especializa principalmente en compresores y la máquina en cuestión deriva de la tecnología de compresores. Se comparó con una bomba de vacío de paletas rotativas lubricada con aceite (RVVP) de Busch Vacuum Pumps and Systems. Sin embargo, la configuración de la prueba no permite una comparación realista por varias razones.

El ciclo de prueba simuló varios procesos respaldados por vacío. Sin embargo, obviamente también se incluyeron las interrupciones de la producción, incluidas las paradas nocturnas durante las cuales el RVVP, a diferencia del SVP, continuó funcionando. En la prueba, el SVP funcionó como parte de un sistema con convertidores de frecuencia y un sistema de control integrado que detenía la bomba de vacío durante los descansos. Por otro lado, el RVVP aparentemente estaba conectado como una máquina aislada que funcionaba continuamente a máxima potencia.

La prueba 1 comparó proverbialmente manzanas con naranjas. Naturalmente, la bomba de vacío que funcionaba continuamente consumía más electricidad que su contraparte regulada, que se detenía automáticamente en los descansos. La RVVP también podría estar equipada con un convertidor de frecuencia y un sistema de control; Busch ofrece una versión de este tipo de esta bomba de vacío. Esto habría creado condiciones iniciales similares. Obviamente esto no se hizo. Desafortunadamente, la descripción de la prueba carece de información precisa sobre estas condiciones marco esenciales.

Prueba 2: igualdad de condiciones

La segunda prueba comparativa (fig. 1) la realizó recientemente la organización de pruebas independiente TÜV Süd. Es una de las instituciones líderes de su tipo. Se utilizaron las mismas bombas de vacío que en la Prueba 1. Sin embargo, esta vez se simuló el funcionamiento real, sin pausas ni paradas nocturnas. La prueba 2 simuló el ciclo de trabajo de una máquina envasadora al vacío. Este es un uso común de las bombas de vacío en la industria. Como suele ocurrir en este tipo de aplicaciones, ambas bombas de vacío estaban respaldadas adicionalmente por un amplificador de vacío idéntico. Además, un conocido fabricante de máquinas de envasado al vacío comprobó la configuración y el procedimiento de prueba y confirmó que se trataba de una simulación realista.

Como ejemplo de aplicación se eligió una máquina envasadora con un gran volumen de cámara, como las que se utilizan para envasar productos cárnicos o quesos. Normalmente, una máquina de este tipo con suministro automático de producto realiza varios ciclos por minuto.

En la prueba, la máquina se simuló utilizando una cámara de 300 litros y un sistema de tuberías de 11,5 metros de largo entre la cámara, el refuerzo de vacío y la bomba de vacío. La cámara se evacuó cíclicamente hasta un nivel de vacío de 5 mbar. El tiempo de evacuación dependió del rendimiento de las bombas de vacío. El tiempo entre ciclos de evacuación se fijó en 14 segundos, un lapso de tiempo típico para máquinas de embalaje de este tamaño. Se registraron el tiempo de vaciado requerido de las bombas de vacío y su consumo de energía.

Resultados inequívocos

Los resultados de las distintas pruebas fueron siempre inequívocos: la bomba de vacío de paletas rotativas (RVVP) evacua más rápido (fig. 2) y consume menos energía que la bomba de vacío de tornillo (SVP). Dependiendo de la velocidad establecida del RVVP, esto da como resultado tiempos de bombeo aún más cortos o un mayor ahorro de energía. Por ejemplo, el RVVP es un 11 por ciento más rápido en el modo de 40 Hercios y, en comparación, ahorra un 42 por ciento en consumo de energía.

Además del tiempo de bombeo y el consumo de energía, durante la prueba también se midieron la velocidad de bombeo y el consumo de energía en función de la presión de entrada (Fig. 3). A partir de estos valores medidos se calculó el consumo de energía específico (SEC) a diferentes niveles de vacío. Esto proporciona información precisa sobre cuántos vatios se necesitan para extraer un metro cúbico de aire por hora para alcanzar un determinado nivel de vacío. También en este caso el RVVP es superior al SVP en todos los niveles de vacío. El ahorro de energía oscila entre el 13 y el 73 por ciento. Con un nivel de vacío de 10 mbar (típico en la práctica), el RVVP consume un 38 por ciento menos de energía que el SVP (Fig. 3).

Una cuestión de principio

Los resultados son sorprendentemente inequívocos. El RVVP es un clásico en tecnología de bombas de vacío. La R 5 RA 0630 C utilizada aquí se beneficia de décadas de optimización técnica para la generación de vacío. Por el contrario, el SVP es básicamente un compresor reconvertido. Aunque tanto la generación de vacío como la compresión tienen que ver con la extracción de gas, los diferentes objetivos requieren diferentes soluciones técnicas.

Para los compresores, la relación de compresión suele ser 1:10; para las bombas de vacío es de 1:100 a 1:1000, por lo que es mucho más alto. Técnicamente hablando, esto significa que, en un compresor de tornillo, los dos tornillos y la carcasa se pueden fabricar con tolerancias más altas. Esto significa que la producción es más rentable y se logra la relación de compresión objetivo de 1:100 a pesar del creciente número de fugas internas. Sin embargo, esto se debe únicamente a que se compensa con una rotación mucho mayor, de unas 7.000 rpm a plena carga. La RVVP, por otro lado, es una bomba de vacío pura con piezas de precisión y tolerancias mínimas que reducen las tasas de fuga interna al mínimo y, en última instancia, permiten una relación de compresión mucho mayor. Proporciona por tanto un rendimiento constante desde el principio hasta el final de la evacuación con un bajo consumo energético. Por lo tanto, sólo funciona a una velocidad máxima de 1000 rpm. La velocidad más baja reduce la carga mecánica y, por tanto, la necesidad de mantenimiento. Esto también permite lograr tiempos de inactividad significativamente más prolongados y menores costes del ciclo de vida de la máquina.

El SVP, por el contrario, requiere un control de presión independiente mediante una válvula de control de entrada para evitar una sobrecarga de la bomba de vacío en el rango entre 1000 y 300 milibares. Entre la presión atmosférica y el vacío brusco, su rendimiento se reduce considerablemente. Esto y el diseño adoptado de la construcción del compresor contribuyen significativamente a extender el tiempo de bombeo.

Son precisamente estas diferencias las que finalmente influyeron en los resultados de la prueba de comparación.

Conclusión

La prueba 2 se realizó en condiciones realistas. Se compararon manzanas con manzanas, es decir, se recopilaron y compararon los datos reales del rendimiento de la generación de vacío. La bomba de vacío de paletas rotativas lubricada con aceite (RVVP) R 5 RA 0630 C de Busch tuvo un rendimiento significativamente mejor que la bomba de vacío de tornillo (SVP) diseñada originalmente como compresor, tanto en términos de tiempo de bombeo como de consumo de energía. Los resultados de las pruebas confirman la superioridad de la bomba de vacío más vendida en esta clase de potencia.