Detenga las fallas del sello en aplicaciones químicas
Las bombas centrífugas sin sello con acoplamiento magnético se han vuelto más populares entre los usuarios finales de la industria química. Los imanes de tierras raras tienen costos reducidos asociados con los acoplamientos magnéticos al disminuir la masa del imán y la potencia requerida. Esta innovación ha reducido el costo del acoplamiento y el costo operativo general.
La falla del sello es una de las causas más comunes de mantenimiento y tiempo de inactividad de la bomba. Si el sello falla, el fluido se escapa a lo largo del eje que conecta el motor con el impulsor. Incluso cuando se programe el mantenimiento, la bomba debe ponerse fuera de servicio para reemplazar el sello.
Si bien la tecnología de sellos mecánicos ha mejorado con el tiempo, las innovaciones a menudo requieren equipo adicional. Los sellos mecánicos dobles, ya sea espalda con espalda o en tándem, son comunes para condiciones difíciles, como el bombeo de productos químicos.
Mantener el fluido de barrera en estos diseños a menudo significa comprar tanques de fluido de barrera, controles e incluso bombas adicionales. Los sellos de gas son otra opción, pero también requieren equipo de soporte que presenta el riesgo de falla.
Al principio, los usuarios finales solo consideraban las bombas sin sello cuando manejaban fluidos peligrosos. El costo inicial de una bomba acoplada magnéticamente excedía con creces el de un diseño de sellado convencional. Sin embargo, con el paso del tiempo, los operadores se preocuparon más por el costo total de propiedad que por el desembolso de capital preliminar.
Las bombas acopladas magnéticamente comenzaron a mostrar una verdadera ventaja en costos. Los diseños sin sello reemplazaron las bombas selladas mecánicamente que requerían una extracción anual para su mantenimiento. Intervalos de servicio y tiempo medio entre fallas extendidos. Las emisiones disminuyeron y la seguridad mejoró.
Los operadores ahora consideran las bombas sin sello para servicios que no tendrían hace solo unos años: aplicaciones no peligrosas que aún son difíciles y costosas de sellar.
En las bombas centrífugas, el eje transmite el par del motor al impulsor. Un sello evita que el fluido bombeado se escape por el eje. El sello incluye dos partes, una estacionaria y otra giratoria. Las caras de los sellos suelen estar hechas de carbono, carburo de tungsteno o carburo de silicio (SiC).
En una bomba magnética sin sello, el par motor hace girar un soporte magnético o imanes impulsores. El par se transmite a través de una carcasa de contención a un imán interior o imán impulsado. El imán entrega torque al impulsor. El campo magnético crea corrientes de Foucault cuando pasa a través de un recipiente metálico. Las carcasas de cerámica evitan las corrientes de Foucault, pero solo pueden contener una presión limitada. Estas corrientes de Foucault crean calor directamente entre los imanes, y este calor debe disiparse.
Figura 1. La trayectoria detallada del flujo de circulación interna para la bomba con impulsor trasero permite el aumento de la presión antes de la entrada de calor. (Imágenes y gráficos cortesía de Dickow)
Las rutas de flujo, una combinación de pasajes a través del eje de la bomba, la carcasa o ambos, se llevan el calor del fluido bombeado. El líquido viaja desde la descarga de la bomba hasta el imán accionado y regresa a la succión o la descarga. El fluido puede afectar la cabeza de succión neta positiva si regresa al extremo de succión.
Un impulsor trasero en el imán accionado mantiene el fluido bajo una presión más alta después de absorber el calor de las corrientes de Foucault. La presión protege a los fluidos volátiles de la evaporación después de agregar calor al recipiente. El impulsor trasero elimina la necesidad de refrigeración de servicio o tuberías costosas para devolver el fluido al tanque de succión.
Figura 2. La trayectoria detallada del flujo de circulación interna para la bomba con orificios de inyección del impulsor permite que el fluido permanezca por encima de la presión de succión.
Imagen 1. Las bombas sin sello entregan torsión al impulsor a través de una serie de imanes dentro de una carcasa de contención. El fluido bombeado se lleva el calor generado por los imanes durante el funcionamiento.
En las bombas sin sello, el equilibrio del empuje del extremo húmedo es vital. El extremo húmedo flota, por lo que las camisas del eje y los cojinetes de manguito deben manejar el empuje radial del impulsor y el extremo húmedo giratorio. Una película de fluido estable y una fuerza hidrodinámica sostienen el conjunto del eje. El fluido no lubrica los rodamientos porque no entran en contacto.
Las cargas de empuje axial pueden presentar riesgos durante las alteraciones del sistema. El extremo húmedo está diseñado para reducir la fuerza axial de la bomba, pero a menudo se emplean anillos de arranque o cojinetes de empuje axial cuando el sistema experimenta cambios. Cuando se cierra el espacio entre un anillo de arranque y la superficie de contacto, aumenta la fuerza del otro anillo de arranque. Si la presión de succión aumenta repentinamente, el espacio del anillo de arranque delantero se cerraría y el espacio del anillo de arranque trasero se abriría. La bomba produce automáticamente una fuerza de compensación en la dirección de la succión de la bomba. Cuando se combina con superficies de apoyo de SiC, este diseño permite que el extremo húmedo no tenga piezas que se consideren piezas de mantenimiento de rutina.
Cada vez más usuarios finales instalan bombas sin sello para aplicaciones químicas. El costo reducido de los acoplamientos magnéticos hace que esta tecnología sea una opción asequible para fluidos peligrosos.
La superficie de desgaste de los manguitos del eje, los cojinetes de manguito y los anillos de arranque suele estar hecha de carbono o SiC. La dureza, así como la tolerancia al desgaste y al calor del SiC lo hacen adecuado para casi cualquier aplicación. Un recubrimiento similar al polvo de diamante en la superficie de SiC mejora la lubricidad y prolonga la vida útil, en caso de que se interrumpa el flujo de líquido y la película estable.
Los fabricantes de bombas sin sello utilizan varios materiales para las piezas húmedas, desde hierro fundido hasta aleaciones de níquel, según el servicio. Algunos materiales comunes incluyen hierro dúctil, acero al carbono, acero inoxidable 316 y acero inoxidable dúplex. Las áreas mojadas, incluso las bombas enteras, ahora se fabrican con termoplásticos. Estos materiales funcionan bien cuando se bombean fluidos corrosivos, pero encuentran serias limitaciones en aplicaciones de alta presión o alta temperatura.
Las aplicaciones difíciles a menudo exigen un enfoque no tradicional. Al seleccionar bombas para procesamiento químico y petroquímico, los gerentes de las instalaciones deben tener la mente abierta sobre cómo enfrentar mejor los desafíos del sellado y el mantenimiento de la bomba. Las bombas sin sello mejoran la confiabilidad, prolongan el tiempo medio entre fallas y reducen el costo total de propiedad. Esta tecnología puede tener un impacto significativo en el ahorro y la seguridad en cualquier instalación, sin importar la aplicación.