¿Cuánto tiempo puedo hacer funcionar mi bomba en seco?
A cualquier persona familiarizada con las bombas industriales de accionamiento magnético (mag drive) se le ha preguntado sobre el funcionamiento en seco de la bomba. Después de todo, un lavavajillas y una lavadora en casa hacen eso todo el tiempo. Hay materiales de rodamiento que permiten eso, ¿no? Claro, un "sí" calificado, pero es hora de echar un vistazo más de cerca al funcionamiento en seco.
IMAGEN 1: Componente de rodamiento de carburo de silicio roto (Imagen cortesía de Magnatex Pumps, Inc.)
Funcionamiento en seco, excepto en el sentido literal, es un nombre inapropiado. Las bombas industriales están selladas mecánicamente o sin sello y pueden sufrir los resultados de lo que la industria ha denominado "funcionamiento en seco". Este artículo se centrará en la configuración de la bomba de transmisión magnética con componentes de rodamientos de carburo de silicio (SiC), que es uno de los dos tipos de bombas centrífugas rotodinámicas sin sello.
Las bombas de transmisión magnética tienen cojinetes lubricados con productos que requieren la presencia de líquido para un funcionamiento adecuado. Estos cojinetes hidrodinámicos (lisos) dependen de una barrera de fluidos que separa los componentes del cojinete y que se convierte en una cuña cuando existe un movimiento relativo entre las dos superficies. Cuando esta barrera de fluidos se interrumpe, las dos superficies se tocarán y pueden provocar daños en los componentes. Este efecto puede ser acumulativo, dando como resultado fallas en los componentes cuando se alcanzan los límites.
Cuando la bomba pierde succión, debe apagarse inmediatamente. Los componentes de SiC pueden dañarse en cuestión de segundos. El uso de un monitor de energía para detectar cuando la carga del motor ha cambiado repentinamente, como cuando la bomba pierde succión, protegerá los componentes principales de la bomba. El funcionamiento continuado sin el líquido adecuado en la succión puede provocar rápidamente daños graves en los componentes de SiC.
Para una vida útil prolongada, la bomba solo requiere que haya líquido disponible, que funcione dentro del rango de flujo de la bomba de la curva y dentro de los límites de diseño de la bomba. Tenga en cuenta que es mejor arrancar la bomba contra una válvula de descarga parcialmente cerrada (aproximadamente un cuarto abierta). La válvula de aspiración siempre debe estar abierta cuando esté en funcionamiento y solo cerrada cuando la bomba deba aislarse por motivos de mantenimiento.
Componentes de rodamientos de SiC y condiciones alteradas del sistema
El material de los cojinetes de SiC no tolera los impactos mecánicos, que es lo que ocurre cuando no hay suficiente líquido lubricante entre las superficies de los componentes de los cojinetes, lo que provoca el contacto entre los componentes. Hay varias situaciones durante la operación del sistema que pueden producir tales condiciones.
funcionamiento de la bomba con válvulas cerradas
presión insuficiente en la succión de la bomba (altura de succión positiva neta inadecuada disponible [NPSHa]) que causa cavitación
períodos prolongados de operación en condiciones de flujo extremadamente bajo
períodos prolongados de operación en condiciones de alto flujo con baja resistencia a la presión en la descarga—operación “fuera de la curva” o más allá del rango de flujo máximo
ciclos excesivos del flujo del sistema de un caudal a otro
temperatura excesiva que hace que el líquido bombeado (flujo de lubricante) se vaporice en las superficies de los componentes de los cojinetes, o presión interna insuficiente del sistema para mantener el líquido bombeado en estado líquido a medida que pasa a través de la bomba
energizar el motor sin líquido en la bomba, incluso brevemente para verificar la rotación
entrada de la paleta del impulsor obstruida en el ojo de succión
El SiC sinterizado especialmente tratado está disponible de varios proveedores para proporcionar capacidades mejoradas de funcionamiento en seco en el caso de una condición alterada del sistema. Algunos fabricantes usan recubrimientos que se adhieren al sustrato SiC, mientras que otros usan métodos de infusión que integran mecánicamente el recubrimiento en el material base. Todos estos se denominan recubrimientos tipo diamante (DLC) en la industria. Estos tratamientos reducen sustancialmente el coeficiente de fricción de la superficie en comparación con el SiC sinterizado estándar. Menos fricción durante la alteración del sistema y otras condiciones de funcionamiento en seco generan menos calor, lo que reduce la posibilidad de que los componentes del rodamiento se rompan por contacto mecánico o choque térmico.
En referencia a equipos de bombeo y cojinetes lubricados por productos, nadie recomienda que la bomba funcione sin que pase líquido a través de ella. Hay algo de líquido residual que permanece cuando la unidad pierde succión, pero que rápidamente será expulsado de los lados de los componentes del rodamiento con la operación continua. La vaporización del líquido puede ocurrir rápidamente, según el tamaño de la bomba.
Los tiempos de funcionamiento en seco definitivos requerirían pruebas específicas del tamaño de la bomba y las condiciones de servicio en cuestión. Para bombas pequeñas de menos de 2 caballos de fuerza (hp), las pruebas han demostrado que el tiempo de funcionamiento en seco es de minutos y puede extenderse a más de una hora para las bombas más pequeñas con cojinetes revestidos con DLC. Cuanto mayor sea la potencia de entrada a la bomba, menor será el período de tiempo antes de que se produzcan daños en el sistema de cojinetes. Para bombas más grandes en el rango de más de 50 hp, mientras que los recubrimientos DLC aún ayudarán, el tiempo antes de que ocurra un daño sigue siendo bastante corto. Activar el motor para comprobar la rotación de una bomba sin cojinetes recubiertos con DLC o líquido en la unidad probablemente provocará daños en los cojinetes. Los daños causados por el funcionamiento en seco aparecerán inicialmente como componentes de SiC agrietados o astillados. A medida que el líquido se desvanece y los componentes cerámicos giratorios entran en contacto con los componentes estacionarios, el SiC puede romperse y romperse en pedazos pequeños. La operación continua daña más componentes de la bomba, como el eje, la carcasa trasera, la cubierta de la carcasa y el impulsor, todos los cuales son piezas costosas. Este tipo de daño a la bomba se puede prevenir.
Nuevamente, se recomienda que la bomba esté protegida por un monitor de energía y que el punto de disparo de baja energía se establezca en un nivel que represente la primera indicación de que se ha perdido la succión. Establecer el retardo de tiempo del punto de disparo bajo en menos de 2 a 3 segundos puede evitar que la bomba se dispare cuando una gran burbuja de vapor/aire sale a través de la bomba sin perder succión. Tratar de hacer funcionar más tiempo para vaciar la línea de succión de producto resultará en daños a la bomba que son más costosos que la pequeña cantidad de producto que puede quedar en la línea de succión. Un monitor de energía correctamente configurado le ahorrará dinero al propietario de la bomba en varias cuentas empresariales.
Las bombas de motor enlatado, el otro tipo centrífugo sin sello, generalmente usan materiales de cojinete más blandos, incluido el carbono, que son más lubricantes, pero susceptibles al desgaste. Estos requieren un sistema de monitoreo de cojinetes para evitar daños en los componentes.
Con bombas selladas mecánicamente, las caras del sello funcionan con una película hidrodinámica similar y requieren el mismo tipo de lubricación. Tampoco se secarán por mucho tiempo sin dañarse.
Se puede evitar la mayoría de los daños a las bombas de accionamiento magnético. La mejor respuesta a la pregunta del título es, no haga funcionar la bomba en seco.