Mejora del rendimiento de la bomba con carcasas de contención de cerámica

Mejora del rendimiento de la bomba con carcasas de contención de cerámica

07-11-2022

Una de las variables clave que afectan el rendimiento y la vida útil de una bomba es el sellado del eje. Los anillos o cartuchos de sellado son soluciones comunes, pero los acoplamientos magnéticos pueden proporcionar una mayor eficiencia. La cerámica avanzada, en particular el óxido de circonio FZM, está demostrando ser un material útil en la industria de las bombas para mejorar la eficiencia energética, la resistencia a la corrosión y el rendimiento.     

En las bombas de accionamiento magnético, no hay conexión mecánica entre el rotor de la bomba y el motor. En cambio, el impulso se transmite a través de imanes giratorios. Las carcasas de contención se utilizan entre los imanes externos conectados al motor y los imanes internos conectados al rotor de la bomba. Esta solución puede proporcionar un sellado sin fugas, lo que mejora la seguridad de la bomba cuando se bombean medios agresivos. 

Una consideración de seguridad adicional es el material de la cubierta de contención. Al operar, los metales de uso común generan calor, activado por inducción magnética. Este calor adicional no está permitido cuando se bombean sustancias térmicamente sensibles y provoca un rápido sobrecalentamiento de la bomba en caso de fallo del refrigerante. El calor adicional también puede contribuir a la evaporación del medio bombeado y la cavitación. 


Aplicaciones del mundo real

En un estudio de caso, se enviaron varias bombas a la fábrica para su revisión después de dos años de funcionamiento. El medio bombeado era aceite caliente a 110 C (230 F) con un contenido de tierra blanqueadora de aproximadamente 5 por ciento. Todos los componentes que transportan el flujo, los canales de circulación internos y los espacios estrechos se habían lavado o pulido. Sin embargo, no se pudieron detectar rastros de desgaste en la carcasa de cerámica. Por lo tanto, podría reinstalarse en la bomba reparada.

En otro ejemplo con un fabricante de bombas diferente, los cojinetes exteriores defectuosos permitieron que el imán exterior rozara contra la carcasa de contención. A excepción de una pista de molienda con una profundidad de aproximadamente 0,4 milímetros (mm), la cubierta de contención de cerámica no sufrió daños. Por lo tanto, se pudo salvar toda la bomba y solo hubo que reemplazar los cojinetes. En esta aplicación, la coraza estaba bajo una presión de casi 40 bar. Una vez más, el material cerámico proporcionó seguridad y rendimiento con su propiedad no magnética, alta tenacidad a la fractura y alta resistencia mecánica.


Eficiencia Energética Con Cerámica

Además, el espacio entre los dos imanes es importante para mantener el rendimiento. Para mantener este espacio lo más pequeño posible, el grosor de la pared de la lata se minimiza a aproximadamente 2 a 4 mm en el área cilíndrica. El óxido de circonio FZM puede resistir una cierta deformación elástica debido a su bajo módulo de elasticidad, por lo que todas las tensiones pueden absorberse incluso a presiones de hasta 60 bar.

Aplicaciones como el transporte de aceites o ácido sulfúrico no se realizan a temperatura ambiente. A menudo, los requisitos de temperatura se establecen cuando solo se pueden utilizar unos pocos materiales. FZM se puede utilizar a temperaturas de hasta 450 C (842 F) sin cambios significativos. Dado que todos los materiales se expanden a estas temperaturas, pueden surgir tensiones. Una ventaja de este material cerámico es su coeficiente de expansión térmica, que es similar al del hierro fundido, lo que permite una unión confiable al metal. La capa de cerámica se expande junto con el metal y se evitan grandes diferencias de tensión. 

La industria química trata no solo con líquidos, sino también con sustancias sólidas y gaseosas, que pueden ser explosivas e inflamables. Para dominar este campo de aplicación, se debe garantizar la descarga de cargas eléctricas. Junto con Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) en Braunschweig, Alemania, se llevaron a cabo extensas mediciones para determinar la capacidad de descarga eléctrica según IEC 60093 e IEC 60167. Con la ayuda de un revestimiento externo adicional, la resistencia superficial y la fuga a tierra (RA < 106 Ω) estaban significativamente por debajo de los valores límite. Esto significa que una carcasa de contención de cerámica modificada se puede utilizar en contacto con todos los medios inflamables y en cualquier atmósfera explosiva.

Desde 1987, se han instalado carcasas de cerámica en bombas fabricadas por uno de los fabricantes mencionados anteriormente. Las carcasas de cerámica se diseñaron originalmente con un grosor de pared de 3,5 mm, lo que mejora sustancialmente la distancia magnética en comparación con el diseño estándar y permite una potencia de transmisión un 30 por ciento menor. Con la ayuda de un análisis de tensión numérico en diferentes variantes de construcción bajo condiciones de contorno y carga dadas, se determinaron las dimensiones ideales. Aunque el espesor de pared de la parte cilíndrica de la coraza de contención resiste la carga de presión máxima, no es determinante. Mucho más importantes son los diseños de transiciones a los extremos convexos y de brida. Esto hizo posible reducir el grosor de la pared a 1,9 mm manteniendo la misma resistencia a la presión y garantizando una completa intercambiabilidad. 

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