Desde acuarios hasta ácidos, desde aminas hasta amoníaco, desde aceleradores de partículas atómicas hasta xileno, las bombas de procesos magnéticos se pueden encontrar en condiciones extremas. Este artículo explora las características básicas de las bombas de accionamiento magnético (de aleación y no metálicas) y los sistemas que las acompañan.

Las bombas magnéticas han evolucionado significativamente desde sus primeras permutaciones en acuarios que protegen al costoso Centropyge resplendens (pez ángel resplandeciente). Hoy en día, las bombas acopladas magnéticamente (mag-drive) sobresalen en el servicio ácido como alternativa a los componentes de sellos mecánicos metálicos que tienden a corroerse. Las unidades magnéticas API son ideales para servicios de aminas e hidrocarburos dentro de las refinerías, y las bombas magnéticas de aleación de servicio pesado pueden bombear con seguridad amoníaco líquido peligroso. El Súper Colisionador de Partículas Atómicas de $ 9 mil millones en el CERN (Centro Europeo de Investigación Nuclear) en Ginebra, Suiza, contiene un túnel criogénico que opera cerca del cero absoluto a 2 Kelvin (-271.15 grados C o -456 grados F) que incluye bombas acopladas magnéticamente de aleación refinada .

Estos son algunos ejemplos dentro del"Una lista"de toxinas licuadas. Prácticamente todos los productos químicos tóxicos en la lista de la EPA de productos químicos regulados por el TRI (Inventario de emisiones tóxicas) se pueden bombear de forma segura a niveles de descarga cero con bombas acopladas magnéticamente de aleación o no metálicas, según la idoneidad de los materiales húmedos de la bomba.

Como demuestran estos ejemplos, las bombas de accionamiento magnético son un tipo de bomba versátil. Cuentan con acoplamientos magnéticos de cero emisiones, extremos hidráulicos independientes y acoplamientos magnéticos separados cerca de HP y torque. Los motores independientes de las bombas de accionamiento magnético cumplen con los requisitos de la planta.

Diseño y estándares de Mag-Drive

Características de diseño ISO-2858

Los diseños de bombas de proceso magnéticas siguen de cerca los parámetros de diseño ISO-2858. El diseño ISO es esencialmente una bomba DIN equipada con bridas ANSI. Las ventajas técnicas de las bombas ISO incluyen impulsores completamente cerrados que reducen las cargas de empuje axial y brindan espacios de operación seguros incluso en condiciones de temperatura extrema. La estabilidad hidráulica mejorada con velocidades más bajas para bombas ISO cumple con la"5-7 Regla de velocidad"(es decir, succión de 5 fps y descarga de 7 fps), particularmente a 3500 rpm.

Los valores más bajos de NSS (velocidad específica de succión neta) cumplen con los requisitos para procesos críticos y refinerías. Las tolerancias de diseño para flujo, cabeza, eficiencia y dimensiones permiten la intercambiabilidad directa entre los fabricantes de ISO. La amplia cobertura hidráulica ISO garantiza eficiencias óptimas con numerosos tamaños intermedios de bomba, incluidos impulsores nominales de 5, 6 y 8 pulgadas, incluso en modelos más grandes.

Normas API para bombas de pie y de línea central

El API-610 10ª edición. La especificación permite diseños montados en patas que brindan intercambiabilidad dimensional por debajo de 300 °F (150 °C). Las bombas montadas en la línea central se recomiendan para temperaturas más altas en bombas centrífugas convencionales en voladizo. Sin embargo, el descentramiento del sello mecánico no es un problema para las bombas de accionamiento magnético. Las bombas de accionamiento magnético de acoplamiento cerrado pueden manejar hasta 500 °F, lo que evita problemas de alineación del marco de alimentación y del acoplamiento.

La especificación de la bomba sin sello API-685 exige un montaje en la línea central, pero estaba diseñada para servicios peligrosos y de alta presión extrema.

Las bombas de proceso de turbina de aleación de una o varias etapas se pueden construir según las especificaciones API-610 10th Edition o API-685 para requisitos de bajo flujo/alto cabezal.

Especificaciones de aleación Mag-Drive (centrífugo y turbina)

Aplicaciones de transmisión magnética de aleación

Fuentes de inducción de calor de bomba sin sello de aleación

La Tabla 1 especifica las fuentes de inducción de calor de la bomba para bombas sin sello de aleación. Las pérdidas por corrientes de Foucault tanto para las bombas de transmisión magnética de aleación (carcasas traseras) como para las bombas de motor encapsulado (carcasas de aislamiento) se reducen al cuadrado de la velocidad (es decir, las bombas de 1750 rpm tienen el 25 por ciento de las pérdidas generadas a 3500 rpm). Los controles VFD pueden ofrecer un retorno de la inversión rápido solo para el ahorro de energía. Las pérdidas por corrientes de Foucault son lineales al espesor que define la presión, la temperatura, la corrosión y la resistencia a la ruptura.

La inducción de calor del motor inherente a las bombas de motor encapsulado es constante independientemente de la velocidad, con calor residual presente durante los ciclos de apagado. Es posible que se requieran controles auxiliares para"bajo punto de ebullición"cerca del punto de inflamación.

Impulsión magnética

Motor enlatado

1) Pérdidas por corrientes de Foucault

Campo magnético permanente

Campo electromagnetico

2) Devanados del estator del motor

n/a, (motor externo)

Estator de motor TENV

3) Deslizamiento de la armadura del motor

n/a, (motor externo)

Rotor de bomba interno

4) Fricción interna del buje

Despreciable

Despreciable

5) Recirculación Interna

Depende del tamaño de la bomba

Depende del tamaño de la bomba

Rangos de rendimiento para impulsores magnéticos de turbina y centrífugos de aleación

Rango de rendimiento del Mag-Drive centrífugo de aleación

• Bombeo de servicio continuo en flujos moderados a altos
• Adecuado para líquidos extremadamente peligrosos o tóxicos
• Caudales de hasta 8 a 4000 gpm (2 a 1000 m3/h)
• Alturas de hasta 3850 pies (1173 m)
• Presiones del sistema desde vacío hasta 7250 psig (500 bar)
• Temperatura de -150 grados F/-100 grados C a +650 grados F/343 grados C (840 grados F con intercambiador de calor)

Rango de rendimiento Mag-Drive de turbina de aleación

Bombeo de servicio continuo en flujos bajos a moderados

• Adecuado para alta presión diferencial o del sistema
• Maneja hasta un 20 por ciento de gas arrastrado y resiste el bloqueo de vapor
• Caudales de hasta 45 gpm (10 m3/hr)
• Alturas de hasta 990 m (3250 pies)
• Presiones del sistema desde vacío hasta 7250 psig (500 bar)
• Temperatura de -150 grados F/-100 grados C a +650 grados F/343 grados C (840 grados F con intercambiador de calor)

Requisitos de caudal bajo para bombas centrífugas y de turbina

Inducción de calor de flujo bajo y cavitación de cabeza alta

No se puede evitar el calor friccional de recirculación del líquido de proceso dentro de las bombas centrífugas que funcionan por debajo de los flujos mínimos estables, independientemente del diseño de la carcasa de contención o el equilibrio del impulsor. La inducción de calor a partir de la recirculación interna puede provocar una cavitación de gran altura debido a la energía que se transmite al líquido. Los materiales aislantes de carcasa termoplástica o fluoroplástica tienen una baja tasa de conductividad térmica.

Capacidades de flujo de la bomba centrífuga

Las bombas centrífugas están diseñadas para flujos moderados a altos con la eficiencia óptima en BEP (Best Efficiency Point). La directriz aceptada para la aplicación de bombas centrífugas oscila entre el 10 por ciento a la derecha de BEP y el 20 por ciento a la izquierda. Esta directriz se utiliza para garantizar eficiencias hidráulicas óptimas y evitar el descentramiento y la cavitación de altura elevada.

Subida a Cierre y Control de Flujo

Las bombas de turbina están clasificadas para servicio continuo en sistemas de cabeza alta y bajo flujo. Las variaciones en los cabezales diferenciales tienen un efecto mínimo en el flujo de la bomba de turbina debido a la gran elevación hasta el cierre. Las características dinámicas de la bomba de turbina se adaptan a la regulación de la válvula de control sin derivación. Se recomiendan filtros de succión para bombas de turbina (tamaño de malla 100) si hay partículas sólidas presentes y para residuos de puesta en marcha.

Especificaciones de Mag-Drive no metálico

Aplicaciones típicas para unidades magnéticas no metálicas

Las aplicaciones típicas de las bombas magnéticas no metálicas incluyen todos los químicos corrosivos monitoreados por la EPA, ácidos corrosivos (HCL, H2SO4, HF, nítrico, fosfórico, acético, etc.), cáusticos (hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, etc.), cloro , hipoclorito de sodio, soluciones halógenas (cloro, flúor, bromo, HCL caliente), líquidos de alta pureza y líquidos preciosos.

Fluoroplásticos y Termoplásticos

Las tasas de permeación de los materiales no metálicos (fluoroplásticos y termoplásticos) dependen del grado, el espesor y la densidad del material de la bomba, la concentración y la temperatura del líquido del proceso y la presión del sistema. Las bombas Mag-drive equipadas con revestimientos de fluoroplástico ofrecen una amplia resistencia química, pero los revestimientos con un espesor de 0,100 a 0,125 pulgadas requieren inspecciones de mantenimiento después de alteraciones del sistema, cavitación, arrastre de sólidos o"imán caído"de una falla interna del rodamiento.

Las características mecánicas de los materiales no metálicos de las bombas se ven comprometidas con temperaturas extremas (p. ej., resistencia a la tracción con temperaturas altas, fragilización con temperaturas bajas, etc.).

Curvas de resistencia a la tracción

Termoplásticos extruidos mecanizados

Las bombas Mag-drive están disponibles en termoplásticos extruidos mecanizados con mayor densidad para resistir la permeación o la perforación debido al mayor grosor de la pared de la carcasa. Sin embargo, las tuberías de aleación o de acero revestido deben tener un soporte adecuado, y es posible que se requieran conexiones de tuberías flexibles bajo ciclos o variaciones de temperatura extremos.

Termoplásticos Moldeados

Los componentes termoplásticos moldeados, en particular el PP relleno de vidrio compuesto, pueden ser atacados y permeados por muchos productos químicos corrosivos (p. ej., cáusticos, cloruros, fluoruros, bromuros, etc.) debido al grabado y la absorción de las fibras de vidrio, lo que lleva a la permeación. Las carcasas termoplásticas moldeadas con puertos roscados NPT carecen de la dureza necesaria para garantizar un sello hermético.

Alteraciones y monitoreo del sistema

Cavitación por agotamiento o cabeza alta

Las bombas Mag-drive deben suministrarse con pautas de flujo mínimo y máximo que indiquen los límites de funcionamiento continuo seguro de la bomba dentro de los parámetros del sistema. Por ejemplo, la cabeza insuficiente es una fuente principal de fallas en las bombas centrífugas debido a condiciones de agotamiento y requisitos de NPSH en aumento. La cavitación de cabeza alta puede ocurrir cuando se opera por debajo de flujos mínimos estables.

funcionamiento en seco

Las bombas más pequeñas se pueden equipar con cojinetes de carbono que proporcionan lubricación intrínseca para resistir el funcionamiento en seco intermitente. El carbón no es práctico para bombas de proceso de alta capacidad debido a las cargas de los cojinetes. Los recubrimientos de diamante para carburo de silicio pueden brindar una protección limitada hasta que se desgasta el recubrimiento de la superficie. El control de caudal o potencia es la mejor protección para evitar el funcionamiento en seco.

rumbo muerto

Dependiendo de los sistemas de circulación interna de los rodamientos, puede ser aceptable un cabezal muerto intermitente. Los límites operativos recomendados deben ser especificados por el fabricante dependiendo de la estabilidad de los líquidos del proceso.

Manejo de sólidos

Las bombas de proceso Mag-drive diseñadas con circulación de cojinetes de descarga del producto pueden equiparse con varios planes de descarga API para gestionar partículas sólidas. Se requiere una consideración especial a la naturaleza de los sólidos (p. ej., porcentaje, dureza, tamaño, ferroso, aglutinante o no aglutinante, etc.). Por lo general, se recomienda enjuagar o filtrar correctamente el sistema de tuberías del proceso antes de la puesta en marcha.

Sistemas de Monitoreo

Los monitores de potencia lineal son un medio eficaz y no invasivo de protección de bombas con la capacidad única de detectar cavitación. Se puede preferir la medición de flujo en procesos con viscosidades, gravedades específicas y temperaturas variables. Las sondas de temperatura para bombas de aleación ofrecen protección contra los puertos de lubricación obstruidos o la interferencia de los componentes giratorios. Las sondas de detección de líquidos y el sellado en las carcasas de los adaptadores ofrecen una contención secundaria.

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