Beneficios de las bombas de desplazamiento positivo sin sellos en los procesos de manufactura química

Las instalaciones de procesamiento químico utilizan una amplia variedad de sustancias líquidas que deben ser procesadas, almacenadas y transferidas durante las actividades de fabricación. La tecnología encargada de facilitar este movimiento de líquidos es la bomba industrial. Como corresponde a lo que se ha convertido en una industria global muy grande, varias tecnologías competidoras constantemente buscan captar la atención y la inversión de capital de los responsables de procesos químicos de todo el mundo.

La batalla más antigua divide a aquellos que prefieren la tecnología de bombas centrífugas, que utilizan la velocidad, el impulso y la energía cinética para transferir el líquido, pero solo si la bomba está funcionando en o cerca de su Punto de Eficiencia Óptima (BEP), y aquellos que tienen afinidad por las tecnologías de bombas de desplazamiento positivo (PD), que capturan un volumen fijo de líquido y lo transfieren «como un reloj». Estas distinciones han llevado a algunos a llamar a las bombas centrífugas «emocionales», ya que los cambios en el líquido y el entorno del sistema influyen directamente en sus capacidades operativas, mientras que las bombas PD se perciben como más «estoicas», ya que la bomba logra constantemente una eficiencia óptima en todo momento, sin importar los cambios en el entorno de funcionamiento.

Sin embargo, en los últimos años, la discusión ha comenzado a girar en torno a otra distinción de diseño: ¿Cuál es la mejor bomba de desplazamiento positivo para las aplicaciones de procesamiento químico sellada o sin sello? Este artículo responderá a esa pregunta al tiempo que ilustrará que las tecnologías de bombas de desplazamiento positiva, paletas deslizantes y engranajes internos  sin sello pueden ser en última instancia la mejor elección dentro del ámbito de las bombas de desplazamiento positivo.

Elegir bombas con sellos o sin sellos

Es simple, realmente: las bombas selladas utilizan sellos dinámicos para mantener el líquido contenido, mientras que las bombas sin sello no requieren sellos dinámicos para contener el líquido. Las bombas selladas pueden permitir un sangrado constante de fluido rastro a través de las caras del sello (incluso en sellos dobles), mientras que las bombas sin sello ofrecen una operación verdaderamente libre de fugas. Aunque las bombas selladas siguen siendo más comunes, los sellos se consideran el eslabón más débil en la cadena operativa de una bomba, con análisis de operaciones de bombeo que indican que más del 80% de todas las fallas de las bombas se originan en el sello. Un rápido recorrido por cualquier instalación de procesamiento químico respaldará esta hipótesis: busca bases húmedas y bases vacías. Ambas indican una reducción en el tiempo de actividad relacionada con una falla en un dispositivo de sellado.

Ahora bien, esto no significa que todas estas fallas sean culpa exclusiva del sello. De hecho, hay muchas circunstancias operativas, como pulsaciones, vibraciones, deflexiones del eje, funcionamiento en seco, viscosidad, cambios de temperatura y presión, y cristalización del líquido, entre otras, que pueden hacer que el sello gotee o falle, lo que pondrá la bomba fuera de servicio. Sin embargo, se presenta un caso convincente a favor de las bombas sin sello, ya que el uso de esta tecnología de bombeo teóricamente eliminaría ocho de cada 10 interrupciones relacionadas con sellos, ocho de cada 10 veces se incurre en costos auxiliares de mantenimiento y reparación, ocho de cada 10 veces que se necesita personal de mantenimiento o, en resumen, ocho de cada 10 dolores de cabeza inherentes a la operación de una bomba.

Entonces, si podemos estar de acuerdo en que hay razones convincentes para considerar la incorporación de bombas sin sello en una operación de procesamiento químico, la siguiente pregunta es: «¿Qué tipo de bomba sin sello?» Lo que nos lleva de nuevo al dilema de la bomba centrífuga o la bomba de desplazamiento positivo.

En los últimos años, ha habido un crecimiento en diseños sin sello de próxima generación que presentan un acoplamiento de transmisión magnética que se utiliza para transmitir el par a la bomba. En estas configuraciones, un acoplamiento magnético conecta el eje motriz con el eje impulsado sin utilizar un sello dinámico para mantener los líquidos bombeados contenidos.

Es cierto que las bombas de desplazamiento positivo sin sello de transmisión magnética suelen tener un precio de compra más alto que las bombas selladas básicas, pero a medida que los sellos y los sistemas de soporte de sellos se vuelven más complicados, y siguen siendo más propensos a fallar, se vuelven más costosos. Por ejemplo, un sello de triple labio puede costar $3,000, y si lo repara o reemplaza cada 12 a 18 meses, ese costo se acumulará, junto con el gasto adicional de cualquier llamada de mantenimiento o reparación. O, en el caso de los sellos mecánicos dobles que requieren sistemas de soporte de sellos, el sistema de soporte de sellos agrega un costo de compra de $4,000 a $8,000, además de los costos asociados de equipos de monitoreo.
Dejando de lado las consideraciones financieras, las bombas de desplazamiento positivo sin sello de transmisión magnética superan a sus contrapartes centrífugas sin sello al ofrecer nuevas funcionalidades que no son posibles con las bombas centrífugas. En primer lugar, las bombas de desplazamiento positivo sin sello son autocebantes y tienen buenas capacidades de succión, mientras que las bombas centrífugas de transmisión magnética, al igual que las bombas centrífugas selladas, dependen de un depósito integral que debe llenarse antes de encenderse, lo que significa que técnicamente no son bombas autocebantes, sino bombas precebadas. En segundo lugar, las bombas de desplazamiento positivo sin sello permiten la operación bidireccional. Simplemente gira la bomba hacia adelante o hacia atrás para lograr el despojo de línea en ambas direcciones, lo que reduce el desperdicio de fluido y mejora la seguridad en la instalación.

En tercer lugar, las bombas de desplazamiento positivo sin sello no son sensibles a los cambios en el entorno de operación (condiciones del líquido o del sistema), a diferencia de las bombas centrífugas, que deben ajustarse a un único punto de máxima eficiencia o reaccionarán negativamente a los cambios en su entorno. Por último, las bombas de desplazamiento positivo sin sello pueden funcionar en seco durante períodos prolongados, procesar sólidos en suspensión y adaptarse a sistemas con cero disponibilidad de NPSH, mientras que las bombas centrífugas tienen dificultades en cada una de estas áreas.

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Evaluando las opciones de bombas de desplazamiento positivo sin sellos

Con las bombas centrífugas sin sello eliminadas de la ecuación, es hora de considerar plenamente las opciones de bombas de desplazamiento positivo sin sello. Las más populares en aplicaciones de procesamiento químico han demostrado ser las bombas de diafragma de doble acción accionadas por aire (AODD) y las bombas peristálticas (de manguera). La característica destacada de ambas tecnologías es su capacidad para crear un vacío perfecto, lo que les permite autocebarse y lograr una buena capacidad de succión.

Específicamente, las bombas neumáticas de diafragma AODD son una tecnología sin sello de primera elección para aplicaciones de bombeo utilitarias por varias razones: son económicas, muy flexibles y fáciles de operar (solo necesitas una manguera de aire y una tubería de succión). Sin embargo, también presentan algunas limitaciones: sus capacidades de flujo y presión son más estrechas que las de otras tecnologías de bombas de desplazamiento positivo, generan pulsación en el flujo del líquido y, debido a que el aire es costoso, pueden ser costosas de operar, especialmente cuando se utilizan en aplicaciones de funcionamiento continuo.

Las bombas peristálticas son ideales para manejar lodos espesos y líquidos con grandes sólidos, y brindan consistencia en el caudal a pesar de los cambios en la presión. Sin embargo, su rango de caudal es limitado y puede ocurrir un flujo pulsante, lo que dificulta establecer un caudal específico. Desde el punto de vista del espacio ocupado, las bombas peristálticas son más grandes que muchas otras tecnologías, lo que significa que requieren más espacio de operación. Además, si las mangueras de la bomba fallan, puede producirse una fuga catastrófica, y la degradación de las mangueras durante la operación puede comprometer la integridad de líquidos más sensibles.

Por otro lado, dos de las tecnologías de bombas de desplazamiento positivo sin sello menos conocidas que cuentan con un diseño de transmisión magnética son las bombas de paletas deslizantes y engranajes internos. Las ventajas básicas de estas bombas de transmisión magnética son que funcionan con energía eléctrica, por lo que no se necesita aire comprimido; tienen un amplio rango de caudal constante; no generan pulsación en el líquido; funcionan bien a altas temperaturas; son inmunes a cambios en la viscosidad o presión del líquido; y se autoceban realmente, lo que significa que pueden cebarse incluso estando completamente secas, directamente de fábrica.

Veamos más de cerca las ventajas específicas de cada tecnología de bombas de desplazamiento positivo sin sellos

Bomba de paletas deslizantes

La tecnología de paletas deslizantes se autoajusta al desgaste, manteniendo un rendimiento óptimo a lo largo de la vida útil de la bomba. Las bombas de paletas permiten una amplia gama de viscosidades y presiones, y son especialmente adecuadas para aplicaciones desafiantes, como aquellas con sólidos en suspensión, variaciones en la presión del sistema, condiciones de entrada con NPSHa cero, mezclas líquido/vapor y funcionamiento en seco regular. El último avance en las bombas de paletas deslizantes es la tecnología de accionamiento magnético sin sello, que ofrece una combinación líder en su clase de funcionalidad, confiabilidad y flexibilidad.

• Confiabilidad: La nueva tecnología de paletas deslizantes con accionamiento magnético permite un funcionamiento en seco extendido, niveles de sólidos en suspensión de hasta un 20%, rendimiento sin NPSHr ideal para condiciones desafiantes de entrada de la bomba, incluyendo líquidos con hasta un 20% de contenido de vapor o aire, y ofrece un tiempo de actividad tranquilo sin necesidad de sistemas de monitoreo de corriente molestos.
• Funcionalidad: La nueva tecnología de paletas deslizantes con accionamiento magnético puede lograr una capacidad de succión de más de 25 pies sin necesidad de pre-llenar el sistema, proporciona flujo bidireccional y puede limpiar las líneas para reducir el desperdicio de producto durante o después de los ciclos de producción.
• Flexibilidad: La nueva tecnología de paletas deslizantes con accionamiento magnético ofrece un amplio rango de operación que es inmune a los cambios en el fluido y las condiciones del sistema. Además, el rango de flujo y presión de 15 tamaños de bastidor centrífugo únicos se logra con solo dos tamaños de bomba de paletas, lo que optimiza la flexibilidad de los activos.

Bombas de Engranaje interno

Las  bombas de engranajes internos con accionamiento magnético tienen un diseño simple que consta de solo siete componentes principales. El corazón del diseño es un sistema de soporte de cojinete a cojinete que elimina las fugas. El eje corto de la bomba también supera los desafíos inherentes a las tecnologías de bombas con ejes más largos, como el impacto de las cargas sobresalientes que pueden provocar desgaste prematuro y fallas. Además, a diferencia de las bombas centrífugas que dependen de cojinetes en voladizo, las bombas de engranajes internos tienen un soporte de eje simétrico, lo que elimina la desviación del eje durante el funcionamiento, lo que resulta en menos mantenimiento y tiempo de inactividad.

Otra característica destacada de algunas bombas de engranajes con accionamiento magnético es un diseño de cámara de líquido único que mejora la circulación del líquido a través del área de acople. Esto resulta en una vida útil más larga del imán, temperaturas de funcionamiento más bajas y procesos de limpieza y enjuague más eficientes. En comparación, algunos diseños de bombas de engranajes tienen un camino de flujo largo y tortuoso, lo que puede aumentar la temperatura del líquido durante la transferencia a niveles que pueden comprometer la vida útil del imán.

Entonces, ahora la decisión implica elegir entre bombas de paletas deslizantes sin sello con accionamiento magnético y bombas de engranajes internos sin sello con accionamiento magnético. Este cuadro puede ayudar a los operadores de instalaciones de procesamiento químico a decidir la mejor opción para sus aplicaciones específicas entre estas dos tecnologías de alto nivel.

Recientes avances en la tecnología de bombas de paletas deslizantes y engranajes internos sin sello brindan nuevas funcionalidades, confiabilidad y flexibilidad para las instalaciones de procesamiento químico. Estos innovadores diseños de bombas son libres de fugas y ayudan a eliminar los problemas comunes de la tecnología heredada que se ha utilizado en aplicaciones de procesamiento químico. Ahora, los procesadores químicos pueden aprovechar nuevas opciones que combinan un rendimiento sin fugas y sin sellos con las ventajas operativas inherentes de las bombas de desplazamiento positivo de paletas deslizantes y engranajes. Estas nuevas tecnologías están listas para ser implementadas en las operaciones químicas más críticas.

Estos avances representan un gran paso adelante en el campo del procesamiento químico, ya que abordan de manera efectiva los desafíos y las preocupaciones asociadas con las bombas tradicionales. Al ser libres de fugas y sin sellos dinámicos, las bombas de paletas deslizantes y engranajes internos eliminan la posibilidad de fugas dañinas que podrían afectar la seguridad y la integridad del proceso químico. Esto proporciona una mayor tranquilidad para los operadores y reduce el riesgo de costosas interrupciones y reparaciones.

Además, estas nuevas tecnologías ofrecen una mayor confiabilidad gracias a su diseño simplificado y la eliminación de componentes propensos a fallar, como los sellos dinámicos. Esto resulta en un funcionamiento más suave y una mayor vida útil de la bomba, lo que reduce los costos de mantenimiento y mejora la eficiencia del proceso.

La flexibilidad también es una ventaja clave de estas bombas sin sello. Pueden adaptarse a una amplia gama de condiciones de operación, incluidas variaciones en la viscosidad del líquido, presiones cambiantes y diferentes mezclas de líquido/vapor. Esto permite a las instalaciones de procesamiento químico abordar una variedad de aplicaciones y sustancias con confianza, sin comprometer la eficiencia ni la seguridad.

Los avances en la tecnología de bombas de paletas deslizantes y engranajes internos sin sello representan una solución moderna y eficiente para las instalaciones de procesamiento químico. Estas bombas ofrecen un rendimiento confiable, una operación libre de fugas y una versatilidad excepcional, lo que las convierte en la elección ideal para las operaciones químicas más exigentes y críticas.