Para comprender las fugas en las bombas centrífugas, es importante comprender primero su funcionamiento básico. A medida que el flujo entra por el ojo del impulsor y asciende por sus álabes, el fluido se encuentra a menor presión y velocidad. Al pasar por la voluta, la presión y la velocidad aumentan. El flujo sale por la descarga, donde la presión es alta, pero la velocidad disminuye. El flujo que entra en la bomba debe salir. La bomba proporciona presión, lo que significa que aumenta la energía del fluido.
Ciertas fallas de componentes de una bomba centrífuga, como el acoplamiento, las juntas hidráulicas, las juntas estáticas y los cojinetes, provocarán que todo el sistema falle, pero aproximadamente el sesenta y nueve por ciento de todas las fallas de las bombas son resultado del mal funcionamiento del dispositivo de sellado.
LA NECESIDAD DE SELLOS MECÁNICOS
Un sello mecánicoEs un dispositivo que se utiliza para controlar las fugas entre un eje giratorio y un recipiente lleno de líquido o gas. Su principal función es controlar las fugas. Todos los sellos presentan fugas para mantener una película de fluido sobre toda la cara del sello mecánico. La fuga que sale por el lado atmosférico es bastante baja; por ejemplo, la fuga en un hidrocarburo se mide con un medidor de COV en partes por millón.
Antes del desarrollo de los sellos mecánicos, los ingenieros solían sellar las bombas con empaquetaduras mecánicas. La empaquetadura mecánica, un material fibroso generalmente impregnado con un lubricante como el grafito, se cortaba en secciones y se introducía en lo que se denominaba "caja de empaquetadura". Posteriormente, se añadía un prensaestopas en la parte trasera para compactar todo el conjunto. Dado que la empaquetadura está en contacto directo con el eje, requiere lubricación, pero aun así consume potencia.
Generalmente, un anillo de linterna permite aplicar agua de enjuague a la empaquetadura. Esta agua, necesaria para lubricar y enfriar el eje, se filtrará al proceso o a la atmósfera. Dependiendo de su aplicación, podría necesitar:
- Dirija el agua de lavado lejos del proceso para evitar la contaminación.
- evitar que el agua de descarga se acumule en el suelo (rociado excesivo), lo cual es una preocupación tanto de OSHA como de limpieza.
- Proteja la caja de cojinetes del agua de lavado, que puede contaminar el aceite y eventualmente provocar una falla del cojinete.
Como con cualquier bomba, conviene probarla para determinar su coste anual de funcionamiento. Una bomba de empaquetadura puede ser económica de instalar y mantener, pero si calcula cuántos galones de agua consume por minuto o al año, podría sorprenderse con el coste. Una bomba de sello mecánico podría ahorrarle mucho dinero anual.
Dada la geometría general de un sello mecánico, en cualquier lugar donde haya una junta o un anillo tórico, surge un posible punto de fuga:
- Una junta tórica dinámica erosionada, desgastada o desgastada a medida que se mueve el sello mecánico.
- Suciedad o contaminación entre los sellos mecánicos.
- Una operación fuera de diseño dentro de los sellos mecánicos.
LOS CINCO TIPOS DE FALLAS EN LOS DISPOSITIVOS DE SELLADO
Si la bomba centrífuga presenta una fuga incontrolada, debe verificar exhaustivamente todas las causas potenciales para determinar si necesita reparaciones o una nueva instalación.
1. Fallas operativas
Ignorar el Punto Máximo de Eficiencia: ¿Está operando la bomba en el Punto Máximo de Eficiencia (PEE) de una curva de rendimiento? Cada bomba está diseñada con un Punto Máximo de Eficiencia específico. Al operar la bomba fuera de esa región, se generan problemas de flujo que provocan fallas en el sistema.
Altura de succión neta positiva (NPSH) insuficiente: si la bomba no tiene suficiente altura de succión, el conjunto giratorio puede volverse inestable, provocar cavitación y provocar una falla del sello.
Operando con la cabeza hueca:Si ajusta la válvula de control a una presión demasiado baja para estrangular la bomba, puede obstruir el flujo. Este flujo obstruido provoca recirculación dentro de la bomba, lo que genera calor y favorece la falla del sello.
Funcionamiento en seco y ventilación inadecuada del sello: Una bomba vertical es la más susceptible, ya que el sello mecánico está ubicado en la parte superior. Si la ventilación es inadecuada, el aire puede quedar atrapado alrededor del sello e impedir la evacuación del prensaestopas. El sello mecánico fallará rápidamente si la bomba continúa funcionando en estas condiciones.
Margen de vapor bajo:Estos son fluidos que producen vaporización; los hidrocarburos calientes experimentan vaporización al exponerse a la atmósfera. Al pasar la película de fluido por el sello mecánico, puede vaporizarse en el lado atmosférico y causar una falla. Esta falla ocurre a menudo en los sistemas de alimentación de calderas: el agua caliente a 121-136 °C produce vaporización debido a la caída de presión en las caras del sello.
2. Fallas mecánicas
La desalineación del eje, el desequilibrio del acoplamiento y el desequilibrio del impulsor pueden contribuir a fallas en los sellos mecánicos. Además, después de instalar la bomba, si las tuberías atornilladas están desalineadas, la bomba se verá sometida a mucha tensión. También es importante evitar una base deficiente: ¿Está bien fijada? ¿Está correctamente cementada? ¿Tiene pata coja? ¿Está bien atornillada? Por último, revise los rodamientos. Si la tolerancia de los rodamientos se reduce, los ejes se moverán y causarán vibraciones en la bomba.
3. Fallas en los componentes del sello
¿Tiene un buen par tribológico (el estudio de la fricción)? ¿Ha elegido las combinaciones correctas de caras? ¿Qué hay de la calidad del material de la cara del sello? ¿Son sus materiales apropiados para su aplicación específica? ¿Ha seleccionado los sellos secundarios adecuados, como juntas y anillos tóricos, preparados para ataques químicos y térmicos? Sus resortes no deben estar obstruidos ni sus fuelles corroídos. Por último, preste atención a las deformaciones de la cara causadas por la presión o el calor, ya que un sello mecánico sometido a alta presión se deformará y el perfil sesgado puede causar fugas.
4. Fallas en el diseño del sistema
Se necesita un sistema de purga de sellos adecuado, junto con suficiente refrigeración. Los sistemas duales utilizan fluidos de barrera; el depósito de sello auxiliar debe estar en la ubicación correcta, con la instrumentación y las tuberías correctas. Es necesario tener en cuenta la longitud de la tubería recta en la succión; algunos sistemas de bombas antiguos, que solían venir con un patín preinstalado, incluyen un codo de 90° en la succión justo antes de que el flujo entre en el ojo del impulsor. El codo provoca un flujo turbulento que genera inestabilidad en el conjunto giratorio. Todas las tuberías de succión/descarga y derivación también deben diseñarse correctamente, especialmente si algunas tuberías han sido reparadas a lo largo de los años.
5. Todo lo demás
Otros factores diversos solo representan alrededor del 8 % de todas las fallas. Por ejemplo, a veces se requieren sistemas auxiliares para proporcionar un entorno operativo aceptable para un sello mecánico. En el caso de los sistemas duales, se necesita un fluido auxiliar que actúe como barrera y evite que la contaminación o el fluido de proceso se derramen al ambiente. Sin embargo, para la mayoría de los usuarios, abordar una de las primeras cuatro categorías será la solución que necesitan.
CONCLUSIÓN
Los sellos mecánicos son un factor clave en la confiabilidad de los equipos rotativos. Son responsables de fugas y fallas del sistema, pero también indican problemas que podrían causar daños graves en el futuro. La confiabilidad de los sellos se ve afectada en gran medida por su diseño y el entorno operativo.
Hora de publicación: 26 de junio de 2023