Para comprender las fugas en las bombas centrífugas, es importante entender primero su funcionamiento básico. Cuando el fluido entra por el ojo del impulsor y sube por sus álabes, se encuentra a baja presión y velocidad. Al pasar por la voluta, la presión y la velocidad aumentan. El fluido sale por la descarga, donde la presión es alta pero la velocidad disminuye. El fluido que entra en la bomba debe salir de ella. La bomba genera presión (o carga), lo que significa que aumenta la energía del fluido.
Ciertos fallos en los componentes de una bomba centrífuga, como el acoplamiento, el sistema hidráulico, las juntas estáticas y los cojinetes, provocarán el fallo de todo el sistema, pero aproximadamente el sesenta y nueve por ciento de todos los fallos de las bombas se deben a un 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 dichas fugas. Todos los sellos presentan fugas, ya que deben hacerlo para mantener una película de fluido sobre toda la superficie del sello mecánico. Las fugas que salen por el lado atmosférico son relativamente bajas; las fugas en un hidrocarburo, por ejemplo, se miden 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. Estas, un material fibroso generalmente impregnado con un lubricante como el grafito, se cortaban en secciones y se introducían en una caja de empaquetadura. Posteriormente, se añadía una prensaestopas en la parte posterior para sellar todo. Dado que la empaquetadura está en contacto directo con el eje, requiere lubricación, pero aun así reduce la potencia del motor.
Normalmente, un anillo de purga permite aplicar agua de lavado al empaquetamiento. Esta agua, necesaria para lubricar y enfriar el eje, se filtrará al proceso o a la atmósfera. Dependiendo de su aplicación, es posible que necesite:
- Dirija el agua de enjuague lejos del proceso para evitar la contaminación.
- evitar que el agua de la cisterna se acumule en el suelo (salpicaduras excesivas), lo cual es un problema tanto para la OSHA como para el mantenimiento de las instalaciones sanitarias.
- Proteja la caja del rodamiento del agua de lavado, que puede contaminar el aceite y, con el tiempo, provocar una falla en el rodamiento.
Como con cualquier bomba, conviene probarla para determinar los costos anuales de funcionamiento. Una bomba de empaquetadura puede ser económica de instalar y mantener, pero si calcula cuántos galones de agua consume por minuto o por año, el costo podría sorprenderle. Una bomba de sello mecánico podría ahorrarle una cantidad considerable en costos anuales.
Dada la geometría general de un sello mecánico, en cualquier lugar donde haya una junta o un anillo tórico, existe un posible punto de fuga:
- Una junta tórica dinámica (o empaquetadura) erosionada, desgastada o por fricción debido al movimiento del 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 DISPOSITIVOS DE SELLADO
Si la bomba centrífuga presenta una fuga incontrolada, debe revisar minuciosamente todas las posibles causas para determinar si necesita reparaciones o una nueva instalación.
1. Fallos operativos
Descuidar el punto de máxima eficiencia: ¿Está operando la bomba en el punto de máxima eficiencia (PME) de la curva de rendimiento? Cada bomba está diseñada para un punto de eficiencia específico. Si opera la bomba fuera de ese rango, se generan problemas de flujo que provocan fallas en el sistema.
Altura neta de aspiración positiva (NPSH) insuficiente: Si la bomba no tiene suficiente altura de aspiración, el conjunto giratorio puede volverse inestable, provocar cavitación y, como consecuencia, un fallo en el sello.
Operando sin carga:Si ajusta la válvula de control demasiado baja para regular la bomba, puede restringir el flujo. La restricción del flujo provoca recirculación dentro de la bomba, lo que genera calor y favorece la falla del sello.
Funcionamiento en seco y ventilación inadecuada del sello: Las bombas verticales son las más susceptibles, ya que el sello mecánico se encuentra en la parte superior. Si la ventilación es inadecuada, el aire puede quedar atrapado alrededor del sello e impedir la evacuación de la caja de empaquetadura. El sello mecánico fallará rápidamente si la bomba continúa funcionando en estas condiciones.
Margen de vapor bajo:Se trata de fluidos volátiles; los hidrocarburos calientes se inflaman al entrar en contacto con la atmósfera. A medida que la película de fluido atraviesa el sello mecánico, puede inflamarse en el lado atmosférico y provocar una falla. Esta falla suele ocurrir en los sistemas de alimentación de calderas: el agua caliente a 250-280 °F se inflama con la caída de presión a través de las caras del sello.
2. Fallos mecánicos
La desalineación del eje, el desequilibrio del acoplamiento y el desequilibrio del impulsor pueden contribuir a fallos en el sello mecánico. Además, una vez instalada la bomba, si las tuberías atornilladas están desalineadas, se ejercerá mucha presión sobre ella. También es importante evitar una base inadecuada: ¿Está la base firme? ¿Está bien sellada? ¿Tiene una base blanda? ¿Está atornillada correctamente? Por último, revise los cojinetes. Si la tolerancia de los cojinetes se desgasta, los ejes se moverán y provocarán vibraciones en la bomba.
3. Fallos en los componentes del sello
¿Dispone de un buen par tribológico (estudio de la fricción)? ¿Ha elegido las combinaciones de caras adecuadas? ¿Qué tal la calidad del material de la cara de sellado? ¿Son sus materiales apropiados para su aplicación específica? ¿Ha seleccionado los sellos secundarios adecuados, como juntas y juntas tóricas, preparados para resistir ataques químicos y térmicos? Sus resortes no deben estar obstruidos ni sus fuelles corroídos. Por último, esté atento a las deformaciones de la cara debido a la presión o el calor, ya que un sello mecánico sometido a alta presión se curvará, y el perfil deformado puede provocar una fuga.
4. Fallos en el diseño del sistema
Necesitas un sistema de lavado de sellos adecuado, junto con una refrigeración suficiente. Los sistemas duales tienen fluidos de barrera; el depósito de sello auxiliar debe estar en la ubicación correcta, con la instrumentación y las tuberías adecuadas. Debes tener en cuenta la longitud del tubo recto en la succión: algunos sistemas de bombeo antiguos, que a menudo venían como un módulo prefabricado, incluyen un codo de 90º en la succión justo antes de que el flujo entre en el ojo del impulsor. El codo provoca un flujo turbulento que crea inestabilidades en el conjunto giratorio. Todas las tuberías de succión/descarga y derivación también deben diseñarse correctamente, especialmente si algunas tuberías han sido reparadas en algún momento a lo largo de los años.
5. Todo lo demás
Otros factores diversos representan solo alrededor del 8 % de todas las fallas. Por ejemplo, a veces se requieren sistemas auxiliares para proporcionar un entorno operativo adecuado para un sello mecánico. En el caso de sistemas duales, se necesita un fluido auxiliar que actúe como barrera para evitar la contaminación o el derrame del fluido del proceso al medio ambiente. Sin embargo, para la mayoría de los usuarios, abordar una de las primeras cuatro categorías les brindará la solución que necesitan.
CONCLUSIÓN
Los sellos mecánicos son un factor clave en la fiabilidad de los equipos rotativos. Son responsables de las fugas y fallas del sistema, pero también indican problemas que, a la larga, podrían causar daños graves. La fiabilidad de los sellos se ve muy afectada por su diseño y el entorno operativo.
Fecha de publicación: 26 de junio de 2023