Para comprender las fugas de una bomba centrífuga, es importante comprender primero el funcionamiento básico de una bomba centrífuga.A medida que el flujo ingresa a través del ojo del impulsor de la bomba y sube por las paletas del impulsor, el fluido tiene una presión y una velocidad más bajas.Cuando el flujo pasa a través de la voluta, la presión aumenta y la velocidad aumenta.Luego, el flujo sale a través de la descarga, momento en el que la presión es alta pero la velocidad disminuye.El flujo que entra a la bomba tiene que salir de la bomba.La bomba imparte altura (o presión), lo que significa que aumenta la energía del fluido de la bomba.
Ciertas fallas de componentes de una bomba centrífuga, como acoplamientos, juntas hidráulicas, estáticas y cojinetes, causarán que todo el sistema falle, pero aproximadamente el sesenta y nueve por ciento de todas las fallas de la bomba se deben a un mal funcionamiento del dispositivo de sellado.
LA NECESIDAD DE SELLOS MECÁNICOS
Un sello mecánico es un dispositivo que se utiliza para controlar las fugas entre un eje giratorio y un recipiente lleno de líquido o gas.Su principal responsabilidad es controlar las fugas.Todos los sellos tienen fugas; tienen que hacerlo para mantener una película de fluido sobre toda la cara del sello mecánico.La fuga que sale del lado atmosférico es bastante baja;la fuga de un hidrocarburo, por ejemplo, se mide con un medidor de COV en partes/millón.
Antes de que se desarrollaran los sellos mecánicos, los ingenieros normalmente sellaban una bomba con empaquetaduras mecánicas.La empaquetadura mecánica, un material fibroso generalmente impregnado con un lubricante como el grafito, se cortó en secciones y se metió en lo que se llamó un "estopapas".Luego se añadió un prensaestopas al
parte trasera para poder empacar todo.Dado que la empaquetadura está en contacto directo con el eje, requiere lubricación, pero aun así consumirá caballos de fuerza.
Por lo general, un “anillo de linterna” permite aplicar agua de enjuague al empaque.Esa 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 lavado lejos del proceso para evitar la contaminación.
· evitar que el agua de descarga se acumule en el piso (rociado excesivo), lo cual es tanto una preocupación 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 ocurre con todas las bombas, querrá probarla para descubrir los costos anuales que requiere su funcionamiento.Una bomba de empaque puede ser asequible de instalar y mantener, pero si calcula cuántos galones de agua consume por minuto o por año, es posible que se sorprenda por el costo.Una bomba de sello mecánico podría ahorrarle muchos costos anuales.
Dada la geometría general de un sello mecánico, en cualquier lugar donde haya una junta o una junta tórica, se produce un posible punto de fuga:
· Una junta tórica dinámica (o junta) 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 DEL DISPOSITIVO DE SELLADO
Si la bomba centrífuga presenta una fuga incontrolada, debe verificar minuciosamente todas las causas potenciales para determinar si necesita reparaciones o una nueva instalación.
1. Fallas operativas
Descuidar el punto de mejor eficiencia: ¿Está operando la bomba en el punto de mejor eficiencia (BEP) en una curva de rendimiento?Cada bomba está diseñada con un
Punto de Eficiencia específico.Cuando opera la bomba fuera de esa región, crea problemas con el flujo que hacen que el sistema falle.
Cabezal de succión positivo neto insuficiente (NPSH): si no tiene suficiente cabezal de succión para su bomba, el conjunto giratorio puede volverse inestable, causar cavitación y provocar una falla en el sello.
Funcionamiento sin cabeza: si configura la válvula de control demasiado baja para acelerar la bomba, puede obstruir el flujo.El flujo obstruido provoca recirculación dentro de la bomba, lo que genera calor y promueve una falla en el sello.
Funcionamiento en seco y ventilación inadecuada del sello: una bomba vertical es la más susceptible ya que el sello mecánico está colocado en la parte superior.Si tiene una ventilación inadecuada, el aire puede quedar atrapado alrededor del sello y no podrá evacuar el prensaestopas.El sello mecánico pronto fallará si la bomba continúa funcionando en esta condición.
Margen de vapor bajo: estos son fluidos instantáneos;Los hidrocarburos calientes se quemarán una vez expuestos a las condiciones atmosféricas.A medida que la película de fluido pasa a través del sello mecánico, puede inflamarse en el lado atmosférico y provocar una falla.Esta falla ocurre a menudo con los sistemas de alimentación de calderas: el agua caliente a 250-280 °F se enciende con una 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, una vez instalada la bomba, si tiene tuberías desalineadas atornilladas a ella, ejercerá mucha tensión sobre la bomba.También es necesario evitar una mala base: ¿Está la base segura?¿Está correctamente cementado?¿Tienes un pie blando?¿Está atornillado correctamente?Y por último, revisa los rodamientos.Si la tolerancia de los cojinetes se desgasta, los ejes se moverán y provocarán vibraciones en la bomba.
3. Fallas en los componentes del sello
¿Tiene un buen par tribológico (el estudio de la fricción)?¿Has elegido las combinaciones de revestimiento correctas?¿Qué pasa con 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 tóricas y juntas tóricas, que estén preparados para ataques químicos y térmicos?Sus resortes no deben estar obstruidos ni corroídos sus fuelles.Por último, esté atento a las distorsiones de la cara debido a la presión o el calor, ya que un sello mecánico sometido a gran presión en realidad se doblará y el perfil torcido puede provocar una fuga.
4. Fallas en el diseño del sistema
Necesita una disposición adecuada de lavado de sellos, junto con suficiente refrigeración.Los sistemas duales tienen fluidos de barrera;el recipiente de sellado auxiliar debe estar en la ubicación correcta, con la instrumentación y la tubería correctas.Es necesario tener en cuenta la longitud de la tubería recta en la succión: algunos sistemas de bombas más antiguos que a menudo venían con un patín incluido incluyen un codo de 90° en la succión justo antes de que el flujo ingrese al ojo del impulsor.El codo provoca un flujo turbulento que crea inestabilidades en el conjunto giratorio.Todas las tuberías de succión/descarga y de 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 sólo alrededor del 8 por ciento de todas las fallas.Por ejemplo, a veces se requieren sistemas auxiliares para proporcionar un entorno operativo aceptable para un sello mecánico.Como referencia a los sistemas duales, necesita un fluido auxiliar que actúe como una barrera que evite que la contaminación o el fluido del proceso se derrame al medio 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 importante en la confiabilidad de los equipos rotativos.Son responsables de fugas y fallas del sistema, pero también indican problemas que eventualmente causarían daños graves en el futuro.La confiabilidad del sello se ve muy afectada por el diseño del sello y el entorno operativo.
Por Frank Rotello, ingeniero mecánico de Cummins-Wagner Co.,Inc.
Hora de publicación: 04-ene-2022