Procesamiento de solventes: en busca de la tecnología de bomba adecuada

Jul 27, 2023

No hay manera de evitarlo. Si alguien es parte de un sector industrial con bombas de procesamiento, lo más probable es que encuentre solventes. Los solventes sirven como un compuesto reactivo, uno diseñado para disolver otras sustancias para crear una nueva mezcla o para crear otras sustancias químicas. La naturaleza de los solventes requiere un cuidado deliberado para garantizar que se procesen correctamente sin crear efectos perjudiciales para su equipo o personal.

Los solventes vienen en muchas variedades, la mayoría en forma de líquido delgado, que permiten que los productos comunes funcionen de manera adecuada y óptima. Los ejemplos incluyen pinturas que se secan rápidamente y mantienen su integridad durante mucho tiempo, limpiadores industriales y desengrasantes. Las industrias que comúnmente manejan solventes incluyen petróleo y gas, aguas residuales, automotriz y revestimientos y pinturas, entre muchas otras.

Si bien ciertas tecnologías de bombas pueden procesar solventes, muchos operadores optan por bombas centrífugas. La mayoría de los operadores están familiarizados con la tecnología y su capacidad para manejar de manera efectiva fluidos similares al agua, como los solventes. Debido a que están ampliamente disponibles, las bombas centrífugas también tienen la reputación de ser una solución más económica que otras tecnologías de bombas.

Este artículo discutirá por qué las bombas de paletas deslizantes de desplazamiento positivo son otra tecnología de bombas que vale la pena considerar cuando se trata de solventes.

Las bombas centrífugas, una de las tecnologías de bombas más antiguas, utilizan energía cinética, velocidad y cantidad de movimiento para transferir líquidos. Estas bombas requieren un motor o motor eléctrico para impulsarlas, creando suficiente energía para hacer girar un impulsor para mover fluidos. El fluido entra por el lado de succión de la bomba y se mueve hacia la cámara del impulsor. A medida que giran el impulsor y sus palas, se genera impulso para el fluido entrante.

La carcasa, que encierra el impulsor, tiene un pasaje en forma de voluta de área creciente, que recoge el líquido que sale del impulsor y convierte una parte de su energía de velocidad en presión adicional. Este pasaje de la carcasa conduce a la boquilla de descarga de la bomba, donde luego se introduce en la tubería de descarga. Las bombas centrífugas son comunes en aplicaciones de proceso y transferencia de líquidos, y muchos operadores mencionan su amplio rango operativo.

Las bombas de paletas deslizantes cuentan con un rotor con una serie de paletas que se retraen y se deslizan hacia afuera a medida que gira el rotor. Este movimiento deslizante crea cámaras en las que fluye el líquido y, a medida que gira el rotor, el líquido se mueve hacia la salida donde se descarga a medida que se aprieta la cámara de bombeo. Cada revolución del rotor desplaza un volumen constante de fluido con pocas posibilidades de deslizamiento. Las variaciones en la presión de bombeo tienen poco efecto en el caudal de la bomba de paletas deslizantes, y el perfil de flujo abierto proporciona un ambiente suave y de bajo cizallamiento dentro de la bomba.

Los principios de funcionamiento de las bombas de paletas deslizantes les permiten ofrecer consistencia volumétrica a lo largo de su vida útil, así como la capacidad de manejar una amplia gama de líquidos, incluidos líquidos ultrafinos (0,2 centipoise [cP]) hasta 22 500 cP sin comprometer su rendimiento .

Las bombas centrífugas son una tecnología comprobada para múltiples líquidos, incluidos los solventes. Estas bombas cuentan con un diseño compacto y robusto que les permite procesar solventes de todo tipo. Un ejemplo usará fenol, un solvente, para mostrar la efectividad de una bomba centrífuga cuando se trata de procesamiento y transferencia. El fenol se elabora a partir de materias primas derivadas del petróleo y se utiliza para fabricar varios productos finales, incluidos epoxis, detergentes, herbicidas, cosméticos, protectores solares, aspirinas y numerosos fármacos.

Si bien el fenol es indispensable en la producción de muchos productos comunes, requiere un manejo cuidadoso debido a su naturaleza nociva si entra en contacto con la piel. Además, el fenol es difícil de controlar debido a sus características innatas.

Específicamente, el fenol se congela alrededor de 90 F (32 C). A medida que alcanza esa temperatura, comienza a convertirse en un líquido fangoso, lo que puede alterar el funcionamiento de la bomba. Las bombas centrífugas pueden manejar el fenol de manera efectiva porque pueden permanecer por encima de la temperatura del punto de congelación del fenol y tienen un índice de flujo óptimo para garantizar que la sustancia continúe sin interrupción. Algunas bombas centrífugas pueden alcanzar caudales de hasta 1400 galones por minuto (gpm), o 320 metros cúbicos de gas por hora (m3/hr), y pueden manejar materiales con una temperatura máxima de 450 F (232 C), a veces incluso mayor, dependiendo del fabricante de la bomba.

Las bombas centrífugas también son una de las tecnologías de bombeo más asequibles para el manejo de líquidos y solventes, y brindan una potencia de procesamiento eficiente en un paquete compacto. La naturaleza compacta de las bombas centrífugas también permite que los operadores las instalen más fácilmente en las instalaciones sin dedicar una gran cantidad de espacio para cada una.

Otro beneficio de las bombas centrífugas es la familiaridad. Sirven como una de las bombas de procesamiento más populares del mundo, si no la más popular, lo que significa que muchos operadores ya saben cómo usarlas. Esa familiaridad también se extiende al mantenimiento, ya que muchos operadores pueden manejar cualquier problema que pueda surgir en el futuro debido a su experiencia previa con ellos.

Además, las bombas centrífugas son capaces de funcionar de manera continua y normalmente tienen elementos de contacto solo dentro del sello del eje. Esto permite que las bombas centrífugas duren más que tipos similares de bombas.

A pesar de la efectividad de las bombas centrífugas en el manejo de solventes, la tecnología tiene algunos inconvenientes. El ejemplo del fenol es uno de ellos. Cuando se trata de manejar fenol, muchos operadores seleccionarán bombas centrífugas selladas del American National Standards Institute (ANSI).

El inconveniente de usar este tipo de bombas centrífugas se reduce a los sellos mecánicos, que pueden fallar debido a la vibración o la carga radial durante el funcionamiento. Aproximadamente el 80% de todas las fallas de las bombas comienzan en el sello, cuyo reemplazo puede costar hasta $3,000. Si un sello mecánico debe reemplazarse repetidamente a lo largo del año, ese costo adicional puede aumentar rápidamente, especialmente si toda la instalación usa la misma tecnología.

El fenol también es peligroso. Si es necesario reparar la bomba, un operador debe enjuagar y descontaminar la bomba antes de que comience el trabajo, dejando la bomba fuera de línea durante varias horas hasta 10 horas. Sin embargo, las bombas selladas son más económicas que las bombas sin sello, lo que permite a los operadores equipar sus instalaciones de procesamiento con tecnología más asequible. Estas bombas seguirán funcionando bien, pero tienen sus limitaciones.

Una bomba centrífuga sin sello soluciona la mayoría de esas deficiencias cuando se maneja fenol, pero no evita que otras salgan a la superficie. Por ejemplo, si la bomba cavita durante el funcionamiento, o si aumenta la viscosidad del líquido, una posibilidad probable con fenol, el eje de la bomba y el impulsor se desalinearán y provocarán una falla catastrófica.

Además, las bombas centrífugas, si bien son efectivas en general con un amplio rango operativo, funcionan de la mejor manera cuando operan dentro de su punto de mejor eficiencia (BEP). El BEP sirve como el punto de funcionamiento óptimo de la bomba. Si bien permanecer en esta condición operativa específica es ventajoso, no es una expectativa común.

Una bomba centrífuga soporta cargas amplificadas cuando no opera cerca de su BEP. Estas cargas superan el factor de servicio de los componentes individuales, muchos de los cuales están económicamente optimizados para una pequeña variación del BEP. Esto puede provocar una tensión excesiva en los cojinetes y el eje, lo que provoca deflexión, desgaste prematuro, contacto por fricción, desarrollo de vías de fuga y contaminación del producto.

Las bombas centrífugas de accionamiento magnético se encuentran en una situación más precaria ya que tienen bujes en lugar de cojinetes externos, lo que da como resultado una flexibilidad BEP más estrecha. En general, tener una bomba centrífuga operando en o cerca de su BEP es esencial para su confiabilidad a largo plazo.

Las bombas de paletas deslizantes son adecuadas para líquidos delgados, lo que las hace ideales para el procesamiento y la mezcla de solventes. Estas bombas no son propensas a tener fugas porque el diseño presenta pocos puntos de fuga, así como espacios internos estrechos. Algunas bombas, a medida que envejecen, sufrirán un deslizamiento interno a medida que las piezas de desgaste comiencen a erosionarse.

Con las bombas de paletas deslizantes, las holguras internas siguen siendo óptimas porque las paletas están diseñadas para mantener un sello dinámico a medida que se desgastan. A medida que las paletas se desgastan con el tiempo, los restos se deslizan fuera del rotor y mantienen su contacto con el cilindro. Esto permite una consistencia volumétrica durante la vida útil de la bomba.

Al igual que las bombas centrífugas, los operadores pueden elegir entre bombas de paletas deslizantes selladas y sin sellos. El sello mecánico es propenso a romperse con el tiempo en una bomba de paletas deslizantes, al igual que con otras tecnologías de bombas. La razón es que el sello mecánico es una pieza de desgaste, por lo que naturalmente se erosionará con el uso constante y repetido.

Las bombas sin sello no tienen este inconveniente. La falta de un sello significa menos problemas de fugas, lo cual es imperativo para los solventes, ya que muchos pueden ser peligrosos para los operadores y el medio ambiente. Sin un sello, también es una pieza de desgaste menos para reemplazar. La composición de las bombas de paletas deslizantes garantiza que no haya contacto metal con metal, una característica que les permite funcionar en seco y manejar líquidos de baja viscosidad. Debido a que las bombas de paletas deslizantes pueden funcionar en seco sin irritar ni afectar la vida útil y el rendimiento de la bomba, los operadores pueden eliminar los solventes de la bomba y hacer funcionar un solvente diferente a través de la misma bomba sin preocuparse por la contaminación o la pérdida de producto. Ese es un beneficio clave si un operador quiere usar una bomba para varios solventes en lugar de tener varias bombas para diferentes líquidos.

La capacidad de funcionamiento en seco también paga dividendos a los operadores cuando se trata de solventes. La mayoría de los solventes tienen una lubricidad baja, lo que significa que las bombas que no pueden funcionar en seco requieren un fluido lubricante antes de intentar procesar solventes. Sin embargo, debido a que las bombas de paletas deslizantes pueden funcionar en seco, la falta de lubricación de los solventes no es un detrimento. La tecnología puede procesarlo por sí sola, sin necesidad de lubricación. Además, las bombas de paletas deslizantes también pueden operar en cualquier dirección, brindando a los operadores flexibilidad operativa.

Cuando se trata de líquidos con viscosidades bajas, las bombas de paletas deslizantes no requieren una viscosidad mínima del líquido. Estas bombas tienen una gama que va desde líquidos ultrafinos (0,2 cP) hasta tan espesos como 500 cP. Las partículas pequeñas tampoco son una preocupación, ya que las bombas de paletas deslizantes pueden procesarlas con concentraciones de hasta el 40 %.

Las bombas de paletas deslizantes también funcionan excepcionalmente bien bajo cavitación continua en aplicaciones de cabeza de succión positiva neta baja (NPSH). Esto juega un papel crucial en el procesamiento de solventes, ya que los líquidos volátiles pueden ser problemáticos para otras tecnologías de bombeo. Una presión de vapor más alta hará que otras tecnologías de bombas, como las centrífugas, caviten y erosionen el impulsor. Las bombas de paletas deslizantes manejan bien las mezclas multifásicas de vapor/líquido porque el flujo a través de estas bombas es más suave que la tecnología comparable.

Las bombas de paletas deslizantes tampoco son perfectas, ya que tienen sus propias deficiencias en lo que respecta a los solventes. Esta tecnología se activa dinámicamente, lo que significa que se basa en la presión diferencial para activar las paletas por completo. Si una bomba de paletas deslizantes tiene un flujo constante y estable, funcionará de manera óptima. Con aplicaciones de alta viscosidad, la presión diferencial baja afecta negativamente el rendimiento de una bomba de paletas deslizantes, dejándola impredecible y no eficiente.

Estas bajas presiones, las de 35 libras por pulgada cuadrada (psi) (2,4 bar) o menos, pueden reducir la capacidad de flujo y el vacío de succión, lo que significa que las paletas no se acoplarán por completo. Dada la naturaleza (y el nombre) de la tecnología, si las paletas deslizantes no se deslizan según lo previsto, la bomba no funciona según lo previsto.

Mientras que la combinación de alta viscosidad y bajas presiones diferenciales son difíciles para las bombas de paletas deslizantes, lo contrario crea sus propios problemas. La alta presión no es catastrófica para las bombas de paletas deslizantes, ya que necesitan presiones más altas para un funcionamiento eficaz. Sin embargo, las presiones excesivamente altas pueden desgastar agresivamente las bombas y sus componentes internos, como el cilindro y las paletas. La integridad de esos componentes sufrirá más que otras bombas de desplazamiento no positivo.

El rango de temperatura de las bombas de paletas deslizantes tampoco es tan amplio como el de las tecnologías comparables. Las bombas de paletas deslizantes pueden funcionar a temperaturas tan bajas como -40 F (-40 C) y tan altas como 350 F (176 C) en la mayoría de los casos. Las tecnologías de bombas comparables pueden superar esos umbrales sin comprometer su integridad.

Cuando se trata de procesamiento y mezcla de solventes, los operadores deben sopesar los beneficios de cada tecnología de bomba. Las bombas centrífugas han sido una tecnología de referencia para los operadores cuando se trata de procesar solventes y otras sustancias; sin embargo, muchos no se dan cuenta del valor y las ventajas de las bombas de paletas deslizantes. Ambas tecnologías proporcionarán a los operadores las características que necesitan para manejar solventes.

Las bombas de paletas deslizantes, aunque no son tan populares, no deben pasarse por alto, dada su naturaleza versátil cuando se trata de procesar líquidos delgados.

Chris Hordyk es gerente de producto de Blackmer. Blackmer es una marca de PSG, una empresa de Dover. Puede comunicarse con él en [email protected]. Para obtener más información, visite blackmer.com y PSG en psgdover.com.