Introducción
En aplicaciones de equipos rotativos, los medios abrasivos pueden presentarse de muchas formas: desde lo relativamente suave, como el chocolate líquido, hasta los extremos que se encuentran en industrias como la minería, pulpa y papel y procesamiento de azúcar.
Además, las propiedades y el contenido de las lodos pueden variar significativamente entre industrias y aplicaciones.
La concentración, el tamaño de partícula, la dureza y la tendencia del material a solidificarse o deshidratarse son factores críticos a la hora de enfrentar los desafíos de sellado.
Pump Engineer consultó a Daniel Angulo, Ingeniero Mecánico de Teadit, para conocer el mejor enfoque al seleccionar la empaquetadura mecánica adecuada para bombas industriales.
Factores a considerar
Existen muchos factores importantes a considerar. No solo debe considerarse la composición del slurry, sino también cómo pueden cambiar sus propiedades durante la vida útil del servicio. Los problemas relacionados con la empaquetadura mecánica surgen cuando el sello primario se ve comprometido y los abrasivos migran y se depositan en la cara de los anillos de empaquetadura. Esto generará más fricción, lo que a su vez incrementará la temperatura general del sistema, haciendo que la empaquetadura se endurezca y vuelva quebradiza; en resumen, la empaquetadura pierde su capacidad de sellado.
Mantener la integridad de la empaquetadura
La práctica estándar en aplicaciones de slurry abrasivo es utilizar agua de sello para enfriar, lubricar y limpiar la empaquetadura mecánica. Esto garantiza su operación confiable a largo plazo en diversos servicios. Adicionalmente, las empaquetaduras fabricadas con fibras sintéticas de alta resistencia o fibras de aramida, como Teadit 2004, están diseñadas para soportar el desgaste abrasivo. El inconveniente es que estas fibras suelen presentar características de disipación de calor, conductividad térmica y resistencia química menos ideales en comparación con empaquetaduras mecánicas tradicionales, como aquellas fabricadas con grafito y PTFE. Para obtener lo mejor de ambos mundos, empaquetaduras como Teadit 2003 y 2017 utilizan esquinas reforzadas con aramida para proporcionar mayor resistencia, en combinación con hilos de PTFE o PTFE grafitado donde la resistencia química o el sobrecalentamiento son preocupaciones.
La alta tasa de agua de sello requerida para mitigar el impacto negativo de los materiales abrasivos en aplicaciones de slurry también puede generar un consumo masivo de agua. Algunas aplicaciones requieren sistemas costosos para separar y evaporar esta agua adicional que puede ingresar al flujo del proceso y mezclarse con el medio del proceso. El desafío es mantener la presión del agua de sello para asegurar que permanezca positiva con respecto al proceso. El agua de sello también puede transportar partículas abrasivas que pueden impedir el flujo del fluido, llevando a que la bomba funcione en seco.
Soluciones para cada aplicación
Hoy en día, existe una amplia gama de materiales de empaquetadura para bombas de slurry de alto rendimiento que pueden utilizarse; desde fibras fenólicas, Novoloid, fibras sintéticas y de carbono, hasta fibras de PTFE/grafito y materiales moldeables tipo “putty”.
Los fabricantes de empaquetaduras, como Teadit, incorporan diferentes combinaciones de fibras, lubricación e impregnaciones para manejar diversas aplicaciones de slurry. Estas empaquetaduras mecánicas pueden mezclarse con anillos de PTFE reestructurado y materiales de empaquetadura moldeables para obtener un sellado positivo en la aplicación, con o sin agua de sello. En algunos casos, un diseño ingenierizado que combina diferentes estilos de empaquetadura es la mejor opción.
Por ejemplo, empaquetaduras fabricadas con fibras fenólicas y aquellas hechas con una combinación de hilos de carbono de alta resistencia han demostrado ser exitosas en servicios de slurry difíciles, ya que proporcionan el refuerzo necesario para resistir el desgaste y la abrasión. Estas empaquetaduras de grafito/carbono generan baja cantidad de calor con excelente conductividad térmica. La impregnación y lubricación con materiales como grafito, PTFE y aceites minerales o siliconados también desempeñan un papel importante en empaquetaduras de bombas de slurry de alto rendimiento, contribuyendo a la disipación del calor, la capacidad de sellado y la protección contra el ataque químico.
Recomendaciones comunes de empaquetaduras
En un fluido abrasivo donde la contaminación con grafito no es tolerable (como en la producción de papel), Teadit 2774, que consiste en fibras fenólicas con impregnación de PTFE, suele ser una excelente opción. Esta combinación de empaquetadura tiene una relación costo-beneficio sobresaliente y es una de las mejores opciones para las industrias de pulpa y papel, azúcar y alcohol; todas ellas requieren una empaquetadura que pueda soportar medios granulares y abrasivos. Proporciona una alta durabilidad y resistencia al ataque químico sin desgastar o dañar el eje.
Por otro lado, en aplicaciones donde el color no es una gran preocupación, Teadit 2773 (fibra Novoloid con impregnación de PTFE y pasta de grafito) ha tenido éxito en el sellado de una variedad de medios abrasivos, como los que se encuentran en la industria del acero o en la fabricación de papel no blanqueado. También ha demostrado un rendimiento excelente en aplicaciones mineras. Tiene un desempeño notable en bombas utilizadas para escoria, pulpa de mineral, riego y plantas de tratamiento de aguas residuales.
Una opción para servicios más generales puede ser Teadit 2007, que incorpora el hilo propietario EG8G-S de PTFE/grafito. Esta empaquetadura combina la resistencia química del PTFE con las características de disipación del calor del grafito, permitiendo velocidades de eje mucho mayores que las empaquetaduras convencionales de PTFE. Sin embargo, es importante contactar al equipo de ingeniería de Teadit para evaluar primero las condiciones de la aplicación antes de especificar. Asimismo, Teadit 2202, una empaquetadura de carbono/grafito con esquinas reforzadas en el trenzado, puede ser otra buena opción general. El grafito tiene excelentes características de disipación de calor, y el refuerzo de fibra de carbono en las esquinas y el cuerpo de la empaquetadura la hace tres veces más resistente a la extrusión y le otorga mayor capacidad de manejo de presión en comparación con empaquetaduras de grafito flexible no reforzadas.
Camisas o bocines y ejes
Como última recomendación general, el uso de camisas y ejes fabricados con materiales metalúrgicos duros es siempre una buena opción en aplicaciones de slurry. Incluso la mejor empaquetadura mecánica puede fallar si la camisa o el eje están fabricados con metal blando. Una recomendación general de dureza para ejes y camisas es utilizar materiales con al menos 60 HRC.
Beneficios de una selección adecuada
Con los avances más recientes en materiales de empaquetadura y las innovaciones desarrolladas en Teadit a través de extensas iniciativas de investigación y desarrollo, las aplicaciones abrasivas ya no son costosas ni difíciles de sellar. Ya sea utilizando un solo material o una combinación de diferentes empaquetaduras, hay muchas opciones disponibles para controlar el desempeño y las exigencias ambientales de aplicaciones de slurry problemáticas. Si la aplicación se considera adecuadamente y se evalúa completamente, seleccionar los materiales apropiados puede generar ahorros importantes. Optar por un material de alto rendimiento diseñado específicamente para soportar el desgaste de aplicaciones de slurry compensará fácilmente el costo de una solución menos efectiva.
TEADIT en resumen
El Grupo Teadit es reconocido mundialmente como líder en el desarrollo y fabricación de productos innovadores para procesos críticos de sellado de fluidos. La amplia variedad de soluciones de sellado desarrolladas por Teadit ha sido una herramienta importante para muchas industrias, incluyendo petróleo y gas, procesamiento químico y generación de energía. Teadit ha ayudado a varias industrias a alcanzar el objetivo de un ambiente libre de emisiones dentro de sus instalaciones. Teadit invierte constantemente en investigación y desarrollo para mantenerse al día con la evolución de las necesidades de la industria.
Fuente:
Traducido del artículo de la revista PUMP ENGINEER 2022
Por Daniel Angulo and Angelica Pajkovic
