Bomba química
¿Qué es una bomba química?
Una bomba química hace referencia a una amplia categoría de bombas que se utilizan para transferir, mezclar o dispensar productos químicos en un sistema. Una bomba química puede ser centrífuga o de desplazamiento positivo. La bomba se utiliza a menudo cuando el producto químico a transferir es corrosivo o abrasivo, por lo que no puede utilizarse con bombas convencionales. Una bomba química se aplica a una variedad de líquidos industriales, incluyendo líquido sulfúrico, ácido acético, ácido sulfúrico, metano, hipoclorito de sodio, sulfato de sodio. Las bombas químicas encuentran aplicaciones en diversas industrias, como la química, la petroquímica y la alimentaria. También se utilizan en sistemas de calefacción de alta temperatura y aplicaciones externas de refinerías.
Para soportar la naturaleza tóxica, corrosiva y peligrosa de los productos químicos, los fabricantes de bombas químicas utilizan materiales muy resistentes en el diseño de varios componentes de la bomba, como la carcasa y el impulsor. Una bomba química puede funcionar con motores de CA o CC, motores diésel o de gasolina y turbinas de vapor o agua. En la mayoría de los casos, una bomba química centrífuga tiene un diseño de una sola etapa sin capacidad de autocebado. El diseño de bombas químicas para aplicaciones especiales, como productos químicos extremadamente calientes o fríos, implica el uso de cubiertas de carcasa calentables o enfriables. Generalmente, los fabricantes de bombas químicas utilizan metales no corrosivos o materiales no metálicos para construir las partes húmedas de la bomba. Alternativamente, las partes húmedas pueden recubrirse con esmalte, caucho resistente o plástico. Los fabricantes de bombas químicas a menudo están obligados por ley a cumplir las especificaciones del Instituto Nacional Americano de Normalización (ANSI).
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Piezas principales de la bomba química
Motor principal
El motor primario es la principal fuente de energía de una bomba química. Proporciona la potencia necesaria para hacer girar el eje y los componentes del rotor de la bomba. Dependiendo del tipo de bomba química, un motor primario puede ser un motor de CA o CC, un motor diésel o de gasolina, aire comprimido, turbina de vapor, etc.
Carcasa de la bomba
La carcasa de la bomba aloja el impulsor o los componentes de desplazamiento de la bomba. La función principal de la carcasa de la bomba es sellar los interiores de la bomba del entorno exterior, retener la presión y evitar fugas.
Rodete o componentes de desplazamiento
Los tipos de bombas centrífugas para productos químicos utilizan un impulsor para transmitir energía cinética y acelerar el producto químico de bombeo. Las bombas de desplazamiento positivo están equipadas con componentes de desplazamiento como lóbulos, engranajes o paletas para impartir energía cinética al producto químico bombeado, mientras que los tipos de bombas químicas de desplazamiento alternativo utilizan el movimiento de vaivén de un diafragma, pistón o émbolo para lograr la misma función. Una bomba química consta de un impulsor auxiliar para mantener el paso del eje libre del producto químico bombeado durante el funcionamiento.
Eje
Los ejes de la bomba transmiten el par mecánico al impulsor de la bomba química centrífuga o a los componentes de desplazamiento de las bombas rotativas de desplazamiento positivo. El eje de la bomba puede ser el propio impulsor principal o puede estar conectado al eje del impulsor mediante un acoplamiento. Cuando el eje de la bomba debe pasar a través de la carcasa, suele estar equipado con retenes para evitar fugas del producto químico durante el funcionamiento y cuando la bomba está parada. Los cierres del eje más comunes son los cierres mecánicos simples y dobles. La bomba química de eje también contiene cierres auxiliares para evitar eficazmente las fugas de producto químico durante la parada de la bomba.
Tubo de aspiración
Se utiliza una tubería de aspiración para transportar los productos químicos del depósito a la carcasa de la bomba. Conecta las entradas de la bomba con el depósito de productos químicos.
Tubería de suministro
Una tubería de suministro se utiliza para descargar o inyectar productos químicos en el lugar deseado. Conecta la salida de la bomba con el depósito donde se va a suministrar el producto químico.
Sistema de control
Dependiendo de la aplicación, una bomba Química puede estar equipada con un sistema de control para mejorar la precisión de la bomba en su funcionamiento. El sistema de control enciende y apaga la bomba en el periodo designado. Un sistema de control puede ser un simple dispositivo, como un interruptor de control, o un programa complejo, como un sistema de supervisión, control y adquisición de datos (SCADA). Un sistema de control se utiliza habitualmente con bombas dosificadoras de productos químicos y bombas de diafragma.
¿Cómo funciona una bomba química?
Como ya se ha dicho, las bombas químicas son diversas y cada tipo tiene un mecanismo de funcionamiento diferente. En esta sección, por lo tanto, vamos a limitarnos al principio de funcionamiento de una Bomba centrífuga química. Una bomba centrífuga química funciona mediante la transferencia de energía rotacional de un impulsor al producto químico que se va a bombear. La energía de rotación del impulsor procede de un motor de CA o CC. Al girar el impulsor, se crea un vacío dentro de la carcasa de la bomba y el producto químico es atraído hacia el ojo del impulsor. A medida que el producto químico atraviesa el impulsor, se le imparte cierta energía cinética y se acelera radialmente hacia el exterior, hacia la cámara de voluta, a gran velocidad. En la cámara de voluta, la energía cinética del producto químico se convierte en una cabeza de presión a medida que el producto químico se dirige a la tubería de suministro para ser trasladado al lugar deseado.
Bombas químicas Tipos
Los fabricantes de bombas químicas ofrecen varios tipos de bombas químicas que permiten distribuir productos químicos de forma segura y eficaz en diversas situaciones. En general, las bombas químicas pueden clasificarse como bombas centrífugas o bombas de desplazamiento positivo. El tipo más adecuado para cualquier aplicación depende de los requisitos específicos de dicha aplicación.
Bomba centrífuga para productos químicos
Este tipo de bomba química transfiere el fluido creando un vacío mediante un impulsor rotativo. La fuerza de giro del impulsor se genera por la interacción entre los campos electromagnéticos de los devanados del rotor y el campo electromagnético secundario de los devanados del estator. La rotación del impulsor crea un vacío y una cámara de voluta sellada se llena de productos químicos. La alta velocidad a la que esta bomba transporta los productos químicos la hace muy eficaz para el transporte de productos químicos peligrosos y corrosivos.
Bomba de accionamiento magnético
Este tipo de bomba química emplea un circuito magnético giratorio para hacer girar el impulsor. En una bomba de accionamiento magnético, el impulsor y el fluido de bombeo están contenidos dentro de una carcasa sellada. El principio de funcionamiento de esta bomba se basa en la atracción entre los imanes interior y exterior de las bombas, que provocan la rotación del eje del motor y el impulsor de la bomba. Las fuerzas centrífugas que actúan sobre el impulsor de la bomba permiten la transferencia de productos químicos dentro del sistema. La mayor parte del producto químico entra en la carcasa de contención, donde se divide radialmente y fluye a través del espacio anular entre el anillo magnético interior y el tubo de la carcasa de contención. A continuación, el flujo vuelve a la voluta de la carcasa, donde circula, su presión disminuye y la temperatura aumenta. Una bomba de accionamiento magnético es la más adecuada para trasvasar productos químicos corrosivos y agresivos.
Fig: Diagrama esquemático de una bomba de accionamiento magnético (créditos de la imagen: michael-smith-engineers.co.uk)
Una bomba de accionamiento magnético elimina la necesidad de sellado del eje porque el accionamiento del motor y el accionamiento de la bomba están conectados mediante una conexión magnética, lo que significa que no hay ninguna vía directa o indirecta a través de la cual puedan producirse fugas de productos químicos. Por lo tanto, estas bombas son adecuadas para el trasvase de productos químicos altamente corrosivos o productos nocivos para los que están prohibidas las fugas al medio ambiente. Las aplicaciones típicas incluyen la descarga de camiones cisterna, la alimentación de reactores y el proceso químico por lotes.
Bomba dosificadora de productos químicos
Una bomba dosificadora de productos químicos, también conocida como bomba dosificadora de productos químicos, es una bomba de desplazamiento positivo que se utiliza para inyectar productos químicos u otras sustancias en un flujo de agua, gas o vapor. Una bomba dosificadora toma una cantidad medida de producto químico en su cámara y la inyecta en un depósito o tubería que contiene el fluido al que se va a inyectar el producto químico. Este tipo de bomba obtiene su energía de un motor eléctrico o de un actuador neumático. También incluye una unidad de control para encender o apagar la bomba y regular el caudal de producto químico. Este tipo de bombas químicas suelen tener un tamaño muy reducido, pero son capaces de producir un caudal preciso de productos químicos. Constituyen partes fundamentales de un sistema de dosificación integrado, que se utiliza para la eliminación automática de productos químicos. Se utilizan habitualmente en una amplia gama de industrias, como la alimentaria, la de tratamiento de aguas residuales y muchas más.
Fig: Bomba dosificadora para tratamiento de aguas (créditos de la imagen: minimaxpumps.com)
Barril o bomba de barril
Este tipo de bomba química se utiliza para mover con seguridad productos químicos y ácidos de recipientes como barriles y bidones. Suele colocarse en la abertura superior del bidón o barril. Una bomba para bidones es adecuada para aplicaciones de pequeño volumen. Por ejemplo, para trasvasar 100 ó 200 litros de productos químicos y reactivos de forma segura y eficaz. Una bomba para barril tiene 3 componentes principales: sección de bombeo, tubo de inmersión y sección de bombeo.
Bomba neumática de doble membrana
Este tipo de bomba química contiene dos membranas alternativas, un eje y una cámara de líquido. Se clasifica dentro de los tipos de bombas alternativas de desplazamiento positivo. Las dos membranas flexibles están conectadas por un eje en la sección central donde se encuentra una válvula. Durante el funcionamiento, el tren de potencia de la bomba obliga a las membranas flexibles a deformarse y, como resultado, el volumen de la cámara de líquido se altera y los productos químicos entran y son expulsados a través de la bomba. En esta bomba, la aparición de reflujo se evita mediante el uso de una válvula de retención de descarga. Este tipo de bomba química requiere poco sellado o lubricación. Por ello, son adecuadas para aplicaciones en las que la corriente química debe conservar un alto grado de pureza de los compuestos. Una bomba de doble diafragma accionada por aire también se conoce como bomba de diafragma o bomba de membrana. También son autocebantes y adecuadas para fluidos viscosos. Estas bombas se utilizan habitualmente para trasvasar fluidos abrasivos, incluidos ácidos y productos químicos.
Bomba de lóbulos
Una bomba lobular es una bomba rotativa de desplazamiento positivo que funciona basándose en la contrarrotación de los lóbulos dentro de una carcasa de bomba. El principio de funcionamiento de las bombas lobulares es muy similar al de las bombas de engranajes externos. La única diferencia es que los lóbulos no entran en contacto durante la rotación porque son accionados por engranajes externos alojados en la caja de engranajes. Cuando los lóbulos se desengranan, crean un volumen en expansión en el lado de entrada de la bomba. El producto químico de bombeo fluye hacia la cavidad, donde queda atrapado por los lóbulos y es transportado a través del espacio anular entre los lóbulos y la carcasa. Cuando los lóbulos se engranan de nuevo, fuerzan el producto químico a través del puerto de salida a alta presión. Los fabricantes de bombas químicas recomiendan estas bombas para la manipulación de productos químicos de baja viscosidad porque los lóbulos no hacen ningún contacto y su holgura es significativamente mayor en comparación con la holgura de otras bombas de desplazamiento positivo.
Figura: Bomba de lóbulos en funcionamiento (créditos de la imagen: learnmech.com)
Ventajas de la bomba química
- alta resistencia a la corrosión, por tanto, adecuada para manipular sustancias peligrosas y altamente corrosivas
- Larga vida útil
- alta eficiencia energética
- bajo mantenimiento rutinario
- Versatilidad de tamaños y aplicaciones- Disponibles en una amplia variedad de tamaños y tipos para ofrecer soluciones a múltiples aplicaciones. Proporcionan la opción de mover el fluido de diversas maneras
- alta fiabilidad
- durabilidad- las bombas químicas son más duraderas que las bombas convencionales
- las bombas químicas de desplazamiento positivo, como las bombas de diafragma, pueden mover productos químicos de mayor viscosidad
Desventajas de la bomba química
- Caro
- alto coste de instalación inicial
- Las bombas químicas de desplazamiento positivo son complejas y difíciles de mantener
- El funcionamiento de la bomba puede ser ruidoso y vibratorio
- La bomba centrífuga para productos químicos carece de capacidad de autocebado
- La bomba centrífuga química no puede trabajar a alta velocidad
Desventajas de una bomba centrífuga
Una bomba centrífuga no está exenta de inconvenientes y a continuación se destacan algunas de las desventajas de utilizar una bomba centrífuga
- La bomba puede sobrecalentarse
- Puede sufrir pérdida de energía debido al acoplamiento magnético
- Una carga intensa puede averiar la bomba
- La bomba es propensa a oxidarse, lo que puede causar daños.
Aplicaciones de bombas químicas
Las bombas químicas tienen una gran variedad de aplicaciones, no sólo en industrias químicas sino también en industrias no químicas. Entre las aplicaciones de la bomba en la industria no química se incluyen las siguientes:
- En la piscina: se utiliza una bomba química para añadir cloro a los niveles requeridos.
- En una central eléctrica, se utilizan bombas químicas para inyectar los productos químicos necesarios en determinados puntos del proceso de producción de energía.
- En HVAC: se utiliza una bomba química para comprobar o rellenar freón u otros productos químicos necesarios para el proceso.
Otras industrias en las que se utilizan bombas químicas son:
- Depuradoras de agua
- Pulverización aérea
- Agricultura
- Tratamiento de lodos
- Biocarburantes
- Nuclear
- Petróleo y gas para el bombeo de petróleo crudo, lodo, etc.
- Construcción
- Procesado de alimentos
- Minería
- Farmacéutica
- Industria papelera
- Aguas residuales
Solución de problemas de bombas dosificadoras de productos químicos
Fallo de bombeo
- Fuga en el lado de aspiración de la bomba
- bajo nivel de aspiración
- rotura de diafragma
- Junta desgastada en los asientos de las válvulas
- Cabeza de bomba agrietada
- La cabeza de la bomba contiene aire
- Avería en el cableado y en la tarjeta electrónica de control.
Pérdida de residuos químicos
- el recipiente de la solución está seco
- escalado en el punto de entrega
- ajuste muy bajo de la bomba
Exceso de productos químicos
- uso de un producto químico muy rico en el recipiente
- sifonaje químico en la línea principal
- ajuste muy alto de la bomba
La bomba no se ceba o pierde el cebado
- válvula de retención obstruida
- válvula antirretorno mal sellada
- Exceso de presión en la descarga
- Altura de aspiración demasiado elevada
Resumen
Este artículo trata de la bomba química, los tipos de bombas químicas y el mecanismo de funcionamiento. El artículo también destaca la aplicación general de las bombas químicas, no sólo en la industria química sino también en otras industrias, y las ventajas y desventajas. La bomba química se ha descrito como una amplia categoría de bombas utilizadas en las industrias para transferir, mezclar o dispensar productos químicos en un sistema.
Los fabricantes de bombas químicas las clasifican en dos grandes categorías: bombas químicas centrífugas y bombas químicas de desplazamiento positivo. Las bombas químicas centrífugas transfieren el producto químico convirtiendo la energía rotacional de un rotor accionado por motor, conocido como impulsor, en energía cinética y de presión del producto químico. Por otro lado, las bombas de desplazamiento positivo convierten la energía de los componentes de desplazamiento, como el diafragma, el pistón o los lóbulos, en energía de presión de la sustancia química para moverla a través del sistema. Entre los tipos de bombas químicas de desplazamiento positivo se incluyen las bombas químicas de lóbulos, las bombas dosificadoras de productos químicos y las bombas neumáticas de doble diafragma. Según el fabricante de bombas químicas, cada tipo de bomba química tiene sus características que la hacen más adecuada para una aplicación concreta en comparación con las demás bombas. Por ejemplo, una bomba química centrífuga es adecuada para productos químicos de baja viscosidad, mientras que una bomba química de desplazamiento positivo es más adecuada para productos químicos de alta viscosidad en los que se requiere mucha energía para el proceso de bombeo. Las principales industrias que utilizan bombas químicas son las del petróleo y el gas, la farmacéutica, la de procesamiento de lodos, la alimentaria, la de energía nuclear y la de biocombustibles.
Algunas de las ventajas de las bombas químicas son su alta resistencia a la corrosión, su longevidad y su versatilidad en cuanto a tamaño y aplicaciones. Sin embargo, las bombas químicas también tienen varios inconvenientes, como el elevado coste inicial de instalación y mantenimiento, el funcionamiento ruidoso y vibratorio, las bombas de desplazamiento positivo tienen una construcción compleja y, por tanto, son difíciles de mantener. Además, la bomba química centrífuga requiere un cebado manual inicial y no puede funcionar a alta velocidad.