El diseño más simple de la bomba de aireación reduce los requisitos de mantenimiento

Por Mike Santora | 22 de mayo de 2023

Hay momentos en que los usuarios de bombas prefieren un diseño de bomba simple y menos mantenimiento, especialmente en aplicaciones de aguas residuales sucias y sucias.

Tal fue el caso del operador de una planta de aguas residuales en Sudáfrica, al que se llamaba cada dos semanas para retirar, desmontar y limpiar las bombas de aguas residuales en una u otra de las instalaciones que mantiene la empresa.

Las bombas de aireación flotan en las represas de tratamiento de aguas residuales y aseguran que se produzca la descomposición química del agua sucia antes de que las aguas residuales se traten más. Las bombas aseguran que el agua permanezca oxigenada y que haya una descomposición aeróbica en lugar de una descomposición anaeróbica, que generalmente genera gases volátiles y venenosos como el metano.

El diseño de la bomba que estaba en su lugar era un diseño de bomba de eje vertical estándar con una salida de entre 5 kW y 10 kW.

Sin embargo, el diseño de los rodamientos era complejo y propenso a fallar antes de la introducción de los materiales Vesconite.

El diseño del cojinete del eje principal constaba de un cojinete de bolas con sellos mecánicos de carbono a cada lado y el cojinete de bolas estaba lubricado con aceite que se alimentaba a presión al sistema, de modo que la presión del aceite era mayor que la presión del agua en cualquiera de los dos. lado de los sellos de carbono, describe Pertrus Fourie, ingeniero de Vesconite Bearings.

El principal problema era que los sellos de carbón recogerían la suciedad y la mugre que había en el agua naturalmente abrasiva y se erosionarían. Entonces, los sellos fallarían y las aguas residuales entrarían en el cojinete de bolas.

"Cualquiera que haya trabajado con rodamientos de bolas sabrá que los rodamientos de bolas y el agua no son amigos", describe Fourie.

"Si les llega agua en algún lugar cerca de ellos, se corroen muy rápido, especialmente si es agua abrasiva", dice.

Es este problema el que provocó que las bombas se agarrotaran o apagaran debido a que fallaron los cojinetes de bolas, y esto resultó en que la compañía de bombas de aireación fuera llamada cada dos o tres semanas para el mantenimiento de la bomba.

Luego, el mantenimiento requería pescar la bomba fuera de las aguas residuales; abriéndolo; limpiando toda el agua y la suciedad que quedó atrapada en el interior; y reemplazando los rodamientos de bolas.

Luego, la compañía de bombas de aireación se acercó a Vesconite Bearings en busca de una solución y Vesconite Bearings y el fabricante del equipo original (OEM) de la bomba pasaron por varias iteraciones de diseño antes de finalizar un diseño apropiado y efectivo.

El primer diseño involucró el reemplazo del cojinete de bolas, dos sellos de carbono y el sistema de lubricación con un buje Vesconite Hilube resistente al desgaste y sin dilatación en la carcasa existente.

El diseño era un cojinete de empuje y un cojinete de guía radial combinados: un cojinete de eje principal y un cojinete de empuje combinados, por lo que tiene caras de funcionamiento tanto axiales como radiales.

"Propusimos un diseño de cojinete con brida en el que básicamente un escalón del eje se asentaría sobre la brida", afirma Fourie.

"El eje vertical se asentaría sobre la brida para absorber las fuerzas verticales, las fuerzas axiales, y luego tendría el buje que absorbería las fuerzas laterales o las fuerzas radiales", dice.

"En una bomba que usa cojinetes lisos desde el principio, tiene una arandela de empuje o un anillo de desgaste separados y un cojinete del eje principal", señala Fourie.

"Pero aquí hibridamos las dos partes", dice y señala que, debido a que los cojinetes de bolas absorbieron la fuerza axial, Vesconite Bearings diseñó un buje plano que también absorbió la fuerza axial.

Sin embargo, el primer diseño resultó inadecuado en las pruebas en un banco de pruebas con agua sucia en el taller de la empresa OEM.

Nada del agua que siguió a través de la bomba llegó a la cara de la brida y esto resultó en que esa cara en particular escuchara por casualidad y se derritiera.

"Sugerí que la empresa de bombas cortara algunas ranuras en la cara de la brida para permitir que el agua pasara", señala Fourie.

"También sugerí que agregaran un collar de acero inoxidable al eje, lo que aumentaría el área sobre la que se aplicaba la fuerza axial", dice, y agrega que, si aumenta el área, disminuiría la presión y disminuiría la presión total. carga sobre el rodamiento para que sea menos probable que se sobrecaliente.

Este segundo diseño funcionó mejor, pero un par de ranuras se bloquearon en la cara axial debido al agua sucia y, nuevamente, eso resultó en el sobrecalentamiento del rodamiento.

Fourie alteró aún más el diseño y sugirió que el OEM de la bomba cambiara el material de su cojinete por el material de cojinete de grado más alto de Vesconite Bearings, Vesconite Superlube, que es conocido por su fricción ultrabaja y su extrema resistencia al desgaste.

Su diseño también incluyó ranuras adicionales, tamaños de ranura aumentados y orificios a través de la brida de acero inoxidable que descansa sobre la cara axial del cojinete para permitir que fluya más agua a través del cojinete.

La tercera iteración del diseño ha demostrado ser un encanto y la empresa sudafricana de aguas residuales está satisfecha con el rendimiento de su bomba.

La mejora exacta de la vida útil aún no se ha cuantificado, ya que las bombas que se instalaron con el último diseño de cojinetes todavía están en funcionamiento y se instalaron en octubre de 2023.

Otras ventajas incluyen que la compañía ha reducido la lubricación con aceite que, antes de la introducción de Vesconite Superlube, se realizaba cada cuatro a seis semanas dependiendo de la calidad del agua y actualmente se lleva a cabo entre cuatro y seis meses con Vesconite Superlube, dice la empresa de aguas residuales. director, quien agrega que la compañía aún está decidiendo un programa de mantenimiento final aceptable para la aplicación Vesconite Superlube.

Además, la solución de Vesconite Bearings dio como resultado la eliminación de los sellos de carbono y los cojinetes de bolas, lo que hizo que el sistema fuera mucho menos complejo y permitió menos áreas problemáticas, al mismo tiempo que abarató el sistema de cojinetes debido a la reducción en la cantidad de componentes.

El director de operaciones de la empresa de aguas residuales señala que estima que la solución Vesconite Superlube cuesta dos tercios del costo de los cojinetes y sellos reemplazados, con ahorros adicionales para el usuario final ya que han reducido el tiempo de inactividad, la mano de obra y los costos de servicio.

La empresa aumentó la vida útil de los rodamientos y redujo sus costos de funcionamiento. La compañía también ha indicado que es más fácil realizar el mantenimiento porque es más sencillo reemplazar un buje plano que reemplazar los sellos de carbono y los cojinetes de bolas que estaban presentes en el diseño anterior.

"Hay muchos menos lugares para que se acumule la suciedad, por lo que el trabajo de los ingenieros es un poco menos desordenado", afirma Fourie.

El principal material para rodamientos de Vesconite, Vesconite Superlube, es un producto de nicho que está hecho para aplicaciones de nicho como esta, que se caracteriza por agua extremadamente abrasiva y sucia.

La baja fricción del material, que es inferior a la del PTFE virgen, es directamente proporcional a la baja tasa de desgaste del material.

“La baja fricción también tiene la ventaja de que genera menos calor”, describe Fourie.

"Si tiene alguna aplicación que tiende a sobrecalentarse y se desgasta demasiado rápido, Vesconite Superlube es el reemplazo ideal porque genera menos calor y se desgasta con menos rapidez", agrega.

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