Maneje productos químicos abrasivos con el diafragma de bomba adecuado

Las bombas de diafragma accionadas por aire se utilizan en muchas aplicaciones que requieren resistencia química y abrasiva. Cuando se necesitan ambos, normalmente se utiliza un elastómero con cierta resistencia química o un diafragma de politetrafluoroetileno (PTFE) con un respaldo de elastómero.

El problema con la mayoría de los diafragmas de elastómero en aplicaciones de químicos abrasivos es que eventualmente se debilitan por el ataque químico y la erosión de los abrasivos. Esto da como resultado una pérdida de resistencia a la tracción y durómetro, haciéndolos vulnerables a la ruptura y desintegración en el medio.

Los diafragmas de PTFE pueden proporcionar una resistencia química superior, pero menos resistencia a la abrasión y flexibilidad que los diafragmas de elastómero. Varios factores influyen en la resistencia a la abrasión y la flexibilidad del PTFE.

La mayoría de los fabricantes de diafragmas utilizan un PTFE biselado fabricado a partir de un material convencional o modificado, los cuales ofrecen una fuerte resistencia química. El PTFE convencional es altamente cristalino y tiene menos flexibilidad que el PTFE modificado. El PTFE modificado tiende a tener menos resistencia a la abrasión debido a su estructura amorfa.

El PTFE expandido y tensilizado, o ePTFE, se fabrica mediante un proceso patentado. El ePTFE proporciona dureza y resistencia a la abrasión, mientras que un respaldo de goma brinda flexibilidad.

Se realizaron pruebas internas para comparar el rendimiento de los diafragmas compuestos de ePTFE con diafragmas de PTFE de dos piezas con respaldo de goma (consulte las Imágenes 1-5). Se trataba de dos bombas idénticas de doble diafragma operadas por aire de entrada y salida de 1,5 pulgadas (AODD) a la misma elevación y presiones de entrada de aire, entrada de medios y salida. Uno estaba equipado con un diafragma compuesto de ePTFE y el otro con un diafragma de dos piezas con PTFE hacia el medio y un elastómero termoplástico hacia el lado del aire.

El medio era una suspensión de una parte de abrasivos y 70 partes de agua. Los medios abrasivos consistían en entre un 41 y un 53 por ciento de dióxido de silicio, entre un 7 y un 31 por ciento de óxido de hierro, entre un 17 y un 25 por ciento de óxido de aluminio y entre un 3 y un 15 por ciento de óxido de calcio con trazas de diversos materiales inorgánicos.

Muchos usuarios de bombas de diafragma accionadas por aire encuentran problemas con los abrasivos y productos químicos en el medio. Estos problemas resultan en costosos tiempos de inactividad, daños a los equipos, costos de mantenimiento y reparación y pérdida de producción.

Se debe contactar a un ingeniero de aplicaciones o al fabricante de bombas al seleccionar un diafragma. Los diafragmas compuestos de ePTFE de una sola pieza resisten el ataque químico y la desintegración física de los abrasivos para brindar una vida útil prolongada, productividad mejorada y mayor seguridad. Cuatro ejemplos muestran empresas resolviendo problemas utilizando diafragmas compuestos de ePTFE.

Delta Tech Service Inc. en Benicia, California, se especializa en descontaminar equipos de refinería de petróleo. La empresa diseña y fabrica patines que utilizan dos bombas AODD de 3 pulgadas unidas en los colectores, lo que permite a los usuarios operar simultáneamente una o ambas bombas.

Uno de los desafíos en el campo fue la corta vida útil de los diafragmas de fluoroelastómero que venían con las bombas. Se utilizaron monómero de etileno propileno dieno (EPDM) y diafragmas de PTFE biselados convencionales con respaldo de elastómero termoplástico, pero ninguno duró más de un período de alquiler de 30 días (ver Imágenes 6-7).

Luego, Delta Tech probó un conjunto inicial de diafragmas compuestos de ePTFE que duraron más de 90 días, más de cuatro veces la vida útil de los diafragmas de EPDM y PTFE/elastómero de dos piezas. La mayoría de las aplicaciones de bombas de Delta Tech involucraban polvo de coque, condensado y diversos agentes químicos de limpieza, que pueden ablandar el elastómero termoplástico y romper el PTFE.

Al cambiar a diafragmas compuestos de ePTFE de una sola pieza, la empresa obtuvo ahorros significativos en costos de mantenimiento y tiempo de inactividad del sistema.

La extracción de metales de un proceso de refinación requiere bombas que puedan mover diversos productos químicos, fragmentos de metal y partículas de polvo. Una empresa con sede en EE. UU. que se especializa en la extracción de zinc utiliza 10 bombas AODD para mover lodos de ácido sulfúrico (hasta una concentración del 90 por ciento), ácido clorhídrico (hasta una concentración del 36 por ciento), ácido di-(2-etilhexil)fosfórico ( D2EHPA), queroseno, polvo metálico y escamas metálicas. Se utilizaron bombas AODD debido a su capacidad para manejar sólidos y trasladarse a diferentes áreas del proceso.

Los abrasivos en los medios redujeron drásticamente la vida útil del diafragma. Inicialmente, la empresa utilizó diafragmas de PTFE de dos piezas con respaldo de goma, lo que desarrolló áreas concentradas de desgaste que se agrietaron y descamaron en los medios del proceso y los motores de las bombas. El PTFE fue forzado hacia el lado de aire de las bombas, lo que dañó sus secciones de distribución de aire y le costó a la empresa más de $5,000 por bomba en tiempo de inactividad, reparaciones y otros costos.

El distribuidor de mantenimiento, reparación y operaciones (MRO) de la empresa sugirió utilizar un diafragma compuesto de ePTFE con nervaduras moldeadas para reducir los puntos de flexión concentrados y comparar su rendimiento con los diafragmas que habían estado utilizando.

Después de cinco semanas de funcionamiento, se retiraron los dos tipos de diafragmas de las bombas y se examinaron (ver Imágenes 8-9).

El diafragma compuesto de ePTFE no mostró marcas de pliegues ni signos de desgaste significativo o ataque químico. El diafragma de dos piezas fue destrozado por las escamas de metal y el respaldo de elastómero tenía indicios de desgaste y ataque químico, lo que finalmente provocó la ruptura y que pedazos del diafragma se mezclaran con el medio. Debido a que el diafragma compuesto está unido, el ePTFE no se desintegra fácilmente ni ingresa al medio.

Los diafragmas compuestos de ePTFE duraron más de siete meses, mientras que los diafragmas elastoméricos y de PTFE convencionales de dos piezas originales duraron un promedio de cinco semanas.

Una empresa minera de metales preciosos quería mejorar la vida útil de los diafragmas de sus bombas AOD verticales. Estas bombas operaron al aire libre a temperaturas que oscilaban entre 15 y 100 F y una presión de entrada de 40 libras por pulgada cuadrada (psi) durante más de 20 horas a la semana. Los medios normalmente consistían en una concentración de ácido fluorhídrico del 70 por ciento.

La empresa utilizó caucho sintético de polietileno clorosulfonado hasta que el fabricante principal lo suspendió antes de probar con fluoroelastómero y EPDM como reemplazos. Estos diafragmas debían ser reemplazados cada cuatro semanas. Cada reemplazo requirió dos empleados que trabajaron un promedio de siete horas. Esto sumaba 22,75 días laborales al año por bomba.

El jefe de mantenimiento de la empresa seleccionó un diafragma compuesto de ePTFE. Se probó durante seis meses y la empresa modernizó sus bombas con diafragmas compuestos de ePTFE. Ahora, con un programa de mantenimiento de rutina en el que los diafragmas se reemplazan cada seis meses, la empresa está experimentando una mayor eficiencia como resultado de un menor desgaste de sus bombas y sistemas, menos tiempo de inactividad y un mantenimiento reducido. También es menos probable que los empleados estén expuestos a ácidos altamente corrosivos mientras reparan las bombas.

Un importante fabricante de automóviles de EE. UU. utilizaba principalmente bombas AODD para mover ácidos fosfórico, sulfúrico y clorhídrico y una suspensión abrasiva de suciedad y escamas de metal. La temperatura de los medios osciló entre 100 y 120 F.

La empresa utilizaba bombas AODD de media a 3 pulgadas con una vida útil de diafragma variada. Usaban diafragmas de elastómero y PTFE biselados convencionales de dos piezas con una vida promedio de tres meses. Sin embargo, finalmente la empresa seleccionó diafragmas compuestos de ePTFE como una alternativa más duradera.

Comenzaron las pruebas y la diferencia se notó en unos meses. El PTFE ya no se estaba fragmentando y escindiendo en los medios de comunicación; el desgaste de las escamas de metal se redujo considerablemente; y el caucho no estaba siendo atacado por el ácido fosfórico. Con base en los resultados de estas pruebas, la compañía comenzó a cambiar los diafragmas defectuosos por diafragmas compuestos de ePTFE, extendiendo la vida útil del diafragma de tres meses a 18 a 24 meses y reduciendo el tiempo de inactividad en más del 80 por ciento.

Michael Brooks es el ingeniero de aplicaciones para diafragmas de bombas y válvulas de Garlock Sealing Technologies. Puede comunicarse con él en [email protected] o al 1-800-448-6688.