Motores de bomba para operaciones de agua y aguas residuales industriales y municipales

Ciertas aplicaciones de bombeo industriales y municipales requieren un motor que esté diseñado para estar completamente sumergido (pozo húmedo) o para operar en un entorno continuo en el aire (pozo seco). Una solución de motor sumergible permite que la aplicación de bombeo funcione mientras está completamente sumergida en un fluido o en áreas que son propensas a inundaciones intermitentes diarias (incluso hora a hora). No todos los motores pueden funcionar mientras están completamente sumergidos; hacerlo requiere características especiales para garantizar el rendimiento en aplicaciones de pozo húmedo y seco.

Una regla básica de seguridad eléctrica es que el agua y la electricidad no se mezclan; sin embargo, los motores de inducción de corriente alterna (CA) deben funcionar dentro o debajo del agua para operar bombas, mezcladores y aireadores en aplicaciones de agua industrial y aguas residuales. Los motores sumergibles deben diseñarse y fabricarse especialmente para evitar que el agua o los efluentes entren en contacto con cualquier parte del circuito eléctrico y, al mismo tiempo, brindar una vida útil prolongada en estas aplicaciones adversas.

Las ubicaciones de operación de estos motores son extremadamente exigentes, y las reparaciones y el mantenimiento pueden ser difíciles y llevar mucho tiempo. Aplicaciones tales como pozos de lodos con efluentes arenosos y arenosos; sistemas de drenaje de aguas pluviales; y, más comúnmente, las instalaciones de tratamiento de agua limpia y aguas residuales exigen que la línea de productos sumergibles esté diseñada y construida para soportar las condiciones sumergidas más duras.

Los fabricantes de motores generalmente ofrecen dos tipos de motores adecuados para operar en entornos de pozo húmedo y pozo seco en este segmento de mercado: sumergibles y sumergibles.

Los motores sumergibles generalmente están diseñados para operar continuamente en agua/efluentes y hasta 15 minutos en aire seco para aplicaciones de fosas húmedas. También se pueden diseñar para operar continuamente en el aire para aplicaciones de pozo seco. Los motores sumergibles se montan directamente en la voluta de la bomba, por lo que el fluido bombeado siempre lubrica el sello del extremo de transmisión exterior. Pueden operar en profundidades tan bajas como 160 pies y están disponibles tanto para ubicaciones peligrosas (Underwriters Laboratories [UL] División 1) como no peligrosas.

Las características de diseño típicas de los motores sumergibles incluyen una construcción de hierro fundido totalmente cerrada, sin ventilación (TENV), eje y hardware de acero inoxidable para resistencia a la corrosión, sellos de eje interior y exterior de montaje doble separados por una cámara llena de aceite, un sistema de detección de humedad y termostatos según lo requerido por UL División 1. Son adecuados para montaje vertical u horizontal. Los motores sumergibles generalmente están disponibles en stock, pero muchos se fabrican bajo pedido. Los sellos tándem en motores sumergibles para aplicaciones de pozo húmedo y seco deben operarse en condiciones húmedas (lubricadas por el fluido bombeado).

Los motores sumergibles están diseñados para operar continuamente en el aire para entornos de pozo seco u otras aplicaciones donde existe la posibilidad de inundación pero normalmente no ocurriría. Los motores sumergibles generalmente se montan en la bomba por medio de un marco de cojinete, un montaje de brida o una disposición de acoplamiento cerrado como los motores de bombas industriales estándar. Pueden operar continuamente sumergidos por hasta dos semanas a una profundidad máxima de 30 pies. Los motores sumergibles no suelen ser adecuados para ubicaciones peligrosas y se desarrollaron originalmente como una alternativa a los motores sumergibles continuos en el aire.

Los motores sumergibles generalmente cuentan con una construcción de hierro fundido totalmente cerrado, sin ventilación (TENV) o totalmente cerrado, enfriado por soplador (TEBC), calentadores de espacio, termostatos y sistemas de sellado especialmente diseñados. El diseño TEBC emplea un motor soplador separado que impulsa un ventilador externo para enfriamiento de velocidad constante. Están diseñados principalmente para montaje vertical con eje hacia abajo con soportes de extremo con cara C o base P como estándar, aunque pueden montarse horizontalmente bajo ciertas condiciones. A diferencia de los motores sumergibles, los sellos de eje de los motores sumergibles pueden funcionar en condiciones secas (sin necesidad de contacto con el fluido bombeado). Los motores sumergibles normalmente no están en inventario y se fabrican bajo pedido.

Se deben tener en cuenta varios factores al determinar la mejor solución para una aplicación o entorno de bombeo específico. Los factores clave incluyen el tipo de fluido, la profundidad sumergida, la duración y la frecuencia, la configuración de montaje requerida, los requisitos de certificación y la capacidad de servicio.

Los conjuntos de motor/bomba sumergible se utilizan principalmente para aplicaciones de tratamiento de agua y aguas residuales. Si bien los fabricantes de motores sumergibles ofrecen una variedad de tipos de caras de sellos mecánicos en tándem (cerámica de carbono, carburo de silicio, etc.) o sellos para lodos para manejar varios niveles de sólidos y viscosidades de fluidos, su uso se limita principalmente al agua o líquidos similares y fluidos ambientales. temperaturas de hasta 194 F (90 C). Los motores sumergibles ofrecen más flexibilidad en el tipo de líquido que se bombea ya que los sellos del motor no están en contacto directo con el líquido. Ni el motor sumergible ni el sumergible suelen ser adecuados para entornos altamente corrosivos.

Los fabricantes de motores utilizan principalmente una construcción de hierro fundido gris y herrajes de acero inoxidable de baja aleación que hacen que estos tipos de motores no sean aptos para el contacto directo con productos químicos agresivos u otros fluidos agresivos. Los fabricantes de equipos de bombeo suelen emplear bombas sumergibles con los motores montados sobre la llanura de inundación potencial en entornos altamente corrosivos para evitar el contacto directo entre los motores y el fluido.

Los motores sumergibles normalmente están diseñados para operación continua en líquido a una profundidad máxima de 160 pies y durante 15 minutos cuando operan en el aire. Los fabricantes también pueden diseñar motores sumergibles para que funcionen de forma continua en el aire aumentando el tamaño de la estructura frente a la clasificación de salida (caballos de fuerza o kilovatios) para lograr la disipación de calor necesaria cuando funcionan de forma continua en el aire en lugar de sumergidos en líquido. Los motores que están diseñados para un funcionamiento continuo en aire también son capaces de funcionar de forma continua en líquido, lo que los convierte en una solución ideal para entornos de pozo seco propensos a inundaciones frecuentes o que pueden inundarse durante períodos prolongados.

Los motores sumergibles están diseñados para operar continuamente en el aire y por lo general hasta dos semanas cuando se sumergen en líquido a una profundidad máxima de 30 pies. Debido a la profundidad limitada y el tiempo de operación limitado mientras están sumergidos, se recomiendan motores sumergibles para áreas donde las inundaciones son poco frecuentes y de corta duración.

Los motores sumergibles generalmente se montan en una configuración vertical con eje hacia abajo, pero también se pueden montar horizontalmente debido a su construcción TENV, si están orientados según las instrucciones del fabricante para garantizar el funcionamiento adecuado del sistema de detección de humedad.

Los motores TEBC sumergibles en los que el motor del ventilador externo está en el mismo eje que la extensión del eje del motor principal deben montarse en una configuración vertical con el eje hacia abajo para garantizar el funcionamiento adecuado del motor del ventilador hasta que el interruptor de flotador suministrado por el usuario lo desconecte. y el motor primario puede ser enfriado por el líquido. Dado que los motores TENV sumergibles no requieren un motor de ventilador externo, pueden montarse en una configuración vertical u horizontal.

Para aplicaciones de motores sumergibles que requieren una configuración de montaje horizontal que normalmente se proporcionaría como TEBC, los fabricantes recomiendan que el motor se proporcione como un diseño TENV para eliminar la necesidad de enfriar el motor externamente durante la operación continua en el aire. Esto normalmente requiere un tamaño de marco más grande que el estándar para la clasificación de salida. Si no es factible proporcionar el diseño TEBC como TENV debido a limitaciones de espacio o tamaño, se debe consultar al fabricante del motor acerca de otras opciones para proporcionar refrigeración externa al motor principal.

Una ventaja de especificar motores sumergibles sobre motores TEFC estándar en aplicaciones de bombas sumergibles es la capacidad de reducir la cantidad de componentes y la complejidad necesarios para montar el motor TEFC sobre la llanura aluvial.

La posibilidad de presencia de gases o líquidos inflamables y polvos combustibles puede afectar el diseño de los motores que funcionan en aplicaciones de agua y aguas residuales. El gas metano se forma por la descomposición de sólidos. Es potencialmente explosivo y podría requerir que un motor tenga una certificación UL División 1, Clase I, Grupo D u otras certificaciones similares para áreas peligrosas.

Los usuarios son responsables de especificar los requisitos de certificación de áreas peligrosas del motor. Las referencias típicas para estos requisitos incluyen la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA) 70, el Código Eléctrico Nacional (NEC), que define la clasificación de riesgo del espacio o envolvente o NFPA 820, la norma para la protección contra incendios en instalaciones de tratamiento y recolección de aguas residuales, que define el peligro y la clasificación para las áreas de proceso.

Los motores de bombas sumergibles con un ciclo de trabajo de aire de 15 minutos pueden funcionar en gases o vapores potencialmente explosivos cuando el pozo húmedo se está drenando, cuando el conjunto del motor de la bomba se está bajando al pozo y se necesita flujo para eliminar los sólidos de la descarga. para un asiento adecuado, cuando los controles de corte de bajo nivel fallan o cuando los sensores de bajo nivel están colocados en la parte inferior del conjunto de la bomba. Los motores sumergibles normalmente no se usan en lugares peligrosos y, por lo tanto, no están certificados para estas áreas, principalmente debido al tipo de conexión de la caja de conductos y al tipo de motores de ventilador que se usan para los diseños TEBC.

Los motores sumergibles para aplicaciones de pozo húmedo o pozo seco que se aplican correctamente y con dispositivos de monitoreo correctamente instalados no requieren una inspección periódica de los sellos del motor. El sistema de detección de humedad y la protección térmica brindan una advertencia anticipada de falla inminente y permiten al usuario planificar un programa de mantenimiento antes de que ocurra la falla. Ciertos diseños de motores sumergibles con certificaciones UL División 1 permiten el reemplazo del conjunto del conector del cable y el sello inferior/externo en diseños de sello en tándem sin negar la certificación UL.

Otros tipos de reparaciones o modificaciones pueden requerir que la unidad sea devuelta a un centro de servicio autorizado por la agencia. Se debe consultar al fabricante antes de cualquier actividad de reparación o modificación en motores certificados para ubicaciones peligrosas.

Dado que los motores sumergibles diseñados para aplicaciones de fosas secas también son capaces de operar continuamente mientras están sumergidos, no se requieren inspecciones ni procedimientos de mantenimiento adicionales para volver a poner los motores en servicio cuando disminuye la inundación.

Los motores sumergibles suelen estar diseñados para funcionar hasta 14 días cuando se sumergen a una profundidad máxima de 30 pies. Cuando el motor se sumerge, un interruptor de flotador desconecta la alimentación del motor del ventilador externo en los diseños TEBC y luego el líquido enfría el motor. Cada vez que se opera el motor (TEBC o TENV) en un ambiente inundado, se debe desarmar y realizar el mantenimiento según las recomendaciones del fabricante. Los elementos típicos para inspección y/o reemplazo incluyen cojinetes, juntas tóricas en soportes, sellos de eje y lubricantes.

Si el motor del ventilador en los diseños TEBC está sumergido, también debe recibir servicio. Los fabricantes suelen proporcionar un motor soplador de servicio de lavado (Protección de entrada [IP] 55) como estándar, que normalmente debe reemplazarse antes de volver a poner en servicio el motor TEBC. Los fabricantes de motores pueden ofrecer un diseño de motor de soplador sumergible como una mejora. Estos motores de soplador sumergibles generalmente requieren inspección y reelaboración por parte de un centro de reparación aprobado antes de volver a ponerlos en servicio.

Bob Perdue es gerente de productos - productos especiales para la División de Motores NEMA de ABB