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

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

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 bajo el 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, proporcionar una larga vida útil en estas aplicaciones difíciles.

Las ubicaciones de funcionamiento de estos motores son extremadamente exigentes y las reparaciones y el mantenimiento pueden resultar 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 ambientes de pozo húmedo y seco en este segmento de mercado: sumergibles y sumergibles.

Los motores sumergibles generalmente están diseñados para funcionar continuamente en agua/efluentes y hasta 15 minutos en aire seco para aplicaciones de pozo húmedo. También pueden diseñarse para funcionar continuamente en 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 exterior del extremo impulsor. Pueden operar a profundidades tan bajas como 160 pies y están disponibles tanto para ubicaciones peligrosas (Underwriters Laboratories [UL] División 1) como para ubicaciones no peligrosas.

Las características de diseño típicas de los motores sumergibles incluyen una construcción de hierro fundido totalmente cerrada y no ventilada (TENV), eje y herrajes de acero inoxidable para resistencia a la corrosión, sellos de eje interior y exterior de doble montaje separados por una cámara llena de aceite, un sistema de detección de humedad. y termostatos según lo requiere UL División 1. Son adecuados para montaje vertical u horizontal. Los motores sumergibles generalmente están disponibles en stock, pero muchos se diseñan bajo pedido. Los sellos en tándem en motores sumergibles para aplicaciones de pozo húmedo y seco deben operarse en condición húmeda (lubricados por el fluido bombeado).

Los motores sumergibles están diseñados para funcionar continuamente en el aire para ambientes de pozo seco u otras aplicaciones donde existe la posibilidad de inundación pero que normalmente no ocurriría. Los motores sumergibles generalmente se montan en la bomba mediante un marco de cojinete, un montaje de brida o una disposición de acoplamiento cerrado como los motores de bombas industriales estándar. Pueden funcionar continuamente sumergidos durante 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 aire.

Los motores sumergibles generalmente cuentan con una construcción de hierro fundido totalmente cerrado, no ventilado (TENV) o totalmente cerrado y enfriado por soplador (TEBC), calentadores ambientales, termostatos y sistemas de sellado especialmente diseñados. El diseño TEBC emplea un motor soplador separado que impulsa un ventilador externo para enfriamiento a velocidad constante. Están destinados principalmente para montaje vertical con eje hacia abajo con soportes de extremo con cara C o base P como estándar, aunque se pueden montar horizontalmente bajo ciertas condiciones. A diferencia de los motores sumergibles, los sellos del eje en motores sumergibles pueden funcionar en condiciones secas (no requieren contacto con el fluido bombeado). Los motores sumergibles generalmente no están en stock y se diseñan 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 de inmersión, la duración y la frecuencia, la configuración de montaje requerida, los requisitos de certificación y la capacidad de servicio.

Los conjuntos de motor/bomba sumergibles 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 de lodo para manejar diversos niveles de sólidos y viscosidades de fluidos, su uso se limita principalmente a 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 construcciones de hierro fundido gris y herrajes de acero inoxidable de baja aleación que hacen que estos tipos de motores no sean adecuados 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 posible llanura de inundación en entornos altamente corrosivos para evitar el contacto directo entre los motores y el fluido.

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

Los motores sumergibles están diseñados para funcionar continuamente en el aire y normalmente durante hasta dos semanas cuando se sumergen en líquido a una profundidad máxima de 30 pies. Debido a la profundidad limitada y al tiempo de funcionamiento 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 el 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 donde el motor del ventilador externo está en el mismo eje que la extensión del eje del motor primario 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 proporcionado por el usuario lo desconecte. y el motor primario puede ser enfriado por el líquido. Dado que los motores sumergibles TENV no requieren un motor de soplador externo, pueden montarse en configuración vertical u horizontal.

Para aplicaciones de motor sumergible que requieren una configuración de montaje horizontal que normalmente se proporcionaría como TEBC, los fabricantes recomiendan que el motor se proporcione con un diseño TENV para eliminar la necesidad de enfriar externamente el motor durante el funcionamiento continuo en el aire. Esto normalmente requiere un tamaño de marco mayor 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 sobre otras opciones para proporcionar refrigeración externa al motor primario.

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 requerida 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 motores que funcionan en aplicaciones de agua y aguas residuales. El gas metano se forma mediante 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 del motor para áreas peligrosas. 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 peligro del espacio o envolvente o NFPA 820, la norma para la protección contra incendios en instalaciones de recolección y tratamiento de aguas residuales, que define el peligro y la clasificación de las áreas de proceso.

Los motores de bombas sumergibles con un ciclo de trabajo de aire de 15 minutos pueden operarse en gases o vapores potencialmente explosivos cuando se está deshidratando el pozo húmedo, 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 fallan los controles de corte de bajo nivel o cuando los sensores de bajo nivel están colocados en la parte inferior del conjunto de la bomba. Los motores sumergibles no se suelen utilizar en ubicaciones peligrosas 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 soplador que se utilizan para los diseños TEBC.

Los motores sumergibles para aplicaciones de pozo húmedo o seco que se aplican correctamente y con dispositivos de monitoreo correctamente instalados no requieren inspección periódica de los sellos del motor. El sistema de detección de humedad y la protección térmica brindan una advertencia anticipada de fallas inminentes 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/exterior en diseños de sello en tándem sin anular la certificación UL.

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

Dado que los motores sumergibles diseñados para aplicaciones en pozo seco también son capaces de funcionar continuamente mientras están sumergidos, no se requieren inspecciones ni procedimientos de mantenimiento adicionales para que los motores vuelvan a funcionar cuando la inundación disminuye.

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

Si el motor del ventilador en los diseños TEBC está sumergido, también se le debe dar servicio. Los fabricantes suelen proporcionar un motor de soplador de lavado (protección de ingreso [IP] 55) como estándar, que normalmente debe reemplazarse antes de volver a poner el motor TEBC en servicio. Los fabricantes de motores pueden ofrecer un diseño de motor de soplador sumergible como actualización. Estos motores de sopladores 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 producto – productos especiales de la División ABB NEMA Motors