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Trasvase de líquidos peligrosos

Las sustancias químicas se consideran peligrosas si son tóxicas, altamente corrosivas o volátiles. Los productos químicos pueden ser peligrosos por varias razones; pueden afectar a la salud de una persona, causar problemas de litigios en caso de daños graves y pueden contaminar el medio ambiente y nuestra cadena alimentaria, como ocurre con los pesticidas. 

Para las instalaciones industriales, estos peligros suponen una gran responsabilidad para que el personal, los procedimientos y el equipo de la planta sean seguros y fiables. Este artículo se ocupa de las consideraciones de bombeo para la manipulación segura de diversos productos químicos peligrosos.  

El peligro de los productos químicos

Muchos productos químicos y disolventes se utilizan en la producción de todo tipo de bienes de consumo y procesos industriales. Estos productos químicos pueden utilizarse como parte del proceso de producción, como en el procesamiento químico, la industria farmacéutica o el tratamiento de efluentes.  Los productos químicos también pueden utilizarse para limpiar, tratar o acabar productos, por ejemplo en el decapado de metales o la limpieza de equipos que se utilizan en procesos alimentarios higiénicos (por ejemplo, hidróxido de sodio en un proceso CIP). Las sustancias químicas también pueden ser partes constituyentes de una solución, como el tolueno o el metilbenceno, que se utilizan habitualmente como disolventes en compuestos adhesivos como el superglue. Cuando se inhalan, estos disolventes pueden afectar al sistema nervioso central, por ejemplo la amnesia y es un conocido desencadenante del cáncer. 

El ácido sulfúrico es el ácido más utilizado en la industria. Se utiliza en la producción de fertilizantes y como electrolito en las baterías de los automóviles. El ácido sulfúrico en contacto con la piel provocará quemaduras graves; por lo tanto, es importante establecer el proceso de producción de tal forma que se elimine el riesgo de fugas al bombear los productos químicos.

La presencia de fondo de productos químicos también es significativa. El ácido clorhídrico, por ejemplo, puede atacar los ojos, el esmalte dental y el sistema respiratorio, provocando consecuencias a largo plazo para la salud de los empleados. Cuando el producto químico es muy venenoso, como ácido fluorhídrico o volátil como acetona, es fundamental minimizar la presencia de vapor de fondo para la seguridad de la planta en su conjunto.

A menudo, los productos químicos llegan a la planta en bidones o contenedores, desde los que se trasladan a la zona de producción a reactores, tanques de almacenamiento o líneas de producción. Durante el proceso de producción se diluyen, se mezclan con otros productos químicos o con sólidos en suspensión. A medida que la sustancia química se mezcla con distintos tipos de materiales, puede ser necesario hacerla pasar por un sistema de filtración para recuperar la sustancia química original. Dado que estos productos químicos suponen una amenaza para el medio ambiente local, es necesario manipularlos de tal forma que se mitigue o elimine por completo el riesgo de fuga o incidente.

Funcionamiento sin fugas y contención de los medios

El sistema de sellado es un aspecto crítico en el funcionamiento seguro de una bomba.

"Una bomba es tan buena como su junta" es un dicho conocido en el mundo de las bombas industriales. A menudo, el principio de bombeo impone limitaciones al tipo de sellado que puede utilizarse. Esto se explica en detalle comparando las bombas con sellado del eje con las bombas sin sellado.
 

Bombas selladas con eje giratorio

La mayoría de las bombas con sellado del eje, por ejemplo, las bombas de lóbulos rotativos, las bombas centrífugas, las bombas de engranajes y las bombas de paletas, requieren un mecanismo de sellado entre el eje rotativo y el líquido que se bombea.

El método más sencillo es utilizar empaquetaduras. Una desventaja del uso de empaquetaduras es la generación de calor, que puede causar problemas en zonas con peligro de explosión. Además, una empaquetadura sólo puede funcionar utilizando el líquido bombeado como lubricante y refrigerante para los anillos de empaquetadura. Un prensaestopas necesita un mantenimiento continuo ya que, debido al desgaste por abrasión, es necesario apretar los anillos de la empaquetadura; sin embargo, el riesgo inherente de fugas siempre está presente. Este problema puede verse agravado por fluidos que cristalizan en contacto con el aire, como los barnices que aumentan el desgaste abrasivo de la empaquetadura.

Para disminuir el riesgo de evaporación del líquido, la empaquetadura del prensaestopas puede equiparse con un anillo de linterna y un temple. Sin embargo, el líquido bombeado aún puede penetrar a través de los anillos de la empaquetadura, que están antes del anillo de linterna y se diluirá en el líquido de enfriamiento. En caso de que el nivel del líquido de barrera y/o la presión desciendan, se disparará una alarma que indicará un fallo y que la bomba debe ser revisada. Para el usuario final, este tipo de instalación de bomba es costosa en términos de sustitución de juntas, fluido barrera, tiempo de lavado y ajuste, así como el coste del tiempo de inactividad. Si el sistema no se alarma, es inevitable que se produzca una fuga catastrófica.

Sellos mecánicos

Un cierre mecánico proporciona una solución más segura y es una característica mucho más común en las bombas de proceso que los prensaestopas. El cierre mecánico tiene la ventaja añadida de la tensión de carga por resorte que crea una cara de sellado continua con el líquido de proceso actuando como lubricante y refrigerante entre las caras del cierre. Como el cierre mecánico está girando contra una cara estacionaria, el cierre estará sometido a un desgaste abrasivo. El resultado de utilizar un solo cierre mecánico puede ser que el fluido "gotee" y se evapore, provocando una presencia de fondo de producto químico vaporizado o, en el peor de los casos, una "liberación a la atmósfera" del líquido.

Cuando existe un sistema de doble cierre mecánico, el cierre primario requerirá una inspección y, eventualmente, su sustitución, o bien un fallo del cierre por desgaste abrasivo provocará una caída de la presión o del nivel de fluido en el enfriador, creando una alarma para el operario. Si la bomba no se alarma o no se atiende, el sello secundario también puede fallar, causando una fuga a la atmósfera.

Es raro ver un incidente de liberación a la atmósfera con una bomba de doble cierre mecánico; sin embargo, el uso de este sistema no viene sin un coste económico. El sistema de temple presurizado requiere un sistema de termosifón y/o una bomba adicional para mantener la presión, además del coste de 4 caras de sellado y el coste de mano de obra de la instalación, inspección y mantenimiento.

Bombas sin sello 

Aunque se denominan "sin sello", estas bombas tienen de hecho sellos, normalmente juntas tóricas que crean un sello estático entre las caras de las bridas de las secciones de la carcasa. El aspecto crítico es dónde están situados los sellos, ya que el término "sin sello" se refiere a que la bomba no tiene ningún sello en el eje en contacto con las piezas móviles, por lo que no están sujetas al desgaste abrasivo de un mecanismo giratorio. En su lugar, el fluido se manipula en una cámara de bombeo cerrada, como en las bombas de accionamiento magnético, las bombas peristálticas y las bombas de doble diafragma accionadas por aire.

Si los materiales que entran en contacto con el fluido del proceso son químicamente compatibles, la bomba proporcionará una contención total.

La solución de accionamiento magnético

Las partes húmedas de las bombas de accionamiento magnético suelen ser de acero inoxidable, plástico o metal revestido con un polímero, como el ETFE. Un revestimiento puede ser una solución excelente, ya que proporciona la resistencia química contra los fluidos corrosivos, así como la resistencia y durabilidad de una carcasa metálica. Muchas bombas de arrastre magnético funcionan en procesos durante años, incluso décadas, sin ningún problema de avería. Esto se debe a la robustez inherente al principio de funcionamiento. En condiciones normales de trabajo, la única pieza que se desgasta es el conjunto de cojinetes, que normalmente debe inspeccionarse cada 2 años con una vida útil prevista de 5 años si el líquido está limpio y no es abrasivo. Muchos fabricantes de productos químicos con zonas clasificadas ATEX, refinerías y ubicaciones remotas estandarizan las unidades de accionamiento magnético por el rendimiento y la fiabilidad de estas unidades.

Cuando un fluido es más viscoso que 200-250cPs o contiene sólidos, las bombas de arrastre magnético serían inadecuadas, ya que el fluido no entraría en la trayectoria del caudal con la suficiente facilidad, además de que se producirían cargas excesivas en los conjuntos de cojinete e imán. Los sólidos duros, como la arenilla o la arena, desgastarán sin duda la bomba muy rápidamente e incluso provocarán un fallo catastrófico si el sólido es de mayor tamaño. En este caso, un principio de desplazamiento positivo sería más apropiado. Un ejemplo de ello puede ser en la fabricación de pinturas y lacas, donde se utilizan resinas venenosas y viscosas que contienen compuestos de cianuro.

La alternativa de desplazamiento positivo

Utilizando una manguera flexible para canalizar el fluido y un rotor para proporcionar la propulsión y la succión, una bomba peristáltica es otra solución sin juntas para manejar fluidos peligrosos.

Cuando un producto químico es muy abrasivo como lodos de cal o está sujeto a desgasificación como hipoclorito de sodio, el principio peristáltico es ideal para manejar estos fluidos difíciles. 

La manguera en sí puede fabricarse con diversos compuestos de caucho, como caucho natural, nitrilo, EPDM e Hypalon. Con cada revolución de la zapata y el rotor, la manguera sufre una compresión y una liberación, confiando en las propiedades elásticas y duraderas de la manguera. Esto elimina los termoplásticos y los materiales metálicos debido a su naturaleza quebradiza y rígida. 

Las bombas peristálticas están, por tanto, limitadas en el bombeo de disolventes y otros productos químicos que no son compatibles con el caucho. 

A lo largo de la vida útil de la manguera, la elasticidad de la manguera de caucho se degradará, reduciendo la capacidad de aspiración y el caudal. Conocido como "spellation", como la manguera es propensa al desgaste, trozos de caucho pueden empezar a desprenderse de la manguera y se transferirán al líquido. 

Todas las mangueras están sujetas a desgaste y acabarán fallando, lo que provocará la rotura de la manguera y hará que el líquido del proceso entre en la carcasa, normalmente de hierro fundido o aluminio. Las bombas peristálticas pueden equiparse con una protección contra la rotura de la manguera que detecta un aumento de la presión. La acumulación de presión activa un sensor para que la bomba sea atendida. Si la bomba se deja desatendida, el funcionamiento interno de la bomba, como la propia carcasa, el conjunto de cojinetes y transmisión e incluso la caja de engranajes, puede sufrir daños irreparables, ya que sólo están protegidos por una simple junta de labio que se rompe fácilmente con una acumulación de presión y/o un ataque químico del líquido de proceso.

Bombas de doble diafragma accionadas por aire

Las bombas estándar de doble diafragma accionadas por aire (AODD) están fabricadas en metal o en plásticos moldeados por inyección como el polipropileno o el PVDF. Estos materiales pueden manejar la mayoría de los productos químicos y disolventes comunes; sin embargo, para algunos compuestos químicos es difícil seleccionar el material correcto de la bomba. Si se necesitan temperaturas más altas, las bombas de plástico moldeado están limitadas a +90°C.  Los diafragmas pueden ser de distintos materiales (cauchos o termoplásticos), pero para productos químicos y disolventes se utilizan sobre todo diafragmas de PTFE. Los diafragmas separan el líquido bombeado de la cámara de aire.

Las distintas secciones de la bomba pueden tener restricciones debidas a las propiedades de los materiales, como la rigidez, las limitaciones de temperatura, la resistencia química o el gasto. Un ejemplo puede ser una sección de aire de polipropileno y la carcasa de la bomba de PVDF. 

En el caso de una ruptura del diafragma, el líquido pasará el diafragma y entrará en la sección de aire. Si éste no está hecho de un material que sea 100% resistente químicamente, la sección de aire será atacada por el medio. Un sensor de detección de fugas colocado en la sección de aire puede ayudar a detectar una ruptura de los diafragmas, pero está lejos de ser ideal ya que los sensores están colocados en el lado de aire de la bomba. La detección de una ruptura solo ocurrirá cuando los productos químicos bombeados ya hayan escapado al aire comprimido y se puedan mover fuera de la bomba a la atmósfera antes de que los sensores detecten la ruptura.

Bombas AODD especializadas en productos químicos

Diseñadas y fabricadas específicamente para la manipulación de productos químicos corrosivos en los entornos más peligrosos, las bombas AODD mecanizadas de PTFE virgen puro están disponibles para las aplicaciones más críticas.

El PTFE virgen es químicamente inerte, por lo que no reacciona con ningún medio. Desgraciadamente, es imposible utilizar un proceso de moldeo por inyección para el PTFE virgen, por lo que las bombas fabricadas con este material requieren ser mecanizadas a partir de un bloque sólido de material. Los usuarios finales se benefician, ya que al utilizar esta bomba pueden manipular cualquier producto químico o disolvente sin riesgo de que la corrosión provoque una fuga de fluidos peligrosos.

Cuando la zona de funcionamiento está clasificada como peligrosa por riesgo de explosión (ATEX), se puede añadir una pequeña cantidad de carbono en el PTFE. Las moléculas de carbono están completamente rodeadas por moléculas de PTFE, por lo que las propiedades químicas seguirán siendo las mismas, sin embargo, el carbono hará que el PTFE sea eléctricamente conductor para cumplir los requisitos de las directivas europeas ATEX 94/9/EG.

Medidas de seguridad adicionales

Como en todas las bombas AODD, se produce el mismo problema de rotura del diafragma, ya que el líquido bombeado entra en el lado del aire de la bomba. Debido a que este tipo de bomba se mecaniza y no se moldea, resulta técnicamente fácil y rentable añadir accesorios como cámaras de barrera y canales de drenaje para añadir una línea extra de seguridad para la mano de obra y el entorno circundante.

Cámaras de barrera

Una cámara de barrera es una solución al problema inherente de la rotura de un diafragma, que permitiría la entrada de un fluido peligroso en la cámara de aire y, finalmente, su salida por el tubo de escape antes de que un sensor pueda interrumpir el flujo del líquido.

El sistema de barrera funciona añadiendo un diafragma adicional entre el aire y el fluido del proceso para que actúe como barrera en caso de rotura del diafragma principal. Esto crea una cámara adicional, que se llena con un fluido neutro como agua desmineralizada y dos sensores que detectan la presencia del fluido neutro y otro para el estado de conductividad eléctrica del fluido. En caso de fallo del diafragma, el fluido peligroso altera el estado del fluido neutro, lo que se traduce en un cambio de conductividad, que es transmitido por el sensor para alertar al operador.

Drenajes

Debido al principio de funcionamiento de un AODD, una de las cámaras de la bomba siempre estará llena de líquido, incluso cuando la bomba esté parada. Las bolas de la válvula de aspiración impiden el flujo de líquido de la bomba. 

Cuando un sistema de bombeo necesita cambiar de un medio a otro, es importante que no quede líquido en la cámara de la bomba para evitar la contaminación cruzada y las reacciones químicas en la bomba cuando el nuevo líquido entre en la cámara de la bomba.

Cuando se realicen tareas de mantenimiento, también es importante que las bombas no contengan líquido en las cámaras de bombeo.

Como las paredes de una bomba AODD de mecanizado sólido son relativamente gruesas, es posible perforar canales en la carcasa lateral sin afectar a la integridad estructural de la misma. Estos canales de drenaje permiten vaciar la bomba antes de cambiar a otro medio o antes de iniciar los trabajos de mantenimiento.

Resumen

Los puntos críticos a la hora de elegir una bomba para manejar productos químicos peligrosos y disolventes son: