¿Cuál es la Tecnología más Adecuada para Sellar Lodos en la Industria Minera?

En el blog anterior hablamos de las características de los diferentes tipos de lodos/pulpas que podemos encontrar en diferentes tipos de industria y los retos al sellar bombas de lodos.

Escoger en sistema de sellado para una bomba de lodos/pulpas va más allá de conocer el tipo de lodo/pulpa que reside en el proceso, existen además directrices que nos pueden dar la pauta para seleccionar entre las tecnologías existentes; de acuerdo a las metas productivas, recursos materiales y humanos, prácticas operativas y de mantenimiento, políticas medioambientales y de seguridad de cada empresa.

Dentro de las tecnologías utilizadas para sellar lodos/pulpas en bombas existen dos más populares por su versatilidad y disponibilidad en el mercado, estas son la empaquetadura mecánica de compresión y el sello mecánico.

La empaquetadura mecánica de compresión es una de trenza cuadrada hecha a base de distintas fibras de alto rendimiento, utilizada para disminuir los claros existentes entre el elemento dinámico y el elemento estático de un equipo rotatorio y así restringir el paso del fluido de proceso hacia el medio ambiente.

Como su nombre lo indica la empaquetadura mecánica, sella a través de la fuerza de compresión mecánica aplicada axialmente a través del ajuste o apriete del prensaestopas creando un perfil de fuerza radial hacia las paredes de la caja prensaestopas y el eje del equipo rotatorio.

La empaquetadura mecánica es un dispositivo de control, es decir que no evitará por completo que el fluido bombeado se escape al medio ambiente, sino mantendrá un volumen “permisible de fuga” de acuerdo al material y construcción de la empaquetadura.

En su composición básica, la empaquetadura contiene lubricantes de sacrificio que pueden representar hasta un 50% de su volumen. De la calidad de este lubricante y de otros factores de instalación depende la vida útil de la empaquetadura pues a medida que se pierde volumen, el prensaestopas tiene que ajustarse hasta un punto donde ya no puede reajustarse más, pues ha perdido todos sus lubricantes. En este punto, es necesario reemplazar los anillos de empaquetadura por unos nuevos ya que no funcionan más para controlar la fuga. En el sellado de bombas de lodos, el ciclo de vida de una empaquetadura puede ser de días hasta un par de meses, los factores de los que depende serán explicados en una próxima entrada de este blog.

El sello mecánico por otro lado, es un dispositivo que elimina totalmente la fuga visible del fluido bombeado al medio ambiente. Al igual que la bomba de lodos/pulpas posee un elemento dinámico y un estático: un anillo estacionario y un anillo rotativo con caras extremadamente pulidas que se sujetan al equipo mediante elementos de arrastre. El anillo rotatorio gira sobre el estacionario creando un sellado positivo a través de la presión del fluido y la fuerza de resorte, que evita que el producto escape al medio ambiente.

Los sellos mecánicos normalmente requieren una capa de lubricación líquida o gaseosa entre las caras del sello mecánico. La lubricación de la cara del sello mecánico es crucial para mantener la vida del sello y reducir el consumo de energía.

De manera general los anillos rotatorios, el elemento de arrastre y/o sujeción y el/los resortes/s son elementos básicos de funcionamiento de los sellos mecánicos. Sin embargo, existen otros elementos que le dan estructura y cuerpo al sello mecánico llamados comúnmente Hardware.

A medida que las caras pulidas se desgastan, los anillos de sello mecánico mantendrán el contacto gracias a la fuerza del resorte. Cuando las caras de sacrificio se han desgastado por completo, y los resortes ya no pueden compensar más este desgaste la vida del sello mecánico ha terminado. En el sellado de bombas de lodos/pulpas se espera que esto ocurra en varios meses si se controla de manera adecuada el ambiente del sello mecánico y las condiciones mecánicas de la bomba.

¿Qué es mejor para mi bomba de lodos? ¿Sello mecánico o empaquetadura mecánica?

Existen varios factores a considerar al momento de escoger el mejor dispositivo de sellado para las bombas de lodos/pulpas. Algunos de los más destacados y que nos pueden ayudar a tomar una decisión para invertir en uno o en otro son las siguientes:

• Costo de adquisición
  • El costo de adquisición de una empaquetadura mecánica respecto a un sello mecánico es considerablemente bajo, aunque por su tiempo de vida generalmente corto puede resultar considerablemente más elevado a lo largo del tiempo.Particularmente hablando de la industria Minera donde los servicios son muy severos son requeridos sellos mecánicos de alta especialidad que en comparación con la empaquetadura mecánica  pueden superar hasta 20 veces el precio de la empaquetadura.
• Valor del producto bombeado
  • En la industria de Minera, la materia prima obtenida de la extracción es procesada en plantas de beneficio donde se tritura y se muele; posteriormente se preparan concentrados ricos en mineral que son sometidos a procesos físico y químicos de flotación o lixiviación para separar los minerales en soluciones enriquecidas que son deshidratadas, para finalmente obtener los minerales en estado sólido que pueden ser vendidos de esa forma o bien convertidos en placas o lingotes para su venta.Las concentraciones más altas de sólidos en este proceso, entre un 60 y 80%, se encuentran al inicio y al final. Sin embargo, el valor del producto difiere de un punto a otro ya en las bombas del principio del proceso tienen grandes porciones de piedra y tierra que contienen altas concentraciones de minerales mientras que al final quedan los residuos estériles sin contenido de mineral valioso. Tradicionalmente en estos procesos se utilizan sistemas de empaquetadura mecánica ya que son servicios muy severos que solo sellos mecánicos de especialidad o sellos mecánicos dobles pueden resistir. Sin embargo, estos sellos pueden tener un costo de adquisición elevado. Adicionalmente las condiciones mecánicas de estos equipos regularmente son malas.En los procesos intermedios de flotación y lixiviación generalmente se manejan lodos/pulpas de mediana consistencia con concentraciones de sólidos que rondan entre el 30 al 40%. Estas bombas lodos/pulpas se sellan comúnmente con empaquetadura mecánica. Sin embargo, la tendencia creciente es utilizar sellos mecánicos para eliminar problemas de contaminación (y que contienen reactivos) y por otro lado el fluido que manejan suele ser de alto valor comercial por el contenido de mineral disuelto.
• Costo de operación

  • Como comentamos en nuestro blog anterior, todos los dispositivos de sellado requieren de un ambiente adecuado para operar de manera confiable, dicho ambiente debe tener las siguientes condiciones: ser limpio, lubricante y tener la temperatura adecuada.

    Los sólidos en suspensión de un lodo/pulpa en minería representan grandes retos para cualquier sistema de sellado ya que por un lado ocasionan abrasión y por otro marginan la lubricación (muchos sólidos y poco líquido), esto conlleva a que los tiempos de vida útil se vean disminuidos drásticamente. Una de las prácticas generales de operación es inyectar grandes cantidades de agua, comúnmente llamada inyección de flush o agua de sellos, al sistema de sellado para mantenerlo limpio y lubricado. No obstante, en la mayoría de las minas el agua es un recurso escaso, caro y poco disponible. Así mismo mantener este tipo de sistemas implica altos costos de operación a la vez que suelen presentar fallas recurrentes que inciden directamente en la vida del dispositivo de sellado y en consecuencia en la confiabilidad de las bombas de lodos/pulpas.

La inyección de flush a la cámara de estopero además genera:

• Consumo de una fuente finita de flush que debe cumplir con condiciones de limpieza, lubricación y temperatura adecuada.
• En muchos casos para obtener la calidad adecuada de flush es necesario contar con un tren de tratamiento del fluido de flush.
• La necesidad de un equipo de bombeo adicional para inyectar a la presión y flujo adecuada para barrer los sólidos alrededor de la empaquetadura mecánica o el sello mecánico
• Dilución del fluido bobeado y por consiguiente consumo de energía calorífica para retirar el agua ya sea de producto final o para disponer de los desechos.

Para contrarrestar las dificultades que representa el uso de agua de flush como sistema auxiliar, existen otros dispositivos que pueden de acuerdo del sistema de sellado (empaquetadura mecánica o sello mecánico); concentración y naturaleza de sólidos en el lodo/ pulpa, reducir o inclusive eliminar el uso de flush en las bombas de lodos.

• Costo de Mantenimiento

  • En una bomba de lodos los dispositivos de sellado son elementos de sacrificio que se utilizan para tener una operación confiable. Se espera además que estos elementos protejan y tengan el menor impacto posible sobre la bomba de lodos

  • La empaquetadura mecánica de compresión por su naturaleza de operación tiene contacto pleno sobre el eje (elemento rotatorio) generando inevitablemente fricción y desgaste. Por lo que lo común en las bombas de lodos/pulpas que se sellan con empaquetadura mecánica, es utilizar camisas o mangas como elementos de sacrificio que protegen a las piezas de mayor costo como el eje en la zona del estopero. Lo que implica que cada determinado tiempo este elemento tendrá que reemplazarse.

• En el bombeo de lodos/pulpas además se requiere para la inyección del flush, un dispositivo que dirija y distribuya agua de sellos hacia los anillos de empaquetadura mecánica. Si bien esta pieza no se considera de sacrificio, suele sufrir desgaste por abrasión e incrustación de las sales presentes en el flush y abrasión por la velocidad del flujo de entrada.
• En los sellos mecánicos los elementos de desgaste son los mismos anillos de sellado, el/los elementos de cierre y el elemento de arrastre. A medida que las caras pulidas se desgastan, los anillos de sello mecánico se mantendrán el contacto gracias a la fuerza del resorte. Cuando las caras de sacrificio se han desgastado por completo, y los resortes ya no pueden compensar más este desgaste la vida del sello mecánico ha expirado.

Además, a diferencia de la empaquetadura los sellos mecánicos no requieren reajustes a los prensaestopas para recuperar fuerza de sellado.

Las bombas de lodos/pulpas si bien están diseñadas para manejar altas concentraciones de sólidos abrasivos, ciertas prácticas de operación y mantenimiento pueden comprometer su integridad mecánica dejándolas en condiciones de vibración excesiva, deflexión de los ejes, desalineamiento, juego radial y juego axial excesivo.

Algunas de estas condiciones pueden ser restauradas mejorando el sistema de rodamientos y su lubricación, pero otras requieren intervenciones mayores de mantenimiento como cambio de ejes e impulsores que requieren autorización de las áreas financieras de acuerdo al monto de inversión.

Los sellos mecánicos para manejo de lodos/pulpas son mecanismos robustos de alta tecnología diseñados para trabajar con altas concentraciones de sólidos.

Son capaces de soportar grandes movimientos axiales en las bombas de lodos/pulpas. Sin embargo, la mayoría de ellos están limitados a ciertos valores que si son excedidos pueden causar daños muy graves sobre el sello mecánico.

Por otro lado, la empaquetadura mecánica por tratarse de un elemento de compresión puede tolerar de mejor manera las malas condiciones mecánicas de la bomba de lodos. Si bien es una práctica que puede dañar de forma prematura a la empaquetadura mecánica tiene la capacidad de mantener la funcionabilidad de la bomba que es trasportar el lodo/pulpa al lugar donde es requerido.

• Las empaquetaduras mecánicas de compresión no se deben utilizar en equipos que manejen fluidos contaminantes, tóxicos, inflamables, explosivos o reactivos con el medio ambiente dado que:
  • Las fibras y lubricantes con los cuales están fabricadas están limitados respecto a compatibilidad química.
  • No generan un sellado hermético sino controlan la fuga por lo que pueden provocar un problema grave de intoxicación o quemadura por contacto al personal de operación y mantenimiento.
  • Provocar contaminación del suelo, cuerpos de agua, flora y fauna circundante.
• Los sellos mecánicos por su parte controlan la fuga visible evitando cualquier exposición del personal o del medio ambiente.
• Cuando se utilizan sistemas auxiliares que reducen o eliminan la utilización de agua de flush se reduce el impacto ambiental provocado por la actividad industrial.