La diferencia entre el buen y el mal funcionamiento de un equipo radica en la atención a los detalles.

Los planes API (Instituto Americano del Petróleo) son directrices estandarizadas que especifican las mejores prácticas para que los sistemas de proceso alcancen el mejor rendimiento operativo. Comprender las ventajas e inconvenientes de cada plan API es esencial para maximizar la longevidad de los equipos rotativos y los cierres mecánicos. En este documento se analiza el plan API 23.

El Plan API 23 se utiliza a menudo con equipos rotativos como bombas centrífugas que procesan fluidos a temperaturas elevadas. Las aplicaciones típicas incluyen bombas de alimentación y circulación de calderas y bombas de aceite caliente.

API Plan 23 está diseñado para proporcionar fluido al cierre mecánico para refrigerar y lubricar las caras del cierre, lo que a su vez ayuda a mejorar la longevidad del cierre mecánico y de la bomba.

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¿QUÉ ES REALMENTE EL PLAN API 23?

Figura 1- Plano 23

La Figura 1 muestra una configuración típica del Plan API 23.

La longevidad de los cierres mecánicos se consigue con el Plan 23 gracias a su increíble rendimiento de refrigeración.

El Plan 23 es esencialmente un sistema de "circuito cerrado de refrigeración" que crea un entorno idealizado en las caras de los cierres mecánicos separando las temperaturas y condiciones de la bomba de proceso de las condiciones en las caras de los cierres.

Evidentemente, existen adaptaciones, mejoras y añadidos a este sistema, como medidores de temperatura y tubos con aletas, pero el sistema básico del Plan 23 emplea esencialmente un dispositivo de circulación de fluidos, que suele formar parte del cierre mecánico, y un intercambiador de calor externo.

En el sistema del Plan 23, el fluido de proceso "aislado" circula en un circuito de bucle prácticamente cerrado, desde la junta hasta el intercambiador de calor y de vuelta a la junta.

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VEAMOS AHORA ALGUNOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE INGENIERÍA.

Pregunta: "Si se quiere enfriar eficazmente un fluido con un intercambiador de calor en un sistema de circuito cerrado, ¿es mejor intentar enfriar un gran volumen de fluido o enfriar un pequeño volumen de fluido?".

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Respuesta: En igualdad de condiciones, cuanto menor sea el volumen de fluido que atraviesa un intercambiador de calor en un sistema de circuito cerrado, mayor será la eficacia del intercambiador para disipar el calor del fluido.

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Esto se debe a que el pequeño depósito de fluido pasará por el intercambiador de calor muchas más veces en comparación con un gran depósito de fluido, en cualquier periodo de tiempo. Esto se muestra en la figura 2.

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Figura 2- Buen Plan 23 contra Mal Plan 23

Recuerda: Caras de foca guay = Caras de foca feliz.

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Por lo tanto, cuando desee instalar un sistema Plan 23, lo primero que debe tener en cuenta es el volumen de fluido presente en el sistema Plan 23 de circuito cerrado.

Veamos ahora algunos ejemplos de diseños reales de juntas/bombas del Plan 23.

API682 se considera la especificación de cierre mecánico de primera calidad utilizada en muchos sectores industriales, pero se utiliza específicamente en el procesamiento de petróleo y gas y petroquímico.

API682 define grandes áreas de cámara de sellado en la bomba de proceso, para maximizar esencialmente el volumen de fluido alrededor de las caras de sellado con el fin de facilitar la refrigeración y lubricación de las caras de sellado.

Sin embargo, este gran volumen de fluido juega en su contra en una aplicación del Plan 23, especialmente si el diseñador del equipo coloca el casquillo de restricción en la parte inferior de la cámara de sellado, como se muestra en la figura 3.

Figura 3- Gran volumen de fluido en el plano 23 Circuito cerrado.

Como se muestra en la figura 3, todo el volumen de la "gran piscina" de fluido de proceso de la cámara de sellado forma parte del sistema de circuito cerrado. No sólo se trata de un gran volumen de fluido, sino que además el fluido se sobrecalienta constantemente por convección térmica a través de la carcasa de la bomba desde la parte caliente de la bomba. Esto añade calor innecesario al circuito cerrado Plan 23. En lo que se refiere a las caras de los sellos, ¡esta disposición es un DOBLE NEGATIVO!

Como resultado de este mal diseño del equipo, las caras del cierre se sobrecalentarán o el proveedor del sistema tendrá que especificar un intercambiador de calor sobredimensionado para manejar la enorme "piscina de lava" de fluido. Esto añade un coste innecesario al sistema y un riesgo para el rendimiento de las caras del cierre mecánico.

La figura 4 muestra un diseño del Plan 23 mucho mejor.

En la figura 4 se puede ver que el cierre mecánico de cartucho incorpora su propio casquillo de restricción integral para aislar el fluido de proceso de la cámara de cierre del fluido de proceso en las caras del cierre.

En primer lugar, el lector observará que el volumen de fluido en el "circuito cerrado" del cierre mecánico es significativamente menor con la solución ofrecida en la figura 4 en comparación con la figura 3.

Secundariamente, el lector verá en la figura 4 que el fluido de proceso que circula por el circuito cerrado del cierre mecánico está aislado del calor de convección térmica que actúa sobre el fluido de la cámara de cierre desde la bomba de proceso.

Esta disposición no sólo es beneficiosa para las caras del cierre mecánico, el rendimiento del intercambiador de calor y el tamaño/coste, sino que significa que el calor no se aspira y enfría constantemente del fluido de proceso caliente, como se muestra con la disposición de la figura 3.

Simplemente prestando atención a los detalles, el diseño del cierre mecánico de la figura 4 ahorra una cantidad significativa de energía y costes del sistema de bombeo integral, lo que puede suponer un gran ahorro a lo largo de los años de funcionamiento de la bomba.

Figura 4- Pequeño volumen de fluido en el plano 23 Circuito cerrado.

MÁS BENEFICIOS MEDIOAMBIENTALES Y ECONÓMICOS DEL ELEGANTE DISEÑO DEL PLAN 23?

Ahora que el tamaño/capacidad necesarios del intercambiador de calor se han reducido al mínimo con el diseño de la junta Plan 23 de la figura 4, se pueden utilizar equipos de intercambio de calor alternativos.

El lector experimentado se dará cuenta de que la mayoría de los intercambiadores de calor convencionales del Plan 23 tienen un diseño de "carcasa y tubos". Estos intercambiadores de calor se enfrían haciendo pasar agua a través de la carcasa del intercambiador de calor, tal como se muestra en la figura 4. A veces, el agua procede de un sistema de circuito cerrado. A veces, el agua procede de un sistema de circuito cerrado y, otras veces, el agua usada del intercambiador se envía simplemente al desagüe.

En algunas zonas del mundo, el agua de red es "dura". Esto significa que tiene altos niveles de calcio y magnesio que pueden depositarse en las superficies internas de las tuberías y, en última instancia, restringir el flujo de agua y la eficiencia de transferencia de calor del sistema. Por lo tanto, antes de utilizar agua dura, algunas plantas tratan el agua para eliminar el calcio y el magnesio. Esto incrementa los costes de la planta y afea físicamente el sistema en todos los aspectos.

Así pues, sea cual sea el método de suministro de agua, el lector observará que el suministro de agua a un intercambiador de calor convencional del Plan 23 conlleva un coste.

Volvamos ahora a nuestro elegante diseño de cierre mecánico de la figura 4.

Ahora que el tamaño y la capacidad del intercambiador de calor se han reducido al mínimo, se pueden explorar soluciones alternativas, quizá menos eficaces pero más rentables, para eliminar el calor.

Echa un vistazo a la solución que se muestra en la Figura 5.

Figura 5- Plano ecológico 23 Circuito cerrado.

En la figura 5, el lector verá que ya no hay suministro de agua de red al intercambiador de calor. El sistema mostrado es un diseño refrigerado por aire con una combinación de un sistema de soporte de juntas de intercambio térmico y tubos con aletas.

Como este sistema no necesita suministro externo de agua, ahorra en

- costes de abastecimiento de agua,

- costes iniciales de inversión en equipos de suministro,

- costes de mantenimiento y

- complejidad del sistema.

Como el cierre mecánico se ha diseñado con elegancia, tiene un enorme efecto sobre los requisitos del sistema de soporte..... ¡ganador de la cena del pollo!

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RESUMEN:

El Plan API 23 es un sistema brillante para aplicaciones de procesos en caliente, pero su rendimiento puede verse significativamente mermado por una escasa atención a los detalles y un mal diseño de los equipos.

El sentido común demuestra que es mucho mejor minimizar el volumen de fluido que circula en un sistema de circuito cerrado. Así se minimiza el tamaño y el coste del intercambiador de calor.

El sentido común demuestra que es mucho mejor aislar el fluido en las caras del cierre mecánico del fluido de la cámara de cierre que se está sobrecalentando por transferencia de calor conveccional desde la bomba de proceso.

Si se atiende a estos dos detalles de sentido común, se obtienen muchos beneficios directos e indirectos.

No sólo está creando un entorno refrigerado ideal para la longevidad de los cierres mecánicos, sino que también está ahorrando grandes cantidades de dinero en gastos de capital derivados de la adquisición de equipos de intercambio de calor sobredimensionados.

Además, se ahorra en costes de suministro de agua, ya sea eliminando totalmente el agua del sistema o reduciendo el caudal de agua que llega al intercambiador de calor.

Por último, y probablemente el ahorro más significativo, el elegante diseño de la junta genera un ahorro de costes térmicos/de calor al hacer que la bomba de proceso sea más eficiente cuando funciona a altas temperaturas.

Por eso, la atención al detalle a la hora de seleccionar, diseñar y poner en marcha los equipos del Plan 23 es taaaaaan importante.

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