Mitigación de los riesgos de atrapamiento de líquido en sistemas de bombas de recirculación de amoníaco

Por Kushal Aurangabadkar

En los sistemas de refrigeración industrial con amoníaco, las bombas desempeñan un papel fundamental en la circulación del amoníaco líquido para mantener la eficiencia de enfriamiento en evaporadores e intercambiadores de calor. La elección del tipo de bomba repercute directamente en la fiabilidad, la seguridad y los requisitos de mantenimiento del sistema. Entre las opciones más habituales se encuentran las bombas convencionales, con sello mecánico, y las bombas herméticas. Comprender sus diferencias ayuda a los profesionales de la refrigeración a seleccionar la tecnología adecuada para sus instalaciones. Estas bombas, que a menudo se instalan en paralelo para proporcionar redundancia, constituyen la columna vertebral de las instalaciones industriales de almacenamiento frigorífico y procesamiento de alimentos.

Aunque su función en la continuidad del proceso es bien conocida, existe un peligro menos evidente, pero crítico: el atrapamiento de líquido en la carcasa de la bomba cuando se cierran las válvulas de aspiración y descarga. Si no se aborda, esta condición puede provocar una sobrepresión hidrostática peligrosa, lo que genera tanto un riesgo para la seguridad como un incumplimiento normativo. Este artículo compara dos configuraciones habituales de tuberías de bombas, el diseño de tuberías para bombas convencionales y el diseño de tuberías para bombas herméticas, centrándose en sus implicaciones para el atrapamiento de líquido y la seguridad de los procesos.

Bombas convencionales de amoníaco

Las bombas convencionales están diseñadas y funcionan con un sello mecánico de eje en el punto donde este atraviesa la carcasa de la bomba para conectarse con el motor. El sello evita las fugas de amoníaco y, al mismo tiempo, permite que el eje gire a altas velocidades. Las bombas suelen tener un acoplamiento directo o estar montadas sobre una bancada, con requisitos de lubricación destinados a garantizar la longevidad del sello. La gran ventaja de estas bombas convencionales es que cuentan con un diseño probado y validado por el tiempo, ampliamente adoptado por la industria. Disponen de repuestos y conocimientos técnicos de servicio fácilmente accesibles. Estas bombas también ofrecen un costo inicial inferior al de las opciones herméticas, además de flexibilidad para seleccionar y sustituir el motor. Entre los problemas más conocidos se encuentran el desgaste del sello mecánico y su condición de posible fuente de fugas de amoníaco. También requieren una supervisión rutinaria del estado del sello, la lubricación y las vibraciones. Asimismo, estas bombas requieren mantenimiento periódico y pueden ocasionar paradas imprevistas. En caso de fallo del sello, existe el riesgo de una posible liberación de amoníaco alrededor de sus caras.

Bombas de amoníaco herméticas

En las bombas herméticas, el motor y la bomba están alojados dentro de una carcasa soldada común. El motor funciona sumergido en amoníaco líquido, sin eje externo ni sello mecánico. El refrigerante bombeado proporciona directamente el enfriamiento y la lubricación. La mayor ventaja de estas bombas herméticas es la ausencia de sellos de eje, lo que prácticamente elimina el riesgo de fugas por el sello.  Las bombas herméticas proporcionan eficiencia de costos a largo plazo gracias a la reducción del mantenimiento y a unas necesidades mínimas de repuestos, mientras que su diseño compacto mejora la disposición del sistema y refuerza la seguridad al minimizar los riesgos de fallos mecánicos. Entre los retos se encuentra su mayor costo inicial en comparación con las bombas convencionales. Requieren conocimientos técnicos especializados para su reparación, que a menudo debe realizarse en fábrica. Si el motor falla, puede ser necesario sustituir la unidad completa en lugar de limitarse a reparar el sello. También pueden ofrecer menos flexibilidad en cuanto a opciones y disponibilidad de motores que los diseños convencionales.

Figura 1: Bomba hermética de amoníaco

Uno de los problemas recurrentes que experimenté con las bombas convencionales de sello mecánico utilizadas para hacer circular amoníaco hacia nuestros congeladores rápidos estaba relacionado con los fallos del sello. Los sellos mecánicos son propensos a sufrir desgaste prematuro debido a las fluctuaciones de presión y las vibraciones de la red de tuberías, lo que provoca fugas de amoníaco pequeñas, pero frecuentes. Estos fallos ocasionan posibles riesgos para la seguridad y paradas de producción. Existía un riesgo para la seguridad porque los operadores tenían que responder repetidamente a la activación de los detectores de amoníaco en la sala de bombas. También se producían paradas porque cada sustitución de un sello exigía detener parte del sistema de refrigeración, lo que afectaba a las necesidades de enfriamiento de la producción y provocaba paradas no programadas.

Al sustituir las bombas convencionales por bombas herméticas, la instalación logró:

• Cero fugas por el sello del eje, lo que mejoró la seguridad de los operadores.
• Reducción de las paradas, al eliminar el mantenimiento recurrente de los sellos y mejorar la disponibilidad y la fiabilidad de los congeladores.
• Mejora del cumplimiento normativo, con una reducción significativa de la notificación de fugas de amoníaco.
• Ahorros en los costos del ciclo de vida. Aunque las bombas herméticas eran inicialmente más caras, se amortizaron en dos años al reducir la mano de obra de mantenimiento y las paradas imprevistas.

Este cambio marcó un punto de inflexión en el programa de seguridad de procesos de la planta y demostró cómo las actualizaciones de los equipos pueden respaldar directamente el PSM, el cumplimiento medioambiental y la eficiencia operativa. Según el estudio de mercado, muchas instalaciones están realizando la transición hacia bombas herméticas debido a la mayor atención prestada a la seguridad, las normativas medioambientales y los objetivos de sostenibilidad. Sin embargo, las bombas convencionales siguen utilizándose ampliamente, sobre todo en instalaciones antiguas donde el costo y la familiaridad determinan las decisiones. En las operaciones críticas de alimentos y bebidas, se prefieren cada vez más las bombas herméticas para reducir el riesgo de liberación de amoníaco.

El peligro del líquido atrapado

El amoníaco líquido, al igual que todos los líquidos, es prácticamente incompresible. Si queda confinado en un volumen cerrado del sistema, incluso un pequeño aumento de temperatura puede provocar un incremento desproporcionado de la presión. Efecto de expansión hidrostática: si no existe una vía de alivio, el amoníaco atrapado en la carcasa de una bomba puede alcanzar presiones muy superiores a 1.000 psig con aumentos de temperatura apenas moderados. Una situación de este tipo puede romper las carcasas de las bombas, dañar las tuberías y liberar grandes cantidades de amoníaco al medioambiente, lo que ocasionaría un incidente grave de seguridad y cumplimiento normativo. Por tanto, evitar el atrapamiento de líquido en los sistemas de bombeo no es solo una buena práctica de ingeniería.

Diseño de tuberías para bombas convencionales

Históricamente, las carcasas de las bombas se han equipado con líneas de venteo manuales conectadas de nuevo al depósito separador. La función principal de estos venteos está relacionada con el arranque, ya que permiten a los operadores purgar el vapor y garantizar que la bomba esté completamente cebada con amoníaco líquido. Durante el funcionamiento normal, estos venteos suelen permanecer cerrados. Si también se cierran las válvulas de aislamiento de aspiración y descarga, la carcasa de la bomba se convierte en un volumen de líquido completamente atrapado. Este diseño requiere una disciplina operativa estricta, con la apertura del venteo antes de la parada, o la incorporación de una válvula de alivio hidrostático específica para mantener el cumplimiento de los requisitos de RAGAGEP y OSHA PSM.

Figura 2: Tuberías de una bomba convencional de amoníaco

Diseño de tuberías para bombas herméticas

Las bombas de recirculación herméticas o con motor encapsulado incorporan líneas de retorno de enfriamiento.  Estas proporcionan caudal de enfriamiento para los motores y los rodamientos de las bombas. También actúan como una vía de purga continua desde la carcasa de la bomba hasta el colector de aspiración húmeda. Como estas líneas de retorno permanecen normalmente abiertas y no dependen del operador, evitan de forma inherente que la carcasa de la bomba se convierta en un volumen de líquido atrapado. Esto hace que el diseño de retorno de enfriamiento sea más robusto desde el punto de vista del PSM, ya que elimina la necesidad de dispositivos de alivio hidrostático independientes y reduce la dependencia de la intervención humana.

Figura 3: Bomba hermética de amoníaco con línea de venteo de enfriamiento

Análisis comparativo

Mejores prácticas para las instalaciones

• Evaluar los diseños de bombas existentes: identificar los sistemas con configuraciones que solo disponen de venteo y comprobar si tienen instaladas válvulas de alivio hidrostático.

• Capacitación de los operadores: destacar la importancia de realizar el venteo antes de detener la bomba en los diseños convencionales.

• Vía de actualización: cuando sea viable, considerar la transición a bombas herméticas que proporcionen protección integrada contra el atrapamiento de líquido.

• No aislar nunca los retornos de enfriamiento: en los sistemas con líneas de retorno de enfriamiento, asegurarse de que los procedimientos prohíban cerrar estas líneas en cualquier circunstancia.

Conclusión

Tanto las bombas convencionales como las bombas herméticas de amoníaco tienen cabida en la refrigeración industrial. Aunque las bombas convencionales ofrecen una fiabilidad demostrada y costos iniciales inferiores, requieren una atención continua a los sellos y presentan mayores riesgos de fugas. Las bombas herméticas, aunque son más caras al principio, mejoran la seguridad, reducen las emisiones y simplifican el mantenimiento. En operaciones reales, la sustitución de bombas convencionales por bombas herméticas ha resuelto problemas críticos, al minimizar las fugas de amoníaco, garantizar el cumplimiento normativo y mejorar la disponibilidad del sistema.

La evolución desde el diseño de tuberías para bombas convencionales hasta el diseño de tuberías para bombas herméticas representa un avance significativo en la seguridad de la refrigeración con amoníaco. Aunque ambos diseños cumplen la función de mantener cebadas las bombas, solo la configuración con retorno de enfriamiento proporciona una protección continua contra el atrapamiento de líquido y la sobrepresión hidrostática.  Desde la perspectiva de la gestión de la seguridad de procesos, el diseño con retorno de enfriamiento es intrínsecamente más seguro, depende menos del operador y se ajusta mejor a las prácticas RAGAGEP modernas. Para las instalaciones que operan sistemas de refrigeración con amoníaco, reconocer esta diferencia y aplicar las mejores prácticas puede reducir significativamente el riesgo de fallos catastróficos de las bombas e impulsar la eficiencia a largo plazo.

Autor

Kushal Aurangabadkar
Cargill Inc
Gerente de Ingeniería

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