EL TORNILLO SIN FIN EN ACERO INOXIDABLE (II)

Tras no pocos intentos y un duro trabajo de ajuste y configuración de las distintas máquinas herramienta y dispositivos de control utilizados conseguimos fabricar el tornillo sin fin en acero inoxidable, AISI-316.

Se trata de la primera y principal pieza de la bomba definitiva. Junto al disco o corona de sellado representan el corazón del mecanismo que permite el bombeo de los fluidos. En la imagen os mostramos el tornillo y el disco de sellado "engranados" tanto en su versión definitiva como en su versión sinterizada en nylon, algo desmejorada esta última tras horas de pruebas.

A continuación un vídeo de las pruebas realizadas con la bomba incorporando tornillo y corona definitivos, resto de piezas en sinterizado en nylon:

En entradas sucesivas os mostraremos cómo realizamos el cuerpo de la bomba en material metálico y el separador centrífugo que nos permitirá separar el agua de los hidrocarburos antes de acceder a la bomba.

EL TORNILLO SIN FIN EN ACERO INOXIDABLE (I)

Una vez verificado el diseño del tornillo hemos comenzado su producción en acero inoxidable.

Ésta es la pieza más complicada de la bomba a causa de su geometría y de su ajuste perfecto al disco de sellado.

Sin embargo, ¡estamos seguros de lograr el objetivo!

PRIMER PROTOTIPO DE LA BOMBA - TEST

A pesar de la imprecisión propia de la tecnología de fabricación elegida pudimos poner en funcionamiento el prototipo de la bomba de tornillo de Arquímedes completamente fabricado con la tecnología del sinterizado selectivo por láser de polvos de nylon.

A continuación os presentamos un vídeo en el que podréis comprobarlo:

CONSTRUCCIÓN DEL PRIMER PROTOTIPO DE LA BOMBA

Una vez desarrollada la idea, construir un skimmer dotado de una bomba de tornillo de Arquímedes pero capaz de separar parte del agua recuperada, nos lanzamos a la fabricación del prototipo.

Aunque el objetivo final es fabricar un equipo robusto y capaz de trabajar con cualquier tipo de fluido, y siendo el acero inoxidable el material que responde a tales exigencias, decidimos realizar un primer prototipo utilizando la técnica del sinterizado selectivo por láser de polvos de nylon.

De esta manera construimos la primera bomba con un material muy frágil, por lo que si superaba la prueba tendríamos garantías de ajuste y funcionamiento para proceder con la inversión muy superior que representaba el prototipo metálico.

La tecnología utilizada respondió sobradamente a las expectativas. No sólo conseguimos un prototipo que geométricamente validaba nuestro diseño sino que era un prototipo funcional con el que pudimos verificar el funcionamiento hidráulico de la bomba.

¡EMPEZAMOS!!!

Analizando las prestaciones y el diseño de las bombas a disposición nos inclinamos por utilizar las bombas detornillo en nuestro empeño de reducir la cantidad de agua bombeada desde los skimmer.

Su geometría y la manera en la que se produce la transmisión de la potencia nos hace pensar que son las más idóneas para trabajar junto a un separador centrífugo que nos permita reducir la cantidad de agua dentro del skimmer.

Ha llegado el momento de pasar a la acción: Fabricaremos un prototipo que nos permita verificar los resultados de nuestros análisis teóricos.

El desafío que se nos presenta no es para nada despreciable. Nos encontramos con la necesidad de diseñar y fabricar tres dispositivos en uno: un skimmer de rebosadero, una bomba de tornillo de Arquímedes y un separador centrífugo.

Dado que tenemos una dilatada experiencia en la fabricación de skimmers lo dejaremos para el último momento, por lo que nos concentraremos en un primer momento en el diseño y fabricación de la bomba pues representa el corazón de este nuevo equipo para la lucha contra la contaminación, al que llamaremos:

OWSKIMMER

EL BOMBEO DEL HIDROCARBURO RECUPERADO

Para buscar una solución al problema de la enorme cantidad de agua recuperada junto a los hidrocarburos necesitamos saber cómo éstos son bombeados desde los skimmers, pues su conocimiento nos ayudará a encontrar la mejor manera para integrar los métodos de separación industriales presentados en la entrada anterior.

Una vez recuperado el hidrocarburo derramado con los diferentes tipos de skimmer existentes necesitamos bombearlo hasta los tanques de almacenamiento temporal.

En ocasiones el lugar de trabajo del skimmer y la ubicación del operador aconsejan el uso de una bomba de aspiración o por el contrario de una bomba de impulsión.

Cuando el acceso a la zona del derrame es complicado puede resultar más interesante el uso de skimmers ligeros trabajando junto a una bomba autoaspirante situada en las cercanías de éstos pero ubicada en tierra o en la cubierta de la embarcación de limpieza. Esta configuración tiene una limitación importante, la altura de aspiración máxima de las bombas. Una bomba autoaspirante nunca podrá salvar un desnivel superior a los 9,8 metros, altura que se ve reducida conforme aumenta la viscosidad del producto a bombear.

Para evitar este hándicap los skimmers pueden ir equipados con bombas de trasiego que desde el propio skimmer bombeen el fluido recuperado. De esta manera la limitación de la altura se convierte en un problema menor. Surge sin embargo un problema logístico, para desplazar y elevar estos skimmers es necesario usar grúas.

Entre el primer tipo de bombas, las más utilizadas son las bombas de lóbulos, bombas peristálticas y las bombas de membrana. Todas ellas son bombas autoaspirantes de desplazamiento positivo capaces de trabajar con fluidos de elevadas viscosidades incluso en presencia de sólidos. Las diferencias entre ellas se centran en el mantenimiento necesario, diámetro de los sólidos, capacidad de trabajar en seco y el precio. En cualquier caso, son bombas voluminosas y pesadas, características que dificultan, aunque no impiden, su uso como bomba de trasiego en los skimmers.

Habitualmente los skimmers equipados con bomba de impulsión utilizan los siguientes tipos:

• Bombas de lóbulos: su elevado peso no las convierte en la mejor solución

• Bombas centrífugas axiales de rodete abierto: emulsionan la mezcla agua-hidrocarburo y trabajan especialmente mal con hidrocarburos viscosos.

• Bombas de tornillo de Arquímedes con disco de sellado: las más utilizadas y que mejores prestaciones ofrecen para su uso con mezcla agua-hidrocarburo e hidrocarburos viscosos.

MÉTODOS INDUSTRIALES DE SEPARACIÓN

En esta entrada presentaremos los diferentes métodos de separación de agua y aceite y analizaremos su posible uso para mejorar la eficiencia de los skimmers y los grupos de bombeo.

Separación por gravedad: Es el método de separación más antiguo y extendido. Suele ser un primer paso en el tratamiento de aguas aceitosas. Gobernado por la ley de Stoke se basa en la diferente densidad de los fluidos inmiscibles. Cuanto más diferentes son las densidades mejor separa. Para lograr un eficiencia media se necesitan largos tiempos de residencia y gotas de aceite grandes. No obstante, para acelerar el proceso se puede hacer uso de la coalescencia. La eficiencia de la separación oscila entre el 20% y el 60%. Tipos:

•       Separadores API
•       Separadores circulares
•       Separadores de placas (paralelas y corrugadas)
•       Separadores de placas curvas

Separación rotacional: Fue concebida para acelerar el proceso de separación por gravedad, ya que la fuerza centrífuga es muy superior a la fuerza de la gravedad. Una diferencia de un 5% entre las densidades es suficiente para separar los fluidos, pero cuanto mayor es esta diferencia más rápida y con menor consumo energético es la separación. La eficiencia de separación oscila entre el 77% y el 91%. Con el uso de la coalescencia estos valores pueden aumentar. Tipos:

• Centrifugadoras: Se transmite un movimiento giratorio al fluido contenido en un depósito rotatorio.
• Ciclones: Se inyecta a presión el fluido tangencialmente en el ciclón forzando de esta manera el movimiento giratorio.
• Ciclones axiales: Por medio de una hélice estática o dinámica el fluido adopta una trayectoria helicoidal a lo largo del tubo que provoca la separación de los fluidos.

Filtración: Es uno de los métodos más antiguos que se utilizan. Es muy eficaz para la eliminación materia en suspensión especialmente hidrocarburos

• Multicapa/media: consiste en hacer pasar el agua contaminada a través de un conjunto de capas de diferentes materiales sólidos de diferente tamaño y densidad. Su mayor ventaja es la menor pérdida de carga para caudales importantes a tratar sin disminuir la calidad del efluente.
• Filtros de adsorción absorción: El carbón activo y en los últimos años el grafeno han demostrado una gran capacidad de adsorción. La saturación de los cartuchos y su regeneración son los principales problemas que están afrontando los investigadores en la actualidad para vencer la barrera de la factibilidad. Eficiencia entre 95 y 100%

Membrana: En las últimas décadas se han desarrollado membranas de materiales hidrorepelentes e hidrófilos. La membrana para ser efectiva tiene que ser elegida en función de las características de la sustancia a separar y encuentra dificultades con aceites o hidrocarburos viscosos. Es todavía una tecnología muy cara y se justifica como última etapa de filtración para eliminar las últimas trazas de hidrocarburo del agua.

Electrodialisis: La separación tiene lugar gracias a la aplicación de una corriente eléctrica. Ha encontrado mayor aplicación en el sector de las desaladoras.

Osmosis inversa: Aplicando una gran presión a la sustancia a tratar el aceite y el agua se separan en la superficie de la membrana ya que las primeras tienen una dimensión molecular superior a la del agua que puede atravesar la membrana.

Ultrafiltración: Similar a la osmosis inversa trabaja a presiones muy inferiores.

Coalescencia: Se utiliza para agrupar hidrocarburos dispersos en solución acuosa. Generalmente ayuda a acelerar los procesos de separación anteriormente citados (gravitacional, rotacional, filtración). En algunos casos se puede llegar a valores de eficiencia del 90-98%

Otros:

•         Separación electromagnética
•         Separación térmica
•         Separación por ultrasonidos
•         Separación cromática

Para lograr una casi perfecta separación se necesitan la sucesión de diferentes métodos utilizados en cascada con la adecuada combinación para responder a las necesidades de cada caso.

Osmosis inversa, ultrafiltración y adsorción mediante carbón activo o grafeno son los métodos de mayor potencial pero conllevan elevados costes de operación, energéticos fundamentalmente) y equipos auxiliares. Por su parte la separación por gravedad necesita volúmenes de trabajo importantes y tiempos largos por lo que no deja de ser utilizado como un pretratamiento. Mientras que los filtros, a causa de su facilidad para saturarse y su elevado coste en ciertos casos, son adecuados para una última etapa de separación en la que alcanzar así el 100% de eficiencia.

De este análisis de las tecnologías de separación se deduce que las más adecuadas para mejorar el rendimiento de los skimmers son la coalescencia y la separación rotacional.