eliminando los sellos dinámicos que se desgastan y tienen fugas. Para bombas herméticamente selladas que manejan fluidos corrosivos o peligrosos (por ejemplo, de procesamiento químico, farmacéutico, nuclear), los accionamientos magnéticos son obligatorios para lograr cero emisiones. El acoplamiento consta de un rotor interior (unido al impulsor de la bomba) y un rotor exterior (impulsado por el motor), con imanes dispuestos en polos alternos. Esta guía explica cómo las unidades magnéticas sin sello eliminan las fugas de fluido, cubre la coincidencia de los polos del rotor interno y externo y la transmisión de torsión, explica por qué se prefiere SmCo para bombas químicas de alta-temperatura y detalla el equilibrio entre los espacios de aire y el espesor de la carcasa de contención.
Eliminación de fugas de fluidos: la mecánica de los accionamientos magnéticos sin sello
Las bombas centrífugas convencionales utilizan un sello mecánico (caras de carbono/cerámica) que se desplaza sobre el eje de la bomba. El desgaste y el choque térmico provocan fallas en el sello, lo que resulta en fugas de fluido-inseguras para fluidos tóxicos, inflamables o de alta-pureza. En una bomba de accionamiento magnético:
El motor hace girar un conjunto de imán exterior (rotor exterior) fuera de una carcasa de contención sellada.
El conjunto del imán interior (rotor interior, en el eje de la bomba) está bloqueado magnéticamente al rotor exterior.
El par se transmite a través de la pared de la carcasa de contención (normalmente Hastelloy o titanio de 1 a 3 mm de espesor) sin ninguna penetración en el eje.
Los únicos sellos son las juntas tóricas estáticas en la carcasa, que son confiables y no requieren mantenimiento-.
Sin sellos dinámicos=cero fugas. Los acoplamientos magnéticos son estándar para el manejo de bombas:
Ácidos altamente corrosivos (HCl, H2SO4, HF)
Disolventes inflamables (acetona, metanol, tolueno)
Agua de alta-pureza (farmacéutica, semiconductores)
High-temperature thermal oils (>200 grados)
Rotores internos versus externos: coincidencia de polos y transmisión de torque
Los rotores interior y exterior deben tener un número de polos y una alineación de arco polar idénticos. Configuraciones estándar:
Diseños de 4, 6 u 8 polos. Un mayor número de polos reduce el diámetro del rotor y la inercia, pero requiere un entrehierro más estrecho.
Magnetic materials: Sintered NdFeB (N42SH) for temperatures up to 100°C, SmCo for >100 grados. Para las bombas químicas, SmCo es estándar debido a su resistencia a la corrosión (no requiere recubrimiento) y estabilidad térmica.
Disposición de los imanes: imanes-montados en superficie en ambos rotores (SPM) para un montaje sencillo; o imanes interiores (IPM) con concentración de flujo para una mayor densidad de par.
Ecuación de transmisión de par: T=k × Br² × (OD³ - ID³) × sin(δ) / (espacio² + espesor de la carcasa²), donde δ es el desplazamiento angular (ángulo de extracción-fuera). El par máximo (par de extracción-) se produce en δ=90 grados (polos magnéticos desalineados 90 grados). El par de operación debe ser<80% of pull-out torque to avoid decoupling.
Si el motor se sobrecarga o se atasca, el acoplamiento magnético se desliza (se desacopla) sin causar daño, actuando como un limitador de par. Esto protege el motor y la bomba de daños mecánicos.
Por quéSamario Cobalto(SmCo) es el preferido para bombas químicas de alta-temperatura
Las bombas químicas a menudo manejan fluidos a 150-300 grados. NdFeB pierde una cantidad significativa de Br y Hcj por encima de los 100 grados, y su susceptibilidad a la corrosión requiere un revestimiento costoso (que puede desprenderse durante el ciclo térmico). SmCo (grado 2:17) ofrece:
Br=10.5-11.5 kg (inferior a NdFeB pero estable hasta 300 grados).
Hcj > 20 kOe at 20°C, remaining >10 kOe a 250 grados.
Resistencia a la corrosión: SmCo no requiere recubrimiento para la mayoría de los fluidos químicos (excepto el ácido fluorhídrico).
El coeficiente de expansión térmica coincide con los depósitos de contención de Hastelloy, lo que reduce la tensión.
Para aplicaciones criogénicas (-40 grados a -150 grados), NdFeB es aceptable porque las bajas temperaturas no se desmagnetizan. Sin embargo, el SmCo también se comporta bien a bajas temperaturas.
Selection guideline: If fluid temperature >120 grados, especifique SmCo. Si la temperatura del fluido<120°C and the pump is dry-mount (no fluid splashing on the magnets), NdFeB with Ni-Cu-Ni coating is sufficient.
Equilibrando los espacios de aire y el espesor de la carcasa de contención
El entrehierro entre los rotores interior y exterior incluye:
El espesor de la pared de la carcasa de contención (crítico para la clasificación de presión).
El espacio libre entre los imanes y la carcasa (normalmente entre 0,5 y 2 mm por lado).
Espacio de aire total=espesor de la carcasa + 2 × espacio libre.
Un entrehierro más grande reduce la transmisión de par (aproximadamente ley del cuadrado inverso). Para un requisito de par fijo, aumentar el espacio de aire en 1 mm requiere aumentar el diámetro exterior del imán en un 20 % para compensar, lo que agrega costo e inercia. Por tanto, la optimización del diseño debe equilibrar:
| Presión de fluido | Material de la carcasa de contención | Espesor de la carcasa (mm) | Entrehierro (mm) | Reducción de par (frente a una separación de 3 mm) |
|---|---|---|---|---|
| <10 bar | Inoxidable 316L | 1.0-1.5 | 2.5-3.5 | Base |
| 10-30 barras | Hastelloy C276 | 1.5-2.5 | 3.5-4.5 | -25% a -35% |
| >30 barras | Titanio (Ti-6Al-4V) | 2.0-3.0 | 4.0-5.0 | -40% a -50% |
| High temp (>200 grados) | Inconel 625 | 2.0-3.0 | 4.0-5.0 | -40% a -50% |
Para aplicaciones de alto-torque y alta-presión, utilizamos orientación de imán radial o matrices Halbach para compensar el aumento del espacio de aire. La simulación FEA es esencial para predecir-el par de extracción y el aumento de temperatura debido a las corrientes parásitas en la carcasa de contención.
Para acoplamientos magnéticos y conjuntos de bombas sellados, incluidos juegos completos de rotor interior/exterior con imanes SmCo o NdFeB, visite nuestras páginas de Conjuntos de motores magnéticos e imanes de samario y cobalto en nuestro sitio web.
Para solicitar un diseño de acoplamiento para las especificaciones de su bomba-incluido el par, la velocidad, la temperatura del fluido y la presión-comuníquese con nuestro equipo de ingeniería de acoplamientos magnéticos.
Preguntas frecuentes
P: ¿Qué sucede si el acoplamiento magnético se desacopla (se retira) durante el funcionamiento?
R: El rotor interior deja de girar (la bomba se para) y el rotor exterior gira libremente. El motor consume menos corriente (sin carga). Para volver a acoplar, apague el motor, espere a que baje la presión del fluido y luego reinícielo. Los imanes se vuelven a bloquear automáticamente cuando ambos rotores están estacionarios. El desacoplamiento repetido no daña los imanes.
P: ¿Podemos utilizar un acoplamiento magnético para una bomba que maneje lodos abrasivos?
R: Sí, pero el desgaste de la carcasa de contención debido a los abrasivos es motivo de preocupación. Utilice una carcasa de doble-contención con un fluido de lavado (líquido limpio) que circule entre las carcasas interior y exterior para proteger los imanes y evitar la intrusión de lodo. Suministramos esta configuración.
P: ¿Cómo se mide el entrehierro en un acoplamiento magnético ensamblado?
R: Utilice una galga de espesores o una medición de espesor ultrasónica a través del armazón. Para el montaje en fábrica, utilizamos una plantilla de alineación de precisión para establecer el espacio dentro de ±0,1 mm. Proporcionamos un informe de medición del entrehierro con cada acoplamiento.
