Generalidades Sobre Bombas 1l6h2g
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- Words: 7,420
- Pages: 150
Soluciones Integrales de Ingeniería y Mantenimiento, C.A.
Manuel Grau Ing. Mecánico, MSc.
CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN 1. 1 DEFINICION DE BOMBA 1. 2 CLASIFICACIÓN 2. FÍSICA / FLUIDOS. ALGUNOS CONCEPTOS 3. LA BOMBA CENTRIFUGA – DISEÑO Y COMPORTAMIENTO 4. CONFIGURACIONES 5. COMPONENTES 6. MANTENIMIENTO 7. MATERIALES 8. SERVICIOS 9. PROBLEMAS TÍPICOS 10. BIBLIOGRAFÍA ATENCION !SIIMCA no se hace responsable por otros usos diferentes a los de instrucción del personal a través de este curso y prohíbe la reproducción de parte o la totalidad de este material sin la expresa autorización por escrito de SIIMCA.
I. Introducción
Bomba: Definición LAS BOMBAS SON MÁQUINAS CAPACES DE IMPULSAR LIQUIDOS DE UN PUNTO A OTRO AUMENTANDO A SU VEZ LA PRESIÓN, PERMITIENDO EL DESPLAZAMIENTO DE LOS LIQUIDOS Y/O SU ALMACENAMIENTO A MAYOR PRESIÓN O COTA.
Bomba: Definición
CONSIDERANDO LOS MECANISMOS FÍSICOS ASOCIADOS A SU FUNCIONAMIENTO, LAS BOMBAS SE CLASIFICAN EN DINÁMICAS Y DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Bombas Dinámicas y de Desplazamiento Positivo
CONSIDERANDO LOS MECANISMOS FÍSICOS ASOCIADOS A SU FUNCIONAMIENTO, LAS BOMBAS SE CLASIFICAN EN DINÁMICAS Y DE API 610 BOMBA CENTRIFUGA BOMBA CENTRIFUGA DESPLAZAMIENTO POSITIVO SERVICIO PESADO DE PROPÓSITO GENERAL
BOMBA TRIPLEX
BOMBA VERTICAL
BOMBA ROTATORIA
Clasificación de las Bombas BOMBAS DESPLAZAMIENTO POSITIVO
DINÁMICAS
CENTRÍFUGAS
ESPECIALES
RECIPROCANTES
ROTATORIAS
FLUJO AXIAL
ELECTROMAGNETICA
PISTÓN/ ÉMBOLO
ENGRANAJE
FLUJO RADIAL
EYECTORES
DIAFRAGMA
TORNILLO
VARILLA DE SUCCIÓN
LÓBULO
FLUJO MIXTO
PALETAS DESLIZANTES
2. Física / Mecánica de Fluidos : Algunos Conceptos
Física: Algunos Conceptos Comenzaremos nuestro curso refrescando importantes Conceptos y Definiciones de variables y propiedades físicas, que nos permitirán asimilar mejor el material que vamos a presentar: Energía: Capacidad que tienen los cuerpos o sistemas para realizar un Trabajo Un Trabajo efectuado sobre un cuerpo o sistema supone un aumento de Energía como explicaremos más adelante. La Energía total siempre es constante, y solo se produce cesión de energía entre sistemas. El Principio de Conservación de la Energía establece que la Energía no se crea ni se destruye, sino que tan solo se transforma
Física: Algunos Conceptos Energía Cinética: Es la Energía del Movimiento. Proporcional a la masa y al cuadrado de la velocidad del objeto. Ec = 1 /2 m V2 Energía Potencial: Un objeto puede acumular energía como resultado de su posición. Esta se conoce como energía Potencial.
Z
EL MARTINETE DE UN MARTILLO O EL ARCO EN TENSIÓN POSEEN ENERGÍA POTENCIAL ASOCIADA A SU POSICIÓN
Ep = m g z Energia Mecánica: En este contexto es la suma de la Energía Cinética y La Energía Potencial
Ep = 1 /2 k x 2
Em = Ec + Ep
Física: Algunos Conceptos Trabajo : Es el producto de la magnitud de una fuerza que actua sobre un objeto por la distancia que este es desplazado.
EP
EC
Trabajo
Física: Algunos Conceptos Disipación de la Energia Mecánica mediante el Trabajo Ec Ep
Em
Nieve Suelta Altura
Velocidad
Potencia: Es el trabajo realizado por unidad de tiempo.
Mecánica de Fluidos Densidad: Variable que expresa la Masa por Unidad de Volumen que tiene cada líquido. En caso de expresarse como peso por Unidad de Volumen se denomina Peso Específico. Al expresarla en términos relativos al agua, se denomina Densidad Relativa o Gravedad Específica (sg)
DENSIDAD
r= m/ V
PESO ESPECÍFICO
g= p/ V
GRAVEDAD ESPECÍFICA
sg = r / r H2O
Mecánica de Fluidos Presión: Variable que expresa la Fuerza por unidad de área que ejerce un fluido. Una columna de líquido ejercerá una presión en el fondo de una columna que es directamente proporcional a la altura de dicha columna y a la gravedad específica de dicho líquido. En UI se utilizan las Lppc (psi)
Crudo X-pesado
Agua
Gasolina
Mecánica de Fluidos Terminología utilizada para definir la Presión en el contexto de Bombeo:
Mecánica de Fluidos Energía de Presión : Es otra forma de Energía Potencial, para el caso de fluidos, e igual al producto del volumen por la presión, o lo que es igual la masa por la presión, dividida entre la densidad del fluido. V1 1 Ep = V P = m P / r P Z 1
1
P2
V
2
Z
2
2
Conservación de la Energía : Considerando ausencia de pérdidas por fricción ni adición de energía por fuentes externas, se puede establecer que la energía permanece constante.
Energia Cinética + Energia Potencial + Energia de Presión = Constante
Mecánica de Fluidos Viscosidad Propiedad de los fluidos asociada a la resistencia interna a cambiar de forma. Bajo gravedad el aceite se moverá mas lentamente que el agua.
Mecánica de Fluidos Supongamos dos placas paralelas separadas una distancia h y moviéndose a una velocidad relativa V, el esfuerzo cortante t requerido para mantener esa velocidad es: t = m (V / h) es decir: m = t / (V / h)
2
m es conocida como viscosidad dinámica ( Lb f seg/ft ) 2Existe también n = m / r conocida como viscosidad cinemática ( Ft seg ) Cuanto mas viscoso un fluido mayor es la fuerza cortante t pero también mayor la tendencia a no entrar en o las dos placas sólidas del ejemplo. La energía asociada se disipa como calor.
Mecánica de Fluidos VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD CON LA TEMPERATURA
Mecánica de Fluidos Introduciendo el concepto de pérdidas viscosas a medida que circula el fluido, se producen perdidas por roce que aumentan con la velocidad del líquido También los rios, como codos, tés, válvulas, etc., producen pérdidas por roce que aumentan con la velocidad.
Estos efectos producen un efecto de perdida de cabezal que aumenta si el fluido es mas viscoso
hf = f(m)
Mecánica de Fluidos
Tip 1 Debe evitarse sustituir las válvulas de compuerta por válvulas de globo, particularmente en la succión. El efecto es equivalente a añadir 30 metros de tubería ! A la descarga afecta negativamente el punto de operación y a la succión promueve la cavitación.
Mecánica de Fluidos
Volviendo a la Ecuación de la energía, si consideramos además de las pérdidas hf, la contribución positiva para la corriente que puede ser impulsada por una bomba entregándole un Cabezal DH , tendremos un sistema como el descrito en el gráfico.
z
hf z1
Con ello la Ecuación de Energía se convierte en:
EC1 +
Z 1 + EP 1
=
EC 2 +
Z
2
+
2
EP 2 - DH + h f
DH
3. Comportamiento/ Diseño
Bombas Centrífugas DEFINICIÓN Las bombas Centrífugas son un tipo de Turbomáquina capaz de Succionar Líquidos e impulsarlos al imprimirles Energía Cinética y también Potencial, en forma de Presión. Se denominan Turbo-máquinas a los Equipos manejadores de Fluidos que basan su acción física direccionando el flujo con álabes o toberas. Compresores y Turbinas también son Turbomáquinas. En contraste con la maquinaria de Desplazamiento Positivo, el fluido manejado nunca está completamente confinado.
Bombas Centrífugas: Comportamiento A fin de explicar los principios de funcionamiento de las Bombas Centrífugas, a continuación algunas definiciones adicionales Velocidad Velocidad del Fluido: Es la tasa a la cual una partícula del fluido cambia su posición Caudal : Es la tasa a la cual un volumen determinado de fluido cambia su posición. Equivale al producto del promedio de la velocidad de las distintas partículas por el área de flujo. En Unidades Inglesas (UI) se mide en GPM.
Caudal
Bombas Centrífugas Cabezal o Columna: Variable que expresa la Altura que alcanza un líquido. Las Bombas Centrífugas son máquinas que entregan Caudal y Cabezal en forma predecible.
Cuando manejan un líquido de diferente Gravedad Específica, entregan el mismo cabezal, pero una presión inversamente proporcional a la Gravedad Específica. En UI se mide en pies. Esto considerando que el caudal permanece constante.
Bombas Centrífugas Cabezal o Columna: Terminología utilizada en Bombeo
Bomba Centrífuga: Comportamiento Potencia: Las Bombas Centrífugas reciben energía de algun equipo accionador tales como un motor eléctrico, un Motor Diesel, una Turbina a Gas o de Vapor, etc. Esta Energía es transformada en Caudal y Presión de acuerdo a la siguiente ecuación:
BHP= GPM H 3960 h
sg
BHP = POTENCIA AL FRENO, HP GPM = CAUDAL, GALONES POR MINUTO H = CABEZAL, PIES sg = GRAVEDAD ESPECIFICA h = EFICIENCIA DE LA BOMBA (Potencia entregada al Líquido / Potencia al Freno)
Bomba Centrífuga: Comportamiento Las Bombas Centrífugas disponen de una parte rotatoria, conocida como el Impulsor, y una estacionaria o Carcasa. El fluido es acelerado a través de la fuerza centrífuga por el impulsor y parte de la velocidad se transforma luego en Presión en la sección de la Carcasa conocida como Voluta.
Voluta
Carcasa Impulsor
Bomba Centrífuga: Comportamiento El Comportamiento Hidráulico de las Bombas Centrífugas se describe mediante la Curva Característica, que relaciona el Caudal o Capacidad, el Cabezal o Columna Total, la Potencia Consumida y la Eficiencia Hidráulica. Curva Característica del Sistema El punto de operación de la Bomba (“A”) es determinado por la intersección de la curva Caudal vs Cabezal con otra curva que describe la resistencia del sistema en el que opera, denominada “Curva del Sistema”.
A B Cabezal (Ft)
Al cambiar la Curva del Sistema cambiará a su vez el punto de Operación (“B”)
Flujo (GPM)
Curva Característica de la Bomba
Bomba Centrífuga: Comportamiento Tip 2. Estimado del Cabezal a cero flujo: A 1750 rpm. Ho = El cuadrado del diámetro del impulsor A 3500 rpm. Ho = El cuadrado del diámetro del impulsor por 4 2
A otras velocidades : Ho = D x (rpm / 1750)
2
Bomba Centrífuga: Comportamiento La Curva Característica incluye el Punto de Mayor Eficiencia (BEP, Best Efficiency Point) ( ) que genera la operación mas estable desde los puntos de vista energético y mecánico. Se debe operar en lo posible en la región cercana al BEP También se debe considerar el punto de mínimo flujo estable( ) BEP Por último, el Flujo mínimo térmico ( ), aquelCabezal (Ft) donde la bomba alcanza una temperatura por encima de su límite de diseño Flujo (GPM)
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Tip 3. El B.E.P de las bombas está entre el 80 y el 85 % del Cabezal a Cero Caudal
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Además de los efectos hidráulicos, operar fuera del BEP tiene impacto en las cargas radiales, traducido en deflexión del eje y roce interno con posible daño en cojinetes sellos y otras partes rotativas y estacionarias.
Cargas radiales y daños por roce al reducir caudal respecto al BEP
Cargas radiales y daños por roce al aumentar caudal respecto al BEP
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Bomba Centrífuga: Comportamiento 3
4
Tip 4 La relación de Esbeltez, L / D debe ser menor a 60 para evitar doblez del eje. Un cambio de material no ayuda, porque tienen módulos de elasticidad similares. Los fabricantes suelen ignorar los problemas de cargas radiales al operar por debajo del BEP, dándole mas importancia al calentamiento de la bomba
Bomba Centrífuga: Comportamiento Existen otras fuerzas asociadas al aumento de presión que ocurre en los impulsores de las bombas, pero en la dirección axial. Presión actúa sobre las cubiertas del impulsor
Presión actúa sobre las cubiertas del impulsor
Fuerzas Balanceadas Fuerzas No Balanceadas
A fin de contrarestarlas existen diversos dispositivos, todos ellos seleccionados considerando los diversos puntos en que puede operar la bomba, pero en ocasiones se exceden los límites y se producen fallas por desplazamiento axial, tipicamente iniciadas por daños previos en el cojinete de empuje.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Es posible seleccionar la forma mas adecuada de impulsor, que puede ser de “Flujo Radial”, “Flujo Axial” o una Configuración intermedia, conocida como“Flujo Mixto”
Bomba Centrífuga: Comportamiento El diseño del impulsor de la bomba está a su vez asociado a un parámetro adimensional conocido como Velocidad Especifica (“Ns”)
Configuración del Impulsor en función de Ns ( Velocidad Específica )
Bomba Centrífuga: Comportamiento En las Gráficas se observan Configuraciones Típicas de la Curva Característica de la Bomba, de acuerdo al Diseño es decir su Velocidad Específica.
1
2
3
1 3
2 Flujo (GPM)
Potencia (HP)
Cabezal (Ft)
3
2 1 Flujo (GPM)
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Tip 5: Arrancar con la descarga restringida, a menos que se trate de una bomba de flujo axial o mixto. Considerar la posibilidad frecuente, de que por error, después de un mantenimiento, la bomba quede operando al revés, con lo que se obtendrá el cabezal previsto mas no el flujo.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Cavitación Existe un fenómeno hidraúlico conocido como cavitación que afecta a diversos equipos, entre ellos las bombas. A fin de explicarlo comenzaremos por el caso análogo cuando ocurre en las válvulas de control, donde también se observan sus efectos.
Cavitaci ón Cavitación
Bomba Centrífuga: Comportamiento Cavitación en Válvulas de Control • Se produce al colapsar (implosión) las burbujas de vapor en el seno del liquido. • Fenómeno caracterizado por una alta liberación de energía, vibración y ruido. • Altamente destructivo. • Se puede eliminar con la adecuada selección de la válvula de control.
EJEMPLO DEL CAVITACIÓN EN UN IMPULSOR.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Así mismo, en las bombas también se produce el fenómeno, pero esta vez en el impulsor. En este caso las variables que permiten controlar el problema son la adecuada presión de succión y un buen diseño del impulsor.
EJEMPLO DEL CAVITACIÓN EN UN IMPULSOR.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Cuando el fluido se introduce a la bomba se va reduciendo la Presión hasta alcanzar su mínimo en el ojo del impulsor donde, si la Presión baja lo suficiente se puede producir la vaporización del líquido.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Al recuperarse la presión las burbujas de vapor implosionan creando presiones localizadas por encima de los 150.000 lppc, con un perfil toroidal como se muestra en la figura. El daño comienza en el ojo del impulsor y se va desplazando hacia el lado de salida de las venas. Se produce vibración y ruido, y también se pueden generar daños en cojinetes y sellos.
A continuación introduciremos el concepto de Cabezal Neto Positivo de Succión (Net Positive Suction Head, NPSH), variable que debe utilizarse para asegurar por diseño que no se presente el fenómeno de cavitación.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Existen dos tipos de NPSH •NPSH Disponible. El cual es definido por las características y propiedades a la succión de la Bomba • NPSH Requerido. Parámetro determinado por el Diseño de la Bomba.
El NPSH Disponible es definido como: NPSH disp = 144 (Pa-Pv) + Hs g Pa = Presión absoluta (Lppc). Usualmente la Presión en recipiente de succión o la atmosférica g
= Peso Específico del fluido
Pv = Presión de vapor del fluido manejado Hs = Cabezal existente justo en la succión
Bomba Centrífuga: Comportamiento El NPSH Requerido es generado mediante Pruebas por el Fabricante, y es definido mediante Graficas como la siguiente:
Cabezal ( Ft )
Caudal (GPM)
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Tip 6. El NPSH disponible debe estar siempre por encima del NPSH requerido. Márgenes de al menos tres Pies (3 ft) para todos los puntos de operación posibles son aconsejables para impedir la cavitación .
Bomba Centrífuga: Comportamiento Control del NPSH A fin de corregir problemas de NPSH, puede modificarse el equipo, o el sistema donde está instalado. Algunas oportunidades son: • Instale una bomba de doble succión
• Coloque un inductor
• Prevenga la posibilidad de producción de vórtices hidraúlicos, los cuales reducen el NPSH disponible
Bomba Centrífuga: Comportamiento Control del NPSH: Prevención de Vórtices Se deben evitar las causas que los provocan: • Bajo Nivel • Tasa de Reducción del nivel mayor a 3 ft/seg • Grandes concentraciones de gases disueltos • Alta velocidad en la conexión de salida del recipiente • Líquidos cerca de su punto de vaporización • Alta circulación por asimetrías en las conexiones de entrada y salida • Tubería de entrada muy cerca del fondo
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Tip 7. Una bomba de doble succión puede operar con 27% menos de NPSH o a un 40% mas de velocidad de rotación, sin cavitar. Un inductor puede reducir el NPSH requerido hasta en 50%.
Bomba Centrífuga: Comportamiento
A fin de asegurar la ausencia de problemas adicionales en la succión de la Bomba, la Configuración de la misma debe diseñarse con gran cuidado. Aquí se ilustran algunos de los errores más comunes
Bomba Centrífuga: Comportamiento Tip 8: Deben existir longitudes rectas de al menos diez diámetros antes de la succión, especialmente en bombas de doble succión, a fin de evitar cargas axiales y problemas en cojinetes
Tip 9. Las bombas pueden operar con 0,5 % en volumen de aire. Con 6% se dejará de bombear y puede tambien cavitar.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Cavitación Hidrodinámica Además de la Cavitación clásica, existe otro fenómeno similar, Cavitación Hidrodinámica, que se produce cuando el caudal se encuentra sustancialmente por debajo del BEP.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Cavitación Hidrodinámica
Tip 10: Adquirir bombas con velocidades Específicas de Succión menores de 8500, y evitar en lo posible valores mayores a 12000, excepto para agua caliente e hidrocarburos líquidos.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Ejemplo de corrección por Viscosidad y Gravedad Específica Aplicando el método antes presentado, se obtienen curvas corregidas tales como la del ejemplo. Se observa que como resultado se reduce el Cabezal y la Eficiencia y aumenta el consumo de Potencia
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Tip 11. La máxima viscosidad que una bomba puede normalmente manejar, es la correspondiente a un aceite SAE 30.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Disposición en Paralelo y en Serie Al momento de seleccionar arreglos con más de una bomba, considerando necesidades operacionales de operar a capacidades parciales, estas pueden instalarse en Serie o en Paralelo, de acuerdo al objetivo principal: aumentar el flujo o el cabezal en la condición alterna de operación.
Paralelo
H-Q DOS BOMBAS EN SERIE. SE AÑADEN CABEZALES VERTICALMENTE
H-Q DOS BOMBAS EN PARALELO. SE AÑADEN CABEZALES HORIZONTALMENTE
Cabezal (Ft)
Serie
H-Q BOMBA SOLA CURVAS DEL SISTEMA 20 ´ CABEZAL ESTÁTICO
Flujo (GPM)
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Tip 12 Las bombas conectadas en serie deben tener la misma capacidad (ancho del impulsor y velocidad) y si están en paralelo el mismo cabezal (Diámetro del impulsor y velocidad)
Bomba Centrífuga: Comportamiento Leyes de Afinidad Existen reglas que relacionan el comportamiento de la bomba a una velocidad de operación conociendo el que tiene a otra. Así mismo, con expresiones matemáticas similares se pueden relacionar bombas con variaciones en el diámetro del impulsor. Estas Reglas se denominan leyes de Afinidad, se basan en el principio matemático de Similitud, y se presentan a continuación: Cambio Diámetro del Impulsor Q2 = Q1 ( D2 / D1 )
Cambio Velocidad de Giro Q2 = Q1 ( N2 / N1 )
2
2
H2 = H 1 ( D2 / D 1 )
H2 = H1 ( N2 / N1 ) 3
HP2 = HP1 ( D2 / D1 )
3
HP2 = HP1 ( N2 / N1 )
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Tip 13: Duplicando las RPM, se obtiene el doble de la capacidad, cuatro veces el Cabezal y ocho veces la potencia requerida.
Bomba: Diseño Los Fabricantes de Bombas aplican los principios de Ingeniería para dimensionar sus componentes.
EJEMPLO DEL DISEÑO DE UN IMPULSOR.
Bomba: Diseño El Diseñador juega con los diferentes párámetros que afectan la geometría del impulsor. Aquí algunos ejemplos de sus efectos:
ADAPTANDOSE A LAS NECESIDADES DEL PROCESO DE OPERACIÓN.
Bomba: Diseño ESTE ES EL EJEMPLO DE UNA LINEA DE BOMBAS COMERCIAL, DONDE UNA VEZ DISEÑADA CON UN DIAMETRO DEL IMPULSOR Y VELOCIDAD DE GIRO DETERMINADOS, SE APLICAN LAS LEYES DE AFINIDAD EXTRAPOLANDO LAS CURVAS DE OPERACIÓN PARA DIFERENTES DIAMETROS DEL IMPULSOR Y VELOCIDADES DE GIRO.
Bomba: Diseño
Tip 14. No especificar bombas con el máximo diámetro del impulsor. Asegurar una holgura de 5 a 10%. Lo puede necesitar en el futuro
4. Configuraciones
CONFIGURACIONES COMUNES
1. SUCCIÓN EN EL EXTREMO 2. SUCCIÓN EN EL EXTREMO CON APOYO EN LOS COJINETES DEL MOTOR 3. DOBLE SUCCIÓN 4. VERTICAL TIPO TURBINA 5. AUTOCEBANTES 6. ENLATADAS 7. MULTIETAPAS 7.1 Partidas Horizontalmente 7.2 Partidas Radialmente Tipo Barril 8. BOMBA DE VÓRTICE
Bomba Centrífuga: Configuraciones Bombas con Succión en el Extremo (Suction End) Quizas el mas común de los arreglos con diferentes variantes, succiona axialmente y descarga radialmente. Se aprecian el impulsor y la voluta, el eje, los cojinetes radiales y de empuje, la cajera de aceite para lubricación, el dispositivo de sellado, que puede ser un empaquetadura o un sello mecánico. Algunos de estos componentes se cubrirán luego con mayor detalle
Bomba Centrífuga: Configuraciones Bombas con apoyo en el Centro y en la Base Las Bombas con succión en el extremo pueden ser seleccionadas con apoyo en la base o en la linea de centro, de acuerdo a importancia que en la aplicación tengan la rigidez del apoyo vs las consideraciones de expansión térmicas.
Bomba con apoyo en la Base
Bomba con apoyo en el Centro
Bomba Centrífuga: Configuraciones
Tip 15 Utilizar bombas con apoyo en la línea de centro cuando la temperatura de bombeo exceda 20 grados Fahrenheit. Esto permitirá que el extremo en o con el fluido se expanda en las dos direcciones en lugar de hacerlo de las patas hacia arriba, destrozando los anillos de desgaste.
Bomba Centrífuga: Configuraciones Bomba Directamente Acoplada (Closed Coupled Pump) Esta es una versión similar a la anterior, que utiliza los cojinetes del motor eléctrico impulsor para estabilizar el eje de la bomba.
Bomba Centrífuga: Configuraciones Bombas con Doble Succión Esta arreglo es de una bomba en linea que utiliza un impulsor de doble succión, manejando alto caudal con un cabezal bastante plano, característico de las bombas de impulsor radial.
Bomba Centrífuga: Configuraciones Bombas Vertical Tipo Turbina Existe arreglo corresponde a una Bomba Vertical, las cuales pueden ser de una o varias etapas, disponer del motor en el tope o sumergido y tener los cojinetes en o con el fluido bombeado o aislados y lubricados.
Bomba Centrífuga: Configuraciones Bombas Autocebantes Disponen de una configuración que mantiene líquido en la succión después que se detiene el equipo. Solo es necesario cebarla en el arranque inicial.
Bomba Centrífuga: Configuraciones Bombas “ Enlatadas” (Canned Pump)
Diseño que integra el motor eléctrico a la Bomba, para impedir absolutamente el escape de fluidos a la atmósfera, y la contaminación con eventuales fluidos de barrera. El fluido manejado disipa el calor producido en el motor eléctrico.
Bomba Centrífuga: Configuraciones Bombas Multi-etapas
Diseño muy común para aplicaciones de alta presión de descarga. Para casos menores a 2000 lppc los diseños son partidos por la mitad, mientras que para mayores niveles la configuración es tipo Barril.
Bomba Centrífuga: Configuraciones
Tip 16. Las bombas multi etapa tienen entre 2 y 4% menos de eficiencia
Bomba Centrífuga: Configuraciones Bomba de Vortice (Vortex Pump) Bomba que produce un vortice al encontrarse el impulsor fuera de la corriente bombeada y que permite el manejo de fluidos con sólidos en suspensión, gases, etc. Tiene una eficiencia baja de 35 a 55 %.
Bomba Centrífuga: Configuraciones API 610 9va Edición Esta norma, para exigentes aplicaciones Petroleras, Químicas y de la industria del gas, introdujo una útil nomenclatura para distinguir los diferentes tipos de bombas que cubre
5. Componentes
Bomba Centrífuga: Componentes Bomba Típica. Componentes Principales Motor Eléctrico Impulsor Carcasa
Impulsor Sello Mecánico o Empaquetadura
Eje
Cojinete Radial
Cojinete Radial Y de Empuje
Sumidero de aceite
Acoplamiento Patín de Base
A continuación se discuten algunos de estos Componentes
Bomba Centrífuga: Componentes Impulsores / Configuraciones Semiabierto
Existen diversas variaciones de impulsores cerrados abiertos y semiabiertos. Se controla en una mejor forma el flujo con los impulsores cerrados, pero son de mas difícil construcción y susceptibles a alojar objetos extraños. Abiertos
Cerrados
Bomba Centrífuga: Componentes
Tip 17: La holgura con la cubierta de los impúlsores abiertos es decidida pór el fabricante y normalmente está entre 0,008 y 0,015”. Se pierde 1% de capacidad por cada desviación de 0,002 “
Bomba Centrífuga: Componentes Impulsores / Anillos de desgaste En los impulsores cerrados se debe restringir la posibilidad de regreso del fluido ya bombeado, lo cual normalmente se alcanza mediante los anillos de desgaste. En las gráficas se observan diferentes versiones, desde el diseño donde el mismo impulsor y carcasa se desgastan hasta los que utilizan anillos reemplazables.
Anillos integrales al impulsor y su carcasa
Anillos reemplazable en la carcasa
Anillos reemplazables en el impulsor y su carcasa
Bomba Centrífuga: Componentes
Tip 18. Las holguras en los anillos de desgaste son muy similares a los de los impulsores, pero se pierde 1% de la capacidad por cada 0,001” de desgaste. Valores típicos son de 0,003 “ por cada pulgada de diámetro con un mínimo de 0,010 “ para diámetros menores a 2” de diámetro..
Bomba Centrífuga: Componentes Impulsores / Anillos de desgaste En la grafica del “Hydraulic Institute” se observa el impacto del aumento de la holgura de los anillos de desgaste en la eficiencia hidraulica de acuerdo a la Velocidad específica. Por ejemplo, para una bomba ded flujo radial típica (Ns = 800) en caso de aumentar en 50% la holgura se perderían 4 puntos de eficiencia y en caso de duplicarla 10 puntos.
Bomba Centrífuga: Componentes Cojinetes - Lubricación Los Cojinetes proveen la sustentación y centramiento del rotor durante su operación, asegurando el cumplimiento funcional del equipo. Es importante mantener el nivel de aceite en el rango exacto. Excesivo nivel genera calor y generar falla y la ausencia de aceite todavia en forma más drástica.
Bomba Centrífuga: Componentes
Tip 19: Mantener la lubricación monitoreada y libre de contaminación. Un contenido de agua del orden de 0,002 % reduce en 50% la vida útil de los rodamientos
Bomba Centrífuga: Comportamiento Cojinetes Antifricción Un tipo de cojinetes usualmente utilizados en las bombas son los Cojinetes Antifricción o Rodamientos, los cuales absorben tanto la carga radial, como el axial, en caso de que el diseño lo permita
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Tip 20. La vida útil del aceite de los cojinetes está directamente asociada a su temperatura de operación. SKF indica que se esperan 30 años a 30 grados centígrados de temperatura, reduciéndose a la mitad por cada 10 grados, lo que corresponde a: • 3 meses a 100 C (121 F) • 6 meses a 90 C (195 F) • Un año a 80 C (176 F)
Bomba Centrífuga: Comportamiento Cojinetes Antifricción Al momento de instalar rodamientos, es muy importante obtener la información técnica del fabricante original (OEM) en relación a las Holguras o interferencias específicadas. Ello evitará vibración, sobrecarga radial o axial y fallas prematuras. Las dimensiones deben tomarse en forma confiable y quedar registradas y las herramientas apropiadas y procedimientos deben ser atendidos en forma sistemática
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Tip 21. Información útil sobre como realizar los diferentes procedimientos de montaje y desmontaje de cojinetes aparece en la pagina web www.skf.com/mount . La información está disponible en español.
Bomba Centrífuga: Componentes Cojinetes Antifricción A fin de mantener el nivel de aceite requerido, usualmente se dispone de alimentadores de aceite.
Bomba Centrífuga: Componentes
Tip 22. No deben utilizarse venteos en el tope de la cajera del cojinete. Durante el paro la humedad entrará a la cajera. Es preferible que entre a través de los laberintos restrictores donde se condensará e irá al drenaje.
Bombas Centrífugas: Componentes RODAMIENTOS DE ORIGEN DUDOSO • GENERICOS CON MARCA BORRADA Y SUSTITUIDA • USADOS REACONDICIONADOS VENDIDOS COMO NUEVOS • PULIDOS PARA REMOVER MARCAS DE OXIDO • CON TOLERANCIAS REMARCADAS VERIFICACIONES • COMPARAR HOLGURAS Y TOLERANCIAS CON CATALOGO • MEDIR DUREZA ( DEBE SER 58-65 HRC) •ALGUNOS APARENTES PROBLEMAS NO LO SON: • NOMENCLATURA NO COINCIDENTE ENTRE EMPAQUE Y RODAMIENTO • MARCA DE MAQUINADO
Bombas Centrífugas: Componentes VIDA UTIL DE LOS RODAMIENTOS VS % DE AGUA EN EL LUBRICANTE
Bomba Centrífuga: Componentes Cojinetes “Cutlass” para Bombas Verticales En las columnas de las bombas verticales se pueden utilizar cojinetes de goma lubricados por el fluido bombeado. Un diseño muy comun donde la goma presenta ranuras verticales es el “Cojinete Cutlass”.
Bomba Centrífuga: Componentes Cojinetes Hidrodinámicos Los cojinetes para aplicaciones de mayor potencia y cargas requiere de diseños de mayor capacidad representado por los cojinetes hidrodinámicos. Una película de aceite genera por efecto de cuña un marcado perfil de presión que mantiene al eje sustentado. Usualmente se construyen con un base de acero o bronce y una capa de material babbit, basada en estaño y/o Plomo, cuya maleabilidad permite manejar falta de lubricación instantánea.
Bomba Centrífuga: Componentes Los cojinetes disponen usualmente en su parte adyacente de dispositivos para aislarlos de los contaminantes del ambiente. Entre estos están la colocación de grasa, los sellos de labio (Lip Seals) y los sellos de laberinto. Todos tienen ventajas y desventajas, correspondientes alos daños que generan en el eje, la capacidad para garantizar el sellado y el costo.
Bomba Centrífuga: Componentes
Tip 23. Es preferible descontinuar el uso de sellos de labio, ya que dañan el eje por roce y tienen una vida útil de menos de 80 dias. En lugar de estos utilizar sellos de laberinto. También colocarlos en los motores eléctricos para proteger el devanado y cojinetes.
Bomba Centrífuga: Componentes Empaquetaduras A fin de evitar el escape del fluido bombeado al medio externo, el dispositivo mas sencillo es la empaquetadura. En la gráfica se observa un arreglo típico y el material desgastable para su reemplazo.
Bomba Centrífuga: Componentes
Tip 24. No utilizar nunca empaquetaduras en bombas que operan con vacío en la succión, a fin de impedir el ingreso de aire. Entre las bombas que operan en estas condiciones están las que succionan líquido de un nivel inferior, de un condensador o de un evaporador.
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos Basados en el enfrentamiento de dos caras una dura y otra blanda, enfrentando una rotatoria contra otra estacionaria. Algunos diseños contemplan doble sello para contingencias y diferentes tipos de elementos de resorte
SELLO MECÁNICO
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos
Fluido de enfriamiento y lubricación de las caras
Existen diferentes arreglos que incluyen la provisión de fluido de enfriamiento y lubricación desde la descarga de la bomba o de otro fluido de diferente naturaleza. La particular disposición de las conexiones, fluidos de enfriamiento o barrera, etc. se clasifican en el API 610 como Planes (Plan 1, 2, 53, etc.) Adicionalmente, algunos diseños contemplan doble sello para contingencias y diferentes tipos de elementos de resorte, tanto elestoméricos como metálicos.
Sello mecánico acorde con el plan 11 de API 610 8va edición
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos En la gráfica se presentan dos diseños típicos con sus componentes. El primer Sello mecánico, tipo empujador, utiliza un resorte para asegurar que las caras permanezcan unidas. En el segundo diseño se utiliza un fuelle metálico, que además de resorte es un elemento hermético
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos Aquí se presentan dos sellos típicos. El segundo presenta una construcción tipo cartucho.
SELLO DE FUELLE ELASTOMERICO
SELLO DE FUELLE METÁLICO
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos Los sellos Dobles son muy apropiados para aplicaciones con fluidos peligrosos o inflamables. Un fluido de barrera permite lubricación y enfriamiento contínuo, En el caso de los sellos en tandem en caso de presurización por falla del sello interno es posible detectar mediante instrumentación de campo la anormalidad y tomar acción a tiempo. Fluido de barrera SELLO DOBLE
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos Un sello mecánico puede desgastarse o fallar: A fin de determinar la condición del sello es necesario observar el patrón de la huella, particularmente en las caras blandas. En el caso de fallar estas son usualmente catastróficas por lo que el daño resultante hace difícil de identificar su origen. La mayor parte de las fallas caen en dos categorías. O son producto de la apertura de caras o los componentes del sello son dañados por o, calor o corrosión, y típicamente obedecen a problemas de instalación u operacionales, como interrupción de fluido barrera o de enfriamiento y posterior operación, con daños en las caras. El tipo de caras define si la evolución posterior será lenta, con una cara dura y otra blanda, o rápida, con dos caras duras. Típicas caras duras son el carburo de Tungsteno y el Carburo de Silicio, y caras blandas, el carbón.
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos: Análisis de Fallas
Los pasos a seguir para el análisis son: 1. Diseño del sistema y equipos 2. Características del Fluido 3. Condiciones de operación 4. Condición del equipo 5. Controles ambientales 6. Prácticas de Mantenimiento Las evidencias que permiten establecer la causa raíz de la falla son: • Patrón de desgaste de la huella • Anchura • Centramiento • Uniformidad • Aspecto de los daños en las caras • Erosión / Rayaduras • Astilladuras • Depositos endurecidos por coquización o cristalización • Grietas de choque térmico • Ampollas
Bomba Centrífuga: Componentes Mecanismos de Falla de Sellos Mecánicos
Cara Rotativa
Cara Estacionaria
O-Ring (Junta Tórica)
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos: Patrones de desgaste
Cara Rotativa Huella ancha
Cara Estacionaria Huella estrecha
CAUSAS • Descentramiento de sello tipo estacionario • Eje descentrado por problemas en cojinete • Deflexión del eje
Centrada o descentrada
CAUSAS: •Si está centrada indica sello centrado y operación adecuada •Si la huella es descentrada significa: • Sello descentrado al instalarlo • Eje descentrado • Operación con sobrecarga radial
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos: Patrones de Desgaste
Desgaste Uniforme o no uniforme CAUSAS Desgaste uniforme indica buen o entre caras Desgaste no uniforme indica: Distorsión del aro de sello por sobre apriete, o excesiva presión Distorsión debida a insuficiente soporte del Gland Aros de Sello desalineados en un sello partido Componentes con deficiente alivio térmico
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos: Aspecto de los daños
Ralladuras o Erosión
Astilladuras en los diámetros interno y externo
CAUSAS: • Reparación en ambientes sucios • Apertura de caras en operación • Contaminantes en fluido entre caras
CAUSAS: • Apertura de caras / vaporización • Vibración • Cavitación • Sobrepresurización
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos: Aspecto de los daños
Coquización o cristalización
Agrietamiento Térmico:
CAUSAS: Temperaturas Excesivas Producto contaminado Holguras demasiado pequeñas Ineficiencia de la bomba de la chaqueta de enfriamiento Evaporación de producto en las caras
CAUSAS: Exceder el limite PV (Presión por Velocidad) Operación en seco Producto demasiado caliente
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos: Aspecto de los daños
Ampollas CAUSAS • Uso de caras de carbón en aceite • Excediendo los límites del material • Vaporización
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos: Daños de O-rings
Falla por Torsión del O -ring
Explosión decompresiva del O-ring
CAUSAS • Ataque Químico con reblandecimiento • Excesiva temperatura de operación • Selección incorrecta del material
CAUSAS • Absorción de hidrocarburos pesados seguida de una súbita decompresión • Selección incorrecta del material
Bomba Centrífuga: Componentes Acoplamientos Los acoplamientos mas comunes son los de tipo rígido, pero tienen la desventaja de no itir ningún tipo de desalineación.
Acoplamientos Rígidos
Bomba Centrífuga: Componentes Acoplamientos Existen diferentes tipos de acoplamiento flexible los cuales describimos a continuación:
Acoplamiento de Engranajes
Acoplamiento de Discos Flexibles
Bomba Centrífuga: Componentes Acoplamientos Entre los mas permisivos están los elastoméricos:
Acoplamientos Elastoméricos
Bomba Centrífuga: Componentes Acoplamientos La presente tabla explica la desalineación permisible para los distintos tipos de acoplamiento: Tipo de Acoplamiento
Momentos y Fuerzas de Reacción
Acoplamiento de Engranajes Acoplamiento de Rejilla Acoplamiento de Discos Elastomérico (Compresión) Elastomérico (Corte)
Muy Altas Altas Moderadas Bajas Muy Bajas
Lím ite de Desalineación In/in de separación entre puntos de flexión 0.0005in/in 0.00075in/in 0.001 in/in 0.0015 in/in 0.002 in/in
6. Mantenimiento Tip 26: En general, seguir con atención las recomendaciones del Manual de Operación y Mantenimiento
Bomba Centrífuga: Mantenimiento Alineación Es necesario alinear, a fin de prevenir fuerzas producto de la ubicación relativa indebida de los ejes. En ocasiones debe dejarse cierto nivel de desalineación a fin de compensar posteriormente, cuando se produzca el crecimiento térmico. Existe una desalineación paralela y otra angular, explicadas en los gráficos
Bomba Centrífuga: Mantenimiento Alineación Para los diferentes tipos de acoplamiento se aplican técnicas diversas de alineación, incluyendo comparadores de esfera y equipos Laser.
Bomba Centrífuga: Mantenimiento Alineación A continuación se describen pasos para verificar la condición de alineación de una bomba de Succión por el extremo y su sello mecánico, a fin de asegurar su operación confiable:
Paso 1:
Antes de instalar el sello, limpie la cara primaria con alcohol. Suba el Buje de estrangulamiento y deslice la camisa y el sello al interior del eje.
Paso 2:
Coloque el indicador con la clavija sujetada al marco de transición y el embolo del indicador parcialmente comprimido hacia abajo. De vueltas al eje encuentre la lectura menor y ponga el reloj en cero. Dele vueltas y la mayor lectura es el TIR. No debe exceder 0,001 “ por pulgada de diametro del eje..
Paso
3: Igual arreglo. Mueva el eje de arriba hacia abajo. Cualquier movimiento significa que la rolinera está dañada o mal ajustada. La tolerancia es normalmente 0,001por pulgada de diámetro
Bomba Centrífuga: Mantenimiento Alineación
Paso 4 Perpendicularidad del Espaciador Sujete la clavija al extremo del eje. Desplace radialmente el indicador en la superficie maquinada del espaciador, ya que es la superficie que se alinea con la cámara de sello mecánico. La tolerancia de nuevo está en 0,001 “ por diametro de eje.
Paso 5 Juego Axial Sujete la clavija al espaciador, y coloque el émbolo del indicador contra el eje. Empuje y hale el eje , y registre el movimiento total. La magnitud de este valor está relacionada con el estado y ajuste del cojinete de empuje. Los límites aceptables para bombas de menos de 2” de diametro están entre 0,001” Y 0,005”, con 0,001” adicional por cada pulgada de diámetro.
Bomba Centrífuga: Mantenimiento Fundaciones Las bombas suelen venir en patines metálicos que a su vez son ubicados en fundaciones de material “grouting” cementoso o epóxico, todo lo cual es materia para un curso completo. La fundación incluye pernos de anclaje para fijar el patín.
Bomba Centrífuga: Mantenimiento
Tip 27. La masa de una fundación de concreto debe ser al menos cinco veces mayor que la de la bomba, placa de base y equipo restante soportado, u ocurrirá vibración. Hasta 500 HP la fundación debe ser 5” mas ancha que la base. Por encima de 500 HP al menos 6” mas ancha.
Bomba Centrífuga: Mantenimiento Fundación - Nivelación Ser utilizan cuñas y guías para ubicar los equipos y lograr una ubicación lo más precisa posible antes de la alineación final.
Bomba Centrífuga: Mantenimiento
Tip 28: Prealinear y asegurar que no existan tensiones con las líneas que serán conectadas, antes de vaciar la fundación, Luego del fraguado realizar la alineación final e instalar guías a la placa de base, tanto en la bomba como en el motor, en los extremos cercanos al acoplamiento, para permitir el crecimiento térmico.
Bomba Centrífuga: Mantenimiento Vibración Las fuerzas que se generan por desbalanceo, desalineación, desajustes en el armado, desajustes hidráulicos, etc., se traducen en vibraciones, las cuales se miden con aparatos ampliamente utilizados en la industria. Las variables de desplazamiento, velocidad y aceleración son utilizadas . En las bombas el nivel de vibración tiende a ser mínimo alrededor del BEP. En el esquema se observan los lugares en los que se hacen las mediciones
Bomba Centrífuga: Mantenimiento
Tip 29: Al duplicarse la velocidad de la bomba, se incrementa en cuatro veces la deflexión del eje, y por ello el nivel de vibración, así como ocho veces el desgaste de componentes.
Bomba Centrífuga: Mantenimiento Vibración En la grafica se aprecian límites recomendados para bombas manejando fluidos limpios y sucios en milésimas de pulgada de desplazamiento pico a pico.
Bomba Centrífuga: Mantenimiento
Tip 30: Realizar Mantenimiento Predictivo frecuente (al menos una vez al mes o más según criticidad) revisando vibración, temperaturas y niveles
7. Materiales
Bomba Centrífuga: Materiales Materiales de Fabricación Multiples fenómenos afectan los materiales de las bombas, frecuentemente asociadas a condiciones como ambiente, tipo de servicio, temperatura y presión de operación, fluido manejado, etc. Por ello se debe disponer de una amplia gama de materiales, y combinarlos adecuadamente. La información a continuación cubre estos aspectos. Algunos de estos fenómenos son: • Erosión • Desgaste • Corrosión Galvánica • Corrosión Uniforme • Corrosión Intergranular • Corrosión por Picaduras • Corrosión por Celdas de aereación Diferencial • Corrosión bajo esfuerzos • Corrosión – Erosión
Bomba Centrífuga: Materiales Corrosión Galvánica. Serie Galvánica Estos materiales están jerarquizados por su susceptibilidad al ataque por corrosión. Los metales distintos inducen corrosión galvánica por su distinto potencial El mas noble ( SS) no será atacado por ninguno de ellos mientras que el menos noble, (Zinc), es susceptible de ser atacado por todos ellos.
Bomba Centrífuga: Materiales Daños de componentes producto de la Corrosión
Corrosión por uso de materiales disimilares en anillos de desgaste
Corrosión Galvánica generalizada
Bomba Centrífuga: Materiales Materiales de Fabricación Applicación
Material de la Bomba
Agua Fria
Fundición de Hierro y Bronce
Química
Hierro Ductil y Acero Inoxidable
Química
Polimeros Termoplásticos (200°F) Termoset (250° F) T
I
T
Petróleo
Acero fundido en la carcasa y Hierro fundido el impulsor
Lodo
Metal endurecido o recubrimiento con goma
Viscoso
Hierro Fundido, Bronce, Acero Inoxidable, Polímeros
Bomba Centrífuga: Materiales Materiales de Fabricación Aplicaciones Petroleras
8. Servicios / Estandares
Bomba Centrífuga: Servicios Aplicaciones más comunes • • • •
Industria de Producción y Refinación Petrolera Plantas de Generación Eléctrica Industria Química y Petroquímica Suministro de agua
•
Sumideros y Aguas Negras
• • •
Papel y Textiles Alimentos Acondicionamiento de aire y Calefacción
•
Servicios Marinos
• • •
Minería Acería, producción de Aluminio Industria Nuclear
Bomba Centrífuga: Estandares Estandares Aplicables • • •
API, Instituto Americano del Petroleo : API 610 9a Edición 2003 ANSI, Instituto Americano de Estandares Nacionales: Bombas Horizontales con succión en el extremo , ANSI B73.1 ANSI: Bombas Verticales para aplicaciones Químicas y Petroquímicas, ANSI B73.2
•
NFPA 20 2003 Estándar para la instalación de Bombas contra Incendio
•
ISO 2858: 1975 Bombas de succión en el extremo (Rating 16 bar)
•
ISO 9905: 1994 Especificaciones Técnicas para Bombas Centrifugas Tipo I
•
ISO 5199: 2002 Especificaciones Técnicas para Bombas Centrifugas Tipo II
•
ISO 9908: 1993 Especificaciones Técnicas para Bombas Centrifugas Tipo III
9. Problemas Típicos
Bomba Centrífuga: Problemas Problemas Típicos - Causas de Indisponibilidad Los problemas de Operación y Mantenimiento, están frecuentemente relacionados con una mala selección, o con su operación y mantenimiento deficiente. Entre estos encontramos: • Vibración. Frecuentemente asociada a desalineación, desbalanceo, roce interno, operación a flujo parcial o daño de cojinetes por montaje o lubricación deficientes •
Fugas en empaquetaduras y sellos mecánicos.
• Ineficiencia traducida en bajo flujo o presión de descarga por problemas en la succión o desgaste interno, particularmente en los anillos de desgaste. • Alto amperaje e incluso falla del motor eléctrico impulsor por operación de arranque con excesivo consumo de potencia, y en ocasiones por inadecuado dimensionamiento del motor.
Bomba Centrífuga: Problemas Causas de Indisponibilidad (Continuación) • Desgaste, Erosión o Corrosión de componentes, asociada a presencia de abrasivos en el fluido manejado, o incompatibilidad de los materiales con el fluido manejado o entre si formando pares galvánicos. • Rotura de rodamientos por sobrecarga al ser mal montados o excesivas cargas axiales y/o radiales. También por tener lubricación deficiente. En el caso de cojinetes de deslizamiento, daños en el babbit por problemas de ensamblaje • Cavitación clásica, debida a deficiencias en el nivel o tubería de succión o en las propiedades del líquido bombeado. En el caso de hidrocarburos contaminados con componentes livianos esta condición es conocida como gasificación. • Cavitación Hidrodinámica, en bombas susceptibles con un alta Velocidad Específica de succión y operación muy por debajo del BEP.
Bomba Centrífuga: Problemas Causas de Indisponibilidad (Continuación) Se anexan dos tablas con “Tips” para el diagnóstico de fallas para bombas centrífugas y una particular para Bombas Sumergibles
Diagnóstico de Fallas en Bombas Centrífugas
No Bombea
Entrada de aire por el sello mecánico Sentido de giro invertido Impulsor obstruido Entrada de aire por la tubería de aspiración
Caudal Insuficiente
Entrada de aire por la tuberia de aspiración Entrada de aire por el sello mecánico Válvula de retención demasiado peque ña Válvula de retención obstruida Impulsor obstruido
Bomba Centrífuga: Problemas Causas de Indisponibilidad CONCIENCIA DE COSTOS. LOS GASTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO SUPERAN CON CRECES LA INVERSIÓN INICIAL Costos de Mantenimiento COSTOS TÍPICOS DEL CICLO DE VIDA PARA UNA TÍPICA BOMBA INDUSTRIAL DE TAMAÑO MEDIANO
Otros Costos
Costos Iniciales
Costos de Energía
10. Bibliografía
Bomba Centrífuga: BIBLIOGRAFIA • Hidraulic Institute Standards, 1975 • Pump Handbook. Igor Karassik et all, 1976 • Centrifugal Pumps, Design and Application, Val Lopanoff et al. 1985 • Curso Centrifugal Pumps, Characteristics and applications, Michael Volk, George Washington University • Bombas, su selección y aplicación. Tyler Hicks, 1978 • Cameron Hydraulic Data, Ingersoll Rand, 15th eddition, 1977 • API 610, 8th eddition, 1999 • Physics Dimystified. Stan Gibilisco, 2002 • Paginas Web de John Crane, Flow serve, Chesterton, Flowserve, Sulzer, SKF, Hidraulic Institute, Mc Nally Institute, University of Newcastle, UK, University of Francfurt, Alemania, Glenbrook South Physics Home Page, Maintenance World, The Chemical Engineer Resources Page, y Monachos Engineering, Grecia y Bakker A. (2003) The Colorful Fluid Mixing Gallery, http://www.bakker.org/cfm."
Manuel Grau Ing. Mecánico, MSc.
CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN 1. 1 DEFINICION DE BOMBA 1. 2 CLASIFICACIÓN 2. FÍSICA / FLUIDOS. ALGUNOS CONCEPTOS 3. LA BOMBA CENTRIFUGA – DISEÑO Y COMPORTAMIENTO 4. CONFIGURACIONES 5. COMPONENTES 6. MANTENIMIENTO 7. MATERIALES 8. SERVICIOS 9. PROBLEMAS TÍPICOS 10. BIBLIOGRAFÍA ATENCION !SIIMCA no se hace responsable por otros usos diferentes a los de instrucción del personal a través de este curso y prohíbe la reproducción de parte o la totalidad de este material sin la expresa autorización por escrito de SIIMCA.
I. Introducción
Bomba: Definición LAS BOMBAS SON MÁQUINAS CAPACES DE IMPULSAR LIQUIDOS DE UN PUNTO A OTRO AUMENTANDO A SU VEZ LA PRESIÓN, PERMITIENDO EL DESPLAZAMIENTO DE LOS LIQUIDOS Y/O SU ALMACENAMIENTO A MAYOR PRESIÓN O COTA.
Bomba: Definición
CONSIDERANDO LOS MECANISMOS FÍSICOS ASOCIADOS A SU FUNCIONAMIENTO, LAS BOMBAS SE CLASIFICAN EN DINÁMICAS Y DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Bombas Dinámicas y de Desplazamiento Positivo
CONSIDERANDO LOS MECANISMOS FÍSICOS ASOCIADOS A SU FUNCIONAMIENTO, LAS BOMBAS SE CLASIFICAN EN DINÁMICAS Y DE API 610 BOMBA CENTRIFUGA BOMBA CENTRIFUGA DESPLAZAMIENTO POSITIVO SERVICIO PESADO DE PROPÓSITO GENERAL
BOMBA TRIPLEX
BOMBA VERTICAL
BOMBA ROTATORIA
Clasificación de las Bombas BOMBAS DESPLAZAMIENTO POSITIVO
DINÁMICAS
CENTRÍFUGAS
ESPECIALES
RECIPROCANTES
ROTATORIAS
FLUJO AXIAL
ELECTROMAGNETICA
PISTÓN/ ÉMBOLO
ENGRANAJE
FLUJO RADIAL
EYECTORES
DIAFRAGMA
TORNILLO
VARILLA DE SUCCIÓN
LÓBULO
FLUJO MIXTO
PALETAS DESLIZANTES
2. Física / Mecánica de Fluidos : Algunos Conceptos
Física: Algunos Conceptos Comenzaremos nuestro curso refrescando importantes Conceptos y Definiciones de variables y propiedades físicas, que nos permitirán asimilar mejor el material que vamos a presentar: Energía: Capacidad que tienen los cuerpos o sistemas para realizar un Trabajo Un Trabajo efectuado sobre un cuerpo o sistema supone un aumento de Energía como explicaremos más adelante. La Energía total siempre es constante, y solo se produce cesión de energía entre sistemas. El Principio de Conservación de la Energía establece que la Energía no se crea ni se destruye, sino que tan solo se transforma
Física: Algunos Conceptos Energía Cinética: Es la Energía del Movimiento. Proporcional a la masa y al cuadrado de la velocidad del objeto. Ec = 1 /2 m V2 Energía Potencial: Un objeto puede acumular energía como resultado de su posición. Esta se conoce como energía Potencial.
Z
EL MARTINETE DE UN MARTILLO O EL ARCO EN TENSIÓN POSEEN ENERGÍA POTENCIAL ASOCIADA A SU POSICIÓN
Ep = m g z Energia Mecánica: En este contexto es la suma de la Energía Cinética y La Energía Potencial
Ep = 1 /2 k x 2
Em = Ec + Ep
Física: Algunos Conceptos Trabajo : Es el producto de la magnitud de una fuerza que actua sobre un objeto por la distancia que este es desplazado.
EP
EC
Trabajo
Física: Algunos Conceptos Disipación de la Energia Mecánica mediante el Trabajo Ec Ep
Em
Nieve Suelta Altura
Velocidad
Potencia: Es el trabajo realizado por unidad de tiempo.
Mecánica de Fluidos Densidad: Variable que expresa la Masa por Unidad de Volumen que tiene cada líquido. En caso de expresarse como peso por Unidad de Volumen se denomina Peso Específico. Al expresarla en términos relativos al agua, se denomina Densidad Relativa o Gravedad Específica (sg)
DENSIDAD
r= m/ V
PESO ESPECÍFICO
g= p/ V
GRAVEDAD ESPECÍFICA
sg = r / r H2O
Mecánica de Fluidos Presión: Variable que expresa la Fuerza por unidad de área que ejerce un fluido. Una columna de líquido ejercerá una presión en el fondo de una columna que es directamente proporcional a la altura de dicha columna y a la gravedad específica de dicho líquido. En UI se utilizan las Lppc (psi)
Crudo X-pesado
Agua
Gasolina
Mecánica de Fluidos Terminología utilizada para definir la Presión en el contexto de Bombeo:
Mecánica de Fluidos Energía de Presión : Es otra forma de Energía Potencial, para el caso de fluidos, e igual al producto del volumen por la presión, o lo que es igual la masa por la presión, dividida entre la densidad del fluido. V1 1 Ep = V P = m P / r P Z 1
1
P2
V
2
Z
2
2
Conservación de la Energía : Considerando ausencia de pérdidas por fricción ni adición de energía por fuentes externas, se puede establecer que la energía permanece constante.
Energia Cinética + Energia Potencial + Energia de Presión = Constante
Mecánica de Fluidos Viscosidad Propiedad de los fluidos asociada a la resistencia interna a cambiar de forma. Bajo gravedad el aceite se moverá mas lentamente que el agua.
Mecánica de Fluidos Supongamos dos placas paralelas separadas una distancia h y moviéndose a una velocidad relativa V, el esfuerzo cortante t requerido para mantener esa velocidad es: t = m (V / h) es decir: m = t / (V / h)
2
m es conocida como viscosidad dinámica ( Lb f seg/ft ) 2Existe también n = m / r conocida como viscosidad cinemática ( Ft seg ) Cuanto mas viscoso un fluido mayor es la fuerza cortante t pero también mayor la tendencia a no entrar en o las dos placas sólidas del ejemplo. La energía asociada se disipa como calor.
Mecánica de Fluidos VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD CON LA TEMPERATURA
Mecánica de Fluidos Introduciendo el concepto de pérdidas viscosas a medida que circula el fluido, se producen perdidas por roce que aumentan con la velocidad del líquido También los rios, como codos, tés, válvulas, etc., producen pérdidas por roce que aumentan con la velocidad.
Estos efectos producen un efecto de perdida de cabezal que aumenta si el fluido es mas viscoso
hf = f(m)
Mecánica de Fluidos
Tip 1 Debe evitarse sustituir las válvulas de compuerta por válvulas de globo, particularmente en la succión. El efecto es equivalente a añadir 30 metros de tubería ! A la descarga afecta negativamente el punto de operación y a la succión promueve la cavitación.
Mecánica de Fluidos
Volviendo a la Ecuación de la energía, si consideramos además de las pérdidas hf, la contribución positiva para la corriente que puede ser impulsada por una bomba entregándole un Cabezal DH , tendremos un sistema como el descrito en el gráfico.
z
hf z1
Con ello la Ecuación de Energía se convierte en:
EC1 +
Z 1 + EP 1
=
EC 2 +
Z
2
+
2
EP 2 - DH + h f
DH
3. Comportamiento/ Diseño
Bombas Centrífugas DEFINICIÓN Las bombas Centrífugas son un tipo de Turbomáquina capaz de Succionar Líquidos e impulsarlos al imprimirles Energía Cinética y también Potencial, en forma de Presión. Se denominan Turbo-máquinas a los Equipos manejadores de Fluidos que basan su acción física direccionando el flujo con álabes o toberas. Compresores y Turbinas también son Turbomáquinas. En contraste con la maquinaria de Desplazamiento Positivo, el fluido manejado nunca está completamente confinado.
Bombas Centrífugas: Comportamiento A fin de explicar los principios de funcionamiento de las Bombas Centrífugas, a continuación algunas definiciones adicionales Velocidad Velocidad del Fluido: Es la tasa a la cual una partícula del fluido cambia su posición Caudal : Es la tasa a la cual un volumen determinado de fluido cambia su posición. Equivale al producto del promedio de la velocidad de las distintas partículas por el área de flujo. En Unidades Inglesas (UI) se mide en GPM.
Caudal
Bombas Centrífugas Cabezal o Columna: Variable que expresa la Altura que alcanza un líquido. Las Bombas Centrífugas son máquinas que entregan Caudal y Cabezal en forma predecible.
Cuando manejan un líquido de diferente Gravedad Específica, entregan el mismo cabezal, pero una presión inversamente proporcional a la Gravedad Específica. En UI se mide en pies. Esto considerando que el caudal permanece constante.
Bombas Centrífugas Cabezal o Columna: Terminología utilizada en Bombeo
Bomba Centrífuga: Comportamiento Potencia: Las Bombas Centrífugas reciben energía de algun equipo accionador tales como un motor eléctrico, un Motor Diesel, una Turbina a Gas o de Vapor, etc. Esta Energía es transformada en Caudal y Presión de acuerdo a la siguiente ecuación:
BHP= GPM H 3960 h
sg
BHP = POTENCIA AL FRENO, HP GPM = CAUDAL, GALONES POR MINUTO H = CABEZAL, PIES sg = GRAVEDAD ESPECIFICA h = EFICIENCIA DE LA BOMBA (Potencia entregada al Líquido / Potencia al Freno)
Bomba Centrífuga: Comportamiento Las Bombas Centrífugas disponen de una parte rotatoria, conocida como el Impulsor, y una estacionaria o Carcasa. El fluido es acelerado a través de la fuerza centrífuga por el impulsor y parte de la velocidad se transforma luego en Presión en la sección de la Carcasa conocida como Voluta.
Voluta
Carcasa Impulsor
Bomba Centrífuga: Comportamiento El Comportamiento Hidráulico de las Bombas Centrífugas se describe mediante la Curva Característica, que relaciona el Caudal o Capacidad, el Cabezal o Columna Total, la Potencia Consumida y la Eficiencia Hidráulica. Curva Característica del Sistema El punto de operación de la Bomba (“A”) es determinado por la intersección de la curva Caudal vs Cabezal con otra curva que describe la resistencia del sistema en el que opera, denominada “Curva del Sistema”.
A B Cabezal (Ft)
Al cambiar la Curva del Sistema cambiará a su vez el punto de Operación (“B”)
Flujo (GPM)
Curva Característica de la Bomba
Bomba Centrífuga: Comportamiento Tip 2. Estimado del Cabezal a cero flujo: A 1750 rpm. Ho = El cuadrado del diámetro del impulsor A 3500 rpm. Ho = El cuadrado del diámetro del impulsor por 4 2
A otras velocidades : Ho = D x (rpm / 1750)
2
Bomba Centrífuga: Comportamiento La Curva Característica incluye el Punto de Mayor Eficiencia (BEP, Best Efficiency Point) ( ) que genera la operación mas estable desde los puntos de vista energético y mecánico. Se debe operar en lo posible en la región cercana al BEP También se debe considerar el punto de mínimo flujo estable( ) BEP Por último, el Flujo mínimo térmico ( ), aquelCabezal (Ft) donde la bomba alcanza una temperatura por encima de su límite de diseño Flujo (GPM)
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Tip 3. El B.E.P de las bombas está entre el 80 y el 85 % del Cabezal a Cero Caudal
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Además de los efectos hidráulicos, operar fuera del BEP tiene impacto en las cargas radiales, traducido en deflexión del eje y roce interno con posible daño en cojinetes sellos y otras partes rotativas y estacionarias.
Cargas radiales y daños por roce al reducir caudal respecto al BEP
Cargas radiales y daños por roce al aumentar caudal respecto al BEP
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Bomba Centrífuga: Comportamiento 3
4
Tip 4 La relación de Esbeltez, L / D debe ser menor a 60 para evitar doblez del eje. Un cambio de material no ayuda, porque tienen módulos de elasticidad similares. Los fabricantes suelen ignorar los problemas de cargas radiales al operar por debajo del BEP, dándole mas importancia al calentamiento de la bomba
Bomba Centrífuga: Comportamiento Existen otras fuerzas asociadas al aumento de presión que ocurre en los impulsores de las bombas, pero en la dirección axial. Presión actúa sobre las cubiertas del impulsor
Presión actúa sobre las cubiertas del impulsor
Fuerzas Balanceadas Fuerzas No Balanceadas
A fin de contrarestarlas existen diversos dispositivos, todos ellos seleccionados considerando los diversos puntos en que puede operar la bomba, pero en ocasiones se exceden los límites y se producen fallas por desplazamiento axial, tipicamente iniciadas por daños previos en el cojinete de empuje.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Es posible seleccionar la forma mas adecuada de impulsor, que puede ser de “Flujo Radial”, “Flujo Axial” o una Configuración intermedia, conocida como“Flujo Mixto”
Bomba Centrífuga: Comportamiento El diseño del impulsor de la bomba está a su vez asociado a un parámetro adimensional conocido como Velocidad Especifica (“Ns”)
Configuración del Impulsor en función de Ns ( Velocidad Específica )
Bomba Centrífuga: Comportamiento En las Gráficas se observan Configuraciones Típicas de la Curva Característica de la Bomba, de acuerdo al Diseño es decir su Velocidad Específica.
1
2
3
1 3
2 Flujo (GPM)
Potencia (HP)
Cabezal (Ft)
3
2 1 Flujo (GPM)
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Tip 5: Arrancar con la descarga restringida, a menos que se trate de una bomba de flujo axial o mixto. Considerar la posibilidad frecuente, de que por error, después de un mantenimiento, la bomba quede operando al revés, con lo que se obtendrá el cabezal previsto mas no el flujo.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Cavitación Existe un fenómeno hidraúlico conocido como cavitación que afecta a diversos equipos, entre ellos las bombas. A fin de explicarlo comenzaremos por el caso análogo cuando ocurre en las válvulas de control, donde también se observan sus efectos.
Cavitaci ón Cavitación
Bomba Centrífuga: Comportamiento Cavitación en Válvulas de Control • Se produce al colapsar (implosión) las burbujas de vapor en el seno del liquido. • Fenómeno caracterizado por una alta liberación de energía, vibración y ruido. • Altamente destructivo. • Se puede eliminar con la adecuada selección de la válvula de control.
EJEMPLO DEL CAVITACIÓN EN UN IMPULSOR.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Así mismo, en las bombas también se produce el fenómeno, pero esta vez en el impulsor. En este caso las variables que permiten controlar el problema son la adecuada presión de succión y un buen diseño del impulsor.
EJEMPLO DEL CAVITACIÓN EN UN IMPULSOR.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Cuando el fluido se introduce a la bomba se va reduciendo la Presión hasta alcanzar su mínimo en el ojo del impulsor donde, si la Presión baja lo suficiente se puede producir la vaporización del líquido.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Al recuperarse la presión las burbujas de vapor implosionan creando presiones localizadas por encima de los 150.000 lppc, con un perfil toroidal como se muestra en la figura. El daño comienza en el ojo del impulsor y se va desplazando hacia el lado de salida de las venas. Se produce vibración y ruido, y también se pueden generar daños en cojinetes y sellos.
A continuación introduciremos el concepto de Cabezal Neto Positivo de Succión (Net Positive Suction Head, NPSH), variable que debe utilizarse para asegurar por diseño que no se presente el fenómeno de cavitación.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Existen dos tipos de NPSH •NPSH Disponible. El cual es definido por las características y propiedades a la succión de la Bomba • NPSH Requerido. Parámetro determinado por el Diseño de la Bomba.
El NPSH Disponible es definido como: NPSH disp = 144 (Pa-Pv) + Hs g Pa = Presión absoluta (Lppc). Usualmente la Presión en recipiente de succión o la atmosférica g
= Peso Específico del fluido
Pv = Presión de vapor del fluido manejado Hs = Cabezal existente justo en la succión
Bomba Centrífuga: Comportamiento El NPSH Requerido es generado mediante Pruebas por el Fabricante, y es definido mediante Graficas como la siguiente:
Cabezal ( Ft )
Caudal (GPM)
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Tip 6. El NPSH disponible debe estar siempre por encima del NPSH requerido. Márgenes de al menos tres Pies (3 ft) para todos los puntos de operación posibles son aconsejables para impedir la cavitación .
Bomba Centrífuga: Comportamiento Control del NPSH A fin de corregir problemas de NPSH, puede modificarse el equipo, o el sistema donde está instalado. Algunas oportunidades son: • Instale una bomba de doble succión
• Coloque un inductor
• Prevenga la posibilidad de producción de vórtices hidraúlicos, los cuales reducen el NPSH disponible
Bomba Centrífuga: Comportamiento Control del NPSH: Prevención de Vórtices Se deben evitar las causas que los provocan: • Bajo Nivel • Tasa de Reducción del nivel mayor a 3 ft/seg • Grandes concentraciones de gases disueltos • Alta velocidad en la conexión de salida del recipiente • Líquidos cerca de su punto de vaporización • Alta circulación por asimetrías en las conexiones de entrada y salida • Tubería de entrada muy cerca del fondo
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Tip 7. Una bomba de doble succión puede operar con 27% menos de NPSH o a un 40% mas de velocidad de rotación, sin cavitar. Un inductor puede reducir el NPSH requerido hasta en 50%.
Bomba Centrífuga: Comportamiento
A fin de asegurar la ausencia de problemas adicionales en la succión de la Bomba, la Configuración de la misma debe diseñarse con gran cuidado. Aquí se ilustran algunos de los errores más comunes
Bomba Centrífuga: Comportamiento Tip 8: Deben existir longitudes rectas de al menos diez diámetros antes de la succión, especialmente en bombas de doble succión, a fin de evitar cargas axiales y problemas en cojinetes
Tip 9. Las bombas pueden operar con 0,5 % en volumen de aire. Con 6% se dejará de bombear y puede tambien cavitar.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Cavitación Hidrodinámica Además de la Cavitación clásica, existe otro fenómeno similar, Cavitación Hidrodinámica, que se produce cuando el caudal se encuentra sustancialmente por debajo del BEP.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Cavitación Hidrodinámica
Tip 10: Adquirir bombas con velocidades Específicas de Succión menores de 8500, y evitar en lo posible valores mayores a 12000, excepto para agua caliente e hidrocarburos líquidos.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Ejemplo de corrección por Viscosidad y Gravedad Específica Aplicando el método antes presentado, se obtienen curvas corregidas tales como la del ejemplo. Se observa que como resultado se reduce el Cabezal y la Eficiencia y aumenta el consumo de Potencia
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Tip 11. La máxima viscosidad que una bomba puede normalmente manejar, es la correspondiente a un aceite SAE 30.
Bomba Centrífuga: Comportamiento Disposición en Paralelo y en Serie Al momento de seleccionar arreglos con más de una bomba, considerando necesidades operacionales de operar a capacidades parciales, estas pueden instalarse en Serie o en Paralelo, de acuerdo al objetivo principal: aumentar el flujo o el cabezal en la condición alterna de operación.
Paralelo
H-Q DOS BOMBAS EN SERIE. SE AÑADEN CABEZALES VERTICALMENTE
H-Q DOS BOMBAS EN PARALELO. SE AÑADEN CABEZALES HORIZONTALMENTE
Cabezal (Ft)
Serie
H-Q BOMBA SOLA CURVAS DEL SISTEMA 20 ´ CABEZAL ESTÁTICO
Flujo (GPM)
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Tip 12 Las bombas conectadas en serie deben tener la misma capacidad (ancho del impulsor y velocidad) y si están en paralelo el mismo cabezal (Diámetro del impulsor y velocidad)
Bomba Centrífuga: Comportamiento Leyes de Afinidad Existen reglas que relacionan el comportamiento de la bomba a una velocidad de operación conociendo el que tiene a otra. Así mismo, con expresiones matemáticas similares se pueden relacionar bombas con variaciones en el diámetro del impulsor. Estas Reglas se denominan leyes de Afinidad, se basan en el principio matemático de Similitud, y se presentan a continuación: Cambio Diámetro del Impulsor Q2 = Q1 ( D2 / D1 )
Cambio Velocidad de Giro Q2 = Q1 ( N2 / N1 )
2
2
H2 = H 1 ( D2 / D 1 )
H2 = H1 ( N2 / N1 ) 3
HP2 = HP1 ( D2 / D1 )
3
HP2 = HP1 ( N2 / N1 )
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Tip 13: Duplicando las RPM, se obtiene el doble de la capacidad, cuatro veces el Cabezal y ocho veces la potencia requerida.
Bomba: Diseño Los Fabricantes de Bombas aplican los principios de Ingeniería para dimensionar sus componentes.
EJEMPLO DEL DISEÑO DE UN IMPULSOR.
Bomba: Diseño El Diseñador juega con los diferentes párámetros que afectan la geometría del impulsor. Aquí algunos ejemplos de sus efectos:
ADAPTANDOSE A LAS NECESIDADES DEL PROCESO DE OPERACIÓN.
Bomba: Diseño ESTE ES EL EJEMPLO DE UNA LINEA DE BOMBAS COMERCIAL, DONDE UNA VEZ DISEÑADA CON UN DIAMETRO DEL IMPULSOR Y VELOCIDAD DE GIRO DETERMINADOS, SE APLICAN LAS LEYES DE AFINIDAD EXTRAPOLANDO LAS CURVAS DE OPERACIÓN PARA DIFERENTES DIAMETROS DEL IMPULSOR Y VELOCIDADES DE GIRO.
Bomba: Diseño
Tip 14. No especificar bombas con el máximo diámetro del impulsor. Asegurar una holgura de 5 a 10%. Lo puede necesitar en el futuro
4. Configuraciones
CONFIGURACIONES COMUNES
1. SUCCIÓN EN EL EXTREMO 2. SUCCIÓN EN EL EXTREMO CON APOYO EN LOS COJINETES DEL MOTOR 3. DOBLE SUCCIÓN 4. VERTICAL TIPO TURBINA 5. AUTOCEBANTES 6. ENLATADAS 7. MULTIETAPAS 7.1 Partidas Horizontalmente 7.2 Partidas Radialmente Tipo Barril 8. BOMBA DE VÓRTICE
Bomba Centrífuga: Configuraciones Bombas con Succión en el Extremo (Suction End) Quizas el mas común de los arreglos con diferentes variantes, succiona axialmente y descarga radialmente. Se aprecian el impulsor y la voluta, el eje, los cojinetes radiales y de empuje, la cajera de aceite para lubricación, el dispositivo de sellado, que puede ser un empaquetadura o un sello mecánico. Algunos de estos componentes se cubrirán luego con mayor detalle
Bomba Centrífuga: Configuraciones Bombas con apoyo en el Centro y en la Base Las Bombas con succión en el extremo pueden ser seleccionadas con apoyo en la base o en la linea de centro, de acuerdo a importancia que en la aplicación tengan la rigidez del apoyo vs las consideraciones de expansión térmicas.
Bomba con apoyo en la Base
Bomba con apoyo en el Centro
Bomba Centrífuga: Configuraciones
Tip 15 Utilizar bombas con apoyo en la línea de centro cuando la temperatura de bombeo exceda 20 grados Fahrenheit. Esto permitirá que el extremo en o con el fluido se expanda en las dos direcciones en lugar de hacerlo de las patas hacia arriba, destrozando los anillos de desgaste.
Bomba Centrífuga: Configuraciones Bomba Directamente Acoplada (Closed Coupled Pump) Esta es una versión similar a la anterior, que utiliza los cojinetes del motor eléctrico impulsor para estabilizar el eje de la bomba.
Bomba Centrífuga: Configuraciones Bombas con Doble Succión Esta arreglo es de una bomba en linea que utiliza un impulsor de doble succión, manejando alto caudal con un cabezal bastante plano, característico de las bombas de impulsor radial.
Bomba Centrífuga: Configuraciones Bombas Vertical Tipo Turbina Existe arreglo corresponde a una Bomba Vertical, las cuales pueden ser de una o varias etapas, disponer del motor en el tope o sumergido y tener los cojinetes en o con el fluido bombeado o aislados y lubricados.
Bomba Centrífuga: Configuraciones Bombas Autocebantes Disponen de una configuración que mantiene líquido en la succión después que se detiene el equipo. Solo es necesario cebarla en el arranque inicial.
Bomba Centrífuga: Configuraciones Bombas “ Enlatadas” (Canned Pump)
Diseño que integra el motor eléctrico a la Bomba, para impedir absolutamente el escape de fluidos a la atmósfera, y la contaminación con eventuales fluidos de barrera. El fluido manejado disipa el calor producido en el motor eléctrico.
Bomba Centrífuga: Configuraciones Bombas Multi-etapas
Diseño muy común para aplicaciones de alta presión de descarga. Para casos menores a 2000 lppc los diseños son partidos por la mitad, mientras que para mayores niveles la configuración es tipo Barril.
Bomba Centrífuga: Configuraciones
Tip 16. Las bombas multi etapa tienen entre 2 y 4% menos de eficiencia
Bomba Centrífuga: Configuraciones Bomba de Vortice (Vortex Pump) Bomba que produce un vortice al encontrarse el impulsor fuera de la corriente bombeada y que permite el manejo de fluidos con sólidos en suspensión, gases, etc. Tiene una eficiencia baja de 35 a 55 %.
Bomba Centrífuga: Configuraciones API 610 9va Edición Esta norma, para exigentes aplicaciones Petroleras, Químicas y de la industria del gas, introdujo una útil nomenclatura para distinguir los diferentes tipos de bombas que cubre
5. Componentes
Bomba Centrífuga: Componentes Bomba Típica. Componentes Principales Motor Eléctrico Impulsor Carcasa
Impulsor Sello Mecánico o Empaquetadura
Eje
Cojinete Radial
Cojinete Radial Y de Empuje
Sumidero de aceite
Acoplamiento Patín de Base
A continuación se discuten algunos de estos Componentes
Bomba Centrífuga: Componentes Impulsores / Configuraciones Semiabierto
Existen diversas variaciones de impulsores cerrados abiertos y semiabiertos. Se controla en una mejor forma el flujo con los impulsores cerrados, pero son de mas difícil construcción y susceptibles a alojar objetos extraños. Abiertos
Cerrados
Bomba Centrífuga: Componentes
Tip 17: La holgura con la cubierta de los impúlsores abiertos es decidida pór el fabricante y normalmente está entre 0,008 y 0,015”. Se pierde 1% de capacidad por cada desviación de 0,002 “
Bomba Centrífuga: Componentes Impulsores / Anillos de desgaste En los impulsores cerrados se debe restringir la posibilidad de regreso del fluido ya bombeado, lo cual normalmente se alcanza mediante los anillos de desgaste. En las gráficas se observan diferentes versiones, desde el diseño donde el mismo impulsor y carcasa se desgastan hasta los que utilizan anillos reemplazables.
Anillos integrales al impulsor y su carcasa
Anillos reemplazable en la carcasa
Anillos reemplazables en el impulsor y su carcasa
Bomba Centrífuga: Componentes
Tip 18. Las holguras en los anillos de desgaste son muy similares a los de los impulsores, pero se pierde 1% de la capacidad por cada 0,001” de desgaste. Valores típicos son de 0,003 “ por cada pulgada de diámetro con un mínimo de 0,010 “ para diámetros menores a 2” de diámetro..
Bomba Centrífuga: Componentes Impulsores / Anillos de desgaste En la grafica del “Hydraulic Institute” se observa el impacto del aumento de la holgura de los anillos de desgaste en la eficiencia hidraulica de acuerdo a la Velocidad específica. Por ejemplo, para una bomba ded flujo radial típica (Ns = 800) en caso de aumentar en 50% la holgura se perderían 4 puntos de eficiencia y en caso de duplicarla 10 puntos.
Bomba Centrífuga: Componentes Cojinetes - Lubricación Los Cojinetes proveen la sustentación y centramiento del rotor durante su operación, asegurando el cumplimiento funcional del equipo. Es importante mantener el nivel de aceite en el rango exacto. Excesivo nivel genera calor y generar falla y la ausencia de aceite todavia en forma más drástica.
Bomba Centrífuga: Componentes
Tip 19: Mantener la lubricación monitoreada y libre de contaminación. Un contenido de agua del orden de 0,002 % reduce en 50% la vida útil de los rodamientos
Bomba Centrífuga: Comportamiento Cojinetes Antifricción Un tipo de cojinetes usualmente utilizados en las bombas son los Cojinetes Antifricción o Rodamientos, los cuales absorben tanto la carga radial, como el axial, en caso de que el diseño lo permita
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Tip 20. La vida útil del aceite de los cojinetes está directamente asociada a su temperatura de operación. SKF indica que se esperan 30 años a 30 grados centígrados de temperatura, reduciéndose a la mitad por cada 10 grados, lo que corresponde a: • 3 meses a 100 C (121 F) • 6 meses a 90 C (195 F) • Un año a 80 C (176 F)
Bomba Centrífuga: Comportamiento Cojinetes Antifricción Al momento de instalar rodamientos, es muy importante obtener la información técnica del fabricante original (OEM) en relación a las Holguras o interferencias específicadas. Ello evitará vibración, sobrecarga radial o axial y fallas prematuras. Las dimensiones deben tomarse en forma confiable y quedar registradas y las herramientas apropiadas y procedimientos deben ser atendidos en forma sistemática
Bomba Centrífuga: Comportamiento
Tip 21. Información útil sobre como realizar los diferentes procedimientos de montaje y desmontaje de cojinetes aparece en la pagina web www.skf.com/mount . La información está disponible en español.
Bomba Centrífuga: Componentes Cojinetes Antifricción A fin de mantener el nivel de aceite requerido, usualmente se dispone de alimentadores de aceite.
Bomba Centrífuga: Componentes
Tip 22. No deben utilizarse venteos en el tope de la cajera del cojinete. Durante el paro la humedad entrará a la cajera. Es preferible que entre a través de los laberintos restrictores donde se condensará e irá al drenaje.
Bombas Centrífugas: Componentes RODAMIENTOS DE ORIGEN DUDOSO • GENERICOS CON MARCA BORRADA Y SUSTITUIDA • USADOS REACONDICIONADOS VENDIDOS COMO NUEVOS • PULIDOS PARA REMOVER MARCAS DE OXIDO • CON TOLERANCIAS REMARCADAS VERIFICACIONES • COMPARAR HOLGURAS Y TOLERANCIAS CON CATALOGO • MEDIR DUREZA ( DEBE SER 58-65 HRC) •ALGUNOS APARENTES PROBLEMAS NO LO SON: • NOMENCLATURA NO COINCIDENTE ENTRE EMPAQUE Y RODAMIENTO • MARCA DE MAQUINADO
Bombas Centrífugas: Componentes VIDA UTIL DE LOS RODAMIENTOS VS % DE AGUA EN EL LUBRICANTE
Bomba Centrífuga: Componentes Cojinetes “Cutlass” para Bombas Verticales En las columnas de las bombas verticales se pueden utilizar cojinetes de goma lubricados por el fluido bombeado. Un diseño muy comun donde la goma presenta ranuras verticales es el “Cojinete Cutlass”.
Bomba Centrífuga: Componentes Cojinetes Hidrodinámicos Los cojinetes para aplicaciones de mayor potencia y cargas requiere de diseños de mayor capacidad representado por los cojinetes hidrodinámicos. Una película de aceite genera por efecto de cuña un marcado perfil de presión que mantiene al eje sustentado. Usualmente se construyen con un base de acero o bronce y una capa de material babbit, basada en estaño y/o Plomo, cuya maleabilidad permite manejar falta de lubricación instantánea.
Bomba Centrífuga: Componentes Los cojinetes disponen usualmente en su parte adyacente de dispositivos para aislarlos de los contaminantes del ambiente. Entre estos están la colocación de grasa, los sellos de labio (Lip Seals) y los sellos de laberinto. Todos tienen ventajas y desventajas, correspondientes alos daños que generan en el eje, la capacidad para garantizar el sellado y el costo.
Bomba Centrífuga: Componentes
Tip 23. Es preferible descontinuar el uso de sellos de labio, ya que dañan el eje por roce y tienen una vida útil de menos de 80 dias. En lugar de estos utilizar sellos de laberinto. También colocarlos en los motores eléctricos para proteger el devanado y cojinetes.
Bomba Centrífuga: Componentes Empaquetaduras A fin de evitar el escape del fluido bombeado al medio externo, el dispositivo mas sencillo es la empaquetadura. En la gráfica se observa un arreglo típico y el material desgastable para su reemplazo.
Bomba Centrífuga: Componentes
Tip 24. No utilizar nunca empaquetaduras en bombas que operan con vacío en la succión, a fin de impedir el ingreso de aire. Entre las bombas que operan en estas condiciones están las que succionan líquido de un nivel inferior, de un condensador o de un evaporador.
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos Basados en el enfrentamiento de dos caras una dura y otra blanda, enfrentando una rotatoria contra otra estacionaria. Algunos diseños contemplan doble sello para contingencias y diferentes tipos de elementos de resorte
SELLO MECÁNICO
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos
Fluido de enfriamiento y lubricación de las caras
Existen diferentes arreglos que incluyen la provisión de fluido de enfriamiento y lubricación desde la descarga de la bomba o de otro fluido de diferente naturaleza. La particular disposición de las conexiones, fluidos de enfriamiento o barrera, etc. se clasifican en el API 610 como Planes (Plan 1, 2, 53, etc.) Adicionalmente, algunos diseños contemplan doble sello para contingencias y diferentes tipos de elementos de resorte, tanto elestoméricos como metálicos.
Sello mecánico acorde con el plan 11 de API 610 8va edición
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos En la gráfica se presentan dos diseños típicos con sus componentes. El primer Sello mecánico, tipo empujador, utiliza un resorte para asegurar que las caras permanezcan unidas. En el segundo diseño se utiliza un fuelle metálico, que además de resorte es un elemento hermético
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos Aquí se presentan dos sellos típicos. El segundo presenta una construcción tipo cartucho.
SELLO DE FUELLE ELASTOMERICO
SELLO DE FUELLE METÁLICO
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos Los sellos Dobles son muy apropiados para aplicaciones con fluidos peligrosos o inflamables. Un fluido de barrera permite lubricación y enfriamiento contínuo, En el caso de los sellos en tandem en caso de presurización por falla del sello interno es posible detectar mediante instrumentación de campo la anormalidad y tomar acción a tiempo. Fluido de barrera SELLO DOBLE
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos Un sello mecánico puede desgastarse o fallar: A fin de determinar la condición del sello es necesario observar el patrón de la huella, particularmente en las caras blandas. En el caso de fallar estas son usualmente catastróficas por lo que el daño resultante hace difícil de identificar su origen. La mayor parte de las fallas caen en dos categorías. O son producto de la apertura de caras o los componentes del sello son dañados por o, calor o corrosión, y típicamente obedecen a problemas de instalación u operacionales, como interrupción de fluido barrera o de enfriamiento y posterior operación, con daños en las caras. El tipo de caras define si la evolución posterior será lenta, con una cara dura y otra blanda, o rápida, con dos caras duras. Típicas caras duras son el carburo de Tungsteno y el Carburo de Silicio, y caras blandas, el carbón.
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos: Análisis de Fallas
Los pasos a seguir para el análisis son: 1. Diseño del sistema y equipos 2. Características del Fluido 3. Condiciones de operación 4. Condición del equipo 5. Controles ambientales 6. Prácticas de Mantenimiento Las evidencias que permiten establecer la causa raíz de la falla son: • Patrón de desgaste de la huella • Anchura • Centramiento • Uniformidad • Aspecto de los daños en las caras • Erosión / Rayaduras • Astilladuras • Depositos endurecidos por coquización o cristalización • Grietas de choque térmico • Ampollas
Bomba Centrífuga: Componentes Mecanismos de Falla de Sellos Mecánicos
Cara Rotativa
Cara Estacionaria
O-Ring (Junta Tórica)
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos: Patrones de desgaste
Cara Rotativa Huella ancha
Cara Estacionaria Huella estrecha
CAUSAS • Descentramiento de sello tipo estacionario • Eje descentrado por problemas en cojinete • Deflexión del eje
Centrada o descentrada
CAUSAS: •Si está centrada indica sello centrado y operación adecuada •Si la huella es descentrada significa: • Sello descentrado al instalarlo • Eje descentrado • Operación con sobrecarga radial
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos: Patrones de Desgaste
Desgaste Uniforme o no uniforme CAUSAS Desgaste uniforme indica buen o entre caras Desgaste no uniforme indica: Distorsión del aro de sello por sobre apriete, o excesiva presión Distorsión debida a insuficiente soporte del Gland Aros de Sello desalineados en un sello partido Componentes con deficiente alivio térmico
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos: Aspecto de los daños
Ralladuras o Erosión
Astilladuras en los diámetros interno y externo
CAUSAS: • Reparación en ambientes sucios • Apertura de caras en operación • Contaminantes en fluido entre caras
CAUSAS: • Apertura de caras / vaporización • Vibración • Cavitación • Sobrepresurización
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos: Aspecto de los daños
Coquización o cristalización
Agrietamiento Térmico:
CAUSAS: Temperaturas Excesivas Producto contaminado Holguras demasiado pequeñas Ineficiencia de la bomba de la chaqueta de enfriamiento Evaporación de producto en las caras
CAUSAS: Exceder el limite PV (Presión por Velocidad) Operación en seco Producto demasiado caliente
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos: Aspecto de los daños
Ampollas CAUSAS • Uso de caras de carbón en aceite • Excediendo los límites del material • Vaporización
Bomba Centrífuga: Componentes Sellos Mecánicos: Daños de O-rings
Falla por Torsión del O -ring
Explosión decompresiva del O-ring
CAUSAS • Ataque Químico con reblandecimiento • Excesiva temperatura de operación • Selección incorrecta del material
CAUSAS • Absorción de hidrocarburos pesados seguida de una súbita decompresión • Selección incorrecta del material
Bomba Centrífuga: Componentes Acoplamientos Los acoplamientos mas comunes son los de tipo rígido, pero tienen la desventaja de no itir ningún tipo de desalineación.
Acoplamientos Rígidos
Bomba Centrífuga: Componentes Acoplamientos Existen diferentes tipos de acoplamiento flexible los cuales describimos a continuación:
Acoplamiento de Engranajes
Acoplamiento de Discos Flexibles
Bomba Centrífuga: Componentes Acoplamientos Entre los mas permisivos están los elastoméricos:
Acoplamientos Elastoméricos
Bomba Centrífuga: Componentes Acoplamientos La presente tabla explica la desalineación permisible para los distintos tipos de acoplamiento: Tipo de Acoplamiento
Momentos y Fuerzas de Reacción
Acoplamiento de Engranajes Acoplamiento de Rejilla Acoplamiento de Discos Elastomérico (Compresión) Elastomérico (Corte)
Muy Altas Altas Moderadas Bajas Muy Bajas
Lím ite de Desalineación In/in de separación entre puntos de flexión 0.0005in/in 0.00075in/in 0.001 in/in 0.0015 in/in 0.002 in/in
6. Mantenimiento Tip 26: En general, seguir con atención las recomendaciones del Manual de Operación y Mantenimiento
Bomba Centrífuga: Mantenimiento Alineación Es necesario alinear, a fin de prevenir fuerzas producto de la ubicación relativa indebida de los ejes. En ocasiones debe dejarse cierto nivel de desalineación a fin de compensar posteriormente, cuando se produzca el crecimiento térmico. Existe una desalineación paralela y otra angular, explicadas en los gráficos
Bomba Centrífuga: Mantenimiento Alineación Para los diferentes tipos de acoplamiento se aplican técnicas diversas de alineación, incluyendo comparadores de esfera y equipos Laser.
Bomba Centrífuga: Mantenimiento Alineación A continuación se describen pasos para verificar la condición de alineación de una bomba de Succión por el extremo y su sello mecánico, a fin de asegurar su operación confiable:
Paso 1:
Antes de instalar el sello, limpie la cara primaria con alcohol. Suba el Buje de estrangulamiento y deslice la camisa y el sello al interior del eje.
Paso 2:
Coloque el indicador con la clavija sujetada al marco de transición y el embolo del indicador parcialmente comprimido hacia abajo. De vueltas al eje encuentre la lectura menor y ponga el reloj en cero. Dele vueltas y la mayor lectura es el TIR. No debe exceder 0,001 “ por pulgada de diametro del eje..
Paso
3: Igual arreglo. Mueva el eje de arriba hacia abajo. Cualquier movimiento significa que la rolinera está dañada o mal ajustada. La tolerancia es normalmente 0,001por pulgada de diámetro
Bomba Centrífuga: Mantenimiento Alineación
Paso 4 Perpendicularidad del Espaciador Sujete la clavija al extremo del eje. Desplace radialmente el indicador en la superficie maquinada del espaciador, ya que es la superficie que se alinea con la cámara de sello mecánico. La tolerancia de nuevo está en 0,001 “ por diametro de eje.
Paso 5 Juego Axial Sujete la clavija al espaciador, y coloque el émbolo del indicador contra el eje. Empuje y hale el eje , y registre el movimiento total. La magnitud de este valor está relacionada con el estado y ajuste del cojinete de empuje. Los límites aceptables para bombas de menos de 2” de diametro están entre 0,001” Y 0,005”, con 0,001” adicional por cada pulgada de diámetro.
Bomba Centrífuga: Mantenimiento Fundaciones Las bombas suelen venir en patines metálicos que a su vez son ubicados en fundaciones de material “grouting” cementoso o epóxico, todo lo cual es materia para un curso completo. La fundación incluye pernos de anclaje para fijar el patín.
Bomba Centrífuga: Mantenimiento
Tip 27. La masa de una fundación de concreto debe ser al menos cinco veces mayor que la de la bomba, placa de base y equipo restante soportado, u ocurrirá vibración. Hasta 500 HP la fundación debe ser 5” mas ancha que la base. Por encima de 500 HP al menos 6” mas ancha.
Bomba Centrífuga: Mantenimiento Fundación - Nivelación Ser utilizan cuñas y guías para ubicar los equipos y lograr una ubicación lo más precisa posible antes de la alineación final.
Bomba Centrífuga: Mantenimiento
Tip 28: Prealinear y asegurar que no existan tensiones con las líneas que serán conectadas, antes de vaciar la fundación, Luego del fraguado realizar la alineación final e instalar guías a la placa de base, tanto en la bomba como en el motor, en los extremos cercanos al acoplamiento, para permitir el crecimiento térmico.
Bomba Centrífuga: Mantenimiento Vibración Las fuerzas que se generan por desbalanceo, desalineación, desajustes en el armado, desajustes hidráulicos, etc., se traducen en vibraciones, las cuales se miden con aparatos ampliamente utilizados en la industria. Las variables de desplazamiento, velocidad y aceleración son utilizadas . En las bombas el nivel de vibración tiende a ser mínimo alrededor del BEP. En el esquema se observan los lugares en los que se hacen las mediciones
Bomba Centrífuga: Mantenimiento
Tip 29: Al duplicarse la velocidad de la bomba, se incrementa en cuatro veces la deflexión del eje, y por ello el nivel de vibración, así como ocho veces el desgaste de componentes.
Bomba Centrífuga: Mantenimiento Vibración En la grafica se aprecian límites recomendados para bombas manejando fluidos limpios y sucios en milésimas de pulgada de desplazamiento pico a pico.
Bomba Centrífuga: Mantenimiento
Tip 30: Realizar Mantenimiento Predictivo frecuente (al menos una vez al mes o más según criticidad) revisando vibración, temperaturas y niveles
7. Materiales
Bomba Centrífuga: Materiales Materiales de Fabricación Multiples fenómenos afectan los materiales de las bombas, frecuentemente asociadas a condiciones como ambiente, tipo de servicio, temperatura y presión de operación, fluido manejado, etc. Por ello se debe disponer de una amplia gama de materiales, y combinarlos adecuadamente. La información a continuación cubre estos aspectos. Algunos de estos fenómenos son: • Erosión • Desgaste • Corrosión Galvánica • Corrosión Uniforme • Corrosión Intergranular • Corrosión por Picaduras • Corrosión por Celdas de aereación Diferencial • Corrosión bajo esfuerzos • Corrosión – Erosión
Bomba Centrífuga: Materiales Corrosión Galvánica. Serie Galvánica Estos materiales están jerarquizados por su susceptibilidad al ataque por corrosión. Los metales distintos inducen corrosión galvánica por su distinto potencial El mas noble ( SS) no será atacado por ninguno de ellos mientras que el menos noble, (Zinc), es susceptible de ser atacado por todos ellos.
Bomba Centrífuga: Materiales Daños de componentes producto de la Corrosión
Corrosión por uso de materiales disimilares en anillos de desgaste
Corrosión Galvánica generalizada
Bomba Centrífuga: Materiales Materiales de Fabricación Applicación
Material de la Bomba
Agua Fria
Fundición de Hierro y Bronce
Química
Hierro Ductil y Acero Inoxidable
Química
Polimeros Termoplásticos (200°F) Termoset (250° F) T
I
T
Petróleo
Acero fundido en la carcasa y Hierro fundido el impulsor
Lodo
Metal endurecido o recubrimiento con goma
Viscoso
Hierro Fundido, Bronce, Acero Inoxidable, Polímeros
Bomba Centrífuga: Materiales Materiales de Fabricación Aplicaciones Petroleras
8. Servicios / Estandares
Bomba Centrífuga: Servicios Aplicaciones más comunes • • • •
Industria de Producción y Refinación Petrolera Plantas de Generación Eléctrica Industria Química y Petroquímica Suministro de agua
•
Sumideros y Aguas Negras
• • •
Papel y Textiles Alimentos Acondicionamiento de aire y Calefacción
•
Servicios Marinos
• • •
Minería Acería, producción de Aluminio Industria Nuclear
Bomba Centrífuga: Estandares Estandares Aplicables • • •
API, Instituto Americano del Petroleo : API 610 9a Edición 2003 ANSI, Instituto Americano de Estandares Nacionales: Bombas Horizontales con succión en el extremo , ANSI B73.1 ANSI: Bombas Verticales para aplicaciones Químicas y Petroquímicas, ANSI B73.2
•
NFPA 20 2003 Estándar para la instalación de Bombas contra Incendio
•
ISO 2858: 1975 Bombas de succión en el extremo (Rating 16 bar)
•
ISO 9905: 1994 Especificaciones Técnicas para Bombas Centrifugas Tipo I
•
ISO 5199: 2002 Especificaciones Técnicas para Bombas Centrifugas Tipo II
•
ISO 9908: 1993 Especificaciones Técnicas para Bombas Centrifugas Tipo III
9. Problemas Típicos
Bomba Centrífuga: Problemas Problemas Típicos - Causas de Indisponibilidad Los problemas de Operación y Mantenimiento, están frecuentemente relacionados con una mala selección, o con su operación y mantenimiento deficiente. Entre estos encontramos: • Vibración. Frecuentemente asociada a desalineación, desbalanceo, roce interno, operación a flujo parcial o daño de cojinetes por montaje o lubricación deficientes •
Fugas en empaquetaduras y sellos mecánicos.
• Ineficiencia traducida en bajo flujo o presión de descarga por problemas en la succión o desgaste interno, particularmente en los anillos de desgaste. • Alto amperaje e incluso falla del motor eléctrico impulsor por operación de arranque con excesivo consumo de potencia, y en ocasiones por inadecuado dimensionamiento del motor.
Bomba Centrífuga: Problemas Causas de Indisponibilidad (Continuación) • Desgaste, Erosión o Corrosión de componentes, asociada a presencia de abrasivos en el fluido manejado, o incompatibilidad de los materiales con el fluido manejado o entre si formando pares galvánicos. • Rotura de rodamientos por sobrecarga al ser mal montados o excesivas cargas axiales y/o radiales. También por tener lubricación deficiente. En el caso de cojinetes de deslizamiento, daños en el babbit por problemas de ensamblaje • Cavitación clásica, debida a deficiencias en el nivel o tubería de succión o en las propiedades del líquido bombeado. En el caso de hidrocarburos contaminados con componentes livianos esta condición es conocida como gasificación. • Cavitación Hidrodinámica, en bombas susceptibles con un alta Velocidad Específica de succión y operación muy por debajo del BEP.
Bomba Centrífuga: Problemas Causas de Indisponibilidad (Continuación) Se anexan dos tablas con “Tips” para el diagnóstico de fallas para bombas centrífugas y una particular para Bombas Sumergibles
Diagnóstico de Fallas en Bombas Centrífugas
No Bombea
Entrada de aire por el sello mecánico Sentido de giro invertido Impulsor obstruido Entrada de aire por la tubería de aspiración
Caudal Insuficiente
Entrada de aire por la tuberia de aspiración Entrada de aire por el sello mecánico Válvula de retención demasiado peque ña Válvula de retención obstruida Impulsor obstruido
Bomba Centrífuga: Problemas Causas de Indisponibilidad CONCIENCIA DE COSTOS. LOS GASTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO SUPERAN CON CRECES LA INVERSIÓN INICIAL Costos de Mantenimiento COSTOS TÍPICOS DEL CICLO DE VIDA PARA UNA TÍPICA BOMBA INDUSTRIAL DE TAMAÑO MEDIANO
Otros Costos
Costos Iniciales
Costos de Energía
10. Bibliografía
Bomba Centrífuga: BIBLIOGRAFIA • Hidraulic Institute Standards, 1975 • Pump Handbook. Igor Karassik et all, 1976 • Centrifugal Pumps, Design and Application, Val Lopanoff et al. 1985 • Curso Centrifugal Pumps, Characteristics and applications, Michael Volk, George Washington University • Bombas, su selección y aplicación. Tyler Hicks, 1978 • Cameron Hydraulic Data, Ingersoll Rand, 15th eddition, 1977 • API 610, 8th eddition, 1999 • Physics Dimystified. Stan Gibilisco, 2002 • Paginas Web de John Crane, Flow serve, Chesterton, Flowserve, Sulzer, SKF, Hidraulic Institute, Mc Nally Institute, University of Newcastle, UK, University of Francfurt, Alemania, Glenbrook South Physics Home Page, Maintenance World, The Chemical Engineer Resources Page, y Monachos Engineering, Grecia y Bakker A. (2003) The Colorful Fluid Mixing Gallery, http://www.bakker.org/cfm."
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