Hay varios factores que condicionan el buen rendimiento de una bomba centrífuga.
Si la bomba ha sido bien elegida para el servicio que presta, se la está utilizando dentro de la zona preferida de la curva y se han observado buenas prácticas de alineación; el siguiente paso es poner el foco en los huelgos internos.
¿POR QUÉ SON TAN IMPORTANTES?
Porque dentro de una bomba centrífuga hay sectores sometidos a diferentes presiones, delimitadas por huelgos entre partes rotantes y estacionarias. A mayores huelgos, mayor será el caudal de recirculación dentro de la bomba y consecuentemente, peor será su rendimiento. Las bombas de impulsor abierto normalmente tienen la posibilidad de regular la luz entre impulsor y voluta mediante algún dispositivo que desplaza el conjunto eje-impulsor-rodamientos. Cada fabricante indica la luz requerida para los distintos modelos y temperaturas de operación. Es muy importante respetar estos valores y efectuar los ajustes meticulosamente, porque un exceso de luz hará que se reduzca el rendimiento de la bomba, y una luz muy escasa puede provocar un contacto entre partes rotantes y estacionarias.
Regular la luz entre impulsor y voluta es una operación relativamente simple, se puede hacer en planta con el equipo armado solamente requiere de un comparador centesimal y un entrenamiento adecuado.
Las bombas de impulsor cerrado limitan la recirculación de líquido mediante anillos de desgaste, que cuando llega el momento, es necesario reemplazarlos y para eso hay que llevar el equipo al taller; lo que nos plantea algunos interrogantes:
- ¿Cómo saber cuándo hay que cambiarlos?
- ¿Qué luz diametral hay que darles?
- ¿Que materiales hay que usar?
- ¿Cómo fijarlos?
Y LLEGÓ LA HORA
Como dijimos, la función de los anillos de desgaste es evitar que se produzcan recirculaciones internas excesivas entre zonas sometidas a diferentes presiones. Estas recirculaciones consumen potencia y no se aprovechan para nada, por lo que reducen el rendimiento energético de la bomba. A su vez estas recirculaciones generan vibraciones que comprometen la vida útil de diversos elementos de la bomba, como sellos mecánicos y rodamientos.
Un viejo criterio decía que los anillos de desgaste deben reemplazarse cuando la luz diametral llega al doble de su valor original. Este criterio tiene dos inconvenientes graves:
- Nadie que esté en su sano juicio va a sacar de servicio una bomba centrífuga solamente para medir la luz diametral de los anillos de desgaste.
- Para cuando la luz llegue al doble de lo estipulado, el rendimiento de la bomba habrá empeorado mucho y durante bastante tiempo, pudiendo llegar a perder hasta un 20% del caudal en recirculación.
La forma de saber cuándo es hora de cambiar los anillos de desgaste es a través de los síntomas que provoca una luz excesiva.
- Vibraciones eleavadas en un espectro de frecuencias variado.
- Reducción del caudal
- Incremento de consumo de potencia
Y SE HIZO LA LUZ
Es inevitable que haya recirculación a través de los anillos de desgaste, pero se trata de reducirlo a un mínimo razonable. Eso se logra haciendo la luz entre ellos tan pequeña como sea posible. Pero los ejes sufren deflexión, siempre hay errores de mecanizado que hacen que la concentricidad, paralelismo y la planitud de las superficies de encastre no sea perfecta. Por esto la luz entre los anillos de desgaste tampoco debe ser demasiado pequeña. Hay varias tablas que indican las luces recomendadas en función del diámetro de los anillos. La norma API 610 propone las luces mínimas que se indican a continuación:
MUY DURO, MUY BLANDO, MUY PASTOSO
Estas luces están consideradas con combinaciones de materiales que no tengan tendencia al engrane, como un acero inoxidable AISI 410 por ejemplo; y en todos los casos debe haber una diferencia de dureza entre los anillos rotantes y los estacionarios de por lo menos 50 Brinell. Es posible trabajar con luces aún más pequeñas, pero ya hay que utilizar materiales especiales como la fibra de carbono con resina fenólica.
Conviene respetar las combinaciones de materiales indicadas en la Norma API 610 para cada metalurgia en particular, tanto por la resistencia a la corrosión comoal desgaste, pero también para evitar la posibilidad de generar una cupla galvánica dentro de la bomba.
QUE NO SE SALGAN NI SE DEFORMEN
Un error muy común es fijar los anillos de desgaste mediante puntos de soldadura. Nadie discute que sea un método rápido, sencillo y seguro. El problema es que también produce distorsiones térmicas que pueden provocar contacto entre anillos. La forma correcta es mediante prisioneros colocados en la circunferencia de separación entre el anillo de desgaste y la pieza que lo contenga.
MODO INCORRECTO
La soldadura puede provocar distorsiones en el anillo de desgaste
MODO CORRECTO
El prisionero bloquea al anillo axial y radialmente sin provocar distorsiones y ´permitiendo un fácil desarme.
¿HICIMOS TODO BIEN?
En este punto es probable que el lector recuerde alguna experiencia en la que hizo todo lo anterior correctamente y sin embargo los anillos de desgaste se le engranaron igual.
¿POR QUÉ?
Porque las luces indicadas por la Norma API 610 suponen que la bomba está en buenas condiciones, lo que significa que los errores de concentricidad, paralelismo, perpendicularidad y planitud de muchas piezas deben estar dentro de su tolerancia. Esto normalmente se verifica en bombas de pocos años de uso, pero en la medida en que se van desarmando y armando nuevamente, es probable que las superficies de apoyo sufran golpes, desgaste, y hasta modificaciones no registradas…
Todas estas anomalías hacen que el conjunto soporte de cojinete-eje-impulsor no quede perfectamente centrado ni perpendicular respecto de la voluta, y como las luces entre anillos son muy pequeñas; se produce el engrane.
¿Cómo resolver este problema? Aquí se plantean dos caminos. Cada uno elegirá en más adecuado para su contexto.
- Aumentar las luces un par de décimas.
Con eso habitualmente se resuelve el problema del engrane y se facilita el montaje del extremo de potencia en la voluta, cosa que no siempre es fácil cuando ésta queda en planta. Pero la gran contra es que esta bomba trabajará con un menor rendimiento en forma continua y silenciosa. Nos hará gastar más dinero en energía, en mantenimiento de bombas porque las vibraciones asociadas serán mayores; y sobre todo en mantenimiento de sellos. Como son costos difíciles de medir y con distintos responsables, lo más probable es que pasen desapercibidos. Eso no significa que desaparezcan.
- Controlar perpendicularidad, concentricidad, paralelismo y encastres.
Si se decide hacer las cosas bien y utilizar las luces de anillos que recomienda la Norma API 610, entonces también hay que ser muy profesionales con el control de partes como cajas de sello, linternas, encastre de la voluta y soporte de cojinetes.
Cuanto más alejado de los anillos esté el problema, mayor será su consecuencia sobre la reducción de las luces.
Zonas críticas para controlar en cada pieza concentricidad, perpendicularidad y paralelismo.
Son mediciones que llevan su tiempo, hay que utilizar comparadores centesimales lo que implica que las piezas deben estar perfectamente limpias; y se deben medir sobre un mármol de medición o sobre el torno. Pero antes de tomar la decisión de ir por un par de décimas más de luz o por un exhaustivo control dimensional, deberíamos hacernos la pregunta del millón:
¿Cuánto dinero se va por los anillos de desgaste?
Eso dependerá de muchos factores, mayormente de la potencia del equipo y del precio de la energía. Pero en una bomba de unos 200 kW de potencia, si llegáramos a perder un 10% de rendimiento por tener los anillos desgastados o por haber decidido darles una luz mayor, tendríamos un gasto anual adicional de unos U$D 30.000 en energía, habríamos desperdiciado unos 200 Mwh y contaminado las atmósfera con unos 100 kg adicionales de CO2. No quise incluir los gastos adicionales de mantenimiento, porque en este ejemplo no serían relevantes.
Si la bomba del ejemplo hubiese sido de unos 15 kW, el gasto adicional en energía no superaría los U$D 3.000, los daños ambientales serían mínimos y ya pesarían mucho más los gastos de mantenimiento. Son números que nos dejan pensando. En primer lugar, ya sabemos de dónde podría salir el dinero para hacer un mantenimiento de clase mundial, si tuviéramos los elementos para demostrarlo…
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Autor: Ing Ricardo Cifuente – Consultor
Titular de BEP Consultora, con más de 25 años de experiencia en equipos de bombeo y movimiento de fluidos. Sus actividades se han desarrollado en empresas de primera línea como Hidrosur, Flowserve, John Crane y Ruhrpumpen.
Actualmente realiza trabajos de consultoría, asesoramiento, cálculos, análisis de fallas. Entre otros servicios destinados a industrias químicas, petroquímicas y petroleras. Más información en www.bepconsultora.com
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