SERVICIOS DE ALTA PRESIÓN DE SUCCIÓN EN BOMBAS CENTRÍFUGAS
El propósito de este blog es ayudar a evitar los típicos problemas de los servicios de alta presión de succión, para lo cual vamos a hacer en primer lugar una breve descripción de los problemas más comunes. Luego analizaremos con mayor detalle cuales son las causas de dichos problemas y para finalizar, las recomendaciones del caso.
PROBLEMAS MÁS COMUNES:
· Empuje axial en el eje de la bomba
· Temperatura de cojinetes
· Alineación
· Fallas recurrentes de sellos mecánicos
· Problemas para hacer arrancar el equipo
· Condiciones operativas variables
· Planes de asistencia de sellos mecánicos inadecuados
ANÁLISIS DE LOS PROBLEMAS:
Empuje axial en la bomba:
La condición normal en una bomba centrífuga de impulsor simple, es que por diferencia de presiones aplicadas sobre la superficie del mismo se genere una fuerza resultante cuya dirección es hacia la succión.
Pero cuando la presión de succión es muy alta en relación con la presión diferencial, esa fuerza cambia de dirección y se aplica en sentido contrario, es decir, va hacia el soporte de cojinetes. Esto se debe a la presión de succión ejercida sobre sobre la superficie del eje.
Dicha fuerza, dependiendo de la bomba y sus condiciones operativas, puede ser de una magnitud importante. Solamente como ejemplo, un eje de 60 mm de diámetro con una presión de succión de 30 kg/cm2 genera una carga axial de 848 kg.
Esto es suficiente como para hacer bajar sensiblemente la vida útil L3 del cojinete axial, lo que obliga a los fabricantes de bombas a tomar acciones preventivas, que suelen ser:
Adoptar configuraciones de cojinetes especiales: La configuración típica es colocar cojinetes de contacto angular apareados en disposición “O”, donde cada uno de los cojinetes soporta empuje axial en una dirección opuesta, y en conjunto soportan cargas axiales en ambas direcciones. Algunas bombas permiten colocar tres cojinetes de contacto angular, de esta manera se refuerza su capacidad axial en la dirección que interesa.
Temperatura de cojinetes:
En caso de que el fabricante de la bomba no haya utilizado alguno de los dos recursos anteriores, al haber una carga axial importante los cojinetes tomarán mayor temperatura, lo que reducirá la vida útil del lubricante. Una mayor carga con un lubricante deteriorado conducen a una falla prematura.
Alineación:
Las elevadas presiones sobre las cañerías generan esfuerzos de vínculo sobre sus apoyos. Si la configuración de vínculos no es correcta y se transmiten esfuerzos a las bridas de la bomba, vamos a tener desalineación. Hay que recordar que la desalineación es una de las causas de falla más comunes en equipos rotantes. Hay alineadores que permiten medir la diferencia entre alineación en frío y en caliente, normalmente se usan para servicios de alta temperatura; pero también sirven para verificar la diferencia entre presurizado y despresurizado.
Fallas en los sellos mecánicos:
Un sello mecánico soporta la diferencia de presiones entre la caja del sello y la atmósfera. En servicios normales la presión de caja es bastante parecida a la atmosférica, con lo cual una diferencia de unos 10 bar es sencilla de manejar, pero cuando la presión de succión se acerca a los 30 bar vamos a tener mucha más potencia consumida y calor generado.
Las condiciones tribológicas que se presentan en las caras de contacto requieren de cierta tecnología especial. Relaciones de balanceo más bajas, materiales de caras que faciliten la evacuación del calor, diseños especiales con muescas en las caras que mejoran la performance, diseño de puntos de inyección de garanticen caudal de refrigeración adecuado, elementos de arrastre que soporten el par torsor, etc, etc.
Planes de asistencia inadecuados:
En el punto anterior vimos que la refrigeración del sello mecánico se vuelve crítica, por eso es importante una buena elección del plan de asistencia. Lo habitual es utilizar un plan API 11, que consiste de una conexión desde la zona de impulsión de la bomba hacia la caja del sello. Este plan funciona bien porque hay una diferencia de presiones entre la impulsión y la caja del sello, cosa que ya no ocurre cuando se eliminan los orificios de balanceo, porque la presión en la caja de sello es ahora casi igual a la impulsión y el caudal que circula por ese plan de asistencia es insignificante.
Esto ocurre frecuentemente porque la comunicación entre el fabricante de la bomba y el del sello mecánico no suele incluir estos temas.
La solución es adoptar un plan API 14, que es igual al plan API 11 hasta llegar a la caja del sello, pero desde ahí tiene una conexión hacia la succión de la bomba pasando previamente por una placa orificio que regula el caudal y mantiene presurizada la caja del sello.
Con esto se logra un buen caudal de refrigeración para el sello, sin comprometer el equilibrio hidráulico del impulsor de la bomba.
Problemas para hacer arrancar el equipo:
El consumo de potencia de un sello de baja presión ronda los 0,5 kw, dependiendo de factores como tamaño, velocidad, etc. Pero en uno de alta presión, sobre todo si del tipo dual presurizado, puede llegar fácilmente a los 2 kw y en un eje bastante chico…
Pero eso no es lo peor, el margen de potencia que se toma habitualmente cubre la potencia del sello. Cuando la bomba parada y presurizada, es decir la condición normal de arranque en estos servicios; el sello actúa como un verdadero freno y es necesario verificar que al motor le alcance el par de arranque. Ha habido casos en los que fue necesario cambiar el motor por uno más potente, simplemente para que el equipo pueda arrancar…
Condiciones operativas variables:
Como si todo esto fuera poco, varios de los servicios de alta presión de succión son circuitos cerrados con muy poca diferencia entre la presión de succión y la de descarga. Lo que dificulta ubicar el punto de funcionamiento requerido.
Además, si es una bomba de un circuito cerrado, puede ocurrir que su caudal no esté directamente relacionado con el proceso, con lo cual es probable que los operadores le presten más atención a otros equipos.
Es común encontrar bombas funcionando muy alejadas del punto para el que fueron seleccionadas, lo que reduce la vida útil de todo el equipo.
RECOMENDACIONES:
· Solicitar la cotización del equipo recalcando que se trata de un servicio de alta presión de succión, de esa manera se asegura que vaya al departamento de Ingeniería y que se hagan las consideraciones del caso.
· Verificar que el fabricante del sello y de la bomba hayan seleccionado juntos el plan de asistencia adecuado para el servicio. El plan API 14 probablemente sea la mejor opción.
· Verifique que el fabricante del sello y de la bomba se hayan comunicado respecto de la potencia consumida por el sello y el par de arranque necesario.
· Informar al fabricante del sello si hay sólidos en suspensión. La primera selección que probablemente hagan será carbón de alta presión vs. carburo de silicio. Pero si hay sólidos en suspensión es probable que deban cambiar el carbón por carburo de silicio al grafito.
· Verifique la configuración de vínculos de las cañerías. Las bridas de las bombas no se deben considerar puntos fijos, las bridas compañeras de las mismas sí.
· Trate de automatizar la operación de la bomba y seleccione instrumentación que permita saber en qué punto está operando.
· No pretenda ahorrar en la inversión inicial.
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