Clasificación y Descripción de Motores Electricos

Este Articulo muestra la clasificación que puede realizarse de motores electricos y una breve descripción de cada uno de ellos; esta entrada nos puede permitir entender muchas de las problemáticas detectadas a través de la tecnología predictiva de análisis de circuito motor. Los motores son máquinas que transforman la energía eléctrica en mecánica y ésta, en movimiento rotativo.

DESHIDRATACION DEL GAS

El gas natural producido del pozo contiene vapor de agua y otros hidrocarburos fácilmente condensables (gasolinas), que deben ser eliminados en la forma más completa posible pues dichos componentes contribuyen en menor o mayor grado a dificultar el transporte del gas a través del sistema general y redes secundarias. La gasolina debe ser eliminada para evitar su condensación en la cañería y reducir por tal
motivo su diámetro útil.

Principios Básicos para el Cálculo de las Bombas

Son dos los tipos de bombas que se utilizan en instalaciones de proceso:

1. Bombas centrífugas, muy extendidas, cuentan con una gran variedad de aplicaciones. Están especialmente indicadas para el manejo de productos de baja viscosidad, no siendo aptas para líquidos fuertemente aireados. Este tipo de bomba es el que se debe utilizar siempre que la aplicación concreta lo permita, ya que es la más barata en cuanto a compra, operación y mantenimiento, y también la más adaptable a diferentes condiciones de operación. Se recurrirá a ella para el bombeo de todo tipo de líquidos de relativamente baja viscosidad y que no requieran un tratamiento particularmente suave.
2. Bombas de desplazamiento positivo. Existen diversas clases, como las alternativas (pistón) y las rotativas (lóbulos). Están especialmente indicadas para el bombeo de fluidos de viscosidad elevada.

Golpe de Ariete

En las tres fases de proyecto, instalación y funcionamiento de ciertas estructuras y máquinas hidráulicas es necesario un control de estos dos fenómenos: golpe de ariete y cavitación, que originan sobrepresiones o depresiones excesivas y que pueden conducir a averías, llegando hasta la destrucción misma de la estructura o de la máquina. Se describirá la teoría asociada al fenómeno transitorio del golpe de ariete (water hammer).  

En el estudio de este fenómeno hay que abandonar las dos hipótesis normalmente adoptadas en flujo en tuberías: fluido incompresible y  régimen permanente. El golpe de ariete es un fenómeno transitorio y por tanto de régimen variable, en el que la tubería ya  no es rígida  y el líquido es compresible.

Concepto de ANPA y curva ANPA-Q - Para bombas de Piping

4.2- Concepto de ANPA y curva ANPA-Q

En la Figura 5 se esquematiza un corte de una bomba según un plano que contiene al  eje. La velocidad en el tubo de aspiración es U y la energía cedida a la bomba hace que el  líquido sea acelerado hasta la velocidad C1 en la sección de ingreso a los álabes.

Clasificación de las bombas centrífugas

Según su hijo anteriormente las máquinas hidráulicas son maquinaria accionada por un motor cuya energía se
transforma energía hidráulica cinética y o potencial. Los cuales pueden ser de elevación o de circulación:

de un punto de vista semántico: conforma el dispositivo mecánico usado por la transformación de la energía mecánica, en hidráulica:

• Bombas alternativas.
•  Bombas rotativas
•  Bombas especiales

 de un punto de vista de la presión conceguida en:

Centrifugal Pumps - Bombas centrifugas

Preguntas Frecuentes sobre Bombas Centrifugas

• ¿Qué código API rigen el diseño de bombas centrífugas?

           API 650

• ¿Podemos aceptar las cargas de boquilla más de como se especifica en el cuadro 5 del API 610-2010?

         Sí, las fuerzas externa hasta que el doble de las cargas admisibles según se especifica en el cuadro 5              de la Norma pueden estar sujetos aceptables para la evaluación basada en el Apéndice F.

• ¿Cuáles son los criterios para decidir las cargas de boquilla en la tabla 5?

          Para decidir cargas de boquilla se consideran dos factores

          a) la distorsión de la carcasa y

          b) falta de alineación del eje

         

          Configuraciones de tubería que producen cargas de boquilla componentes se encuentran dentro de               los rangos especificados en la Tabla 5 distorsión carcasa límite a la mitad criterio de diseño del                     proveedor de la bomba y garantizan el desplazamiento eje de la bomba de menos de 250 micras                   (0,010 in).

• ¿Qué significa el apéndice F comprobar ejecutar un trabajo?

         Apéndice F comprobación asegura que cualquier distorsión carcasa de la bomba estará dentro de los          criterios de diseño del vendedor y que el desplazamiento del eje de la bomba será de menos de                    380 micras (0,015 in).

• ¿Cuál es la carga de la boquilla admisible para bombas no cumplen con  API?

           Para las que no API bombas Vendedor / Equipo proporcionará admisible de carga de la boquilla.                Como un arranque inicial se puede asegurar el 75% de la API 610 de la tabla 5 los valores                          mencionados. A veces uso el fabricante de códigos ANSI y proporciona cargas basados ​​en ese                    código. Normalmente se ofrecen dos tipos de cargas permitidas. Primer juego es para cada                          comprobación boquilla de componentes y segundo juego es para succión combinada y la                              comprobación de carga alta.

SERVICIOS DE ALTA PRESIÓN DE SUCCIÓN EN BOMBAS CENTRÍFUGAS

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.

 Eliminar los orificios de balanceo: De este modo se aumenta la presión en la zona de la caja del sello mecánico casi hasta la presión de descarga, porque ya no hay conexión a una zona de baja presión. Esto compensa hidráulicamente el empuje axial y los rodamientos originales soportarán el servicio.

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.

Qué es el Golpe de Ariete? En Proyectos de Piping

El fenómeno del Golpe de Ariete, también denominado transitorio, consiste en la alternancia de depresiones y sobrepresiones debido al movimiento oscilatorio del agua en el interior de la tubería, es decir, básicamente es una variación de presión, y se puede producir tanto en impulsiones como en abastecimientos por gravedad.
El valor de la sobrepresión debe tenerse en cuenta a la hora de dimensionar el piping, mientras que, en general, el peligro de rotura debido a la depresión no es importante, más aún si los diámetros son pequeños. No obstante, si el valor de la depresión iguala a la tensión de vapor del líquido se producirá cavitación, y al llegar la fase de sobrepresión estas cavidades de vapor se destruirán bruscamente, pudiendo darse el caso, no muy frecuente, de que el valor de la sobrepresión producida rebase a la de cálculo, con el
consiguiente riesgo de rotura. Los principales elementos protectores en este caso serían las ventosas y los calderines, como estudiaremos posteriormente.

Por lo tanto, el correcto estudio del golpe de ariete es fundamental en el dimensionamiento de las tuberías, ya que un cálculo erróneo puede conducir a:

1. Un sobredimensionamiento de las conducciones, con lo que la instalación se encarece de forma innecesaria.

2. Tubería calculada por defecto, con el consiguiente riesgo de que se produzca una rotura.

Descripción del fenómeno en abastecimientos por gravedad 

Si el agua se mueve por una tubería con una velocidad determinada y mediante una válvula se le corta el paso totalmente, el agua más próxima a la válvula se detendrá bruscamente y será empujada por la que viene detrás.
Como el agua es algo compresible, empezará a comprimirse en las proximidades de la válvula, y el resto del líquido comprimirá al que le precede hasta que se anule su velocidad. Esta compresión se va trasladando hacia el origen conforme el agua va comprimiendo al límite la que le precede, de manera que al cabo de un cierto tiempo todo el agua de la tubería está en estas condiciones, concluyendo la primera etapa del golpe de ariete.
En definitiva, se forma una onda de máxima compresión que se inicia en las proximidades de la válvula y se traslada al origen. La energía cinética que lleva el agua se transforma en energía de compresión.
Cuando el agua se detiene, ha agotado su energía cinética y se inicia la descompresión en el origen de la conducción trasladándose hacia la válvula, y por la ley pendular esta descompresión no se detiene en el valor de equilibrio, sino que lo sobrepasa para repetir el ciclo. Esta descompresión supone una
depresión, que retrocede hasta la válvula para volver a transformarse en compresión, repitiendo el ciclo y originando en el conducto unas variaciones ondulatorias de presión que constituyen el golpe de ariete.
En definitiva, se producen transformaciones sucesivas de energía cinética en energía de compresión y viceversa, comportándose el agua como un resorte.

Descripción del fenómeno en impulsiones 

En una impulsión, la parada brusca de motores produce el mismo fenómeno, pero al contrario, es decir, se inicia una depresión aguas arriba de la bomba, que se traslada hacia el final para transformarse en compresión que retrocede a la bomba.
En efecto, cuando se produce la parada del grupo de bombeo, el fluido, inicialmente circulando con velocidad v, continuará en movimiento a lo largo de la tubería hasta que la depresión a la salida del grupo ocasionada por la ausencia de líquido (el que avanza no es repuesto, no es “empujado”),
provoque su parada. En estas condiciones, viaja una onda depresiva hacia el depósito, que además va deteniendo el fluido, de tal manera que al cabo de un cierto tiempo toda la tubería está bajo los efectos de una depresión y con el líquido en reposo. Ha concluido la primera etapa del golpe de ariete.
Como la presión en el depósito es siempre superior a la de la tubería, que se encuentra bajo los efectos de la depresión, se inicia un retroceso del fluido hacia la válvula de retención con velocidad -v. Con el agua a velocidad de régimen, pero en sentido contrario, nuevamente se tiene la presión de partida en la tubería, de manera que al cabo de un cierto tiempo toda ella estará sometida a la presión inicial y con el fluido circulando a velocidad -v.

El inicio de la tercera fase es una consecuencia del choque del líquido contra la válvula de retención. El resultado es un brusco aumento de presión y una detención progresiva del fluido, de modo que al cabo de un cierto tiempo todo el líquido de la tubería está en reposo y la conducción sometida a una sobrepresión de la misma magnitud que la depresión inicial. Esta tercera fase del golpe de ariete en una impulsión es semejante a la primera fase en el caso de abastecimientos por gravedad.
En la cuarta fase comienza la descompresión, iniciándose de nuevo el movimiento, por lo que al cabo de un tiempo la situación es idéntica a la que teníamos al principio. Comienza un nuevo ciclo.

Tanto en abastecimientos por gravedad como en impulsiones, la duración de cada una de estas fases es a/L, siendo L la longitud de la tubería y a la celeridad.