BOMBAS CENTRÍFUGAS SELLOS MECÁNICOS CURSO DE CAPACITACION.pdf

John Crane Argentina BOMBAS CENTRÍFUGAS CURSO DE CAPACITACIÓN MODULO 1 : Curvas de una bomba MODULO 2 : Altura de una bomba MODULO 3 : Deflexión MODULO 4 : Elementos mecánicos MODULO 5 : Cañerías y sistema MODULO 6 : Sellos mecánicos MODULO 7 : Planes de inyección MODULO 8 : Análisis de fallas

Ing. Hugo Ricardo Cifuente

John Crane Argentina BOMBAS CENTRÍFUGAS CURSO DE CAPACITACIÓN - MÓDULO 1 TEMAS A DESARROLLAR EN ESTE MODULO

Esquema energético. Tipos de bombas centrífugas. Sus aplicaciones. Curvas de performance de una bomba. Revisión de conceptos hidráulicos. Pérdida de carga. Fórmulas básicas para convertir presión en altura y viceversa. Relación entre altura, presión, caudal y velocidad del líquido. Leyes de la afinidad. Sus limitaciones. Operación de bombas en serie y en paralelo. Velocidad específica. Curva de performance vs. velocidad específica.

Ing. Hugo Ricardo Cifuente

Esquema energético

Una bomba centrífuga, como cualquier máquina; transforma energía. La cantidad de energía que entra es igual a la que sale

ENERGÍA MECÁNICA

BOMBA CENTRÍFUGA

ENERGÍA HIDRÁULICA

CALOR VIBRACIONES RUIDO

Esquema energético

BOMBA FUNCIONANDO EN BUENAS CONDICIONES

ENERGÍA MECÁNICA

BOMBA CENTRÍFUGA

ENERGÍA HIDRÁULICA CALOR VIBRACIONES RUIDO

Esquema energético

BOMBA FUNCIONANDO EN MALAS CONDICIONES

ENERGÍA MECÁNICA

ENERGÍA HIDRÁULICA BOMBA CENTRÍFUGA

CALOR VIBRACIONES RUIDO

Tipos de Bombas Centrífugas ¿Cómo se clasifican las bombas centrífugas? POR EL TIPO DE FLUJO:

FLUJO RADIAL FLUJO MIXTO FLUJO AXIAL

POR EL TIPO DE IMPULSOR:

CERRADO SEMI-ABIERTO ABIERTO

POR LA SUCCIÓN:

SIMPLE DOBLE

POR EL NÚMERO DE ETAPAS:

UNA ETAPA MULTIETAPAS

POR EL TIPO DE CUERPO:

VOLUTA CONCÉNTRICO DIFUSOR

POR LA POSICIÓN DEL EJE:

HORIZONTAL VERTICAL - POZO HÚMEDO VERTICAL - POZO SECO VERTICAL - SUMERGIBLE

Bombas horizontales en voladizo BOMBA ANSI

BOMBA ANSI PLÁSTICA

BOMBA API

BOMBA ANSI MAGNÉTICA

BOMBAS PARA LODOS Y PASTAS

Bomba ANSI

1- Succión 2- Impulsor 3- Descarga 4- Cubierta trasera 5- Eje 6- Sello/Empaquetadura 7- Brida/Prensaestopas 8- Cojinetes

• Utilizadas en la industria química y petroquímica. • Sus medidas son normalizadas, se puede intercambiar bombas sin modificaciones. • Tienen impulsor abierto o semi abierto para manejar sólidos en suspensión. • Hay dos proveedores fundamentales: Durco (Flowserve) y Goulds (ITT). • Soportes de cojinete de hierro fundido. • Bases de chapa plegada, bases antivibración o poliméricas. • Muchas metalurgias disponibles, además de versiones no metálicas.

Bomba API

• Utilizadas en la industria petrolera (downstream & upstream) y petroquímica. • Sus medidas no son normalizadas, las bases se hacen a medida. • Tienen impulsor cerrado con anillos de desgaste. • Hay varios proveedores: Flowserve, Goulds, Sulzer, David Brown, Marelli, KSB, etc. • Soportes de cojinete de acero fundido. • Bases tipo drim rain con apoyos centrados. • Metalurgias acotadas a lo que indica la norma API 610.

Bombas horizontales entre cojinetes

Bombas verticales

BOMBA VERTICAL CON MOTOR SUMERGIDO

BOMBA VERTICAL PARA CIRCULACIÓN DE AGUA

BOMBA VERTICAL PARA HIDROCARBUROS

Bombas verticales

BOMBA VERTICAL CON MOTOR SUMERGIDO • Provisión de agua de pozos para consumo humano, procesos, riego. • Motor y bomba se ubican dentro de la perforación. • Impulsor de flujo mixto. • Son del tipo multietapa.

BOMBA VERTICAL DE CIRCULACIÓN • Provisión de agua de refrigeración, procesos en grandes caudales. • La bomba está sumergida, el motor no. • Impulsor de flujo casi axial, curva empinada. • Son del tipo multietapa, pero la más común es que tenga sólo 1.

BOMBA VERTICAL PARA HIDROCARBUROS • Líquidos muy volátiles, con problemas de ANPA (NPSH) o criogénicos. • Bomba sumergida en un barril, el motor se sitúa arriba. • Impulsores casi radiales, con posibilidad de combinar impulsores. • Son del tipo multietapa, pueden tener hasta tres tipos distintos de impulsor.

Revisión de unidades de medida SOLUCIÓN FÁCIL PARA CONVERSIONES La conversión de diversas unidades de medida es algo siempre engorroso, sobre todo en países como el nuestro, donde debemos convivir con tecnología de origen europeo en unidades métricas y tecnología estadounidense en unidades inglesas. Por eso les propongo utilizar el siguiente programa, desarrollado por Joshua Madison, que se puede bajar gratuitamente desde www.joshmadison.com . El programa se llama Convert.exe y a continuación vemos una imagen del mismo.

Curvas de performance

- CURVA CAUDAL ALTURA DE LA BOMBA - CURVA CAUDAL ALTURA DEL SISTEMA - CURVA DE EFICIENCIA - CURVA DE POTENCIA ABSORBIDA - CURVA DE ANPA - CURVAS DE DIÁMETROS RECORTADOS - CURVAS A DISTINTAS VELOCIDADES - BOMBAS EN SERIE Y EN PARALELO

Curvas de performance CURVA CAUDAL ALTURA

CURVA CAUDAL ALTURA

ALTURA (m )

Curva de la bomba

Altura deseada

Curva del sistema Caudal deseado CAUDAL (m3/h)

Curvas de performance CURVA DE EFICIENCIA

CURVA CAUDAL ALTURA

ALTURA (m )

Curva de la bomba Punto de máxima eficiencia (B.E.P.)

Altura BEP

Eficiencia de la bomba Caudal BEP CAUDAL (m3/h)

Curvas de performance ZONAS DE LAS CURVAS CURVA CAUDAL ALTURA

Curva de la bomba

ALTURA (m )

Punto de máxima eficiencia (B.E.P.)

ZONA "A"

ZONA PREFERIDA

ZONA "B"

ZONA "C"

CAUDAL (m3/h)

- ZONA “A”: Bomba demasiado grande. Gran generación de calor y vibraciones. Baja eficiencia. - ZONA “B”: Bomba sobredimensionada. Usar menor diámetro de impulsor o línes de retorno. Baja eficiencia y vibraciones. - ZONA”C”: Bomba muy chica. Vibraciones. Posible cavitación. Altas cargas radiales y axiales. - ZONA PREFERIDA: Máxima eficiencia y durabilidad del equipo.

Curvas de performance CURVAS DE PERFORMANCE CURVAS DE PERFORMANCE 80

POTENCIA AL FRENO (HP)

ALTURA (PIES)

60 50 Potencia

40 30 20

A.N.P.A.

10 0 0

50

100

150

200

250

300

CAUDAL (GPM)

350

400

450

500

550

EFICIENCIA (%)

Eficiencia

Caudal - altura

70

Curvas de performance ZONAS DE LAS CURVAS

Curvas de performance CURVAS DE PERFORMANCE

Curvas de performance CURVAS DE PERFORMANCE

Curvas de performance VELOCIDAD VARIABLE VELOCIDAD VARIABLE Φ 355 mm 70 1750 RPM

60

ALTURA (m)

50 1450 RPM

40 30

1150 RPM 20 10 0 0

250

500

750

1000

CAUDAL (GPM)

1250

1500

1750

Curvas de performance DIÁMETROS DE IMPULSOR CURVAS 1450 RPM - VARIOS DIAMETROS 50 45 Φ 355 mm

40 ALTURA (m)

35

Φ 330 mm

30

Φ 304 mm

25

Φ 279 mm

20 15 10 5 0 0

60

120

180 CAUDAL (m3/h)

240

300

360

Curvas de performance BOM BAS EN SERIE 160 140 DOS BOMBAS

100 80 UNA BOMBA

60 40 20 0 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

CAUDAL (GPM)

BOM BAS EN PARALELO 80 70 60 ALTURA (PIES)

ALTURA (PIES)

120

UNA BOMBA

DOS BOMBAS

50 40 30 20 10 0 0

100

200

300

400

500

600

CAUDAL (GPM)

700

800

900

1000

Curvas de performance BOMBAS EN PARALELO - ANÁLISIS DETALLADO

BOM BAS EN PARALELO - CASO 1 90 BOMBA "A"

80

ALTURA (PIES)

70 BOMBA "B"

60 50 40 30 20 10 0 0

50

100

150

200

250

300

350

400

CAUDAL (GPM)

ALTURA REQUERIDA: CAUDAL BOMBA “A”: CAUDAL BOMBA “B”: CAUDAL AMBAS: FUNCIONAMIENTO:

61 PIES 360 GPM 360 GPM 720 GPM O.K.

450

500

550

Curvas de performance BOMBAS EN PARALELO - ANÁLISIS DETALLADO BOM BAS EN PARALELO - CASO 2 90 BOMBA "A"

80

BOMBA "B"

60 50 40 30 20 10

CAUDAL (GPM)

ALTURA REQUERIDA: CAUDAL BOMBA “A”: CAUDAL BOMBA “B”: CAUDAL AMBAS: FUNCIONAMIENTO:

54 PIES 420 GPM 490 GPM 910 GPM PELIGRO BOMBA “B” BOMBA “A” O.K.

550

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0 0

ALTURA (PIES)

70

Curvas de performance BOMBAS EN PARALELO - ANÁLISIS DETALLADO BOM BAS EN PARALELO - CASO 3 90 BOMBA "A"

80

BOMBA "B"

60 50 40 30 20 10

CAUDAL (GPM)

ALTURA REQUERIDA: CAUDAL BOMBA “A”: CAUDAL BOMBA “B”: CAUDAL AMBAS: FUNCIONAMIENTO:

69 PIES 280 GPM 65 GPM 345 GPM PELIGRO BOMBA “B” BOMBA “A” O.K.

550

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0 0

ALTURA (PIES)

70

Curvas de performance BOMBAS EN PARALELO - ANÁLISIS DETALLADO BOM BAS EN PARALELO - "GANCHO" 80

BOMBA "A"

70 BOMBA "B"

50 40 30 20 10

CAUDAL (GPM)

ALTURA REQUERIDA: CAUDAL BOMBA “A”: CAUDAL BOMBA “B”: CAUDAL AMBAS: FUNCIONAMIENTO:

64 PIES 30 GPM? O 230 GPM? 260 GPM ??????? PELIGRO BOMBA “A” BOMBA “B” O.K.

550

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0 0

ALTURA (PIES)

60

Fórmulas de conversión ¿QUÉ ENTREGA UNA BOMBA? ¿PRESIÓN O ALTURA? LA RESPUESTA ES ENERGÍA. La energía mecánica suministrada por el eje, se convierte en energía cinética y potencial de un líquido. La energía impartida por kilogramo de líquido es independiente del líquido en sí. La altura de impulsión de una bomba es independiente del líquido, cualquiera sea su peso específico. La presión desarrollada será igual al peso de la columna del líquido elevado.

Cálculos y Fórmulas

AGUA Altura 100 m

Presión 10 kg/cm2

P.E.= 1 Kg/dm3

SALMUERA Altura 100 m

Presión 12 kg/cm2

P.E.=1.2 Kg/dm3

NAFTA Altura 100 m

Presión 7,5 kg/cm2

P.E.= 0.75 Kg/dm3

POTENCIA ABSORBIDA 100 HP

120 HP

75 HP

Cálculos y Fórmulas

Algunas definiciones: h = altura (m) p = presión (Kg/cm2) δ = P.E. = Peso específico (Kg/dm3) En este sistema de unidades, la relación entre presión y altura es: p (Kg/cm2) x 10 h (m) =

δ (Kg/dm3)

Cálculos y Fórmulas

OTRAS FÓRMULAS ÚTILES

Potencia al freno: Q = Caudal (m3/h)

η

= Rendimiento ( adimensional ) BHP = Potencia al freno (CV) BHP (CV) =

Q (m3/h) x h (m) x δ (Kg/dm3) 270 x η

Cálculos y Fórmulas CORRECCIONES POR δ Tomamos los valores indicados por el fabricante para agua. Qa = Caudal para agua

No se modifica

h a= altura para agua

Vimos que no se modifica

BHPa = Potencia al freno para agua (CV) δ a= Peso específico del agua = 1 (kg/dm3) Si manejamos un líquido b con distinto δ, entonces será: P b= P a xδ BHPb= BHPa x δ

Cálculos y Fórmulas CORRECCIONES POR VISCOSIDAD Las curvas de ensayo son válidas para agua limpia a 30°C. Para determinar los valores de caudal, altura y potencia de accionamiento para un líquido viscoso; se deben efectuar las siguientes correcciones. Hv=Ha x Ch /100 Qv=Qa x Cq /100 HPv=Hpa x Ch x Cq / Ce x 100 Donde: Hv: Altura corregida por viscosidad Qv: Caudal corregido por viscosidad HPv: Potencia corregida por viscosidad Ha: Altura con agua Qa: Caudal con agua Hpa. Potencia con agua Ch: Factor de corrección de altura por viscosidad Cq: Factor de corrección de caudal por viscosidad Ce: Factor de corrección de eficiencia por viscosidad Notas: • No extrapolar fuera del rango de las curvas • Verificar que la viscosidad esté dada a la temperatura de bombeo • Las correcciones son válidas para líquidos newtonianos

Cálculos y Fórmulas LEYES DE LA AFINIDAD PARA BOMBAS CENTRÍFUGAS Conociendo la curva de una bomba a una cierta velocidad y diámetro de impulsor, es posible determinar sus parámetros operativos a otras velocidades o con diferentes diámetros de impulsor. Son muy confiables cuando se trata de variar velocidades. 1- El caudal es directamente proporcional a la relación de velocidades de rotación.

Q2 = Q1 ( N 2 / N 1 )

Donde :

Q= Caudal

N= RPM

2- La altura es directamente proporcional al cuadrado de la relación de velocidades. 2

H2= H1 ( N2 / N1 )

Donde:

H= altura

3- La potencia al freno es directamente proporcional al cubo de la relación de velocidades. 3

BHP2=BHP1 ( N2 / N1 )

Donde:

BHP= potencia

Cálculos y Fórmulas LEYES DE LA AFINIDAD PARA BOMBAS CENTRÍFUGAS También se aplican al cambio de diámetro de los impulsores, pero ya no son muy confiables si el recorte es mayor al 10% del diámetro. Esto se debe a tres razones. • El ángulo de salida va variando con el diámetro, y este ángulo es uno de los parámetros clave en la forma de la curva de performance. • Las leyes de la afinidad suponen que los respaldos del impulsor son paralelos, los que solamente es cierto en los impulsores radiales. • Si el recorte es importante, habrá turbulencias en la voluta, lo que reducirá la eficiencia. 1- El caudal es directamente proporcional a la relación de DIÁMETROS.

Q2 = Q1 ( D 2 / D 1 )

Donde :

D= Diámetro

2- La altura es directamente proporcional al cuadrado de la relación de DIÁMETROS.

H2= H1 ( D2 / D1 )

2

3- La potencia al freno es directamente proporcional al cubo de la relación de DIÁMETROS.

BHP2=BHP1 ( D2 / D1 ) 3

Cálculos y Fórmulas VELOCIDAD ESPECÍFICA Es un número adimensional desarrollado para poder comparar bombas geométricamente similares, con curvas de performance que también serán similares: n = velocidad de rotación (RPM) Q = Caudal (m3/seg) ¡Atención! No en m3/h H = altura (m) Ns = velocidad específica =

nx Q H 3/4

Si es en unidades inglesas: n = velocidad de rotación (RPM) Q = Caudal (GPM) H = altura (PIES)

Cálculos y Fórmulas VELOCIDAD ESPECÍFICA Algunas notas sobre la velocidad específica: • Siempre se debe calcular para el punto de mejor rendimiento (BEP). • En bombas multietapa, H es la altura por etapa. • En bombas de doble succión, Q es el caudal de cada lado, es decir Q/2. La velocidad específica es como la huella digital del tipo de impulsor:

Cálculos y Fórmulas

VELOCIDAD ESPECÍFICA Y también del tipo de curva de la bomba y su rendimiento:

Cálculos y Fórmulas CLASIFICACIÓN DE BOMBAS POR EL TIPO DE FLUJO La velocidad específica de un impulsor describe su forma. •La forma de la curva altura/caudal es una función de la velocidad específica, además de la cantidad e inclinación de los álabes. Impulsores de flujo radial (baja velocidad específica) •Son ideales para caudales reducidos y grandes alturas. •Rara vez pasan de los 150 mm de diámetro y giran a altas RPM. •La carcasa es habitualmente concéntrica con el impulsor. •Estos impulsores tienen una curva altura/caudal achatada hasta el 75% del BEP, a partir de donde se inclina en forma pronunciada. Impulsores de flujo axial (alta velocidad específica) •Tienen la mayor eficiencia. •Tienen el requerimiento de ANPA más bajo. •Usualmente tiene su máxima requerimiento de potencia a válvula cerrada, por eso se arrancan a válvula abierta. Impulsores de flujo mixto . •Son los más difundidos en la industria. •Combinan las características de los impulsores de flujo axial y radial. •Su velocidad específica está comprendida entre 2000 y 7000.

John Crane Argentina BOMBAS CENTRÍFUGAS CURSO DE CAPACITACIÓN - MÓDULO 2 TEMAS A DESARROLLAR EN ESTE MODULO

Altura Altura Altura Altura Altura

de una bomba (Head). de succión (Suction head). de descarga (Discharge head). total (Total head). Neta Positiva de Aspiración - ANPA (NPSH).

Ing. Hugo Ricardo Cifuente

Altura de una bomba PARÁMETROS IMPORTANTES

Hasta ahora hemos hablado de la altura “a secas” de una bomba, sin hacer algunas consideraciones importantes, que son : - ALTURA DE SUCCIÓN hs. - ALTURA DE DESCARGA hd. - ALTURA TOTAL H (llamada altura diferencial). - ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN ANPA (NPSH). - ANPA DISPONIBLE (NPSH available). - ANPA REQUERIDO (NPSH required).

Altura de una bomba ALTURA DE SUCCIÓN hs La altura de succión de una instalación está dada por la expresión:

hs = -+S - hfs - hi -+ Ps S: altura estática de succión (+) o (-) según corresponda.

hfs: pérdidas totales por fricción entre puntos A y B. hi: pérdidas en la entrada Ps: presión diferente de la atmosférica, (+) o (-) según corresponda.

Altura de una bomba ALTURA DE SUCCIÓN hs Hs = S - hfs - hi + Ps = -9 m

S

S= -6m hfs = 2 m Hi = 1 m Ps = 0 m Hs = S - hfs - hi + Ps = 7 m

S

P

S = 10 m hfs = 2 m Hi = 1 m Ps = 0 m Hs = S - hfs - hi + Ps = 57 m

S

S = 10 m hfs = 2 m Hi = 1 m Ps = 50 m

Altura de una bomba ALTURA DE SUCCIÓN hs hgS MEDICIÓN EN INSTALACIÓN EXISTENTE ZS

hs = hgs + hvs + Zs

VS

hgs = altura manométrica de succión (+) si es superior a la atmosférica 2 hvs = altura de velocidad = Vs siempre se suma 2g Zs = altura del manómetro respecto de la bomba. (+) si está arriba La altura de succión hs puede resultar (+) ó (-) Cuando es positiva se la llama “altura de succión” Cuando es negativa se la llama “elevación de succión”

Altura de una bomba ALTURA DE DESCARGA hd La altura de descarga de una instalación está dada por la expresión:

hd = -+D + hfd + he +- Pd D:

altura estática de descarga (+) o (-) según corresponda.

hfd: pérdidas totales por fricción en la descarga he: pérdidas en la salida Pd: presión diferente de la atmosférica, (+) o (-) según corresponda.

Altura de una bomba ALTURA DE DESCARGA hd Pd

D

Pd (+) o (-)

D (+)

Pd = 0

D (+)

Pd = 0

D (+)

Pd = 0

D (+)

Pd = 0

D (+)

Pd = 0

D (-)

D

D

D

D

D

Altura de una bomba ALTURA DE DESCARGA hd MEDICIÓN EN INSTALACIÓN EXISTENTE Zd

hgd

hd = hgd + hvd +/- Zd Vd

hgd = altura manométrica de descarga (+) si es superior a la atmosférica hvd

= altura de velocidad =

Vd 2g

2 siempre se suma

Zd = altura del manómetro respecto de la bomba. (+) si está arriba La altura de descarga hd puede resultar (+) ó (-)

Altura de una bomba ALTURA TOTAL H

H = hd - hs

+ H=(_ D + hfd + he _+ Pd) - ( _+ S - hfs - hi _+ Ps) + D) - ( _ + S) + hfd + hfs + he+hi + ( _ + Pd) - ( _ + Ps) H=(_ ALTURA ESTÁTICA TOTAL

PÉRDIDAS TOTALES POR FRICCIÓN

PÉRDIDAS TOTALES POR ENTRADA Y SALIDA

ALTURA DE PRESIÓN

Pd Ps

(D-S) S

D

Altura de una bomba ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN ANPA Este es uno de los temas más conflictivos y menos comprendidos por quienes deben operar y mantener bombas centrífugas. Por este motivo lo trataremos del modo más sencillo posible. REPASEMOS ALGUNOS CONCEPTOS. • A medida que la velocidad de un líquido aumenta, la presión del mismo disminuye; y si la velocidad del líquido disminuye, su presión aumentará. •La presión de vapor de un líquido, a una temperatura determinada, es aquella a la cuál comienza a vaporizarse. •Si en una cañería la presión absoluta baja lo suficiente como para igualar a la presión de vapor del líquido, habrá vaporización.

Altura de una bomba ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN ANPA ¿QUE SUCEDE EN LA SUCCIÓN DE UNA BOMBA?

D es el punto crítico, donde la presión absoluta debe superar la presión de vapor del líquido

Altura de una bomba ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN ANPA El ANPA es la Altura Neta Positiva de Succión (Net Positive Suction Head). Esto es la energía disponible o necesaria, por encima de la presión de vapor, para hacer que el líquido entre al impulsor. El ANPA disponible en la instalación, llamado ANPA-D, es la altura neta positiva de succión que disponemos. (NPSH available) El ANPA requerido por la bomba, llamado ANPA-R, es la altura neta positiva de succión que necesita la bomba para que el líquido entre al impulsor sin vaporizarse. (NPSH required)

ANPA-D = hs + Pa -hvp ANPA-D = + _ S - hfs - hi + _ Ps + Pa -hvp hs. Altura de succión Pa: Presión atmosférica en el sitio en que se halla la bomba. Hpv: Presión o tensión de vapor del líquido, a la temperatura de bombeo.

Altura de una bomba ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN ANPA Para que una bomba funcione correctamente en una instalación dada, debe verificarse que el ANPA-D (NSPH-a) sea mayor que el ANPA-R (NPSH-r), para el caudal al que deberá trabajar.

ANPA-D > ANPA-R ¿Cuánto mayor? Dependerá de la confianza que podamos tener el los valores calculados de ANPA-D y en el ANPA-R indicado por el fabricante. Una regla de π x ojo al cuadrado dice que tomemos 1,2 m. Otra dice que tomemos la altura equivalente a la presión de vapor.

Altura de una bomba ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN ANPA ANPA-R VS. ANPA-D

ALTURA (m)

ANPA-D

- ( hfs + hi )

Ps + Pa - hvp ANPA-R ZONA CAVITACIÓN S

CAUDAL LÍMITE

CAUDAL (m3/h)

Altura de una bomba ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN ANPA Y SI NO ME VERIFICA...¿QUÉ HAGO?

Aumentar en ANPA-D: Elevar el tanque. Colocar la bomba en un pozo. Reducir las pérdidas por fricción, que ocurren por los siguientes motivos: -El sistema fue incorrectamente diseñado Hay demasiados accesorios o la cañería es muy pequeña en diámetro. -La cañería de succión colapsó por haber sido aplastada por un vehículo pesado. -Disminución de diámetro interior por acumulación de sólidos. -Obstrucción en la cañería de succión. -Asegúrese de que la ventilación del tanque de succión no está bloqueada. En invierno suelen congelarse. -La parte interna de la cañería o un accesorio se ha corroído. -Se instaló una bomba mas grande y el sistema existente tiene demasiadas pérdidas para el nuevo caudal. -Una válvula cerrada o parcialmente abierta. -Se incrementó la velocidad de la bomba, aumentando caudal y pérdidas por fricción. Instalar una bomba sobrealimentadora o presurizar el tanque. Bajar la temperatura del líquido Inyectar un pequeño caudal de líquido refrigerante en la succión Proteger la cañería de succión de los rayos solares. Tenga cuidado con las cañerías de recirculación, pueden incrementar la temperatura en la succión. Reducir el ANPA-R : Use una bomba de doble succión. Esto puede reducir hasta en un 27% sus requerimientos de ANPA. Use una bomba de menor velocidad. Use una bomba con un ojo de impulsor más grande Si es posible, instale un inductor, sus requerimientos de ANPA pueden bajar hasta un 50%. Use varias bombas más chicas.

Altura de una bomba ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN CAVITACIÓN Cavitación significa que se forman cavidades en el líquido que se está bombeando. Cuando estas cavidades se producen en la succión, varias cosas indeseables suceden: • Experimentamos pérdida de caudal. • No podemos mantener la altura de impulsión. • Cae la eficiencia • Las cavidades o burbujas colapsan cuando evolucionan a través de las zonas de mayores presiones causando ruido, vibraciones y daños a varios de los componentes. Las cavidades o burbujas se forman por cinco razones básicas, y generalmente se las asocia al nombre de cavitación. Esto es un error y es necesario saber identificarlas para asumir las acciones debidas para corregirlas: • Vaporización • Ingestión de aire. • Recirculación interna. • Turbulencias en el flujo. • Síndrome de los alabes pasando.

Altura de una bomba ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN CAVITACIÓN Vaporización . Un fluido se vaporiza cuando su presión baja demasiado, o sube mucho su temperatura. Toda bomba centrífuga tiene una presión o energía mínima requerida en la succión para evitar la vaporización. Esta altura nos la indica el fabricante del equipo y está calculada para agua limpia a 20°C. Este dato es la Altura Neta Positiva de Aspiración Requerida (ANPA-R). Desde el momento que tenemos pérdidas por fricción en la aspiración es necesario calcular la altura después de esas pérdidas. Por otra parte, si el líquido no es agua a 20°C, es necesario descontar la presión de vapor del mismo a la temperatura de bombeo. De esta manera se obtiene la Altura Neta Positiva de Aspiración Disponible (ANPA-D). Se recomienda que el ANPA –D sea por lo menos 1.5 m mayor que el ANPA-R Para solucionar problemas de vaporización, podemos incrementar la altura de aspiración, bajar la temperatura del fluido, o bajar el ANPA-R. Debemos evaluar cada alternativa. Incrementar la altura de succión: •Aumentar el nivel del tanque. •Elevar el tanque. •Colocar la bomba en un pozo. •Reducir las pérdidas por fricción, que ocurren por los siguientes motivos: • El sistema fue incorrectamente diseñado Hay demasiados accesorios o la cañería es muy pequeña en diámetro. • La cañería de succión colapsó por haber sido aplastada por un vehículo pesado. • Disminución de diámetro interior por acumulación de sólidos. • Obstrucción en la cañería de succión. • Asegúrese de que la ventilación del tanque de succión no está bloqueada. En invierno suelen congelarse. • La parte interna de la cañería o un accesorio se ha corroído.

Altura de una bomba ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN CAVITACIÓN Vaporización . • Se instaló una bomba mas grande y el sistema existente tiene demasiadas pérdidas para el nuevo caudal. • Una válvula cerrada o parcialmente abierta. • Se incrementó la velocidad de la bomba, aumentando caudal y pérdidas por fricción. • Instalar una bomba sobrealimentadora. • Presurizar el tanque. Bajar la temperatura del líquido • Inyectar un pequeño caudal de líquido refrigerante en la succión • Proteger la cañería de succión de los rayos solares. • Tenga cuidado con las cañerías de recirculación, pueden incrementar la temperatura en la succión. Reducir el ANPA-R (requerido). • Use una bomba de doble succión. Esto puede reducir hasta en un 27% sus requerimientos de ANPA. Asimismo, las bombas de doble succión pueden incrementar hasta un 40% la velocidad con casi igual ANPA-R. • Use una bomba de menor velocidad. • Use una bomba con un ojo de impulsor más grande • Si es posible, instale un inductor, sus requerimientos de ANPA pueden bajar hasta un 50%. • Use varias bombas más chicas. Tres bombas pueden ser más baratas que una grande con su compañera. La instalación será mas flexible a las variaciones de carga Hay una regla de Π x ojo al cuadrado que dice generalmente el agua caliente y los hidrocarburos libres de gases pueden usar hasta el 50% del ANPA dado para agua fría.

Altura de una bomba ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN CAVITACIÓN Ingestión de aire Una bomba centrífuga puede manejar hasta un 0,5 % de aire en volumen. Si fuera un 6 % de aire el resultado puede ser desastroso. El aire puede ingresar al sistema por varios caminos: • A través de la caja de empaquetaduras. Esto sucede en toda bomba con empaquetadura que trabaja con una presión menor que la atmosférica en la succión. • Válvulas por debajo de la línea de agua. • A través de bridas que pierden. • Flujos con turbulencias. • Una línea de by-pass instalada demasiado cerca de la succión • La cañería de succión no tiene líquido. Esto puede suceder cuando el nivel baja demasiado o hay una falsa lectura del flotante. Tanto la vaporización como la ingesta de aire tienen efectos negativos sobre la bomba. Las burbujas colapsan a medida que avanzan hacia zonas de mayor presión en el impulsor. La ingesta de aire rara vez causa daños en el impulsor o voluta, pero la vaporización si lo hace. Ambos fenómenos deben analizarse por separado, ya que sus soluciones son distintas. La ingesta de aire en general solamente produce una pérdida de caudal.

Altura de una bomba ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN CAVITACIÓN Recirculación Interna Esta condición es visible en la parte delantera del borde del impulsor. También es posible encontrarla en el ojo del impulsor. Como en nombre lo indica, el líquido recircula aumentando su velocidad hasta que comienza a vaporizarse, para luego colapsar al encontrar una zona de mayor presión. Esto es un problema aún más grave cuando se trata de bombas con bajo ANPA, por este motivo se introdujo el concepto de Velocidad Específica de Succión, que nos indica si estamos trabajando cerca del BEP o no. Cuanto más alto sea el número, menos nos podemos apartar del BEP. Para bombas de agua este número debe estar entre 3000 y 10000. • Para bombas con impulsor de doble succión se divide por dos desde el momento que hay dos ojos de impulsor . • Trate de comprar bombas con menos de 8500.(5200 métrico) no considere aquellas que tengan más de 12000 (8000 métrico), excepto circunstancias extremas. • Para hidrocarburos y agua caliente 9000 a 12000 (5500 a 7300 métrico) pueda operar satisfactoriamente. • Una alta velocidad específica indica que el ojo del impulsor es más grande que lo normal y probablemente la eficiencia haya sido relegada para obtener un bajo ANPA-R. • Valores altos de velocidad específica pueden requerir un diseño especial y posiblemente operen con algo de cavitación. • Normalmente, una bomba operando un 50% abajo del BEP no es muy confiable. Con una bomba de impulsor abierto se puede corregir el problema ajustando la luz entre voluta e impulsor, de acuerdo con las especificaciones del fabricante. Con los impulsores cerrados el problema es mayor porque hay que cambiar anillos de desgaste, su luz o eventualmente el diseño del impulsor

Altura de una bomba ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN CAVITACIÓN Turbulencia Siempre es preferible que el líquido fluya a velocidad constante en una cañería. La corrosión y las obstrucciones pueden cambiar la velocidad y por lo tanto la presión de un flujo. Un buen diseño de cañerías incluirá: • Diez diámetros de cañería entre la succión y el primer codo. • En un diseño de pileta con varias bombas, es preferible que cada campana de succión tenga su propio compartimiento para evitar interferencias entre bombas. Si esto no es posible o práctico, se pueden instalar varias bombas en una misma pileta respetando lo siguiente: • Las bombas se deben ubicar en una línea perpendicular a la dirección del flujo. • El espacio mínimo entre bombas debe ser igual a dos diámetros de campana. • Todas las bombas deben funcionar. • El flujo aguas arriba de las campanas de succión debe tener un tramo recto de por lo menos 10 diámetros para alimentar a todas las campanas uniformemente y sin turbulencias. • Cada bomba debe tener una capacidad menor a 15,000 gpm. • La distancia de las campanas a las paredes debe ser por lo menos de 1.5 el diámetro de la campana. • La luz hasta el fondo debe ser aproximadamente 0,50 del diámetro de la campana. • La sumergencia mínima debe respetar la siguiente tabla

CAUDAL 4,500 M3/HR 22,500 M3/HR 40,000 M3/HR 45,000 M3/HR 55,000 M3/HR

SUMERGENCIA MÍNIMA 1.2 METROS 2.5 METROS 3.0 METROS 3.4 METROS 3.7 METROS

Altura de una bomba ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN CAVITACIÓN El síndrome del alabe pasante Cuando se trabaja con el impulsor de mayor diámetro de la serie, es posible que se produzca este fenómeno. Como el borde de los alabes pasa muy cerca del cortaaguas de la voluta, la velocidad del líquido aumenta llegando a producir cavitación. Lo puede notar en el espectro de vibraciones, en frecuencias múltiplo del número de alabes; o por daños en el borde del impulsor o cerca del cortaaguas de la voluta. El daño se limitará al centro del impulsor y no se extiende sobre los discos. Este problema se puede solucionar aumentando la luz entre el impulsor y el cortaaguas a un mínimo de un 4% del diámetro del impulsor , si éste tiene menos de 14” (355 mm) , o al 6% si el impulsor supera este diámetro.

John Crane Argentina BOMBAS CENTRÍFUGAS CURSO DE CAPACITACIÓN – MÓDULO 3 TEMAS A DESARROLLAR EN ESTE MODULO

Tipos de impulsor. Tipos de volutas. Cargas radiales. Deflexión. Problemas que genera la deflexión. Soluciones posibles. ¿Cuándo un eje es muy flexible?

Ing. Hugo Ricardo Cifuente

Deflexión del eje CLASIFICACIÓN DE BOMBAS POR EL TIPO DE IMPULSOR

POR EL TIPO DE FLUJO:

FLUJO RADIAL FLUJO MIXTO FLUJO AXIAL

POR EL TIPO DE IMPULSOR:

CERRADO SEMI-ABIERTO ABIERTO

POR LA SUCCIÓN:

SIMPLE DOBLE

Deflexión del eje TIPOS DE IMPULSOR VISTAS

IMPULSOR ABIERTO

IMPULSOR CERRADO

Deflexión del eje TIPOS DE IMPULSOR VENTAJAS Y DESVANTAJAS

IM P U L S O R C E R R AD O

P u e d e c o m p e n s a r e l c r e c im ie n to té r m ic o d e l e je , p e r o s i fu e r a d e m a s ia d o , e l c e n tr o d e l im p u ls o r p u e d e q u e d a r d e s a lin e a d o r e s p e c to d e la d e s c a r g a . E s a d e c u a d o p a r a líq u id o s v o lá tile s y e x p lo s iv o s p o r q u e lo s a n illo s d e d e s g a s te s o n lo s q u e h a r á n c o n ta c to s i e l e je s e d e s p la z a a x ia lm e n te . E l im p u ls o r e s m u y e fic ie n te a l p r in c ip io , p e r o p ie r d e s u e fic ie n c ia e n la m e d id a e n q u e la s lu c e s e n tr e lo s a n illo s d e d e s g a s te v a n a u m e n ta n d o . N o e s p o s ib le h a c e r a ju s te s d e la lu z d e l im p u ls o r . U n a v e z q u e la lu z d e lo s a n illo s d u p lic a e l v a lo r o r ig in a l, h a y q u e c a m b ia r lo s y e s to s ig n ific a s a c a r d e s e r v ic io la b o m b a . E l im p u ls o r s e p u e d e o b tu r a r s i tr a b a ja c o n s ó lid o s o fila m e n to s . L a lim p ie z a e s d ific u lto s a y m u c h a s v e c e s im p lic a d e s a r m a r la b o m b a . E s d ifíc il d e fu n d ir y d e in s p e c c io n a r p o r q u e s u s p a r te s e s tá n o c u lta s E l im p u ls o r c e r r a d o e s m á s c o m p lic a d o y c a r o . . E s d ifíc il d e m o d ific a r p a r a m e jo r a r s u r e n d im ie n to . L a s a lte r n a tiv a s d e v e lo c id a d e s p e c ífic a s o n lim ita d a s .

IM P U L S O R AB IE R T O

L a lu z d e l im p u ls o r d e b e r e g u la r s e c o n la b o m b a e n c a lie n te , c u a n d o to d o e l c r e c im ie n to a x ia l s e h a y a p r o d u c id o . S e d e b e r ía u s a r m a te r ia le s a n tic h is p a e n e l im p u ls o r , lo c u á l n o r e s u lta p r á c tic o .

L a e fic ie n c ia s e p u e d e m a n te n e r s im p le m e n te a ju s ta n d o la lu z d e l im p u ls o r . E l a ju s te d e la lu z d e l im p u ls o r s e p u e d e h a c e r s in d e s m o n ta r la b o m b a . E l d ifíc il, a u n q u e n o im p o s ib le , q u e u n im p u ls o r a b ie r to s e o b s tr u y a . P e r o s i e s to o c u r r e , la lim p ie z a e s s e n c illa . T ie n e to d a s s u s p a r te s a la v is ta E l im p u ls o r a b ie r to e s m á s s im p le y b a r a to . E s s e n c illo r e c o r ta r lo o h a c e r u n d e r filin g . H a y v a r ia s p o s ib ilid a d e s d e v e lo c id a d e s p e c ífic a .

Deflexión del eje CLASIFICACIÓN DE BOMBAS POR EL TIPO DE IMPULSOR Un impulsor abierto no es otra cosa más que un conjunto de alabes unidos a un cubo para montarlo en el eje. No hay ninguna pared lateral o respaldo. Este es el diseño más lógico que pueda pensarse para el desgaste, mucho mejor que el semi-abierto o que el cerrado. El impulsor semi-abierto incorpora un respaldo simple en la parte posterior. Es el tipo de impulsor más común en EEUU y el que mayormente adoptan los fabricantes de bombas ANSI. •El respaldo usualmente tiene alabes repulsores que cumplen dos funciones, bajar la presión en la zona de la caja de empaquetaduras y hacer circular líquido refrigerante. •Las bombas modernas permiten ajustar la luz del impulsor sin desarmar la bomba. Es una gran ventaja para mantener la eficiencia de la bomba. Es recomendable adoptar sellos mecánicos cartucho para estas bombas, ya que los movimientos axiales para regular la luz interfieren con la presión de los resortes sobre las caras del sello. •Una luz típica entre impulsor y voluta es de 0,4 ó 0,5 mm . Por cada 0,05 mm que se incremente esta luz, la capacidad de la bomba caerá un 1%.. El impulsor cerrado tiene respaldos en ambos lados de los alabes. Este diseño es común en las bombas ISO y en las API 610 y en las de doble succión.. •Para mantener la eficiencia es necesario cambiar los anillos de desgaste cuando éstos hayan duplicado la luz original. El problema es cómo saber cuando esto ocurre. Lo lógico es sacar de servicio la bomba para verificar la luz, pero rara vez se hace, por lo que termina trabajando con recirculación. •Hay una regla del pulgar que dice que por cada 0,025 mm de aumento de luz entre anillos, la bomba perderá un 1% de su capacidad. •Desde el momento que la luz de los anillos es menor que el área de los orificios de balanceo, se pierde la ventaja de tener la zona de empaquetaduras a una presión cercana a la de succión

Deflexión del eje TIPOS DE VOLUTAS CARGAS RADIALES % de caudal normal

Carga radial

Carga radial

% de caudal normal

% de caudal normal

Carga radial

Carga radial

% de caudal normal

Deflexión del eje ¿QUÉ PROVOCA LA DEFLEXIÓN DEL EJE? Antes de empezar, es bueno repasar algunos conceptos sobre fluidos: 1- A medida que la velocidad de un líquido aumenta, la presión del mismo disminuye; y si la velocidad del líquido disminuye, su presión aumentará. 2- Un líquido a cierta presión, trabajando contra una superficie, generará una fuerza. (Presión x Superficie = Fuerza) 3- Para un flujo no turbulento, el producto de la velocidad por el área de pasaje debe ser constante. En la siguiente ilustración vemos una típica bomba de voluta. El impulsor está montado en el centro, la luz del impulsor respecto de la voluta es mínima en el corta aguas, y se va haciendo mayor a medida que avanzamos hacia la descarga.

Para que este tipo de bomba opere correctamente, es necesario que la velocidad periférica alrededor del impulsor sea constante, aún cuando el área de la voluta se vaya incrementando. Desde el momento que el área en la salida del impulsor es constante, la presión generada por la velocidad también constante del líquido, no causará fuerzas radiales sobre el eje.

Deflexión del eje DEFLEXIÓN DEL EJE VS. CONDICIONES OPERATIVAS Hay tres condiciones que pueden presentarse: Condición #1- El líquido llega a través de los alabes en forma proporcional, y la resistencia del sistema hace que la velocidad periférica alrededor del impulsor sea constante; por lo tanto la presión y consecuentemente las fuerzas radiales sobre el impulsor son también constantes y se anulan entre sí. En este caso decimos que la bomba está operando en su punto de máxima eficiencia o BEP ("Best Efficiency Point") Condición #2 – La bomba está operando a un caudal mayor al BEP, porque la resistencia del sistema es pobre para esta bomba. A medida que el líquido avanza desde el corta aguas, su velocidad se va incrementando porque no encuentra suficiente resistencia para mantenerla constante. Si la velocidad aumenta, la presión bajará; y este desbalanceo de presiones generará una resultante radial aplicada a unos 60° del corta aguas, en el sentido de rotación.. Condición #3 – La válvula de descarga está cerrada. No hay líquido entrante ni saliente. Como el producto de la velocidad por el área de pasaje debe ser constante y el área inmediatamente después del corta aguas es muy pequeña, el líquido deberá aumentar su velocidad, bajando la presión. Esto causará una resultante aplicada sobre el impulsor a unos 240°desde el corta aguas. Esto es exactamente 180°de la condición anterior.

Deflexión del eje DEFLEXIÓN DEL EJE VS. TIPO DE IMPULSOR Cada tipo de impulsor hace que las fuerzas resultantes se ubiquen en ángulos particulares. Un impulsor Francis tendrá resultantes a 60 y 240 grados aproximadamente. Un impulsor radial las tendrá a 90 y 270 grados; y un impulsor de flujo axial las tendrá a cero y 180 grados.. Lo importante es que cada vez que una bomba centrífuga opere fuera de su punto de máxima eficiencia (BEP), habrá una fuerza radial aplicada sobre el impulsor, que hará flexionar al eje. De acuerdo con la magnitud de esta resultante, serán los efectos que tendremos sobre la bomba. Desde la simple fatiga generada por la flexión rotatoria, hasta interferencia mecánica entre componentes fijos y rotantes. Este problema se puede reconocer inspeccionando el daño en el punto de contacto. Habrá una marca en el componente giratorio y también en el estacionario, a 60 o 240 grados.

Deflexión del eje PROBLEMAS QUE OCASIONA La deflexión excesiva puede causar muchos otros problemas: •Apertura de las caras del sello mecánico por contacto entre partes rotantes y estacionarias. •Sobrecarga de los rodamientos, especialmente el radial. •Daños sobre impulsor y voluta. •Desgaste excesivo de anillos de desgaste, pérdida de eficiencia en la medida en que la luz aumenta. •Excesiva corrosión por frotamiento (fretting corrosion) en la zona de asiento de las juntas (“O” rings) de los sellos mecánicos. •Daños a las juntas de los sellos. •Desgaste de la camisa de eje •Excesiva pérdida por la empaquetadura. •Recalentamiento de la empaquetadura. •Daños en el buje garganta. •Rotura de la cara estacionaria del sello. Estas son algunas acciones que se pueden tomar para reducir la deflexión del eje: •Acortar el voladizo del eje entre el rodamiento radial y el impulsor. •Adoptar un diámetro de eje mayor. Esto se puede hacer cambiando el extremo de potencia por una más robusto, o simplemente cambiando un eje con camisa por uno sólido. •Colocar el sello mecánico lo más alejado que sea posible del impulsor. Esto no mejorará la deflexión del eje, pero sí hará que el sello trabaje mejor. •Adopte una bomba con doble voluta. Se compensan los desbalanceos al haber dos corta aguas a 180 grados •Indique al operador que ubique a la bomba en el BEP. •No tiene ningún sentido intentar un cambio de material. Los aceros tienen todos prácticamente el mismo módulo de elasticidad, por lo tanto no se ganaría nada cambiándolo.

Deflexión del eje ¿CUÁNDO EL EJE ES MUY FLEXIBLE? LONGITUD ENTRE COJINETE RADIAL Y CENTRO DEL IMPULSOR DIÀMETRO BAJO CAMISA pulg. 3/4 7/8 1 1 1/8 1 1/4 1 3/8 1 1/2 1 5/8 1 3/4 1 7/8 2 2 1/4

mm 19,05 22,23 25,40 28,58 31,75 34,93 38,10 41,28 44,45 47,63 50,80 57,15

pulg.

6

6,25

6,5

6,75

7

7,25

7,5

7,75

8

8,25

8,5

8,75

9

9,25

9,5

9,75

mm

152

159

165

171

178

184

191

197

203

210

216

222

229

235

241

248

683 368 216 135 88 60 43 31 23 17 14 8

772 416 244 152 100 68 48 35 26 20 15 10

868 468 275 171 112 77 54 39 29 22 17 11

972 525 308 192 126 86 61 44 33 25 19 12

585 343 214 140 96 68 49 37 28 21 13

650 381 238 156 107 75 55 41 31 24 15

720 422 263 173 118 83 61 45 34 26 16

465 291 191 130 92 67 50 38 29 18

320 210 143 101 73 55 41 32 20

230 157 111 81 60 45 35 22

252 172 121 88 65 50 38 24

187 132 96 71 54 42 26

204 144 105 78 59 46 28

156 114 84 64 49 31

169 123 91 69 54 33

133 99 75 58 36

RELACIÒN L3/D4 Relaciòn que indica la rigidez del eje de una bomba suspendida u "overhung". MAYOR DE 150 ENTRE 76 Y 150 ENTRE 51 Y 75 ENTRE 8 Y 50

MUY MALO CUESTIONABLE ACEPTABLE ÒPTIMO

John Crane Argentina BOMBAS CENTRÍFUGAS CURSO DE CAPACITACIÓN – MÓDULO 4 TEMAS A DESARROLLAR EN ESTE MODULO

Pérdida de carga en cañerías Pérdida de carga en accesorios Recomendaciones para instalaciones

Ing. Hugo Ricardo Cifuente

Pérdida de carga en cañerías

La circulación de un líquido a través de una cañerías y accesorios produce pérdidas por fricción, que es fundamental tenerlas en cuenta en los cálculos relacionados con bombas porque afectan a sus parámetros más importantes: • ANPA • Altura de impulsión • Altura de succión Existen diversos métodos para efectuar estos cálculos, utilizaremos el más sencillo que consiste el entrar en un ábaco con los siguientes datos: • Caudal • Diámetro nominal de cañería Para obtener dos valores: • La pérdida de carga en metros cada 100 metros de cañería, o pies cada 100 pies de cañería. • La velocidad del flujo, o directamente el valor V /2g. Con el que se calculan las pérdidas en los 2 accesorios, mediante la siguiente expresión:

h = K x V2/ 2g El valor K se obtiene de los siguientes gráficos

Pérdida de carga en cañerías

Pérdida de carga en cañerías Φ 1" Descarga

Φ 2"

V2/2g

hf

Descarga

V2/2g

GPM

Pies

Pies cada 100 pies de cañería

GPM

Pies

1 2 3 4 5 6 8 10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50 60

0.00214 0.00857 0.01927 0.0343 0.0535 0.0771 0.137 0.214 0.42 0.694 1.036 1.45 1.93 2.48 3.09 3.78 4.53 5.35 7.71

0.114 0.379 0.772 1.295 1.93 2.68 4.54 6.86 12.8 20.6 30.2 41.6 54.6 69.4 86 104.5 124 146 209

2 4 6 8 10 14 18 22 26 30 40 50 60 70 80 90 100 140 180 220

0.000568 0.00227 0.00511 0.00909 0.0142 0.0278 0.046 0.0688 0.096 0.128 0.227 0.355 0.511 0.696 0.909 1.15 1.42 2.78 4.6 6.88

Descarga

V2/2g

hf

Descarga

V2/2g

GPM

Pies

Pies cada 100 pies de cañería

GPM

Pies

20 40 60 80 100 140 180 220 260 300 400 500 600 700 800 900 1000 1200 1400 1800

0.000767 0.00307 0.0069 0.0123 0.0192 0.0376 0.0621 0.0927 0.13 0.172 0.307 0.479 0.69 0.939 1.23 1.55 1.92 2.76 3.76 6.21

0.00487 0.0164 0.0337 0.0564 0.0843 0.155 0.246 0.357 0.487 0.637 1.09 1.66 2.34 3.13 4.03 5.05 6.17 8.76 11.8 19.4

20 40 60 80 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1200 1400 1800 2200 2600 3000

0.000256 0.00102 0.0023 0.00409 0.00639 0.0256 0.0575 0.102 0.16 0.23 0.313 0.409 0.518 0.639 0.92 1.25 2.07 3.09 4.32 5.75

Φ 6"

Φ 3" hf Pies cada 100 pies de cañería 0.0151 0.0497 0.1004 0.166 0.248 0.453 0.717 1.03 1.39 1.82 3.1 4.67 6.59 8.86 11.4 14.2 17.4 33.2 54.1 80

Descarga

V2/2g

GPM

Pies

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 240 280 320 380 440 500

0.00293 0.0117 0.0263 0.0468 0.0732 0.105 0.143 0.187 0.237 0.2927 0.421 0.574 0.749 0.948 1.17 1.69 2.29 3 4.23 5.67 7.32

hf Pies cada 100 pies de cañería 0.00132 0.00442 0.00904 0.0151 0.0224 0.078 0.163 0.279 0.424 0.597 0.797 1.02 1.27 1.56 2.2 2.95 4.79 7.02 9.7 12.8

Descarga

V2/2g

GPM

Pies

20 40 60 80 100 140 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1500 2000 3000 4000 5000

0.000103 0.000412 0.000926 0.00165 0.00257 0.00504 0.0103 0.0232 0.0412 0.0643 0.0926 0.126 0.165 0.208 0.257 0.579 1.03 2.32 4.12 6.43

Φ 8"

Φ 4" hf Pies cada 100 pies de cañería 0.0372 0.126 0.262 0.443 0.662 0.924 1.22 1.57 1.96 2.39 3.37 4.51 5.81 7.28 8.9 12.6 16.9 22 30.7 40.9 52.5

Descarga

V2/2g

GPM

Pies

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 140 180 220 260 300 400 500 600 700 800

0.000987 0.00395 0.00888 0.0158 0.0247 0.0355 0.0484 0.0632 0.08 0.0987 0.193 0.32 0.478 0.667 0.888 1.58 2.47 3.55 4.84 6.32

hf Pies cada 100 pies de cañería 0.000451 0.00149 0.00304 0.00505 0.00747 0.0136 0.026 0.0542 0.0917 0.138 0.192 0.256 0.328 0.41 0.5 1.07 1.86 4.06 7.07 10.9

Descarga

V2/2g

GPM

Pies

100 120 160 200 240 300 400 500 600 700 800 900 1000 1500 2000 3000 4000 5000 6000 7000

0.00128 0.00184 0.00327 0.00511 0.00735 0.0115 0.0204 0.0319 0.046 0.0626 0.0817 0.103 0.128 0.287 0.511 1.15 2.04 3.19 4.6 6.26

Φ 10"

hf Pies cada 100 pies de cañería 0.0101 0.0344 0.0702 0.118 0.176 0.245 0.325 0.415 0.515 0.624 1.165 1.86 2.72 3.74 4.89 8.47 13 18.6 25 32.4

Φ 12" hf Pies cada 100 pies de cañería 0.00325 0.00448 0.00747 0.0111 0.0155 0.0233 0.0391 0.0587 0.082 0.109 0.14 0.173 0.21 0.45 0.776 1.68 2.92 4.47 6.39 8.63

Pérdida de carga en cañerías Así como las bombas tienen sus leyes de afinidad, también las tienen las cañerías y es importante tenerlas en cuenta: 1 - Si en una cañería existente aumentamos el caudal, la pérdida de carga aumentará con el cuadrado del cociente de caudales. 2

hf = hf x ( Q / Q ) 2

1

2

1

2 - Si manteniendo el caudal constante se cambia el diámetro de la cañería, la pérdida de carga es inversamente proporcional a la quinta potencia del cociente de diámetros. 5

hf = hf x ( D / D ) 2

1

1

2

3 - Si se pretende aumentar el caudal y el diámetro de la cañería para mantener el mismo valor de pérdida de carga, el caudal aumenta con el cociente de diámetros elevado a la 2,5. 2.5

Q= Q x(D/D) 2

1

2

1

D=Dx(Q /Q) 2

1

2

0.4

1

donde: hf1: pérdida por fricción original Q1: caudal original D1: diámetro original

hf2: pérdida por fricción nueva Q2 : caudal nuevo D2: diámetro nuevo

Pérdida de carga en cañerías Recomendaciones para instalaciones Siga las siguientes recomendaciones concernientes a las cañerías: • Si hay esfuerzos debidos al crecimiento térmico de la cañería de succión, un diseño soportado en la línea central será la mejor opción. Si la temperatura de bombeo supera los 100°C es particularmente recomendable. • Respete una distancia de 10 diámetros desde la succión hasta el primer accesorio. • Codos, Tes y otros accesorios deben instalarse en un ángulo recto respecto del eje de la bomba, pero no sobre el plano horizontal. Esto es muy importante en bombas de doble succión, porque podría causar esfuerzos desbalanceados en el sentido axial de la bomba. • Los soportes de las cañerías se deben instalar a distancias desiguales. • Use muchos soportes para las cañerías. • Use muchas juntas de expansión y omegas. • Una vez instalada la cañería, desvincúlela de la bomba para verificar que no haya esfuerzos sobre ella. • Siga las indicaciones "Hydraulic Institute Manual" para la instalar varias bombas en una misma pileta.

Recomendaciones para instalaciones • En un diseño de pileta con varias bombas, es preferible que cada campana de succión tenga su propio compartimiento para evitar interferencias entre bombas. Si esto no es posible o práctico, se pueden instalar varias bombas en una misma pileta respetando lo siguiente: • Las bombas se deben ubicar en una línea perpendicular a la dirección del flujo. • El espacio mínimo entre bombas debe ser igual a dos o tres diámetros de campana. • Todas las bombas deben funcionar. • El flujo aguas arriba de las campanas de succión debe tener un tramo recto de por lo menos 10 diámetros para alimentar a todas las campanas uniformemente y sin turbulencias. • Cada bomba debe tener una capacidad menor a 15,000 gpm. • La distancia de las campanas a las paredes debe ser por lo menos de 1,5 el diámetro de la campana. • La luz hasta el fondo debe ser aproximadamente 0,50 del diámetro de la campana.

Recomendaciones para instalaciones

Debe haber un tramo recto de cañería con una longitud igual a 10 diámetros entre la succión y el primer codo.

Cuando el flujo pasa por un codo tiende a seguir el radio mayor, despegándose del radio menor. Esto genera turbulencias y una parte del impulsor recibirá menos líquido que otras.

Este es un ejemplo de lo que no se debe hacer.

Recomendaciones para instalaciones

Ejemplo de instalación correcta para dos bombas alimentadas desde el mismo tanque.

Al observar las línea del flujo se hace evidente que esta configuración es mala.

Una “Y” es lo adecuado para alimentar dos bombas desde el mismo caño.

Recomendaciones para instalaciones

Las reducciones deben ser excéntricas para evitar la formación de bolsillos de aire.

Otro problema es tener una descarga en caída libre cerca de la cañería de succión., porque habrá ingreso de burbujas. La solución es alejar los caños.

Recomendaciones para instalaciones

Las campanas de succión debe tener suficiente líquido para alimentarse correctamente. Por eso se debe respetar una mínima distancia entre campanas.

También es necesario respetar una sumergencia mínima, que es una función del caudal.

Recomendaciones para instalaciones

EJEMPLO DE UNA BUENA INSTALACIÓN Una instalación se diseña para una aplicación específica, por lo tanto puede haber infinitas configuraciones correctas, analicemos la de este ejemplo. Tramo mayor que 10 D

• Válvula de retención en la succión con filtro: Mantiene la cañería de succión llena de líquido • Tramo horizontal con pendiente: Evita que se formen bolsillos de aire. Al tener 10D de largo, el flujo llega sin turbulencia • Reductor de diámetro excéntrico: Evita bolsillos de aire. • Tapón de purga y cebado: Es necesario para efectuar estas operaciones • Manómetro con válvula: Permite saber en que punto trabaja la bomba. Debe haber otro en la succión • Válvula de retención a la salida: Protege a la bomba de golpes de ariete y flujos inversos. • Válvula de bloqueo y regulación: Ubica a la bomba en el punto deseado de la curva. Permite intervenirla.

Recomendaciones para instalaciones BOMBAS FUNCIONANDO EN SERIE • Verifique que la presión en la segunda bomba no supere lo recomendado por el fabricante. • Verifique que el sello mecánico de la segunda bomba resista la presión. • Cuando se trata de dos bombas multi-etapa en serie esto se vuelve crítico. Considere la posibilidad de instalar una sola bomba de barril. • La secuencia de arranque es importante, es conveniente que la bomba sobrealimentadora arranque primero y la otra inmediatamente después. • Para toda bomba que tenga impulsor de doble succión (las tipo DVMX suelen tener un primer impulsor de doble succión para mejorar el ANPA-r) es importante que la última curva antes de entrar en la succión no venga de un caño paralelo al eje. Esto alimentaría un modo desparejo los ojos del impulsor, generando cargas axiales. • La posibilidad de errores de operación es importante. Considere automatizar.

Recomendaciones para instalaciones BOMBAS FUNCIONANDO EN PARALELO • Todas las bombas deben tener válvulas de bloqueo y retención, tanto en la succión como en la descarga. • Si la succión está conectada a un colector, respetar un tramo recto de 10 D para que el flujo llegue sin turbulencias. • El colector de descarga debe estar calculado para la condición de máximo caudal. • Las curvas de las bombas deben ser aptas para trabajar en paralelo: - No deben tener “gancho” - La pendiente debe ser similar y preferiblemente pronunciada. - Lo ideal es que se trate de bombas gemelas. • La posibilidad de errores de operación es más importante que en el caso de operación en serie. Si no es posible automatizar, se deben escribir procedimientos de operación para cada condición posible, y entrenar al personal. • El mantenimiento de las válvulas de retención es crítico. Una bomba girando en sentido contrario puede destruirse fácilmente.

Recomendaciones para instalaciones ALGUNAS ANÉCDOTAS SOBRE INSTALACIONES • Una bomba multietapa en una instalación en paralelo con otra igual. La bomba en cuestión estaba parada y su compañera funcionando. La válvula de retención de la bomba parada tenía sólidos que impedían la obturación. La bomba comenzó a girar al revés y se embaló. No se sabe a qué velocidad llegó, pero tuvo que haber sido mucha. El operador, al advertir la anomalía y sin saber qué hacer, cerró la válvula de impulsión. Como el flujo en este caso era inverso, la válvula de impulsión actuaba como válvula de succión, consecuentemente, LA DEJÓ SIN LÍQUIDO. La bomba se frenó, pero la destrucción fue tan importante que: - Los impulsores quedaron reducidos a una masa informe de Dúplex. - El eje estaba partido en tres partes. - Solamente para abrir la bomba estuvieron 15 días forzando con todo tipo de herramientas y dispositivos. - No se encontraron anillos de desgaste, piezas de etapa y otras piezas pequeñas. - La reparación costó un 80% del valor de una bomba nueva.

Recomendaciones para instalaciones ALGUNAS ANÉCDOTAS SOBRE INSTALACIONES • Otra de bombas multietapas girando al revés: En este caso había personal de la empresa fabricante haciendo la supervisión de puesta en marcha. Mientras cerraban la válvula de succión, tan rápido como podían; la bomba se aceleró tanto que el rotor del motor eléctrico no soportó la fuerza centrífuga y sucedió lo siguiente:. - Se desprendió la jaula de ardilla del rotor, lo que a su vez hizo estallar al motor. Partes de carcasa volaron en distintas direcciones. - El eje del motor, que todavía tenía el ventilador colocado; salió impulsado por el ventilador funcionando como hélice. Voló en línea recta unos metros para impactar contra una cañería de hidrocarburo. De milagro no se rompió. Todavía hoy se puede observar al cañería abollada. - La bomba no sufrió daños. • Dos multietapas funcionando en serie. La bomba sobrealimentada tuvo problemas de sello mecánico durante años por la excesiva presión. En otro yacimiento se optó por una bomba de barril, sin problemas. - Este tema fue motivo de fricciones entre contratista, fabricante y cliente. - La bomba opera correctamente. - Los sellos mecánicos fueron objeto de varias modificaciones hasta lograr que sean mas confiables.

John Crane Argentina BOMBAS CENTRÍFUGAS CURSO DE CAPACITACIÓN – MÓDULO 5 TEMAS A DESARROLLAR EN ESTE MODULO

Importancia de la alineación. Distintos métodos. Lubricación. Rodamientos. Metalurgias.

Ing. Hugo Ricardo Cifuente

Importancia de la alineación ¿QUÉ SIGNIFICA ALINEAR UNA BOMBA? En el mundo de las bombas, alineación significa que la línea de centro de la bomba coincide con la del motor. Si bien esta alineación siempre fue importante con bombas con empaquetadura, es crítica cuando se trata de equipos con sellos mecánicos; y aún más si estos sellos tienen su parte elástica rotante solidaria al eje. Una desalineación muy pequeña en el extremo de potencia del eje significa una gran desalineación en el extremo líquido del mismo, desafortunadamente; donde se halla instalado el sello mecánico. La desalineación causa diversos problemas:
Puede causar que la cara rotante de un sello se mueva hacia delante y hacia atrás dos veces porcada vuelta del eje. Cuanto más se muevan las caras lapeadas, mayor oportunidad tendrán de abrirse.
La empaquetadura puede tolerar cierta desalineación del eje, los sellos mecánicos no.
Puede causar corrosión tipo “fretting” en el eje o camisa, particularmente si las juntas son de PTFE.
Los rodamientos pueden sobrecargarse.
Podrían hacer contacto partes rotativas y estacionarias del sello mecánico.
Los anillos de desgaste podrían hacer contacto.
El eje podría rozar con el buje garganta.
El eje o camisa podrían tocar la cara estacionaria del sello mecánico.
El impulsor podría tocar la voluta o la cubierta trasera.

Importancia de la alineación

Hay varios métodos aceptables para alinear un equipo: El de la indicación recíproca es aceptable, pero toma bastante tiempo. Es bueno para pequeños diámetros, no se afecta por deslizamientos axiales, se puede usar con el acople flexible instalado, se pueden girar los ejes. El método láser es el mejor y más moderno. Estos equipos directamente indican las correcciones a efectuar en suplemento y desplazamiento. El método de las caras y planos de los acoples es muy sencillo, sobre todo cuando hay grandes distancias entre los ejes o alguno de los ejes no puede ser girado; pero no es muy bueno si existe la posibilidad de movimientos axiales. Siempre que sea posible, adopte una brida tipo C (pulgadas) ó D (milímetros), este es el mejor método para asegurar la alineación entre bomba y motor. La brida ayuda a que la transferencia de calor se haga en forma más pareja y no solamente a través del eje. Elimina toda necesidad de alineación. La mayoría de los fabricantes ofrece estas bridas, que son solidarias al soporte de cojinetes. Si tiene la oportunidad de elegir el material, prefiera materiales dúctiles antes que la fundición de hierro. Hasta los 30 HP, en general el motor “colgará” de la bomba; y a partir de esta potencia será la bomba la que quedará suspendida del motor.

Importancia de la alineación

Antes de pensar en el método a utilizar para efectuar la alineación, es importante considerar lo siguiente:







Verificar que el eje esté derecho y balanceado. Anillos de desgaste en buenas condiciones, con luz dentro de tolerancia. Que la luz del impulsor referida a la voluta o cubierta trasera sean las correctas. Eliminar esfuerzos producidos por cañerías. Rodamientos de buena marca, correctamente instalados, con la interferencia adecuada. Un sello mecánico en buenas condiciones, con el “tiro” correcto.

La alineación entre una bomba y un motor consiste de cuatro pasos:
Bomba y motor deben estar nivelados, caso contrario el nivel de aceite podría ser incorrecto para alguno de los rodamientos, generando problemas.
Tome una serie de mediciones axiales y radiales para determinar cómo esta situada la bomba respecto del motor.
Calcule cuanto deberá mover el motor para alinear bomba y motor. Recuerde que la bomba estará sujeta a las cañerías, por lo tanto toda la alineación se deberá hacer moviendo el motor.
Si la bomba trabaja a alta temperatura, deberá tener en cuenta la dilatación térmica en los cálculos anteriores, que en muchos casos pueden ser suministrados por el fabricante. La otra alternativa es volver a alinear con el equipo a temperatura de trabajo.
Es muy recomendable el uso de tornillos de empuje solidarios a la base, para efectuar con precisión las correcciones necesarias en la posición del motor. Otra recomendación es utilizar un juego de suplementos.

Importancia de la alineación MÉTODOS DE ALINEACIÓN Método Láser: Toda la información requerida para realizar un trabajo de alineación (desalineación angular y paralela, correcciones en los apoyos, cotas) está presentada en una misma pantalla.

Método indicación recíproca: Es necesario calcular las correcciones por semejanza de triángulos. Es fácil confundirse con los signos.

Importancia de la alineación

Como consideración final, hay personas que no le asigna a la alineación la importancia que tiene; y esgrimen los siguientes argumentos:


Hace años que trabajamos sin alinear no balancear, sin mayores problemas.




No tenemos tiempo para alinear, Producción nos pide las bombas funcionando de vuelta con urgencia.




Tenemos muy buenos acoples, que pueden trabajar con una desalineación razonable.

Estas mismas personas suelen hacer alinear las ruedas de sus automóviles cuando notas un desgaste desparejo en los neumáticos, o cuando “tira” hacia un lado. Ellos consideran aceptable el costo del trabajo y el tiempo insumido, tanto para alinear como para balancear. La lógica pregunta es porqué lo hacen con sus autos y no con equipos que suelen ser varias veces más caros. El algunos casos solamente el sello mecánico cuesta lo que un auto usado, y la alineación influye dramáticamente en la vida útil del mismo.

Lubricación

La vida útil de los rodamientos es un parámetro establecido por el fabricante del equipo que usa los rodamientos, y considera que el 90% de los rodamientos estará funcionando luego de haber cumplido la denominada vida L10, sin experimentar fatiga de material. Este parámetro generalmente se expresa en años y está relacionado con:




El material del rodamiento. La carga sobre el rodamiento. La cantidad de ciclos de carga a los que está sometido el rodamiento.

Hay fabricantes que aseguran que los rodamientos radiales de algunos modelos, funcionando en el BEP tienen una vida L10 de 300 años.... Evidentemente solemos estar muy lejos de estos valores, la pregunta es porqué... Hay dos principales razones:



Contaminación de lubricante con agua o vapor. Calor excesivo.

Si la temperatura del lubricante se vuelve muy elevada, hay muchas bombas que tienen la posibilidad de enfriar el aceite dentro del soporte de cojinetes. Si no tiene esta posibilidad, puede hacer un circuito de refrigeración de aceite externo, pero nunca intente enfriar los rodamientos refrigerando el soporte de cojinetes, porque éste se contraerá aumentando la carga sobre el rodamiento; obteniendo el resultado contrario al deseado.

Lubricación





Contaminación de lubricante con humedad o agua. Calor excesivo.

Es sabido que solamente un 0.002% de agua en el lubricante reducirá un 48% la vida útil de los rodamientos. Si hablamos de una contaminación del 6% , la vida útil de reducirá un 83%. Para darnos una idea más clara, un 0.002% de agua significa menos de una gota de agua por litro de aceite. Veamos cuáles son las fuentes de ingreso del agua en el soporte de cojinetes:
Pérdida de la empaquetadura a sello mecánico.
Hidrolavadoras usadas para limpiar el equipo, por las pérdidas de sello o empaquetadura.
Aspiración de humedad en el aire que entra al soporte de cojinetes, especialmente cuando la bomba se para y se enfría. Una de las principales causas de calor excesivo en los rodamientos es el nivel de lubricante. Es muy común que se sobrepase el nivel indicado por el fabricante “por las dudas”. Un nivel demasiado alto generará calor en exceso, lo que hará disminuir la viscosidad del lubricante, corriendo el riesgo de formar lacas y depósitos carbonosos Fabricantes de rodamientos dicen que un lubricante sin contaminaciones tiene una vida útil de 30 años a 30°C, pero que por cada 10°C que se incremente la temperatura, la vida útil se reduce a la mitad. Esto significa que a 100°C el lubricante durará 90 días.

Lubricación FACTORES PERNICIOSOS Efecto de la temperatura 400

Vida útil del aceite (m eses)

350 300 250 200 150 100 50 0 30

40

50

60

70

Tem peratura °C

80

90

100

Lubricación DISTINTOS LUBRICANTES Veamos diversas opciones de lubricante: GRASA
La grasa es difícil de cambiar, el único método práctico es bombear grasa por el alemite, haciendo que la nueva grasa desplace a la vieja. Esto garantiza que el rodamiento quedará lubricado en exceso.
El único método apropiado es engrasar a mano el rodamiento, no la cavidad donde está instalado. Cuando el rodamiento se caliente por el funcionamiento, parte de la grasa fluirá fuera del mismo, reduciendo la cantidad aplicada. BAÑO DE ACEITE:
Asegúrese de tener un indicador de nivel en la bomba.
Verifique que la bomba esté nivelada.
El nivel de aceite debe llegar a la mitad del elemento rodante de abajo, con la bomba detenida.
Los arreglos verticales con lubricación por aceite suelen ser poco confiables.
Lo mismo ocurre cuando hay aplicaciones horizontales con rodamientos de diferente diámetro. No hay modo de establecer un nivel correcto. LUBRICACIÓN POR NIEBLA:
La lubricación por niebla provee presión positiva dentro del soporte de cojinetes, impidiendo el ingreso de sólidos y humedad.
Pero esa misma presión hace que haya fugas de hidrocarburos a la atmósfera.

Lubricación PROPIEDADES

Los lubricantes se hacen a partir de diversos aceites y aditivos. Los tres aceites más populares son.
Aceite mineral, puro y refinado. Aceite sintético, para servicios de alta temperatura.

Los aceites animales y vegetales no son normalmente usados por el riesgo de formación de ácidos, luego de un corto tiempo de trabajo. Los aceites sintéticos más comunes son:
Diéster, utilizables hasta los 120°C.
Siliconas, utilizables hasta los 200°C.
Aceites fluorinados, con una buena estabilidad antioxidante, pero con un precio que lo hace prohibitivo.
Los poliglicoles son buenos para temperaturas de 90°C, tienen una buena estabilidad antioxidante y por el hecho de tener peso específico mayor que 1, el agua flota sobre el nivel de aceite.
Los hidrocarburos sintéticos tienen la ventaja de una relativa independencia de la viscosidad respecto de la temperatura. Se pueden usar hasta los 200°C

Lubricación ADITIVOS Los lubricantes se suministran con varios aditivos para mejorar su performance:
Los antioxidantes mejoran la estabilidad del lubricante entre 10 y 150 veces, evitando la corrosión y el incremento de viscosidad.
Agentes anticorrosivos.
Agentes antiespumígenos, que hacen reventar las burbujas cuando éstas tocan la superficie del lubricante. La espuma reduce la capacidad de carga del lubricante.
Agentes que aumentan la tensión superficial del lubricante, reduciendo el desgaste por contacto metalmetal.
Aditivos polarizantes, para que las moléculas se orienten perpendicularmente a las superficies metálicas. Reducen la fricción aún a temperaturas cercanas a los 100°C.
Los compuestos orgánicos de zinc tienen un efecto anti-desgaste, y previenen el contacto entre bolillas y pistas.
Los suplementos EP forman una combinación química con el metal de los rodamientos, reduciendo la fricción.
Los aditivos sólidos como el disulfuro de molibdeno, mejoran las cualidades lubricantes. Estas partículas tienen unos 2 micrones y se adhieren a la superficie metálica. Algunos vendedores de sellos con fuelles metálicos recomiendan eliminar la refrigeración la cubierta trasera, porque el sello no la necesita; pero tal vez la bomba sí lo haga, porque la refrigeración de la cubierta trasera ayuda a reducir la temperatura en el soporte de cojinetes.

Rodamientos VIDA ÚTIL ¿Qué entendemos por una buena vida útil de rodamientos? Muchos de nosotros cambiamos los rodamientos cada vez que desarmamos una bomba para cambiar o reparar el sello mecánico o camisa de eje. Si la bomba funciona correctamente, los rodamientos no son elementos de sacrificio. La vida útil de un rodamiento está determinada por la cantidad de horas que le tomará al metal fatigarse, y esto es una función de la carga aplicada , del número de rotaciones y del caudal de lubricante recibido. Cuando una bomba funciona en el punto de máxima eficiencia (BEP), las únicas cargas aplicadas sobre los rodamientos son:


El peso del elemento rotativo (Eje, impulsor, sello mecánico)




La tensión causada por la interferencia de montaje de los rodamientos en el eje.




La precarga establecida por el fabricante (no es lo más habitual).

Rodamientos FACTORES NEGATIVOS Los factores típicamente generadores de sobrecargas en los rodamientos son:














Interferencia entre el eje y el rodamiento excesiva (eje fuera de tolerancia). Desalineación entre bomba y motor. Ejes doblados. Elemento rotativo desbalanceado. Operar la bomba fuera de su punto de máxima eficiencia (BEP). Expansión térmica del eje, axial y radial. Cavitación. Golpe de ariete. Empuje axial. Soporte de cojinetes gastado. Vibraciones de casi cualquier tipo. Mucha distancia entre el impulsor y el rodamiento. Rodamiento de mala calidad.

Esta sobrecarga generará a su vez calor, que es también una causa de falla prematura de rodamientos porque hará que el lubricante:



Reduzca su viscosidad, reduciendo la capacidad de carga dela película de lubricante. Se formen residuos en forma de barniz , que pueden coquificarse produciendo partículas sólidas.

Rodamientos FACTORES NEGATIVOS Otras causas de generación de calor son:








Nivel de lubricante muy alto o muy bajo. Bomba mal nivelada. Rodamiento demasiado engrasado. El eje está conduciendo calor desde la zona de bombeo hasta el soporte de cojinetes. Fallas en el fluido intermediario, cuando se tiene sellos dobles. Falla en la camisa de enfriado de la cubierta trasera. Falla en el quench. Retenes de grasa muy cerca de los rodamientos.

La vida útil de los rodamientos está directamente relacionada con la temperatura del lubricante. Si el aceite no está contaminado, tiene una vida útil de 30 años a 30° C, y se reduce a la mitad cada vez que la temperatura se incrementa en 10°C. Esto significa que el control de la temperatura del lubricante es esencial para la vida útil de los rodamientos, y de cualquier tipo de cojinete lubricado. Otra importante causa de falla prematura de los rodamientos es la contaminación con sólidos y humedad. Solamente un 0.002% de agua en el lubricante acortará la vida útil de los rodamientos en un 48%: Un 6% de agua acortará la vida de los rodamientos en un 83%.

Rodamientos FACTORES NEGATIVOS Efecto de la humedad en el aceite

Porcentaje de vida útil remanente (%)

120 100 80 60 40 20 0 0,00

0,05

0,10

0,15 Porcentaje de agua en el aceite (%)

0,20

0,25

0,30

Rodamientos FACTORES NEGATIVOS La humedad puede provenir de varios lugares:




Pérdidas de la empaquetadura entrando al área de los rodamientos. El uso de hidrolavadoras para limpiar las pérdidas anteriores. Un quench de sello mecánico con vapor, condensado o agua de enfriamiento.

La humedad causa diferentes problemas:




Pitting y corrosión en las pistas y elementos rodantes, que incrementarán la fatiga. El hidrógeno libre, presente en el agua, causa corrosión intergranular acelerando la fatiga. Una emulsión de agua y aceite no es un buen lubricante.

Los sólidos pueden ingresar al lubricante de diversas formas:






Desgaste de las jaulas de los rodamientos. Comúnmente son de bronce o de materiales no metálicos. Partículas abrasivas desprendidas del soporte de cojinete. Sólidos que ingresaron durante el armado, por falta de cuidado y limpieza. Sólidos suspendidos en el aire que pasan a través de los laberintos. Partículas de los retenes que se desgastaron y entraron en la zona de los cojinetes.

Rodamientos ¿CÓMO PROTEGERLOS? Hay fabricantes que intentaron diversas formas de mantener la humedad fuera del soporte de cojinetes, algunas no muy exitosas:
Un deflector para desviar pérdidas del sello o de la empaquetadura, evitando que se dirijan a los rodamientos.
Mantener calientes los rodamientos para evitar que la humedad condense. Esto reduce la vida del lubricante.
Usar rodamientos “blindados” cuyos escudos difícilmente sirvan para detener humedad o líquidos.
Un retén de grasa tiene una vida útil de 2000 hs (84 días a 24 hs /día) y luego comenzará a cortar el eje.
Un retén doble hará lo mismo en dos partes ...
Los sellos laberínticos son lo mejor de todas estas “soluciones”, pero aún dejan pasar la humedad.
Una emulsión de agua y aceite no es un buen lubricante. ¿Cuándo es razonable considerar el uso de cojinetes hidrodinámicos en lugar de rodamientos?
Si en adimensional DN (diámetro de rodamientos multiplicado por las RPM) excede de 300,000
Si los rodamientos standard no alcanzan la vida L10 , o 25.000 horas en operación continua; o 16,000 horas a máxima carga radial y axial.
Si el producto de la potencia de la bomba en HP por la velocidad en RPM supera 2.7 millones. Por sobre todas las cosas, asegúrese de estar usando rodamientos de buena calidad. No solamente la marca importa, también la procedencia. Gracias a la globalización, hay en el mercado rodamientos de marcas reconocidas que uno asocia con un lugar de origen, que pueden provenir de otro muy distinto.

Rodamientos ¿CÓMO PROTEGERLOS?

Rodamiento sin protección, expuesto al ingreso de agua, humedad y partículas sólidas.

Sello laberinto o deflector, larga vida útil, buena protección contra el ingreso de agua y sólidos, no tan buena contra la humedad.

Retén de aceite, duran unas 2000 ó 3000 horas, producen canaletas en el eje y ofrecen una protección pobre al ingreso de agua, humedad y partículas sólidas.

Protector de rodamiento. Hay en diversos tamaños que se ajustan en general a los alojamientos de las tapas de cojinetes.

Rodamientos John Crane Argentina ¿CÓMO PROTEGERLOS?

RODAMIENTO CON PROTECCIÓN

RODAMIENTO CON RETÉN

Rodamientos APLICACIONES

Rodamientos Recomendaciones de montaje Observe los siguientes cuidados mínimos durante el montaje de los rodamientos: Eje

Alojamiento

MAL

BIEN

BIEN

MAL Ajuste con interferencia

•Verificar que la interferencia sea la indicada por el fabricante. • Calentar los rodamientos hasta 100 °C • Montar en el eje hasta la posición correspondiente • No presionar una vez que se llegó a un tope o resalte • Utilizar una prensa manual, evitar los golpes • Utilizar trozos de caños para presionar sobre la pista correcta • Si se traba, retire el rodamiento y controle las medidas • Presione siempre sobre la pista que tiene interferencia • La limpieza es fundamental - No abra el envoltorio del rodamiento hasta que esté listo para montarlo - Trabaje en ambientes no polvorientos También es recomendable hacer las verificaciones que se indican en el Módulo 8:

Presionar aquí daña los rodamientos

• Rectitud del eje • Uniformidad del diámetro del eje • Concentricidad del soporte de cojinetes • Estado de los alojamientos de los rodamientos • Estado las partes no mecanizadas del soporte de cojinetes

Metalurgias

RESISTENCIA QUÍMICA VERSUS RESISTENCIA MECÁNICA Salvo excepciones como el Dúplex, suele ocurrir que si un material tiene buenas cualidades mecánicas no sea muy resistente a la corrosión. La situación recíproca también es cierta. Una forma práctica de seleccionar materiales es utilizar una tabla de las que normalmente suministran los fabricantes de equipos. Estas tablas se confeccionan teniendo en cuenta las curvas de isocorrosión de cada material ante cada electrolito, a distintas concentraciones. La que veremos ahora es para obtener una corrosión anual de 0.5 mm, en condiciones normales. Veamos la resistencia mecánica de los metales más comunes en la industria del petróleo y su composición química.

Metalurgias COMPOSICIÓN Y PROPIEDADES Cr (% ) Ni (% ) Mo (% ) Cu (% ) Si (% ) Mn (% ) C (% ) Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. HIERRO GRIS

1.90

HIERRO DÚCTIL 0.50

0.50

MATERIAL FUNDIDO

0.20

18.00 21.00 9.00 12.00 2.00

11/13 CROMO 11.00 13.00 DÚPLEX

0.60 0.90

3.10

2.75

ACERO INOX. 316

2.30

3.00

3.40

Base

3.00

Base

0.60

1.00

0.30

Base

2.00

1.50

0.08

Base

4.00

24.50 26.50 4.75

ASTM

0.30

Fe(% )

6.00

DIN

Base 1.75

2.25

LAMINADO

2.75

3.25

1.00

Tensión de Rotura psi

Tensión de Fluencia psi

Base

1.00

0.04

Elongación

Dureza Brinell

%

HB

HIERRO GRIS

A48 CL30

1691

-

30000

-

-

200

HIERRO DÚCTIL

A395

1693

-

60000

40000

18

160

ACERO

A216 WCB

1681

SAE 1030

70000

36000

22

150

INOX. 316

A743 CF 8M

17006

SS 316

70000

30000

30

154

11/13 CROMO

A743 CA6NM

DÚPLEX

A995 CD4M Cu

SS 410/420 SEW 410

290 100000

70000

16

224

Metalurgias CORROSIÓN GALVÁNICA CORROSIÓN GALVÁNICA Cuando dos metales diferentes están en contacto a través de un electrolito, se puede producir una corrosión acelerada del material anódico. La severidad de esta corrosión depende de tres factores: -La magnitud de la diferencia de potencial electro-químico de los materiales. Por ejemplo, una chaveta de SS 304 fallará en una bomba de SS 316, en presencia de un electrolito. -La conductividad eléctrica del electrolito. Por ejemplo, una solución de ácido sulfúrico tiene mayor conductividad que una de ácido acético glacial. -La relación de áreas expuestas de ambos materiales. Por ejemplo, un impulsor de bronce en una bomba de hierro fundido, podría fallar ante la presencia de un electrolito. El gráfico que sigue tiene ordenados los materiales por potencial electro-químico.
Si la combinación es entre dos materiales próximos, se puede considerar como inerte.
Si en cambio la combinación es entre materiales muy alejados, seguramente habrá problemas.

Metalurgias CORROSIÓN GALVÁNICA ANODO O ELECTRODO CORROÍDO Acero Hierro fundido Fundición al cromo (activa) Inoxidable 18 –8 (activo) Alloy 20 (activo) Inoxidable 18-8-3 (activo) Hastelloy B Bronces Bronce aluminio Aleaciones Cobre – Níquel Monel Fundición al cromo (pasivada) Aleaciones al Níquel 55% Aleaciones al Níquel 30% Inoxidable 18 –8 (pasivado) Alloy 20 (pasivado) Inoxidable 18-8-3 (pasivado) CÁTODO O ELECTRODO PROTEGIDO

Hierro fundido

Hierro fundido + 3% Ni

Ni-Resist (Tipo 1 y 2)

Hierro dúctil / Ni-Resist

Monel K-500

Monel 400

Monel 506

Niquel 213

Níquel 305

Inconel 600

Acero inoxidable serie 400 (blando)

Acero inoxidable serie 400 (duro)

Acero inoxidable serie 300

Acero SAE 1000/6000 (blando)

Acero SAE 1000/6000 (duro)

Bronce ( aleado)

Ni-Al Bronce

Hastelloy "A" y "B"

Hastelloy "C"

Hastelloy "D"

Nitrurado / Stellite

Metalurgias

Hierro fundido

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

Hierro fundido + 3% Ni

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

Ni-Resist

(Tipo 1 y 2)

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

Hierro dúctil / Ni-Resist

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

Monel K-500

B

B

B

B

R

M

R

B

B

M

R

R

M

M

R

B

R

R

R

B

B

Monel 400

B

B

B

B

R

M

R

R

R

M

M

R

M

M

R

B

R

M

R

B

B

Monel 506

B

B

B

B

B

R

R

R

R

M

M

R

M

M

R

B

R

M

R

B

B

Niquel 213

B

B

B

B

B

R

R

B

R

R

R

B

R

R

B

B

B

B

B

B

B

Níquel 305

B

B

B

B

B

B

R

R

B

R

R

B

R

R

B

B

B

B

B

B

B

Inconel 600

B

B

B

B

R

B

M

R

R

M

M

R

M

M

R

B

R

M

R

B

B

Acero inoxidable serie 400 (blando)

B

B

B

B

R

B

M

R

R

M

M

R

R

M

R

B

R

M

R

B

R

Acero inoxidable serie 400 (duro)

B

B

B

B

B

M

R

B

B

R

R

B

R

B

B

B

R

R

B

B

B

Acero inoxidable serie 300

B

B

B

B

R

M

M

R

R

M

R

R

M

M

R

B

R

M

R

B

B

Acero SAE 1000/6000 (blando)

B

B

B

B

R

M

M

R

R

M

M

B

M

M

B

B

R

M

R

B

B

Resistencia al engrane:

Acero SAE 1000/6000 (duro)

B

B

B

B

B

R

R

B

B

R

R

B

R

B

B

B

B

R

B

B

B

Bronce ( aleado)

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

Ni-Al Bronce

B

B

B

B

R

R

R

B

B

R

R

R

R

R

B

B

M

R

R

B

R

Hastelloy "A" y "B"

B

B

B

B

R

M

M

B

B

M

M

R

M

M

R

B

R

M

R

B

B

Hastelloy "C"

B

B

B

B

B

R

R

B

B

R

R

B

R

R

B

B

R

R

R

B

B

Hastelloy "D"

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

Nitrurado / Stellite

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

R

B

B

B

B

B

R

B

B

B

B

La resistencia al engrane es una característica de una combinación de materiales y no de un material solo. Los anillos de desgaste construídos con materiales con tendencia al engrane (M) deberán tener una luz diametral mayor, unos 0,125 mm más de lo que recomienda la norma para materiales sin tendencia al engrane (B). B = BUENO R= REGULAR M=MALO

John Crane Argentina BOMBAS CENTRÍFUGAS CURSO DE CAPACITACIÓN – MÓDULO 6 TEMAS A DESARROLLAR EN ESTE MODULO

Sellos mecánicos Vs. Empaquetadura Componentes de un sello mecánico Características de diseño Cabezal rotativo vs. Asiento rotativo Arreglos simples y múltiples Recomendaciones para la instalación El factor PV Materiales Análisis de fallas Estabilidad de la película Condiciones de operación Vs. Vida útil

Ing. Hugo Ricardo Cifuente

Sellos mecánicos Empaquetadura vs. Sello Mecánico Bomba con empaquetadura

Bomba con sello mecánico

Sellos mecánicos

Empaquetadura vs. Sello Mecánico •

Funciona más como un dispositivo de restricción que como un dispositivo de sellado. Requiere de cierta fuga para evitar la fricción excesiva.

•

Sella con fuga invisible. En aplicaciones críticas la relación de fuga entre una empacadura y un sello es de 1 a 100 o mejor.

•

Produce desgaste excesivo en ejes y camisas.

•

Se sabe de sellos que han trabajado de 8 a 10 años sin falla.

•

Alto consumo de potencia debido al efecto de fricción.

•

•

Pérdida de producto.

Ahorros monetarios que van desde pequeñas pérdidas de producto hasta cero fugas. Ahorro en consumo de energía.

Altos costos de mantenimiento instalación y ajuste.

•

•

Muy poco mantenimiento requerido luego de la instalación.

Daños al equipo debido a la fuga.

•

•

Son más seguros cuando se trabaja con productos peligrosos o dañinos para la salud.

en

Sellos mecánicos Componentes de un sello mecánico 5

4

3 1

2 1.

Un elemento de sellado primario desgastable y estacionario. (Asiento)

2.

Un elemento de sellado primario desgastable y rotativo.(Anillo Primario)

3.

Elementos de sellado secundario.

4.

Uno o varios elementos de empuje para mantener los elementos de sellado primario 1 y 2 en contacto permanente uno contra el otro. (Resortes)

5.

Componentes auxiliares para transmitir el movimiento. (Componentes Metálicos)

Sellado primario

Espesor de película de lubricación Interfacial ancha (fugas)

Espesor de película de lubricación Interfacial inexistente (desgaste)

La pelicula de lubricación interfacial debe: Estar presente • Ser estable • Estar limpia, libre de abrasivos • Tener razonable viscosidad • Tener temperatura controlada • Tener presión aceptable •

Dispositivos de Sellado

Clasificación de Sellos Mecánicos Arreglo Posicional Sencillo

Múltiple

Montaje Interior

Dual Presurizado

Montaje Exterior

Dual No Presurizado

Características de Diseño Balanceado

No Balanceado

Cabezal en Rotación

Asiento en Rotación

Múltiples Resortes Empuje Empaques Deslizantes

Mono Resorte No Empuje Fuelles

Características de diseño

•

Relación de Balanceo La relación de balanceo se define como el cociente entre el área de cierre y el área de apertura.

A

c

Relación de Balanceo =

A

o

Area de Cierre Area de Apertura

Características de diseño

•

Relación de Balanceo La relación de Balanceo es utilizada para controlar la presión entre caras.

Fuerza de Cierre

Fuerza de Apertura

Características de diseño

Relación de Balanceo

•

Un Sello No - Balanceado

Ac A

c

FFcc

A A0 o

Características de diseño

•

Relación de Balanceo Un Sello Balanceado

AA c c

A0o

Características de diseño

•

Relación de Balanceo

Los sellos de fuelle metálico se definen como intrínsecamente balanceados a bajas presiones. La relación de balanceo se incrementa a mayores presiones.

Relación de Balanceo < 1

Línea de Balanceo a cero presión.

Características de diseño Cabezal rotativo Vs. asiento rotativo Asiento rotativo: •Opera a mayor velocidad periférica. •Los resortes o fuelles son estacionarios •Aceptan cierto ángulo entre la cara de la caja de sello y el eje. •Posibilidad de resortes protegidos. •Menos sensibles a esfuerzos de cañerías.

Cabezal rotativo: • Los resortes o fuelle giran con el eje. •Velocidad periférica limitada a 23 m/seg •El eje y la cara de la caja de sello deben ser perpendiculares. •Fretting corrosion (corrosión por frotamiento). •Desgaste de pines. •Sufre deflexión del eje.

Características de diseño

•

Dispositivos de Empuje –

Resorte Helicoidal

–

Múltiples Resortes Helicoidales

–

Fuelle

–

Resorte de Onda

Características de diseño Resorte Mono Resorte Helicoidal •Espiras con alambre de sección transversal grande más resistente al ataque por corrosión. •Carga No-Uniforme en las caras del sello. •Tendencia a dañarse por acción de la fuerza centrífuga. •Gran longitud axial.

Múltiples Resortes Helicoidales •Carga uniforme en las caras del sello. •Un mismo resorte puede usarse en diferentes tamaños de sellos. •Se puede aumentar o disminuir la carga. •Mejor resistencia a la fuerza centrífuga. •Pequeña sección del alambre incrementa la sensibilidad a la corrosión. •Se atasca fácilmente con líquidos muy viscosos y con partículas abrasivas.

Características de diseño – no empuje Sello con Fuelle Elastomérico

Sello con Fuelle de Teflón

Sello con Fuelle de Metal Soldado

Características de diseño Empuje vs. No-Empuje

El O-ring como sellante secundario debe deslizarse sobre el eje o camisa tanto como se desgasten las caras de contacto.

El fuelle como sellante secundario debe expanderse para compensar el desgaste de las caras de contacto.

Características de diseño Arreglos

•

Sencillo – –

•

Montado Internamente Montado Externamente

Múltiple Dual Presurizado Cara contra cara – Espalda contra espalda Dual No Presurizado – Tándem –

Características de diseño

Sello simple interior •Montado interiomente. •Imnerso en el líquido. •La presión hidráulica en el diámetro mayor. •La presión atmosférica en el diámetro menor.

Sello simple exterior •Montado exteriormente. •Resortes protegidos. •La presión hidráulica en el diámetro menor. •La presión atmosférica en el diámetro mayor.

Sellos duales no presurizados

• • Fluido intermediario no presurizado (buffer). • Plan API 52. • Son dos sellos trabajando independientemente. • El sello primario trabaja con producto. • El sello secundario trabaja con fluido intermediario (buffer). • Cuando falla el sello primario se contamina el fluido intermediario. • Se usan cuando la contaminación de la atmósfera con producto es inaceptable. • La contaminación del producto con fluido barrera también es inaceptable.

Plan API 52

Fluido suministrado a baja presión

Sellos duales presurizados

• • Fluido intermediario presurizado (barrier). • Plan API 53 o 54. • Son dos sellos trabajando en conjunto, como uno solo. • Se usan con productos abrasivos, muy viscosos o no lubricantes. • También con productos que cambian de estado o muy tóxicos. • El fluido intermediario debe estar siempre a mayor presión que el producto. • Cuando falla el sello interno, ingresa fluido intermediario al producto. • La contaminación de la atmósfera con producto es inaceptable, pero el producto y el fluido barrera son compatibles.

Características de diseño – Arreglos múltiples

Arreglo espalda contra espalda “Back to back”

Arreglo cara contra cara “Face to face”

Importancia de la caja de empaquetaduras • Cámara

Temperatura cámara

chica convencional Temperatura caras de sello

Esta cámara de sello es la más común en la industria. El volumen de líquido en la cámara es pequeño, el flujo de circulación en general también es pequeño. La capacidad de evacuar calor es limitada. Observar que los ∆ de temperatura son importantes.

Importancia de la caja de empaquetaduras • Cámara

Temperatura cámara

grande Temperatura caras de sello

En esta cámara de sello se aumentó el diámetro, por lo tanto el volumen y la capacidad de refrigeración. Consecuentemente, el ∆ de temperatura en la cámara se reduce notablemente.

Importancia de la caja de empaquetaduras • Cámara

Temperatura cámara

cónica

Temperatura caras de sello

En la cámara cónica además de haberse aumentado el diámetro, y por lo tanto el volumen; se introdujo una forma cónica que favorece una circulación natural dentro de la cámara. El resultado es que el ∆ de temperatura en las caras del sello también se reduce.

Importancia de la caja de empaquetaduras

Esta es una cámara de sello cónica disponible en el mercado ANSI. Introducen aletas que evitan que el flujo se haga rotacional, aumentando el efecto refrigerante y autolimpiante. Cuando se provee esta cámara, se recomienda no instalar ningún plan de inyección.

Materiales CARBÓN: Es el nombre genérico dado al grafito, combinado con cokes, negro de humo y carbón natural. Estos materiales se mezclan y se moldean, para luego hornear a altas temperaturas. Al salir del horno las piezas quedan porosas, por este motivo es necesario impregnar. Hay distintos métodos de acuerdo con la aplicación: • Carbones impregnados con resinas fenólicas. • Carbones impregnados con antimonio o Babbit. • Carbones electrografitados.

CARBÓN

VENTAJAS

INCONVENIENTES

Excelentes propiedades lubricantes

Poca resistencia a la abrasión y a la cristalización

Capacidad de suprimir pequeñas imperfecciones geométricas

Posible ataque químico al aglomerante. En presencia de Nitratos y Cloratos también puede haber ataque al carbón

Buena resistencia química

Poca rigidez, se deforma bajo presiones elevadas

Buena resistencia a altas temperaturas

Hay procesos que no admiten partículas provenientes del carbón, como los sanitarios

250° C para carbones con impregnación con resina

Fragilidad

350° C para carbones con impregnación metálica

Baja condictividad térmica

450° C para carbones con impregnaciones especiales Buena resistencia a la compresión Bajo costo

Materiales Ni RESIST: Es el nombre genérico dado a ciertas aleaciones de Níquel y otros materiales.

NI RESIST

VENTAJAS

INCONVENIENTES

Solución económica

Malas propiedades mecánicas

Fácil de mecanizar

Pobre duración

Buena resistencia a la corrosión

Uso limitado a aplicaciones sencillas

Alta conductividad térmica Buenas propiedades lubricantes en régimen límite

Materiales CARBURO DE TUNGSTENO: Es un polvo de Carburo de Tungsteno que junto con un aglomerante se conforman por sinterizado. Se utiliza para las aplicaciones más severas.

CA RB URO DE T UNG S TE NO

VENTAJAS

INCONVENIENTES

Gran resistencia al desgaste

Uso limitado por los ácidos

Buena conductividad térmica

Elevada densidad, lo que complica su uso a velocidades elevadas

Alto módulo de elasticidad. Pocas distorsiones ante cargas elevadas.

Poca capacidad para trabajar en seco o con película límite, sobre todo cuando roza contra una cara del mismo material

Buena resistencia al choque, comparado con materiales no metálicos

Alto costo

Materiales CARBURO DE SILICIO: Hay dos familias de Carburos de Silicio, los obtenidos por Sinterizado Alfa y los obtenidos por Aglomerado por Reacción. • CSi Sinterizado Alfa: No contiene Silicio libre, se obtiene a partir de polvo de Silicio sinterizado a alta temperatura. Buena resistencia química pero menor tenacidad. Sus propiedades de rodaje son mejores que las del CTg, pero no tan buenas como las del CSi por reacción. • CSi Aglomerado por Reacción: Contiene Silicio libre. Tiene buenas cualidades de rodaje, pero es atacado por algunos ácidos y álcalis.

CARBURO DE SILICIO

VENTAJAS

INCONVENIENTES

Buena resistencia al desgaste y bajo coeficiente de rozamiento

Más frágil que el CTg

Muy buena condictividad térmica

Ciertas calidades son atacadas por los álcalis

Buena resistencia al choque térmico

Su uso trabajando contra sí mismo es limitado y puede generar mucho calor

Buena resistencia química

Poco resistente en tensión

Densidad más baja que el CTg Materia prima abundante

Estabilidad y Vida útil El factor PV El factor Presión/Velocidad es el producto de la presión a cerrar en bar por la velocidad tangencial en m/s, correspondiente al diámetro nominal de sello mecánico. El factor PV admisible depende de los siguientes parámetros: • La naturaleza del producto a sellar. • El tipo de sello mecánico. • Los materiales de fricción utilizados.

COMBINACIÓN DE MATERIALES DE CARAS ROZANTES

CARBÓN

CARBURO DE TUNGSTENO

Vs.

Vs.

PV = P (bar) x V (m/s) AGUA Y LÍQUIDOS ACUOSOS

OTROS LÍQUIDOS

BALANCEADO

NO BALANCEADO

BALANCEADO

NO BALANCEADO

Acero inoxidable

5

N/A

30

N/A

Ni Resist

23

85

52

580

Stellite

25

85

50

580

Alúmina

35

210

90

420

Oxido de Cromo

70

420

N/A

N/A

Carburo de Tungsteno

70

420

90

1220

Carburo de Silicio

90

630

90

1850

Carburo de Tungsteno

45

260

70

420

Carburo de Silicio

60

360

90

1050

Estabilidad y Vida útil

Estabilidad de la película lubricante Para garantizar una larga vida útil y evitar pérdidas, la película de líquido entre las caras debe ser constantemente estable. Si desapareciera daría lugar a un desgaste acelerado, produciendo fallas y pérdidas .

Elementos perturbadores de la estabilidad Modificación de las condiciones operativas. Es fundamental informar al fabricante las condiciones operativas para garantizar una buena selección; y consultarlo en caso de requerir modificaciones en el servicio.

Modificación de las condiciones operativas • Circulación (caudal, presión, temperatura) • Quench (fluido presión conexionado) • Venteo ( como puesta en marcha, etc)

Instalación de Sellos Mecánicos Análisis de Fallas Estadísticamente, la mayoría de las fallas en sellos mecánicos tienen su origen en problemas de bombeo o equipo, por ejemplo mal funcionamiento, vibraciones y excentricidad.

Funcionamiento Sobre muchos de estos problemas no tenemos control, por ejemplo; falta de instrumentos, termostatos, niveles bajos, etc. Las emisiones fugitivas a la atmósfera pueden producir corrosión, cristalización o solidificación. También puede haber errores humanos, que pueden corregirse con procedimientos y entrenamiento.

Desalineación La correcta alineación entre máquina conducida y conductora es fundamental. Una pequeña desalineación en la zona del acople resulta en importantes vibraciones axiales y radiales, que reducirán la vida útil de los cojinetes, pero antes de esto habrán acortado sensiblemente la vida útil del sello mecánico.

Excentricidad Mantener la excentricidad dentro de la tolerancia establecida por el fabricante garantiza que las caras del sello mecánico trabajen correctamente enfrentadas.

Instalación de Sellos Mecánicos

Alineación en caliente Es necesario verificar nuevamente la alineación una vez que el equipo haya alcanzado la temperatura de trabajo, esto es fundamental en servicios de alta temperatura.

Tensión debida a la tubería Antes de poner el servicio la bomba es conveniente desconectarla de las cañería y ver cuánto se desplazan respecto de su posición. Si fuera mucho, esas tensiones producen distorsiones en la bomba que pueden afectar la vida útil del sello.

Verificación de holgura radial y excentricidad del eje En la siguiente tabla se indican las verificaciones a realizar para garantizar una buena vida útil del sello mecánico.

Instalación de Sellos Mecánicos

El juego del cojinete axial y su alojamiento deben controlarse. La indicación total no debe superar 0.05 mm TIR.

La deflección radial nos indica el estado del rodamiento radial y su alojamiento. Si supera los 0.05 mm TIR debe investigarse a fondo.

La rectitud del eje debe controlarse rotándolo 360° y verificando que la indicación no supere los 0.05 mm TIR.

La perpendicularidad de la cara de la caja de empaquetaduras debe controlarse para evitar problemas con el sello mecánico. Si supera los 0.08 mm TIR investigue a fondo.

La concentricidad de la caja de empaquetaduras y el eje se deben controlar también. Si supera los 0.05 mm TIR revise la concentricidad de todo el soporte de cojinetes.

Sellos mecánicos Problemas de montaje comunes Problemas particulares de los sellos básicos. • El sello opera con un “tiro” incorrecto, causando que las caras se abran o que se recaliente. • En una bomba de impulsor abierto, se ajustó la luz del impulsor después de haber instalado el sello. • La camisa del eje se movió cuando se ajustó el impulsor. • La cota de instalación se midió incorrectamente. • No se hizo bien la marca de referencia o no se leyó bien. • Se modificó la bomba y no se revisó la cota de instalación. • Se midió la cota de instalación desde una referencia incorrecta. El lugar más seguro es el tope de la caja de empaquetaduras. • Se modificó el espesor de la junta de la brida. • Se midió con un instrumento inadecuado. • No se tuvo en cuenta el crecimiento térmico al determinar la cota de montaje. • La bomba tiene cojinetes que permiten mucho movimiento axial. • Se modificó el sello y la dimensión axial quedó diferente. • La camisa del eje o la junta estática está dañada. Esto produce pérdidas entre la junta y la camisa, o entre la camisa y el eje. Este problema es común en las transformaciones de empaquetadura a sello. Hay varios productos que se pueden usar para reparar la superficie donde trabaja la junta. • Las caras del sello no son planas. • El sello se cayó accidentalmente y nadie lo reportó. • Un ajuste excesivo de la cara estacionaria contra la caja de empaquetaduras hará que ésta se distorsione. • Las caras fueron lapeadas a temperatura ambiente, pero al funcionar en servicio criogénico se distorsionan.

Sellos mecánicos Problemas de montaje comunes Problemas particulares de los sellos básicos. • Una línea de recirculación está dirigida hacia las caras del sello. La alta velocidad de circulación puede hacer que el sello vibre. Esta es particularmente dañino en sellos tipo fuelle. • Una junta o un accesorio colocado en la caja de empaquetadura puede interferir con las partes rotantes. • La cara estacionaria no está concéntrica con el eje. • El movimiento radial del eje puede hacer que las caras del sello se separen si éstas no son lo suficientemente anchas (tracking). En algunos casos la cara estacionaria puede llegar a romperse al hacer contacto con el eje oscilante. • La cara estacionaria fue montada al revés y el sello no está trabajando contra una cara lapeada. • El sello se fijó a un eje cuya superficie había sido endurecida. • Los gusanos de fijación normalmente son de acero inoxidable, que son muy buenos para la corrosión pero son bastante blandos y se pueden aflojar. • Muchas camisas diseñadas para empaquetadura fueron endurecidas para resistir el desgaste. • El “O” ring fue ubicado en una parte desgastada del eje o camisa. • Al montar el sello se usó un lubricante para el “O” ring que no era compatible con su composición y fue atacado. • Cualquier lubricante derivado del petróleo dañará los “O” rings de etileno propileno (EPR). Esta falla ocurrirá en menos de cinco días. • Las caras del sello fueron lubricadas y luego puesto en un servicio criogénico. El lubricante se congelará. • La aplicación requiere de algún plan de inyección y la conexión no se ha realizado. Si la conexión está hecha, verifique esté correcta. Suelen confundirse entradas con salidas.

Sellos mecánicos Problemas de montaje comunes Problemas comunes a los sellos básicos y cartucho. • Asegúrese que todos los planes de inyección estén conectados en sus respectivos orificios. •El eje o la camisa no tienen la tolerancia especificada. Los sellos básicos son muy sensibles a las variaciones en el diámetro y terminación de la camisa o el eje. Los sellos cartucho, por tener su propia camisa, habitualmente con dos juntas, son menos sensibles a estas variaciones. • El venteo es importante, sobre todo en bombas verticales. En las horizontales generalmente está hecho sobre la brida del sello. • Si la camisa del eje fue removida para dar más espacio al sello, tener en cuenta lo siguiente: La camisa suele determinar la posición del impulsor. La camisa brinda protección contra la corrosión, verificar si el material del eje resiste el líquido. • La cara estacionaria no es perpendicular al eje en una aplicación tipo cabezal rotativo. Esto causará vibraciones axiales en los componentes rotantes del sello. Este problema se elimina frenteando la cara de la caja de empaquetaduras donde se apoya la brida del sello. • Los sellos del tipo cabezal estacionario, que tienen sus partes flexibles solidarias a la brida, son auto alineantes y no sufren este problema. • La cara estacionaria no está concéntrica con el eje. • Muchos sellos cartucho tienen dispositivos de centrado para resolver este problema. Las bridas con ojales deben tener algún dispositivo que asegure el centrado. • En los sellos cartucho, si no se consigue un buen centrado, o se trabaja con un eje doblado, o un eje muy flexible con desbalanceo; se puede producir un efecto de bombeo que puede hacer trabajar al revés al reservorio. Esto puede generar sobrecalentamientos. • Las conexiones API de inyección, quench, venteo y drenaje son fáciles de confundir. Verifique varias veces que estén bien conectadas.

Sellos mecánicos Problemas de montaje comunes Problemas comunes a los sellos básicos y cartucho. • Si hay sólidos en suspensión es conveniente hacer una conexión entre el fondo de la caja de empaquetaduras y la succión de la bomba. Esto la mantendrá limpia. Si el líquido está cercano al punto de vaporización, utilice un plan de inyección desde la descarga. • Los puntos de inyección de la brida están maquinados fuera de centro. La rotación del eje puede ayudar u obstaculizar la distribución de la inyección. • La llave Allen que normalmente se usa para ajustar los gusanos tiene la cabeza redondeada y no es capaz de transmitir el torque necesario. • Los gusanos fueron torqueados en exceso y se “limpiaron” las roscas. • El eje fue remecanizado a un diámetro menor para acomodar a un sello de menor diámetro, o para efectuar una reparación. En ambos casos se compromete su rigidez, resultando en un L3/D4 más alto. • Excesivas deposiciones de coque u otros sedimentos en las partes estacionarias pueden hacer fallar los resortes, ante eventuales contactos. También se observará desgaste por arrastre. • En conversiones a sello de bombas de doble soporte, es común que la posición del impulsor esté dada por camisas. Estas camisas pueden no tener junta con el impulsor, esto podría permitir pérdidas entre la camisa y el eje

Sellos mecánicos Principales causas de falla Mucho calor en los sellos mecánicos puede ocasionar serios problemas: •El elastómero puede dañarse. •Las caras del sello pueden dañarse. •Las caras de carbón pueden picarse con la expansión del aire atrapado, o por carbonización del producto haciendo expulsar partículas de la cara de carbón. •El compuesto de impregnación del carbón puede oxidarse a elevadas temperaturas. •Hay dimensiones críticas que pueden cambiar haciendo que las caras pierdan planitud, lo que causará emisiones fugitivas. •El producto puede cambiar de estado, resultando en vaporización, cristalización, cambio de viscosidad, solidificación, formación de una película adherente sobre las caras del sello y carbonización o coquificado. •La corrosión siempre es más severa con el incremento de temperatura. •Algunos problemas de calor no están relacionados con el diseño del sello ni con su instalación: Una camisa de calefacción o refrigeración deficiente. Incrustaciones de calcio u otros productos similares en las paredes de la camisa seguramente interferirán la transferencia de calor. El líquido refrigerante puede estar circulando a mucha velocidad por la camisa. No se instaló un buje garganta o está desgastado. Si se usa vapor como refrigerante, puede estar a mucha presión. El fluido no está confinado en la caja de empaquetaduras. Hay fuerte recirculación. •La luz entre el diámetro exterior del sello y la caja de empaquetaduras no es suficiente. •El material del eje conduce mucho calor del fluido al “O” ring de la camisa del sello. El acero al carbono tiene una conductibilidad térmica superior a la del acero inoxidable. •Alguno de los servicios del sello está cerrado.

Sellos mecánicos Problemas de montaje comunes • El producto tiene bajo calor específico y

mala conductibilidad térmica. El aceite es un buen

ejemplo. •Los sellos no balanceados generan más calor que los balanceados. •Dos caras duras generan más calor que una cara dura y otra de carbón grafito. •El carburo de Silicio y de Tungsteno disipan calor mucho mejor que el carbón o la cerámica. •La ubicación y tipo de elastómero son cruciales en aplicaciones de alta temperatura. •Los sistemas de fluido barrera por convección no son tan eficientes como los que tienen anillo de bombeo, cuando el líquido barrera es viscoso es mandatorio el uso de anillo de bombeo. Algunas de las siguientes recomendaciones importantes: •Al deslizar un sello cartucho sobre el eje se debe tener cuidado de no comprimir de más los resortes. El uso de trabas espaciadoras antes de bloquear la camisa es indispensable. •Cuando se regula la luz del impulsor en una bomba tipo ANSI, recuerde que debe aflojar el bloqueo al eje, colocar las trabas espaciadoras y una vez efectuada la regulación; volver quitar las trabas y ajustar los gusanos de bloqueo. •Los servicios con alta presión, o el golpe de ariete pueden mover los gusanos de bloqueo, resultando en una sobre compresión del sello. •En una bomba ANSI, asegúrese de ajustar correctamente las tuercas de bloqueo luego de haber regulado la luz del impulsor. •La principal ventaja de un sello cartucho es que no hace falta medir cotas al instalarlo, porque las trabas se encargan de esto. Asegúrese de que estén colocadas al montar el sello, y que fueron removidas antes de arrancar la bomba.

Análisis de fallas PATRÓN DE CONTACTO COMPLETO Patrón de contacto típico y deseado para un sello mecánico. Contacto completo en ambas caras en los 360°. Poco o ningún desgaste en las caras. Síntoma: Gotea en forma sostenida con el eje estacionario o rotando. Causas posibles: Juntas dañadas durante la instalación o por ataque químico. “O” Rings no comprimidos. Soluciones: Reemplazar juntas. Verificar alojamiento de juntas. Eliminar filos en el eje. Verificar correcta selección del material de las juntas.

Análisis de fallas PATRÓN DE CONTACTO CÓNICO NEGATIVO Patrón de fuerte contacto en el diámetro exterior del asiento. Se desvanece hasta desaparecer en el diámetro interno. Posibles desprendimientos en el diámetro interno del aro primario. Síntoma: No gotea a altas presiones, sí lo hace a bajas presiones. Causas posibles: Caras fuera de planitud debido a la presión, o por incorrecto lapeado. Soluciones: Verifique que el sello sea adecuado para la presión de trabajo. Verifique la planitud de las partes lapeadas.

Análisis de fallas PATRÓN DE CONTACTO CÓNICO POSITIVO Patrón de fuerte contacto en el diámetro interior del asiente, que se desvanece hacia el diámetro exterior. Posibles desprendimientos en el diámetro interior del aro primario. Síntoma: Gotea en forma sostenida con el eje rotando, puede no perder con el eje estacionario. Causas posibles: Distorsión térmica en las caras, o incorrecto lapeado. Soluciones: Mejorar la refrigeración. Consultar al fabricante por la combinación de materiales. Verificar planitud de las partes lapeadas.

Análisis de fallas PATRÓN DE DISTORSIÓN MECÁNICA Dos puntos de fuerte contacto en el asiento, que se reduce entre las áreas de contacto. Patrón de contacto en los 360°del aro primario. Síntoma: Gotea en forma sostenida con el eje estacionario o rotando. Causas posibles: Distorsión mecánica. Caras no planas. Soluciones: Verificar distorsión de la brida y torqueado de la misma. Verificar planitud de las partes que sostienen al asiento. Verificar que no haya golpes ni filos en el apoyo del asiento. Verificar planitud de la caja de sello en bombas horizontalmente partidas.

Análisis de fallas PATRÓN DE DISTORSIÓN MECÁNICA Patrón de contacto desparejo en el asiento, que se reduce entre las áreas de contacto. Patrón de contacto en los 360°del aro primario. Síntoma: Gotea en forma sostenida con el eje estacionario o rotando. Causas posibles: Distorsión mecánica. Caras no planas. Soluciones: Verificar distorsión de la brida y torqueado de la misma. Verificar la presión en la cámara del sello. Verificar planitud de la caja de sello. Verificar que no haya golpes ni filos en el apoyo del asiento.

Análisis de fallas PATRÓN DE DISTORSIÓN MECÁNICA Patrón de contacto desparejo en el asiento, Se alternan zonas de contacto y de no contacto. Patrón de contacto en los 360°del aro primario. Síntoma: Gotea en forma sostenida con el eje estacionario o rotando. Causas posibles: Distorsión mecánica por tensión de apriete. Caras no planas. Soluciones: Verificar distorsión de la brida y torqueado de la misma. Cambiar la junta de la brida por otra más blanda. Ubicar la junta de brida por encina del diámetro de los espárragos, para evitar flexión de la misma.

Análisis de fallas PATRÓN DE FUERTE DESGASTE O SOBRECALENTAMIENTO Fuerte contacto en el asiento o superficie sobrecalentada en los 360°. Fuerte desgaste en el aro primario con depósitos de carbón del lado atmosférico. Posibles desprendimientos. Síntoma: Gotea en forma sostenida con el eje estacionario o rotando. Sonido de evaporación. Causas posibles: El líquido se vaporiza entre las caras. Sobrecarga en las caras. Soluciones: Verificar presión de la caja y la presión de vapor del líquido. Verificar la cota de instalación del sello. Verificar la luz entre el eje y el asiento. Revisar sistema de refrigeración, incrementar caudal. Revisar selección del sello. Adoptar brida multi-port.

Análisis de fallas PATRÓN DE SOBRECALENTAMIENTO PUNTUAL Superficie sobrecalentada en 1/3 del asiento. Area de sobrecalentamiento a 180°del Flush. Fuerte desgaste en el aro primario con depósitos de carbón del lado atmosférico. Posibles desprendimientos. Síntoma: Gotea en forma sostenida con el eje estacionario o rotando. Sonido de evaporación. Causas posibles: El líquido se vaporiza a 180°del flush. Sobrecarga en las caras. Distribución incorrecta del Flush. Soluciones: Verificar presión de la caja y la presión de vapor del líquido. Verificar la cota de instalación del sello. Verificar la luz entre el eje y el asiento. Revisar sistema de refrigeración, incrementar caudal. Revisar selección del sello. Adoptar brida multi-port.

Análisis de fallas PATRÓN DE VARIOS SOBRECALENTAMIENTOS PUNTUALES Uno o más puntos de sobrecalentamiento en el asiento. Fuerte desgaste en el aro primario con depósitos de carbón del lado atmosférico. Posibles desprendimientos. Suele ocurrir con líquidos de baja densidad a alteas velocidades y presiones. Síntoma: Gotea en forma sostenida con el eje estacionario o rotando. Sonido de evaporación. Causas posibles: El líquido se vaporiza entre las caras. Sobrecarga en las caras. Distribución incorrecta del Flush. Soluciones: Verificar presión de la caja y la presión de vapor del líquido. Verificar la cota de instalación del sello. Verificar la luz entre el eje y el asiento. Revisar sistema de refrigeración, incrementar caudal. Adoptar brida multi-port. Revisar selección del sello. Verificar distorsión del asiento.

Análisis de fallas PATRÓN DE FUERTE DESGASTE Fuerte desgaste en el asiento. El anillo primario produce una canaleta en el asiento en los 360°. Síntoma: Gotea en forma sostenida con el eje estacionario o rotando. Sonido de evaporación. Causas posibles: Poca lubricación entre las caras, es común con ambas caras duras. Abrasivos embebidos en el aro primario. Soluciones: Aumentar la refrigeración. Lapear el carbón sin utilizar abrasivos. Verificar sólidos en suspensión. Verificar luz de buje garganta.

Análisis de fallas PATRÓN DE FUERA DE PERPENDICULARIDAD La huella sobre el asiento es algo más ancha que el aro primario, en los 360°. Puede haber un mayor contacto en el lado opuesto al pin antigiro. Síntoma: No gotea con el eje estacionario. Lo hace cuando gira. Causas posibles: Las superficies no son perpendiculares al eje. Soluciones: Verificar la planitud de la superficie donde se apoya el asiento, no debe haber marcas ni abolladuras. Verificar la longitud del pin-anti giro Verificar perpendicularidad entre el eje y la caja del sello. Verificar tensiones provocadas por cañerías.

Análisis de fallas PATRÓN DE CONTACTO ANCHO El ancho de la huella sobre el asiento es considerablemente más ancho que el del aro primario, en los 360°. Síntoma: No gotea con el eje estacionario. Lo hace cuando gira. Causas posibles: Rodamientos gastados. Deflexión del eje. Soluciones: Verificar o reemplazar rodamientos. Verificar el punto de operación del equipo. Verificar si el eje está doblado. Verificar alineación del equipo. Verificar tensiones debidas a cañerías.

Análisis de fallas PATRÓN DE CONTACTO EXCÉNTRICO Patrón de contacto excéntrico en el asiento en los 360°, con el mismo ancho que el aro rotativo. No hay pérdida si el asiento no hace contacto con el eje. Síntoma: Si el asiento se dañó, gotea en forma sostenida con el eje estacionario o rotando. Causas posibles: Desalineación del asiento. Soluciones: Verificar la luz entre la brida y la caja del sello. Verificar el diseño y luz del asiento. Verificar concentricidad entre eje y caja de sello.

Análisis de fallas

Análisis de fallas

Análisis de fallas

Condiciones de operación Vs. esfuerzos mecánicos. VÁLVULA CERRADA: • Muy alta vibración. Gran generación de calor. •Eficiencia nula. Total desperdicio de energía • Muy alta carga radial (excepto doble voluta) deflexión • EL SELLO PUEDE FALLAR EN MINUTOS. CAUDAL ENTRE 0 Y 40% DEL B.E.P.: • Alta vibración • Baja eficiencia. Gran desperdicio de energía • Alta carga radial y deflexión. • CORTA VIDA ÚTIL PARA EL SELLO Y LA BOMBA CAUDAL ENTRE 40% Y 110% DEL B.E.P.: • Mínima vibración • Máximo aprovechamiento de energía • Carga radial mínima • MÁXIMA VIDA ÚTIL DE SELLO Y BOMBA CAUDAL MAYOR AL 110% DEL B.E.P.: • Muy altas vibraciones • Altas cargas radiales • Baja eficiencia y alto consumo de energía • CORTA VIDA ÚTIL PARA SELLO, BOMBA Y MOTOR

ENERGÍA MECÁNICA

BOMBA CENTRÍFUGA

ENERGÍA MECÁNICA

BOMBA CENTRÍFUGA

PÉRDIDAS

ENERÍA HIDRÁULICA PÉRDIDAS

ENERGÍA MECÁNICA

BOMBA CENTRÍFUGA

ENERÍA HIDRÁULICA PÉRDIDAS

ENERGÍA MECÁNICA

BOMBA CENTRÍFUGA

ENERÍA HIDRÁULICA

PÉRDIDAS

John Crane Argentina BOMBAS CENTRÍFUGAS CURSO DE CAPACITACIÓN – MÓDULO 7 TEMAS A DESARROLLAR EN ESTE MODULO

Distintos planes de inyección. Su aplicación. Cuidados particulares de cada uno. Nuevos planes de inyección

Ing. Hugo Ricardo Cifuente

Planes de inyección

Los planes de inyección se utilizan para controlar la temperatura, presión y limpieza del producto en las proximidades del sello. También para prevenir posibles cambios de estado del producto que podrían afectar el funcionamiento del sello. Estos planes incluyen flushing, quenching, calentamiento, enfriamiento, venteo, etc. Son sistemas complejos, es vital observar las indicaciones del fabricante respecto de: - Ubicación del reservorio. - Función de cada orificio. - Posición de las válvulas para funcionamiento y parada.

Planes de inyección Plan 01 Plan API 01: Recirculación interna desde la descarga de la bomba hasta la caja del sello.

• Refrigera el sello. • Ventea el vapor de la caja de sello • Incrementa ligeramente la presión, previniendo vaporización. • Puede causar erosión si el líquido tiene sólidos. • Rara vez se puede modificar caudal.

Planes de inyección Plan 02 Plan API 02: Conexión de circulación taponada, uso de Chaqueta de enfriamiento en la brida del sello y la caja de estopas opcionalmente.

Planes de inyección Plan 11 Plan API 11: Circulación desde la descarga de la bomba hasta la conexión en la brida pasando a través de una placa orificio.

• Refrigera el sello. • Ventea el vapor de la caja de sello • Incrementa ligeramente la presión, previniendo vaporización. • Puede causar erosión si el líquido tiene sólidos. • Cambiando la placa orificio se puede modificar caudal.

Planes de inyección Plan 12 Plan API 12: Circulación desde la descarga de la bomba hasta la conexión en la brida pasando a través de un filtro y una placa orificio.

• Plan API 11 + filtro.

Planes de inyección Plan 13 Plan API 13: Circulación desde la caja de sellado a través de una placa orificio, hasta la succión de la bomba.

A la succión de la bomba • Refrigera el sello. • Ventea el vapor de la caja de sello. • Baja ligeramente la presión. • Ayuda a mantener limpio el sello.

Planes de inyección Plan 14 Plan API 14: Circulación desde la descarga de la bomba hasta la conexión interna de la caja pasando a través de una placa orificio. Al mismo tiempo que circula el producto desde la caja de sellado hasta la succión de la bomba. A la succión Desde la descarga

FI

• Plan API 11 + plan API 13.

FO Q/D

Planes de inyección Plan 21 Plan API 21: Circulación desde la descarga de la bomba hasta la conexión en la brida pasando a través de una placa orificio y un intercambiador de calor.

• Es efectivo, pero no el más eficiente. • El caudal de inyección se regula con el buje garganta y placa orificio. • Debe haber una buena diferencia de presiones.

Planes de inyección Plan 22 Plan API 22: Circulación desde la descarga de la bomba hasta la conexión en la brida pasando a través de un filtro, una placa orificio y un intercambiador de calor.

• Plan API 21 + filtro.

Planes de inyección Plan 23 Plan API 23: Circulación forzada por un anillo de bombeo desde la caja de sellado pasando por un intercambiador de calor retornando a la caja del sello.

• Efectivo para mantener controlada la vaporización. • Utiliza un anillo de bombeo y buje garganta. • El intercambiador debe ventilarse. • La ubicación del recipiente y sus cañerías es crítica. • Es más eficiente que el plan 21.

Planes de inyección Plan 24 Plan API 24: Circulación desde la descarga de la bomba pasando por una placa orificio y un intercambiador de calor hasta la conexión en la brida para luego salir desde la caja de sellado hasta la succión de la bomba. Desde la descarga

A la succión

FO TI

• Efectivo para mantener controlada la vaporización. • No necesita anillo de bombeo.

FI

Q/D

Planes de inyección Plan 31 Plan API 31: Circulación desde la descarga de la bomba pasando a través de un separador ciclónico hasta la conexión en la brida. El fluido con sólidos es devuelto a la succión de la bomba.

• Eficiente en un rango limitado de densidades y dimensiones de sólidos. • Tiende a obstruirse. • El ciclón se erosiona.

Planes de inyección Plan 32 Plan API 32: Inyección desde fuente externa de fluido limpio y compatible con el producto bombeado a una presión de 30psi (2Bar) sobre la presión de la caja de sellado.

Por el vendedor

Por el comprador

• Permite trabajar al sello en un ambiente limpio. • La presión del fluido debe superar la de la caja del sello. • El fluido entra en el producto, por lo tanto debe ser compatible. • Si no es aceptable la mezcla de productos, adoptar plan 23.

Planes de inyección Plan 41 Plan API 41: Circulación desde la descarga de la bomba hasta la conexión en la brida pasando a través de un separador ciclónico y un intercambiador de calor.

• Plan API 31 + intercambiador de calor.

Planes de inyección Plan 51 Plan API 51: Columna estática de líquido anti-congelante a través de la conexión en la brida.

Planes de inyección Plan 52 Plan API 52: Circulación forzada por un anillo de bombeo, de líquido de barrera contenido en un reservorio no presurizado. PS

PI

Venteo Abierto (normalmente)

Cuando se especifique

FI

Reservorio

QO QI

• Son dos sellos trabajando independientemente. • El sello interior trabaja con producto. • El sello exterior trabaja con fluido barrera. • Cuando falla el sello interior se contamina el fluido intermediario. • La contaminación de la atmósfera con producto es inaceptable. • La contaminación del producto con fluido barrera también.

Planes de inyección Plan 53 Plan API 53: Circulación forzada por un anillo de bombeo, de líquido de barrera contenido en un reservorio presurizado. PS

Fuente Externa PI Presurizada

Cuando se especifique

Abierto (normalmente) FI

Reservorio

QO QI • Son dos sellos trabajando en conjunto, como uno solo. • Se usan con productos abrasivos, muy viscosos o no lubricantes. • También con productos que cambian de estado o muy tóxicos. • El fluido intermediario debe estar siempre a mayor presión que el producto. • Cuando falla el sello interno, se contamina el producto con fluido intermediario. • Se usan cuando la contaminación de la atmósfera con producto es inaceptable. • La contaminación del producto con fluido barrera es aceptable.

Planes de inyección Plan 54 Plan API 54: Inyección desde fuente externa de liquido de barrera presurizado.

BO BI

• Conceptualmente es igual que el plan 53. • No hay indicadores de nivel que delaten pérdidas del sello interno. • La contaminación del producto con fluido barrera es aceptable.

Planes de inyección Plan 61 Plan API 61: Conexiones de venteo y drenaje taponadas para ser utilizadas cuando el cliente lo requiera.

Planes de inyección Plan 62 Plan API 62: Conexiones de lavado y drenaje, para efectuar lavado con un fluido externo (vapor, agua, etc).

• El quench retira las deposiciones que puedan formarse. • Es importante mantener el caudal dentro de lo especificado. • Es necesario disponer de un elemento restrictor en la brida.

Planes de inyección Sellos de gas Opcional

Rotámetro

PS

Desde fuente externa presurizada

PI

Opcional Regulador

Filtro

FS

Al sello

Desde fuente externa presurizada

Planes de inyección Nuevos planes API 682

• Plan 53 – Son 3 arreglos: 53a – configuración tradicional 53b – acumulador de presión 53c – pistón regulador de presión

• Plan 72 – Arreglo 2 • Plan 74 – Arreglo 3 con sellos sin contacto • Plan 75 – Arreglo 2 • Plan 76 – Arreglo 2

Planes de inyección Plan 53 a Plan 53a (A.4.12) – Arreglo 3, Sellos Duales Presurizados – Ambos sellos trabajando con líquido barrera – Utiliza directamente el colchón nitrógeno para presurizar  Limita la máxima presión por la entrada de nitrógeno al líquido barrera.

Planes de inyección Plan 53 b Plan 53b (A.4.12)

– Arreglo 3, Sellos Duales Presurizados – Ambos sellos trabajando con líquido barrera – Utiliza un acumulador de presión de vejiga.

Planes de inyección Plan 53 b Plan 53b (A.4.12) • La vejiga evita el contacto entre el nitrógeno y el líquido barrera. • Permite aplicaciones de mayor presión • La Configuración Incluye:  Acumulator  Indicador de Presión  Presostato  Intercambiador de Calor

Planes de inyección Plan 53 b Plan 53b (A.4.12)

Planes de inyección Plan 53 c Plan 53c (A.4.12) – Arreglo 3, Sellos Duales Presurizados – Ambos sellos trabajando con líquido barrera – Utiliza un pistón para generar presión

Planes de inyección Plan 53 c Plan 53c (A.4.12) – El pistón elimina el contacto entre el nitrógeno y el líquido barrera – Permite aplicaciones de mayores presiones – El pistón provee presión con una relación de presiones constante de (1.1 a 1) – La configuración incluye:  Recipiente con pistón  Indicador de presión  Presostato  Intercambiador de calor  Interruptor de nivel

Planes de inyección Plan 53 c Plan 53c (A.4.12)

Planes de inyección Plan 72 Plan 72 (A.4.16) – Arreglo 2, Sellos Duales No Presurizados  Sello secundario trabaja en seco  Sello primario trabajando con líquido bombeado – Barrido de nitrógeno de baja presión  Diluye las pérdidas del sello primario a niveles inferiores  Barre las pérdidas del sello primario a un sistema de recoleción – Usado en conjunto con los Planes 75 ó 76

Planes de inyección Plan 72 Plan 72 (A.4.16)

Planes de inyección Plan 74 Plan 74 (A.4.17) – Arreglo 3, Sellos Duales Presurizados  Ambos sellos trabajan con nitrógeno – Barrera de Nitrógeno  25-30 PSI superior a la presión de cámara de sello  Cero emisiones – Esencialmente, es el panel de control del T2800

Planes de inyección Plan 74 Plan 74 (A.4.17)

Planes de inyección Plan 75 Plan 75 (A.4.18)

– Arreglo 2, Sellos Duales No Presurizados  El sello primario trabaja con el líquido bombeado.  El sello secundario trabaja seco. – Reservorio colector de condensado (8.6.5.2)  Se utiliza cuando las pérdidas del sello primario pueden condensarse – Puede usarse en combinación con el Plan 72

Planes de inyección Plan 75 Plan 75 (A.4.18)

Planes de inyección Plan 75 Plan 75 (A.4.18)

Planes de inyección Plan 76 Plan 76 (A.4.19) – Arreglo 2, Sellos Duales No Presurizados  El sello primario trabaja con el líquido bombeado.  El sello secundario trabaja seco – Pérdida del sello primario dirigido a sistema de venteo  Se utiliza cuando la pérdida del sello primario no se condensa  Esencialmente es el panel del 48SC – Puede usarse en combinación con el Plan 72

Planes de inyección Plan 76 Plan 76 (A.4.19)

John Crane Argentina BOMBAS CENTRÍFUGAS CURSO DE CAPACITACIÓN – MÓDULO 8 TEMAS A DESARROLLAR EN ESTE MODULO

Mantenimiento de bombas centrífugas. Causas de salida de servicio de una bomba. Documentación. Preventivo vs. predictivo. Comunicación. Circunstancias en las que se produjo la falla. Vibraciones. Revisión de las partes hidráulicas. Revisión de las partes mecánicas. Desarme e inspección. Armado. Algunos cuidados mínimos. ¿Modificación o bomba nueva? Equipos nuevos. Criterios de evaluación de alternativas. Puesta en marcha de equipos nuevos. Cómo armar un buen equipo de trabajo. Los siete pilares de la confiabilidad

Ing. Hugo Ricardo Cifuente

Mantenimiento de bombas centrífugas

¿CUÁL ES LA IMPORTANCIA DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS EN PLANTA? - HASTA EL 20% DEL COSTO TOTAL DE LOS EQUIPOS. - DESDE EL 40% HASTA EL 80% DEL COSTO DE MANTENIMIENTO. - HASTA EL 80% DEL CONSUMO DE POTENCIA.

Mantenimiento de bombas centrífugas

COSTOS DEL MANTENIMIENTO

COSTO TOTAL

COSTO ($)

PUNTO ÓPTIMO

COSTO DE FALLAS

COSTO DE MANTENIMIENTO

MTBF (tiempo)

COSTO TOTAL = COSTO MANTENIMIENTO + COSTO FALLAS MTBF = MEAN TIME BETWEEN FAILURE = TIEMPO MEDIO ENTRE FALLAS POBLACIÓN TOTAL DE BOMBAS (FUNCIONANDO O NO) MTBF =

FALLAS EN LOS ÚLTIMOS 12 MESES

Mantenimiento de bombas centrífugas

¿CUÁL ES EL OBJETIVO DEL MANTENIMIENTO? MEJORAR LA CONFIABILIDAD, PARA LOS CUAL DEBEREMOS: -

Diagnosticar los problemas existentes. Elegir las soluciones e implementarlas. Verificar los resultados. Internalizar los métodos y escribir procedimientos.

Mantenimiento de bombas centrífugas Tipos de mantenimiento posibles REACTIVO

Apagar incendios Si no se rompe, mejor no tocarlo

PREVENTIVO

Entrenamiento Verificación de equipos Ajuste de luces Normas Documentación Programa de lubricación

PREDICTIVO

Medición de vibraciones Análisis de lubricante Cámaras infrarrojas Análisis de fallas

PROACTIVO

Mantenimiento previo a la falla Elegir el momento menos costoso para intervenir Participación del personal

CONFIABILIDAD TOTAL

PREVENTIVO + PREDICTIVO + PROACTIVO Mediciones e indicadores Objetivos de mejora Compromiso del personal

Mantenimiento de bombas centrífugas

CAUSAS DE SALIDA DE SERVICIO EN BOMBAS CENTRÍFUGAS

COJINETES 10%

JUNTAS ESTÁTICAS 9%

CONDICIONES OPERATIVAS ACOPLE 3% 2%

SELLO O EMPAQUETADURA 69%

OTRAS 7%

Mantenimiento de bombas centrífugas

CAUSAS DE FALLA EN SELLOS MECÁNICOS

DISEÑO 19% MECÁNICA 24%

VARIOS 8% COMPONENTES DEL SELLO 9%

OPERACIONAL 40%

Mantenimiento de bombas centrífugas

DISTRIBUCIÓN DE FALLAS HUMANAS

IGNORAR PROCEDIMIENTOS 16% ENTRENAMIENTO 18%

COMUNICACIÓN SUPERVISIÓN 6% 3% POLÍTICAS 2% OTROS 12%

PROCEDIMIENTO O DOCUMENTACIÓN 43%

Mantenimiento de bombas centrífugas Documentación


Especificaciones y manuales de equipos.




Guías para aplicación y selección de equipos nuevos.




Procedimientos para diseño de sistemas (cañerías , fundaciones, soportes).




Normas o procedimientos para instalación de equipos.




Procedimientos para operación de equipos: Arranque inicial. Operación normal. Operación temporal. Parada de emergencia. Operación de emergencia. Parada normal. Arranque normal.




Procedimiento de mantenimiento preventivo o predictivo.




Guía para la reparación de equipos.




Requerimientos de entrenamiento para personal de operación y mantenimiento.




Procedimiento para cambiar procedimientos.

Mantenimiento de bombas centrífugas Circunstancias en las que se produjo la falla Conocer las circunstancias en que falló el equipo nos puede ahorrar mucho tiempo de “ingeniería forense” y hacernos llegar directamente al problema Dijimos que para mejorar la confiabilidad total deberemos: -

Diagnosticar los problemas existentes. Elegir las soluciones e implementarlas. Verificar los resultados. Internalizar los métodos y escribir procedimientos.

Para efectuar un buen diagnóstico, utilizaremos la herramientas típicas del mantenimiento predictivo: - Medición de vibraciones - Análisis de lubricante - Cámaras infrarrojas - Análisis de fallas Y otras herramientas que habitualmente están disponibles: - Diagramas de variables tales como caudal, presión, potencia consumida. - Una buena relación personal con la gente de Operaciones.

Mantenimiento de bombas centrífugas Vibraciones Por lo menos seis componentes son seriamente afectados por las vibraciones: •La vida del sello mecánico está relacionada directamente con el movimiento del eje. Las vibraciones pueden hacer que se abran las caras del sello y que se dañe la cara de carbón. Los pines se desgastarán y los fuelles se fatigarán. En algunos casos, el movimiento del eje puede hacer que haya interferencia mecánica entre componentes rotatorios del sello y la cubierta trasera. Si hay sólidos en suspensión, las vibraciones ayudarán a que las partículas abrasivas se filtren entre las caras. También podrán aflojar los gusanos de retención del sello o camisa, perdiéndose el “tiro” del sello. •La empaquetadura es sensible al movimiento radial del eje. Las pérdidas aumentarán y el desgaste en la camisa será excesivo, y se hará necesario colocar inyección de líquido para compensar el incremento de temperatura generada por la alta fricción •Los rodamientos se diseñan para soportar cargas radiales y axiales, pero no para las cargas de impacto que producen las vibraciones. •Dimensiones y tolerancias críticas como la luz de los anillos de desgaste, afectarse por las vibraciones.

o la luz del impulsor pueden

•Las vibraciones pueden dañar impulsores, anillos de desgaste, bujes garganta, por dar tres ejemplos. •Los retenes y sellos de cojinetes son muy sensibles a los movimientos radiales del eje. En el caso de los retenes, el desgaste del eje será mas rápido y los retenes durarán menos de las 2000 horas que se pueden esperar de ellos. Los sellos laberínticos operan con muy poca luz, los movimientos radiales excesivos pueden afectar estas luces también. •Tanto en la bomba como en el motor se pueden aflojar los tornillos de sujeción.

Mantenimiento de bombas centrífugas Vibraciones Causas mecánicas de vibraciones: •Componentes rotativos desbalanceados. •Eje torcido. •Bomba y motor desalineados. •Esfuerzos de cañerías. Por diseño o como resultado de crecimiento térmico. •La masa de la fundación de la bomba es muy pequeña. •Piezas que se frotan. •Rodamientos desgastados o flojos. •Tornillos de anclaje flojos. •Producto adherido a un componente rotante. •Partes dañadas o sueltas. Causas hidráulicas de vibraciones: •Operar fuera del punto de máxima eficiencia (BEP). •Vaporización del líquido. •Síndrome del álabe pasante. •Ingreso de aire por un vórtice o falta de estanqueidad. •Flujo turbulento. •Golpe de ariete. Otras causas de vibración: •Vibraciones armónicas de equipos vecinos. •Operar la bomba cerca de la velocidad crítica. •Vibraciones por tendencia al “agarre” de las caras del sello. •Una línea de inyección desde la descarga, cerca de las caras del sello.

Mantenimiento de bombas centrífugas Vibraciones Soluciones para los problemas mecánicos: •Balancear todo el equipo rotativo. El balanceo es un problema serio cuando hay sólidos abrasivos en el líquido, ya que el desgaste acelerado elimina el balanceo, generalmente antes de llegar a final de la vida útil del impulsor. •Los ejes doblados también son un problema. Enderezarlos es posible, pero no sencillo; por eso se recomienda reemplazarlos si falla el segundo intento de enderezar. •Haga una alineación entre bomba y motor, preferentemente con equipo láser o con el método de la lectura recíproca. Si es posible, adoptar una brida "C" o "D" . •Siga las siguientes recomendaciones concernientes a las cañerías: •Si hay esfuerzos debidos al crecimiento térmico de la cañería de succión, un diseño soportado en la línea central será la mejor opción. Si la temperatura de bombeo supera los 100°C es particularmente recomendable. •Respete una distancia de 10 diámetros desde la succión hasta el primer accesorio. •Codos, Tes y otros accesorios deben instalarse en un ángulo recto respecto del eje de la bomba, pero no sobre el plano horizontal. Esto es muy importante en bombas de doble succión, porque podría causar esfuerzos desbalanceados en el sentido axial de la bomba. •Los soportes de las cañerías se deben instalar a distancias desiguales. •Use muchos soportes para las cañerías. •Use muchas juntas de expansión y omegas. •Una vez instalada la cañería, desvincúlela de la bomba para verificar que no haya esfuerzos sobre ella. •Siga las indicaciones "Hydraulic Institute Manual" para la instalar varias bombas en una misma pileta.

Mantenimiento de bombas centrífugas Vibraciones Soluciones para los problemas mecánicos: •La masa de la fundación debe ser entre 5 y 10 veces mayor que la masa de los equipos instalados en ella. •La fundación debe ser unos 75 mm más ancha que la base en todo el perímetro, para potencias de hasta 500 HP; y 150 mm más ancha para potencias mayores. •Líneas imaginarias proyectadas desde el eje, con un ángulo de 30° deben pasar por la base y no por sus costados. •El acero inoxidable crece a razón de 0,001 mm/mm/50°C. Este crecimiento puede hacer que la luz del impulsor respecto de la voluta desaparezca, o hacer que los anillos de desgaste se engranen. En aceros al carbono el crecimiento es un 30% inferior. •Cada vez que el eje se desplaza, existe riesgo de contacto entre partes rotantes y estacionarias. Asegúrese de que las tolerancias tengan considerado el crecimiento térmico. •Mantenga el lubricante libre de contaminantes y sea muy ciudadoso durante el montaje de los rodamientos.

Mantenimiento de bombas centrífugas Vibraciones Soluciones a los problemas hidráulicos: •Puede acercarse al punto de máxima eficiencia de la bomba (BEP) ajustando el diámetro del impulsor, o modificando el perfil de los álabes. Si esto no es posible, deberá adoptar soluciones para mejorar la rigidez del eje, bajando la relación L3/D4 . Esto puede ser pasando de un eje con camisa a uno sólido o cambiando el extremo de potencia por uno más rígido. En ambos casos, siempre es recomendable que el sello mecánico sea ubicado lo más cerca que sea posible de los cojinetes. •Asegúrese de tener suficiente ANPA-D para las condiciones operativas de su bomba. Si no es suficiente, puede adoptar un inductor, o una bomba sobrealimentadora. Esto se desarrolla en un capítulo aparte. •Un impulsor a diámetro máximo puede ser un problema. En diámetros de hasta 355 mm se recomienda una luz del 4% del diámetro; y para diámetros mayores del 6%. •Los problemas de recirculación interna se resuelven ajustando la luz del impulsor, en bombas ANSI; o reemplazando anillos de desgaste en impulsores cerrados. •El ingreso de aire se produce a través de válvulas, bridas y todo sitio donde haya una junta, pero el lugar más común es la caja de empaquetaduras. La solución más simple es adoptar un sello mecánico. Si el ingreso de aire es a través de vórtices, verifique que el diseño de la pileta esté de acuerdo con las recomendaciones del "Hydraulic Institute Manual". •Es una buena práctica usar una cañería de succión una medida mayor que la de la bomba, y colocar un reductor que no sea concéntrico, obviamente hacia abajo.

Mantenimiento de bombas centrífugas Vibraciones Soluciones para otras fuentes de vibración: •La bomba o uno de sus componentes vibra con una frecuencia armónica de algún equipo vecino. Usar aislantes de vibraciones es la solución más sencilla. En algunos sellos tipo fuelle se presenta este problema, porque no tienen partes de elastómeros que puedan absorber vibraciones. •Las velocidades críticas rara vez son un problema, a menos que se trabaje con velocidades variables. En este caso, si no se puede modificar la velocidad, es posible cambiar el diámetro de impulsor y así poder evitar una velocidad próxima a la crítica. •Con los sellos mecánicos que trabajan con pobre lubricación, hay que adoptar diseños con “O” rings, que son amortiguadores naturales de vibración. Si por alguna razón se deben instalar sellos tipo fuelle, deben acompañar de arandelas elásticas que absoban las vibraciones. •Los planes de inyección tipo API 11 ó ANSI 7311 pueden causar vibraciones en las caras del sello mecánico, si la descarga está muy cerca de las caras lapeadas.

Mantenimiento de bombas centrífugas Vibraciones Las lecturas de vibraciones pueden ser varias: •Frecuencia. •Amplitud. •Velocidad. •Aceleración. •Energía en el pico. •Emisiones acústicas. •Deflección. Muchos sistemas leen las vibraciones grabando la aceleración. El problema con ellos es que si se ignora la frecuencia a la que se producen, no nos dice gran cosa. Por esta razón muchos sistemas leen un promedio de las frecuencias que intervienen, y recomienda tomar acción cuando alguna de las frecuencias se duplica en amplitud en un determinado punto. Si interesa estudiar rodamientos, se pueden adoptar filtros 55 Hz < F < 2500 Hz. Trabajar con velocidades permite detectar más frecuencias de falla y analizarlas. Las lecturas de vibraciones casi siempre nos indican que el equipo ha comenzado a destruirse a sí mismo. Varias compañías tratan de calcular la vida remanente antes de la total destrucción. La alternativa inteligente es adoptar una buena práctica de mantenimiento, que elimine buena parte las vibraciones, y utilizar elementos que puedan convivir con las vibraciones que quedarán. Llevar registros de vibraciones solamente tiene sentido una vez que se hayan implementado las acciones anteriores. En muchos casos, no podremos hacer que las vibraciones bajen a los valores que desearíamos. En estos casos deberemos convivir con ellas. El problema es que no siempre los equipos están preparados para soportarlas y deberemos entonces adaptarlos.

Mantenimiento de bombas centrífugas Vibraciones Frecuencia 1 x RPM

1 X RPM

Muy alta, varias veces RPM

Amplitud Más amplia en dirección radial. Proporcional al desbalanceo.

Causa Desbalanceo

Desalineación entre motor y bomba. En dirección axial 50% Problemas de o más de la lectura concentricidad en radial. soporte de cojinetes o eje doblado. Irregular.

2 x RPM

Observaciones

Rodamientos en malas condiciones. Problemas de sujeción.

Se observan vibraciones axiales de gran amplitud. Verificar esfuerzos de cañerías. Vibraciones de alta frecuencia y amplitud cerca del rodamiento dañado. Verificar tornillos de anclaje. Use luz estroboscópica para “congelar” la correa dañada.

1, 2, 3 y 4 x RPM de correas

Errática o pulsante.

Correa de transmisión dañada.

1 o 2 x frecuencia sincrónica

Desaparece al cortar tensión.

Eléctrica.

3000 ó 6000 Hz

Nro. de álabes x RPM

Síndrome del álabe pasante.

Casos especiales de impulsores a diámetro máximo. No suele ser grave.

Muy alto y desordenado

Cavitación.

Mantenimiento de bombas centrífugas Vibraciones

Espectro de una bomba multietapas, correspondiente al lado acople en sentido radial. Se observan vibraciones en 1 x, en 2 x y de menor amplitud en 7 x

Espectro de la misma bomba multietapas, correspondiente al lado acople en sentido axial. Se observan vibraciones importantes en 1x

De acuerdo con la tabla anterior, podemos tener problemas de alineación y anclaje. El diagnóstico de ID Ingeniería S.A., quien realizó el estudio, confirma lo anterior.

Análisis de fallas Partes hidráulicas Luego del desarme de una bomba, se debe proceder a analizar detenidamente cada componente. evidencias que encontremos nos permitirán determinar el motivo de la falla, y actuar sobre su origen.

Las

IMPULSOR Verifique si hay obstrucciones en los álabes o en los orificios de balanceo. En bombas de impulsor abierto, busque daños por rozamiento en el frente y dorso del impulsor. Esto implica que: •La luz del impulsor fue mal regulada, o en servicios calientes no se tuvo en cuenta el crecimiento térmico. En general 0.5 mm es aceptable. •Las tuercas de bloqueo del porta cojinetes no se ajustaron bien y el eje se desplazó axialmente. •La bomba giró al revés. En bombas de impulsor cerrado, busque daños por fricción en los anillos de desgaste. Pueden generarse por los siguientes problemas: •La luz mínima viene dada por la tabla 2-2 de la norma API 610, pero puede ser insuficiente para servicios calientes o con sólidos en suspensión. •Exceso de carga radial, la bomba está trabajando muy lejos del BEP. •Eje doblado. Busque picaduras en la zona del ojo del impulsor (abierto o cerrado). •Si se observan en el borde de ataque y en ambas caras de los álabes, puede ser cavitación. Verifique ANPA disponible versus ANPA requerido. •Si se observan solamente sobre la cara convexa de los álabes, verifique si la bomba está trabajando muy a la derecha del BEP. Si se ven solamente sobre la cara cóncava, probablemente se esté trabajando muy a la izquierda del BEP.

Análisis de fallas Partes hidráulicas Los impulsores se diseñan de modo tal que el ángulo entre el alabe y el vector velocidad de entrada sea nulo. La velocidad de entrada está compuesta por la suma de dos velocidades: La velocidad tangencial en el ojo del impulsor, que depende de la velocidad de rotación. La velocidad de entrada del líquido en el ojo del impulsor, que varía con el caudal.

Si el caudal es el de diseño, o sea el del BEP, el ángulo será nulo y no habrá turbulencias debidas a esto. Si el caudal es menor que el del BEP, la resultante de velocidades tiene un ángulo respecto de la parte cóncava del alabe. Allí tendremos turbulencias. Si el caudal es mayor que el del BEP, la resultante de velocidades tiene un ángulo respecto de la parte convexa del alabe, donde habrá turbulencias.

Análisis de fallas Partes hidráulicas Busque picaduras o signos de erosión en la zona del borde de fuga del impulsor. •Si el impulsor está a diámetro máximo y el cortaaguas está muy cerca, puede tratarse el “síndrome del álabe pasante”. Verificar si las condiciones operativas admiten un mínimo recorte de diámetro. •La bomba puede estar trabajando muy a la izquierda del BEP. Ataque en toda la superficie del impulsor •Si la superficie se observa suavizada, puede haber muchos sólidos en suspensión. Considere una metalurgia de mayor dureza. •Si la superficie se nota muy rugosa, con vetas filosas; es probable que se trate de un ataque químico. De ser así, probablemente otras piezas hayan sufrido el mismo ataque. Haga un análisis del líquido, muchas veces lo especificado es una cosa, y lo que se bombea realmente es otra cosa. En aguas de torre de enfriamiento es común que ocurra esto. VOLUTA O CARCASA DE BOMBA En bombas de impulsor abierto, busque evidencias de rozamiento en el frente de la voluta. •Luz de impulsor mal regulada o deslizamiento axial del eje. Busque socavones en las proximidades de orificios, juntas, o tapones de drenaje. Cuando hay sólidos en suspensión suelen producirse estos socavones en cada lugar donde haya turbulencia. •Utilice tapones que enrasen la superficie interna de la voluta. •Las juntas también deben enrasar las superficies selladas.

Análisis de fallas Partes hidráulicas CAJA DE EMPAQUETADURAS Busque evidencias de erosión en la zona del sello mecánico. • Hay demasiado caudal de inyección. Controle el tubo orificio del plan de inyección y la luz del buje garganta. • El diámetro interior de la caja de empaquetaduras es muy chico. EJE Busque evidencias de corrosión o erosión. • En la zona de la empaquetadura, se ajustó demasiado el prensaestopas. Para que funcione bien y se refrigere debe perder unas seis gotas por minuto. • En la zona de apoyo de un sello mecánico básico, rotor flexible. Corrosión por frotamiento. CORROSIÓN GALVÁNICA Donde haya materiales diferentes en contacto con un electrolito, es probable que se produzca corrosión galvánica. • Homogeneice materiales en la medida de lo posible. • Las piezas pequeñas son las más afectadas.

Análisis de fallas Partes mecánicas RODAMIENTOS Las pistas de los rodamientos no son superficies de desgaste, sino superficies sometidas a la fatiga. Es normal observar que tanto los elementos rodantes como las pistas toman un aspecto apagado, sin brillo. Estas superficies opacas forman la huella visible a las que nos referiremos en adelante, porque su apariencia y localización es fundamental para el análisis de falla de los rodamientos. Como regla general, la pista rotativa de un rodamiento se instala con cierta interferencia en el eje; y la estacionaria con un ajuste deslizante en el soporte de cojinetes. Veamos algunas condiciones de operación típicas y su efecto sobre los rodamientos: La carga radial rota con el eje, debido a que el eje está doblado o el impulsor desbalanceado. •Aspecto de la pista interna. Las cargas actúan todo el tiempo en el mismo lugar de la pista. En ese lugar, la huella se hará más ancha. Si la carga es exclusivamente radial, el patrón de la huella será centrado en la pista y se extenderá hasta casi la mitad de la circunferencia. •Aspecto de la pista externa: La huella se extiende alrededor de toda la pista, de modo uniforme; y si la carga es solamente radial estará centrada. La carga radial es unidireccional. Esta debería ser la condición normal de operación de un equipo. Pero si éste está operando lejos del BEP, está desalineado, o tiene excesivos esfuerzos de cañerías, el patrón será el mismo, aunque más severo. •Aspecto de la pista interna. La huella estará centrada, será uniforme; y se extenderá por toda la circunferencia. •Aspecto de la pista externa. La huella será más ancha en el punto de aplicación de la carga, y más delgada haca los extremos. Se extenderá solamente media circunferencia, y si la carga es solamente radial, se verá centrada.

Análisis de fallas Partes mecánicas La carga radial es multidireccional. Las causas normales de esta condición son, cavitación, interferencia con el eje exagerada, precarga, o enfriamiento en el soporte de cojinetes en la zona de rodamientos: • Aspecto de la pista interna. Distribuida en toda la pista, la huella se hace más ancha donde la carga aplicada es mayor. • Aspecto de la pista externa. Distribuida en toda la pista, la huella se hace más ancha donde la carga aplicada es mayor. La carga axial es unidireccional. Esta condición es normal en toda bomba con impulsor de simple • Ambas pistas. En patrón de la huella se extiende por toda la circunferencia, pero desplazado del centro. Una bomba centrífuga produce empuje hacia la voluta si está funcionando normalmente. Compresión oval sobre la pista externa. La causa es el alojamiento del rodamiento fuera de circunferencia. • Aspecto de la pista interna. La huella se extiende uniformemente en ancho por toda la circunferencia. • Aspecto de la pista externa. Hay dos puntos en donde la huella se hace más ancha, debido a la carga producida por el alojamiento defectuoso. La pista interna está desalineada. Esto ocurre por un mal montaje de los rodamientos. • Aspecto de la pista interna. El aspecto de la huella es uniforme en todo el círculo. • Aspecto de la pista externa. La huella será ovalada, extendiéndose de un lado al otro y ensanchándose en dos puntos diametralmente opuestos Hay otros dos aspectos importantes para considerar: • Evidencias de rozamiento. • Evidencias de corrosión y daño.

Análisis de fallas Partes mecánicas Busque daños causados por partículas sólidas. Estas partículas serán aplastadas por los elementos rodantes y pueden causar: •Rayas o pequeñas indentaciones en pistas o elementos rodantes. •Interferencia con la transmisión de calor dentro de la separación entre bolillas y pistas, causando decoloración, expansión térmica, etc. Las partículas sólidas pueden venir de las siguientes “fuentes”: •Coquificación y lacas del lubricante sobrecalentado. •Partes de jaula rotas por haber funcionado sin lubricación. Las partículas de bronce suelen teñir el aceite de color verde. •Partículas de goma de retenes desgastados. •Lubricante contaminado •Falta de limpieza durante el montaje de los rodamientos y armado de la bomba. •El lubricante del rodamiento pudo haber sido recalentado durante la instalación. •Oxido proveniente de la parte interior del soporte de cojinetes. •Sílice desprendido de la fundición. •Partículas de la resina epoxi normalmente aplicada sobre el interior del soporte de cojinetes. •Polvo que ingresó por los retenes o laberínticos. Busque evidencias de falta de lubricación que eventualmente hagan “agarrarse” al rodamiento: • Observará superficies espejadas en las superficies, que darán la impresión de haber sido pulidas. • El metal se decolorará y ablandará a medida que el calor lo afecta. Esto puede ocurrir ya a partir de los 150°C. • Amarillo paja 315°C. • Marrón 370°C. • Azul 425°C. • Negro 480°C.

Análisis de fallas Patrón de huellas vs. cargas

Patrones de huella normales cuando la carga radial no rota (a); y cuando la carga radial gira con el eje (b).

Patrones de huella anormales producidos por desalineación, cuando la pista interna es rotativa.

Análisis de fallas Patrón de huellas vs. cargas

Patrones de huella anormales producidos por carga axial (a); y por una combinación de carga radial y axial (b).

Patrones de huella en un rodamiento desalineado, con la pista exterior rotativa.

Análisis de fallas Patrón de huellas vs. cargas

Ejemplos de patrones de huella anormales producidos por mucha interferencia entre el eje y la pista interna (a); y por un alojamiento ovalizado (b).

Huellas profundas en ambas pistas debidas una precarga radial importante.

Análisis de fallas Partes mecánicas Busque evidencias de falta de lubricación que eventualmente hagan “agarrarse” al rodamiento: • Si un rodamiento pre-lubricado fue calentado en un baño de aceite a unos 100°C, el aceite caliente puede lavar el aceite original, dejando al rodamiento casi sin lubricación. • Muchos rodamientos pre-lubricados llegan a instalarse casi sin nada de grasa. • Un nivel de aceite obstruido puede dar una lectura falsa. • Si el soporte de cojinetes no tiene cámara de expansión, se puede producir un incremento de presión dentro del mismo que eventualmente puede “soplar” fuera los retenes. Durante una parada, a medida que se enfría, el aire húmedo ingresara de la misma manera. • El nivel de aceite debe quedar entre medio de las dos pistas, sobre la parte inferior del rodamiento cuando la bomba está en reposo. • Asegúrese de que la bomba haya sido nivelada. Busque manchas en el metal. Cuando dos superficies no lubricadas se deslizan una contra la otra, suele haber transferencia de metal. • El metal se suelda y luego se endurece, causando esfuerzos localizados que pueden producir roturas. • La carga fue demasiado baja para la velocidad, las bolillas son centrifugadas. • La pista exterior puede llegar a deslizar sobre el soporte de cojinetes si el ajuste no es el correcto, causando eventualmente corrosión por frotamiento "fretting corrosion".

Análisis de fallas Partes mecánicas Busque evidencias de vibración estática. Verá indentaciones en las huellas, que podrán ser brillantes o ásperas en el fondo. La frecuencia de la vibración está relacionada con la energía puesta en juego, a mayor energía, mayor daño. Los rodamientos a rodillos son mas sensibles a este tipo de vibración porque pueden moverse un una sola dirección, cuando las bolillas pueden hacerlo en varias. • La bomba fue emplazada muy cerca de otro equipo rotativo, generador de vibraciones. Esto es un gran problema durante las paradas prolongadas o almacenamiento. • El eje no fue bloqueado durante el transporte. • Además de la vibración, la indentación a espacios regulares puede ser causada por: • Se usó un inductor de calor para el montaje, causando falsa dureza. • El rodamiento se instaló presionando sobre la pista incorrecta. • Se presionó demasiado al rodamiento para colocarlo en un eje con resalte. Busque evidencias de daño por corriente eléctrica. Se verá como una depresión de fondo oscuro, tanto en las pistas como en los elementos rodantes. • La bomba probablemente haya sido usada como “masa” por un soldador. Busque escamas en la zona de las huellas. En condiciones normales esto ocurre por fatiga, no obstante, este proceso puede acelerarse a causa de la sobrecarga. Verifique las causas habituales de sobrecarga.

Análisis de fallas Partes mecánicas Busque evidencias de lubricante deteriorado. La sobrecarga suele estar acompañada por un cambio de coloración del lubricante. Observará lacas o coquificaciones debidas a la alta temperatura. Un análisis de lubricante ayudará a determinar las causas del deterioro. Además de la sobrecarga, hay otras fuentes de destrucción del lubricante: • Bombeo de líquidos a altas temperaturas, usualmente agua o aceite térmico. • Sobrelubricación de rodamientos. • Orificios de retorno de lubricación tapados. • Lubricadores de nivel constante al nivel incorrecto. • Insuficiente luz entre los sellos laberínticos. • El indicador de nivel de aceite está bloqueado y muestra un nivel falso. • Arandelas de bloqueo de las tuercas de seguridad tocando con partes rodantes. • Retenes demasiado ajustados sobre el eje. • La camisa de refrigeración de la caja de empaquetaduras fue cerrada o drenada, luego de instalar sellos de fuelle, que no requieren esto. • Rozamiento con la caja del sello. • Fricción en los rodamientos por micro deslizamientos de las bolillas, cuando ocurren cambios de velocidad de rotación repentinos. La inercia mantiene las bolillas girando cuando el eje se frenó ligeramente. • La empaquetadura ha sido ajustada en exceso.

Análisis de fallas Partes mecánicas Busque roturas en el metal. • Mal manipuleo. • El rodamiento fue presionado demasiado en un eje con resalte. Busque signos de corrosión. • Contaminación por humedad del lubricante, proveniente de: • Pérdida del sello o empaquetadura. • Hidrolavadoras. • Aspiración de aire húmedo durante paradas. • Vapor o agua del quench del sello mecánico. Esto es muy común con sellos API. • Con respecto del recubrimiento de las pistas, (cadmio, cromo, zinc, etc.) los elementos rodantes están hechos casi siempre de acero para 52100, y éste se desgrana.

Mantenimiento de bombas centrífugas Desarme e inspección RECOMENDACIONES BÁSICAS DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO – PREDICTIVO APLICABLE A TODO TIPO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS HORIZONTALES CON LA BOMBA FUNCIONANDO: •Medir vibraciones. •Revisar nivel de lubricante. •Analizar periódicamente composición de lubricante. •Medir presión de succión, presión de impulsión y caudal. Verificar punto de operación. •Medir temperatura de cojinetes y de lubricante. •Si el instrumental lo permite, determinar potencia absorbida. •Control visual de pérdidas de lubricante o producto. CON LA BOMBA PARADA: •Válvulas de succión y descarga cerradas. Idem servicios de agua o vapor. •Cortar tensión y señalizar de acuerdo con normas internas de seguridad. •Retirar espaciador de acople y verificar, aunque sea a comparador, la alineación. •Verificar correcto apriete de los anclajes de motor y bomba. •Cambiar lubricante con frecuencia de acuerdo a resultados de análisis y temperatura de trabajo. •Verificar que los planes de inyección y refrigeración estén operativos. •Antes de limpiar, observar por donde se produjeron las pérdidas y tomar nota.

Mantenimiento de bombas centrífugas Desarme e inspección

APLICABLE A BOMBAS MONOETAPA DE IMPULSOR ABIERTO •Aflojar camisa de sello mecánico y colocar trabas. •Regular la luz del impulsor. Como el eje se desplazó axialmente, regular tiro del sello. •Retirar carcasa o voluta. •Desenroscar impulsor. •Retirar cubierta trasera y sello mecánico. •Verificar linealidad del eje, concentricidad de alojamiento de la cubierta y de la carcasa. •Retirar tapas de soporte de cojinetes y sellos laberínticos interno y externo. •Retirar tuercas y arandelas de bloqueo del eje. •Retirar conjunto eje rodamientos. •Revisar y analizar los rodamientos. •Montar eje entre soportes y verificar que esté derecho. •Buscar evidencias de “fretting corrosion”, marcas, raspaduras en la zona donde trabajan juntas. •Revisar soporte de cojinetes. Alojamiento de cojinetes. Buscar evidencias de que los rodamientos hayan girado. •Montar rodamientos con la interferencia indicada por el fabricante. •Calefaccionar los rodamientos hasta 110°C y montar. •Colocar tuercas y arandelas de bloqueo. •Montar el conjunto eje rodamientos. •Volver a verificar concentricidad del alojamiento de la carcasa. •Colocar sello mecánico (cubrir bordes filosos con papel españa y lubricar) •Montar cubierta trasera e impulsor. •Colocar carcasa. •Regular luz del impulsor (0,5 mm si no hay temperatura). Si trabaja con temperatura regular una vez montada y caliente. •Ajustar el collarín del sello mecánico y retirar las trabas. •Verificar a mano que gire libre sin ruidos. •Montar en base y alinear. •Hacer análisis de falla.

Mantenimiento de bombas centrífugas Desarme e inspección APLICABLE A BOMBAS MONOETAPA API CON ANILLOS DE DESGASTE •Aflojar camisa de sello mecánico y colocar trabas. •Retirar carcasa o voluta. •Quitar tuerca de impulsor y retirarlo. •Retirar cubierta trasera y sello mecánico. •Verificar linealidad del eje, concentricidad de alojamiento de la cubierta y de la carcasa. •Retirar tapas de soporte de cojinetes y sellos laberínticos interno y externo. •Retirar tuercas y arandelas de bloqueo del eje. •Retirar conjunto eje rodamientos. •Revisar y analizar los rodamientos. •Montar eje entre soportes y verificar que esté derecho. •Buscar evidencias de “fretting corrosion”, marcas, raspaduras en la zona donde trabajan juntas. •Revisar alojamiento de cojinetes. Buscar evidencias de que los rodamientos hayan girado. •Montar rodamientos con la interferencia indicada por el fabricante. •Calefaccionar los rodamientos hasta 110°C y montar. •Colocar tuercas y arandelas de bloqueo. •Montar el conjunto eje rodamientos. •Volver a verificar concentricidad del alojamiento de la carcasa. •Colocar sello mecánico (cubrir bordes filosos con papel españa y lubricar) •Verificar luces de anillos de desgaste según tabla 2-2 de la norma API 610. Si hay temperatura superior a 260°C aumentar luces 125 milésimas de mm. Si hubiera sólidos, agregar 200 milésimas de mm. •Si la luz es superior al doble de lo que debe ser de acuerdo con lo anterior, hay que reemplazarlos. •No usar soldadura para fijar anillos. Los gusanos Allen dan mejor resultado. •Montar impulsor y carcasa. •Verificar a mano que gire libre sin ruidos. •Montar en base y alinear. •Hacer análisis de falla.

Mantenimiento de bombas centrífugas Desarme e inspección LUZ DE IMPULSOR, LUCES DE ANILLOS DE DESGASTE Y BUJES GARGANTA. La luz del impulsor en una bomba ANSI, como las luces de anillos en una API son de fundamental importancia para la performance de la bomba. Una luz típica entre impulsor y voluta es de 0,4 ó 0,5 mm. Por cada 0,05 mm que se incremente esta luz, la capacidad de la bomba caerá un 1%. Para dar un ejemplo, si una bomba tiene 1 mm más de luz de lo indicado, su capacidad caerá un 20%. La luz de los anillos de desgaste varía entre 0,25 mm y 0,95 mm de acuerdo con el diámetro de los anillos y otros parámetros, pero por cada 0,025 mm de aumento de luz entre anillos, la bomba perderá un 1% de su capacidad. Por ejemplo, si la luz de anillos especificada es de 0.5 mm y por desgaste se va a 1.00 mm, la capacidad caerá un 20%. En general, otra regla de Π x ojo al cuadrado es que deben cambiarse los anillos cuando la luz duplica al valor originalmente especificado. En una bomba con anillos, podemos estimar la luz real de los anillos sin desarmar la bomba, midiendo la reducción de caudal. Esto es particularmente útil tratándose de bombas multietapas, en las que hay que desarmar bastante para ver los anillos de desgaste. De todos modos, si la reducción de caudal es superior al 15%, considere intervenir por razones de pérdida de producción y eventual lucro cesante.

Mantenimiento de bombas centrífugas Luces de anillos de desgaste DIÁMETRO DE ANILLOS

LUZ DIAMETRAL MÍNIMA RECOMENDADA

DESDE

HASTA

SERVICIO NORMAL

TEMP. 260°C o MAT. ENGRANABLE

SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN

[mm] < 50 65 80 90 100 115 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625

[mm] 50 64,99 79,99 89,99 99,99 114,99 124,99 149,99 174,99 199,99 224,99 249,99 274,99 299,99 324,99 349,99 374,99 399,99 424,99 449,99 474,99 499,99 524,99 549,99 574,99 599,99 624,99 649,99

[mm] 0,25 0,28 0,30 0,33 0,35 0,38 0,40 0,43 0,45 0,48 0,50 0,53 0,55 0,58 0,60 0,63 0,65 0,68 0,70 0,73 0,75 0,78 0,80 0,83 0,85 0,88 0,90 0,95

[mm] 0,38 0,41 0,43 0,46 0,48 0,51 0,53 0,56 0,58 0,61 0,63 0,66 0,68 0,71 0,73 0,76 0,78 0,81 0,83 0,86 0,88 0,91 0,93 0,96 0,98 1,01 1,03 1,08

[mm] 0,45 0,48 0,50 0,53 0,55 0,58 0,60 0,63 0,65 0,68 0,70 0,73 0,75 0,78 0,80 0,83 0,85 0,88 0,90 0,93 0,95 0,98 1,00 1,03 1,05 1,08 1,10 1,15

Mantenimiento de bombas centrífugas Desarme e inspección APLICABLE A BOMBAS HORIZONTALES MULTIETAPA TIPO DVMX •Aflojar y desmontar los sellos laberínticos. •Retirar las tapas de los soportes de cojinetes. •Levantar y retirar los anillos lubricadores. •Retirar las tuercas de sujeción de la camisa de cojinetes y retirarla. •Desmontar los cojinetes axiales. Marcar con tinta indeleble la parte de arriba de las pistas externas. •Retirar anillo espaciador. •Desarmar soportes de cojinetes partidos. •Retirar cojinetes de metal blanco. •Inspeccionar cojinetes de bolas axiales y cojinetes de metal blanco. •Retirar los sellos mecánicos. •Desmontar cierre de cámaras de agua, inspeccionar y cambiar juntas. •Inspeccionar soportes de cojinetes. Si el objetivo era cambiar sellos mecánicos, simplemente hay que seguir el procedimiento inverso.

Mantenimiento de bombas centrífugas Desarme e inspección

•Retirar toda la instrumentación, cañerías auxiliares y cableado. •Retirar los espárragos de la caja de bomba. •Levantar la mitad superior y sacarla. •Quitar la mitad superior de la pieza de etapa central. •Levantar el elemento rotativo y apoyarlo en dos soportes en “V”. Proteger el eje de modo que no se raye con los soportes. •Retirar mitad inferior de la pieza de etapa. •Para desmontar impulsores colocar el elemento rotativo en posición vertical. •Los impulsores y piezas d balanceo se retiran aplicando calor, 90 seg. para piezas de balanceo y 90 seg. de cada lado para los impulsores. Proteger el eje, no debe recibir calor. Los impulsores, además de chavetas, pueden tener anillos partidos. Estos se retiran desplazando axialmente el impulsor hasta que queden libres. •Cambiar anillos de desgaste y otras piezas que estén fuera de tolerancia. •Verificar rectitud del eje en un torno, en ningún punto debe exceder los 0.025 mm. •Controlar también el paralelismo del apoyo del anillo posicionador, en ningún punto debe exceder los 0.025 mm. •Para el montaje de los impulsores es necesario calentarlos a 280°C de modo uniforme. La dilatación buscada en el diámetro es de 0.08 mm. •No olvidar los anillos de desgaste lado caja ni las piezas de etapa o balanceo antes de montar los impulsores. •Balancear los impulsores y piezas rotantes por separado y luego montar el elemento rotativo. •Limpiar a fondo ambas mitades de la caja de bomba, eliminar suciedades con chorros de agua y secar. •Utilizar la mitad superior de la caja de bomba como plantilla para la junta. Una vez cortados cuatro orificios, usar algún elemento como pasador para evitar movimientos y cortar la junta a martillo. •Colocar el elemento rotativo en su posición. Previamente colocar mitad inferior de pieza de etapa central. •Montar mitad superior de la pieza de etapa central y la mitad superior de la caja de bomba. •Torquear la caja de bomba en tres rondas, todas en cruz comenzando desde el centro hacia los extremos. Primera ronda a 1/3 del torque, segunda ronda a 2/3 del torque; y tercera ronda a 3/3 del torque. •Verificar el juego axial del elemento rotativo. •Colocar sellos mecánicos. •Colocar soportes de cojinetes y cojinetes de acuerdo con lo ya descripto. •Alinear.

Mantenimiento de bombas centrífugas Desarme e inspección El juego del cojinete axial y su alojamiento deben controlarse. La indicación total no debe superar 0.05 mm TIR.

La deflección radial nos indica el estado del rodamiento radial y su alojamiento. Si supera los 0.05 mm TIR debe investigarse a fondo.

La rectitud del eje debe controlarse rotándolo 360° y verificando que la indicación no supere los 0.05 mm TIR.

La perpendicularidad de la cara de la caja de empaquetaduras debe controlarse para evitar problemas con el sello mecánico. Si supera los 0.08 mm TIR investigue a fondo.

La concentricidad de la caja de empaquetaduras y el eje se deben controlar también. Si supera los 0.05 mm TIR revise la concentricidad de todo el soporte de cojinetes.

Mantenimiento de bombas centrífugas Desarme e inspección COJINETE AXIAL DE RADIALES DE BABBIT

BOLAS

Y

Para los rodamientos vale lo visto en la diapositiva anterior. Los cojinetes radiales de Babbit pueden tener un juego diametral de aprox. 0.2 mm

COJINETE AXIAL KINGSBURY RADIALES DE BABBIT

Y

El juego axial del cojinete Kingsbury no debe superar los 0.38 mm . Los cojinetes de Babbit radiales pueden tener un juego diametral de aprox. 0.2 mm

Mantenimiento de bombas centrífugas Montaje de rodamientos Eje

Alojamiento

MAL

BIEN

BIEN

Presionar aquí daña los rodamientos

MAL

Ajuste con interferencia

Ayudamemorias: Empuje la pista que hace interferencia

Mantenimiento de bombas centrífugas Montaje de rodamientos

Tomado de libro “La Ley de Murphy”: Ley de Anthony: No lo fuerce, consiga un martillo más grande

Mantenimiento de bombas centrífugas ¿Reparación o bomba nueva? LA RESPUESTA ES DEPENDE... DE LOS SIGUIENTES ASPECTOS: • La cantidad de elementos del equipo que deben ser reemplazados. • La confiabilidad que se puede esperar de las modificaciones/reparaciones. • El tiempo disponible. Es importante tener presente desde el principio el monto total necesario para obtener la confiabilidad deseada en un equipo, esto evitará que ciertas bombas se conviertan en un “barril sin fondo” de dinero. Comencemos con las modificaciones que son relativamente fáciles de hacer y su costo siempre será inferior al de una bomba nueva: • Impulsor: Cambio de diámetro, perfilado o underfiling, cambio de metalurgia, hacer orificios de balanceo, etc. Hay fabricantes que ofrecen varios impulsores para la misma bomba, de acuerdo con el caudal. • Eje: Pasar de un eje con camisa u otro macizo para mejorar el L3/D4. Cambio de metalurgia (por razones de corrosión, porque la flexibilidad de todos los aceros es casi la misma). • Voluta, caja de empaquetaduras e impulsor: Cambio de metalurgia. Pasar de voluta simple a voluta doble. • Soporte de cojinetes: Reemplazar retenes por protectores de rodamientos, niveladores de aceite, etc. • Empaquetadura: Cambiar por sello mecánico adecuado para el servicio. Si ya debemos cambiar el extremo de potencia completo, esto implicará hacer una inversión importante, pero que resolverá muchos problemas juntos. Es necesario evaluar costos detenidamente caso por caso, especialmente si además hay que cambiar: • Motor o base, metalurgia de voluta, fundación.

Mantenimiento de bombas centrífugas Recursos recomendables Mejorando la performance de la bomba mediante modificaciones en el impulsor. •La luz ”A” es la medida existente entre los respaldos del impulsor y la voluta. • La luz “B” es la distancia entre el borde de los álabes del impulsor y la voluta. • “D” es el diámetro del impulsor a la altura de los álabes y de los discos ¿Qué sucede cuando se reduce el diámetro del impulsor? Varias cosas: • Las leyes de la afinidad predicen el resultado de esta acción, pero no son tan exactas como quisiéramos, sobre todo si efectuamos recortes de más del 10% en diámetro. Las razones son las siguientes: • Las leyes de la afinidad asumen que los respaldos que soportan a los álabes son paralelos. Esto es cierto solamente en algunos diseños de baja velocidad específica. • Hay un incremento en la turbulencia debido a que se aumenta la luz “A” . • El ángulo de salida se modifica en la medida en que el impulsor es recortado en diámetro, por lo tanto la curva de la bomba se vuelve más empinada. Los impulsores de flujo mixto son más afectados que los de baja velocidad específica. • Es recomendable recortar solamente el 75% de lo calculado, por seguridad. • Cuanto mayor sea la reducción de diámetro y mayor sea la velocidad específica del impulsor, también mayor será la pérdida de eficiencia de la bomba. • Una reducción de diámetro mayor al 10% incrementará el ANPA requerido. Si hay un margen estrecho entre el ANPA disponible y el requerido, verifique con el fabricante. • Una excesiva luz entre los respaldos del impulsor (luz “A”) y la consecuente recirculación pueden producir "eddy flows" (flujos parásitos) causando vibraciones axiales de baja frecuencia que pueden resultar en problemas de sellado. Esto puede ser muy preocupante en bombas de potencias de 250 HP o alturas superiores a los 200 m.

Mantenimiento de bombas centrífugas Recursos recomendables • Para reducir el síndrome de álabe pasante se reduce la luz “B”, manteniendo la luz “A” para evitar la recirculación. Se pueden reducir estas vibraciones hasta un 85% aumentando la luz “B” solamente entre un 1% y un 6%. • Para prevenir este síndrome, la luz “B” debe ser por lo menos un 4% del diámetro del impulsor si este no sobre pasa las 14” (355 mm); y para impulsores mayores este valor debe ser el 6% del diámetro.. De todos modos, usualmente se recortan los impulsores haciendo coincidir ambas luces “A” y “B” por razones de simplicidad, pero cuando se trata de bombas con impulsor de doble succión, los respaldos deben quedar inalterados. En estos casos, la tensión sobre los respaldos que quedan en voladizo puede ser importante, por este motivo hay fabricantes que efectúan un recorte oblicuo, para dar mayor soporte a los respaldos.. Mecanizar con un radio de acuerdo entre los álabes y los respaldos es una buena práctica. Efectuar un underfiling es otro recurso interesante. (d) es la medida antes del underfiling. (df) es la medida después del underfiling. • El under filing aumentará la capacidad de la bomba, especialmente en bombas grandes. Esto se debe a que aumenta el área de salida del impulsor. • El over filing cambiará el ángulo de salida, resultando en una mayor altura en el punto de diseño, pero no aumentará la altura a válvula cerrada. • Debido a la reducción en la estela de fluido, la eficiencia debería aumentar ligeramente. Cuanto más chica sea la bomba, más se notará el efecto. • Tanto el under filing como el over filing son tareas delicadas, si se deja un ángulo vivo de acuerdo con los respaldos, seguramente dejamos el camino abierto a la propagación de fisuras. • Hay que dejar sin tocar por lo menos un espesor de 3 mm para asegurar la resistencia del álabe.

Mantenimiento de bombas centrífugas

Gap “A”: Es la luz de los respaldos del impulsor respecto de la voluta. Gap “B”: Es la luz de los álabes respecto de la voluta. El diámetro de corte efectivo es el correspondiente a los álabes.

El underfiling aumenta el caudal hasta un 10%, en relación directa con el cociente df/d, al aumentar el área de salida. El overfiling incrementa ligeramente la altura de descarga, pero no la altura a válvula cerrada.

Equipos nuevos Selección de bombas centrífugas “La principal causa de divorcio es el casamiento” Groucho Marx Algo similar es aplicable a la selección de bombas centrífugas. La mayoría de los problemas que terminan siendo un “barril sin fondo” de dinero, seguramente empezaron con las especificaciones. Por lo anterior, vale la pena “tener un exhaustivo noviazgo” antes de “casarse” con una bomba, teniendo presente el siguiente decálogo: 1. Un diseño de eje con un bajo L3/D4 Los valores más bajos le permitirán trabajar alejado del punto de máxima eficiencia (BEP) sin excesivas deflexiones y vibraciones. Un diseño de doble voluta es una alternativa al diseño de bajo L3/D4, aunque también puede ser complementario. 2. Un diseño con soportes centrados (centerline design) Este diseño previene los esfuerzos debidos a crecimientos y contracciones térmicas. 3. Un adaptador a brida "C" o “D” previene problemas de alineación. Es un modo muy lógico de obtener una apropiada alineación entre bomba y motor, que además compensa las variaciones térmicas. 4. Una cubierta trasera grande y con posibilidad de refrigerarse. Los sellos mecánicos necesitan un gran espacio libre para evitar el contacto de partes rotantes con fijas, y además mantenerse más limpios.

Equipos nuevos

5. Si se manejan líquidos sucios, una tapa de inspección en la succión. En estos servicios no es raro que se obture el ojo del impulsor, en estos casos, una tapa de inspección puede hacernos ahorrar mucho trabajo. 6. Un soporte de cojinetes que cargue un buen volumen de aceite. El aceite tiene un calor específico muy bajo, además de una conductividad térmica mala; por esta razón un cárter debe tener al menos dos litros de capacidad. Se facilita la lectura del nivel de aceite, acotándose el error. 7. Un soporte de cojinetes hermético. Para prevenir el ingreso de humedad y sólidos es necesario adoptar protectores de rodamientos. Los retenes, además de dañar el eje, no pueden garantizar la hermeticidad del soporte de cojinetes. 8. Instrumentación que nos haga saber cómo trabajan la bomba y el motor. Hay instrumentos que nos indican directamente la potencia consumida, además del amperaje. De este modo podemos saber si es necesario efectuar ajustes, o si el equipo trabaja en circunstancias anormales. 9. El impulsor correcto para cada aplicación. La velocidad específica nos ayuda a determinar si tenemos el tipo de impulsor correcto. El empleo de Dúplex combina una excelente resistencia química, con igual resistencia al desgaste. 10. Una bomba que satisfaga la curva del sistema que usted suministró con su solicitud de cotización. Sin la curva del sistema, el fabricante de bombas tiene muy pocas posibilidades de hacer una buena selección. Hay aplicaciones con parámetros variables, en los que no alcanza con saber un punto de operación. Si no sabe como hacer la curva del sistema, pida ayuda, pero no deje de suministrársela a su proveedor.

Equipos nuevos Puesta en marcha VERIFICACIÓN Y PUESTA EN MARCHA EN BOMBAS DE PROCESO EQUIPO N°: SERIE N°: FABRICANTE: LUGAR DE EMPLAZAMIENTO: SUPERVISOR A CARGO: SI Leer el manual completo ¿Se encuentra instalada la base o barril? ¿La nivelación de la base es correcta? Verificar cañerías libres de obstrucciones Brida de succión conectada al sistema Brida de descarga conectada al sistema ¿Se verificó el llenado y anclaje de la base al piso? Se verificó que las cañerías no hagan esfuerzos anormales? ¿Hay que replantear los soportes de las cañerías? Verificar que esté completo el nivel de aceite Colocar aceite en el/los soporte/s de cojinetes hasta el nivel correcto Verificar que esté montado el sello mecánico. Sistema de refrigeración a cubierta de agua conectado Sistema de refrigeración a soporte de cojinetes conectado Sistema de refrigeración a pedestales de bomba conectado Sistema de refrigeración a sellos mecánicos conectado Termocuplas conectadas y calibradas Presostato de baja conectado y calibrado Vibrastop conectado y calibrado Indicar tipo y modelo de acoplamiento Verificar tensión y frecuencia con la placa del motor Verificar sentido de rotación con motor desacoplado Alineación en frío, valores de lectura totales (positivos y negativos) Alineación en caliente, a temperatura de trabajo (positivos y negativos) 0

AXIAL

0

0

RADIAL

0

NO

OBSERVACIONES

Equipos nuevos Secuencia de arranque COMUNICAR

Controle la bomba cada 15' durante la primer hora de trabajo

Inspección visial de bomba y motor. Verificar que la bomba gire con la mano.

COMUNICAR SI

OK ?

NO SI

Abra gradualmente la válvula de descarga

Cierre drenajes y ventilación Abra líneas de refrigeración de sello, quench o sistema de lubricación

¿Está bien la presión de descarga?

NO

Cebar la bomba gradualmente, abriendo la válvula de succión

¿Está cebada la bomba?

Verifique presión de descarga deseada

Pare el motor

Abra apenas la válvula de venteo

NO

NO

OK ?

SI

SI

Verifique vibraciones, temperatura de cojinetes y ruidos

Cierre el venteo

Arranque el motor

Abra la válvula de succión completamente

Abra gradualmente la válvula de descarga

Mantenimiento de bombas centrífugas Un buen equipo de trabajo... Es esencial para desarrollar bien las tareas del sector. Veamos la estructura típica: Líder • Define objetivos y estrategias para alcanzarlos. • Responde por resultados y presupuesto asignado. Asistente • Recibe y analiza la información. Hace los informes Facilitador • Asiste al equipo en su funcionamiento. Generalmente viene de RRHH. Consultor especialista • Brinda consejo sobre temas técnicos específicos. Miembros del equipo • Materializan los objetivos. • Proponen mejoras.

Mantenimiento de bombas centrífugas Los siete pilares de la confiabilidad La confiabilidad es un beneficio para todos, que se basa en los siguientes pilares:

• Gerenciamiento eficiente y eficaz. • Capacidad y compromiso del personal. • Equipos de buena calidad. • Mantenimiento preventivo + predictivo + proactivo. • Métodos y procedimientos . • Relevamiento y análisis de datos. • Materiales adecuados para cada servicio.

Mantenimiento de bombas centrífugas ¿Cómo aumentar rápidamente el MTBF?

Comenzando por la causa de fallas más importante y siguiendo la lista en orden: • Controlar alineación y balanceo. • Verificar condiciones operativas con respecto de la curva de performance. • Verificar esfuerzos de cañerías. • Verificar correcta fundación y anclaje. • Verificar planes de asistencia del sello mecánico. • Plan de lubricación. • Protectores de rodamientos. • Entrenamiento de operadores. • Automatizar maniobras. • Control de vibraciones periódico. • Lubricación por niebla. • Repuestos hidráulicos originales. • Documentar intervenciones.