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MODOS DE FALLA TÍPICOS EN LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

Una falla se define como un suceso que ocasiona que el sistema de bombeo deje de funcionar de la forma correcta para la cual fue diseñado. En este capítulo se presentan los modos de falla más frecuentes y más comunes en las bombas centrífugas. Las fallas pueden ser de dos clases: fallas hidráulicas y fallas mecánicas.

Las

fallas

hidráulicas

se

relacionan

directamente

con

el

comportamiento del fluido, el cual está determinado por el caudal y la presión que desarrolla la bomba. Por otro lado, las fallas mecánicas están relacionadas directamente con el comportamiento de los elementos mecánicos que componen el sistema, tales como rodamientos, sellos mecánicos, empaquetaduras, etc. (NEPA,56,1993). Un síntoma es una cantidad medible covariable con la condición de estado del sistema de bombeo. Dicho de otra forma, el síntoma es una señal o comportamiento del sistema que permite saber que el sistema tiene problemas. La causa raíz es el origen de la falla o del problema que se está presentando. Es decir, la causa raíz es la razón por la cual el sistema está fallando o está funcionando de manera incorrecta (NEPA,56,1993). Los síntomas y las causas de algunas fallas hidráulicas y mecánicas que aparecen comúnmente en las bombas centrífugas se muestran en la Tabla 1. Dicha tabla es una guía que permite identificar el síntoma y determinar la razón más probable por la cual se está presentando la falla. Se presentan diez síntomas, cuatro para las fallas hidráulicas y seis para las fallas mecánicas. Estos síntomas se cruzan con una lista de causas. Varios síntomas distintos pueden tener la misma causa raíz, es decir, una misma causa raíz puede ocasionar diferentes tipos de fallas, y estas se pueden manifestar por medio de diferentes tipos de síntomas (NEPA,57,1993).

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Tabla 1. Síntomas y causas de fallas hidráulicas y mecánicas en las bombas Fallas hidráulicas

Síntoma

Fallas mecánicas

  e   a    i    t   c    l   n   n   n   n   e   a    ó    i   e   a   a    d   s   m    l    l   u    i   u   e   e   a   c    d   a   r    t    f   v   e   c   p   n   o   r   a    f   e    t    t   e    t   e    i   n    t   n   r   n   n   m    t   a   o   o   o    i   e    i   e   r   n   c   c    d   e    i    i   c    i   c    t    i   e   n   n   u    f    f    i   n    l   a   e    l   q   u   u   a    l   n    í    l   s   s    j   o   c   e   a    i    f    t   a   a   a    l   u   e   r   s   s   g   g   g    f   o   a   e   e   e   e   a   r   r   r   c   r   s    i    t    t    t   g   u   n   n   n   e   s   t   e   n    d   e   e   e    t   r    t   o   n    á   a    t   o   o   o   n   n   e   c   n   n   n   e    i   e   m   e   e   m   u   a   a   a   a   m  r   q   a    b    b    b    b   a   l   s   a   o   u    l   m   m   m   m    d   g    l   p   o   o   o   o   o   e   m    B    B    B    B    R  e   r    S    E

Causa Bomba no preparada o mal preparada Válvulas de succión y/o descarga cerradas u obstruidas. Insuficiente NPSH disponible Excesivo aire atrapado en el fluido Velocidad (rpm) muy baja Rotación incorrecta del impeler Impeler roto o paletas averiadas Impeler o diámetro del impeler incorrecto Cabeza del sistema muy alta Instrumentos dan lecturas erróneas Entrada de aire en la línea de succión Excesivo desalineamiento del eje Lubricación inadecuada Contaminación del lubricante Fuerza axial o cargas radiales mayores que el grado del rodamiento Mezcla de lubricación inadecuada Presión de succión muy alta Rodamientos instalados incorrectamente Impeler desbalanceado Sobrecalentamiento de las caras de los sellos Deflexión excesiva del eje Instalación incorrecta de los sellos La bomba está funcionando en seco La bomba funciona fuera del punto de diseño Empaquetaduras instaladas incorrectamente Impeler bloqueado Bomba operando a velocidad cercana a la frecuencia natural del sistema

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  s   s   a   o   n    l   r   e   n    t   a    i   n   e    i   c    d   n   s   e   e   e   c    t   x   r   o    t   e   a   a   a   p    b    h   e   c    d   m   u   o   o    b   m   d   a   s   e   a    l   r   e   m   l   e   e   l   a   u   e    d   s   c   s   m   n   a   e   r   o   e   n   o   c    t   n   o    i   s   a   s   c   e    b   a    l   a   r   e   m   g   s    b   v   o   e    i    i    V  n    B    D

x x x

x

x

x x

x x

x

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x x x x x x x x x

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NEPA, 57, 1993. 34

x

Las causas de las fallas que se presentan en las bombas centrífugas pueden pertenecer a otras categorías no consideradas en la Tabla 1, tales como (NEPA,58,1993):

•

Mal diseño de la bomba.

•

Materiales defectuosos.

•

Deficiencias de proceso y fabricación.

•

Defectos en el ensamble y/o instalación.

•

Operación fuera del punto de diseño o condiciones de servicio distintas a las recomendadas.

•

Mantenimiento inadecuado.

•

Operación inadecuada.

El primer paso que debe seguirse en el análisis de fallas en una bomba centrífuga es categorizar la falla o el problema que se está presentando. Este paso es sencillo, pues sólo existen dos categorías, las fallas hidráulicas y las fallas mecánicas. Luego se establece cuál es el síntoma que se está presentando en el sistema de bombeo. Como se explicó antes, el síntoma es el suceso o el fenómeno físico que indica que en el sistema algo está mal. El tercer paso consiste en determinar cuál es el mecanismo de falla. Dicho mecanismo es un proceso físico que conduce a la falla. Este puede ser, fuerza, temperatura, tiempo, reacciones del medio ambiente, etc. (NEPA,56,1993). El análisis de fallas termina con la identificación de la causa raíz de la falla o del problema que se está presentando en el sistema. Como se indicó antes, la causa es el origen de la falla. Una vez encontrada la causa raíz del problema se debe proceder a corregirla totalmente para que la falla o problema no vuelva a presentarse (NEPA,56,1993).

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Una carta de identificación de averías típicas en las bombas se presenta a continuación (Tabla 2 y Tabla 3). Dicha carta presenta para cada problema o falla, las posibles causas y las posibles soluciones. Se puede observar que un problema puede ser ocasionado por una o varias causas, por lo tanto es necesario revisar todas las causas raíces posibles con el fin de dar una solución completa al problema (POYNTON,181,1983). Tabla 2. Carta de identificación de averías típicas en las bombas Problema

La bomba no puede funcionar

Causa

Solución

Fusible dañado Dispositivo térmico de sobrecarga abierto en el arrancador Cable roto Voltaje bajo Línea de descarga bloqueada Líquido congelado en la bomba Hambruna en la succión

Reemplazar fusible dañado Resetear Localizar y reparar Determinar la razón (sistema eléctrico puede ser inadecuado) Remover masa bloqueante Descongelar

Reemplace la tubería de succión por una más grande o incremente la cabeza de succión Tubería con agujeros en la Reparar o reemplazar tubería succión defectuosa  Altura de succión excesiva Reorganice la localización de los equipos para reducir la altura de succión Líquido cercano al punto de Disminuya la temperatura o incremente evaporación la presión de succión Capacidad ajustada  Ajustar correctamente La bomba no puede incorrectamente entregar la capacidad Empaquetaduras averiadas Ajustar o reemplazar empaquetaduras seleccionada Bomba operando a una Revisar la línea de voltaje y la frecuencia velocidad incorrecta y comparar con la indicada en la placa de identificación del motor  Asientos de válvula Limpiar o reemplazar gastados o sucios, o ambos Reducir la viscosidad por calentamiento u otras maneras Viscosidad del líquido muy Incrementar el tamaño de la tubería de alta succión Incrementar la presión de succión

POYNTON, 181, 1983

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Tabla 3. Carta de identificación de averías típicas en las bombas (continuación) Problema

La bomba entrega fluido irregularmente

Causa

Solución

Tubería de succión está averiada Empaquetaduras averiadas  Asientos de válvula gastados o sucios Estrangulación excesiva de las válvulas de bola Presión de succión insuficiente Líquido cercano al punto de evaporación Suministro de potencia no es la indicada para el motor

El motor se sobrecalienta

Ruido o golpeteo repetido con cada movimiento

Sobrecarga causada por operación de la bomba por encima de la capacidad indicada Empaquetaduras pegadas o lubricadas incorrectamente Mecanismos de operación de la bomba no están lubricados correctamente Desalineación mecánica Cavitación (Hambruna de la bomba)

Reparar o reemplazar tubería Reparar o reemplazar empaquetaduras Limpiar o reemplazar Limitar estrangulación a la tolerancia del fabricante Incrementar la presión de succión: 1) Incremente el nivel del tanque 2) Presurice el tanque de succión Reduzca la temperatura o incremente la presión de succión Compare el suministro de potencia con la indicada en la placa de identificación del motor Revise las condiciones de operación y compárelas con las especificaciones del fabricante de la bomba Reajustar empaquetaduras y lubricar si es necesario Revisar todos los puntos de lubricación Revisar la alineación de todas las partes 1) Examine la tubería de succión por obstrucción en la tubería o válvulas en la succión 2) Revisar el valor de NPSH disponible en el sistema

POYNTON, 182, 1983 1.1 SELECCIÓN DE LOS MODOS DE FALLA MÁS ADECUADOS PARA SIMULAR EN EL BANCO EXPERIMENTAL Las fallas que se pueden simular en el banco experimental, y que se estudian en este proyecto son reversibles y repetibles en el tiempo. Dichas fallas no pueden causar daño permanente en el sistema. Sólo se pueden simular fallas, que si bien deterioran los equipos y las tuberías, permiten que el sistema siga funcionando después de realizar los experimentos. Tampoco se pueden simular fallas donde sea necesario desarmar los equipos y las tuberías componentes del sistema de 37

bombeo. De acuerdo con lo anterior, las fallas que se simulan y se estudian en el sistema de bombeo son las siguientes:

•

Bomba sin cebar y funcionando en seco.

•

Golpe de ariete.

  Cavitación.

•

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