INSTALACIÓN DE SUCCIÓN EN BOMBAS CENTRÍFUGAS
Aunque las averías que se producen en las bombas suponen un factor de coste directo para muchas instalaciones, dependiendo de la función que la bomba desempeñe en la planta, cualquier avería que provoque una parada de producción genera una pérdida económica secundaria mucho mayor. Como estas averías se producen en la bomba, el foco principal siempre parece recaer en ella. Sin embargo, la causa raíz de los problemas, en muchos casos, es la propia estructura de la instalación de la bomba. Hoy hemos preparado un artículo sobre cómo debe ser la instalación de una bomba, el efecto de los errores de instalación sobre la bomba y cómo pueden evitarse estos errores.
1. Garantice un Valor de NPSH Suficiente
El NPSH es un tema muy debatido hoy en día y podemos encontrar abundantes fuentes al respecto en muchas plataformas diferentes. Por ello, en lugar de examinar el tema del NPSH en detalle en nuestro artículo, bastará con hablar de sus efectos sobre la instalación de la bomba y presentarlo brevemente.
En las bombas centrífugas, para que la bomba funcione correctamente sin entrar en cavitación, se requiere que el fluido que llega al rodete de la bomba se encuentre a una presión determinada. A esta presión requerida la denominamos NPSHp (de la bomba) o NPSHr (requerido). Sin embargo, la estructura de nuestra instalación y las condiciones de operación proporcionan una presión determinada al fluido que entra en la bomba. A esta presión la denominamos NPSHm (disponible) o NPSHa (available).
Por lo tanto, para garantizar la condición de funcionamiento correcto de la bomba mencionada anteriormente, es necesario que se cumpla la condición NPSHm>NPSHp. De lo contrario, la bomba entrará en cavitación y se producirán daños en las piezas de la bomba.
El valor de NPSHp que necesita la bomba es responsabilidad de los fabricantes de bombas, quienes intentan mantener este valor lo más bajo posible mediante diversos ajustes y mejoras en el diseño de las bombas. Sin embargo, reducir el valor de NPSHp de una bomba ya en uso resulta muy difícil y costoso, y generalmente requiere aplicaciones de muy baja eficiencia. Por lo tanto, en lugar de intentar reducir el valor de NPSHp, aumentar el valor de NPSHm será mucho más fácil y considerablemente menos costoso.
2. Reduzca la Pérdida por Fricción
La pérdida por fricción reducirá el valor de NPSHm mencionado anteriormente y también provocará un aumento de nuestros costes energéticos. Por ello, al igual que en todos los sistemas, en los sistemas de bombeo también es muy importante mantener la fricción al mínimo tanto en el lado de aspiración como en el de impulsión.
Para mantener la fricción al mínimo, en primer lugar deben elegirse elementos de instalación con una estructura de material y unas características técnicas que ofrezcan la mínima resistencia al flujo. Los equipos y materiales utilizados (en la medida en que lo permita el fluido) deben tener un coeficiente de fricción bajo y colocarse de forma que no altere la dinámica de la instalación. Además, cuanto más largo sea el recorrido que el fluido deba realizar hasta la entrada de la bomba, mayor será la cantidad de energía desperdiciada como pérdida por fricción. Por ello, la bomba debe estar lo más cerca posible de la fuente de aspiración. Por último, evitar que la velocidad del fluido que entra en la bomba supere 1,5 m/s impedirá que se produzca una pérdida adicional de fricción en la aspiración, ya que a medida que aumenta la velocidad del fluido, también aumenta la pérdida por fricción producida en la tubería y en los equipos.
3. Codos
Los codos son elementos de instalación que utilizamos para cambiar la dirección del fluido en distintos ángulos dentro de los sistemas de tuberías. Sin embargo, este cambio de dirección también provoca un cambio en la dinámica interna del fluido, haciendo que fluya de forma irregular. Hoy sabemos, a partir de diversas simulaciones y análisis de fluidos, que el fluido que atraviesa un codo genera un flujo irregular que produce turbulencia, provocando daños en el rodete de la bomba y causando vibración. Además del daño producido en el rodete, la vibración generada en la bomba también afecta a los rodamientos y al sello de la bomba, causando problemas también en estos puntos.
Para evitar esta situación, es necesario garantizar que el fluido que entra en la bomba tenga un flujo regular. En este caso, se da prioridad, siempre que sea posible, a no utilizar codos en la instalación. Sin embargo, si nos vemos obligados a utilizar un codo, como ocurre en muchos sistemas, para garantizar este flujo regular a la entrada de la bomba, debemos colocar después del codo un tramo recto de tubería de una longitud mínima de 5 y máxima de 10 veces el diámetro de la tubería de aspiración hasta la entrada de la bomba. De este modo, el fluido que sale del codo regulará su flujo a lo largo de este tramo y no generará ningún problema en la bomba.
4. Lo que Entra en la Bomba Debe Ser Líquido, ¡No Aire!
Debido a la estructura de la instalación, algunos puntos altos en las tuberías crean huecos donde pueden acumularse los gases que entran en la instalación. Cuando los gases acumulados en estos huecos entran en la bomba de golpe o en distintos intervalos de tiempo, generan un efecto de cavitación debido a las diferencias de presión dentro de la bomba y pueden dañar todas las piezas en contacto con el fluido. Al mismo tiempo, el aumento y la acumulación con el tiempo de la cantidad de aire en estas bolsas restringe el paso del fluido y la bomba no puede realizar una aspiración suficiente. Esta situación, a su vez, acorta la vida útil de la bomba y provoca averías.
Aunque no es posible reducir a cero la cantidad de aire dentro de la instalación, sí podemos al menos reducirla a proporciones que no nos causen problemas. En primer lugar, cuando se completa la instalación, la línea ya está llena de aire. Es imprescindible purgar completamente este aire antes de enviar el fluido a la instalación. Asimismo, en un sistema en uso activo, los movimientos de las válvulas y de diversos equipos, así como las fluctuaciones del fluido, pueden generar presiones parcialmente bajas. Estas bajas presiones provocan la evaporación del aire contenido en fluidos que transportan, aunque sea en cantidades muy pequeñas, aire disuelto, y su acumulación de nuevo en los puntos altos de la instalación. Este aire también debe eliminarse del sistema a intervalos regulares.
Para protegerse de las bolsas de aire, en primer lugar hay que dejar el menor número posible de puntos altos en la instalación. Cuando sea necesario, estas elevaciones pueden lograrse alargando ligeramente la longitud de la instalación mediante transiciones de ángulo bajo. Otra medida es instalar válvulas de purga de aire en los puntos donde la pendiente de la instalación aumenta o disminuye rápidamente. Así, estas válvulas pueden utilizarse cuando sea necesario para purgar el aire de la instalación. Por último, para evitar la formación de bolsas de aire en las tomas de aspiración de la bomba, siempre debe utilizarse una reducción excéntrica, y la tubería de aspiración debe colocarse con una pendiente ascendente hacia la bomba.
5. La Bomba No Es un Punto de Apoyo para la Instalación.
Lamentablemente, en muchas instalaciones las tuberías de las bombas no están correctamente sostenidas. Incluso, en algunos casos, las bombas se utilizan como elemento de soporte de la instalación. Sin embargo, esta situación puede tener consecuencias muy negativas para la bomba.
Las bombas son máquinas fabricadas para transferir fluidos de un punto a otro. Por lo tanto, dado que la bomba logra esta transferencia generando una diferencia de presión sobre el fluido, se ve afectada por la presión resultante y se generan fuerzas radiales y axiales sobre sus piezas. El diseño de la bomba y los materiales utilizados están fabricados para soportar estas fuerzas y garantizar que la bomba cumpla su función sin problemas durante toda su vida útil, con ciertos mantenimientos. Sin embargo, si la instalación de la bomba no está suficientemente sostenida y todo el peso de la instalación, junto con las tensiones que a veces surgen en ella, se transmiten a la bomba, esta intentará transferir el fluido bajo fuerzas mucho mayores de lo previsto. Del mismo modo, si la instalación no está correctamente alineada y los equipos de la instalación se han conectado entre sí de forma "forzada", la instalación transmitirá esta tensión de igual manera a la brida de la bomba, y esta intentará de nuevo funcionar bajo una fuerza externa.
Estas fuerzas externas que actúan sobre la bomba provocan vibración, funcionamiento ruidoso y averías frecuentes. Como resultado, la vida útil de la bomba se reduce considerablemente mientras aumentan los costes de mantenimiento. Especialmente en las líneas donde se utilizan fluidos a altas temperaturas, la dilatación y contracción de la instalación provoca la aparición de cargas intermitentes tanto en sentido vertical como horizontal en la instalación. En los sistemas donde se utilizan este tipo de fluidos, la instalación debe sostenerse externamente sin excepción, y además deben instalarse compensadores capaces de absorber la carga de la instalación en las bridas de aspiración e impulsión de la bomba.
6. Conclusión
- Compruebe los valores de NPSH y mantenga alto el valor de NPSHm.
- Mantenga la bomba lo más cerca posible de la fuente de aspiración.
- No permita que la velocidad del fluido en la aspiración supere 1,5 m/s.
- Determine correctamente los diámetros de las tuberías de aspiración e impulsión.
- Evite los codos en la medida de lo posible.
- Si es imprescindible utilizar un codo, disponga después de él un tramo recto de al menos 5 veces el diámetro de la tubería de aspiración hasta la entrada de la bomba.
- Cree el menor número posible de puntos altos en la instalación.
- Instale válvulas de purga de aire en los puntos de la instalación donde la pendiente aumenta y disminuye rápidamente.
- Utilice siempre una reducción excéntrica en la instalación de aspiración de la bomba.
- Procure que la tubería de aspiración de la bomba llegue a la entrada de la bomba con una pendiente ascendente.
- Sostenga externamente las instalaciones de aspiración e impulsión de la bomba, independientemente de esta.
- Asegúrese de que la instalación de la bomba esté alineada y de que las piezas no se hayan forzado durante el montaje.
- Utilice compensadores en las bridas de la bomba, especialmente en sistemas donde se utilizan fluidos a alta temperatura.
