22 COSAS BÁSICAS SOBRE BOMBAS QUE USTED DEBERÍA SABER

Traducción libre de un artículo escrito por Jim Elsey en Junio de 2018 para “Pumps & Systems”.

He estado escribiendo “Errores comunes sobre el bombeo” para “Pumps & Systems” por mas de 3 años. Normalmente la parte más difícil del trabajo es la selección de temas que resulten frescos, educacionales e interesantes. Este mes estoy escribiendo en una colección de temas cortos y los he sacado del horno como un solo artículo. En vez de un artículo, esta vez tendremos un hors d’oeuvres. Tengo la esperanza que el resultado satisfaga su apetito. Si han seguido mi columna, verán que estas delicias harán un repaso (de mi columna). Estos comentarios están basados en condiciones de trabajo con agua limpia, moviéndose a través de una bomba centrifuga de una sola etapa y eje libre (overhung), excepto donde se indique otra cosa.

#1. Las bombas están realmente diseñadas para funcionar en un único punto.

La condición hidráulica de un punto de carga (CDT) y caudal es el punto de máxima eficiencia (BEP), también conocido como el punto de máximo rendimiento. Cualquier otra cosa que se publica en un set de curvas es simplemente un compromiso comercial. Podría llegar a ser muy caro para la mayoría de usuarios finales tener una bomba diseñada y construida para las condiciones hidráulicas específicas de un particular proyecto.

#2. Ponga atención a la curva de la bomba publicada.

A menos que lo especifiquen, las curvas de comportamiento publicada por los fabricantes están basadas en agua limpia trabajando a 65°F (aprox. 18° C). La mayoría no se corrigen para una viscosidad de fluido diferente. La potencia definida puede o no ser corregida para determinada viscosidad o gravedad específica.

#3. Hay una buena razón por la cual la curva publicada se detiene en determinado punto de caudal y carga.

No es conveniente operar una bomba al final de la curva. Si hubiera mas chance de ampliar el comportamiento de la bomba, el fabricante habría extendido la curva. Operar una bomba cerca del final de la curva comportamiento generará muchos problemas de rendimiento.

# 4. Las bombas son estúpidas.

Una bomba centrífuga es simplemente una máquina en donde, para determinadas propiedades del fluido, geometría del impulsor y velocidad de operación, se activará dentro del sistema en el cual ha sido instalado. La bomba operará (caudal y carga) en donde su curva de operación se intercepte con su curva de sistema, siendo esta última la que dicta en donde operará.

#5. Entienda la curva de sistema.

La curva de sistema representa las condiciones de fricción, carga estática y de presión definidas para el sistema. La carga de velocidad está presente, pero normalmente es un componente muy pequeño para tomarlo en cuenta.

#6. Las bombas no succionan fluidos.

Es un error muy común, pero entendamos que es una fuente de energía, diferente de la bomba, la que suple los requerimientos energéticos para que el fluido llegue a la bomba. Normalmente estas son la gravedad y/o la presión atmosférica. En última instancia, los fluidos no oponen resistencia a la tracción, por lo que una bomba no puede “alcanzar” o empujar el fluido hacia la succión.

#7. Siendo realistas, la altura máxima de succión está cercana a los 26 pies (8 m)

Tiene que ver con lo anterior, Si estamos al nivel del mar la presión absoluta es 14.7 psi. Multiplicando por 2.31 (0.704 para m H₂O) es equivalente a 33.9 pies (10.34 m H₂O) de carga absoluta. Entonces, en un mundo perfecto, si no hubiera fricción en el fluido o presión de vapor trabajando en contra del sistema seríamos capaces de levantar agua fría a 8 metros.

En la realidad, la fricción del fluido y las negativas consecuencias de la presión de vapor trabajan en contra nuestra e impiden la elevación de los fluidos mas allá de los 26 pies (8 metros). Siempre se debe calcular la carga de succión positiva disponibles (NPSHa) y compararla con la carga de succión positiva requerida por la bomba (NPSHr). Entre más alto el valor del margen, mejor.

#8. Una bomba puesta en reversa no invierte la dirección del flujo.

El flujo seguirá yendo hacia la succión y saldrá por la descarga. Dependiendo de la velocidad específica (Ns) de la bomba (pensando en la geometría del impulsor), el caudal y la carga se verán reducidos de forma significativa por pérdida de eficiencia en la bomba. Para velocidades específicas mas bajas, el caudal llegará a un 50% y la carga será un 60% de lo establecido. Una bomba conforme estándar ANSI trabajando en reversa causará que el impulsor se desenrosque del eje, alojándose dentro de la carcasa.

#9. No se debe ingresar aire desde la ranura de impulsión en una bomba operando.

Una bomba es en muchas formas como una centrífuga; luego, el agua (mas pesada) es expelida hacia el lado externo del impulsor y el aire (mas liviano) se mantiene en el centro del mismo. La bomba debe ser ventilada apropiadamente en toda su extensión. Las Bombas con descargas en el centro del eje son esencialmente autoventiladas.

#10. Las bombas industriales no vienen de fabrica listas para “conectar y operar” (plug & play).

Existen algunas pocas excepciones, pero no asuma nunca. Una bomba requiere que se le añada aceite en los “bearing housing”. La separación del impulsor debe ser comprobada y fijada para que el líquido (temperatura) sea bombeado. El eje debe ser alineado con la bomba. De acuerdo, esta alineación pudo haber sido realizada en fábrica, pero desde el instante que la sacaron para transportarla este alineamiento se da por perdido.

#11. Es necesario revisar el alineamiento de nuevo después que la tubería ha sido instalada, y nuevamente cuando la base es cementada con grout.

La dirección de la rotación debe ser comprobada y emparejada a la rotación del eje del motor.

#12. El sello mecánico deberá ser ajustado después que se completen los pasos anteriores.

La mayoría de fabricantes no instalan el acople en la fábrica porque el mismo terminaría siendo descartado por todas estas situaciones mencionadas.

#13. Casi todos los problemas de una bomba ocurren en el lado de la succión.

Hay un malentendido común y muy arraigado acerca de cómo funcionan las bombas. Solo hay que ver los párrafos anteriores para una referencia. Se debe pensar en cualquier sistema de bombeo como 3 sistemas separados cuando se desea resolver problemas en el campo. El sistema de succión, la bomba en si misma y el sistema aguas abajo de la bomba. Conforme los años de experiencia trabajando con bombas y resolviendo sus problemas, el 85 porciento de las situaciones ocurren en el lado de la succión. Ante la duda, es el lugar ideal para comenzar a buscar posibles soluciones.

#14. Siempre, siempre, siempre se debe calcular el NPSHa.

Es el mas común y a la vez el  mas caro de los problemas que he constatado afuera. La gente erróneamente piensa que porque ellos tienen mucha presión en la succión o una sección inundada (succión positiva), no hay ninguna razón para hacer estos cálculos. Unos pocos pies de fricción o pérdidas adicionales causadas por la presión de vapor pueden reducir el margen de NPSH que uno cree tener, y si el NPSHa no es suficiente, se obtendrá problemas de cavitación en el impulsor de la bomba.

#15. El NPSHr no tiene nada que ver con el sistema y es determinado por el fabricante.

El NPSHa no tiene nada que ver con la bomba y debe ser determinado o calculado por el usuario (a través del diseñador). Hace poco escuché a alguien decir que las bombas se vuelven “gruñonas y rezongonas” cuando no hay margen suficiente de NPSH.

#16. Entendamos la cavitación.

La cavitación en las formación de burbujas de vapor en la corriente del fluido debida a una caída por debajo de la presión de vapor del fluido. Típicamente, la formación de estas burbujas ocurre justamente en frente del ojo de la voluta (impulsor), en tanto que la misma se encuentra a la presión más baja del sistema. Por consecuencia, las burbujas colapsan aguas abajo cuando encuentran un punto con mayor presión. Este colapso es lo que causa el daño al impulsor.

#17. La cavitación causa daños.

Si las burbujas colapsan en medio de la corriente del fluido, casi no hay daño. Pero cuando las burbujas colapsan cerca o en la superficie metálica (de la voluta), lo hacen de forma asimétrica y causan pequeños microjet. Este colapso ocurre a nanoescala (1.0 x 10^-9, en billonésimas). Las fuerzas de presión local envueltas pueden ser mayores a 10,000 psf (689 bar o casi 69,000 kPa), en adición al calor generado. Este fenómeno puede ocurrir a frecuencias de hasta 300 veces por segundo a velocidades cercanas a la velocidad del sonido. Considere que la velocidad del sonido en el aire es 1,236 km/h (768 mph), dependiendo del grado de humedad en el mismo; en el agua, esta velocidad es 4.4 veces mayor (5,391 km/h, 3350 mph, o bien, 1,490 m/s). En el agua salada, esta velocidad es mayor.

#18. La cavitación puede ocurrir en distintos puntos del impulsor.

El “clásico” daño por cavitación ocurrirá aproximadamente a un tercio de la distancia aguas abajo por debajo del eje (en el lado cóncavo, donde la presión es baja), en el vano del impulsor. “clásico”, porque su causa es la insuficiente NPSHr. El daño por cavitación puede manifestarse en otros puntos del impulsor, pero esos casos generalmente se deben a problemas de recirculación causados por operar la bomba fuera de su condición hidráulica de diseño (fuera de la curva) o su punto de mayor eficiencia (BEP).

#19. La cavitación es audible a baja frecuencia.

Si usted oye el ruido por cavitación (suena como estar bombeando grava), es muy probable que el equipo esté cavitando. El hecho de que no escuche el ruido no significa nada, ya que la mayor parte del rango de ruido está fuera del alcance de la audición humana (¿deberíamos entrenar perros para detectar cavitaciones?). En este sentido, el agua fría es típicamente el peor fluido para el daño resultante (o que genera los mayores daños) por cavitación.

#20. Los hidrocarburos tienen un mínimo efecto en cómo se ve el daño.

Los factores de corrección para hidrocarburos existen y están basados en datos empíricos. Las reglas para los factores de corrección están cubiertas dentro del libro de datos hidráulicos de Cameron.

#21. El NPSHr es el NPSH3.

Cuando un fabricante le establece que la bomba requiere una cierta cantidad de NPSHr a un determinado punto, usted debe entender que, realmente, su bomba estará cavitando con una caída de carga del 3%; esto, porque ésta es la forma como se mide el NPSHr. Suficiente motivo para asegurarse que se tiene un margen adecuado.

#22. La sumergencia crítica es necesaria para evitar los vórtices.

A la distancia vertical desde la superficie del fluido hasta la entrada en la bomba se le llama nivel de sumergencia. La distancia requerida para evitar que las partículas de aire ingresen por medio de vórtices se conoce como nivel crítico de sumergencia.