Solucion de problemas

bombas rotativas de lóbulos

2008

S.A. de C.V.

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Contenido

Pagina

Sección 1.0: Introducción Introducción a la solución de problemas en bombas de desplazamiento positivo 2

Sección 2.0: Problemas en bombas de desplazamiento positivo Revisión de los problemas típicos en bombas de desplazamiento positivo 3

2.1.1 Inspección del sello 2.1.2 Examine las marcas de desgaste 2.1.3 Examine las caras 2.1.4 Señales de calor 2.1.5 Inspección el collarín del sello 2.1.6 Revisión de los resortes 2.1.7 Revisión de los elastómeros 2.1.8 Búsqueda de rozamientos accidentales 2.1.9 Síntomas externos del sello

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Sección 3.0: Problemas típicos y sus efectos Revisión detallada de los problemas más comunes, sus causas y soluciones 15

3.1.1 No hay flujo 3.1.2 Dirección de rotación de la flecha 3.1.3 Presión de descarga excesiva y/o cambio de la viscosidad del fluido 3.1.4 Inhabilidad para cebar 3.1.5 Cavitación 3.1.6 Contenido de gases 3.2.1 Efecto de una presión de descarga excesiva 3.3.1 Temperatura excesiva y/o cambio brusco de temperatura 3.4.1 Ruido o vibración excesiva 3.5.1 Resumen del contacto de la cabeza de la bomba

15151517182021232425

Sección 4.0: Como un correcto diseño del sistema e instalación puede evitar problemas potenciales Tips para corregir la instalación de la bomba, diseño del sistema y líneas de bombeo 27

4.1.1 Tubería 4.2.1 Protección 4.3.1 Operación 4.4.1 Cimientos de la base 4.5.1 Alineación de las flechas 4.6.1 Revisiones previas al encendido

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1.0 Introducción Introducción a la solución de problemas en bombas de desplazamiento positivo En la mayoría de los sistemas de bombeo, la bomba resulta ser uno de los componentes más vulnerables y normalmente se indica como la culpable de las fallas sin importar que pueda estar operando incorrectamente. Al respecto, tras investigar las probables causas del problema encontramos que, un control inadecuado del líquido bombeado o un cambio en las características y requisitos del sistema originan que la bomba no sea capaz de operar adecuadamente. Las bombas que son instaladas correctamente dentro de los parámetros de diseño, darán servicio y estarán libres de cualquier problema en un lapso mayor a diez años, aun en aplicaciones que exijan tareas arduas. Antes de poder identificar correctamente el problema, es importante recabar tanta información como sea posible relacionada con el proceso:

• Obtenga los requerimientos originales de la aplicación, así como del sistema.

• Revise cualquier cambio en el proceso, como presión, temperatura, viscosidad, etc.

• Compruebe si el sistema recibe mantenimiento general regularmente

• Cuanto tiempo estuvo operando la bomba antes del problema.

• Verifique la apariencia y condición de los componentes internos de la bomba.

• Revise cuando fue el ultimo servicio dado a la bomba.

• Trate de distinguir cambios en el ruido o vibración de la bomba.

Llevar a cabo las tareas de esta lista puede ahorrarle demasiado tiempo y esfuerzo para llegar a la solución más apropiada. Los problemas más comunes asociados con bombas de desplazamiento positivo se muestran adjuntos a los efectos particulares que se presentan en la serie ZL de bombas rotativas de lóbulos.

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2.0 Problemas en bombas de desplazamiento positivo Revisión de los problemas típicos en bombas de desplazamiento positivo Los problemas típicos en las bombas incluyen:

• No entrega flujo

• Presión de descarga excesiva

• Temperatura excesiva y/o cambio brusco de temperatura

• Ruido y vibración excesiva

• Fuga por el sello

Las causas típicas a estos problemas son:

No entrega flujo: • La bomba no esta cebada.

• La unidad motriz hace girar la bomba en la dirección opuesta.

• Hay una obstrucción en la tubería de succión o las válvulas están cerradas.

• El extremo de la tubería de succión no esta sumergida.

• Un filtro esta obstruido.

• Insuficiente carga neta positiva de succión disponible (NPSHd).

• Una válvula by-pass esta abierta.

• Presencia de aire en la tubería de succión.

• Ingreso de aire a través de la glándula.

• Los elementos de la bomba están severamente desgastados.

• Falla en el tren de engranes.

• El motor no entrega potencia a la bomba.

• La velocidad de la bomba es demasiado alta.

• La viscosidad del fluido es mayor que la esperada.

Presión de descarga excesiva: • Algunas válvulas están cerradas o hay una obstrucción en la tubería de descarga.

• Un filtro esta obstruido.

• La viscosidad del fluido es mayor que la esperada.

• La presión de descarga es mayor que la calculada.

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Temperatura excesiva: • Proceso con temperatura muy alta.

• Incremento de la temperatura en el ambiente.

Ruido o vibración excesiva: • La bomba y motor están mal acoplados.

• La tubería no esta correctamente soportada.

• La viscosidad del fluido es mayor que la esperada.

• La bomba cavita.

• Válvula de alivio oscilante.

• La fundición o los pernos que anclan la bomba se han aflojado.

• Contacto en la cabeza de bomba.

• Velocidad de la bomba demasiado alta.

• Arrastre de gas.

• Falla de los rodamientos, los soportes de la flecha están flojos.

• El fluido contiene partículas abrasivas inesperadas.

• Pobre diseño del sistema de tubería.

Fuga por el sello (vea la sección 2.1 para más detalles): • El fluido contiene partículas sólidas inesperadas.

• Corrosión, ataque químico.

• La bomba cavita.

• Demasiada presión de descarga.

• Temperatura muy elevada.

• Vibración de la bomba, principalmente de las flechas.

• Conexión a la tubería incorrecta.

• Selección incorrecta de los materiales del sello.

• Se acciono la bomba en seco.

• Servicios de limpieza insuficientes o inexistentes.

Efecto en las bombas de desplazamiento positivo (bombas de lobulos)

Accionar en seco Ninguno, siempre que la glándula este lubricada

Temperatura muy elevada Rozamiento interno (rotores-carcaza)

Excesiva presión de descarga Cambio de dimensiones en la carcaza de la bomba

Cavitación Flujo reducido, contacto interno e incluso erosión

Sólidos duros inesperados Rozamiento interno y atascamiento

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2.1 Fuga del sello mecánico

Los sellos mecánicos son productos diseñados y fabricados con precisión, y aun así una de las fallas más

comunes en las bombas de desplazamiento positivo es debido a un mal funcionamiento del sello

mecánico. Por diseño, los sellos mecánicos son dispositivos con contacto de fricción y pueden estar

sujetos a un amplio rango y casualmente a entornos hostiles de operación. Es imperativo seleccionar

correctamente el tipo de sello mecánico para prevenir cualquier fuga, la combinación de materiales de la

cara del sello, tipo de montaje y elastómero. Para facilitar la identificación del porque un sello mecánico

presenta fuga, es importante recabar tanta información como sea posible:

• ¿Cuánto tiempo lleva el sello en operación (meses, días, horas)? ¿Esta el sello sujeto a una

operación continua o intermitente?

• Revise cualquier cambio en el proceso, tales como presión, velocidad, temperatura y detalles

del fluido que se bombea.

• Localice la parte por donde el sello fuga, como por debajo de la manga, atrás del empaque o a

lo largo de la flecha.

• Que tan mal es la fuga, constante, variable o únicamente cuando la flecha esta detenida.

• Verifique la presión y flujo del chorro de agua si se utilizan sello mecánicos inundados.

• Trate de percatarse de vibración o cavitación.

Para solucionar cualquier problema de fuga por el sello, es importante seguir la siguiente metodología:

• Inspección del sello

• Examine las marcas de desgaste

• Examine las caras del sello

• Localice señales de calor

• Inspección del collarín del sello

• Revise los resortes

• Revise los elastómeros

• Busque señales de rozamiento

2.1.1 Inspección del sello No trate de solucionar un problema revisando únicamente las partes que parecen importantes. Ambas

secciones, la parte estacionaria como el elemento giratorio deben ser inspeccionados, así como los

elementos secundarios tales como: O-rings, arandelas o empaques. La manga de la flecha y el interior

del alojamiento de la carcaza también deben ser inspeccionadas. Busque depósitos, rebabas o

componentes rotos. Localice cualquier seña de desgaste cerca de las caras del sello.

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2.1.2 Examine las marcas de desgaste

Patrón normal de desgaste Causa: Si se presenta fuga es probable que sea debido a problemas con el

elastómero del sello secundario.

Solución: Reemplace las caras de ambos sellos, primario y secundario.

Patrón amplio de desgaste Causa: Esto indica que la flecha de la bomba gira excéntricamente debido a un

desalineamiento, falla de los rodamientos, deflexión de la flecha o demasiado

esfuerzo en la carcaza debido a la tubería.

Solución: Reemplace los sellos y la flecha. Verifique que la flecha este

correctamente alineada, cheque las presiones del sistema y elimine cualquier

esfuerzo en la carcaza debido a la tubería.

Patrón descentrado de desgaste Causa: Esto indica que las caras del sello están en contacto excéntrico una con la

otra, o que la cara del sello estacionario no esta centrada en la glándula.

Solución: Reemplace los sellos e instálelos de acuerdo a las instrucciones del

fabricante de sellos mecánicos.

Patrón sin desgaste Causa: Esto indica que la cara giratoria no entra en contacto alguno con la cara

estacionaria. Esto puede deberse a una incorrecta instalación, que el mecanismo

de arrastre se deslice o por perdida de los elementos de antirotación

Solución: Instale correctamente los sellos de acuerdo a las instrucciones del

fabricante de sellos mecánicos y verifique que los elementos de antirotación estén

presentes.

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2.1.2 Examine las caras

Cara fisurada (cerámica) Causa: Debido a un apriete excesivo o mal manejo del material.

Solución: Reemplace los sellos e instálelos correctamente de acuerdo a las

instrucciones del fabricante de sellos mecánicos y manéjelos con cuidado.

Choque térmico Causa: El esfuerzo térmico es una causa común de fractura y usualmente ocurre

cuando la cara del sello esta sujeta a cambios bruscos de temperatura, por

ejemplo, después de bombear un fluido caliente el sello es lavado con un fluido

frió, cambiando bruscamente la temperatura.

Solución: Reemplace los sellos e investigue a que temperatura se efectúa el

proceso de bombeo y limpieza y ajústela para cada uno.

Ejemplo de fisura en el

inserto del sello causado

por choque térmico.

Desgaste pesado o rayado Causa: Esto ocurre a menudo con los sellos en servicio abrasivo severo con la

separación de las caras del sello, dejando partículas grandes entre las caras del

sello. Estas partículas después encajan en la cara suave (carbón) y muelen la

cara dura.

Solución: Substituya los sellos por una combinación más dura, tal como carburo

de silicio y/o lubrique las caras del sello.

Remoción de material Causa: Esto es debido a la incompatibilidad del material base del sello con el

fluido que se bombea, el cual ataca químicamente la capa que cubre al sello.

Solución: Sustituya los sellos por otro material que sea compatible con el fluido

que se bombea de acuerdo a las especificaciones del fabricante del sello.

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Golpes en el diámetro exterior Causa: Esto es evidente en los sellos suaves, el material de la cara (carbón)

debido a la solidificación de los fluidos en la cara exterior del diámetro, causa

una fractura sobre este al arrancar el equipo. La cavitación severa podía

también causar este problema.

Solución: Substituya los sellos y proporcione lubricación al área del sello y/o

elimine cualquier problema de cavitación. (véase sección 3.1.4)

Golpes en el diámetro interior Causa: Esto es evidente en los sellos suaves, el material de la cara (carbón)

debido a partículas abrasivas en el fluido las cuales dañan al sello. La

cavitación severa podía también causar este problema.

Solución: Reemplace los sellos con otra combinación más dura, como el

carburo de silicio y proporcione lubricación al área del sello y/o elimine

cualquier problema de cavitación. (véase sección 3.1.4)

Carbón agrietado Causa: Esto es usualmente causado por exceso de compresión, vibración o

la expansión de un elastómero en el diámetro interior, poniendo al carbón en

tensión. También puede ser provocado por un mal manejo.

Solución: Reemplace los sellos e instálelos correctamente y con mucho

cuidado de acuerdo a las especificaciones del fabricante del sello. Verifique

que el elastómero sea compatible con el fluido a bombear.

Picaduras, rasgaduras o corrosión Causa: Los sellos mecánicos se seleccionan para aplicaciones particulares

por lo tanto no deben sufrir estos problemas, sin embargo, la corrosión

severa puede ocurrir si se usan sellos incompatibles con el fluido que se

bombea. También se puede presentar cuando un carbón de bajo grado se

está utilizando. Aquí los gases son atrapados en el material, estos se

vaporizan durante la operación de tal modo que permiten la solidificación del

fluido en las caras del sello, dando los efectos de corte y de rasgado. Solución: Substituya los sellos compatibles con el fluido y/o mejore el grado

del carbón. El ataque corrosivo del carbón puede ser eliminado

seleccionando los carbones que son compatibles con la aplicación.

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Ejemplo de corrosión por picadura

en un sello de acero inoxidable

Ejemplo de corrosión con grietas en

la cara del sello de acero inoxidable

Marcas de desgaste en el anillo estacionario Causa: Esto usualmente ocurre sobre las caras de materiales blandos, tales como carbón o acero

inoxidable, pero puede presentarse en otros materiales bajo condiciones severas. La principal causa

ocurre cuando el chorro de agua del sello pega directamente sobre la cara estática causando erosión. Si

el fluido refrigerante del chorro de agua contiene partículas abrasivas y/o el flujo es excesivo, el efecto

corrosivo sé incrementa.

Solución: Asegúrese que el chorro de agua sea dirigido tangencialmente a las caras del sello, disminuya

el flujo y elimine cualquier partícula abrasiva del refrigerante y cambie el material del sello por una

combinación más dura como el carburo de silicio. Instalar un sello inundado debe evitar este problema.

Un ejemplo de las caras del sello siendo

sometidas a un ataque químico

Un ejemplo donde el sello mecánico falló

debido a la solidificación del fluido bombeado,

presentando fugas

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2.1.4 Señales de calor Si se observa alguna parte del sello decolorada, podemos afirmar que ha habido una alta fricción entre

las caras del sello. El endurecimiento del O-ring puede apoyar lo anterior. Las caras del sello llegan a

mostrar señales de desgaste excesivo y posibles marcas de calor hasta llegar a la falla térmica.

Causa: Las más probables son arrancado en seco, destellos o una pobre lubricación. Los destellos

ocurren cuando una película del fluido hierve sobre las caras del sello. Otras causas pudieran ser que el

sello asiente incorrectamente causando una alta fricción y por lo tanto una alta temperatura mientras que

la bomba este operando a excesivas presiones o velocidades.

Solución: Asegúrese que el sello no corra en seco. Si no se puede evitar, utilice un sello sencillo

inundado o un sello doble con una barrera de fluido, lo cual asegura la correcta lubricación del sello.

Asegúrese que la bomba opere a la presión y velocidad especifica.

La superficie esta marcada

Rastros quemados encontrados

en el diámetro interior

El o-ring es deformado (movido

axialmente de su posición, casi

hasta el escalon del sello)

Residuos del o-ring quemado en

el diametro exterior

Un ejemplo de un sello mecanico donde las caras han sido corridas en seco

2.1.5 Inspección del collarín del sello Todos los diseños de sello mecanico utilizan un metodo para transmitir el torque de la flecha a la cara

giratoria del sello, normalmente se emplean pines u opresores.

Los sello se aflojan generalmente debido a la torsión, esto es, fuera de la bomba uno puede torcerlos

levemente hasta que enganchen. Los pernos o tornillos se deben examinar para cualquier rastro de

desgaste.

Pines de arrastre o ranuras desgastadas Causa: Esto puede ser causado cuando las dos caras del sello se quedan pegadas juntas causando un

esfuerzo excesivo sobre los pines de arrastre. Este estrés se transfiere de vuelta a las superficies de los

sellos, causando que se aceleren y entonces se peguen nuevamente. En lugar de un movimiento

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giratorio suave la cara del sello comienza a golpearse alrededor en una trayectoria circular. Esto es

causado por una falta de lubricación. El desgaste también puede ser resultado de vibraciones dentro de

la bomba y puede resultar cuando una cara estática no asienta pareja en la flecha causando movimiento

axial de la cara giratoria.

Solución: Asegúrese que el sello sea instalado correctamente y que la bomba opere a la presión y

velocidad especifica. Un sello sencillo inundado o un sello doble con una barrera de fluido deberá ser

considera para asegurar la lubricación correcta del sello. Elimine cualquier fuente de vibración.

Desgaste del diámetro interno del sujetador Causa: Esto puede ser causado si los opresores no son apretados correctamente durante la instalación

del sello. Además una tensión extrema entre las caras del sello debido a las propiedades del fluido

puede superar el apriete de los opresores. Los opresores mostraran señales de desgaste severo. Esta

falla es muy frecuente combinada con periodos largos de inoperación de la bomba y bajos ciclos de

limpieza.

Solución: Asegúrese que el sello esta instalado correctamente. Para fluidos con propiedades pegajosas

se recomienda utilizar el sello sencillo inundado o un sello doble con una barrera de fluido para asegurar

la perfecta lubricación. Asegure ciclos de limpieza apropiados para la aplicación.

2.1.6 Revisión de los resortes Causa: Los resortes normalmente fallan por una combinacion de ataque quimico y esfuerzos altos. La

corrosión se puede presentar en resortes de acero inoxidable en algunos fluidos que contienen tanto

clorina, bromo, yodo, iones de floururo o componentes de estos elementos. Los iones libres atacan la

capa de cromo protectora que cubre al acero inoxidable, abriendo pequeñas grietas y debilitanto la pieza.

Una subita falla se puede presentar si el oxido llega a dichas grietas.

La fatiga es el resultado de la repeticion de los cambios de carga, generados por repetir una

compresión/descompresión en el resorte. Esto podria generar que una cara del sello no asiente

correctamente en la flecha.

Solución: Cuide que la concentración de los elementos corrosivos sobre el resorte sea minima, usando

tanto chorro de agua como un arreglo de sello doble. Cambie el material del resorte a alguno que soporte

la corrosion, tal es el caso del Hastelloy. Minimize las vibraciones y asegure que el movimiento axial sea

el correcto. Asegurese que el sello sea correctamente instalado.

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2.1.7 Revisión de los elastómeros

Hinchado, pegajoso o desintegrado Causa: Esto es generalmente causado por una incompatibilidad química con el

fluido bombeado.

Solución: Reemplace con algún otro diferente material que sea compatible de

acuerdo con las especificaciones del fabricante.

Endurecido o agrietado Causa: Generalmente es debido al excesivo calor y/o ataque químico.

Normalmente la fuente de calor es el contacto entre dos partes de metal. Además

la falta de lubricación propicia el calor y subsecuentemente mucha fricción. Esto

podría ser una señal que la bomba fue arrancada en seco.

Solución: Nunca arranque la bomba en seco. Si no se puede evitar, utilice un

sello sencillo inundado o un sello doble con una barrera de fluido para garantizar

la buena lubricación del sello. Reemplace con otro material que sea compatible

con el fluido que se bombea.

Compresión excesiva Causa: Ocurre cuando el o-ring no soporta la temperatura del fluido, el o-ring

pierde su redondez y se vuelve cuadrado. Esto puede ocurrir si se genera

demasiado calor en las caras del sello.

Solución: Reduzca la temperatura del fluido y/o reemplace el material del

elastómero por uno que sea compatible y que pueda soportar tal temperatura.

Mordedura Causa: Es causada por una presión excesiva y/o el tamaño de la ranura del o-ring

es de un tamaño incorrecto. Si se comprime demasiado puede quedar mordido y

desgarrarse entre la portaflecha y el sello.

Solución: Reemplace el o-ring y reduzca la presión. También cheque que la

ranura del o-ring sea del tamaño correcto.

Cortadas o mellas Causa: Es la falla más común que ocurre durante la instalación.

Solución: Por su naturaleza los elastómeros se deslizan sobre las flechas con

alguna interferencia. Se debe tener cuidado cuando se deslicen nuevos

elastómeros por cualquier borde filoso para evitar dañarlos.

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2.1.8 Búsqueda de rozamientos accidentales Cuando nos acercamos a localizar problemas, es muy importante inspeccionar cuidadosamente la flecha,

sello, el alojamiento del sello si es posible, en busca de señales de rozamiento. Cuando se manejan altas

temperaturas el rozamiento deberá ocurrir únicamente cuando la bomba esta caliente. Cuando se enfrié,

las marcas de desgaste pueden quedar cubiertas y no ser visibles.

Algunas causas del rozamiento accidental son:

• La tubería del chorro de agua puede entrar en el alojamiento del sello y extenderse hasta el

área del mismo.

• Cubiertas que no pilotan, se resbalan y golpean el sello.

• Los empaques de deslizan hasta la cavidad del sello.

• Aros estacionarios o giratorios que no pilotan y entran en contacto con la flecha.

• Acumulación de escala in el área del sello.

• El área del sello no es concéntrica con la flecha.

• Deflexión excesiva en la flecha causada al estrangular la presión de descarga o por operar la

bomba a una capacidad o presión incorrecta.

Solución: Asegúrese que la flecha y el área del sello estén instalados correctamente. Que el sello este

propiamente instalado de acuerdo con las indicaciones del fabricante. Asegúrese que las condiciones de

operación sean aquellas con las cuales la bomba o el sello fueron seleccionados.

Corrosión en la flecha y manga de la misma Causa: La corrosión es el resultado de un movimiento de vaivén continuo del sello secundario sobre la

flecha causando daños permanentes, dando una apariencia de picadura o pequeños brillos. Esto es más

común en sellos de PTFE (teflón). Es el resultado de vibración axial o pulsaciones de presión.

Solución: Elimine el movimiento axial de la flecha. Elimine las pulsaciones de presión. Asegúrese que

la dureza de la flecha es la indicada. Considere utilizar una portaflecha endurecida para aplicaciones

severas.

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2.1.9 Síntomas externos de falla del sello Síntomas Probables causas

Fragmentos del sello. Falta de lubricación.

Depósitos de carbón. La falta de lubricación causa que el carbón se desintegre.

Una película de fluido se vaporiza entre las caras del sello.

El sello es golpeado

Una película de fluido se vaporiza entre las caras del sello,

(haciéndolo estallar).

El sello gotea constantemente

(normalmente la fuga se presenta

desde las caras del sello antes que por

los o-rings)

Principales: Las caras no están planas.

Las caras están agrietadas, picadas o rayadas.

Distorsión de las caras del sello por causas térmicas o

mecánicas.

Secundarias: Sellos mellados y rayados durante la instalación.

Fuga por debajo de la manga de la flecha de la bomba.

Los o-rings han sido comprimidos (duros y frágiles).

Los o-rings sufrieron ataque químico (suaves y pegajosos).

Materiales del sello incorrectamente seleccionados.

Elementos del sello: Falla del resorte.

Daño por erosión.

El sello gotea constantemente (normalmente la fuga se

presenta desde las caras del sello antes que por los

o-rings)

Corrosión del collarín del sello, pines de arrastre.

Vibración de la flecha / bomba Desalineamiento de la flecha

Cavitación.

Falla de los rodamientos.

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3.0 Problemas típicos y sus efectos 3.1.1 No hay flujo La causa de este problema es normalmente debido a lo siguiente:

• Dirección de giro de la flecha incorrecta.

• Excesiva presión de descarga y/o cambio en la viscosidad del fluido.

• La bomba es incapaz de cebarse.

• Cavitación.

• Presencia de gas (aire)

3.1.2 Dirección de rotación de la flecha Esto aunque es obvio se suele pasar por alto a menudo. La dirección del flujo es regida por la dirección

del giro de la flecha del motor. Al invertir la dirección de la rotación se invertirá también la del flujo.

3.1.3 Presión de descarga excesiva y/o cambio de la viscosidad del fluido El funcionamiento de una bomba de lóbulos con fluidos de baja viscosidad se ve altamente afectado por

la excesiva presión de descarga y/o por cambios en la viscosidad del fluido. Esto se debe al “Slip”,

definido como la perdida de fluido por fugas a través de las separaciones de la bomba. La dirección del

slip será desde la zona de alta presión de la bomba hacia la de baja presión. La cantidad del slip

depende de diversos factores:

Descarga Descarga Succión

Descarga

Descarga Succión

Succión

Descarga Succión

Alta presión Baja presión

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Efecto de las separaciones de la bomba (rotor-carcaza) El incremento de las separaciones resulta en un mayor slip. El tamaño y forma del rotor será un factor

que determine la cantidad del slip.

Efecto de presión La cantidad del slip crecerá conforme se incremente la presión, lo cual se muestra abajo. Para una

velocidad dada, la cantidad de slip se puede ver como el flujo a 0.0 bar menos el flujo a una presión “x”.

Para superar esta cantidad de slip será necesario aumentar la velocidad de la bomba para mantener la

capacidad requerida.

Efecto de la viscosidad La cantidad del slip se reduce conforme la viscosidad del fluido aumenta. Este efecto se ilustra a

continuación. Las líneas de presión “x” continuaran moviéndose hacia la línea de presión cero conforme

la viscosidad aumenta

El pobre desempeño de la bomba puede atribuirse a un cambio inesperado de la viscosidad del fluido.

En algunos fluidos la viscosidad es constante sin importar las fuerzas cortantes aplicadas a las capas de

líquido. Estos fluidos se conocen como Fluidos Newtonianos, por lo que a una temperatura constante la

viscosidad es constante con cambios en el corte y agitación.

Flujo 0.0 bar

Slip

“x” bar

Velocidad rev/min

Velocidad rev/min

Incremento de la velocidad para mantener el flujo

Flujo requerido

0.0 bar “x” bar

Fluj

o

Fluj

o a

0.0

bar

Fluj

o

Fluj

o

Flu j

o

0.0 bar “x” bar 0.0 bar “x” bar 0.0 bar “x” bar

Velocidad rev/min Velocidad rev/min Velocidad rev/min

Flujo actual a “x” bar

Viscosidad = 1 cP Viscosidad = 10 cP Viscosidad = 50 cP

Flujo requerido

Flujo requerido

Flujo requerido

17

Comportamiento de un fluido Newtoniano

Ejemplos de fluidos newtonianos típicos: • Agua • Cerveza • Hidrocarburos • Leche • Aceites minerales • Resinas • Jarabe

Sin embargo, existen otros fluidos que no siguen esta ley linealmente, estos fluidos son llamados fluidos

No Newtonianos. Estos fluidos seudo plásticos, pueden tener un efecto en el desempeño de la bomba si

no se toman en consideración cuando se selecciona el tamaño de la bomba. En estos fluidos, la

viscosidad decrece conforme las fuerzas cortantes aumentan, pero la viscosidad inicial puede ser tan

elevada como para prevenir el comienzo del flujo en un sistema de bombeo normal.

Comportamiento de un fluido No Newtoniano Ejemplos de fluidos no newtonianos típicos: • Sangre • Emulsiones • Gomas • Lociones • Jabones • Pasta dental • Levadura

Calcular un equipo de bombeo en la asunción de que el resto de la viscosidad del líquido es igual que

estando bajo condiciones de bombeo puede dar lugar a una mala selección, llevándola a situaciones

tales en la que el funcionamiento no sea según lo deseado para la aplicación.

Por ejemplo, un jabón liquido puede tener una viscosidad máxima de 12000 cP, pero con las fuerzas

cortantes en la bomba la viscosidad aplicable puede ser tan baja como 50 cP. Si la bomba fue calculada

basándose únicamente en la viscosidad máxima de 12000 cP, la velocidad de la bomba deberá ser

relativamente baja. Pero si la viscosidad aplicable en la bomba es de 50 cP la bomba puede no producir

el flujo esperado. Por lo tanto para lograr el flujo requerido será necesario incrementar la velocidad de la

bomba cambiando el reductor o incluso reemplazando la unidad motriz por una más grande.

3.1.4 Inhabilidad para cebar Las bombas de lóbulos se pueden clasificar como auto cebantes. Esto significa que, dentro de sus

limites, son capaces de evacuar (bombeando) una cantidad modesta de aire desde el lado de la succión

a la descarga de la bomba. Llenando la tubería de succión con fluido o al menos la bomba (elementos

internos) se puede obtener una mejor capacidad para cebar la bomba.

Visc

osid

ad

Rango de corte

Rango de corte

Visc

osid

ad

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3.1.5 Cavitación El termino cavitación se deriva de la palabra cavidad, que significa un espacio hueco. Para la materia el

termino cavitación es un espacio vació indeseable en la succión de la bomba, ocupado normalmente por

el líquido. El punto de presión más baja de una bomba ocurre en la succión, debido a una reducción

parcial de la presión, si el líquido puede evaporarse este genera pequeñas burbujas de vapor conocidas

como vacuoles. Estas vacuolas son transportadas por el fluido e implosionan instantáneamente cuando

consiguen espacios con presiones más elevadas.

Rotor Tri-lobe

Rotor de pistón circunferencial

De todos los problemas de bombeo, la cavitación es el más común. Ocurre con todos los tipos de

bombas, rotativas, centrífugas o reciprocantes, y es causada por una presión insuficiente en la succión de

la bomba. Esto puede ser por una restricción del sistema, muy alta viscosidad del fluido o demasiada

velocidad de la bomba. Tales restricciones pueden incluir coladeras y filtros sucios o bloqueados en la

succión, escoria que flota en la fuente, o trapos que cubre la entrada del producto. Si el líquido es más

fresco que la temperatura de selección, su viscosidad puede ser muy alta causando excesiva fricción

(pérdida de presión) en el sistema de tubería de la succión.

La cavitación es acompañada frecuentemente por ruido, vibración y un aumento significativo de la

pulsación en la presión de descarga y/o perdida de flujo. Si a una bomba se le permite cavitar por largos

periodos de tiempo, puede causarle daños severos al equipo. La superficie de los elementos internos es

normalmente perforada y picada, de tal forma que el material es erosionado por las fuerzas implosivas.

Ejemplos de pequeñas

burbujas de vapor

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Efecto típico de cavitación sobre la cubierta de la bomba.

Una cavitación severa es evidente

después de un periodo corto de operación.

Los defectos aparecerán en la cubierta de

la bomba del lado de la descarga, donde

los vacuoles implotan en la zona de alta

presión.

Al final esto erosionará la cubierta de

acero inoxidable junto con el rotor.

Efecto típico de cavitación sobre la carcaza de la bomba.

La cavitación puede causar un daño a la

carcaza como consecuencia de las

fuerzas aplicadas a las flechas. En

casos extremos esto puede resultar en

marcas de rozamiento en los rotores

contra la carcaza, así como marcas de

erosión debido a las implosiones.

El efecto de la cavitación en los rotores puede resultar en erosión del mismo. Flanco del rotor muestra el efecto típico del daño

de la cavitación, donde las partículas del material

del rotor son erosionadas por las implosiones de

las vacuolas.

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Asegurando una suficiente carga neta positiva de succión (NPSH) Para una operación satisfactoria de la bomba la condición en la succión es critica. El sistema del lado de

la succión debe permitir un flujo suave de fluido al entrar a la bomba con la suficiente alta presión para

evitar que la bomba cavite. Esta condición es llamada carga neta positiva de succión o NPSH. Es

imperativo que el NPSH disponible (NPSHa) en el sistema sea mayor que el NPSH requerido por la

bomba. El valor del NPSHa en el sistema depende de las características del fluido que se bombea, la

tubería de succión, la localización del recipiente de la succión, y de la presión aplicada al fluido en el

recipiente. Es la presión real desde la succión de la bomba. Es importante notar que es el lado de la

succión el que determina esta condición y no la bomba. El NPSHa se calcula de la siguiente manera.

Como calcular el NPSH disponible:

Presión en la

superficie del fluido

± Carga estática en

la succión

– Perdidas por

fricción

– Presión de vapor

del fluido

Sugerencias para evitar la cavitación

• Mantenga la caída de presión en la línea de succión al mínimo, por ejemplo, con la longitud de

la tubería tan corta como sea posible, el diámetro tan grande como sea posible y el uso de los

menos accesorios, codos y tes.

• Mantenga una carga estática tan grande como sea posible.

•Reduzca la temperatura del fluido, aunque tome sus precauciones para no afectar al

incremento de la viscosidad y así la perdida por fricción.

3.1.6 Contenido de gases Gases en la tubería de succión o atrapados en el fluido tienen el mismo impacto en el funcionamiento de

la bomba y crea los mismo síntomas que la cavitación. Esto puede ocurrir bajo otras circunstancias tales

como el funcionamiento de la bomba con una presión de succión por debajo de la presión atmosférica

local. En este caso es absolutamente probable que el aire entre a la tubería por una conexión mal

ajustada, dañando el sistema de tubería.

21

3.2.1 Efecto de una presión de descarga excesiva El diseño conceptual de las bombas rotativas de lóbulos consiste en evitar el contacto entre partes dentro

de la cabeza de la bomba. Para ello se requiere utilizar rodamientos que soporten las cargas excesivas

sobre la flecha, causada por las presiones ejercidas sobre los rotores montados en los ejes, tal como se

muestra a continuación:

El efecto de la presión sobre los rotores origina la deflexión de la flecha, lo cual puede propiciar contacto

entre los rotores, la carcaza y la cubierta de la bomba. Considerando este efecto, las bombas se han

diseñado con tolerancias de separación entre las superficies que pudieran entrar en contacto.

Como el fluido inunda las partes internas de la bomba, los elementos de la bomba son fabricados en

acero inoxidable, si se excede la presión, cualquier contacto entre los rotores y piezas inmóviles puede

causar un efecto llamado “galling” (piojo), en el cual el material de las partes es desgarrado.

Debido a la acción positiva de la bomba, cualquier restricción en la descarga tanto parcial como total,

puede resultar en una operación que mantenga una presión excesiva dentro de la cabeza de la bomba.

Para proteger la bomba, la unidad motriz y también limitar la acumulación de la presión dentro del equipo

es recomendable instalar una protección contra la sobrecarga, por ejemplo:

• Instalando una válvula de alivio de presión externa, accionada por resorte, del lado de la

succión de la bomba, que se abrirá bajo alta presión y permitirá que el fluido retorne al lado de

la succión vía un by-pass.

• Instale la bomba con una válvula de alivio de presión integral.

• Utilice dispositivos electrónicos para monitorear y controlar la presión.

Fuerza debido a la presión

Rodamientos

Flecha

Longitud de separación

Rotor

Descarga

Succión

22

El contacto de los rotores es inicialmente

visible por el lado de la descarga en la

cara interna de la cubierta de la caja de

rotores. Si la sobrecarga continúa, es

probable que la bomba sufra daños

irreparables.

El contacto de los rotores es inicialmente

visible en el lado de la succión en la cara

posterior de la caja de rotores. Si la

sobrecarga continúa, es probable que la

bomba sufra daños irreparables.

Si se intenta reparar las superficies dañadas en

la cubierta de la caja de rotores, rotores y la caja

de rotores puliendo, normalmente la superficie

del diámetro interior del buje de la glándula es

olvidado.

Ejemplo de “galling” sobre el rotor, la superficie

es rasgada por el contacto contra la carcaza.

Descarga Succión Descarga

23

3.3.1 Temperatura excesiva y/o cambio brusco de la temperatura Los cambios de temperatura causan en los componentes de la caja de rotores de la bomba y de la caja

de engranaje una expansión cuando esta se incrementa y una contracción cuando esta disminuye,

siendo el resultado más significativo, el deslizamiento sobre el eje y la caja de engranaje o caja de rotores

permitiendo que los rotores se muevan adelante o atrás en la caja.

Cuando los rotores se desplazan hacia adelante allí ocurrirá una reducción de la separación frontal. Para

compensar esto, el diseño de las bombas contempla un aumentado en dichas separaciones.

Los rotores han sido diseñados para manejar dos grados de temperatura, debajo de 120° C (248° F) y

sobre 120° C (248° F). El diseño del sello mecánico elimina cualquier contacto entre el fluido que es

bombeado y el eje. Esto ayuda a que la flecha no este sujeta completamente a la variación de

temperatura, y por lo tanto únicamente es necesario seleccionar un rotor dependiendo el rango de

temperatura. Durante cualquier operación de CIP evite que las bombas estén sujetas a los cambios

bruscos de temperatura, pues el choque térmico puede alterar y reducir las dimensiones de la bomba.

Aquí los ejes se han contraído más rápido

que la caja de rotores, causando el contacto

contra la cara posterior de la cubierta.

Cara posterior del rotor con señas de

rozamiento por expansión debidas al

choque térmico.

Caja de rotores

Flecha

Rotor

Separación estándar

Ancho estándar del rotor

Incremento de la

separación Reducción del Ancho del rotor

Expansión térmica

24

3.4.1 Ruido o vibración excesiva El ruido y/o vibración excesiva pueden ser síntomas de varias situaciones:

• Cavitación.

• Daño mecánico al ensamble de la bomba.

• Desalineamiento del elemento motriz.

• Resonancia con otros elementos del sistema.

La cavitación, como se describió en la sección 3.1.4, es especialmente responsable si la presión de la

descarga es fluctuante o pulsante.

Causas mecánicas de ruido y vibración incluye:

• Desalineamiento de la flecha.

• Acoplamientos sueltos.

• Montajes de la bomba / motor sueltos.

• Guardas de la bomba / motor sueltas.

• Elemento motriz desgastado o dañado.

• Rodamientos de la bomba desgastados.

• Ruido de las válvulas aparentemente proveniente de la bomba.

Las válvulas, en especial las del lado de la descarga pueden entrar algunas veces en vibración hidráulica,

debido a la presión de operación, el flujo y diseño de las mismas. Para resolver el problema basta

normalmente, con restituir o cambiar los componentes internos de las válvulas.

25

3.5.1 Resumen del contacto de la cabeza de la bomba Para lograr un funcionamiento exitoso de la bomba, las bombas rotativas de lóbulos deben operar sin

ningún contacto entre los componentes de la cabeza de la bomba. Si ocurre este contacto, se debe

considerar la posición a la que el rotor ha tenido que desplazarse con respecto a la caja de rotores, la

cubierta de la caja de rotores y/o el otro rotor para formar el patrón de marca, tal como se muestra abajo.

También deben observase los factores que pudieran inducir este movimiento relativo, como la presión,

temperatura, movimiento de la flecha, movimiento de la carcaza, etc.

Ejemplos de “galling” o “piojo” causados por sólidos duros entre los elementos de la bomba.

Ejemplo de la corrosión

en un rotor.

Ejemplo de la corrosión en

la caja de rotores.

Ejemplo de la corrosión en

la cubierta de la bomba.

Succión Descarga

Rotor

Caja de rotores

26

Probables causas de las marcas de contacto Rotores y la cubierta de la bomba (caras completas).

Posible causa Alta temperatura y/o un incremento súbito

de temperatura.

Desajuste de la retención de la flecha.

Desajuste de la retención de los rotores.

Separación insuficiente de la cubierta.

Rotores y caja de rotores (caras completas). Decremento súbito de temperatura.

Desajuste de la retención de la flecha.

Separación posterior insuficiente.

Cubierta de la bomba (lado de descarga), caja de rotores

(lado de succión y cara posterior) y rotores (extremos

afilados desde el frente y hacia atrás y desde el frente

hacia atrás la cara exterior del diámetro).

Alta presión.

Rotores (todos los lóbulos del mismo flanco). Desajuste de coordinación.

Rotores (todos los lóbulos en ambos flancos y algunos

extremos) y caja de rotores (marcas de los extremos de

los rotores).

Cavitación.

Caja de rotores (barreno y cara frontal, una más severo

en el diámetro externo) y rotores (extremos y caras

frontal y posterior).

Fluido demasiado abrasivo.

Rotor (muescas en el perfil, adentro o en el

acoplamiento cercano).

Sólidos duros o muy grandes.

Caja de rotores (muescas en el barreno).

Sólidos duros o muy grandes.

Todos las caras en contacto con el fluido (deterioro de

las superficies).

Corrosión.

27

4.0 Como un correcto diseño del sistema e instalación puede evitar problemas potenciales

Para asegurar el optimo funcionamiento de la bomba es muy importante que sea instalada

correctamente. Cuando diseñe el sistema de bombeo tome en consideración la tubería, protección y

operación de la bomba. Debe tomar en cuenta otros factores como la base de montaje, el alineamiento

de las flechas y los chequeos preliminares.

4.1.1 Tubería • Instale tubería de succión corta y recta. Esto reducirá las perdidas por fricción en la tubería, por lo tanto

mejorando el NPSH disponible.

• Evite codos, “T” tes y cualquier restricción que cierre la succión como la descarga de la bomba. Utilice

codos de radio amplio cuando sea posible. Esto minimizara las perdidas de presión y turbulencia en la

tubería.

• Mantenga la tubería horizontal cuando sea aplicable. Esto evitara que ingrese aire a la tubería.

• Confirme que el NPSH disponible excede al NPSH requerido por la bomba (sección 3.1.4). Esta parte

es crucial para asegurar una operación suave de la bomba previniendo el fenómeno de la cavitación.

• Evite las elevaciones de succión y las líneas de succión múltiples para varias bombas que funcionen

paralelamente. Esto prevendrá la vibración o la cavitación.

• Incluya reductores excéntricos en la línea de succión. Esto minimizara las perdidas de presión y/o

turbulencia en la tubería.

• Evite usar “T” tes ciegas. Esto evitara a su vez, el pulso de la presión y por lo tanto ruido y posibles

daños a la bomba.

• Incluya tuberías de limpieza con chorro de

agua y/o accesorios para calentar o enfriar

los fluidos del sello. Esto asegurará la

operación satisfactoria del sello y/o

mantendrá la temperatura controlada del

fluido dentro de la cabeza de la bomba.

• Toda la tubería debe estar soportada. La

bomba no debe soportar el peso de la

tubería así como los esfuerzos debidos a

las fuerzas atribuidas a cada modelo de

bomba.

Plano “Z”

Plano “Y”

Plano “X”

28

Claro ejemplo de una pobre instalación en la que se obviaron las consideraciones anteriores

4.2.1 Protección • Proteja la bomba contra bloqueos de objetos sólidos, como ejemplos, tornillos, restos de soldadura, etc.

Esto prevendrá la posibilidad daños en la cabeza de la bomba.

• Proteja la bomba de accidentes de operación, como una válvula cerrada y utilice válvulas de alivio de

presión u otros dispositivos reguladores. Esto evitara la presurización del equipo y tubería.

• Asegúrese que cualquier sistema de válvulas automatizado no cierre total o parcialmente. Esto evitará

la caída de presión en la descarga de la bomba.

• Cuando se utilicen dos bombas con tuberías de descarga comunes utilice válvulas. Esto prevendrá una

sobre presurización.

• Utilice dispositivos de monitoreo tanto en la descarga como en la succión. Es de gran ayuda en

cualquier diagnostico. Incluya equipos de monitoreo en las áreas definidas como de alto riesgo. Esto

asegurara la seguridad cuidando la temperatura del sello, presión y flujo.

4.3.1 Operación • No someta la operación de la bomba a cambios bruscos de temperatura, así la protegerá de choques

térmicos y posibles daños a la cabeza de la bomba.

• Asegúrese que el fluido se mantenga a la temperatura correcta. Esto evitara aumentos dramáticos en

la viscosidad propiciando sobre presurización y/o cavitación.

• Trate de usar al menos 1 m para acceso de la bomba. Esto facilitará el mantenimiento.

• Asegúrese que la velocidad del flujo del fluido sea suficiente.

29

Ejemplo de una pobre instalación

mostrando un radio muy corto en el

codo que se conecta directamente a la

descarga de la bomba.

Una buena practica de ingeniería dicta

que la posición del codo debe ser por lo

menos 10 veces el diámetro de la

tubería respecto la descarga de la

bomba.

4.4.1 Cimientos de la base Las bombas que son entregadas con motor normalmente son montadas sobre una estructura metálica la

cual puede tener ya sea barrenos o pernos para fijarla. Para proveer una rigidez permanente y dar mayor

seguridad al equipo, se requiere de cimientos que absorban las vibraciones, esfuerzos o golpes. Los

métodos de anclaje son diversos, pueden ser pernos prisioneros encajados en el concreto en la

estructura tal como se muestra abajo, o coladas del tipo de epóxicas. También se pueden utilizar

fijaciones mecánicas como alternativa.

Los cimientos deberán ser al menos

150 mm más largos y anchos que la

estructura metálica. La profundidad

de los cimientos deberá ser

proporcional al tamaño total del

equipo. Por ejemplo, la profundidad

de los cimientos de una bomba grande

deberá tener al menos 20 veces el

diámetro de los pernos fijadores.

Un D min.

1/2 D min.

Manga

3 D

Estirón soldado a la

cabeza del perno

Residuos alrededor del perno antes de vaciar el

concreto

4 D

10 D

Superficie de los cimientos áspera

para un mejor anclaje

30

El diagrama anterior muestra dos métodos típicos de instalación de pernos. La manga permite el

movimiento lateral de los pernos después de que se vierta el concreto. El trapo o el papel usado se

puede reutilizar para evitar que el concreto entre en la manga mientras se vierten los cimientos. Se

requiere normalmente un mínimo de 14 días para permitir el curado del concreto antes de la instalación

de la unidad de la bomba.

4.5.1 Alineación de las flechas Antes de instalar la bomba es importante asegurar que la superficie de montaje sea plana para evitar

distorsión sobre la estructura metálica, lo cual puede causar que la bomba o el motor sufran una

desalineación de sus flechas, dañando así el equipo.

Una vez que se haya asegura la estructura, revise la alineación del

acoplamiento de la flecha del motor con la flecha de la bomba y

ajústela si es necesario. Revise los desalineamientos máximos

permitidos, tanto angular como paralelamente.

4.6 Revisiones previas al encendido Antes de encender el equipo es importante asegurarse que se han cumplido las siguientes revisiones:

• Revise que la tubería halla sido purgada para remover sedimentos y otros estorbos. Para este

propósito, instale válvulas by-pass alrededor de la bomba. Dependiendo de que tan rápida sea la

velocidad de purga o limpieza puede que sea necesario hacer el procedimiento mas de una vez. La

velocidad mínima recomendada es de 1.5 a 3.0 metros por segundo.

• Revise que se hallan removido todas las obstrucciones de la tubería.

• Revise que las uniones a lo largo de la tubería estén correctamente apretadas.

• Revise que los niveles de lubricación de la unida motriz sean los correctos.

• Revise que el chorro de agua este conecta si es aplicable.

• Revise que todas las válvulas del sistema estén abiertas.

• Revise que todas las guardas de seguridad estén colocadas en su lugar.

• Revise que la dirección del flujo sea el correcto prendiendo y apagando la bomba.

Desalineamiento paralelo

Desalineamiento angular