La Bomba vs. El Sistema

7/26/2019 La Bomba vs. El Sistema

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La Bomba Centrífuga y el Efecto del Sistema yel Proceso en Su Desempeño

by Philip Boudreaux

Sulzer Process Pumps (US) Inc

INTRODUCCIÓN

El análisis y la localización de averías en el desempeño de una bomba centrífuga en elsistema del proceso siga siendo un desafío al operador principalmente por las variablesde la operación. Aunque la estructura de la tubería y la altura del sistema permanecenconstante, pérdidas de fricción de la tubería, niveles del líduido en la succión, posición delas válvulas, y las características de los líduidos pueden cambiar.Conocimiento del diseño del sistema y una curva de los requerimimientos del sistema sonútiles para averiguar como funciona la bomba. Una comparación de los requerimientosdel sistema debajo el efecto del cambio de los parámetros contra el desempeñocaracterística de la bomba ayudará descubrir condiciones de operación que no sonfavorables a la bomba.Conocimiento de los requerimientos del sistema y cuanto sea capaz la bomba entregar, permitiría el operador dirigir sus esfuerzas en resolver los problemas de la operación dela bomba.

1. “Durante el plazo de poner en marcha, errorres de selección del la bomba, malhecho diseño del sistema del proceso, equivocaciones de instalación, errorresde operación o basura en la tuberia del sistema pueden resultar en problemas oaverias .”

2. “Durante el plazo de operación normal de la bomba, problemas se manifiestan por fallas incidentales, cambios al proceso, desgaste o corrosión.

La siguiente presentación se trata de localizaciones de averías de la bomba y presentaunos claves para evaluar el desempeño de la bomba debajo condiciones variables.

CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO

Viscosidad

Durante la investigación el investigador debe averiguar del líquido del proceso paraconocer si el líquido

a. es limpio sin solidos o sea contaminado b. lleva algunos sólidos o sea que son finos, o unos mas grandes, o en soluciónc. lleva fibra y la consistencia que sea

Líquidos que contienen fibra y pulpa no proceden igual al agua, ni un líquido que tieneque mantener su velocidad para llevar los sólidos y prevenir los sólidos salir del flujo. Lacaracterística del líquido resistir al flujo se llama “viscosidad”. Unos líquidos tienen



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viscosidad que no cambia. Otros liquidos tienen viscosidades que pueden cambiar. Porejemplo, la viscosidad de agua permenece constante no importa el esfuerzo cortantemetido en el agua. Petroleo también es otro líquido “neutonio”, lo cual no cambia suviscosidad no importa el nivel de esfuerzos cortantes.

Pulpa de media consistencia (entre 10% y 18%) en tanque reposo forma red la cual seatan fuerte que una persona puede pisar encima la pulpa, pero después de agitarlo ofluidizarlo la red se desata y la pulpa mueve como agua. Líquido que reducen suviscosidad con agitación son de tipo “tixotropía”.

Otros líquidos pueden aumentar su viscosidad cuando se meten agitación. Por ejemplo,solucción de almidón y agua con agitación aumenta su resistencia contra flujo , y sellama “dilatante”.

Cuando la viscosidad del líquido cambia, los requerimientos de cabeza del sistema van asubir o bajar. Cuando aumenta la consistencia de solucción de pulpa, la cabeza requerida

sube y la cabeza que la bomba debe entregar también sube. El proceso de evaporizaciónde licor negro o de melaza aumenta la vicosidad y la concentración de sólidos. Estecuadra muestra la relacion del flujo entre 100 GPM y 300 GPM de viscosidades desde100ssu hasta 5000ssu de un líquido neutonio. Las pérdidas de fricción por cada cién pies(tubería de 4” ) aumentan de manera significativa cuando sube la viscosidad. 1

Gravedad Específica

En concepto, el bombeo o traslado de líquido de un lugar al otro, podemos definir comoel mismo de levantar el líquido desde un nivel hasta otro nivel. Depende en la densidaddel líquido que bombeamos, el trabajo requerido para trasladar el líquido de un sitio hasta

otro puede ser mayor que o menos que el trabajo requerido para trasladar agua. Lagravedad específica del líquido deberíamos entender como multiplicador de la potenciarequerida. Digamos que la comparación del peso del líquido para bombear contra el pesode agua de volumen equivalentes nos cuenta si estarémos haciendo mas trabajo o menostrabajo para mover el líquido. Sólidos disueltos y cambios de temperatura puedencambiar la gravedad específica del líquido.

Por ejemplo, solución de cáustico normalmente lleva gravedad especifica encima la cifrade 1.0, depende en la concentración de química que se mete. Condensato, aceite, o otroslíquidos tienen gravedades específicas menos agua. Cuando se calcula la potencia defreno (BHP) consumido, la cifra de gravedad específica es multiplicador:

BHP = (Q(GPM) X H(FT) X S.G. ) / 3960 X EFF

BkW = (Q (M3/HR) X H (M) X S.G.) / 367.7 x EFF



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Cabeza en vez de Pressión

Miremos a trés sistemas iguales que manejan trés líquidos de gravedades específicas

differentes. La potencia requerida es más por el sistema manejando las gravedades mas pesados. Si hubiéramos instalado unos manómetros en la tubería de la descarga despuésde la bomba para leer la pressión, leeríamos trés presiones diferentes, aunque cada bombamaneja misma volumen y entrega misma cabeza. 2

Esta medida es importante observar cuando evaluando un sistema. El manómetro estámidiendo las fuerzas adentro la tuberia contra las fuerzas de la pressión ambiental. Unelemento de esas fuerzas adentro la tubería es la densidad del líquido. Otro elemento esla cabeza (la energía) que entrega la bomba al líqudo.En el proceso de eligir la bomba o analizar la operación de la bomba debemos definir laenergía que la bomba está entregando al líquido.

Con medida de la presión podemos llegar a la cabeza.

PIES CABEZA = (PSI x 2.31) / Gravedad Específica

METROS = (Kg/cm2 x 10 ) / Gravedad Específica

Temperatura

Las medidas de la temperatura nos dan otro elemento de energía que se lleva el líquido.

Si hay bastante energía dentro el líquido al presión ambiental, puede hervir y cambiar elestado para gas. En la misma manera gases disueltos pueden escapar de la solucción si la presión de vaporización del líquido es más de la presión se encuentra en el líquido.Cuando empieza hervir el líquido, o escapar el gas, podemos experimentar problemas conel sistema y el manejo del líquido.

Esta condición puede ocurrir en la tubería la succión de la bomba o en la descarga. En lalinea de la succión esta vaporización (llamada cavitación de la succión) puede dañar la bomba, el impulsor, o previene el bombeo.

Cuando hablamos del flujo de líquidos podemos referir a la teoría de Bernoulli, la cual

dice que “por un flujo de fluido por una tubería horizontal, la suma de la presión y laenergía cinética por cada unidad de volumen del fluido es un constante.”3 Para nosotrosen la localización de averías deberíamos tener en cuenta que cuando intentamos mover lamisma volumen del líquido por tubería de menos diámetro, la velocidad va a subir, y la presión que experimenta el líquido baja.



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En las tuberías de la descarga, válvulas, codos, reductores todos pueden introducir puntosde alta velocidad y baja pressión en el flujo, los cuales pueden permitir el liquidovaporizar, o burbujas crecer en tamaño.Después, cuando las burbujas entran en zona de más presión, las burbujas se derrumban ydañar impulsores, válvulas, codos, y más.

Contenido del Aire y Gas 4

El líquido puede llevar aire o gas en uno de trés formas: aire libre en forma de burbujas,aire pegado a la fibra (difícil remover), o aire disuelto. Gas disuelto no deba ser problematico por la bomba si la presión del flujo queda más de la presión de vaporizacióndel gas disuelto. Pero si baja la presión, burbujas formen y interumpen el bombeo.

Bueno ejemplo de gas escapando del líquido cuando baja la presión es champán, o unagaseosa. Las dos se difruten fría pero el gas escapa porque baja la presión menos la

presión requerida mantener el gas disuelto cuando se abra la botella. Antes en botellacerrada, en estado de equilibrio, el gas quedaba disuelto.

Pequeño porcentaje de aire puede reducir el flujo y la cabeza entregada por la bomba. Elaire siendo más lijero que el líquido, empieza agregar en el ojo del impulsor formando burbujas más grandes, reduciendo el volumen que puede entrar en la bomba, y bajando lacabeza que la bomba puede entregar.

Requerimientos del Sistema

Cada sistema de bombeo tiene su propia caraterísticas de requerimientos de cabeza para

entregar el flujo hasta su destino. En general podemos clasificar los sistemas de dostipos:Sistema de condiciones de succión positiva, y sistemas de condiciones de succiónnegativa.

Un calculo de la cabeza requerida del sistema se debería hacer para el punto del diseño yun gama por lo cual operaría el sistema. (por ejemplo, entre 0% hasta 140%)La curva del sistema ayudaría en la selección de la bomba. Tener los parámetros delsistema desde el punto de poner en marcha el sistema nos da herramienta para localizarlas averías cuando se presentan.

Hay dos curvas del sistema que son útiles para el estudio de las averías; La curva delsistema (Flujo y Cabeza por gama hasta 140% digamos) y la curva de NPSH disponible(por el mismo gama). La NPSH disponible cambia según los cambios del flujo del procesos. Se debe seleccionar la bomba considerando este detalle como requerimientodel sistema. Sin tener en cuenta estos parámetros del sistema cuando se selecciona la bomba, invita problema del futuro.



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REQUERIMIENTOS DE LA BOMBA Y SU APLICACIÓN

La bomba centrífuga se diseña para meter su energía en el líquido para trasladarlo a laubicación deseada. En el camino el líquido tiene que subir hasta el nivel más alto delsistema y vencer las pérdidas de la tubería y las válvulas para llegar a su destino. Estos parámetros vemos en la curva del sistema. La curva característica de la bomba noscuenta la cabeza la bomba puede entregar sobre un gama del flujo. Lo que regula el flujo por la bomba es su abilidad de entregar bastante cabeza para las condiciones del sistema.Si los requerimientos de la cabeza del sistema son más que la bomba puede entregar, elflujo no va a llegar a su destino. La bomba no puede dar más sin cambiar el impulsor o lavelocidad.

En el mismo sentido, si el NPSHA (disponible) del sistema es menos la NPSHR

(requerida) de la bomba, no vamos a ver el flujo llegando bién a la bomba. Se deberevisar este detalle por el gama del flujo, por si acaso cuando sube el flujo, se encuentramas NPSHR para la bomba que hay disponible del sistema (NPSHA).

Hay varias medidas que pueden ayudar cuando se quiere saber en que punto operaba la bomba. Se debe medir los siguientes:

- presión de la succión- presión de la descarga- amperios del motor operando- voltaje del motor, más eficiencia del motor, y factor de potencia

- velocidad de la bomba- diámetro del impulsor- gravedad específica del líquido

El propósito es determinar el desempeño de la bomba y un punto de la curva donde estáoperando.

Cabeza diferencial de la bomba = [(Presión de Descarga – Presión de la succión) x2.31]Gravedad Especifica

Potencia (kw de freno) = V x A x 1.73 x Factor Potencia x Efficiencia del Motor x.001

BHP = BkW / 0.746



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Después de calcular estos detalles, una linea horizontal se dibuja en la curvacaracterística de la bomba hasta que toca la curva del diámetro del impulsor, una lineaabajo por la potencia, y una arriba por la cabeza. Después, dibujar linea perpendicular por las lineas conectando los dos puntos. De allí se determina el flujo aproximado.Líquidos viscosos y líquidos que contienen aire no alinean como alinearía agua.



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LOCALIZACIÓN DE AVERÍAS 5

Después de la indagación y un analisís de los detalles del desempeño, se pueden observarunos síntomas. Lo siguiente son unos síntomas y sus causas probables.

1. La bomba no entrega el flujo

Causa Probable Sugerencia

Gira contrasentido Cambie rotación acordar con la flechaubicada en la caja de rodamientos

Bomba no es cebada, o Cebe la bomba y llenar la tubería con

Aire bloquea la linea de succión liquido

La diferencia entre la presión de la examine el diseño de la tubería de la succiónsucción y la presión de vaporizacióndel liquido es demasiado pequeño

Aire entrando por vórtice en la succión, examine el diseño de la tubería de la succióno por la tubería o por el sello ajuste el sello

Atasco de la tubería de la succión, revise la tubería y la bomba y limpie atascoo la valvula, o el impulsor

Velocidad lenta revise velocidad requerida, correjala

Cabeza requerida del sistema más que revise el sistema, reduzca cabeza requeridala bomba entrega

Aire inesperado en el líquido localize puntos de entrada del aire

Nivel del tanque de succión baja revise NPSHA y NPSHR

2. Cabeza insuficiente



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Aire inesperado en el liquido localize puntos de entrada del aire

Viscosidad inesperada del liquido examine la viscosidad, revise cabezarequerida para el sistema, revisar diámetrodel impulsor y cambielo por mas diámetro

Atasco de la tubería de la succión, examine la tubería y la bomba y limpieatascoo la valvula, o el impulsor

Velocidad lenta revise velocidad requerida, correjala

Gira contrasentido cambie rotación acordar con la flechaubicada en la caja de rodamientos

Cabeza requerida del sistema mas que revise el sistema, reduzca cabeza requeridala bomba entrega

Carcasa, impulsor, o plato de desgaste examine bomba, cambiar lo dañado, oremuevaDesgastado, dañado, o hay atasco atasco

Nivel del tanque de succión baja revise NPSHA y NPSHR

3. Flujo insuficiente o de forma irregular


Aire cerrado en la tubería de la succión cebe la bomba y llene la tubería con liquido

La diferencia entre la presión de la revise el diseño de la tubería de la succiónsucción y la presión de vaporizacióndel liquido es demasiado pequeño

Aire entrando por vortice en la succión, revise el diseño de la tubería de la succióno por la tubería o por el sello ajuste el sello



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Aire inesperado en el liquido localize puntos de entrada del aire ycierrelos

Viscosidad inesperada del liquido examine la viscosidad, revise cabezarequerida para el sistema, revise diámetro

del impulsor y cambielo por mas diámetro

4. Alto consumo de potencia


Velocidad rapida revise y correja la velocidad

Gira contrasentido cambie rotación acordar con la flechaubicada en la caja de rodamientos

Gravedad especifica mas alta cambie motor si se requierre

Viscosidad inesperada del liquido cambie motor si se requierre

Motor y bomba malalineados revise y alinee el asemblea mejor

Eje eccentrico o torcido cambie eje y rodamientos si se requierren

Objecto o atasco dentro la bomba desarme la bomba, quite atasco, examinetolerancias

Desgaste internal de la bomba desarme la bomba y examine tolerancias,cambia repuestos

Tolerancias apretadas de la bomba desarme la bomba y examine tolerancias

5. Ruidos o vibraciones excesivos


La diferencia entre la presión de la revise el diseño de la tubería de la succiónsucción y la presión de vaporizacióndel liquido es demasiado pequeño



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Aire inesperado en el liquido localize puntos de entrada del aire y cierrelos

Aire entrando por vortice en la succión, revise el diseño de la tubería de la succión

o por la tubería o por el sello ajuste el sello

Atasco de la tubería de la succión, examine la tubería y la bomba y limpieatascoo la valvula, o el impulsor

Bomba operando bajo flujo minimo Aumente el flujo mas alla flujo minimo

Fundación de la bomba falta rigidez fortilize la fundación

Tubería falta bastante apoyo ponga mas apoyo para la tubería

Motor y bomba malalineados revise y alinee el asemblea mejor

Rodamientos sueltos o dañados examine los rodamientos o cambielos

Impulsor dañado o fuera balance examine impulsor y cambielo o balancear elimpulsor

REFERENCES

1 Hydraulic Handbook, Colt Industries Fairbanks Morse Pump Division, USA, p.116, p.117

2 Hydraulic Handbook, Colt Industries Fairbanks Morse Pump Division, USA, p.14

3 John E. Williams et al., Modern Physics (USA: Holt, Rinehart and Winston, Inc., 1968), p.200

4 Pekka Haapanen, “How to Manage Pumping of Stock, Licours, and other Liquids with a

High Air or Gas Content?”, Ahlstrom Pumps Corporation, Finland, ca 1997

5 Ahlstar Process Pumps, “Installation, Operation and Maintenance Instruction N15008”, Sulzer Pumps Finland Oy, p.9 – p.12

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