TUBERÍA DE ASPIRACIÓN EN BOMBAS CENTRÍFUGAS
Los fallos que se producen en las bombas representan un elemento de coste directo para muchas instalaciones, pero, según el papel que desempeñe la bomba en la planta, cualquier fallo que pueda provocar una parada de la producción genera una pérdida económica secundaria mucho mayor. Como estos fallos se producen en la bomba, el foco principal siempre parece ser la propia bomba. Sin embargo, en muchos casos la causa raíz del problema es la disposición de la tubería de la bomba. Hoy hemos redactado un artículo sobre cómo debe diseñarse la tubería de la bomba, el efecto de los errores de tubería sobre la bomba y cómo pueden evitarse estos errores.
1. Garantice un Valor de NPSH Adecuado
El NPSH es un tema muy debatido hoy en día, sobre el que se puede encontrar una gran cantidad de material en muchas plataformas diferentes. Por ello, en lugar de examinar el NPSH en detalle en este artículo, bastará con presentarlo brevemente y comentar sus efectos sobre la tubería de la bomba.
En las bombas centrífugas, para que la bomba funcione correctamente sin entrar en cavitación, se requiere que el fluido que llega al impulsor de la bomba esté a una determinada presión. Llamamos a esta presión requerida NPSHp (bomba) o NPSHr (required). Al mismo tiempo, debido a nuestra disposición de tuberías y condiciones de funcionamiento, existe una presión que podemos proporcionar al fluido que entra en la bomba. A esta presión la llamamos NPSHm (disponible) o NPSHa (available).
Por lo tanto, para que se cumpla la condición de funcionamiento saludable mencionada anteriormente para la bomba, debe satisfacerse 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 requerido por la bomba es responsabilidad de los fabricantes de bombas, que 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 existente ya en uso es tanto muy difícil y costoso como que, por lo general, requiere medidas que producen rendimientos muy bajos. Por lo tanto, en lugar de intentar reducir el valor de NPSHp, será más fácil y mucho menos costoso aumentar el valor de NPSHm.
2. Reduzca la Pérdida por Fricción
La pérdida por fricción tanto reducirá el valor de NPSHm mencionado anteriormente como provocará un aumento de nuestros costes energéticos. Por ello, como en todos los sistemas, es muy importante mantener la fricción al mínimo tanto en el lado de aspiración como en el de descarga en los sistemas de bombeo.
Para mantener la fricción al mínimo, primero deben seleccionarse componentes de tubería con una construcción de material y especificaciones técnicas que ofrezcan una resistencia mínima al flujo. Los equipos y materiales utilizados deben tener (en la medida en que el fluido lo permita) un coeficiente de fricción bajo y deben colocarse de forma que no perturben la dinámica de flujo de la tubería. Además, cuanto más largo sea el trayecto que el fluido deba recorrer hasta la entrada de la bomba, mayor será la cantidad de energía desperdiciada en forma de pérdida por fricción. Por ello, la bomba debe situarse lo más cerca posible de la fuente de la que aspira. Por último, mantener la velocidad del fluido que entra en la bomba por debajo de 1,5 m/s evitará que se produzca una pérdida de fricción adicional en la aspiración, ya que a medida que aumenta la velocidad del fluido, también aumenta la pérdida por fricción en la tubería y los equipos.
3. Codos
Los codos son componentes de tubería que utilizamos en los sistemas de tuberías para cambiar la dirección del fluido en distintos ángulos. Sin embargo, este cambio de dirección también provoca un cambio en la dinámica interna del fluido, dando lugar a un flujo irregular. Hoy en día, gracias a diversas simulaciones y análisis de fluidos, sabemos que el fluido que pasa por un codo forma un flujo irregular, generando turbulencia, lo que a su vez daña el impulsor de la bomba y provoca vibración. Además del daño que se produce en el impulsor, la vibración resultante 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, si es posible, la prioridad es evitar el uso de codos en la tubería. Sin embargo, si debemos usar un codo, como ocurre en muchos sistemas, para lograr este flujo regular en la entrada de la bomba necesitamos instalar, después del codo y hasta la entrada de la bomba, un tramo recto de tubería de una longitud de entre 5 y 10 veces el diámetro de la tubería de aspiración. De este modo, el fluido que sale del codo regularizará su flujo a lo largo de este tramo recto y no creará ningún problema en la bomba.
4. Lo que Entra en la Bomba Debe Ser Fluido, ¡No Aire!
Debido a la disposición de la tubería, ciertos puntos altos en las líneas de tubería crean cavidades donde pueden acumularse los gases que entran en la tubería. Cuando los gases acumulados en estas cavidades entran en la bomba de una vez o en distintos momentos, crean 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 de aire en estas bolsas con el tiempo restringe el paso del fluido y la bomba no puede aspirar una cantidad suficiente. Esta situación también acorta la vida útil de la bomba y provoca averías.
Aunque no es posible reducir a cero la cantidad de aire en la tubería, sí es posible reducirla a niveles que no nos causen problemas. En primer lugar, cuando se completa la tubería, la línea ya está llena de aire; antes de enviar el fluido a la tubería, es imprescindible purgar por completo este aire. Asimismo, en un sistema en uso activo, el movimiento de válvulas y diversos equipos, junto con las fluctuaciones del fluido, pueden crear presiones bajas localizadas. Estas bajas presiones provocan que el aire disuelto en el fluido —aunque esté presente solo en cantidades muy pequeñas— salga de la disolución y vuelva a acumularse en los puntos altos de la tubería. Este aire también debe eliminarse del sistema a intervalos regulares.
Para protegernos de las bolsas de aire, primero debemos dejar el menor número posible de puntos altos en la tubería. Cuando sea necesario, estas elevaciones pueden realizarse mediante transiciones de ángulo bajo, aunque ello alargue algo el recorrido de la tubería. Otra precaución consiste en instalar válvulas de purga de aire en los puntos de la tubería donde la pendiente aumenta o disminuye de forma especialmente pronunciada. De este modo, estas válvulas pueden utilizarse cuando sea necesario para purgar el aire del interior de la tubería. Por último, para evitar bolsas de aire en las aspiraciones de la bomba, debe utilizarse siempre un reductor excéntrico, 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 Tubería.
Lamentablemente, en muchas instalaciones la tubería de la bomba no está correctamente soportada. En algunos casos, las bombas incluso se utilizan como elemento de soporte para la tubería. Sin embargo, esto puede tener consecuencias bastante negativas para la bomba.
Las bombas son máquinas fabricadas para transferir fluidos de un punto a otro. Como la bomba logra esta transferencia creando una diferencia de presión en el fluido, la propia bomba también se ve afectada por la presión resultante, y se generan fuerzas radiales y axiales en sus piezas. El diseño de la bomba y los materiales utilizados se fabrican para soportar estas fuerzas y permitir que la bomba cumpla su función sin problemas durante toda su vida útil, con un mantenimiento adecuado. Sin embargo, si la tubería de la bomba no está adecuadamente soportada y se transfiere a la bomba todo el peso de la tubería, junto con las tensiones que surgen de vez en cuando en ella, la bomba intentará transferir el fluido bajo fuerzas mucho mayores de lo previsto. Asimismo, si la tubería no está correctamente alineada y sus componentes están conectados entre sí "forzándolos", la tubería transmitirá esta tensión de la misma manera a la brida de la bomba, y esta se verá nuevamente obligada a funcionar bajo una carga externa.
Estas fuerzas externas que actúan sobre la bomba provocan vibración, funcionamiento ruidoso y averías frecuentes en la bomba. En consecuencia, la vida útil de la bomba se acorta considerablemente mientras aumentan los costes de mantenimiento. Especialmente en líneas donde se utilizan fluidos a alta temperatura, la dilatación y contracción de la tubería provoca la aparición de cargas intermitentes en la tubería, tanto en vertical como en horizontal. En los sistemas que utilizan este tipo de fluidos, la tubería debe estar siempre soportada externamente, y además deben instalarse compensadores capaces de absorber la carga de la tubería en las bridas de aspiración y descarga de la bomba.
6. Conclusión
- Compruebe sus valores de NPSH y mantenga alto el valor de NPSHm.
- Mantenga la bomba lo más cerca posible de la fuente de la que aspira.
- No permita que la velocidad del fluido en la aspiración supere los 1,5 m/s.
- Determine correctamente los diámetros de las tuberías de aspiración y descarga.
- Evite los codos en la medida de lo posible.
- Si es imprescindible utilizar un codo, disponga un tramo recto de tubería de aspiración de al menos 5 veces el diámetro de la tubería, desde el codo hasta la entrada de la bomba.
- Cree el menor número posible de puntos altos en la tubería.
- Instale válvulas de purga de aire en los puntos de la tubería donde la pendiente aumenta o disminuye bruscamente.
- Utilice siempre un reductor excéntrico en la tubería de aspiración de la bomba.
- Asegúrese de que la tubería de aspiración de la bomba llegue con una pendiente ascendente hasta la entrada de la bomba.
- Soporte externamente las tuberías de aspiración y descarga de la bomba, independientemente de esta.
- Asegúrese de que la tubería de la bomba esté correctamente alineada y de que los componentes no se fuercen durante el montaje.
- Utilice compensadores en las bridas de la bomba, especialmente en sistemas que utilizan fluidos a alta temperatura.
