Para propósito de este artículo, limitaremos la discusión a las bombas centrífugas tipo eje libre o succión final (end suction), simple etapa, con rodamientos y aceite de lubricación, como la mostrada en la fig. 1.1. Consideraremos la diferencia entre las unidades a 1800 y 3600 rpm (rpm: revoluciones por minuto).
Como personas con un amplio conocimiento en sistemas de bombeo, nuestro principal objetivo en cualquier instalación ha sido siempre el diseño para la máxima confiabilidad.
Fig. 1.1 – Bombas tipo succión final (End suction) o eje libre.
Es un principio aceptado en la industria, apoyado por varios estudios, que el desgaste de la bomba es al menos directamente proporcional a la velocidad de la bomba. Una fórmula cuantitativa común es que el desgaste de la bomba es proporcional al cubo de la velocidad de la bomba, lo que simplemente se traduce en un factor de ocho. Cuanto mayor sea el porcentaje de sólidos en el fluido bombeado, más verdadero es este enunciado, pero es inequívocamente la razón por la cual las bombas de lodo son grandes y lentas en lugar de pequeñas y más veloces.
Dos de las mayores fallas en las bombas centrífugas, son daños en los rodamientos y en el sello mecánico. Cualquiera de esas fallas puede ser atribuida al fenómeno de deflexión en el eje. En este caso, la deflexión es creada por desbalance de fuerzas hidráulicas radiales en el impulsor como resultado de una operación de la bomba lejos del punto de mejor eficiencia. Las deflexiones son simplemente flexiones en el eje que se producen dos veces por cada revolución.
Quiere decir que a 3600 rpm el eje flexionará a 7,200 veces por minuto, mientras que a 1800 rpm el eje flexionará solamente 3600 veces por minuto.
En caso de deflexión en el eje, este no está flexionado permanentemente, sino que flexiona dinámicamente en operación. Si tú realizas el desensamble de la bomba y revisas la flexión estática, sería una medición correcta. Estas flexiones traen consigo fuerzas indeseables y fatiga en los rodamientos.
Una de las razones más comunes para el uso de velocidades más bajas es el factor de cabeza de succión positiva neta requerida NPSHr (Net Positive Suction Head Required, posteriormente se realizará una publicación de este tema). Una bomba centrífuga a 1800 rpm necesitará sustancialmente menos NPSHr, para las mismas condiciones que una bomba a 3600 rpm. Un inadecuado NPSH conducirá al fenómeno de la cavitación, lo cual crea erosión en el impulsor (desbalance), pulsaciones hidráulicas y vibraciones mecánicas.
Para una condición de cabeza y flujo, una bomba a 1800 rpm puede aproximarse dos veces al tamaño de una bomba a 3600 rpm. Una bomba centrífuga que es el doble del tamaño puede costar fácilmente el doble. Cuando el proceso de toma de decisiones para la adquisición de la bomba se basa únicamente en los dólares iniciales gastados en lugar de los costos operativos de por vida, la bomba de mayor velocidad casi siempre parece un ganador. Sin embargo, la bomba de velocidad más baja debe considerarse, si se tiene en cuenta el presupuesto de mantenimiento operativo y la confiabilidad general de la planta para los próximos 20 años.
La velocidad de la punta del impulsor es un límite fundamental para cualquier bomba, y las guías de mejores prácticas de la industria se basan en el potencial de erosión en correlación con el porcentaje de sólidos en suspensión en el fluido bombeado.
Velocidad de la punta del impulsor recomendada en aplicaciones industriales:
Para ciertas condiciones hidráulicas, la eficiencia de la bomba de mayor velocidad será frecuentemente mayor que la bomba a baja velocidad. Esta consideración dependerá también de donde la bomba opera en la curva de rendimiento.
Muchos de los diseños iniciales para bombas de alta velocidad fueron basados en los modelos a baja velocidad. Subsecuentemente, estos diseños fueron encontrados en su mayoría no confiables. Ahora en día las bombas centrífugas diseñadas para altas velocidades son tan confiables como las bombas a bajas velocidades, contrario a los primeros diseños realizados.
A medida que los requisitos del sistema aumenten, las leyes de la física obligarán a los usuarios a utilizar bombas de mayor velocidad. Solo como un pensamiento alternativo, hemos presenciado varias situaciones en las que una bomba de dos etapas de 1800 rpm en realidad fue la mejor opción que una bomba de una sola etapa a 3600 rpm.
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