¿POR QUÉ LA BOMBA NO TRABAJA COMO SE ESPERABA QUE LO HICIERA? El propósito de este artículo es presentar de manera clara y simple, a la comprensión de técnicos e ingenieros en el área de refinación y plantas de procesos, el conjunto de parámetros que controlan el correcto desempeño de la bomba centrífuga, y de aquellas acciones desacertadas en cuyas se incurren al momento del dimensionamiento y la selección. 1.
Introducción
A menudo en el desarrollo de proyectos de ingeniería en industrias de proceso y refinación de petróleo, el dimensionamiento de bombas centrífugas en sistemas para el trasporte de fluidos es menos ciencia y mas de razonamiento y habilidad. La ingeniería consume esfuerzos para el dimensionamiento de bombas el cual se ve afectado, bien sea por la capacidad, el cabezal o la potencia, los cuales son importantes para la correcta operación de una bomba centrífuga en un sistema en particular. Ahora bien, en los procesos de selección, la carencia de uniformidad en el manejo de los datos de entrada o el hecho de asumirlos, es a menudo una de las principales causas de falla en la confiabilidad y desempeño de las bombas. Esto, se observa con frecuencia en la carente interacción entre las disciplinas encargadas del dimensionamiento y selección. Es una práctica general a nivel mundial, y muy acertada, dividir los proyectos en varias disciplinas; y también es un hecho claro, que las bombas centrífugas navegan en un mar de incertidumbres sobre todo entre dos disciplinas: proceso y equipos rotativos; quienes, por cada parte, “ajustan” los requerimientos para que el funcionamiento de los equipos de bombeo sea amplio. En general, la falta de interacción entre estas disciplinas, sin excluir al diseño de tuberías, son los principales promotores de que la “bomba no trabaje como se esperaba que lo hiciera” En general, los ingenieros se sienten cómodos con el uso de términos tales como mínimo, normal, rata, diseño, máximo como indicativos o adjetivos calificativos de la capacidad y el cabezal; frecuentemente tales términos describen un rango o límite en la temperatura, viscosidad, o bien sea en otra variable del proceso. Uno de los orígenes mas probables de interpretación errónea en establecer los parámetros de diseño suele estar localizado en el enfoque que se le da a los requerimientos de diseño del lado de succión y la identificación del valor del cabezal neto positivo de succión (siglas en ingles NPSH). En general, los ingenieros cuando determinan las condiciones de diseño del sistema y de bombeo, se “aseguran” que los requerimientos de la capacidad de la bomba y el cabezal total dinámico (TDH) sean lo suficientemente amplios, y en ocasiones se observan excesivos márgenes con respecto al requerimiento mínimo. Es por esto, que en el esfuerzo de “asegurar” los adecuados requerimientos, los nuevos equipos instalados en los sistemas, se encuentran por el orden del 5 al 45 por ciento, sobre-dimensionados de su actual condición de servicio, claro está, esto dependerá tanto del proceso, de la edad de la planta o el nivel de experticia y conocimiento de los ingenieros envueltos en el diseño o la especificación de proceso, este último es quien conduce a los equipos de ingeniería a desarrollar nuevos proyectos bien sea, para la adecuación o implantación de plantas o procesos. Muy a menudo los ingenieros desean que los fabricantes de bombas les suministren un equipo que este adecuado a “su proceso”; por el contrario, a esta opinión, una bomba centrífuga es un equipo que no es diseñado para desarrollar un cabezal a una capacidad determinada. De hecho, una bomba es diseñada y fabricada para suplir un amplio rango de condiciones de cabezalcapacidad y éstas están identificadas en la curva de desempeño, también llamada curva característica de la bomba. Sin embargo, la condición actual en la curva donde funcionará la bomba, será determinada por el sistema en el cual opera. En otras palabras, para propósitos prácticos, el sistema es quien controla a
la bomba, y éste mismo operará a la bomba en cualesquiera la condiciones que éste ajuste, sin importar el cabezal y la capacidad para la cual esta fue comprada (y diseñada) para manejar. Por lo tanto, lo primero que necesitamos entender es ¿cómo trabaja una bomba?; para esto, es necesario entender la Curva Característica de la Bomba. 2.
Desempeño de la bomba
Debemos comenzar con la relación que existe entre la capacidad (o rata de flujo) y el cabezal. El cabezal es un término usado para expresar a la presión tanto en el diseño de la bomba como en el diseño del sistema. Por consiguiente, el cabezal es simplemente un concepto de “presión”; por lo tanto, se puede decir que el cabezal y la presión son términos intercambiables y la relación que existe entre ellos es la siguiente:
Cabezal (m)
Pr esión( Bar ) *10.2 Gravedad _ Específica
Cabezal( Ft )
Pr esión( psi) * 2.31 Gravedad _ Específica
Pr esión( Bar )
Pr esión( Ft)
Cabezal (m) * Gravedad _ Especifica 10.2
Cabezal( Ft) * Gravedad _ Especifica 2.31
La presión en sistemas estáticos es definida como cabezal estático, y en los sistemas dinámicos como cabezal dinámico. Para explicar el cabezal estático (figura 1), consideremos tres columnas de de diámetros cualesquiera; en uno ellos su volumen esta ocupado por agua, en otro, por gasolina y en el restante por agua salada (figura 1). Si las Columnas están a 30m (98.42 ft) de altura y el manómetro está dispuesto en el fondo de la misma, la presión sería 2.94bar (42.64psi), 2.20bar (31.98psi), 3.52bar (51.05psi) respectivamente. Esto es debido a la diferencia entre sus gravedades específicas, o peso de los tres líquidos en cuestión. Téngase en cuenta que lo que se ha medido es la presión en el fondo de la columna, mas no el peso total de líquido en la misma. Los siguientes cuatro términos se usan en la definición de los sistemas de bombeo y están ilustrados en la figura 2. El cabezal estático total, se define como la distancia que existe entre la superficie del líquido en el recipiente del cual se succiona y el nivel de la superficie del líquido en el recipiente en el cual se descarga. El cabezal estático de descarga, es la distancia vertical desde la línea de centro de la boquilla de succión hasta el nivel de superficie del líquido en el recipiente en el cual se descarga. El cabezal estático de succión, aplica solo cuando el suministro está por encima del nivel de la bomba. Esta es la distancia vertical desde la línea de centro de la boquilla de succión hasta el nivel de superficie del líquido en el recipiente del cual se succiona. La elevación estática de succión, aplica solo cuando el suministro se encuentra localizado por debajo de la bomba. Esta es la distancia vertical desde la línea de centro de la boquilla de succión hasta el nivel de la superficie del líquido en el recipiente de succión. Ya expuesto lo anterior, debemos entender que una bomba centrífuga imparte velocidad a un líquido. Esta energía cinética de acuerdo a la ley de la conservación de energía se transforma en gran parte en energía de presión mientras que el líquido sale de la bomba.Por lo tanto, El cabezal cinético desarrollado es