Bombas centrífugasson vitales en el transporte de fluidos industriales y una ligera vibración es normal según ANSI/HI 9.6.4. Sin embargo, la vibración excesiva provoca un desgaste severo y mayores costos. Dado que la vibración es simplemente un síntoma, generalmente proviene de tres categorías superpuestas: defectos de diseño/selección, fallas internas e interferencia externa del sistema. Este artículo analiza estas causas principales para guiar la inspección y el mantenimiento de los equipos.
Estas fallas tienen una baja tasa de incidencia en el sitio, pero son problemas de origen del equipo que requieren una investigación prioritaria, principalmente como resultado de un diseño, fabricación, selección de materiales y selección de modelos inadecuados.
La velocidad crítica se refiere a la velocidad de rotación teórica correspondiente a la resonancia inherente del equipo. Las bombas centrífugas horizontales están diseñadas de manera óptima antes de la entrega con una velocidad crítica superior a la velocidad nominal para evitar resonancias. Sin embargo, las bombas de turbina vertical y otros equipos verticales son propensos a generar resonancia durante el funcionamiento si no se verifica la velocidad crítica en la etapa de diseño. Además, la falta de soportes de tuberías y las condiciones de funcionamiento desordenadas de las unidades de bombas múltiples cambiarán la frecuencia inherente del sistema e inducirán vibraciones, lo que puede solucionarse ajustando la velocidad de funcionamiento o reconstruyendo la estructura del equipo.
De acuerdo con la norma ISO 1940/1, se requiere que los impulsores de las bombas centrífugas alcancen una precisión de equilibrio dinámico de Grado 6.3. La calibración de fábrica deficiente, los cortes posteriores al mantenimiento, las incrustaciones y la corrosión a largo plazo y la adhesión de materias extrañas dañarán el estado de equilibrio. La fuerza centrífuga periódica generada durante el funcionamiento a alta velocidad provoca vibraciones regulares, lo que requiere desmontaje y calibración profesional del equilibrio dinámico. En algunos casos, la fabricación desequilibrada del rotor del motor también puede provocar vibraciones, que pueden inspeccionarse de acuerdo con las normas eléctricas NEMA.
La falta de coincidencia entre los materiales del cuerpo de la bomba y el impulsor y el medio transportado causará erosión y corrosión, dañando la precisión de los componentes e induciendo vibración. Mientras tanto, una selección inadecuada del equipo y una altura de succión positiva neta (NPSH) insuficiente provocarán una cavitación severa. El colapso instantáneo de las burbujas en la zona de alta presión genera una fuerte fuerza de impacto, provocando una vibración general severa de la bomba. La cavitación continua también desgastará el impulsor y agravará las fallas.
Aunque la tolerancia de los componentes individuales cumple con las especificaciones industriales, es probable que la acumulación de tolerancia después del ensamblaje de múltiples piezas induzca vibraciones. Además, los problemas comunes, como pie cojo, acoplamiento desequilibrado y pernos de anclaje sueltos después de una nueva instalación o mantenimiento, provocarán una tensión desigual en el equipo y una vibración continua.
Las fallas internas son los incentivos de vibración en el sitio más frecuentes, causadas por anomalías en los componentes de la bomba y el motor con características de falla estables y repetibles, que sirven como foco del mantenimiento diario.
El conjunto de acoplamiento desplazado, el desplazamiento operativo y el mantenimiento no estándar de bombas y motores provocarán una desalineación del eje, generando una fuerza de impacto radial durante la operación y provocando vibración. La calibración debe seguir estrictamente los estándares de diseño del fabricante de la bomba. Además, la flexión del eje de la bomba causada por la sobrecarga del equipo, la deformación por alta temperatura y el impacto externo conducen a la excentricidad del rotor y amplifica significativamente la amplitud de la vibración.
Los rodamientos son componentes de soporte centrales del sistema de rotor. Un aceite lubricante insuficiente, deteriorado o no coincidente y la contaminación por impurezas aumentarán la fricción operativa e inducirán vibraciones de alta frecuencia. Mientras tanto, el funcionamiento prolongado de los rodamientos provoca desgaste por fatiga, desprendimiento de las pistas de rodadura y holgura excesiva. Si no se reemplazan los cojinetes de manera oportuna, la vibración se agravará continuamente e incluso provocará el bloqueo de los cojinetes y la parada del equipo.
La rotación inversa de la bomba causada por un cableado incorrecto del motor alterará las condiciones hidráulicas y provocará vibraciones. El bloqueo parcial o total del impulsor provoca un transporte del medio irregular y una carga anormal, acompañada de vibraciones y fluctuaciones de corriente. La deformación del eje de la bomba provoca una tensión desigual en los cojinetes y los asientos de las válvulas, lo que genera riesgos ocultos de vibración a largo plazo.
Los datos de operación y mantenimiento en campo muestran que la mayoría de las vibraciones de las bombas centrífugas se originan en problemas externos del sistema, que están muy ocultos y fácilmente se malinterpretan como fallas inherentes al equipo.
La tensión de tracción y extrusión generada por el acoplamiento forzado de la tubería actúa sobre la interfaz de la bomba, provocando la deformación de la bomba y el desplazamiento del eje. La falta de soportes de tubería, los soportes sueltos y la disposición irrazonable provocan sacudidas en la tubería y la vibración transmitida a la bomba provoca la vibración general de la unidad. Mientras tanto, el aumento del peso propio de las tuberías llenas de agua genera fácilmente tensión adicional e induce una vibración continua.
Los pernos de anclaje flojos, el concreto de la base agrietado, la nivelación desigual de los cimientos y la lechada no estándar causan defectos en las patas blandas, lo que resulta en una tensión de soporte desigual y sacudidas operativas de la bomba. Además, la vibración forma un círculo vicioso que agrava continuamente los daños a los cimientos, lo que ocurre con frecuencia en equipos recién instalados o posteriores al mantenimiento.
Todo el sistema de bombas y tuberías tiene una frecuencia natural. La resonancia se produce cuando la frecuencia de vibración de funcionamiento de la bomba se superpone con la frecuencia natural del sistema, amplificando una vibración leve y provocando daños por fatiga en los componentes y una vibración general severa. Este problema se puede evitar optimizando la estructura de la tubería y ajustando el diseño del sistema.
En resumen,bomba centrífugaLa vibración es causada por la superposición de diseño y selección, componentes internos y factores del sistema externo, entre los cuales la tensión de la tubería y la instalación de cimientos no estándar son incentivos comunes en el sitio. Una ligera vibración es un fenómeno normal, pero una vibración excesiva pone en peligro la vida útil del equipo y la seguridad de la producción.
Se puede lograr un control eficaz de las vibraciones y un funcionamiento estable y eficiente de la bomba mediante la selección e instalación estandarizadas, el mantenimiento regular, el diseño optimizado de las tuberías y la evitación de resonancias.
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