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Ingeniería Mecánica: Bombas centrífugas de cámara partida

Miniatura Split Axial PumpEs bien sabido que el proceso de producción de papel necesita el uso intensivo de las bombas centrífugas. Este proceso productivo incluye operaciones críticas que exigen sistemas de bombeo en un amplio rango de funcionamiento junto con alguna otra necesidad como pueda ser el bombeo de líquidos abrasivos. Por tanto, la resistencia a la abrasión y a la corrosión deben ser características fundamentales de las bombas centrífugas usadas en la producción de papel. La capacidad de bombear líquidos con una cierta cantidad de aire atrapado en su seno, la fiabilidad de los equipos o la optimización de las eficiencias energéticas a la hora de ponerlas en operación son factores muy a tener en cuenta a la hora de elegir el tipo de bomba más adecuado. En cuanto a su mantenimiento es vital que éste sea sencillo, minimizando al máximo las tareas necesarias así como permitiendo un alto grado de intercambiabilidad de repuestos entre equipos distintos. En esta ocasión quiero mostrar un tipo de bomba centrífuga muy peculiar y para un uso muy concreto en las fábricas de papel, se trata de las bombas centrífugas de doble aspiración y cámara dividida axialmente, también conocidas como bombas centrífugas de cámara partida.

Primeramente me gustaría recordar que una bomba centrífuga está compuesta de una carcasa o voluta que posee las bridas de conexión para la aspiración e impulsión del fluido bombeado y en cuyo interior se encuentra el impulsor o rodete que gira proporcionando el movimiento gracias al cual, y mediante la geometría de sus álabes, se comunica una cierta energía al líquido bombeado. Partiendo de esta idea podemos encontrar varios tipos constructivos. Uno de ellos es el que en esta ocasión nos ocupa, principalmente se caracteriza por poseer una carcasa partida en sentido axial, es decir, está dividida según un plano paralelo al eje de rotación del impulsor de la bomba.

Bomba de cámara partida axialmente

Bomba de cámara partida axialmente

Es habitual que este tipo de bombas posean dos canales de aspiración, uno a cada lado de la bomba, y un único cuerpo de impulsión. Igualmente es muy común el hecho de encontrar tanto la aspiración como la impulsión en la misma mitad, generalmente la inferior. De esta manera se facilitan enormemente las intervenciones en el interior de la bomba ya que para abrirla y acceder a su interior no es necesario tocar las conexiones de las tuberías de entrada y salida. Otra característica común es que el eje atraviesa el impulsor y está apoyado sobre rodamientos. Así, al retirar la mitad superior de la carcasa quedan completamente accesibles las partes móviles de la bomba, las camisas, eje, aros de desgaste, empaquetaduras, etc. Abrir e inspeccionar este tipo de bombas se convierte así en una tarea verdaderamente simple.

Sección y diseño de una bomba de cámara partida

Sección y diseño de una bomba de cámara partida

Las bombas de cámara partida horizontalmente con doble aspiración tienen su hueco en la industria, se utilizan en aplicaciones en las que es necesario bombear caudales medios y grandes con presiones bajas y medias como por ejemplo en el abastecimiento de aguas, instalaciones contra incendios, plantas potabilizadoras, industria química y, por supuesto, en la industria del papel y cartón. En concreto tienen cabida en posiciones donde el caudal toma valores importantes como pueda ser la bomba de caudal de pasta de papel hacia la caja de entrada. En contra de las ventajas que supone el fácil y rápido acceso al interior de la bomba cabe mencionar que la presión de salida del líquido bombeado está limitado a un cierto valor, el motivo es que más allá de este valor se hace difícil mantener la estanqueidad entre ambas mitades de la carcasa, para ello sería necesario emplear espárragos y bridas de excesivo grosor.

Sección de una bomba de cámara partida y doble aspiración. Sellado por empaquetaduras

Sección de una bomba de cámara partida y doble aspiración. Sellado por empaquetaduras

Normalmente la disposición de las tuberías de aspiración e impulsión son laterales, opuestas y horizontales pero también podremos encontrar curiosas disposiciones como la mostrada en la siguiente imagen en la que la conexión de aspiración se encuentra en la parte inferior.

Bomba de cámara partida y aspiración doble inferior

Bomba de cámara partida y aspiración doble inferior

En cuanto al sellado del eje podremos encontrar disposiciones a base de empaquetaduras montadas sobre casquillos fabricados normalmente de material resistente al desgaste. Estos casquillos postizos evitan que el eje se deteriore con la presión que los anillos de empaquetadura ejercen sobre él mediante el prensaestopas. Dependiendo del tipo de líquido bombeado encontraremos disposiciones de empaquetaduras refrigeradas de forma interna y externa, ésta última se utiliza cuando el líquido bombeado es sucio, nocivo para el medio ambiente, las personas o, simplemente, poco atractivo para el entorno en dónde se encuentra el equipo de bombeo, cabe mencionar que el sellado del eje nunca debe funcionar en seco, si así fuera, la fricción generaría un aumento rápido de la temperatura y podría llegar a deteriorar rápidamente los elementos del sello. Generalmente, para el líquido de sellado y refrigeración externo se emplea agua limpia y fría. La presión que el líquido bombeado ejerce sobre el sello de empaquetaduras es justamente la presión de entrada a la bomba.

Disposición de sello del eje a base de empaquetaduras

Disposición de sello del eje a base de empaquetaduras

Refrigeración externa o interna del sello del eje

Refrigeración externa o interna del sello del eje

Es posible igualmente usar disposiciones para el sellado del eje usando para ello cierres mecánicos. Para quien no conozca este tipo de sellado mencionar que consiste básicamente en dos anillos, uno fijo y otro giratorio, de diferente o igual material y apoyados de forma frontal uno contra otro y cuya superficie de contacto es ópticamente plana. Ambos anillos se encuentran fuertemente unidos mediante la carga que ejerce un muelle y la presión del líquido bombeado a la entrada de la bomba. Recordar que el cierre mecánico no debe gotear en su funcionamiento normal pero no está fabricado a prueba de goteo, se considerará que si podrá gotear una cierta cantidad al día que será eliminada, generalmente, por evaporación. Al igual que la disposición por empaquetadura, el cierre mecánico puede precisar de refrigeración y ésta podrá hacerse de manera interna o externa mediante el aporte de agua fría.

Diferentes disposiciones de sellado del eje empleando cierres mecánicos

Diferentes disposiciones de sellado del eje empleando cierres mecánicos

Para la puesta en marcha de este tipo de bombas actuaremos de la misma forma que para cualquier bomba centrífuga. En primer lugar nos aseguraremos de que los soportes de rodamientos poseen el lubricante adecuado y en la cantidad justa, igualmente es conveniente verificar el correcto funcionamiento de las refrigeraciones de los sellos del eje, ya sean empaquetaduras o cierres mecánicos. La cámaras de aspiración de la bomba deben estar completamente llenas de líquido, es conveniente purgar el aire contenido en ellas mediante los purgadores a tal fin. La válvula de aspiración debe abrirse completamente y nunca debe regularse el caudal con ella ya que puede producirse cavitación en la bomba. Por su parte, la válvula de impulsión o descarga se comenzará a abrir lentamente tras unos segundos después del arranque de la bomba, llevando la apertura de dicha válvula hasta que el caudal suministrado por la bomba sea el previsto, si se superase o si se tratase de arrancar la bomba con la válvula de descarga totalmente abierta se corre el riesgo de sobrecargar el accionamiento eléctrico y disparar la protección del mismo por consumo elevado. En teoría, lo mejor es que tras la puesta en marcha la válvula de impulsión de la bomba quede totalmente abierta, si no es así quiere decir que la bomba no funciona correctamente y es necesario ajustar o bien su velocidad o bien el diámetro del impulsor (reduciéndolo), de esta forma se ahorrarán grandes cantidades de energía y alargaremos la vida de los rodamientos montados en los apoyos del eje. Tras unas cuantas horas de funcionamiento es conveniente revisar el correcto goteo del agua de refrigeración de las empaquetaduras, reapretando el prensaestopas si fuese necesario.

En cuanto a su mantenimiento, este es simple, consiste principalmente en el reengrase de los apoyos del eje y la comprobación de la correcta refrigeración de los sellos del mismo. Con cierta frecuencia, a definir por el tipo de aplicación y su criticidad, será conveniente vigilar ruidos, cambios de temperatura y vibraciones en la bomba que indiquen la necesidad de una intervención mayor. Así mismo no es raro programar de manera anual o bianual una apertura de la bomba para el cambio del rotor sustituyéndolo por un rotor completo de repuesto, incluyendo rodamientos, empaquetaduras, camisas de protección, etc.

Mitad inferior de una bomba de cámara partida abierta para su inspección

Mitad inferior de una bomba de cámara partida abierta para su inspección

Mitad superior de una bomba abierta para su inspección

Mitad superior de una bomba abierta para su inspección

Bueno, de momento es todo, espero que os resulte interesante y útil en alguna medida. Os animo a enviar vuestros comentarios al respecto. Gracias.

Un saludo

mecantech@gmail.com
 
 
 
 
 
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  1. Daniel
    16/01/2015 a las 19:45

    Hola a todos,

    nos pasa algo curioso en una bomba centrífuga, y no entiendo el porqué. Resulta que la bomba tiene alrededor de 64 bares en la aspiración y alrededor de 66 en la impulsión, es decir, trabaja a un dP de 2 bares. La curva hidraúlica está definida a unas 1894 rpm. El motor tiene variador de frecuencia. El motor fue mal seleccionado, y va de 2000 rpm a 2900 rpm. La bomba trabaja con el variador al mínimo, a 2000 rpm.
    Según la curva hidráulica, a 2 bares, la bomba se sale de la curva por la derecha, debiendo dar un caudal de alrededor de los 270 m3/h. Por lo tanto, según creo, a 2000 rpm (superiores a los 1894 rpm), la bomba debería estar dando incluso más caudal. Lo que no entiendo es que la bomba esté dando un caudal de 216 m3/h. Otro dato curioso es que aun subiendo con el variador a los 2900 rpm, la bomba sigue dando 216 m3/h.
    ¿Saben ustedes qué es lo que puede estar ocurriendo?
    Gracias

    • 17/01/2015 a las 09:06

      Hola Daniel, si la curva que posees para esta bomba está definida para una única velocidad de 1894 rpm es sólo eso y no puedes utilizarla para velocidades distintas. Las curvas de bombas que trabajan en un rango de velocidad son algo distintas. Ocurre lo mismo con el valor de NPSH, la curva que posees probablemente está definida para el NPSH mínimo que establece el fabricante y tu dices que tienes unos 640 m a la entrada. Por último, las curvas de las bombas suelen trazarse usando agua a una determinada temperatura, si estas bombeando otro fluido distinto puede que el comportamiento no sea del todo similar. Así que ya ves, puede que tu bomba alcance un punto de trabajo en función de velocidad, viscosidad, NPSH, curva de tu sistema, etc que sea algo distinto del que esperas. Un saludo.

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