Mantención Bombas Centrifugas

Contenido Generalidades de Bombas .................................................................................................................. 4 Bombas dinámicas........................................................................................................................... 4 Flujos en Bombas Dinámicas ........................................................................................................... 5 Bombas de flujo radial ........................................................................................................................ 5 Bombas de caracol (centrífugas) ......................................................................................................... 5 Bombas centrífugas difusoras ............................................................................................................. 6 Bombas de flujo axial .......................................................................................................................... 6 Bombas de flujo mixto ........................................................................................................................ 7 Bombas Multi-etapas .......................................................................................................................... 8 Bombas periféricas .............................................................................................................................. 8 Bomba de turbina regeneradora......................................................................................................... 8 Tipos de volutas en bombas ............................................................................................................ 9 Carcaza hendida .................................................................................................................................. 9 Carcazas de barril .............................................................................................................................. 10 Materiales de carcazas de bombas ............................................................................................... 10 Características de impulsores ....................................................................................................... 11 Montaje del impulsor .................................................................................................................... 11 La Tabla 2 indica las bombas utilizadas con varios fluidos................................................................ 13 Componentes de bombas ................................................................................................................. 14 Platos y anillos de desgaste........................................................................................................... 14 Corrosión y lubricación de los anillos de desgaste............................................................................ 16 Platos de desgaste (mordazas).......................................................................................................... 16 Sistemas de sellos.............................................................................................................................. 16 Sellos mecánicos ........................................................................................................................... 17 Sellos por Prensa Estopas.............................................................................................................. 18

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Camisas de eje ............................................................................................................................... 18 Cuerpo de Rodamientos de las bombas ........................................................................................... 19 Rodamientos de fricción ............................................................................................................... 19 Rodamientos anti-fricción (elementos rodantes) ......................................................................... 19 Alturas de Bombeo ............................................................................................................................ 21 Altura total de bombeo ................................................................................................................. 21 Eficiencia de bombeo ........................................................................................................................ 23 Cebado .......................................................................................................................................... 23 Presión de vapor ........................................................................................................................... 23 Cavitación ...................................................................................................................................... 23 Altura neta de succión positiva .................................................................................................... 25 Factor de pérdida .......................................................................................................................... 25 Eficiencia volumétrica ................................................................................................................... 25 Capacidad nominal y tamaño ...................................................................................................... 25 Arranque y Parada de una bomba .................................................................................................... 27 Arranque de Bomba ...................................................................................................................... 27 Parada y Retiro de Bomba............................................................................................................. 27 Desmontaje y mantenimiento de Bombas........................................................................................ 28 Tipos de Montaje.......................................................................................................................... 28 Montaje en el eje central .............................................................................................................. 28 Montaje acoplamiento cerrado .................................................................................................... 29 Desmontaje de la bomba .............................................................................................................. 29 Montaje de bomba........................................................................................................................ 29 Mantenimiento de la bomba centrífuga ........................................................................................... 30 Mantención preventiva ................................................................................................................. 30 Mantención de rutina ................................................................................................................... 30 Acondicionamiento de la bomba ...................................................................................................... 30 El acondicionamiento de la bomba consiste generalmente en: ................................................... 30

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Objetivo general: Identificar características y componentes de bombas y válvulas y asi realizar procedimientos de montaje de estas.

Objetivos específicos: El objetivo principal de este manual es poder entregar conceptos y fundamentos básicos en temas relacionados al funcionamiento mecánico de las bombas centrífugas y válvulas.

Definiciones de los indicadores de peligro En la actividad diaria de mantenimiento de los sistemas de la pala, se utilizan las palabras PELIGROS, ADVERTENCIAS, PRECAUCIONES y AVISOS para resaltar instrucciones importantes y críticas. Los PELIGROS, ADVERTENCIAS y PRECAUCIONES anteceden el párrafo o artículo al que se aplican. Los AVISOS siempre siguen del párrafo o artículo al que se aplican. Para mejor entendimiento respecto del PELIGROS, ADVERTENCIAS, PRECAUCIONES y AVISOS se definen de las siguientes.

Indica una situación peligrosa inminente que, si no se evita, resultará en la muerte o lesiones graves. Esta palabra de indicación está limitada a las situaciones más peligrosas.

Indica una situación potencialmente peligrosa que, si no se evita, puede resultar en la muerte o lesiones graves.

Indica una situación potencialmente peligrosa que, si no se evita, podría resultar en lesiones mayores o menores. La palabra Precaución se usa sin el símbolo de indicación de alerta para peligros que sólo resultan en daños materiales.

Una Precaución sin el símbolo de alerta de seguridad (punto de exclamación) se usa para avisar de peligros que resultan sólo en daños materiales.

Se usa para indicar un enunciado de la política de la empresa relacionado directa o indirectamente con la seguridad del personal o protección de la propiedad. Esta palabra de indicación no está directamente asociada con un peligro o situación peligrosa y no se usará en lugar de PELIGRO, ADVERTENCIA o PRECAUCIÓN.

Se usa para indicar instrucciones generales pertinentes a las prácticas sobre seguridad en el trabajo, como recordatorio de los procedimientos correctos de seguridad e indicar la ubicación del equipo de seguridad. Centro de Entrenamiento Industrial y Minero | Antofagasta, Av. Pedro Aguirre Cerda 8280

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Generalidades de Bombas Una bomba es una máquina que mueve fluidos (líquidos o gases) o semi-fluidos (pulpa de madera o lodos). Un fluido es un elemento de la naturaleza que adquiere la forma del recipiente que lo contiene, por lo tanto puede encontrarse en estado líquido o gaseoso. Algunos ejemplos de fluidos son el agua, ácido sulfúrico, polvo químico seco, aire, nitrógeno, petróleo, aceites, etc. La bomba mueve los fluidos (principalmente en estado líquidos) hacia, a través o fuera de un sistema en contra de la acción de la gravedad y de otras fuerzas tales como la fricción. Esta función la realiza por medio de la conversión de energía de fluido, utilizando la succión o la compresión. La bomba que ha sido diseñada para comprimir fluidos gaseosos se llama compresor. Las bombas tienen una función muy importante en las plantas de procesos mineros y en la industria en general. Se emplean en la alimentación de agua a las calderas, en la conducción o medición de combustibles, en productos químicos, en la circulación de refrigerantes y condensantes. Existen dos clasificaciones básicas de bombas: dinámicas y de desplazamiento positivo.

Bombas dinámicas Una bomba dinámica es una máquina que mueve un fluido utilizando la fuerza centrífuga para hacerlo girar al exterior. Se conoce mejor como bomba centrífuga. La voluta de la bomba alberga al impulsor que entrega energía cinética al fluido así como velocidad. La voluta sirve de guía a su movimiento y produce un flujo estable y continúo. Generalmente se emplean para conducir grandes volúmenes de fluido. Las bombas centrífugas también se conocen como bombas de desplazamiento no-positivo. Ellas permiten que el fluido se pierda una vez que haya logrado la presión requerida. La pérdida se produce cuando la fuerza centrífuga creada por el impulsor es igual a la resistencia del tubo de descarga. Una de las principales diferencias de las bombas centrífugas respecto a las bombas de desplazamiento positivo es que su caudal depende de las restricciones del sistema, vale decir no es constante y varía para cada nivel de presión; sin embargo en las bombas de desplazamiento positivo, el caudal es independiente de las restricciones del sistema, o sea que no importando los niveles de presión el caudal es siempre el mismo. Es por ello que predomina la presión en las bombas de desplazamiento positivo, que es un parámetro que aparece cuando el fluido tiende a comprimirse y se eleva con gran facilidad en sistemas que utilizan este tipo de bombas debido a que los líquidos tienen un grado de compresibilidad despreciable (prácticamente incompresibles). Las cuatro categorías de bombas centrífugas se establecen tomando en consideración el flujo:    

Flujo radial Axial Mixto Periférico.

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Flujos en Bombas Dinámicas Bombas de flujo radial Las bombas de flujo radial impulsan el líquido radialmente desde la línea central del eje. La bomba centrífuga con cuerpo de caracol es el tipo más común dentro de esta clasificación.

Bombas de caracol (centrífugas) En las bombas de caracol, el impulsor giratorio descarga el fluido hacia el interior de una cavidad en forma de espiral que se llama caracol. Este es el diseño de uso más amplio (ver Dibujo 1). Funcionamiento 1. El flujo se envía hacia el centro (ojo) del impulsor (ver Dibujo 1) y fluye hacia las aspas. 2. El fluido es descargado en el centro del impulsor a una velocidad aumentada producto de la

rotación del impulsor. 3. A medida que el fluido sale del impulsor, se mueve axialmente en ángulos rectos con la línea

central del eje. (Esa es la velocidad tangencial). El fluido es enviado al interior del caracol a gran velocidad. 4. Como la cámara se ensancha, la velocidad del fluido disminuye y parte de la carga de velocidad se transforma en presión.

Dibujo 1. Funcionamiento de la bomba centrífuga

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Dibujo 2.

Bomba de caracol

Bombas centrífugas difusoras Los difusores se emplean en la carcasa de una bomba para crear varios caracoles. Los difusores son paletas estacionarias curvas dentro de la carcasa que redirigen el flujo del líquido. Las paletas dirigen el flujo hacia afuera, forzando de esta manera el líquido hacia la boquilla de descarga (ver Dibujo 3). Este tipo de bomba se llama bomba centrífuga difusora. La carcaza de su cámara puede ser simétrica.

Dibujo 3 Bomba centrífuga difusora.

Bombas de flujo axial En las bombas de flujo axial, el impulsor mueve el líquido a través de la carcasa sin variar su dirección. El impulsor tiene paletas iguales a las de una hélice de un barco. La bomba desarrolla su altura por la acción de la altura de las paletas sobre el líquido. El líquido se mueve a través de la carcasa paralela al eje. Ver el Dibujo 4. Estas bombas generalmente se montan verticalmente.

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Dibujo 4 Bomba de flujo axial Estas bombas tienen poca fuerza de succión y generalmente se instalan por debajo de la superficie del líquido que se bombea. Tienen un gran caudal de salida, pero su altura de descarga es relativamente pequeña

Bombas de flujo mixto El Dibujo 5 muestra una bomba de flujo mixto. Este tipo de bomba combina las características de una bomba de flujo radial con las de una bomba de flujo axial. Desarrolla su altura de descarga empleando tanto la fuerza centrífuga como la de elevación de las paletas sobre el líquido. Esta bomba se monta vertical u horizontalmente. Se usa en aplicaciones de baja altura y alta capa.

Dibujo 5

Bomba de flujo mixto

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Bombas Multi-etapas La presión desarrollada por una bomba centrífuga de un sólo impulsor es limitada. Usualmente las bombas deberán desarrollar presiones de descarga mucho mayores que esta. Para lograrlo, las bombas son equipadas con varios impulsores conectados en serie, los que reciben el nombre de bombas multi-graduales o multi-etapas. La descarga de un sólo impulsor se conecta a la succión del próximo y así sucesivamente.

Dibujo 6 Bomba mixta de tres grados o etapas Por ejemplo, el dibujo anterior muestra un corte transversal de una bomba mixta de tres grados. El líquido penetra por la succión del primer grado en el fondo. Desde este grado, la descarga del líquido pasa a través de la cámara hacia la succión del próximo impulsor y así sucesivamente hasta que el líquido alcance el punto de descarga. Este proceso aumenta la velocidad del líquido cada vez que pasa a través de un grado, lo que trae como consecuencia un aumento de la presión en el punto de descarga.

Bombas periféricas En este tipo de bomba, el líquido penetra por la periferia del impulsor. La bomba lo energiza y lo descarga nuevamente hacia su periferia.

Bomba de turbina regeneradora La bomba de turbina regeneradora es un ejemplo de bomba periférica. El impulsor de este tipo de bomba tiene una doble hilera de paletas que han sido cortadas en su anillo (ver Dibujo 7). El impulsor es posteriormente centrado en una ranura maquinada en la carcasa.

Dibujo 7 Bomba de turbina Centro de Entrenamiento Industrial y Minero | Antofagasta, Av. Pedro Aguirre Cerda 8280

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Estas bombas desarrollan alta presión en comparación con su tamaño, por lo que se usan en áreas reducidas. Son adecuadas para servicios donde se requiere una alta presión y baja capacidad. A menudo se utilizan como bombas alimentadoras de agua a pequeñas calderas, como bombas de retorno de condensaciones y como bombas de circulación de agua caliente. Funcionamiento 1. El líquido penetra por el borde exterior del impulsor. 2. A medida que rota el impulsor, las paletas se mueven en un canal maquinado en la carcasa. Así el líquido se mueve hacia delante. 3. Al mismo tiempo que el líquido aumenta su velocidad, la fuerza centrífuga lo impulsa hacia el interior del canal. 4. Debido a la forma del canal, el líquido regresa a través de las paletas. 5. Este proceso se repite varias veces. Como resultado, el líquido sigue un recorrido en espiral alrededor de la pared interior de la carcasa. Ver Dibujo 8. Recorre casi 360º alrededor de la carcasa hasta el puerto de descarga. 6. Cada vez que el líquido vuelve a entrar en una paleta recibirá un impulso. Esta serie de impulsos aumentará la presión gradualmente desde la succión hasta la descarga. Dibujo 8

Recorrido del flujo espiral en una bomba de turbina

La bomba de turbina regeneradora puede desarrollar una presión de descarga varias veces mayor que la que puede lograr una bomba de flujo radial con un impulsor de igual diámetro y velocidad

Tipos de volutas en bombas Carcaza hendida 

Las carcasas hendidas axialmente están divididas a lo largo de la línea central del eje. Las boquillas de succión y descarga están generalmente en la mitad inferior de la carcasa. La mitad superior puede fácilmente levantarse para realizar una inspección.

Horizontal



Vertical

Hendidura radial

Las hendiduras de carcazas radialmente hendidas forman ángulos rectos con el eje.

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Carcazas de barril En las bombas centrífugas multigradual de alta presión es muy difícil mantener una unión hermética entre las mitades de una carcasa de hendidura axial o entre las secciones de una carcasa de hendidura radial. Por lo tanto, la carcasa interior se ajusta dentro de una carcasa exterior que se llama carcaza de barril.(ver dibujo 8) La carcaza de barril no tiene uniones axiales. El espacio entre las dos carcazas está expuesto a una alta presión de descarga. Esto tiende a mantener juntas las secciones de la carcasa interior.

Dibujo 8 Carcaza de barril

Materiales de carcazas de bombas Los materiales utilizados en las volutas de las bombas dependen del líquido que se va a bombear. La Tabla 1 muestra los distintos materiales para carcazas de varios líquidos bombeados. Tabla 1: Materiales de carcazas de bombas Material de bombas  bronce  acero inoxidable  1. Acero inoxidable especial ejemplo: Hastelloy 2. monel (aleación níquel y cobre) 3. níquel 4. caucho 5. cerámica Alcalies  hierro fundido 1. Resistente al níquel  suave 2. acero inoxidable  moderado 3. acero inoxidable especial ejemplo:  concentrado Hastelloy Pastas aguadas (químicamente neutros)  revestimientos de caucho (con limitaciones  sólidos de hasta 1/8” de diámetro de temperatura)  bajo porcentaje de sólidos  1. Hierro fundido 2. Resistente al níquel  sólidos concentrados 3. Hierro duro  moderado porcentaje de sólidos  sólidos concentrados  1. Hierro duro 2. Acero cromo  1. Acero cromo 2. Níquel duro 3. Acero al manganesio Fluido Ácidos  suaves  moderados  concentrados

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Características de impulsores Las aspas de los impulsores son curvas para que puedan impulsar eficientemente el fluido. Su tamaño, forma y cantidad de carcazas varían según muestra el Dibujo 9. a) El impulsor abierto tiene paletas adjuntas a un Anillo de refuerzo parcial en un lado. b) El impulsor de admisión simple, semi abierta. Un Anillo de refuerzo completa cierra un lado. c) El impulsor de admisión simple, cerrado. Ellos tienen una entrada en un lado solamente. Los anillos de refuerzo cierran ambos lados. Ellos producen un empuje axial el cual debe ser vencido utilizando rodamientos apropiados u orificios equilibradores. d) El impulsor de doble admisión, cerrado. Estos tienen entradas en ambos lados. Este tipo tiene muy poco empuje axial. e) El impulsor tipo espiral se utiliza en bombas que trabajan con sólidos en suspensión de material de papel. El espiral actúa como una transmisión mecánica sobre el impulsor. f) El impulsor de flujo axial se utiliza con bombas de flujo axial. g) El impulsor de flujo mixto abierto se utiliza en las bombas mixtas.

Montaje del impulsor El (los) impulsor(es) se monta(n) en cualquier extremo del eje o eje medio se fija en su posición de diferentes maneras. Cuando se monta en un extremo del eje, el impulsor:  Se atornilla a un eje roscado que topa con un reborde. El sentido de la rosca deberá ejercer una acción de apretado cuando el eje rota.  Tiene un orificio paralelo con el ajuste de deslizamiento en el eje. Se fija en su posición por medio de una reborde o camisa en un lado en un lado y una plato fijador (retén) y tuerca (con un dispositivo de fijación) en el lado de entrada.. Se requiere de una chaveta en el caso de transmisión positiva.  Está instalado en un eje ahusado. También se emplea una chaveta para la transmisión. Para mantener el impulsor en el ahusamiento se emplea una tuerca (con un dispositivo de fijación) y un plato retén. Al montar en un eje medio, el impulsor es propulsado por una chaveta y se fija en posición por medio de:  Un ajuste de deslizamiento retenido por camisas y una tuerca  Un ajuste de deslizamiento contra las camisas y retenido por tuercas en ambos extremos del eje

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A

B

C D

E

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G

F

Dibujo 9 Diseños de impulsores

La Tabla 2 indica las bombas utilizadas con varios fluidos. FLUIDO Líquidos limpios no corrosivos a temperaturas bajas o moderadas Líquidos a más de 120ºC (250ºF) Hidrocarburos calientes

Corrosivo (ácidos y álcalíes)  suave  fuerte  caliente

Pastas acuosas  partículas abrasivas finas (pasan a través de una malla de 1/8”)

Tabla 2: Selección de una bomba centrífuga TIPO DE BOMBA TIPO DE IMPULSOR Cerrado excepto para muy pequeñas  simple o doble succión capacidades

 simple o doble succión  bombas multigraduales (usualmente alimentan a las calderas a alta presión)  succión simple; a menudo bombas de refinería diseñadas para altas temperaturas  simple o doble succión  simple o doble succión (las simples son más baratas si están disponibles en la misma capacidad nominal)  succión simple; muchas bombas para refinerías se utilizan para soportar altas temperaturas y presiones de succión.  succión simple con un juego longitudinal con ajustes por desgaste; si no son corrosivos o de altas temperaturas, use revestimientos de caucho con las bombas de metal: use componentes de caucho especiales en caso de resistencia a algunos productos químicos.  -- succión simple (difícil de encontrar en capacidades pequeñas.  -- para piedras grandes (más de 1” de diámetro) utilice

Cerrado excepto para muy pequeñas capacidades Cerrada con grandes entradas

Cerrado excepto para capacidades muy pequeñas donde el fluido forma incrustaciones en las superficies de piezas móviles

Abierto para permitir una mejor aplicación de los revestimientos de caucho, excepto en los tamaños grandes: algunas veces se fabrican del tipo cerrado.

Cerrado Centro de Entrenamiento Industrial y Minero | Antofagasta, Av. Pedro Aguirre Cerda 8280

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Sólidos espesos Como material de papel

bombas de lodo con grandes impulsores que operan a baja velocidad  simple succión: use doble succión con ajustes para desgastes de juego transversal especial sólo con concentraciones muy ligeras de sólidos

Cerrado (abieto fue la norma hasta cambianillon los ajustes para desgaste de holgura terminal

Componentes de bombas Platos y anillos de desgaste Para producir la máxima presión, el juego entre la carcasa y los pasajes de succión del impulsor deberán mantenerse a un mínimo. Esto evita que el líquido circule de retorno al lado de succión. Este sello se forma por el ajuste entre el anillo alrededor del ojo del impulsor y la carcasa. El juego requerido es especificado por el fabricante. Durante el funcionamiento, las continuas filtraciones a través de este ajuste desgastan lentamente la superficie. Se puede tolerar algún juego, pero si éste excede tres veces el nivel del juego inicial, la bomba pierde demasiada eficiencia. Superficies substituibles, llamadas anillos de desgaste o anillos desgastadores se incorporan al diseño de la carcasa de la bomba y/o del impulsor (ver Dibujo 10). Algunas bombas más pequeñas tienen anillos contra el desgaste solamente en la carcasa.

Dibujo 10 Anillos planos desgastadores en el impulsor o la carcaza Los anillos de desgaste pueden ser radiales, axiales o una combinación de ambos. Ellos se presentan en una variedad de diferentes configuraciones: planos, escalonados (en forma de L), o laberinto (ver Dibujos 11 y 12).

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a Escalonado

b Laberinto

Dibujo 11 y 12 Otras configuraciones de anillos de desgaste Los anillos de desgastes se fijan en su posición por medio de uno de los siguientes métodos   

Ajuste por contracción Espiga, ranura o espárrago Roscas de tornillos

Los Dibujos 13a y 13b muestran dos formas de montar los anillos de desgaste de un impulsor.

a

b

Dibujo 13 Formas de montar anillos de desgaste

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Dibujo 14 Placa de desgaste en posición

Corrosión y lubricación de los anillos de desgaste Los anillos de desgaste se fabrican de materiales, seleccionados para adaptarse al líquido bombeado. A menudo se utiliza el bronce o el hierro fundido. Cuando sólo una superficie tiene una superficie de desgaste, el anillo de desgaste se fabrica de un material más suave que aquel de la superficie de calce. Esto permite que la mayoría de la erosión se produzca en el anillo de desgaste. Los anillos de desgaste se lubrican sólo con el líquido bombeado, por lo que su vida se extenderá si su funcionamiento se realiza en presencia de un líquido.

Platos de desgaste (mordazas) Cuando los impulsores abiertos en carcazas hendidas radialmente, se utilizan platos de desgastes (mordazas) en lugar de los anillos. Los platos de desgaste son platos de fácil sustitución que protegen las caras frontales y/o posteriores de la carcasa. El juego entre el plato y el impulsor puede ajustarse moviendo el eje transversalmente. Esto se realiza generalmente con la ayuda de rellenos.

Sistemas de sellos El sellado puede realizarse utilizando sellos mecánicos o empaquetaduras de compresión. Estos se ensamblan en el portaestopa del túnel que es un nicho cilíndrico en la carcasa alrededor del eje giratorio de la bomba. Esto minimiza la filtración entre la carcasa y el eje.

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Sellos mecánicos La filtración en el portaestopa no es deseable cuando se bombea gasolina, ácido, o amoniaco. Además, las empaquetaduras de compresión no trabajan bien a altas presiones. En estas condiciones, las bombas utilizan sellos mecánicos para minimizar la filtración. El Dibujo 15 muestra un sello montado alrededor del portaestopa. Los tornillos de regulación se utilizan para fijarlo en su lugar. Los O´rings se usan como sello secundario para evitar la filtración por el sello mecánico hacia la carcasa y el eje.

Dibujo 15 Sello mecánico En la actualidad son muy empleados los sellos mecánicos de cartucho o cartridge, que tienen la ventaja que no necesitan ajustar la fuerza entre las caras del sello, sino que esta se encuentra predefinida por la fábrica y solamente se deben retirar las presillas durante el montaje para liberar la fuerza. Es importante notar que no intervención en las caras del sello, por lo cual se hace el montaje más seguro y se evita la contaminación de las caras. Estos sellos pueden tener un elevado costo, por lo cual se debe asegurar el buen montaje siguiendo las recomendaciones de sus fabricantes y una adecuada selección.

Dibujo 16 Sello mecánico

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Sellos por Prensa Estopas La empaquetadura de compresión o simplemente empaquetadura es un método efectivo de sellado del rodamiento desde la cavidad de la bomba. Sellos. El Dibujo 17 muestra el portaestopa sosteniendo múltiples anillos de empaquetaduras de compresión y anillos de cierre hidráulico. Son fijados en su lugar por el collarín del prensaestopa. El collarín se puede ajustar apretando tuercas que comprimen los anillos hasta lograr el ajuste deseado. Cuando una bomba opera a una presión negativa de succión, la carcasa puede aspirar aire. Esto detiene la filtración requerida para la lubricación. Para evitar esta situación, el portaestopas está provisto de un anillo de cierre hidráulico (también llamado carcaza del sello) y una conexión líquida de sellado. Ver Dibujo 17. Esta conexión puede ser una tubería externa o un paso interno consistente de orificios de paso barrenados en la carcasa. Los anillos de cierre hidráulico también se usan en bombas que manipulan fluidos abrasivos. El líquido de sellado limpio mantiene las sustancias arenosas fuera del portaestopa.

Dibujo 17 Portaestopas con cuatro anillos de empaquetadura y un anillo de cierre hidráulico

Camisas de eje Los ejes pueden corroerse y desgastarse en el portaestopa. Por eso se debilitan y dificulta el efectivo sellado con anillos de empaquetadura. Por lo tanto, los ejes de las bombas menores son generalmente fabricados de materiales resistentes a la corrosión y al desgaste. Los ejes de bombas más grandes están generalmente protegidos por caminas renovables. Ellas están fabricadas de estelita, acero inoxidable, o latón/bronce cromado. Las camisas para ejes se ajustan normalmente por desplazamiento sobre el eje y se instalan entre el impulsor y el reborde en el eje. Algunas camisas son también chaveteadas en el eje. En ocasiones las camisas pueden adherirse al eje lo que hace muy difícil desmontarlas. Un método efectivo de desmontaje es:

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1. Dos ranuras con una esmeriladora manual pequeña (ver Dibujo 18). Las ranuras deberán ser cortadas con 180º de separación, axialmente a lo largo de la camisa. 2. Hendir la camisa con un cortafrío, teniendo cuidado de no dañar al eje.

Figura 18. Desmonte de las camisas

Cuerpo de Rodamientos de las bombas Las funciones de los rodamientos en una bomba centrífuga son:   

Apoyar al eje que soporta uno o más impulsores Permitir que el eje rote con una mínima fricción Mantener la posición correcta del eje giratorio de los impulsores dentro de las piezas estacionarias de la bomba.

Los dos tipos básicos de rodamientos utilizando en las bombas son:  

Rodamientos de fricción Rodamientos anti-fricción (elemento de rodamiento)

Rodamientos de fricción Los rodamientos de las bombas pequeñas son generalmente un buje de bronce. Los rodamientos babbitt pueden emplearse en otras bombas. Estos rodamientos permiten que el eje se mueva axialmente, para ajustar los juegos del impulsor. Estos rodamientos se lubrican con aceite:  Las bombas horizontales utilizan la lubricación de aceite por goteo, o si la carcasa tiene un estanque de aceite, una cadena sin fin o un anillo instalado sobre el eje puede proveer aceite a los rodamientos.  Las bombas verticales usan bombas impulsadas por eje para suministrar aceite a presión a los rodamientos.

Rodamientos anti-fricción (elementos rodantes) Los rodamientos de bola y de rodillo se usan más comúnmente en las bombas modernas. Centro de Entrenamiento Industrial y Minero | Antofagasta, Av. Pedro Aguirre Cerda 8280

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 

En las bombas de hendidura axial el rodamiento de carga radial se usa en ambos extremos del eje. este se debe a que el empuje axial del eje está teóricamente equilibrado. En las bombas de hendidura radial el rodamiento de carga radial se utiliza en el extremo del impulsor y los rodamientos de combinación (tanto carga radial como axial) se usan en el extremo de transmisión.

Pieza No. Descripción 102-A Empaquetadura de la voluta 102-B Empaquetadura-camisa 102-C Tapa empaq. Rodamiento 102-D 106 0´ring 107 Rodamiento empuje 110 Rodamiento radial 113 Tuerca sujeción 114 rodamiento 115 Impulsor 117 Voluta Esparrago

Pieza No. 118 123 132-A 132-B 134 140-A 140-B 142 144 154 163

Descripción Anillo Retenedor Eje Arandela seguridadRodam

Pieza No. 164-A 164-B 165

Arandela seguridadImpul. Prensaestopas Disco defleector hacia afuera Disco Deflector-interior Tuerca reguladora Perno del impulsor Cubierta de inspección Carcaza-rodamiento

166 168 171 196 208 213-A 213-B

Descripción TapaRodamiento empuje TapaRodamiento radial Anillo cierre hidráulico Impulsor-Retén Visor inspección Camisa eje Empaquetadura Lainas (Rellenos) ChavetaImpulsor

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Casquete del Prensaestopas

ChavetaExtensión eje

Dibujo 19 Impresión transversal de una bomba

Alturas de Bombeo Altura total de bombeo La altura total de bombeo es la presión que una bomba tiene que vencer para ser capaz de mover un líquido a través de un sistema. Esta presión se expresa por una de las siguientes unidades:   

Libras por pulgada cuadrada (psi) Kilopascales (kpa) Bars (1 bar es igual a 100 kpa)

Después, la presión se convierte en altura de una columna en la cual puede mantenerse el líquido bombeado. Esta altura se mide en pies o metros y se llama simplemente altura. La presión de la bomba deberá variar con diferentes líquidos para mantener la altura requerida. Por ejemplo, se requiere mayor presión para mantener una altura requerida de ácido sulfúrico que de agua, debido a que el ácido es más pesado.

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Dibujo 20 Altura total estática A continuación se describen los varios factores que afectan la altura de la bomba: Succión de Levante Estático Succión de Cabeza Estática

La distancia vertical desde el nivel de suministro del líquido al eje central de la bomba cuando el nivel de suministro de líquido está por debajo del eje central de la bomba (ver Dibujos 20a y 20b). La distancia vertical desde el nivel de suministro del líquido hasta el eje central de la bomba cuando el nivel de suministro del líquido está por sobre el eje de la bomba (ver Dibujo 20c).

Cabeza de descarga Estática

La distancia vertical desde el eje central de la bomba hasta la superficie del líquido en el estanque de descarga (ver Dibujo 1a) o hasta el punto de descarga de la cañería. (Ver Dibujos 20b y 20c).

Altura total estática

La distancia vertical desde el nivel de suministro del líquido hasta la superficie del líquido en el estanque de descarga o el punto de descarga.

Pérdida por fricción

Es la pérdida de eficiencia o energía del fluido al moverse a través de una tubería, válvula y accesorios en el sistema.

Velocidad de Carga

La carga de velocidad es la fuerza, producida por la velocidad del líquido que hace que el líquido fluya a través de una cámara.

Succión de Levante Dinámico

Es igual a la suma de la altura de succión de levante estático más la velocidad de carga menos todas las pérdidas por fricción en las tuberías de succión y accesorios. Es igual a la altura de succión de cabeza estática menos velocidad de carga y todas las pérdidas por fricción en las tuberías de succión y accesorios.

Succión de Cabeza Dinámica

Descarga de Cabeza Dinámica

Es igual a la suma de la altura de descarga estática y la carga de velocidad y todas las pérdidas por fricción en los tubos de descarga y los accesorios.

Altura total dinámica

La altura total dinámica es el término más usado en la industria para describir la altura total de bombeo.

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Eficiencia de bombeo Cebado A menudo se emplea esta palabra para describir el retiro del aire en la línea de succión; pero además se debería incluir la bomba para producir un cebado más efectivo. Podemos concluir entonces que el cebado de una bomba es “llenar con fluido la línea de succión y la bomba”.

Dibujo 21 Bomba no cebada Todas las bombas que tienen succión negativa, vale decir, que la bomba se encuentra por sobre el nivel de fluido en la succión, tienen algún sistema para cebarla, algunos sistemas son orificios con tapones en las partes superiores de la bomba, pequeños depósitos de conexión o sistemas más sofisticados.

Presión de vapor Se forma vapor si la presión en el lado de succión de la bomba cae por debajo de la presión de vapor del líquido. Esto puede detener parcial o totalmente el flujo del líquido hacia la bomba. Se dice entonces que la bomba está pegada por presión. Esta caída de presión puede ocurrir como resultado de una insuficiente altura de succión, una alta succión, una excesiva altura de fricción o a la alta temperatura del líquido.

Cavitación La cavitación se produce cuando se trata de desalojar un caudal mayor que el que está entrando. Esto produce una brusca baja de presión en el agua del interior del rodete por lo que esta hierve a temperatura ambiente y las burbujas producidas chocan cómo arena contra los impulsores, erosionándolos. Una explicación más específica es que si la presión al interior de una bomba centrífuga cae por debajo de la presión de vapor, se forman burbujas de vapor. Las burbujas fluyen con el líquido hasta que ellas alcanzan un área de mayor presión (normalmente en el área exterior del impulsor). Después colapsan, produciendo una onda de choque. Durante la cavitación, las burbujas se colapsan (implosión). El líquido de repente llena el espacio, golpeando y erosionando la superficie. Esta acción produce vibración y una operación ruidosa. Si

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continúa, esta erosión hace que el impulsor se desequilibre, lo que produce la destrucción mecánica de la bomba (falla de rodamiento). El ruido o sonido de bolitas mientras la bomba trabaja no sólo se puede deber a cavitación, sino también que a aireación. Ambos efectos producen el mismo tipo de daños en los componentes metálicos que deja zonas erosionadas que se presentan como pequeñas perforaciones unas al lado de otras, similares a la superficie de una esponja.

Dibujo 22 Efecto de cavitación en bomba Para eliminar la cavitación es necesario aumentar la presión de succión o disminuir la temperatura, evitando que la bomba trabaje a la presión de vapor del fluido que desplaza. La presión se puede aumentar al disminuir la altura de levantamiento de succión, también disminuyendo las pérdidas por fricción en la succión. Es importante evitar cualquier pérdida por roce en válvulas y codos en la succión, la entrada debe ser lo más directa posible. Algunas instalaciones tienen válvulas en las líneas de admisión, sobre todo en aquellas bombas que tienen una altura de cabeza de succión, para asegurar el cambio y mantenimiento de la bomba sin problemas ni riesgos. Bajar la temperatura del fluido se puede lograr mediante intercambiadores de calor; pero esto no siempre es posible debido a que muchos fluidos se deben transportar a temperaturas altas, como por ejemplo algunos petróleos, etc.

¡Precaución! Una válvula semiabierta en la línea de succión puede ser la principal causa de cavitación en bombas

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Dibujo 23 Válvula de admisión

Altura neta de succión positiva Para evitar la cavitación y la presión de vapor y para asegurar que pase el máximo flujo a través de la bomba, la presión de succión deberá ser mayor que la presión de vapor del líquido bombeado. Esta presión requerida para la succión de la bomba se llama altura neta de succión positiva (ANSP) o en sus siglas en inglés NPSH.

Factor de pérdida Es la diferencia entre el volumen real de líquido descargado por una bomba y su capacidad teórica. Se expresa como un porcentaje de la capacidad teórica.

Eficiencia volumétrica La eficiencia volumétrica es la relación del volumen del fluido descargado con la capacidad teórica de la bomba. También se expresa como un porcentaje de la capacidad teórica.

Capacidad nominal y tamaño La capacidad nominal de las bombas se expresa según su capacidad, altura de elevación y velocidad (rpm) dadas. Por ejemplo, una bomba pudiera tener una capacidad nominal de:  

900 gpm a 80 pies y 1150 rpm 3400 Lt/min a 25 m y 1150 rpm

El tamaño de la bomba se expresa como el diámetro de la boquilla de descarga, de la boquilla de succión y del impulsor en pulgadas o milímetros. Por ejemplo:  

3” x 4” x 10” 80 mm x 100 mm x 260 mm. Centro de Entrenamiento Industrial y Minero | Antofagasta, Av. Pedro Aguirre Cerda 8280

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El motor y el acoplamiento espaciador son equipos adicionales. Todas las dimensiones están en pulgadas. No utilizar en la construcción a no ser que esté certificado

Tamaño bomba

Tamaño Mordaza

Tamaño Succión

Boquilla Descarga

1½ x 3 x 9 2 x 3 x 10 ½ 2 x 3 x 12 ½ 3x4x9 3 x 4 x 10 ½ 3 x 4 x 12 ½ 4x6x9 4 x 6 x 10 ½ 4 x 6 x 12 ½ 6x6x9 6 x 6 x 10 ½ 6 x 8 x 11 ½

7 7 7 7 7 9 9 9 9 9 9 9

3 3 3 4 4 4 6 6 6 6 6 8

1½ 2 2 3 3 3 4 4 4 6 6 6

Tamaño bomba 1½ x 3 x 9 2 x 3 x 10 ½ 2 x 3 x 12 ½ 3x4x9 3 x 4 x 10 ½ 3 x 4 x 12 ½ 4x6x9 4 x 6 x 10 ½ 4 x 6 x 12 ½ 6x6x9 6 x 6 x 10 ½ 6 x 8 x 11 ½

Tamaño Mordaza 7 7 7 7 7 9 9 9 9 9 9 9

M 3¼ 3¼ 3¼ 3¼ 3¼ 3¼ 4 4 4 4 4 4

N 20 ¼ 23 ¾ 23 ¾ 23 ¾ 23 ¾ 28 25 ¼ 26 ½ 30 ¼ 26 ½ 28 ¼ 30 ¼

A

B

F

G

K

50 54 54 54 54 60 56 60 60 64 60 64

15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 18

4¼ 5¼ 4½ 4¼ 4¾ 4¼ 4¾ 4¼ 4¾ 4¾ 4¾ 5¼

10 11 ½ 12 ½ 11 ½ 11 ½ 13 12 ½ 12 ½ 13 ½ 13 ½ 13 13 ½

4 5 4½ 4½ 5 5½ 5½ 5½ 6 5½ 6 6½

P

R

T

47 ¼ 51 13/18 51 1/8 51 ¼ 51 ¾ 59 ¼ 55 11/18 57 ¾ 62 1/8 57 ¾ 61 1/8 62 5/8

5 5/8 6½ 7¼ 6¾ 7 7¾ 7¼ 7½ 8¼ 7½ 8 8½

7½ 9 10 9 9 10 10 ½ 10 10 9 12 12

L 19 ¾ 19 13/16 19 11/16 19 7/8 19 7/8 21 21/32 22 21 ¾ 21 7/8 22 1/8 21 7/8 22 1/8

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Dibujo 24 Dimensiones generales de contornos típicos

Arranque y Parada de una bomba Arranque de Bomba Los procedimientos para operación de una bomba pueden ser diferentes según las condiciones de temperatura, tipo de fluido y características del sistema. Los procedimientos que en este manual se entrega son generales, por lo que se debe recurrir al manual o recomendaciones del fabricante para cada caso específico. Para el arranque de una bomba y después de alguna intervención de mantenimiento, se deben tomar precauciones:

        

Compruebe que la unidad gire libremente Compruebe el sentido de giro de la bomba (indicado en la voluta) Asegúrese que todos los rodamientos estén adecuadamente lubricados Abra la válvula de succión (si el sistema tiene) Cebar la bomba si es necesario Abra las líneas de enfriamiento para la bomba o el sello si el sistema tiene Cerrar la válvula de descarga Encender motor Abrir lentamente la válvula de descarga hasta el régimen de trabajo del sistema

¡Precaución! Cuando arranque una bomba por primera vez, siga las instrucciones del fabricante. Nunca la arranque en seco

Parada y Retiro de Bomba El mantenimiento, a diferencia de las inspecciones visuales de funcionamiento y monitoreos, se requiere de la parada del equipo. Es necesario asumir todas las precauciones posibles antes de intervenir la bomba, como mínimo:

    

Aislar la energía eléctrica (bloqueo) Asegurar que la bomba quede sin energía eléctrica, pulsando los botones de partida que se encuentran en el lugar Cerrar las válvulas de descarga y alimentación de la bomba Bloquear las válvulas para que no sean abiertas por error Limpiar el sector de la bomba si el fluido transportado por la bomba es peligroso

¡Precaución! Centro de Entrenamiento Industrial y Minero | Antofagasta, Av. Pedro Aguirre Cerda 8280

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Algunas bombas trabajan con fluidos altamente tóxicos y se requiere trabajar con máscaras o equipos de protección especiales. En instalaciones de una altura geométrica superior a los 15 metros y donde la longitud o recorrido de la tubería es elevado, se tiene que instalar válvulas intermedias o de retención necesarias para que, ante una repentina parada de la bomba, la columna de agua de toda la tubería de impulsión se contenga y no produzca el golpe de ariete que puede deteriorar la bomba e incluso los accesorios de la instalación. A pesar de la válvula de retención, se recomienda de igual modo cerrar la

válvula de descarga para disminuir los riesgos durante el mantenimiento. El centro de gravedad de algunas bombas se encuentra fuera del área de los pernos de sujeción de la base, es por ello que la bomba se debe encontrar sujeta por algún equipo de levante antes del retiro total de los pernos o espárragos de la base. Se deben remover los sólidos y partículas del sistema de descarga para prevenir que al caer puedan provocar algún accidente. Para la detención o parada de una bomba considere lo siguiente: Si la bomba mueve semifluidos, ingresar más cantidad de líquido que sólido con el objetivo de hacer un lavado y evitar atascamientos durante la detención.  Cerrar lentamente la válvula de descarga del sistema  Apagar el motor eléctrico  Cerrar las válvulas de agua de sello o enfriamiento que tenga el sistema  Cerrar válvula de succión, en caso que tenga el sistema ¡Precaución! Nunca cerrar la válvula de succión con la bomba en funcionamiento

Desmontaje y mantenimiento de Bombas Tipos de Montaje Montaje en una base Las bombas montadas sobre una base tienen orejas de montaje en la parte inferior de la carcasa de la bomba. Cualquier variación de la temperatura de la bomba durante su funcionamiento puede provocar que la bomba se levante y pierda la alineación con el acoplamiento

Montaje en el eje central En las bombas de montaje en la línea de centro, el cuerpo de la bomba se apoya sobre orejas que se extienden desde la carcasa de la bomba que descansan sobre la base. Debido a que la carcasa de la bomba se dilata en ambas direcciones desde la línea central del eje durante la temperatura de funcionamiento, el efecto sobre la alineación del acoplamiento es muy pequeño.

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Montaje acoplamiento cerrado En una bomba de acoplamiento cerrado el eje del motor se extiende a través de la carcasa de la bomba. El impulsor está montado directamente sobre este eje. La carcaza de la bomba está normalmente montada directamente sobre la carcasa del motor. Ver Dibujo 35.

Desmontaje de la bomba Antes de proceder al desmontaje y mantenimiento de la bomba, siga las instrucciones sobre la parada de la bomba y el bloqueo de la energía eléctrica. ¡Precaución! Bloquear la energía eléctrica La seguridad es la primera consideración a observar cuando se realiza un mantenimiento. Cuando

trabaje con una bomba, se deben observar las siguientes precauciones. 1. Siempre asegure e identifique con una etiqueta los controles eléctricos. 2. Desconecte, asegure e identifique con una etiqueta todas las válvulas principales hacia y desde la bomba, incluyendo el suministro del fluido obturador. 3. Purgar las bombas. Esto es importante con montaje de carga de succión. Antes del desmontaje es necesario lavar la bomba si ha estado bombeando ácidos o cualquier otra sustancia que puede lesionar a los trabajadores.

Montaje de bomba Las cañerías y las válvulas deben estar correctamente alineadas con las bridas de la bomba y deben estar soportadas en forma independiente a la bomba. Todo diseño del sistema de tuberías debe ser a cero cargas sobre las bridas de la bomba, de no cumplirse esta condición se debe consultar al fabricante de la bomba en particular para determinar las posibles fallas que se pueden producir en el equipo. Antes de conectar las correas o acoplamientos se debe verificar la rotación del motor eléctrico respecto a la necesidad de la bomba, ajustar el juego axial de la bomba y fijar la cara del sello al eje mediante las fijaciones correspondientes. ¡Precaución! La rotación en dirección opuesta puede desenroscar el impulsor causando serios daños a la bomba Durante la instalación del acoplamiento se debe considerar que las dos caras no deben tocar y que la distancia entre ellos debe ser por ejemplo de 2 mm a 3 mm aproximadamente.

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Mantenimiento de la bomba centrífuga Mantención preventiva Durante la mantención preventiva de la bomba se debe inspeccionar lo siguiente:

    

Volumen y temperatura del líquido que se filtra por la empaquetadura Nivel de aceite Temperatura de los rodamientos y ruidos (análisis de la vibración) Juntas y sellos en caso de filtraciones Caudales en condiciones de funcionamiento

Mantención de rutina La mantención de rutina consiste en el cambio de las piezas desgastadas sin mayor interrupción. Cuando sea necesario, realice lo siguiente:

  

Sustituir la empaquetadura de compresión Inspeccione y si es necesario, sustituya la camisa del eje Cambie el aceite

Acondicionamiento de la bomba El acondicionamiento de la bomba consiste generalmente en:     

Inspección/sustitución del impulsor Inspección/sustitución de anillos o platos de desgaste Inspección/sustitución de eje y camisa del eje Inspección del porta estopa y sustitución de la empaquetadura de compresión o del sello mecánico Sustitución de todos los rodamientos y sellos

Preste atención a la condición y el tamaño del ajuste de las carcasas de espigotes, camisas, impulsores, y rodamientos. También revise el desgaste del eje y el anillo de desgaste antes de apretar el impulsor. Los fabricantes de bombas proveen:

  

Un dibujo que muestra las posiciones de todas las piezas. Una hoja de información que muestra detalles tales como capacidad de la bomba, modelo, sello de empaquetadura y detalles de rodamientos Un manual de instalación y servicio que indica la rutina paso a paso para el acondicionamiento general.

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