Causas de la vibración de la bomba

¿Qué causa la vibración de la bomba? La vibración excesiva en las bombas puede provocar una reducción del rendimiento, un aumento de los costes de mantenimiento e incluso un fallo total.

En esta publicación de blog, exploraremos los factores principales que contribuyen a la vibración de la bomba y le brindaremos información práctica para identificar y abordar estos problemas de manera efectiva.

Causas mecánicas de la vibración de la bomba

1. Desequilibrio del rotor

Desequilibrio estático y dinámico

El desequilibrio del rotor, una causa común de vibración excesiva en las bombas centrífugas, puede clasificarse como estático o dinámico.

El desequilibrio estático ocurre cuando el centro de masa está desplazado del eje de rotación, lo que hace que el rotor experimente una fuerza neta.

El desequilibrio dinámico, por otro lado, surge cuando el eje de inercia principal no está alineado con el eje de rotación, lo que resulta en un par neto.

Causas y efectos sobre la vibración

Factores como la falta de uniformidad del material, las tolerancias de fabricación y el desgaste desigual contribuyen al desequilibrio del rotor.

Un rotor desequilibrado genera vibraciones indeseables, lo que provoca mayores cargas en los rodamientos, reducción de la vida útil del sello y posibles daños estructurales.

La frecuencia de vibración normalmente coincide con la velocidad de funcionamiento de la bomba, con una amplitud proporcional al grado de desequilibrio.

Como arreglar

Para mitigar los efectos del desequilibrio del rotor, se emplean varias técnicas de equilibrio. El equilibrio en un solo plano es adecuado para rotores cortos y rígidos, mientras que el equilibrio en dos planos es necesario para rotores más largos y flexibles.

2. Eje doblado

Cómo un eje doblado induce la vibración

Un eje doblado introduce una asimetría geométrica que hace que el rotor se tambalee durante la rotación. Esta oscilación genera una vibración en la frecuencia de rotación del eje, a menudo acompañada de armónicos.

La gravedad de la vibración depende del grado de desviación del eje y de la velocidad de funcionamiento del rotor.

Métodos para detectar y cuantificar el descentramiento del eje

El descentramiento del eje, una medida de la desviación del eje con respecto a una línea recta, se puede detectar utilizando indicadores de cuadrante o herramientas de alineación láser. Estos instrumentos miden el desplazamiento radial del eje en varios lugares, lo que permite cuantificar la gravedad de la curvatura.

Consideraciones de enderezamiento y reemplazo del eje

Si se identifica un eje doblado, se deben tomar acciones correctivas. Para curvas menores, se pueden emplear técnicas de enderezamiento del eje, como enderezamiento en frío o calor.

Sin embargo, si la curvatura es severa o el eje ha sido sometido a múltiples intentos de enderezamiento, a menudo es necesario reemplazarlo para garantizar el funcionamiento confiable de la bomba y evitar daños mayores a los componentes asociados.

3. Desequilibrio del impulsor

Causas del desequilibrio del impulsor

El desequilibrio del impulsor puede surgir de varios factores, incluida la erosión, la corrosión y la contaminación.

La erosión ocurre cuando las partículas abrasivas en el fluido bombeado desgastan el material del impulsor de manera desigual.

La corrosión, causada por reacciones químicas entre el impulsor y el fluido bombeado, puede provocar una pérdida de material no uniforme.

La suciedad, la acumulación de residuos en las superficies del impulsor, también contribuye al desequilibrio.

Efectos sobre la vibración y el rendimiento de la bomba

Un impulsor desequilibrado genera vibraciones a la velocidad de funcionamiento de la bomba y sus múltiplos. Estas vibraciones pueden provocar un desgaste excesivo de los cojinetes, fallas en los sellos y daños en los acoplamientos.

Además, el desequilibrio del impulsor puede provocar una reducción de la eficiencia de la bomba, un mayor consumo de energía y una disminución del caudal, ya que el rendimiento hidráulico del impulsor se ve comprometido.

Técnicas de equilibrio y ajuste del impulsor

Para solucionar el desequilibrio del impulsor, se puede realizar un equilibrio o ajuste del impulsor in situ.

El equilibrio in situ implica agregar o quitar material del impulsor mientras está instalado en la bomba, utilizando herramientas y técnicas especializadas.

Por otro lado, el recorte del impulsor requiere retirar el impulsor y mecanizar sus superficies para restablecer el equilibrio.

4. Problemas con los rodamientos

Tipos de fallas en los rodamientos y sus características de vibración

Los modos de falla comunes incluyen defectos en la pista interna, defectos en la pista externa, defectos de bolas o rodillos y fallas en la jaula.

Estos defectos generan vibraciones a frecuencias de falla específicas, que están relacionadas con la geometría y la velocidad de rotación del rodamiento.

Analizar el espectro de vibraciones puede ayudar a identificar el tipo y la gravedad de la falla del rodamiento.

Causas de fallas en los rodamientos

Las fallas de los rodamientos pueden deberse a múltiples causas, como lubricación inadecuada, sobrecarga y desalineación.

Una lubricación inadecuada provoca una mayor fricción y generación de calor, lo que acelera el desgaste.

La sobrecarga, causada por fuerzas radiales o axiales excesivas, puede provocar una falla prematura por fatiga.

La desalineación, ya sea angular o paralela, induce tensiones adicionales en los rodamientos, reduciendo su vida útil.

Estrategias de mantenimiento y monitoreo de condición de rodamientos

La lubricación regular, utilizando lubricantes y cantidades adecuadas, ayuda a reducir la fricción y a disipar el calor.

Las técnicas de monitoreo de condición, como el análisis de vibraciones, el monitoreo de temperatura y el análisis de aceite, brindan información sobre el estado del rodamiento.

5. Desalineación del eje

Tipos de desalineación

La desalineación del eje se puede clasificar en tres tipos: angular, paralela y combinada.

La desalineación angular ocurre cuando los ejes están en ángulo entre sí, mientras que la desalineación paralela surge cuando los ejes están desplazados pero permanecen paralelos. La desalineación combinada es una combinación de desalineación angular y paralela, y es el tipo más común que se encuentra en el campo.

Efectos sobre la vibración y el desgaste del acoplamiento

Los ejes desalineados generan vibraciones en el acoplamiento, cuyas frecuencias suelen ser múltiplos de la velocidad de rotación del eje.

Estas vibraciones pueden provocar un desgaste acelerado de los componentes del acoplamiento, provocando fallos prematuros.

Además, la desalineación puede inducir cargas radiales y axiales excesivas en los rodamientos, lo que reduce su vida útil y aumenta el riesgo de fallas catastróficas.

Técnicas de alineación y tolerancias

Para corregir la desalineación del eje, se emplean varias técnicas de alineación, incluida la alineación láser, el método del indicador de cuadrante inverso y el método de galga de espesores.

La alineación láser es la técnica más precisa y eficiente, ya que utiliza rayos láser para medir y ajustar las posiciones relativas de los ejes.

Causas hidráulicas de la vibración de la bomba

1. Cavitación

Explicación de la cavitación y sus causas.

La cavitación es un fenómeno que ocurre cuando la presión local en un líquido cae por debajo de su presión de vapor, provocando la formación de burbujas de vapor. En las bombas centrífugas, la cavitación normalmente ocurre en la entrada del impulsor, donde el fluido experimenta una rápida caída de presión.

Factores como una altura de succión neta positiva (NPSH) insuficiente, una temperatura alta del fluido y líneas de succión restringidas contribuyen a la aparición de la cavitación.

Efectos sobre la vibración, el ruido y los daños a la bomba

La cavitación puede tener graves consecuencias en el rendimiento y la longevidad de la bomba. A medida que las burbujas de vapor colapsan, generan ondas de choque de alta intensidad, lo que aumenta los niveles de vibración y ruido. Este proceso, conocido como erosión por cavitación, puede causar daños importantes al impulsor, la voluta y otros componentes de la bomba.

La cavitación también reduce la eficiencia de la bomba y puede provocar un fallo total de la bomba si no se controla.

Requisitos de NPSH y estrategias de prevención de cavitación

Para evitar la cavitación, es fundamental garantizar que el NPSH (NPSHA) disponible siempre supere el NPSH (NPSHR) requerido especificado por el fabricante de la bomba.

Esto se puede lograr mediante un diseño adecuado del sistema, incluido un tamaño adecuado de la tubería de succión, minimizando las pérdidas en la línea de succión y manteniendo una presión de succión suficiente.

Operar la bomba cerca de su punto de mejor eficiencia (BEP) y seleccionar una bomba con una velocidad específica de succión (Nss) adecuada también ayuda a reducir el riesgo de cavitación.

2. Pulsación de flujo

Causas de la pulsación del flujo

La pulsación del flujo en las bombas centrífugas puede surgir de varios factores, como el funcionamiento cerca del cabezal de cierre o la resonancia del sistema.

Cuando una bomba funciona cerca de su cabezal de cierre, el flujo se vuelve inestable, lo que provoca fluctuaciones y pulsaciones de presión.

La resonancia del sistema ocurre cuando la frecuencia de pulsación coincide con la frecuencia natural del sistema de tuberías, amplificando las vibraciones y potencialmente causando daños graves.

Efectos sobre la vibración y la estabilidad del sistema

La pulsación del flujo puede afectar significativamente los niveles de vibración y la estabilidad general del sistema de bombeo.

El flujo oscilante induce fuerzas alternas en la bomba y los componentes de las tuberías, lo que provoca un aumento de la vibración y la tensión.

En casos extremos, la pulsación del flujo puede provocar la ruptura de la tubería, daños al equipo y tiempos de inactividad no programados.

También puede interferir con el control del proceso y la calidad del producto, particularmente en aplicaciones sensibles.

Consideraciones de diseño del sistema y amortiguación de pulsaciones

Para mitigar los efectos de las pulsaciones del flujo, se pueden emplear varias técnicas de amortiguación de pulsaciones.

Estos incluyen la instalación de amortiguadores de pulsaciones, como acumuladores de vejiga o de diafragma, en la línea de descarga para absorber las fluctuaciones de presión. El diseño adecuado de las tuberías, prestando atención a los soportes, los anclajes y la flexibilidad de las tuberías, puede ayudar a reducir el riesgo de resonancia del sistema.

Además, operar la bomba lejos del cabezal de cierre y garantizar un NPSH adecuado puede minimizar las inestabilidades del flujo.

3. Operación fuera de BEP

Punto de mejor eficiencia (BEP) y curvas de rendimiento de la bomba

El punto de mejor eficiencia (BEP) es el caudal al que funciona una bomba centrífuga con máxima eficiencia. Curvas de rendimiento de la bomba, que trazan la altura, la potencia y la eficiencia frente al caudal, proporcionan información valiosa sobre las características operativas de la bomba.

Operar una bomba en o cerca de su BEP garantiza un rendimiento óptimo, minimiza el consumo de energía y reduce el riesgo de problemas mecánicos.

Consecuencias de operar fuera del BEP

Operar una bomba muy lejos de su BEP puede tener efectos perjudiciales en los niveles de vibración y la vida útil de la bomba.

A caudales inferiores a BEP, la bomba experimenta mayores cargas radiales, lo que provoca una mayor deflexión del eje y desgaste de los cojinetes.

A caudales superiores a BEP, la bomba puede experimentar cavitación, ruido excesivo y vibración.

La operación prolongada lejos de BEP puede resultar en fallas prematuras de los rodamientos, daños en los sellos y desgaste del impulsor.

Importancia de la selección adecuada de la bomba y el diseño del sistema

La bomba debe seleccionarse para funcionar cerca de su BEP en condiciones normales de funcionamiento, teniendo en cuenta factores como el caudal, la altura y las propiedades del fluido.

El sistema debe diseñarse para minimizar las pérdidas de presión y garantizar condiciones de flujo estables.

El monitoreo regular del rendimiento de la bomba y los niveles de vibración puede ayudar a detectar operaciones fuera de BEP y generar acciones correctivas.

En conclusión

La vibración de la bomba puede deberse a varios factores, como cavitación, desalineación, desequilibrio y problemas mecánicos. Identificar y abordar la causa raíz es crucial para mantener el rendimiento y la longevidad de la bomba.

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