Bombas Multietapa Verticales: Caso de Estudio

07/06/2017 12:00:00 a.m.

A continuación le presentamos el extracto de nuestro artículo en colaboración con la revista Pumps & Systems.

Redacción por Steven Ulrich, Gerente Senior de Portafolio para Bombas Centrifugas Industriales, Franklin Electric.

La Historia

“Estudiar un ejemplo común de cómo una Bomba Multietapa Vertical puede ser mal seleccionada generando sobrecarga, ayuda a demostrar el efecto específico que el dimensionamiento de una bomba puede tener en campo. Una serie de bombas multietapa idénticas, cada una controlada por un variador de frecuencia individual pero instaladas en conjunto en el mismo sitio, ha experimentado fallas prematuras del motor en varias de ellas. Ninguno de los motores ha sido retirado para ser llevado a un taller de servicio para evaluación. Las unidades adquiridas fueron de baja potencia (1 HP, 2 etapas, trifásicas, eficiencia estándar, motores abiertos a prueba de goteo con aislamiento Clase B, 25 GPM).

La primera pregunta sobre los variadores de frecuencia en 460 V fue la distancia a la cual fueron instalados con respecto al motor que controlan y si se encontraba un filtro de salida incluído en cada uno de ellos. La respuesta fue que las bombas se encontraban entre 50 y 60 pies de los controladores y no se colocaron filtros en ninguno.

La búsqueda en internet del número de modelo proporcionado para el variador de frecuencia nos arroja el Manual del Usuario, mismo que menciona que un variador de frecuencia que suministra 460 V a un motor, requiere filtro de salda si más de 25 pies separan a este equipo del motor que opera. El personal insistió en que la operación contaba con muchas instalaciones similares que no habían experimentado estas múltiples fallas en el motor tras algunas semanas de haber estado en operación.

La operación había reemplazado uno de los motores que falló con un motor “inverter duty” (aislamiento Clase F) que continuó presentando problemas para estas bombas. El personal también reportó que las bombas no habían tenido ninguna deficiencia mecánica, por lo que un Ingeniero de Servicio fue enviado al sitio para obtener mayor información.

 VR Curve

Fig. 1. Para dimensionar adecuadamente una bomba, es importante buscar el centro de la curva de rendimiento para encontrar el mejor punto de eficiencia y rango de operación y mantenerse dentro de él.
(Gráfico de Rendimiento de la Serie VR, de Franklin Electric)

Encontrando la Causa

Las bombas llevaban agua mediante succión inundada desde un contenedor abierto donde se vertía líquido proveniente de procesos de manufactura, transfiriendo el agua hacia un filtro de media de gran tamaño y baja presión. El transductor que operaba conjunto al variador de frecuencia era responsable de monitorear el nivel que alcanzaba el fluido y ajustar la velocidad de la bomba para mantenerse en un nivel específico en este contenedor.

En la descarga de la bomba, había un pequeño cambio de elevación hacia la entrada del filtro y ninguna perdida de fricción evidente. Los filtros ofrecían una ligera contrapresión al flujo de la bomba, aun cuando estaban completamente cargados previo a la recirculación.

Franklin Electric VR Series Example Application 1 Ps TONED

Fig. 2. Conozca el flujo y carga máximos de su aplicación y dimensione su bomba previo a la instalación de acuerdo a ello.

En las unidades que permanecieron operables, los amperios se encontraban elevados y el motor operó a temperatura muy alta. El cable entre cada variador y los motores de las bombas era de 125 pies, lo que incrementó la necesidad de filtros de salida individuales para los variadores.

Al regular el flujo de la bomba mediante una válvula, los amperios se vieron reducidos justo bajo el valor de Corriente Máxima que indicaba la placa del motor. No fueron instalados interruptores de presión en la succión ni en la descarga, haciendo más difícil el saber en qué punto de la curva operaba normalmente el sistema sin la contrapresión artificial impuesta por la válvula de estrangulamiento. El técnico en inspección sospechó que estaban operando muy a la derecha de la curva (alto flujo/presión de baja carga) o incluso por fuera de ella.

Las siguientes preguntas y respuestas llevaron al entendimiento de que este sistema de filtración normalmente debería ser operado por una bomba de 1.5 HP con bomba de 50 GPM -algo muy diferente al sistema de 1 HP, 25 GPM que estaba siendo utilizado para esta aplicación. Se determinó que una bomba de mayor carga, menor flujo colocada en esta aplicación fue la causa raíz del problema; ésta necesitaba una bomba que le ofreciera baja carga y mayor flujo. Aun con un variador, esta configuración dio como resultado numerosas fallas de motor como resultado de sobrecarga.

Eliminando el Problema

Con el transductor y el ciclo del controlador PID configurados en la succión para mantener el buque de entrada un nivel estático, la bomba puede operar hasta en su máxima velocidad para mover la cantidad adecuada de agua. Con poca a nula contrapresión en la descarga de la bomba, el equipo de 25 GPM trataba de descargar más de 50 GPM generando sobrecarga del motor en el proceso. Si la válvula de estrangulamiento hubiera estado correctamente configurada desde el arranque -lo que hubiera implicado una medición con amperímetro mientras la bomba operaba a velocidad máxima- estas bombas dimensionadas de forma incorrecta podrían haber operado dentro de su curva de rendimiento.

Dimensionar la bomba para ajustarse a su aplicación es crítico para evitar fallas. Es importante apuntarle al centro de la curva de desempeño de la bomba para encontrar el mejor punto y rango de eficiencia y buscar mantenerse dentro de éste. En la medida de lo posible, se debe buscar tomar medidas preventivas sobre posibles cambios al diseño de su sistema. No es extraño que un empleado nuevo en la operación, abra o cierre una válvula, por ejemplo, por lo que tenga esto en cuenta previo a la instalación para proteger su sistema ante fallas del motor.

En resumen, sus bombas multietapa verticales le brindan la flexibilidad de cubrir requerimientos para una gran variedad de aplicaciones. Es importante tomarse el tiempo previo a la instalación de evaluar los detalles que se presenten y el resultado debe ser no sólo una bomba aplicada adecuadamente, sino también un equipo eficiente, productivo y duradero.”

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