Diagnóstico del Incorrecto Caudal de Bombas Centrifugas en Sector Petrolero

En este post vamos a hablar de un caso histórico relacionado con la incorrecta operación  por el caudal de bombas centrifugas en una instalación de bombeo y distribución de hidrocarburos. Los equipos indicados estaban controlados por

Mantenimiento Predictivo basado en Vibración,

mediante inspecciones de carácter cuatrimestral. En cada bomba y apoyo se tomaban medidas en 2 direcciones radiales y una axial. En la Orden de Trabajo generada por la jefatura de mantenimiento de la compañía se nos pedía

Estudiar la instalación para las diferentes Condiciones Operativas en Grupos de Bombeo.

Bombas Centrifugas

Definición

Las bombas son la

Maquinaria Hidráulica para bombear Líquidos.

El calificativo de centrífuga se refiere a aquellos dispositivos en los que, a máquina parada, no existe comunicación entre la aspiración y la impulsión, generándose la misma por un movimiento circular y teniendo limitada, en cualquier caso, su máxima presión de descarga.
Consisten en

Una carcasa en cuyo interior se alberga una pieza circular que gira a gran velocidad, nervada, con o sin disco base, denominado rodete.

El rodete, en su rápido movimiento, arrastra al líquido introducido en la carcasa dándole velocidad, que se convertirá en altura en el momento en el que el líquido abandona el interior de la bomcaudal de bombas centrifugasba y su velocidad retorna a la propia del conducto por el que circula. Se trata de dispositivos aptos para manejar:

  • Grandes caudales
  • Alturas Manométricas no demasiado grandes.

Para el caso que precisemos de

Grandes Alturas Manométricas

Uno de los dispositivos más usados son las bombas centrifugas multietápicas. Consisten en una carcasa única que alberga una serie de rodetes de forma que la impulsión de una constituye la aspiración del siguiente. Estos dispositivos pueden conseguir aumentos de presión, para 8-10 etapas de impulsión, de hasta 200 kg/cm2.

Curvas Características

Son las gráficas que regulan el funcionamiento de toda máquina hidráulica, y consisten fundamentalmente en la representación entre el:

Caudal de bombas centrifugas versus altura manométrica, potencia, rendimiento y NPSH requerido

La de más frecuente uso es la curva H-Q que caracterizará la capacidad de una bomba una vez instalada en su circuito de operación; esta relación se representará para cada relación de revoluciones o emboladas como puede entenderse, pues en todo caso el caudal resulta proporcional a éstas.

Curva del sistemacaudal de bombas centrifugas

Para cada instalación y tramo de tuberías existirán unas pérdidas de carga, calculables aplicando la ecuación de Bernouilli, y podremos deteminar en cada momento cuál ha de ser el caudal necesario para obtener una determinada altura manométrica. El gráfico que permite obtener estos valores es lo que se conoce con el nombre de curva del sistema.

Punto de operación

De entre los infinitos puntos de operación disponibles habrá que determinar el punto óptimo de funcionamiento; este será el punto de intersección de las 2 curvas anteriores. Este punto de intersección representará el

Único Caudal para el que se verifique el equilibrio entre la Energía Hidráulica demandada y la proporcionada por el equipo

Rendimiento – caudal

Simultáneamente a las curvas características, el fabricante de las bombas centrifugas habrá de aportar las gráficas de isorendimiento; estos valores de rendimiento hidráulico serán proporcionales a la relación caudal / altura manométrica, y típicamente, para el intervalo delimitado por el máximo y mínimo caudal de bombas centrifugas se ha de encontrar en

Valores situados entre el 40 y el 80%.

Como información complementaria, los suministradores suelen ofrecer las curvas de potencia hidráulica o en ocasiones de potencia del motor recomendados para cada flujo.

Control de operación

Es necesario algún sistema que permita garantizar las condiciones de operación exigibles por consigna, y de mantener las condiciones de caudal exigibles en el sistema. El más habitual método de regulación para las bombas centrifugas es la

Mayor o Menor Estrangulación de la Aspiración o Impulsión.

Con este procedimiento estamos modificando la curva del sistema disminuyendo o aumentando respectivamente el flujo en circulación. Este sistema de control se relaciona directamente con el caso que se presenta a continuación.

Caso histórico:

Bombas Centrifugas 1, 2 y 3 con Accionamiento Eléctrico

  • Motor Siemens 800 Kw 2989 rpm 6000 V 104 A

  • Grupo de Bombeo United Pignone Producto bombeado Gasolina 95 octanos o Gasoil

Condiciones de Ensayos:

Bomba1

Pasp 18 Pdes 59 Gasolina (ρ 0.731) Q-209

Pasp 14 Pdes 46 Gasoil (ρ 0.835) Q-540

Bomba2

Pasp 16 Pdes 50 Gasolina (ρ 0.731) Q-209

Pasp 12 Pdes 48 Gasoil (ρ 0.835) Q-540

Bomba3

Pasp 14 Pdes 51 Gasolina (ρ 0.731) Q-209

Pasp 10 Pdes 46 Gasoil (ρ 0.835) Q-540

Niveles de Vibración

vibracion variando caudal de bombas centrifugas

La frecuencia dominante era la llamada frecuencia de paso de alabes, indicativa de problemas hidrodinámicos en bomba.

Diagnóstico

  • Problemas de operación por trabajo fuera del punto óptimo de funcionamiento.
  • Pérdidas de rendimiento cuando la instalación trabaja con gasoil con un caudal de bombas centrifugas de 540.

Como se ve en los datos anteriores, existen

Cambios de densidad

en el producto bombeado, por lo que existirán cambios en la velocidad de fluido y caudal de bombas centrifugas de cada una de las etapas, de modo que sus curvas características serán distintas y, consecuentemente, también sus puntos de operación. Dado que este producto no es prescindible y se ha de bombear esa cantidad de gasoil

la instalación tomó nota de la problemática existente y de la consiguiente pérdida de rendimiento, si bien no pudo realizar ninguna medida correctora

Seguimiento y Gestión

Ante problemas de diseño, la mejor solución pasa por el

Rediseño en la operativa de la instalación

o del grupo de bombeo.

Ahora bien para este caso en concreto otra solución teórica pudiera ser

Modificar el diámetro de la bomba para poder entrar en las cercanías del punto óptimo

para producto gasoil.

Puesto que las relaciones de afinidad garantizan la relación de proporcionalidad lineal entre el caudal de bombas centrifugas y diámetro. Para esta solución, convendría conocer la gama de diámetros que para la carcasa en cuestión suministra su fabricante.
En la instalación la regulación se establecía mediante la estrangulación de la válvula de descarga, por lo que la solución pasaría por:

Combinar el Grado de Estrangulación con la Modificación de Diámetros

¿Has vivido casos similares a este?caudal de bombas centrifugas

Seguro que si trabajas con sistemas parecidos, habrás tenido experiencias similares. Si quieres compártelo en la sección de comentarios y te ayudo, y sino pues da salida a tus problemas en planta para que otros usuarios lo conozcan.

Casos Históricos como este hay muchos si bien te recomendaría por su elevada afinidad temática filtrado de datos en Vibración  y métodos de inspección en bomba multietapa

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