Optimización de bombas de aceite lubricante para maquinaria rotativa
Optimización de bombas de aceite lubricante para maquinaria rotativa
El sistema de circulación de aceite de lubricación es esencial para enfriar y lubricar todo tipo de maquinaria rotativa. En los típicos trenes de vapor o turbinas de gas, se podrían incluir motores diesel, engranajes reductores o elevadores, compresores, generadores, bombas o expansores. El sistema de aceite incluye una serie de componentes para los que las bombas proporcionan el flujo y la presión adecuados, tales como los engranajes, los cojinetes de gorrones y los cojinetes de empuje de la maquinaria. La refrigeración y el filtrado del aceite dependen por igual del flujo y la presión de la bomba para funcionar correctamente.
Según la aplicación, se utilizan diferentes alternativas de sistemas. Los sistemas en servicio de proceso se diseñan y construyen según el estándar API 614; sin embargo, en el caso de la generación de energía, a menudo se diseñan y construyen según los estándares de los fabricantes de equipos originales.
Este artículo tratará de las bombas y de cómo ciertas condiciones del sistema, como el arrastre de aire, pueden alterar la función de bombeo y provocar una ralentización o parada de la maquinaria a la que se pretende dar servicio. Para evitar que la máquina se dañe, se deben incluir varios pasos de protección. En el artículo también se comparará cómo las diferentes tecnologías de bombeo son más o menos adecuadas para hacer frente al arrastre de aire, y cómo un fabricante de equipos originales decidió cambiar de una bomba hidrodinámica, o centrífuga, a una bomba de desplazamiento positivo, o de tornillo.
Arrastre de aire en aceite lubricante
La bomba más común es la bomba hidrodinámica o centrífuga. Tiene una serie de ventajas en cuanto a simplicidad y costo y puede instalarse verticalmente en un tanque de aceite lubricante como una bomba de sumidero. Normalmente no se requiere un cierre mecánico del eje ni una válvula de seguridad o de alivio de presión.
La bomba centrífuga es menos sensible a las impurezas y a la alineación del motor y siempre está fijada por la brida de montaje pilotada y el adaptador.
El otro tipo de bomba más utilizado en los sistemas de aceite lubricante es la bomba de tornillo, que pertenece a la familia de las bombas de desplazamiento positivo. Típicamente para los sistemas de aceite lubricante, se utiliza una bomba de tres tornillos. Tiene tres rotores, un rotor de potencia y dos rotores de ralentí rodeados por un revestimiento de apoyo en el que los rotores están funcionando. En comparación con otras bombas de desplazamiento positivo, el flujo es suave y sin pulsaciones, y también es conocida por sus buenas características de succión incluso con aceite frío y viscoso. Como bomba de desplazamiento positivo, una válvula de alivio es una parte integral de la disposición de la bomba.
Con respecto a la complicación del arrastre de aire por el aire disuelto y libre, los dos tipos de bomba se comportan de manera diferente. A medida que el aceite entra en la bomba centrífuga, la repentina caída de presión en la entrada y en el ojo del impulsor convertirá el aire disuelto en aire libre, lo que podría bloquear la bomba (también llamado bloqueo de vapor).
Incluso con tanques de aceite ventilados y adecuadamente diseñados, la aceleración del flujo de entrada provocará que el aire salga. Antes de que se produzca el bloqueo de vapor, la reducción de la densidad del flujo de aceite/aire limitará el flujo de la bomba y la capacidad de acumulación de presión.
El resultado disparará una alarma de baja presión de aceite y posiblemente un comando de apagado desde el sistema de control. La bomba de reserva se pondrá en marcha y, si es capaz de superar la presión de apertura de la válvula de retención aguas abajo, es de esperar que no se produzca ningún daño.
La bomba de tornillo se comporta de manera diferente, y la acumulación de presión sólo está relacionada con la contrapresión del sistema, no con la densidad. Sin embargo, el aumento de aire libre reducirá de alguna manera el flujo de la bomba, lo que debe tenerse en cuenta al decidir la capacidad de la bomba.
Escuchar el ruido y las vibraciones de la bomba puede ayudar a identificar el arrastre de aire. Esto a veces se denomina incorrectamente cavitación.
A diferencia de la cavitación convencional, que está relacionada con la velocidad de entrada, normalmente no se produce ningún daño a la bomba. Se asemeja más a un bombeo multifásico, donde la corriente de entrada de dos fases se convierte en monofásica a medida que la presión aumenta.
Estudio de caso
Un gran OEM y fabricante de maquinaria rotativa había utilizado durante mucho tiempo bombas centrífugas verticales para el servicio de aceite lubricante debido al costo y la simplicidad. En un esfuerzo por limitar el tamaño del tanque de aceite y también añadir más flujo de aceite (ya que la potencia de la máquina se aumentaba y se necesitaba más refrigeración), las bombas centrífugas tuvieron dificultades con el arrastre de aire del aceite lubricante.
Los frecuentes viajes y paradas causaron que el OEM se fijara en las bombas de desplazamiento positivo o, más precisamente, en las bombas de tres tornillos. Sin embargo, las limitaciones de espacio de instalación y las conexiones impuestas a la bomba de tres tornillos hicieron necesario personalizar la bomba y también incluir una válvula de alivio, que la bomba centrífuga no necesitaba.
Fuente: Leistritz Advanced Technologies Corp