Solución de problemas de bombas centrífugas: flujo bajo o sin cabezal

1. Descripción del Problema y Ámbito de Aplicación

Este manual está destinado a diagnosticar y eliminar fallas asociadas con un suministro reducido o ausencia total de presión en bombas centrífugas operadas en condiciones industriales en Ucrania. Los síntomas típicos incluyen una caída significativa en el rendimiento, la incapacidad de la bomba para bombear fluido a la altura requerida y ruidos y vibraciones característicos. El manual cubre el diagnóstico de equipos utilizados en las industrias alimentaria, química, energética y automotriz.

Clasificación de gravedad:

• Crítico: Falta total de suministro, que provoca la paralización del proceso tecnológico. Requiere intervención inmediata.
• Significativo: Alimentación significativamente por debajo del nominal (>20%), afectando la calidad del producto o la eficiencia del proceso. Necesita diagnóstico urgente.
• Menor: Una ligera reducción en la alimentación (<20%), lo que puede indicar las primeras etapas de un mal funcionamiento. Necesita un examen programado.

2. Precauciones

¡ATENCIÓN! Antes de comenzar cualquier trabajo de diagnóstico o reparación en la unidad de bomba, es necesario tomar todas las medidas de seguridad necesarias para evitar lesiones personales y daños al equipo.

• BLOQUEO Y ETIQUETADO (LOTO): Siga siempre el procedimiento para bloquear y etiquetar las fuentes de energía (eléctricas, hidráulicas, neumáticas) para evitar el arranque accidental de la bomba. Asegúrese de que todas las válvulas de las líneas de succión y descarga estén cerradas y bloqueadas.
• EQUIPO DE PROTECCIÓN PERSONAL (EPP): Asegúrese de utilizar el EPP adecuado: gafas de seguridad/protectores faciales, guantes (químicamente resistentes cuando se trabaja con líquidos agresivos), calzado protector, ropa protectora. Guantes resistentes al calor cuando se trabaja con líquidos calientes.
• ENERGÍA ALMACENADA: Recuerde que puede quedar presión residual o vacío en el sistema. Abra con cuidado las válvulas de drenaje y ventilación. Los líquidos y superficies calientes pueden provocar quemaduras.
• SUSTANCIAS PELIGROSAS: Asegúrese de que el líquido en la bomba y las tuberías sea seguro para el contacto o tome medidas especiales para drenarlo y eliminarlo de acuerdo con la normativa vigente (DSTU 8798:2018, EN 1530:2004).
• PIEZAS GIRATORIAS: Nunca retire las cubiertas protectoras mientras la bomba esté funcionando. Asegúrese de que todas las piezas giratorias se hayan detenido por completo antes de acercarse a ellas.

3. Herramientas de diagnóstico necesarias

Para un diagnóstico eficaz, se recomienda utilizar las siguientes herramientas que cumplan con los estándares de DSTU EN ISO 10012:2005:

4. Lista de verificación de evaluación inicial

Antes de iniciar un diagnóstico detallado, es necesario recopilar datos iniciales. Esta información ayudará a reducir las posibles causas del mal funcionamiento.

5. Flujo sistemático de diagnósticos

Siga el siguiente diagrama de flujo para la resolución sistemática de problemas:

1. SÍNTOMA: Entrega baja o sin altura
   1. Paso 1: Verifique el funcionamiento de la bomba
      • Diagnóstico: ¿Están funcionando la bomba y el motor? ¿Gira el eje de la bomba?
      • En caso negativo:
        1. Posible motivo: No hay suministro de energía, mal funcionamiento del motor, desconexión del acoplamiento, atasco de la bomba.
        2. Prueba de Diagnóstico: Verifique la alimentación del motor con un multímetro (voltaje, corriente). Inspeccione visualmente el acoplamiento. Intente girar el eje de la bomba a mano (después de LOTO).
        3. Vaya a: Solución de problemas eléctricos/mecánicos del motor/acoplamiento.
      • En caso afirmativo: continuar con el diagnóstico.
   2. Paso 2: Verificación de succión
      • Diagnóstico: Mida la presión de succión con un vacuómetro.
      • Si la presión de succión es baja (vacío más alto) o extremadamente baja:
        1. Causa posible: Problemas de succión (tapón de aire, filtro obstruido, nivel de líquido insuficiente, fuga en la línea de succión, resistencia excesiva a la succión hidráulica).
        2. Prueba de diagnóstico:
           • Inspección visual del filtro y la línea de succión.
           • Comprobación del nivel de líquido en el tanque.
           • Escuche el ruido de succión: un silbido puede indicar succión de aire.
           • Utilice una solución jabonosa o un spray para detectar fugas en las bridas/conexiones de succión.
        3. Vaya a: Sección 'Problemas de succión'.
      • Si la presión de succión es normal: Continúe con el diagnóstico.
   3. Paso 3: Comprobación de impulso
      • Diagnóstico: Mida la presión de impulso con un manómetro.
      • Si la presión de descarga es baja (y la presión de succión es normal):
        1. Causa posible: Desgaste del impulsor, cavitación, atasco de aire en la carcasa de la bomba, dirección de rotación incorrecta, dispositivos de cierre parcialmente abiertos.
        2. Prueba de diagnóstico:
           • Escuchar la bomba (crujido característico durante la cavitación, silbido durante el aire).
           • Inspección visual del sentido de giro.
           • Comprobación de la posición de las válvulas de cierre.
           • Medición de vibraciones con un analizador de vibraciones.
           • Uso de una cámara termográfica para detectar el sobrecalentamiento local.
        3. Vaya a: Sección 'Desgaste del impulsor', 'Cavitación', 'Bomba bloqueada por aire'.
      • Si la presión de descarga es alta (y el suministro es bajo/ausente):
        1. Posible motivo: Válvula de cierre parcial o completamente cerrada en la descarga, tubería o intercambiador de calor obstruido, selección incorrecta de la bomba (incompatibilidad con la curva del sistema).
        2. Prueba de Diagnóstico:
           • Comprobación de la posición de todos los dispositivos de cierre en la inyección.
           • Medición de la resistencia hidráulica de tramos de tubería.
           • Comparación de las características de pasaporte de la bomba con la curva del sistema calculada.
        3. Ir a: Sección 'Análisis de curvas del sistema'.

6. Matriz de causa y mal funcionamiento

Este cuadro proporciona una descripción general rápida de los síntomas comunes, las causas probables, las pruebas de diagnóstico y los resultados esperados. Las razones están clasificadas por probabilidad.

7. Análisis de la causa raíz de cada mal funcionamiento

7.1. Cavitación

Explicación: La cavitación es el fenómeno de formación y posterior colapso rápido de burbujas de vapor líquido en un flujo bombeado. Ocurre cuando la presión estática del líquido en cualquier punto de las partes de flujo de la bomba (generalmente en la entrada del impulsor) cae por debajo de la presión de los vapores saturados de este líquido a una temperatura determinada. Esto ocurre cuando el margen de cavitación disponible (NPSH_A) es menor que el margen de cavitación requerido (NPSH_R) de la bomba. (DSTU ISO 17769-1:2010).

Razones:

• NPSH_A bajo (por ejemplo, debido a una temperatura del líquido demasiado alta, una alta resistencia a la succión hidráulica o una altura de succión demasiado alta).
• Selección incorrecta de la bomba (NPSH_R de la bomba es demasiado alto para las condiciones dadas).
• Llenado insuficiente de líquido en el tanque de succión.
• La válvula de succión está parcialmente cerrada.

Confirmación: Ruido característico similar al "crujido de la grava", aumento de la vibración (especialmente en frecuencias de 20 a 200 Hz), destrucción rápida de la superficie de las palas del impulsor y de la carcasa de la bomba (erosión por cavitación), sobrecalentamiento de la carcasa de la bomba.

Daños (si no se controlan): La cavitación provoca una degradación progresiva del metal de las piezas de flujo, una reducción de la eficiencia de la bomba, un mayor desgaste de los cojinetes y sellos de los extremos debido a la vibración y, en última instancia, una falla de la bomba.

7.2. Bomba bloqueada por aire (tapón de aire)

Explicación: Las bombas centrífugas no están diseñadas para bombear gases. Si se acumula una cantidad significativa de aire o gas en la línea de succión o en la carcasa de la bomba, el impulsor no puede crear suficiente presión para mover el líquido porque la densidad del aire es mucho menor que la densidad del líquido. Esto crea un "atasco de aire" que impide que la bomba funcione.

Razones:

• Fugas de aire en la línea de succión debido a bridas, conexiones, sellos de eje y sellos de aceite con fugas.
• Nivel de líquido insuficiente en el tanque de succión, lo que provoca la succión de aire a través del vórtice.
• Llenado incompleto de líquido de la bomba antes de arrancar (llenado insuficiente).
• Acumulación de gases liberados del líquido.

Confirmación: La bomba está funcionando, pero la presión de descarga es casi nula o significativamente más baja de lo normal. A menudo se escucha un ruido característico de aire "chirrido", la bomba funciona en "ralentí" con una corriente de motor reducida. Se pueden ver visualmente burbujas de aire en las secciones transparentes de la tubería.

Daños (si no se eliminan): El "funcionamiento en seco" de la bomba puede provocar un sobrecalentamiento de las juntas finales y los cojinetes y su rápido fallo. También es posible dañar el impulsor debido a la fricción.

7.3. Desgaste del impulsor y espacios libres internos

Explicación: El impulsor es el elemento clave de una bomba centrífuga que transfiere energía a un líquido. Con el tiempo, debido al desgaste abrasivo (de partículas sólidas en el fluido), corrosión (de fluidos agresivos) o erosión por cavitación, las paletas del impulsor y las superficies de los anillos de sellado internos (sellos ranurados) se desgastan. Esto conduce a un aumento en los flujos de líquido internos desde el lado de descarga al lado de succión dentro de la bomba, lo que reduce significativamente las características de eficiencia y rendimiento de la bomba.

Razones:

• Funcionamiento prolongado con líquidos abrasivos.
• Bombear líquidos corrosivos sin el material de bomba adecuado.
• Trabajar en condiciones de cavitación constante.
• Desgastes operativos normales.

Confirmación: Caída de presión de descarga con presión de succión normal y otros parámetros sin cambios. Una disminución de la eficiencia de la bomba, que se manifiesta en un aumento del consumo de electricidad por unidad de líquido bombeado. Al desmontar la bomba: rastros visuales de desgaste, erosión, cambios en la geometría de las palas, aumento de los espacios radiales y axiales.

Daños (si no se eliminan): Reducción permanente del rendimiento, aumento del consumo de energía y, eventualmente, fallo total de la bomba para realizar su función. Mayor vibración debido al desequilibrio hidráulico.

7.4. Problemas con la absorción.

Explicación: El funcionamiento eficiente de una bomba centrífuga depende fundamentalmente de las condiciones de succión adecuadas. Cualquier obstrucción o anomalía en la línea de succión puede provocar una disminución del NPSH_A y, como resultado, cavitación o pérdida total del suministro.

Razones:

• Filtro, colador o entrada del tanque obstruidos.
• La altura de aspiración es demasiado alta (la bomba está situada muy por encima del nivel del líquido).
• Línea de succión demasiado larga o de diámetro demasiado pequeño, lo que crea una resistencia hidráulica excesiva.
• Fuga de aire en la línea de succión (ver "Tapón de aire").
• Diseño inadecuado de accesorios de succión (codos, transiciones).

Confirmación: Lectura baja del vacuómetro en succión (mayor vacío), lo que indica una alta resistencia a la succión. Ruido en la línea de succión, posibles vibraciones. Bajo rendimiento de la bomba.

Daños (si no se eliminan): Cavitación, daños en las partes internas de la bomba, reducción de la vida útil del equipo.

7.5. Análisis de la curva del sistema

Explicación: La curva del sistema refleja la dependencia de la resistencia hidráulica del sistema de tuberías del flujo de líquido. El punto de funcionamiento de la bomba está determinado por la intersección de la curva de rendimiento de la bomba con la curva del sistema. Si la curva del sistema cambia (por ejemplo, debido a obstrucciones, cambios en la longitud de las tuberías, apertura/cierre de válvulas) o si la bomba se ha seleccionado incorrectamente para el sistema, esto hará que la bomba funcione fuera del punto de funcionamiento óptimo, lo que provocará una eficiencia reducida, un mayor consumo de energía y un bajo suministro.

Razones:

• Selección incorrecta de bomba para condiciones de operación específicas.
• Cambios en el sistema de tuberías (nuevos codos, menor diámetro, aumento de longitud).
• Cierre parcial de válvulas de cierre u obstrucción de tuberías en la descarga.
• Alta presión estática, que no se tuvo en cuenta durante la selección.

Confirmación: Entrega baja a presión de descarga normal o alta. El cálculo de la curva del sistema y su comparación con las características de la bomba muestra que el punto de funcionamiento está lejos del punto de máxima eficiencia de la bomba o demasiado a la izquierda en la curva de rendimiento.

Daños (si no se eliminan): Aumento del consumo de energía, aumento del desgaste de la bomba debido a un funcionamiento no óptimo (especialmente cuando se opera en una "válvula cerrada"), funcionamiento inestable del sistema.

8. Procedimientos secuenciales de solución de problemas

8.1. Eliminación de cavitación

ATENCIÓN: ¡Antes de cualquier intervención se debe realizar el procedimiento LOTO!

1. Verificación de NPSH_A:
   1. Reduzca la temperatura del fluido si es demasiado alta.
   2. Aumentar el nivel estático de líquido en el tanque de succión.
   3. Reduzca la resistencia a la succión hidráulica: revise y limpie el filtro, abra completamente todas las válvulas.
   4. Verificar el diámetro y longitud de la tubería de succión; si es necesario, aumente el diámetro o acorte la longitud.
2. Revisión de la bomba:
   1. Asegúrese de que la bomba esté correctamente llena de líquido.
   2. Inspeccione el impulsor en busca de daños causados ​​por cavitación utilizando un endoscopio o después del desmontaje.
   3. Si la cavitación es un problema crónico, considere reemplazar la bomba con un modelo con un NPSH_R más bajo o instalar una bomba que funcione con altura de succión positiva.
3. Verificación: Arrancar la bomba, medir el flujo, la presión de succión y descarga, verificar el nivel de ruido y vibración. La alimentación debe corresponder al diseño, el nivel de ruido y vibración, dentro de los valores permitidos (velocidad de vibración hasta 4,5 mm/s RMS según ISO 10816-3).

8.2. Eliminación de atascos de aire

ATENCIÓN: ¡Antes de cualquier intervención se debe realizar el procedimiento LOTO!

1. Llenado de la bomba:
   1. Cierre la válvula de descarga.
   2. Abra la válvula de succión y la válvula de salida de aire en el cuerpo de la bomba (si está presente).
   3. Llene la bomba con líquido hasta que salga completamente el aire. Cierre la válvula de ventilación.
   4. Si existen bombas de vacío para el llenado, utilícelas.
2. Detección de fugas de aire:
   1. Compruebe el apriete de todas las conexiones, bridas y sellos del eje en la línea de succión. Utilice una solución jabonosa o detectores de fugas especiales.
   2. Apriete las fijaciones de las bridas según el par de apriete especificado en la documentación (por ejemplo, 80 Nm para una brida DN100 PN16).
   3. Reemplace las juntas o sellos dañados.
3. Verificación: Arranque la bomba. El suministro y la presión deben ser normales. Comprobar la ausencia de "silbidos" y burbujas.

8.3. Eliminación de las consecuencias del desgaste del impulsor

ATENCIÓN: ¡Antes de desmontar la bomba, es obligatorio realizar el procedimiento LOTO y drenar el líquido!

1. Desmontaje e inspección:
   1. Desmonte la pieza de la bomba según las instrucciones del fabricante.
   2. Inspeccione visualmente el impulsor, la carcasa y los sellos de separación en busca de desgaste, erosión o corrosión.
   3. Mida los espacios internos (radial y axial) y compárelos con los valores permitidos (generalmente entre 0,2 y 0,5 mm, según las instrucciones del fabricante).
2. Reemplazo de componentes:
   1. Reemplace el impulsor desgastado por uno nuevo (UNI EN 13355:2006).
   2. Reemplace los sellos y anillos de sellado desgastados.
   3. Al realizar el montaje, respete los momentos de apriete y las holguras especificadas.
3. Verificación: Después de ensamblar y llenar el sistema con líquido, realice una prueba y mida los parámetros operativos.

8.4. Resolviendo problemas de succión

ATENCIÓN: ¡Antes de cualquier intervención en la línea de succión, se debe realizar el procedimiento LOTO!

1. Revisar y limpiar:
   1. Revisar y limpiar el filtro o colador de succión. Reemplazo según sea necesario.
   2. Verifique el nivel de líquido en el tanque, asegúrese de que corresponda al nivel mínimo permitido.
   3. Inspeccione visualmente la boquilla de succión en busca de obstrucciones u objetos extraños.
2. Optimización de la Línea de Succión:
   1. Compruebe el diámetro de la tubería: la tubería de succión no debe ser menor que el diámetro de la tubería de succión de la bomba, y preferiblemente un tamaño mayor.
   2. Reducir al mínimo la longitud de la línea de succión.
   3. Reduzca el número de codos y accesorios de cierre en la succión.
   4. Elimine cualquier bolsa de aire o puntos altos en la línea de succión.
3. Verificación: Arranque la bomba, controle el vacío de succión, la presión de entrega y de descarga.

8.5. Ajuste de la curva del sistema

1. Análisis del sistema:
   1. Realice un cálculo detallado de la curva del sistema para las condiciones de operación actuales, teniendo en cuenta todos los soportes (tuberías, accesorios, equipos).
   2. Compare la curva del sistema obtenida con la curva de rendimiento de la bomba instalada.
2. Acciones:
   1. Si la resistencia del sistema es demasiado alta:
      • Limpiar tuberías e intercambiadores de calor obstruidos.
      • Abra completamente todos los dispositivos de cierre en la descarga.
      • Si es necesario, aumente el diámetro de la tubería de inyección o reduzca su longitud.
      • Considere instalar una bomba con mayor presión (por ejemplo, una bomba de dos etapas).
   2. Si la bomba fue seleccionada incorrectamente:
      • Considere reemplazar el impulsor por otro con características diferentes (si lo permite el fabricante).
      • Reemplace la bomba con un modelo que coincida mejor con la curva del sistema calculada.
3. Verificación: Luego de las medidas correctivas, realizar mediciones de control de flujo y presión.

9. Precauciones

10. Repuestos y Componentes

Para garantizar un funcionamiento sin problemas del equipo de bombeo y una rápida resolución de problemas, es fundamental contar con repuestos de UNITEC-D GmbH que cumplan con las normas EN e ISO.

Consulte el catálogo electrónico de UNITEC-D GmbH para solicitar repuestos originales.

11. Enlaces

• DSTU EN ISO 10012:2005. Sistemas de control de medidas. Requisitos para procesos de medición y equipos de medición.
• DSTU EN ISO 10816-3:2016. La vibración es mecánica. Evaluación de vibraciones de máquinas a partir de los resultados de mediciones en piezas no giratorias. Máquinas industriales con una potencia nominal superior a 15 kW y una velocidad nominal de 120 rpm a 15.000 rpm.
• DSTU ISO 17769-1:2010. Bombas centrífugas, centrífugas y de tornillo. Requisitos técnicos generales y terminología. Parte 1. Definiciones, denominaciones, términos e indicadores de eficiencia hidráulica.
• DSTU EN 13355:2006. Fundición de hierro y acero. Tratamiento superficial e inspección de piezas fundidas.
• DSTU EN 1514-1:2005. Bridas y sus conexiones. Dimensiones de juntas para bridas de clase de presión PN. Parte 1. Juntas planas no metálicas con o sin relleno.
• DSTU 8798:2018. Sistemas de gestión de calidad. Directrices para la aplicación de la Norma ISO 9001:2015 en la industria química.
• Instrucciones de funcionamiento y mantenimiento de los fabricantes de bombas (p. ej. Grundfos, KSB, Wilo).
• Guías de Mantenimiento UNITEC: Sección “Mantenimiento de Sellos Extremos”, “Diagnóstico de Rodamientos”.