Fallas más comunes

Falla	Síntomas	Causa frecuente
Sello mecánico	Fuga por el sello	Desalineación, vibración, operación en seco
Rodamientos	Ruido, temperatura, vibración de alta frecuencia	Lubricación, desalineación, contaminación
Cavitación	Ruido como grava, caída de caudal, erosión del impulsor	NPSH disponible insuficiente
Recirculación	Vibración aleatoria de baja frecuencia, daño en impulsor	Operación con caudal muy bajo
Desbalanceo del impulsor	Vibración a 1X	Desgaste, obstrucción parcial (balanceo)
Desalineación	1X y 2X, axial alta	Montaje, tensión de cañerías

Cavitación y NPSH

La cavitación ocurre cuando la presión en la entrada del impulsor cae bajo la presión de vapor del líquido. Se forman burbujas que colapsan violentamente y erosionan el impulsor. El margen se evalúa con el NPSH disponible:

N P S H_{a} = \frac{p_{a t m} - p_{v}}{ρ g} + z_{s} - h_{f, s}

con $p_{a t m}$ la presión sobre el líquido, $p_{v}$ la presión de vapor a la temperatura de bombeo, $z_{s}$ la altura del nivel de líquido sobre el eje de la bomba (negativa si está bajo) y $h_{f, s}$ las pérdidas en la succión. Debe cumplirse:

N P S H_{a} \geq N P S H_{r} \cdot k, k \approx 1, 1 a 2, 5

El factor de margen depende del tipo de bomba y de la energía de succión; ANSI/HI 9.6.1 entrega los criterios. $N P S H_{r}$ es el valor del fabricante, definido para una caída de altura del 3 %, lo que significa que ya existe algo de cavitación en ese punto: por eso se exige margen.

Ejemplo. Agua a 60 °C ( $p_{v} \approx 19, 9$ kPa, $ρ \approx 983$ kg/m³) desde un estanque abierto a nivel del mar (101,3 kPa), con nivel 2 m sobre el eje y 1,5 m de pérdidas: $N P S H_{a} = \frac{101.300 - 19.900}{983 \cdot 9, 81} + 2 - 1, 5 = 8, 9$ m. Con $N P S H_{r} = 5$ m el margen es 1,8: aceptable para una bomba de baja energía.

Operar cerca del punto de mejor eficiencia

Una bomba trabajando lejos de su BEP (punto de mejor eficiencia) sufre cargas radiales altas, recirculación y vibración. ANSI/HI 9.6.3 define una región de operación preferente, típicamente entre 70 % y 120 % del caudal del BEP. Verificar el punto real de operación es parte del mantenimiento.

Las leyes de afinidad permiten estimar el efecto de un cambio de velocidad (por ejemplo con un variador):

\frac{Q_{2}}{Q_{1}} = \frac{n_{2}}{n_{1}} \frac{H_{2}}{H_{1}} = {(\frac{n_{2}}{n_{1}})}^{2} \frac{P_{2}}{P_{1}} = {(\frac{n_{2}}{n_{1}})}^{3}

Reducir la velocidad un 20 % reduce la potencia a cerca de la mitad ( $0, 8^{3} = 0, 51$ ).

La vibración propia de la bomba

Además de 1X y sus armónicos, toda bomba centrífuga genera vibración a la frecuencia de paso de álabes:

V P F = z_{a} \cdot f_{r}

con $z_{a}$ el número de álabes del impulsor. Una VPF alta o creciente puede indicar poca holgura entre impulsor y lengüeta (cut-water), desgaste o problemas de flujo. En estaciones de bombeo, además, conviene conocer las frecuencias naturales de la estructura: si coinciden con la velocidad de operación, la vibración será alta aunque la bomba esté perfecta. Ver análisis de frecuencias naturales y el caso de estaciones de bombeo.

Qué revisar periódicamente

Vibración en descansos de bomba y motor, en tres direcciones.
Temperatura de descansos y carcasa.
Sello y sistema de enjuague.
Lubricación: nivel, estado del aceite o frecuencia de engrase.
Presiones de succión y descarga para verificar el punto de operación.
Alineamiento después de cada intervención (alineamiento de ejes acoplados).

Después de cada reparación, una validación del equipo reparado deja la línea base para detectar la próxima falla.

Referencias

ANSI/HI 9.6.1: Rotodynamic Pumps — Guideline for NPSH Margin.
ANSI/HI 9.6.3: Rotodynamic Pumps — Guideline for Operating Regions.
ANSI/HI 9.6.4: Rotodynamic Pumps for Vibration Measurements and Allowable Values.

Mantenimiento de bombas centrífugas: fallas, cavitación y operación