¿Cuáles son los modos comunes de falla por vibración de las bombas centrífugas horizontales?

Bombas centrífugas horizontales desempeñan un papel fundamental en la producción industrial, y la vibración es un indicador central de su condición operativa y confiabilidad. La vibración anormal no solo acelera el desgaste de componentes críticos como cojinetes, sellos mecánicos y acoplamientos, sino que también puede provocar tiempos de inactividad inesperados.

1. Modos de falla mecánica

La falla mecánica es la fuente de vibración más común y destructiva en las bombas centrífugas. Sus características a menudo ocurren a frecuencias armónicas de la velocidad del rotor (1X), el doble de la velocidad (2X) o más.

1.1 Desequilibrio

El desequilibrio es causado por una distribución desigual de la masa en el impulsor, el acoplamiento o el propio eje de la bomba.

Causas: Defectos de fundición, desgaste desigual, chavetero o chavetero asimétrico, o corrosión/incrustaciones del impulsor durante el funcionamiento a largo plazo.

Características de la vibración: la energía de la vibración se concentra principalmente en la frecuencia de velocidad 1X, la amplitud suele ser grande y la dirección de la vibración (radial) es estable.

Impacto: Esto provoca que se generen fuerzas centrífugas periódicas durante la rotación del eje de la bomba, ejerciéndolas continuamente sobre los cojinetes y acelerando la falla por fatiga de los cojinetes.

1.2 Desalineación

La desalineación se refiere a la desviación en la línea central o ángulo entre la transmisión (por ejemplo, el motor) y el eje de la bomba.

Tipos: La desalineación paralela y la desalineación angular se clasifican de la siguiente manera.

Características de vibración: La característica más típica es un aumento significativo en la energía de vibración al doble de la frecuencia de la velocidad de rotación, aunque también pueden ocurrir frecuencias de 1X y 3X. La desalineación radial puede ser mayor a 2 veces la frecuencia de la velocidad de rotación, mientras que la desalineación angular es alta a frecuencias 1X y 2X.

Impacto: Esto provoca cambios periódicos de flexión y tensión en el acoplamiento durante la rotación, generando importantes fuerzas de reacción que pueden dañar gravemente el acoplamiento, los cojinetes y los sellos mecánicos.

1.3 Fallas en los rodamientos

Los rodamientos son componentes críticos que soportan fuerzas radiales y axiales. Su falla es una de las principales causas del tiempo de inactividad de los equipos.

Características de vibración: Las fallas de los rodamientos no se manifiestan en la frecuencia 1X o 2X, sino que producen vibraciones únicas de alta frecuencia, conocidas como frecuencias características de los rodamientos. Estas frecuencias incluyen las frecuencias de la pista interior (BPFI), la pista exterior (BPFO), la bola/rodillo (BSF) y la jaula (FTF).

Etapa de desarrollo: las fallas en las primeras etapas pueden manifestarse como ruido aleatorio de alta frecuencia; en la etapa intermedia, emergen distintas frecuencias características de los rodamientos y sus armónicos; en la última etapa, estas frecuencias se ven abrumadas, manifestándose como vibraciones de alta frecuencia de banda ancha.

1.4 Aflojamiento de los cimientos y resonancia estructural

La holgura de los cimientos y la resonancia son "asesinos invisibles" en el diagnóstico de vibraciones de bombas centrífugas.

Aflojamiento mecánico: Pernos de anclaje flojos, placas base desiguales o espacio excesivo entre el asiento del rodamiento y la base.

Características de vibración: típicamente manifestadas como una serie de vibraciones armónicas en las frecuencias de velocidad 1X, 2X y 3X, a menudo con la presencia de frecuencias de media velocidad (0,5X) o incluso subarmónicos más complejos, son signos típicos de holgura mecánica no lineal.

Resonancia Estructural: Ocurre cuando la frecuencia de operación de la bomba (1X) se acerca a la frecuencia natural de la bomba o del sistema de tuberías.

Impacto: Resulta en una amplificación dramática de la amplitud de la vibración, incluso desequilibrios o desalineaciones menores causan vibraciones significativas.

2. Modos de falla hidráulica

Las fallas hidráulicas son causadas por cambios en el flujo o la presión del líquido y están estrechamente relacionadas con el punto de operación de la bomba.

2.1 Cavitación

La cavitación es el fenómeno de formación de burbujas y colapso causado por la presión en el lado de succión de la bomba que cae por debajo de la presión de vapor saturado del líquido bombeado.

Características de vibración: Se genera un ruido de banda ancha único, aleatorio, con energía de vibración difundida en el rango de alta frecuencia, que suena como piedras rodando o rompiéndose dentro del cuerpo de la bomba.

Impacto: La cavitación provoca graves daños por picaduras en el material del impulsor, lo que provoca una fuerte caída de la altura y la eficiencia.

2.2 Sobretensión y recirculación

La inestabilidad hidráulica puede ocurrir cuando una bomba centrífuga funciona por debajo o por encima de su caudal de diseño (BEP), especialmente a caudales bajos.

Recirculación: En caudales bajos, el líquido puede retroceder en la entrada o salida del impulsor, provocando un choque hidráulico.

Aumento repentino: en algunas bombas centrífugas o sistemas paralelos de bombas múltiples, pueden ocurrir grandes fluctuaciones periódicas en la presión y el flujo durante la operación de bajo flujo.

Características de vibración: normalmente se manifiesta como vibración de baja frecuencia, normalmente por debajo de 1 veces la velocidad de rotación, o acumulación de energía de baja frecuencia de banda ancha. Esta vibración ejerce cargas de choque cíclicas sobre los rodamientos.

2.3 Frecuencia de paso de la hoja (BPF)

BPF es la pulsación de presión causada por la perturbación periódica del fluido cuando las palas del impulsor pasan a través del tajamar en voluta o las paletas del difusor.

Cálculo: BPF = Velocidad × Número de palas.

Características de vibración: La energía de vibración se concentra en el BPF y sus armónicos.

Impacto: aunque suele ser un fenómeno de funcionamiento normal, si la amplitud del BPF es demasiado alta, indica que el espacio (espacio libre radial) entre la lengüeta de la voluta y el diámetro exterior del impulsor no está diseñado correctamente o está muy desgastado, o hay un problema de coincidencia hidráulica entre el impulsor y la voluta.