Bomba centrífuga de doble succión: punto de trabajo, margen de NPSH y elección de modelo

Un servicio de agua en circulación de 1.450 m3/h a 48 m de altura, con solo 3,6 m de NPSH disponibles en la brida de succión, pone fin a la mayoría de las selecciones de succión simple antes de la etapa de cotización. La máquina que sobrevive a esa tarea es normalmente una bomba centrífuga de doble succión: una carcasa, un impulsor, dos ojos de succión y una curva de rendimiento de succión que un impulsor de un solo ojo no puede igualar a la misma velocidad.

Esta guía está escrita para las personas que aprueban esa decisión: ingenieros de planta que reemplazan una unidad que sigue funcionando debido a una baja presión de succión, equipos de proyecto que dimensionan un nuevo circuito y líderes de mantenimiento que heredan todo lo que se ordenó. Cubre lo que realmente cambia el diseño, dónde se ubica el punto de equilibrio frente a una bomba de succión final, qué cinco entradas fijan el número de modelo y las opciones de materiales y tuberías que deciden si la bomba alcanza su primera revisión planificada.

Qué es una bomba centrífuga de doble succión

Una bomba centrífuga de doble succión es una bomba centrífuga cuyo impulsor aspira líquido desde ambos lados de un solo cubo, dividiendo el flujo total en dos corrientes iguales que se fusionan nuevamente en la salida de la carcasa.

Esa comparación paralela es la lógica del diseño, no una línea de marketing. Cada ojo maneja la mitad del flujo total, por lo que la velocidad de entrada en cada ojo es aproximadamente la mitad de lo que vería un impulsor de succión simple equivalente en el mismo servicio. Una velocidad de entrada más baja significa un NPSH menor requerido, razón por la cual los márgenes de succión delgados dejan de ser un problema una vez que se duplica el impulsor.

Las compensaciones son reales y deben compararse antes de que se abran los precios. Una carcasa de doble succión es más grande y pesada, lleva dos sellos de eje en lugar de uno, y la junta dividida debe mecanizarse, empaquetarse y apretarse correctamente. Para un servicio de transferencia de 5 m3/h nada de eso está justificado; para un circuito continuo de agua de refrigeración de 900 m3/h, la masa adicional de la carcasa se amortiza solo en la confiabilidad de la succión.

Por qué el diseño de doble succión de caja dividida cancela el empuje axial

El empuje axial en una bomba de doble succión se cancela porque los dos ojales del impulsor se asientan espalda con espalda en el mismo eje y la presión que actúa sobre una cubierta del rotor se refleja en la presión que actúa sobre la otra.

En una bomba de succión simple, la presión de descarga total empuja contra la cubierta trasera del impulsor y produce una fuerza que oscila entre varios cientos y varios miles de newtons, según el tamaño y la altura. Esa fuerza debe gestionarse con orificios de equilibrio, un tambor de equilibrio o un cojinete de empuje deliberadamente sobredimensionado, y cada una de esas piezas introduce su propio patrón de desgaste y modo de falla. Con ojos opuestos, la carga axial residual cae a un pequeño porcentaje de la cifra de succión simple y los rodamientos soportan carga radial únicamente, lo cual es una de las principales razones por las que los rotores de doble succión funcionan sin problemas durante años en servicio continuo.

El acceso de mantenimiento es el segundo beneficio estructural. La disposición clásica de doble succión es la carcasa dividida horizontalmente entre cojinetes, clasificada como BB1 según API 610. La mitad superior se levanta, el rotor sale y las tuberías de succión y descarga permanecen atornilladas en su lugar. En el servicio de campo, un cambio de anillo de desgaste o rodamiento que dura de 8 a 12 horas en una línea de succión final a menudo se termina en 3 a 5 horas en una unidad de carcasa dividida, simplemente porque no es necesario cortar nada ni realinearlo después. Por encima de aproximadamente 40 bar, el mismo diseño hidráulico se mueve hacia una carcasa entre rodamientos dividida radialmente, BB2, que mantiene el impulsor de doble succión pero lo envuelve en un cilindro que contiene presión.

Doble succión frente a succión final: coincidencia del punto de trabajo

Por encima de aproximadamente 300 a 400 m3/h en el punto de trabajo, o cuando el NPSH disponible cae por debajo de aproximadamente 5 m, una bomba de succión doble suele ser la opción de menor riesgo. Por debajo de ambos umbrales, una bomba de succión final suele ser más barata de comprar, más fácil de instalar e igual de confiable.

Cuando la altura sube más allá de lo que una etapa de succión doble puede entregar a una velocidad bipolar, el flujo normalmente se mantiene y la altura se agrega por etapa. Una bomba de proceso como la línea ZA llena ese espacio sin cambiar la disposición de succión.

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En el extremo más alejado de la escala, un rendimiento como 5.000 m3/h a 7 m no es en absoluto una cuestión de doble aspiración. Ese es el territorio del flujo axial, donde una familia hidráulica diferente hace el mismo trabajo con mucha menos potencia instalada.

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Cinco insumos que deciden el modelo de bomba centrífuga de doble succión

Cinco entradas fijan el número de modelo: flujo de trabajo y altura, NPSH disponible, propiedades del fluido, material de construcción y datos de la unidad. Todo lo demás en la hoja de datos es consecuencia de esos cinco.

• Flujo de trabajo y altura en el punto nominal, más los casos operativos máximos y mínimos que realmente ejecutará la planta.
• NPSH disponible calculado a partir del sistema real, comparado con una curva requerida de NPSH probada con un margen de al menos 0,5 m en el punto nominal y 1,0 m en el flujo máximo.
• Propiedades del fluido incluyendo gravedad específica, viscosidad, temperatura, contenido de sólidos y nivel de cloruro, porque el fluido decide tanto la hidráulica como la metalurgia.
• Material de construcción y tolerancia a la corrosión, que generalmente siguen los datos de cloruro y sólidos en lugar de la cifra de flujo.
• Datos de unidad e instalación que cubren la velocidad del motor, el voltaje, el tipo de acoplamiento, la placa base y la rotación, todo lo cual limita el ajuste del impulsor que se puede suministrar.

Una regla mantiene la selección honesta: el punto de trabajo debe ubicarse entre el 80 % y el 110 % del flujo en el punto de mejor eficiencia. Seleccionar bien a la izquierda de esa banda compra cabeza que nadie necesita y la paga con recirculación interna y carga radial; Seleccionar a la derecha provoca cavitación, deflexión del eje y una vida útil corta del sello.

Para las decisiones relacionadas, incluidos los planos de sellado y el estilo de la carcasa, la guía de fábrica para selección de bombas de proceso petroquímico recorre los escalones adyacentes en el mismo orden.

Materiales y piezas de desgaste que deciden la vida útil

La mayoría de las fallas de las bombas de doble succión en el servicio químico son fallas de material y de espacio libre, no hidráulicas. Los impulsores rara vez pierden su forma; los anillos de desgaste se abren, los sellos se desgastan y el margen de corrosión desaparece del lugar equivocado.

• Inoxidable 304 y 316L: agua limpia, bajo contenido de cloruros, temperatura moderada.
• Duplex 2205 y super duplex 2507: agua clorurada, agua de mar y mayor resistencia en la junta dividida.
• CD4MCu: lodos abrasivos donde la corrosión y el desgaste se superponen.
• Grados de Hastelloy y titanio: ácidos agresivos, cloruros y medios oxidantes donde el acero inoxidable estándar falla temprano.
• Aleación 2520 resistente al calor: medios calientes donde el crecimiento térmico debe acomodarse en los espacios libres.

La holgura del anillo de desgaste es el elemento más mensurable en cualquier hoja de revisión. Cuando la holgura de un anillo de desgaste de 200 mm se abre de 0,35 mm a 0,70 mm, se espera una caída del 3 al 6 por ciento en la altura en el punto de trabajo, una pérdida equivalente de eficiencia y un aumento visible en la vibración del rodamiento. Esta es una decisión de mantenimiento, no hidráulica, y vale la pena registrarla en cada inspección.

Jiangsu Huanyu Chemical New Materials Co., Ltd., que fabrica la gama de bombas Huaning de Jingjiang en la provincia de Jiangsu, produce una línea de doble succión S/SH que incluye estas opciones de materiales junto con su catálogo más amplio de bombas químicas.

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Reglas de tuberías de succión que protegen la ventaja de la doble succión

La disposición de la tubería de succión decide si la ventaja de la doble succión sobrevive a la puesta en servicio.

• Mantenga un tramo recto de cinco a diez diámetros de tubería aguas arriba de la brida de succión para que el flujo llegue de manera uniforme.
• Nunca atornille un codo de radio corto directamente a la brida; los dos ojos recibirán un flujo desigual y el rotor se cargará axialmente.
• Utilice una disposición simétrica de entrada doble siempre que ambos ojos deban alimentarse desde un cabezal y verifique que las longitudes de las ramas coincidan.
• Apoye las tuberías de succión y descarga de forma independiente para que ninguna tensión de la tubería llegue a la carcasa cuando se aprieta la junta.
• Vuelva a verificar la alineación del acoplamiento después de conectar la tubería, tanto en frío como a temperatura de funcionamiento.
• Mantenga la vibración del rodamiento por debajo de 2,8 mm/s rms en el punto nominal, el límite de la zona A a B para máquinas nuevas según ISO 10816-3.

Pregunte por el punto de servicio previsto en una curva probada en lugar de en un gráfico de catálogo genérico, e insista en que la cifra requerida de NPSH garantizada tenga una tolerancia. Envíe el servicio real, los datos del fluido y el NPSH del sistema a la fabrica para una verificación de selección antes de realizar el pedido, porque corregir un problema de succión después de la instalación cuesta mucho más que la bomba en sí.

Preguntas frecuentes: Selección de bomba centrífuga de doble succión

Las cuatro preguntas siguientes surgen en casi todas las consultas sobre succión doble y las respuestas suelen decidir las especificaciones antes de discutir el precio.

¿Vale la pena el coste adicional de una bomba de doble succión?

Compare el costo total de instalación en lugar del precio de compra. Por encima de aproximadamente 300 a 400 m3/h, dos bombas de succión de extremo paralelo más las tuberías, válvulas, placa base y equipo de control adicionales generalmente cuestan más que una unidad de succión doble y requieren el doble de atención de mantenimiento. Por debajo de 300 m3/h, la bomba de succión final normalmente gana tanto en precio como en tamaño.

¿Qué margen de NPSH debo especificar?

Especifique al menos 0,5 m de margen por encima del NPSH requerido en el punto nominal y al menos 1,0 m en el flujo operativo máximo. El margen debe verificarse en la línea central de la bomba en una curva probada, no contra una línea de rendimiento del catálogo que se midió en un ajuste de impulsor diferente.

¿Puede una bomba de doble succión manejar fluidos que contienen sólidos?

Sí, dentro de unos límites. Se puede equipar una carcasa de doble succión con anillos de desgaste endurecidos o CD4MCu y un impulsor semiabierto para trabajos livianos con lodos, y sigue siendo la mejor respuesta para agua de refrigeración sucia porque tolera la penalización de NPSH. Por encima de aproximadamente el 5 por ciento de sólidos en peso, una bomba de lodo dedicada es la máquina correcta.

¿Cuál es la diferencia entre las bombas de doble succión BB1 y BB2?

BB1 es una carcasa entre rodamientos dividida axialmente, por lo que la mitad superior se levanta para acceder al rotor con las tuberías en su lugar, y cubre la mayoría de las tareas de proceso hasta aproximadamente 40 bar. BB2 es una carcasa entre rodamientos dividida radialmente, generalmente de tipo barril, para presiones más altas y donde la junta de la carcasa no debe representar un riesgo de sellado. Ambos retienen el impulsor de doble succión y ambos cancelan el empuje axial de la misma manera.