Eugene Vogel
Especialista en Bombas y Vibraciones de EASA
Es común que las bombas de turbina vertical (VTP) se encuentren diseñadas con varios impulsores de flujo mixto (algunas veces 12 o más) y que los rotores de las bombas estén soportados por los motores verticales. Los motores de las bombas verticales pueden ser de eje macizo o hueco. Los motores de eje macizo tienen una cuña o chaveta anular (en forma de anillo) en el eje, para asegurar un acoplamiento sólido que soporta el rotor de la bomba.
Los motores de eje hueco soportan y accionan el rotor de la bomba desde la parte superior, mediante un cabezal de eje que está asegurado al eje lineal intermedio (line shaft) a través del eje hueco del motor. En cualquiera de los casos, existe un ajuste que eleva el rotor de la bomba para que quede soportado por el eje del motor.
Obviamente este ajuste es crítico para el funcionamiento adecuado de la bomba y el motor y puede llegar a tener un efecto significativo en la carga del motor (consumo de corriente en amperios). En este artículo se presentan algunos puntos importantes para ajustar la elevación del eje de la bomba.
Un paso importante durante el montaje de una VTP, consiste en asegurarse que cada uno de los impulsores esté montado en el eje de la bomba, de tal forma que cuando la bomba se encuentre en posición vertical, cada impulsor descanse en el fondo del tazón. El espacio disponible para el ajuste de elevación comprende la distancia desde donde el impulsor descansa en el fondo del tazón, hasta el punto donde el impulsor rozaría con la parte superior del tazón. Si durante el montaje los impulsores no son posicionados o instalados correctamente en el eje, el espacio disponible se reduce.
El primer paso para establecer el ajuste de elevación, es determinar el espacio disponible. El procedimiento consiste en simplemente medir la altura del eje lineal intermedio de la bomba, con los impulsores descansando en el fondo de los tazones, y después levantar el rotor de la bomba hasta que los impulsores rocen con la parte superior de los tazones observando el cambio en la altura del eje lineal intermedio. La altura de operación deberá encontrarse entre esas dos medidas.
Impulsores abiertos o cerrados
La primera inquietud relacionada con el ajuste de elevación, es saber si el impulsor es cerrado o abierto. Los impulsores cerrados tienen una cubierta delantera o frontal y pueden tener un anillo de desgaste en el ojo de succión. Los impulsores abiertos tienen alabes descubiertos en el lado de succión.
El ajuste de elevación es mucho menos crítico para las bombas que tienen impulsores cerrados con anillos de desgaste en el ojo de succión, lo que generalmente no afecta el desempeño de la bomba. El ajuste de los impulsores abiertos tienen un efecto importante en el desempeño de la bomba, ya que la tolerancia entre los alabes abiertos y el fondo del tazón, afecta la eficiencia de la bomba.
Algunas VTPs tienen un solo impulsor de flujo axial. En este tipo de bombas, el diseño del tazón permite que exista mucho espacio por arriba y por debajo del impulsor. Para estas bombas el ajuste de elevación del eje es menos crítico y no tiene ningún efecto en el desempeño de la bomba.
Ajustes cortos o largos
Los ajustes en las VTPs pueden ser cortos o largos, aunque su nombre no se encuentra relacionado directamente con la longitud. Se considera que un ajuste de bomba corto es aquel en el cual es necesario manipular (instalar o retirar) una sola pieza del conjunto bomba-motor. Los ajustes de bomba largos requerirán trabajos de montaje y desmontaje in situ. Este tipo de ajustes se pueden extender cientos de pies (metros) por debajo de la superficie y cuando la profundidad sea significativa (por lo general más de 100 pies o 30 metros), será necesario tener en cuenta la elongación del eje para poder ajustar la elevación.
Determinar la elongación del eje no es una tarea sencilla debido a que el empuje de los impulsores hacia abajo varía con la cabeza de la bomba (o cabeza dinámica total, TDH). Estos cálculos son realizados por el fabricante cuando determina el tipo de bomba requerida para la aplicación.
El objetivo básico al ajustar la elevación del eje de la bomba, es lograr que el impulsor trabaje en posición vertical, evitando que roce con el fondo o la parte superior del tazón. Para los impulsores cerrados con anillos de desgaste en el ojo de succión, este es el único punto que debemos considerar. No obstante, para los impulsores abiertos o para los impulsores cerrados sin anillo de desgaste en el ojo de succión, la tolerancia entre el fondo del tazón y el impulsor, también afecta la eficiencia de la bomba y la carga del motor (consumo de corriente en amperios). Aumentar la tolerancia en el fondo del impulsor, disminuye la eficiencia y también reduce la carga en el motor. Esta es una práctica comúnmente utilizada para solucionar las condiciones de sobrecarga de los motores eléctricos. Tenga en cuenta que esto no funciona para los impulsores cerrados con anillos de desgaste en el ojo de succión.
Resúmen
Considerando todo lo anterior, parece evidente que realizar el ajuste de la elevación del eje de un pequeño conjunto motor-bomba ( VTP), que tiene un impulsor cerrado con anillo de desgaste en el eje de succión es una tarea fácil y que consiste solamente en evitar que el impulsor roce con el fondo o la parte superior del tazón. Pero un impulsor abierto de una bomba de 250 pies (75 m) de profundidad, requiere cálculos detallados para evitar que ocurra un fallo catastrófico. Por otra parte, solucionar los problemas de sobrecarga de un motor aumentando la tolerancia de la elevación da como resultado una pérdida de eficiencia, con el respectivo incremento de los costes de operación del motor durante toda su larga vida.
Los fabricantes de las bombas pueden proporcionar instrucciones detalladas para realizar el ajuste de elevación en una determinada bomba.
La información de este artículo puede ser útil para entender el proceso de instalación de las bombas y para ayudar a la solución de los problemas que se presenten durante la misma.
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