Marcas, identidad, comunicación, formación: Gestión integral de la comunicación y el conocimiento
Nuevas tendencias en bombas y accesorios

El rendimiento y la disponibilidad dependen de la calidad de los datos de diseño

Redacción Interempresas05/06/2008

5 de junio de 2008

La fabricación de bombas y accesorios en la actualidad plantea retos como la reducción entre un 20 y un 30 por ciento en el consumo de energía, la detección temprana de fallos (interpretación correcta de las señales de error) y la redundancia, es decir, los pros y contras de las bombas de repuesto.

Aunque es un caso excepcional, el fabricante de bombas KSB ha suministrado a una nueva central eléctrica de carbón en Yuhuan (China) las bombas de circulación de agua de enfriamiento más grandes que nunca antes había fabricado. Cada una de las ocho unidades de 130 toneladas es capaz de bombear hasta 16.000 litros de agua de enfriamiento por segundo, para lo cual toma 4,6 MW de potencia de la red.

Esto, como se ha señalado, es un caso inusual, pero no hay que olvidar que hasta las bombas industriales pequeñas consumen una gran cantidad de energía. Los operadores que antes no se habían percatado de este consumo, o que simplemente no se habían querido dar cuenta, están ahora en estado de choque ante la incesante subida de las facturas de los servicios. En Alemania, los precios de la electricidad vienen registrando un aumento de dos dígitos de forma constante desde 2002 (a pesar de la liberalización) y, en general en toda Europa, la electricidad no para de encarecerse. Ante esta situación, los usuarios de sistemas de bombeo miran cada vez más el rendimiento general de las bombas y motores.

De esta forma, incluso en el caso de las bombas más antiguas, merece la pena examinar la bomba y su entorno de funcionamiento para encontrar formas de contrarrestar el aumento de los costes de la electricidad. La Asociación de Bombas + Sistemas de la Federación Alemana de Ingeniería (VDMA) cree que es posible conseguir un ahorro de energía de entre el 20 y el 30 por ciento en la región. Así, el Grupo y la Agencia Alemana de Energía (Dena) han unido sus fuerzas para poner en marcha la campaña ‘Eficiencia de sistemas’.

Se está creando un marco para ayudar a los operadores industriales y comerciales a analizar y reducir la cantidad de energía consumida por sus sistemas de bombeo. Algunos socios industriales, entre ellos los fabricantes de bombas Grundfos, KSB, Sulzer y Wilo, están participando en el proyecto. El objetivo del proyecto es definir unos medios para ahorrar energía, demostrar que las medidas de ahorro de energía rentan económicamente, así como suministrar información, analizar los costes del ciclo de vida y elaborar toda una batería de fichas descriptivas. Los fabricantes de bombas trabajan en una serie de estrategias y soluciones prácticas para reducir el consumo de energía de las bombas industriales.

¿Qué pueden hacer los fabricantes y operadores de equipos para evitar los periodos de inactividad? Una respuesta es la redundancia; por ejemplo, tener una bomba de reserva

Garantía de disponibilidad continua

Ahorrar energía es importante. No obstante, lo más importante de las bombas y otros equipos auxiliares en un proceso industrial es que funcionen de forma ininterrumpida. Desde el punto de vista de la ingeniería de procesos, esta continua disponibilidad es crucial y está por encima de cualquier otra consideración.

Así pues, cabe preguntarse: ¿qué pueden hacer los fabricantes y operadores de equipos para evitar los periodos de inactividad? Una respuesta es la redundancia; por ejemplo, tener una bomba de reserva. Además de esto, ahora existen soluciones más sofisticadas basadas en un mayor uso de sensores y sistemas electrónicos. Y un elemento que hay que vigilar especialmente es el desgaste de las piezas mecánicas en movimiento, ya que siempre están sometidas a fricción independientemente de lo buenos o resistentes que sean los componentes. Por ello, detectar el desgaste lo antes posible es esencial para lograr un funcionamiento continuo.

Asimismo, es importante que los operadores trabajen con los proveedores desde el principio para examinar los requisitos de funcionamiento y garantizar así que el proveedor esté al tanto de la carga y tensiones a las que van a estar sometidos los equipos. Siempre será mejor evitar condiciones peligrosas de funcionamiento mediante una buena planificación de todo el sistema desde el principio que limitarse a instalar un sistema fiable de detección de fallos.

Una y otra vez, la experiencia nos demuestra que muchas veces el problema está en que las bombas son demasiado grandes para el trabajo. Aunque, en principio, nadie niega esto, también es verdad que es muy difícil hacer una buena planificación cuando no se dispone de la información básica sobre los fluidos y el proceso a la hora de diseñar las especificaciones de la bomba.

La conservación de energía no es la única razón para que una bomba centrífuga esté situada en el punto de funcionamiento o cerca de él; el esfuerzo mecánico también es un factor importante. Cuando las bombas no trabajan cerca del punto de funcionamiento, debido a las fuerzas radiales, se empieza a ejercer tensión en los rodamientos y en las juntas mecánicas, y aumenta el riesgo de cavitación. Debido a esto, es importante no añadir un factor de seguridad en la especificación de la bomba.

Si una bomba está bien diseñada, solo fallará debido a algún problema inicial o casual o si funciona fuera de las condiciones especificadas. Otra causa posible de fallo es el desgate normal (fin de la vida útil).

Control y detección temprana de fallos

El deseo de todo ingeniero de procesos o técnico de mantenimiento es encontrar una forma de detectar con antelación los fallos del equipo y evitar la interrupción del funcionamiento. Podríamos decir que el objetivo es la “acción”, no la “reacción”. Actualmente, en el mercado existen sensores de vibración, de presión, de temperatura y de ruido inducido, y los equipos de análisis correspondientes, que permiten detectar pronto los fallos. Asimismo, hay sistemas de diagnóstico para juntas mecánicas y rodamientos, y los sistemas de control incorporan funciones de autoevaluación.

Los sensores tradicionales recogen un valor y, luego, activan lo que ningún operador quiere ver: una alarma de error. Los sistemas de alerta temprana activan antes la alerta y avisan, por tanto, del posible problema antes de que la bomba falle o resulte dañada.

En las bombas grandes es conveniente instalar sistemas de control sofisticados. Mediante el control de los niveles de vibración, las fluctuaciones de tensión y corriente y los cambios en los parámetros de proceso (temperatura, presión y caudal), estos sistemas son capaces de avisar de forma fiable y pronto de posibles problemas debidos al desgaste o a un funcionamiento fuera de los límites.

Los costes y los esfuerzos invertidos en los sistemas de control deben ser proporcionales al riesgo y al valor de la bomba. No todas las bombas son igual de importantes

No obstante, nadie va a urgencias por un simple catarro. Los costes y los esfuerzos invertidos en los sistemas de control deben ser proporcionales al riesgo y al valor de la bomba. No todas las bombas son igual de importantes. Por ejemplo, no es un problema tan grave que un equipo secundario falle inesperadamente. El siguiente nivel es el control de los componentes, es decir, vigilar el estado de los diafragmas, válvulas, camisas y rodamientos. Los expertos solo recomiendan el uso de sistemas inteligentes de alerta temprana cuando se requiere de verdad este grado de sofisticación.

Está bastante aceptado que el ruido transmitido por la estructura es un indicador fiable de la presencia de fallos en las piezas en rotación. El único problema con los sensores es el aspecto económico. Otro factor esencial es la selección de criterios. ¿Cómo y cuándo reconoce el operador que hay un problema?

El objetivo es asociar una única frecuencia a cada fallo. De hecho, este enfoque ya funciona con los componentes funcionales en las bombas oscilantes de diafragma. Estos sistemas de control de estado detectan la mayoría de los posibles fallos, por ejemplo, una fuga en una válvula (estos sistemas altamente sensibles controlan el tiempo existente entre la señal del ruido transmitido por la estructura y la carrera de admisión y de compresión). Así, los sistemas actuales son capaces de detectar con total fiabilidad fugas de más de un 1 por ciento. La combinación del análisis de las señales de ruido transmitido por la estructura y de las señales de presión permiten detectar el 90 por ciento de los fallos potenciales según el proveedor.

A la hora de sopesar los pros y los contras de los sistemas inteligentes de alerta temprana desde el punto de vista de los costes, el comprador debe tener en cuenta que, con estos sistemas, los intervalos de mantenimiento siempre se amplían y que el periodo de amortización es relativamente pequeño. Es frecuente oír que el coste de un sistema de control no debería superar el 10 por ciento del valor de la bomba, pero es conveniente no ser estricto en este punto. Es más importante evaluar la relevancia de este sistema para el cliente que fijarse solo en la relación de coste entre la solución de control y la bomba.

Redundancia: pros y contras de las bombas de repuesto

Las bombas de repuesto suelen utilizarse en el sector químico para garantizar el funcionamiento continuo del sistema (bombas A y B). El coste añadido que esto supone lleva al consumidor, inevitablemente, a preguntarse dónde y en qué condiciones puede prescindirse de una bomba de repuesto. No obstante, no hay una respuesta sencilla a este interrogante. Supongamos que un operador está pensando en prescindir de un dispositivo auxiliar para una bomba que funciona continuamente: los costes de poner en marcha y parar el sistema y los costes derivados de la pérdida de producción en caso de fallo deben compararse con el coste de una bomba auxiliar.

Tanto el operador como el proveedor asumen una gran responsabilidad si deciden no utilizar un sistema auxiliar. El producto que no vaya acompañado de sistema auxiliar deberá presentar unos niveles de calidad muy altos y las especificaciones de la bomba deberán ser mucho más precisas. Además, los sistemas de control y de alerta temprana son esenciales en estas aplicaciones. Para garantizar que las especificaciones sean correctas, los expertos aconsejan a los operadores probar la bomba en el proceso en el que se va a utilizar. Verificar la idoneidad de la bomba para el proceso durante la fase de puesta en marcha inicial da al operador la oportunidad de cambiar la bomba, y al proveedor, la de introducir mejoras.

La calidad es especialmente importante cuando la bomba es cara y el plazo hasta la puesta en marcha es muy amplio. Asimismo, a la hora de analizar la calidad, es necesario fijarse en la calidad de la propia bomba, de los datos de proceso y de los sistemas de diagnóstico y alerta temprana de la máquina. Los datos de proceso y las especificaciones deben ser fiables y reproducibles para que la bomba funcione correctamente.

Un elemento al que se debe prestar una especial atención es el proceso de fabricación del alojamiento de la bomba en la fundición o forja. No es raro oír a los operadores quejarse de la mala calidad de la fundición. Muchas veces la fundición se subcontrata en países de bajo coste, pero esta externalización no siempre va acompañada de un proceso adecuado de calificación de los proveedores. ¿Es este el precio que hay que pagar por la globalización? Los fabricantes de bombas que tengan problemas de este tipo deben actuar con rapidez.

Bombas sin empaquetaduras, sin obturadores de eje: un mercado de 200 millones de euros

A veces, los operadores tienen que utilizar bombas dotadas de juntas mecánicas elaboradas o bombas sin obturadores de eje (bombas de accionamiento magnético o bombas de motor blindado) para manipular ciertos fluidos peligrosos o contaminantes y evitar vertidos.

Los operadores tienen las siguientes opciones para evitar el riesgo de fugas:

- Bombas herméticas con accionamiento por motor blindado (contenedores de fluido primario y secundario totalmente estancos; no necesita ningún fluido de barrera)

- Bombas de accionamiento magnético (alojamiento de una pieza; es necesario controlar el estado de la junta mecánica secundaria; el fluido de barrera debe ser regenerado)

- Bombas con junta mecánica con fluido de barrera (el fluido de barrera debe ser regenerado)

- Bombas con junta mecánica con junta de funcionamiento en seco (el fluido de barrera debe ser regenerado)

La diferencia primordial entre el accionamiento por motor blindado y el accionamiento magnético es que aquel tiene contenedor de fluido secundario. La caja de conexiones y los prensaestopas tienen que ser impermeables al gas y a los fluidos, y deben estar diseñados para soportar la presión de régimen del subsistema. En caso de que el blindaje se estropeara debido a la corrosión o a la presencia de daños en un cojinete, no se pueden verter sustancias peligrosas a la atmósfera. Las bombas de accionamiento magnético pueden poner en riesgo la seguridad si fallan. La utilización de una pared doble minimiza mucho este riesgo, pero el espacio entre las paredes debe revisarse constantemente.

¿Qué volumen tiene el mercado las bombas sin sellos ni empaquetaduras (con motor blindado y de accionamiento magnético)? El sector calcula que la demanda mundial es de unos 200 millones de euros. Se calcula que el mercado europeo presenta un volumen de unos 60 millones de euros y el alemán, de unos 20 millones. La relación de las bombas de accionamiento magnético con respecto a las de motor blindado es de 2 a 1.

Tras la introducción de Atex 100a, que también se aplica a las bombas no eléctricas, esta relación se invertirá en favor de las bombas de motor blindado. Para cumplir la nueva normativa, las bombas normales (incluidas las bombas de accionamiento magnético) deben incorporar más sistemas de control para detectar situaciones tales como una temperatura excesiva o el funcionamiento en seco. El sistema de accionamiento por motor blindado es un dispositivo eléctrico que ya incorpora de por sí las características de seguridad exigidas por Atex 100.

Bombas dosificadoras: migración hacia soluciones de sistema

Hay muy pocas aplicaciones industriales donde una bomba centrífuga sea inherentemente una mala elección. No obstante, las bombas dosificadoras son uno de estos casos raros; para estas aplicaciones lo más común es utilizar bombas volumétricas. Como es obvio, en estos momentos los fabricantes están centrando más su atención en los periféricos. Basta echar un vistazo a los productos existentes en el mercado para notar una tendencia hacia soluciones de sistema. Las principales ventajas son: compras en un solo lugar y con un solo punto de contacto, eliminación de los problemas de interconexión entre los componentes y eliminación del trabajo de montaje, ya que los sistemas llave en mano se entregan totalmente montados. Además, si se solicita, el sistema puede ser instalado y puesto en marcha in situ, lo cual sirve para acabar con la mayoría de las fuentes de error.

El mercado parece estar listo para acoger los módulos independientes. La razón es que las propiedades del medio y el grado de precisión necesarios para el proceso son criterios importantes en todas las aplicaciones. Aunque un sistema de dosificación parezca sencillo, siempre tiene una dimensión holística, por lo que un sistema será superior si permite la instalación de componentes separados.

Accesorios: reducción de los costes de automatización

En las aplicaciones de automatización, se suelen exigir dos tipos de requisitos. Algunas válvulas funcionan simplemente en modo ‘on-off’, de manera que la válvula solo se mueve de una posición final a la otra. En modo de control, el caudal de una tubería se controla para detectar posibles desviaciones con respecto a un punto de ajuste. Al examinar los costes de automatización, es necesario tener en cuenta más elementos que los accesorios propiamente dichos. El tipo de actuador (manual, eléctrico, neumático o hidráulico) también influye en el coste del proyecto de automatización. Así, según las combinaciones, tendremos distintas mezclas de costes de energía, costes de funcionamiento y costes de inversión.

En comparación con los controles lineales (válvulas y cursores), el accionamiento de los controles de 90º (válvulas de charnela y llaves de paso) exige menos fuerza, de modo que se pueden utilizar actuadores más pequeños y más baratos.

A continuación, incluimos un ejemplo práctico de lo que puede significar “más barato”. En octubre de 2005, debido a un fallo técnico, se interrumpió la producción en un craqueador a vapor en una gran planta química. Los sistemas de seguridad reaccionaron adecuadamente y el gas bruto se quemó en la antorcha. La causa del problema resultó ser un “daño mecánico atípico en el actuador” de una válvula especial y los costes resultantes fueron enormes. Por cada hora que la antorcha estuvo encendida en el craqueador, la empresa perdió varios millones de euros; además, la llama tardó en apagarse varias horas. Este es un ejemplo típico de cómo un elemento relativamente “barato” puede ocasionar daños enormes.

Todas las plantas industriales de Alemania tienen que cumplir la normativa europea (Directiva IPPC 96/61/CE) y la legislación nacional desde 2007 (calidad del aire, etc.). Esta obligación afecta al sellado de los vástagos de las válvulas y al sellado de los alojamientos, y es que un elemento esencial para cumplir la norma es la calidad de los componentes de sellado y el estado de las válvulas existentes (puede que sea necesario renovarlos). Asimismo, es fundamental que las juntas estén correctamente instaladas. Otras medidas, como el uso de arandelas elásticas en los prensaestopas, por ejemplo, proporciona un margen adicional de seguridad en aplicaciones complejas de sellado. No obstante, el aumento de los costes derivado del cumplimiento de la normativa no es un gasto vano: una planificación e instalación correctas aumentan la vida útil de los equipos y amplían los intervalos de mantenimiento.

El creciente uso de soluciones unitarias es otra tendencia que se percibe claramente en la industria de valvulería, por ejemplo, manorreductores y estaciones de control de temperatura

El creciente uso de soluciones unitarias es otra tendencia que se percibe claramente en la industria de valvulería, por ejemplo, manorreductores y estaciones de control de temperatura. Para los usuarios e ingenieros, el número de componentes que deben controlar se reduce sustancialmente si hay subsistemas disponibles. El proveedor asume la responsabilidad por el correcto diseño de las válvulas, accesorios, tuberías, etc. que se instalan en la unidad y que deben cumplir con la legislación y normas aplicables. El proveedor también se ocupa de la certificación y proporciona una batería completa de documentación.

Las ventajas potenciales para los operadores —que tienen muy en cuenta los costes del ciclo de vida a la hora de adquirir las bombas y accesorios— van más allá de una simple reducción en los costes de energía. Si un dispositivo, una bomba o un accesorio, presenta unos costes menores de ciclo de vida, seguramente sea mejor para el sistema y el proceso, y tenga menos posibilidades de fallar. A veces, es necesario examinar alternativas nuevas; un estudio publicado recientemente señala que en ciertos casos optar por una solución nueva puede ser una buena inversión. El análisis del ciclo de vida es una buena base para comparar los distintos diseños de las bombas; puede haber diferencias considerables. Por otro lado, los costes del ciclo de vida no suelen variar mucho entre bombas que, aunque sean de fabricantes distintos, tienen un diseño similar.

VÍDEOS DESTACADOS

TOP PRODUCTS

ENLACES DESTACADOS

ExposólidosSmagua 2017

ÚLTIMAS NOTICIAS

OPINIÓN

OTRAS SECCIONES

SERVICIOS