Noticias

Jul 19, 2023

Pruebas de rendimiento de bombas centrífugas

El propósito de las pruebas es verificar el diseño del producto y garantizar la integridad mecánica. La prueba se completa para demostrar el cumplimiento de los estándares de la industria y del cliente y para producir un resultado final.

El propósito de las pruebas es verificar el diseño del producto y garantizar la integridad mecánica. La prueba se completa para demostrar el cumplimiento de los estándares de la industria y del cliente y para producir un registro final del rendimiento de la bomba en condiciones controladas. Además de las especificaciones del usuario, durante la prueba se deben seguir ciertos estándares de la industria. Estos estándares se enumeran a continuación.

API 610 dice que todas las bombas API vendidas según el estándar serán sometidas a pruebas de rendimiento. Hay varias clases para probar bombas API. Algunas pruebas enumeradas están fuera del estándar API, pero ocasionalmente el comprador las requiere. Estas clases se describen a continuación.

Funcionamiento mecánico: una prueba para garantizar la integridad mecánica de la bomba. Esto significa que la bomba funcionará sin problemas mecánicos, que incluyen mantener una temperatura aceptable en los cojinetes, niveles de vibración y sin fugas de los sellos o empaquetaduras. La duración de la prueba es sólo suficiente para verificar que la bomba funcionará satisfactoriamente en el campo y que la temperatura del cojinete se estabilizará.

Se debe tomar un punto de datos en la condición de diseño para verificar que el ajuste del impulsor sea correcto.

Prueba de rendimiento: una prueba de rendimiento es una prueba completa que cumple con las especificaciones API 610. Las mediciones se toman de conformidad con los estándares de prueba ASME PTC y HI. Durante la prueba de rendimiento, se toman suficientes datos para definir completamente la curva, que suele ser de seis o más puntos. Se toma la vibración en cada punto, así como un registro continuo de la temperatura del rodamiento.

La bomba debe funcionar satisfactoriamente dentro de los límites especificados. La duración de la prueba debe ser lo suficientemente larga para estabilizar la temperatura del rodamiento. La bomba debe funcionar a la velocidad de campo como se muestra en la hoja de datos, a menos que se acuerde lo contrario.

Prueba NPSH: La prueba de altura neta de succión positiva (NPSH) es una prueba para determinar el rendimiento de succión de una bomba. Para realizar una prueba de NPSH, la presión se reduce gradualmente en la línea de succión hasta que la bomba entra en el inicio de la cavitación. Esto generalmente se define por una caída del 3% en la altura o, en el caso de una bomba multietapa, una caída del 3% en la altura de la primera etapa.

Los puntos de datos, que incluyen el NPSH y la altura total de la bomba, se toman hasta que la altura total comienza a disminuir. La capacidad se mantiene a un caudal predeterminado constante. Para las pruebas de desarrollo, se deben recopilar suficientes datos para definir completamente el punto donde la bomba deja de funcionar. La imagen 2 muestra una curva típica para una prueba NPSH completa.

Prueba de cadena: Una prueba de cadena es una prueba especial, generalmente solicitada por el cliente, en la que la bomba y el motor y posiblemente otros componentes del tren de transmisión, como una caja de cambios, se configuran, generalmente en la base de trabajo, y se ejecutan como un conjunto para un período de tiempo determinado.

El tren funciona a velocidad de campo a menos que se especifique lo contrario, en cuyo caso se requeriría un variador de frecuencia (VFD). Durante la prueba, las lecturas se toman según lo especificado por el usuario y generalmente incluyen: capacidad, altura, caballos de fuerza (hp) del conductor y vibración en todos los componentes del tren, la temperatura de los cojinetes de los componentes y la temperatura del agua. Esta es una prueba altamente especializada.

Prueba presencial: Cualquiera de las pruebas anteriores puede ser presenciada por el cliente. Esta suele ser una prueba con costo adicional. Por lo general, se ejecuta una prueba estándar antes de que el cliente sea testigo de la prueba para garantizar que la bomba esté funcionando según las expectativas. Cualquier problema encontrado durante la prueba previa podrá corregirse antes de la llegada del cliente.

Instrumentación: Toda la instrumentación utilizada durante las pruebas debe ser de la más alta precisión y confiabilidad, estar calibrada según los estándares nacionales y ser rastreable hasta el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST). La precisión mínima típica para instrumentación de presión y capacidad es de +/- 0,1%. Las lecturas de caballos de fuerza serán al menos +/- 0,5%.

Durante una prueba, se realizará una medición de capacidad, altura de succión, altura de descarga, hp, velocidad, vibración y temperatura (prueba de agua y cojinetes). La temperatura del cojinete incluirá la temperatura del cárter de aceite y la temperatura del cojinete (solo cojinetes lisos). Simplifica las pruebas si los transductores de presión (manómetros) están calibrados en presión absoluta. La calibración a presión absoluta simplifica los cálculos de altura y NPSH y elimina las variaciones en la presión atmosférica, eliminando la necesidad de tomar la presión barométrica durante la prueba.

En cada punto de capacidad, se toman datos de altura de succión y descarga, hp y velocidad. A partir de estos parámetros se calcula la eficiencia mecánica de la bomba. Cuando es necesario, se realiza una prueba de NPSH y se realizan cálculos para determinar el NPSH. La fórmula utilizada para estos cálculos se muestra en la Ecuación 1.

H = Hdisch – Hsucción +

( V2disch/ 2g -V2succión/2g) +/- h

Dónde

H = altura total de la bomba en pies

Hdisch = la altura de presión en pies (metros) absolutos en el grifo de la tubería de descarga (libras por pulgada cuadrada absoluta [psia] en el grifo de presión de descarga) /2,31 para agua con una gravedad específica de 1

Hsucción = La altura de presión en pies (metros) absolutos en el grifo de succión (psia en el grifo de presión de succión) /2,31 para agua con una gravedad específica de 1

V2disch/2g = altura de velocidad del fluido en la tubería de descarga (V = 0.00259 * galones por minuto [gpm]2/(ID)4) donde el ID está en pulgadas

V2suction/2g = altura de velocidad del fluido en la tubería de succión (V = 0.00259 * gpm2/(ID)4) donde el ID está en pulgadas

g = constante de gravitación de la tierra (32,174 pies/seg2)

h = diferencia en la elevación de los manómetros de presión de succión y descarga, si los hay, en pies (metros)

Eficiencia = Q * H/(hp* 3960)

Dónde

Q = capacidad en gpm estadounidenses

H = cabeza en pies de líquido (agua)

caballos de fuerza = caballos de fuerza

3960 es el factor de conversión de unidades inglesas.

NPSH = ha + V2succión/ / 2g–hvp– hst

Dónde

ha = presión absoluta (en pies de líquido) medida en la toma de presión de la tubería de succión.

V2Succión/2g = altura de velocidad del fluido en la tubería de succión (V = 0.00259 * gpm2/(ID)4) donde el ID está en pulgadas.

hvp = la altura en pies correspondiente a la presión de vapor del líquido a la temperatura del fluido que se bombea

hst = la cabeza estática en pies que la toma de presión de succión está por encima o por debajo de la línea central del impulsor o del ojo del impulsor

Cuando se prueba con un motor de inducción, la velocidad del motor disminuye a medida que aumenta la carga. Esto se llama deslizamiento, ya que la velocidad disminuye (deslizamientos desde la velocidad sincrónica) a medida que aumentan los hp. Es deseable presentar las curvas de la bomba a una velocidad constante, por lo que los datos (capacidad, altura y hp) deben normalizarse a una velocidad constante.

Esta corrección de la velocidad se calcula utilizando una relación llamada leyes de afinidad. Las leyes establecen que la capacidad varía en proporción a la velocidad, la cabeza por el cuadrado de la velocidad y los hp por el cubo de la velocidad. Este principio se utiliza para corregir todos los puntos tomados durante una prueba a una velocidad constante o para corregir los datos de bombas probadas a una velocidad diferente a la velocidad indicada en la hoja de datos.

Las tuberías de succión y descarga deben diseñarse de acuerdo con ASME PTC. Las tomas de presión de descarga están ubicadas de cinco a siete diámetros desde la brida (se prefieren siete diámetros) y al menos dos diámetros después de la toma de presión. El propósito de esta ubicación es permitir que el perfil de flujo se iguale antes de tomar la medición. Esto significa que los tubos de prueba de conexión deben tener al menos siete diámetros de largo (se prefiere nueve diámetros). La toma de presión está ubicada dos diámetros antes de la brida de succión y de cinco a siete diámetros después de la brida de descarga. Las tuberías de succión y descarga deben tener un diámetro interior liso para evitar turbulencias.

Las tomas de presión están ubicadas a 90 grados de distancia en la línea central. Un grifo se utilizará como ventilación (instalado en la línea central superior para tuberías sin ventilación automática) y el otro para medir la presión se ubicará en la línea central horizontal. Las tomas de presión deben realizarse de acuerdo con la Imagen 1. El orificio de perforación es de 1/8 de pulgada y la conexión suele ser un medio acoplamiento con rosca de tubería nacional (NPT) de 1/4 de pulgada.

Una instalación de prueba típica incluye un sistema de circuito cerrado donde se bombea agua desde un tanque de supresión a través de un circuito. Preferiblemente, el tanque está ubicado debajo del nivel del suelo para que la prueba de NPSH se pueda realizar con una mínima estrangulación de la succión. Durante una prueba, el agua se extrae del tanque hacia la bomba y luego sale por la descarga de la bomba, donde fluye a través de una válvula de control y un medidor de flujo antes de regresar al tanque. Consulte la Imagen 4 para ver un esquema de las tuberías de prueba y la instrumentación.

El tanque de supresión debe tener una capacidad nominal de al menos 50 psi (preferiblemente 150 psi) y vacío de presión cero absoluto. La presión del tanque debe poder controlarse desde casi el cero absoluto hasta 100 libras por pulgada cuadrada absoluta (psia) o más. La presión se controla mediante una bomba de vacío y un compresor de aire para producir la presión de succión deseada. Los caballos de fuerza se miden utilizando motores calibrados y vatímetros o un medidor de torsión.

Se toman lecturas de velocidad precisas en cada punto de datos. Esto puede ser tan simple como una luz estroboscópica y un cronómetro donde la luz estroboscópica se ajusta a la velocidad sincrónica del motor y los deslizamientos del motor se cuentan y se deducen de la velocidad sincrónica. La opción más común es un tacómetro acoplado al motor o incluido en el torquímetro. La precisión debe ser de más o menos 1 rotación por minuto (rpm).

Al observar una prueba, es importante que el testigo comprenda plenamente lo que está sucediendo. Aunque una prueba de rendimiento es altamente especializada, no es demasiado complicada. Todos los principales fabricantes y varios talleres de reparación independientes tienen una o más instalaciones de prueba.

Norma 610 del Instituto Americano del Petróleo, 12.ª edición

Instituto Hidráulico “Pruebas de bombas centrífugas”, ANSI/HI 1.6-2000

Instituto Hidráulico “Pruebas de bombas verticales”, ANSI/HI 2.6-1994

Códigos de prueba de potencia ASME, ASME PTC 8.2-1990

Charles Goodrich es consultor de PumpWorks, LLC con más de 50 años de experiencia en la industria de las bombas. Tiene un título en ingeniería mecánica de la Universidad Tecnológica de Luisiana. Puede comunicarse con Goodrich en [email protected]. Para obtener más información, visite www.pumpworks.com.