19.3.- Causas de las Vibraciones en las Bombas Centrífugas

Instintivamente en la industria valores de vibración por arriba de 0,2 in/seg. o 5 mm/seg es un indicativo de mal funcionamiento en el equipo, sin referirse a ninguna norma en particular. Para la evaluación del mal funcionamiento con la herramienta de vibraciones se combina la amplitud o la velocidad de la vibración con la frecuencia a la cual se manifiesta esta vibración. Por ejemplo si la vibración se presenta a 1x indica que la vibración se está presentando a una frecuencia similar a la velocidad de giro, es decir que si la velocidad de giro es 3.600 RPM y observamos vibración a 1x, tendremos que la vibración se está presentando a 3.600 ciclos/minutos o a 60 Hz, ahora si la vibración se presenta a 2x tendremos que se está magnificando a dos veces la velocidad de giro y tendremos entonces 7.200 ciclos/minuto o 120 Hz.

Las vibraciones en las bombas tienden a incrementarse y superar los límites considerados como normales debido a daños o defectos en la fundación, desalineación entre la bomba y el equipo impulsor, desbalance del rotor, bajo NPSHA, vórtices, pulsaciones de presión, inestabilidad hidráulica, cavitación, resonancia, holgura excesiva, daños en los cojinetes y una serie de eventos adicionales.

La bibliografía existente provee mucha información sobre las vibraciones de naturaleza mecánica, sin embrago discuten muy poco sobre la naturaleza de las vibraciones originadas por las fuerzas hidráulicas en una bomba.

Una buena práctica para evitar complicaciones hidráulicas que pudiesen generar altas vibraciones en las bombas centrífugas es operar las bombas a caudales próximos al BEP, no mantener en servicio bombas con flujo muy por arriba de su caudal de diseño y finalmente no operar bombas a muy bajo flujo. El API 610 establece un rango de operación preferencial de entre 70 y 120% del BEP.

Las principales causas de vibración en las bombas centrífugas se describen brevemente a continuación:

a.- Desbalance: El desbalance es el líder en las causas de vibración anormal en las bombas. Se presenta normalmente a 1x (la frecuencia de vibración es una vez la velocidad de trabajo de la bomba). En esta situación la vibración radial esta fuera de fase, es errática y la vibración axial se encuentra en fase y es estable. El desbalance ocurre debido a que el centro de masa del rotor es distinto al centro de rotación del motor. Las principales causas del desbalance son desgaste, ajuste inadecuado de los impulsores, fallas en la fundición de los impulsores, fracturas, roturas, etc. La figura 19-8 muestra un espectro de vibración de un problema con una amplitud marcada a 1x la velocidad de trabajo.

b.- Desalineación: La desalineación ocurre cuando los centros de rotación del eje del motor y el eje de la bomba están fuera de línea uno con el otro. Existen dos tipos de desalineación la desalineación angular y la desalineación paralela. En la desalineación angular los centros de rotación de los dos ejes hacen un ángulo presentando vibración a la frecuencia de 1x velocidad de rotación, si se observa alta vibración axial a 1x y 2x RPM, se observa también una diferencia de fase de 180 grados cuando se mide la vibración axial en las dos secciones del acoplamiento. En la desalineación paralela la mayor magnitud de la vibración radial se observa a 2x, aunque presenta componentes a frecuencias 1x y 3x. En estos casos la vibración axial se encuentra fuera de fase y es estable, la vibración radial entra y sale de fase continuamente.

c.- Recirculación en el Impulsor: La recirculación en el impulsor y holguras inadecuadas pueden causar vibración axial. Operar a flujos muy por debajo del Punto de Mejor Eficiencia causa recirculación a la succión y a la descarga del impulsor tal como se indicó en la sección 8 correspondiente al Flujo Mínimo. Esta recirculación causa vibración y pulsaciones que se manifiestan a frecuencias entre 0,1x y 0,2x. En este tipo de fenómeno la vibración axial está en fase, pero es errática, así como la vibración radial que está en fase, pero también es errática.

d.- Inestabilidad Dinámica: La inestabilidad dinámica, que origina vibraciones indeseables en las bombas es causada por holguras excesivas en los cojinetes, lubricación marginal, latigazo de aceite. Esta inestabilidad se manifiesta a frecuencias entre 0,3x y 0,6x. Aquí la vibración axial está en fase y es errática; la vibración radial está fuera de fase, pero es estable.

e.- Inestabilidad Hidráulica; El incremento de la holgura de los anillos de desgaste de los pistones de balance y sellos inter-etapas o la por operación fuera del BEP las condiciones de mejor Eficiencia y los remolinos en la descarga del impulsor causan inestabilidad hidráulica. Otro factor con influencia determinante en esta inestabilidad es el ajuste incorrecto de los “Gap A y B”. La vibración causada por estos desbalances se produce a una frecuencia que va desde 0,4x a 0,9x. La vibración axial está en fase, es errática y la vibración radial está fuera de fase, pero es estable.

f.- Paso de Alabe; Esta vibración es común en las bombas centrífugas sobre todoslas multietapas no es una vibración que genere suficiente energía para causar daños directos sin embargo genera ruido y al final la vibración puede causar falla de los cojinetes y desgaste de los componentes. La vibración por paso de alabe se presenta a un múltiplo de la velocidad por el número de alabes del impulsor a la denominada frecuencia de paso de alabe ¨Blade Pass Frecuency¨ El resultaría en Zx, donde Z es el número de alabes y X sería la frecuencia. En este caso se observan también picos de vibración a 2Zx y 3Zx. La figura 19-9 muestra cómo se vería el espectro cuando hay información a las frecuencias Zx que representa el paso de alabe.

g.- Cavitación; La cavitación genera una vibración caótica, sin patrón determinado a alta frecuencia con un ancho grande de banda, generalmente se superpone con las frecuencias de paso de alabe. La gran cantidad de eventos generados por el colapso de las burbujas genera estos picos de vibración a alta frecuencia. La figura 19-10 muestra un diagrama indicando como sería un espectro de frecuencia por cavitación.