El equilibrado en húmedo reduce hasta en un 70 % las vibraciones del impulsor S-tube® de Grundfos para bombas de aguas residuales

Un desequilibrio que permitió alcanzar el equilibrio
Solución de equilibrado en húmedo

Los impulsores cerrados se utilizan desde hace décadas, pero hasta ahora presentaban problemas de vibraciones, obstrucciones y baja eficiencia en las aplicaciones con aguas residuales.

Cuando los ingenieros de Grundfos desarrollaron el impulsor S-tube®, examinaron tres aspectos principales:

- eficiencia;

  • obstrucciones; y
  • vibraciones.

Al principio se centraron en resolver los dos primeros problemas, tal como comenta Flemming Lykholt-Ustrup, director de mecánica e hidráulica de Grundfos Holding A/S. Los impulsores S-tube® de Grundfos no sólo ofrecían un paso libre esférico sin riesgos a través de la bomba, sino que además su eficiencia era un 20 % mayor en comparación con los impulsores de canal convencionales.

ILUSTRACIÓN 1: Rendimiento del impulsor S-tube® integrado en una bomba Grundfos SL1 de aguas residuales de 15 kW. La eficiencia hidráulica de la bomba en más de la mitad del rango de caudal es superior al 75 %. Fuente: Grundfos

El último problema que había que solventar era el de las vibraciones.

“Con un impulsor de varias palas, el fluido y la presión se distribuyen de forma más uniforme por todo el perímetro del impulsor, mientras que en un impulsor monocanal la distribución de presión es asimétrica”, explica Flemming Lykholt-Ustrup. “El impulsor monocanal convencional, de uso muy extendido, tiene la gran ventaja de que ofrece una elevada eficiencia hidráulica; sin embargo, los problemas potenciales de vibraciones son de sobra conocidos”.

Búsqueda de una solución para las vibraciones

Las vibraciones siempre han sido un problema para los impulsores y también lo fueron al principio para el nuevo impulsor S-tube® de Grundfos. Aunque el impulsor demostró su eficiencia y solidez en los primeros ensayos de laboratorio, presentaba un nivel excesivo de vibraciones. Las vibraciones pueden provocar desgaste prematuro de los componentes, daños en los cierres mecánicos y los bobinados de cobre, pérdida de potencia e incluso fallos en la bomba.

Habitualmente, los niveles aceptables de vibraciones para el impulsor de una bomba oscilan entre 3 y 7 mm/s. Sin embargo, estos niveles son válidos para impulsores de varias palas y bombas para agua limpia. No existen especificaciones para las bombas de aguas residuales con impulsor monocanal. Por este motivo, los niveles de vibraciones en las bombas de aguas residuales son a menudo mayores. Esto se debe a las características hidrodinámicas de las bombas monocanal y al contenido variable de sólidos y aire de las aguas residuales, así como a las variaciones del caudal de entrada. Aunque no es una situación idónea, en el sector del tratamiento de aguas residuales se han tolerado en gran medida unos niveles elevados de vibraciones.

Grundfos se propuso cambiar estos estándares mediante la reducción de los niveles de vibraciones hasta valores inferiores a los de bombas de aguas residuales con impulsores de varias palas, tal como señala Flemming Lykholt-Ustrup.

Vídeo: Optimización de las fuerzas hidráulicas y el par en el impulsor S-tube® de Grundfos.

El equilibrado en húmedo es la respuesta
Un tipo específico de vibraciones es el asociado al desequilibrio, propio de la maquinaria rotativa. Una de las principales misiones del impulsor S-tube® de Grundfos es minimizar el nivel de vibraciones (y, por tanto, el nivel de ruido) para garantizar una vida útil lo más extensa posible de los componentes críticos, como los cojinetes y las caras de los cierres mecánicos.

“La estrategia convencional para reducir el desequilibrio y conseguir que el motor funcione de forma más silenciosa es minimizar el desequilibrio de los componentes giratorios, evitando así las vibraciones”, señala Flemming Lykholt-Ustrup. “Pero esto no es suficiente debido a la variabilidad de las fuerzas de presión”.

Grundfos adoptó otra estrategia para reducir el desequilibrio en las bombas: el equilibrado en húmedo.

“El equilibrado en húmedo es un método de equilibrado estático y dinámico, similar al que se utiliza para equilibrar los neumáticos de los coches”, explica. “La diferencia es que, en el caso del equilibrado en húmedo, el impulsor se encuentra en perfecto equilibrio cuando la carcasa y el impulsor de la bomba están sumergidos o llenos de agua. Al estar en perfecto equilibrio debajo del agua, garantizamos unas condiciones de funcionamiento óptimas. En algunos casos, los niveles de vibraciones son inferiores a los asociados a motores normalizados estándar”. Asimismo, añade que en el sector de las bombas se han probado métodos similares de equilibrado en húmedo en el pasado, pero sin éxito.

El equilibrado en húmedo consiste en generar intencionadamente un desequilibrio mecánico para contrarrestar las fuerzas dinámicas variables generadas por las fluctuaciones de presión dentro de la bomba.

Tal como comenta, esta estrategia no permite abordar todo el espectro de fuerzas variables, pero sí hace posible tratar una fuente principal de excitación.

Asimismo, explica que, para reducir la excitación básica de la bomba, Grundfos combinó las fuerzas hidráulicas variables con las fuerzas mecánicas variables creadas por el equilibrado en húmedo para alcanzar un estado de equilibrio.

“Calculamos las fuerzas que actúan sobre el impulsor cuando está bombeando, es decir, la fuerza directa y el par. Obviamente, estas cambian en función del caudal que atraviese la bomba”, señala. “No podemos hacer que todas estas fuerzas desaparezcan. Debemos compensarlas para lograr el equilibrio. Por eso, hemos creado nuestro propio manual de instrucciones con los pasos para desequilibrar el impulsor”.

Los ensayos realizados han permitido constatar una reducción importante de las vibraciones. Al introducir el equilibrado en húmedo en sus impulsores monocanal S-tube®, Grundfos ha conseguido reducir los niveles de vibraciones entre un 50 y un 70 %, afirma Flemming Lykholt-Ustrup.

Según explica, estos resultados se traducen en bombas más robustas y fiables para Grundfos, ya que el equilibrado en húmedo de los impulsores y rotores resulta esencial para prolongar la fiabilidad y el funcionamiento de los sistemas de bombas.

Obtenga más información sobre el impulsor S-tube® de Grundfos y las gamas de bombas SL1 y SE1 de aguas residuales (con potencias comprendidas entre 1,5 y 30 kW) que lo incorporan.

Consulte el folleto del producto.

Referencias
Norma API 670
Directrices de Europump sobre vibraciones, primera edición (julio de 2013)
Norma ANSI/HI 9.6.4-2009

Autor del artículo: Bryan Orchard





    Facebook Twitter LinkedIn Technorati