RODAMIENTOS EN BOMBAS CENTRIFUGAS

Las bombas centrifugas tipo ANSI[1] constan de dos tipos de rodamientos para soportar las cargas que se dan en el manejo del fluido. Un rodamiento radial por lo general de la serie 62XX /63XX y un rodamiento axial de la serie 33XX/53XX ("double row angular contact bearing") o dos rodamientos apareados de la serie 72XX/73XX ("single row angular contact bearing") . Ver figura 1.

[1] ANSI/ASME B73.1-2001 , Specification for Horizontal End Suction Centrifugal Pumps for Chemical Process

Figura 1. Corte Seccional en Bombas Centrifugas


Los fabricantes (OEM) especifican en sus Manuales de Operación y Mantenimiento los tipos de rodamientos para cada equipo en particular. La información de la tabla 1 es un ejemplo de las referencias especificadas por Goulds Pump para una bomba 3196 en los tamaños STX, MTX, LTX y XLT. Esta información es ingresada a las bases de datos del Departamento de Compras que es la encargada de realizar las compras y entregar a Mantenimiento el repuesto.

Tabla 1. Designaciones para rodamientos radial (interno) y axial (exterior) en bombas Goulds 3196. Fuente: Manual de mantenimiento y Operaciones familia Bombas Ansi - Goulds Pump

Es practica común instalar rodamientos axiales en las bombas centrifugas teniendo en cuenta la disponibilidad del mercado, o mejor dicho, lo que el proveedor de rodamiento tenga en su inventario. Es así como se instalan rodamientos en estos equipos sin tener en cuenta los sufijos y características especiales de cada rodamiento. Factores como el tipo de jaula, la lubricación requerida, las precargas y tolerancias internas, son temas que no se tienen en cuenta al momento de la instalación de rodamientos y que afectan considerablemente la confiabilidad y el tiempo de servicio de los equipos.

EJEMPLO

Para una bomba Goulds 3196 LTX el fabricante especifica para su rodamiento axial dos rodamientos 7310 BECBM apareados "back to back". ver figura 2.






Figura 2. Dispocición de rodamientos en bomba Goulds 3196 LTX

Para esta reparación, la sección de compras recibe la solicitud por parte de Mantenimiento de comprar dos rodamientos 7310 BECBM. Los provedores de repuestos en sus cotizaciones ofertan dos rodamientos 7310 BEP y manifiestan al Departamento de Compras que estas dos designaciones son "iguales" y la recepción en bodega se realiza sin ningun distingo entre los dos "apellidos" del rodamiento.

Efectivamente, desde un punto de vista dimensional estos dos rodamientos son iguales, los diametros interiores y exteriores son iguales y se podrian instalar sin ningun problema. Pero veremos que existen diferencias importantes en la confiabilidad y el tiempo de vida de los rodamientos dependiendo cuales se instalen.

Rodamiento 7310 BECBM

73 = Serie del rodamiento ("single row angular contact bearing")
10 = Diametro de eje = 10 X 5 = 50 mm
B = 40° angulo de contacto
E = Diseño optimizado
CB = Rodamiento para aparear universalmente
M = Jaula de bronce mecanizada

Rodamiento 7310 BEP


73 = Serie del rodamiento ("single row angular contact bearing")
10 = Diametro de eje = 10 X 5 = 50 mm
B = 40° angulo de contacto
E = Diseño optimizado
P= Jaula en poliamida

Analizando detalladamente los sufijos en la designación de ambos rodamientos, encontramos diferencias significativas que hacen que un rodamiento tenga mas vida util, menores niveles de vibración y ruido y en genearal asegura la tranquilidad requerida para las prododucciones de plantas , veamos:

TIPO DE JAULA

La designación M en 7210 BECBM corresponde a una jaula de Bronce maquinada y la designación P en 7210 BEP corresponde a una jaula de material polimerico (Poliamida).

Figura 3. Tipos de Jaulas para rodamientos.

Son varias las ventajas que presenta una jaula de bronce maquinada a una de poliamida. Entre las principales se cuentan:

-Las jaulas de bronce maquinadas son diseñadas [1] para trabajar hasta 250 °C y en bombas de servicio pesado.

-Una jaula de poliamida puede trabajar adecuadamente si no se sobrepasan los 100°C.

- La jaula de bronce maquinada es más estable químicamente ante cualquier tipo de lubricante. La jaula de poliamida puede ser atacada por el aceite y el medio ambiente donde trabaja.

- Algunos fabricantes de Bombas centrifugas y usuarios no recomiendan el uso de rodamientos con jaula de poliamida.
[1] http://www.skf.com/portal/skf/home/products?maincatalogue=1&lang=en&newlink=1_0_59

DISEÑO DEL RODAMIENTO

Cuando se instala dos rodamientos de la clase 72/73 apareados para aplicaciones en bombas centrifugas es importante que sean del tipo para aparear universalmente. Esto asegura que cuando se instalen, no hay necesidad de realizar ningun ajuste ya que la precarga o juego es obtenida por el diseño y solamente hay que fijar el rodamiento al eje y a la caja de rodamiento (housing bearing).

En SKF , Los rodamientos para apareamiento universal incluyen un sufijo en su designación para indicar el juego interno (CA, CB, CC) o la precarga (GA, GB, GC) de un conjunto de dos, antes del montaje. Ver figura 4.




Figura 4. Designaciones en rodamientos SKF de contacto angular

El sufijo CB , significa un juego interno normal y es determinado por las tablas de juegos y precargas dadas por SKF. Ver Tabla 2.

Tabla 2. Juelgo y precargas en rodamientos SKF para aparear universalmente. Fuente http://www.skf.com/portal/skf/home/products?lang=es&maincatalogue=1&newlink=1_3_6

Para un rodamiento SKF 7310 BECBM de diametro interno 50 mm , el juego axial es minimo de 0.026 mm (aprox. 0.001") y maximo de 0.038 mm (aprox. 0.0015"). Estos valores corresponden a los listados en el Manual de Operación y Mantenimiento del Grupo de Familias Ansi de Goulds Pump.

Si el juego del rodamiento en funcionamiento es demasiado grande, la capacidad de carga de los rodamientos no se aprovechará al máximo; por otro lado, una precarga excesiva producirá más fricción y temperaturas de funcionamiento aún mayores, reduciendo la vida útil del rodamiento.

CONCLUSION

Se subestima la importancia de los diseños de rodamientos y sus sufijos al momento de realizar mantenimiento a bombas centrifugas. Variaciones en las designaciones del rodamiento suministrada por el fabricante puede reducir drásticamente el tiempo de operación del equipo y dependiendo las condiciones operativas se pueden producir daños catastróficos.

Muchos de los procesos de compra de rodamiento se especifican abiertamente por la referencia de las clases ( Ej.: 7210) , pero en ciertas aplicaciones es estrictamente necesario seguir las indicaciones de los fabricantes con el fin de lograr los tiempos de operación esperados.

Fuentes:
1) Pump user's Handbook: life extension, Heinz P. Bloch , The Fairmont Press, Inc., 2004

Jose García Atencia

jose.garcia.atencia@gmail.com

Ing. de Confiabilidad

Barranquilla , Colombia

SELLO SECO EN TURBINA A VAPOR

Las turbinas de vapor de una etapa simple son muy comunes en las empresas petroquímicas y principalmente se usan como equipos motores de bombas y compresores de proceso. Los fabricantes que poseen el mercado de estos equipos son: Dresser Randand (Coppus) y Elliott. La figura 1 muestra un diagrama seccional de este tipo de turbinas.


Figura 1. Turbina de vapor Elliott YR

Uno de los factores que afectan el MTBF en estos equipos es el desgaste en el tiempo y la falla prematura en los sellos de carbón, ver figura 2. Cuando se produce una falla en estos dispositivos se presentan escapes de vapor que se condensan y entran a la caja de cojinete. Con el tiempo el aceite en presencia de agua pierde sus propiedades y se presentan fallas en los cojinetes por una lubricación inadecuada. Ver figura 3

Figura 2 Sellos de carbon en turbina de vapor

Figura 3. Falla en cojinete

Otro de los factores importante a tener en cuenta cuando se presentan las fallas en los sellos de carbón en estas turbinas es el costo de la fuga. Las empresas tienen montada una infraestructura para generar vapor que incluye calderas, bombas de alimentación, adición de químicos etc. Cada vez que se presenta un escape de gran magnitud se incurren en costos para generar este vapor que se desperdicia.

Unas de las soluciones que se pueden implementar para corregir esta falla es la actualización de los sellos de la turbina por un sellos mecánico del tipo seco, Figura 4 . Esta tecnología ha sido ampliamente comprobada a nivel mundial y puede dar respuesta a las constantes paradas no programadas por fallas de cojinetes en turbinas de vapor.




Figura 4. Sello mecánico John Crane 28ST

Una de las ventajas en esta actualización, es que los fabricantes de sellos han podido diseñar sus sellos de tal forma que se adapten a la turbina sin la necesidad de realizar ningún cambio en la carcasa o componentes internos. Esto ultimo reduce el tiempo para la implementación que no debe ser mayor a dos día de trabajo en turnos normales de mantenimiento.

Otras de las ventajas de esta tecnologia son:

- Periodo de vida mayor. (5 a 7 años)

- Reduce la fuga de vapor en un 95% y mejora la eficiencia de la turbina.

- Reduce el riesgo de contaminación de aceite de chumaceras y tiempos muertos.

- Elimina la necesidad de condensadores, extracción de vapor y tubería asociada (esto reduce los costos de mantenimiento).

- Elimina el desgaste del eje ocasionado por el contacto con los anillos de carbón.

- No se requiere precalentamiento para el arranque de la turbina .

- Sistema de sellado mas seguro.

- No requiere realizar ninguna modificación extra al equipo.

Entre los fabricantes de Sellos Mecánicos con más experiencia en este tipo de aplicaciones se encuentran los siguientes.

John Crane (modelo 28ST: http://www.johncrane.co.uk/PDFs/S-28ST.pdf)

A continuación se muestra una serie de fotografías de una actualización realizada en una Turbina Coppus RLHA24 con vapor de exhosto de 5.5 kg/cm2. Este trabajo fue realizado en Enero de 2009 en Monomeros Colombo-Venezolanos en Barranquilla, Ver figura 5.

Las caracteristicas y condiciones de operación se muestran en la tabla 1.:

Tabla1. Condiciones oprativas de la turbina Coppus RLHA24


Figura 5. Turbina Coppus RLH24 en taller para cambio de sellos

Después de instalada la turbina en su sitio de trabajo se han realizado un seguimiento estricto para verificar el estado del aceite, escapes de vapor y la temperatura de las cajas de cojinetes. Los resultados obtenidos son los siguientes:

- Eliminación de los escapes de vapor por los sellos.

- Disminución de 10° grados en la temperatura de la caja de cojinete lado gobernador

- Los analisis de aceite en las cajas de cojinetes no muestran presencia de agua.

- Disminución del nivel sonoro en la maquina.

Los costos de actualización sin incluir la mano de obra y las perdidas de producción para este trabajo pueden estar por el orden de USD$10.000 Usd por sellos mecánico para una turbina tipo Coppus RLHA24 si se realizan con la asistencia del fabricante del sello. Los Valores de esta actualización pueden aumentar considerablemente se ejecutan por medio del OEM.

José García

jose.garcia.atencia@gmail.com

Ing. Confiabilidad

Articulo relacionados: Sellos de Carbon en Turbinas de Vapor . Guia practica de mantenimiento

http://tec-eimecun.blogspot.com/2009/09/sellos-de-carbon-en-turbinas-vapor-guia.html