Cómo reducir el costo total de los sistemas de bombeo con un buen diseño

Cuando de lleva a cabo la construcción de una nueva instalación o refinería, a menudo, el nuevo espacio incluye una media de 500 a 3000 bombas lo que genera un costo total de propiedad de los sistemas de bombeo que requiere de la inversión de todas las partes interesadas, incluidos los usuarios de los equipos, los consultores de diseño y los contratistas de ingeniería y construcción. Estas partes interesadas aportan su contribución a los parámetros de diseño de las bombas, como el tipo de fluido, la composición química, la temperatura y el tamaño/cantidad de partículas presentes.

Con las múltiples partes interesadas que intervienen en la especificación de los parámetros de diseño y el deseo inherente de garantizar que el equipo sea capaz de realizar el trabajo, puede ser habitual que se apliquen y se agraven los márgenes de seguridad. Las bombas centrífugas están diseñadas para funcionar de forma óptima en un punto de funcionamiento. La acumulación de márgenes de seguridad y error de unos pocos puntos porcentuales puede dar lugar a que las bombas no se dimensionen de forma correcta, proporcionando un bajo rendimiento y experimentando un fallo prematuro.

Al seleccionar las bombas centrífugas hay que alinear el punto de funcionamiento del proceso cerca del punto de mayor rendimiento de la bomba (BEP) para garantizar la fiabilidad y el mínimo desgaste a lo largo del tiempo. En el BEP, la bomba funciona con el máximo rendimiento, ya que el flujo pasa a través de la bomba con la menor cantidad de turbulencias. En resumen, cuanto más se acerque una bomba a su BEP, más durará y mejor funcionará.

Las bombas centrífugas que funcionan más cerca del BEP proporcionarán un valor óptimo a lo largo del tiempo. A medida que el punto de funcionamiento se aleja del BEP, puede producirse una disminución de la vida útil en áreas como el desgaste de la carcasa y el impulsor, fallos de las juntas y fallos de los cojinetes. Además, los caudales más elevados pueden aumentar la altura de aspiración positiva neta necesaria (NPSHr), lo que puede provocar daños en el impulsor y reducir la generación de altura. Por ello, hay que tener cuidado para conseguir los requisitos correctos de caudal y altura de la bomba cuando se diseñan inicialmente los sistemas y se especifican las bombas.

Otro factor que influye en el ciclo de vida de las bombas es el cambio de los requisitos del proceso. Muchas plantas, como refinerías de petróleo y centrales eléctricas, llevan décadas funcionando y la instalación de nuevas máquinas, como calderas, puede cambiar los requisitos de las bombas. Cuando se ajusta cualquiera de los procesos de la planta, esto afecta intrínsecamente al funcionamiento de las bombas.

Por último, los sistemas pueden romperse, y lo habitual es la reparación. Desgraciadamente, aunque los usuarios de bombas pueden identificar cómo reparar el equipo, puede faltar experiencia en el diseño de bombas para determinar las mejoras de diseño adecuadas que pueden aumentar la fiabilidad de las bombas y reducir la frecuencia de las reparaciones. Aquí es donde entra en juego el contar con un experto que pueda hacer un análisis de la causa raíz, sugerir cursos de acción y luego mejorar la bomba.

Cuando se consideran los problemas potenciales mencionados anteriormente hay esencialmente tres posibilidades: reparar el equipo, sustituirlo por uno nuevo o realizar una mejora del diseño del ciclo de vida del equipo existente.

Aunque las reparaciones simples son la opción más barata, no resuelven los problemas de la bomba. Aunque proporciona una solución temporal, las simples reparaciones de piezas conducirán al mismo resultado con el tiempo.

En algunos casos, tiene sentido que se compre, diseñe e instale sistemas de bombeo completamente nuevos. Sin embargo, debido al menor costo y tiempo que conlleva, las mejoras en el diseño del ciclo de vida suelen ser la opción más atractiva. Estas mejoras pueden aumentar inmediatamente la fiabilidad y el rendimiento de las bombas y generar un ahorro de costos a lo largo del tiempo si se hacen correctamente.

Cuando se habla de mejoras en el diseño del costo del ciclo de vida con diferentes organizaciones, el paso inicial es identificar las bombas con problemas y los detalles del funcionamiento del bombeo. Conocer para qué están diseñadas, dónde funcionan y la frecuencia de fallo, se puede evaluar la bomba, lo que permite a los expertos en diseño de equipos determinar qué mejora es necesaria. Generalmente, hay tres tipos diferentes de mejoras que pueden realizarse para mejorar el costo total de propiedad (TCO) y el diseño general de la bomba: material, mecánica e hidráulica.

¿Sabías que se puede alcanzar un importante ahorro de energía en sistemas de bombeo con el uso de variadores de velocidad?

• Mejoras de material

  A veces, el material de una bomba no es adecuado para el fin para el que está diseñada o las necesidades de la instalación pueden cambiar con el tiempo, haciendo que la bomba existente sea ineficaz. Cuando sea este caso, la mejor opción es una actualización del material.

  Las actualizaciones de materiales pueden solucionar varios problemas, como fallos del eje, daños por erosión y corrosión y desgaste excesivo. Cambiando los materiales básicos de construcción o aplicando tecnologías de revestimiento, las actualizaciones de materiales pueden eliminar o reducir considerablemente el desgaste y en consecuencia, el costo total de propiedad de los sistemas de bombeo.

• Mejoras mecánicas

  Una razón común para la ineficacia de las bombas es el cambio de las demandas a lo largo del tiempo. Cuando la mecánica de una bomba ya no está optimizada para el propósito de la bomba, las actualizaciones mecánicas pueden ayudar.

  Las mejoras mecánicas pueden abarcar una amplia variedad de problemas, como fallos en los ejes, cojinetes y juntas, así como un desgaste excesivo. Algunos ejemplos de mejoras mecánicas son:

  • Rediseño de un eje para aumentar la rigidez y la integridad del rotor
  • Mejoras en los rodamientos para aumentar la capacidad de carga y la limpieza del aceite mediante tecnología de filtración
  • Mejoras de sellado, como el cambio de un prensaestopas por un cierre mecánico para reducir las fugas y mejorar la seguridad.

  Aquí es donde la experiencia en diseño y ejecución es importante. La elección de un socio que tenga tanto los conocimientos técnicos del diseño de la bomba como la experiencia en el rediseño ayudará a garantizar que la bomba de nuevo diseño se ajuste a las especificaciones requeridas para su aplicación. Al considerar una actualización, es importante confiar en el socio para diseñar una nueva bomba.

• Mejoras hidráulicas

  Las actualizaciones hidráulicas también abordan la causa raíz de la escasa fiabilidad  (BEP) donde la bomba está diseñada para funcionar en términos de caudal y altura. Las mejoras hidráulicas pueden resolver muchos problemas de fiabilidad de las bombas, como los daños por erosión, el desgaste excesivo, los daños por cavitación, la insuficiencia de caudal/cabeza y los fallos mencionados.

  Las mejoras hidráulicas más comunes abordan el importante problema de que la salida de la bomba se aleja del BEP. Cuando esto ocurre, el rendimiento energético puede disminuir y los problemas de fiabilidad de la bomba suelen ser evidentes. Desde los reajustes hidráulicos o una solución completa hasta lo último en normas de diseño, se pueden realizar ajustes en el diseño y en el BEP del equipo dentro de los límites del espacio actual.

  La mejora del BEP de la bomba supone un ahorro en costos de mantenimiento y energía sin tocar las tuberías circundantes ni la cimentación. No existe un enfoque único que pueda mejorar automáticamente la fiabilidad, el rendimiento y los costos del ciclo de vida. Cada bomba y aplicación tiene sus propios atributos, por lo que es necesario profundizar en la causa principal de los problemas de fiabilidad. Sin embargo, una vez completado este análisis de la causa principal, una solución eficaz es una mejora del diseño del costo del ciclo de vida, que incluye mejoras materiales, mecánicas e hidráulicas.

Tratar los problemas de fiabilidad de las bombas puede ser un reto considerable para los directores e ingenieros de las plantas. Aplicando técnicas de análisis y mejoras en el diseño de los costos del ciclo de vida, los usuarios pueden reducir el costo total de propiedad de los sistemas de bombeo a lo largo del tiempo y preparar las operaciones de la planta para el futuro.

No olvides que se debe seleccionar los equipos de bombeo adecuadamente, ajustarlos correctamente a las cargas y utilizar los beneficios de los sistemas de monitoreo de bombas para optimizar su funcionamiento, mejorar la fiabilidad y reducir significativamente los costos de energía.