Blog

Jun 01, 2023

Diseño y construcción de un campo de pruebas de rendimiento para bombas centrífugas horizontales

Las bombas centrífugas son una tecnología esencial que se utiliza para mover fluidos para numerosas aplicaciones en todas las industrias. La capacidad de validar el rendimiento, la eficiencia y la confiabilidad de la bomba es un requisito

Las bombas centrífugas son una tecnología esencial que se utiliza para mover fluidos para numerosas aplicaciones en todas las industrias. La capacidad de validar el rendimiento, la eficiencia y la confiabilidad de la bomba es un requisito de muchos estándares publicados, como el Instituto Americano del Petróleo (API) 610 y las especificaciones de adquisición de equipos nuevos. La necesidad de campos de prueba de rendimiento (PTF) para respaldar el mercado de repuestos ha aumentado en los últimos años a medida que los operadores de unidades buscan extender la vida útil o mejorar el rendimiento de los equipos existentes. La disponibilidad de estas instalaciones para respaldar estas mejoras de procesos es limitada. Recientemente, se estaba construyendo un nuevo centro de servicios en Texas y se incorporó un PTF en su diseño. Este PTF fue esencial en este centro de servicio para respaldar la prestación de ingeniería inversa, modernizaciones, actualizaciones hidráulicas y reemplazos directos que diseñan y fabrican.

El primer paso en el diseño de un PTF para bombas centrífugas es determinar las especificaciones requeridas, como las especificaciones del Instituto Hidráulico, y el estilo de la bomba, como horizontal o vertical. Las especificaciones adicionales incluyen el rango de caudal, el rango de presión y los requisitos de caballos de fuerza (hp) asociados. Estas especificaciones abarcarán el tamaño y tipo de bomba que se puede probar. Una vez determinadas las especificaciones, comienza el proceso de diseño.

El PTF debe diseñarse para simular las condiciones del sistema operativo lo más fielmente posible. Si bien el diseño del PTF será algo simplista, como se ilustra en la Imagen 1, el diseño requiere muchas disciplinas de ingeniería diferentes, desde mecánica, eléctrica y civil hasta instrumentación y lógica de controles. Los sistemas de tuberías deben considerar no sólo válvulas de control de flujo, sino también válvulas de aislamiento, tramos rectos para medidores de flujo, soportes de cabezales, venteos de puntos altos, drenajes de puntos bajos, etc. Se debe considerar la ubicación de los instrumentos para capturar la presión y la temperatura, y la ruta. Los cables de datos a la sala de control central y al registrador de datos deben estar limpios y libres de cualquier ruido de señal.

El sistema de cimentación debe diseñarse para medir con precisión la vibración de la bomba, y es fundamental contar con una cimentación rígida colocada en un sitio con relleno adecuado y aislada del entorno circundante. La capacidad de la grúa y/o el acceso del montacargas son esenciales para mover las transmisiones y bombas a sus ubicaciones adecuadas.

El diseño del sistema eléctrico debe tener el voltaje y la carga de amperios adecuados para accionar los motores requeridos. Los PTF más antiguos solían utilizar una flota de motores y cajas de engranajes para facilitar la cobertura de la amplia gama de velocidades de funcionamiento de las bombas. Los PTF modernos aprovechan los variadores de frecuencia (VFD) para reducir la cantidad de motores, eliminando la necesidad de cajas de engranajes y reduciendo el tiempo de ciclo necesario para cambiar las bombas que se están probando. Diseñar un PTF moderno desde cero facilita la capacidad de dimensionar el sistema de accionamiento eléctrico a una capacidad mayor, mientras que las instalaciones más antiguas se ven obligadas a realizar una prueba de velocidad reducida o simplemente no pueden realizar la prueba. Si bien algunos estándares de la industria aceptan pruebas de velocidad reducida, el método preferido es la capacidad de probar la bomba en el punto de servicio real y en rotaciones por minuto (rpm).

Todos estos elementos de diseño deben unirse para establecer el diseño físico de la instalación de PTF. Si bien el bucle PTF en sí es simplista, los usuarios verán que verificar el diseño con todas las disciplinas técnicas es una tarea importante e imperativa. Un paso en falso o un descuido en el diseño puede producir retrasos importantes en la construcción y sobrecostos presupuestarios.

Construcción del campo de prueba de rendimiento

Una vez que se completa el diseño, se puede construir el PTF. Para tener un PTF moderno, se debe prestar especial atención a los cimientos del sitio para garantizar la calidad de los resultados de las pruebas. El centro de servicios antes mencionado se preparó primero limpiando el sitio de vegetación y suelo superficial. Luego, el sitio se revisó con un rodillo de tipo neumático para detectar cualquier área débil restante. Una vez que se eliminaron las áreas débiles, el sitio se rellenó hasta nivelar según la especificación de diseño con compresión y nivelación diseñadas adecuadamente.

A continuación, se enrutaron y probaron todas las tuberías subterráneas mecánicas, eléctricas y de tuberías para detectar fugas. Se excavaron las vigas de construcción y las bases de las columnas y se colocó todo el acero de refuerzo. Se separaron los cimientos especiales y se colocaron las formas maestras. Luego, se dispuso todo para verter el concreto.

El diseño incluía dos mesas de máquina de acero, cada una colocada dentro de las cavidades fundidas de la base aislada. Las mesas de la máquina proporcionaban ranuras en “T” para montar los motores y las bombas. Las mesas fueron niveladas y cementadas en su lugar. Las imágenes 3 y 4 muestran las mesas colocadas en sus cavidades de hormigón.

También se eligió la tecnología VFD para incluirla en el diseño. Se tuvo que instalar un interruptor maestro para tomar el voltaje de línea y poder encaminarlo al transformador de 4,160 voltios (V) o al de 480 V. Luego, la alimentación eléctrica del transformador de 4160 V se enruta al VFD, con capacidad de 5000 hp, a la izquierda en la Imagen 5. El transformador de 480 V se enruta al VFD, con capacidad de 1000 hp, a la derecha.

Se reutilizó un vagón para almacenar agua, y el cabezal de la tubería hacia y desde el vagón era de 24 pulgadas. Nuevamente, se debe diseñar y moldear un sistema de cimentación para soportar el tanque de almacenamiento. Los cabezales de succión y descarga fueron diseñados y construidos con varios tamaños para facilitar diferentes requisitos de flujo. Se usó un filtro en “Y” en el lado de succión para proteger la bomba de posibles daños por objetos extraños, y se usó una tubería flexible de acero inoxidable para conectar los tramos rectos de succión y descarga aguas arriba y aguas abajo de la bomba.

Diseñar y construir un PTF para bombas centrífugas es un proceso complejo que requiere una planificación cuidadosa y atención al detalle. Una buena gestión del proyecto ayudará a los usuarios a completar con éxito el PTF e identificar barreras en el camino. Poner en marcha y probar el sistema PTF también es esencial para garantizar que funcione correctamente dentro de las especificaciones de diseño originales una vez finalizada la construcción. Siguiendo estos pasos, se puede lograr un PTF confiable y eficiente.

Richard E. Martinez es presidente de KSB SupremeServ de Standard Alloys Incorporated, una empresa de KSB. En 1989, se incorporó a Standard Alloys como jefe de ingeniería. En 2005 asumió como vicepresidente de operaciones y en 2012 asumió su cargo actual. Puede comunicarse con él en [email protected]. Para obtener más información, visite ksb.com.