Falla de la bomba: causas, modos y estrategias de prevención

Para las industrias que dependen del movimiento de fluidos, como el tratamiento de agua, el petróleo y el gas, la agricultura y la manufactura, las fallas en las bombas son más que un simple inconveniente. Una sola avería puede causar costosos tiempos de inactividad, interrumpir operaciones completas y provocar costosas reparaciones o incluso fallas catastróficas del sistema.

Para mantener las bombas funcionando eficientemente, es vital comprender por qué fallan en primer lugar. Reconocer las alertas tempranas
La señalización y la implementación de estrategias de mantenimiento proactivo pueden extender significativamente la vida útil de los equipos y, al mismo tiempo, garantizar un funcionamiento sin problemas.

Causas comunes de falla de la bomba

Sello mecánicofuga:La mayoría de las fugas se producen en la interfaz entre las dos caras del sello, pero ocasionalmente también se producen en la zona de sellado secundaria. Las causas de fugas en el sello mecánico incluyen el funcionamiento en seco, la distorsión térmica y la desalineación de los anillos de sello, entre otras.

Problemas con los rodamientos:Según un informe técnico de RKB Bearing Industries Group, la causa más común de falla de los rodamientos es la lubricación inadecuada (80 %), que provoca sobrecalentamiento. Otras causas incluyen la selección incorrecta de los rodamientos, la sobrecarga, la fatiga, etc.

Desgaste del impulsor:Una de las razones más comunes del desgaste del impulsor es la erosión, pero también puede ser resultado de una bomba de tamaño inadecuado, lo que puede generar un desequilibrio de presión.

Problemas relacionados con el acoplamiento:La mayoría de las fallas de acoplamiento ocurren debido a desalineación, sobrecarga, causas ambientales poco comunes, vibración torsional o lubricación inadecuada.

Errores operativos:Incluso la bomba más avanzada no durará si se opera fuera de sus parámetros previstos. Un arranque y apagado incorrectos, la sobrecarga o el incumplimiento de las instrucciones del fabricante pueden provocar sobrecalentamiento, desgaste excesivo y averías peligrosas. En el caso de las bombas sumergibles, no mantener niveles de inmersión adecuados puede provocar funcionamiento en seco, lo que puede provocar fallos en los sellos y la quema del motor.

Problemas con el suministro de energía:Un suministro de energía estable es fundamental para el rendimiento de la bomba. Las fluctuaciones de voltaje, las subidas de tensión y los cortes de suministro inesperados pueden causar estragos en los motores, provocando su sobrecalentamiento, un funcionamiento ineficiente o incluso su fallo.

Las fallas de las bombas no ocurren por casualidad; siempre hay una razón, ya sea por negligencia o por las condiciones ambientales.
O bien, debido a errores operativos, las averías pueden ser costosas y disruptivas. Comprender las causas raíz de las fallas de las bombas es el primer paso para prevenirlas.

Detección de señales tempranas de falla de la bomba

Las fallas de las bombas no ocurren de la noche a la mañana; siempre hay señales de advertencia:

• Ruidos inusuales:Los ruidos de rechinamiento, chirridos o golpes a menudo indican cavitación, cojinetes desgastados o desalineación.

• Vibración excesiva:Un aumento de vibraciones puede indicar ejes desalineados, impulsores desequilibrados o cojinetes defectuosos.

• Flujo o presión reducidos:Una caída repentina en la producción puede ser causada por bloqueos, fugas de aire o desgaste interno.

• Sobrecalentamiento:Los motores o cojinetes que funcionan más calientes de lo normal indican mala lubricación, sobrecarga o problemas eléctricos.

• Fugas o daños en el sello:Las fugas visibles a menudo indican sellos desgastados o una presión interna excesiva.

• Consumo de energía errático:Los picos en el consumo de energía pueden indicar una bomba ineficiente o con problemas.

Las inspecciones de rutina, el análisis de vibraciones y el monitoreo térmico pueden ayudar a detectar estos problemas antes de que provoquen fallas.

Modos de falla específicos de los ESP

Si bien todas las bombas presentan riesgos comunes de falla, las bombas electrosumergibles (BES) son particularmente vulnerables debido a su funcionamiento sumergido y su diseño complejo. A continuación, se presentan algunas vulnerabilidades comunes de las BES y cómo abordarlas.

Degradación del aislamiento y fallas eléctricas:Dado que los ESP funcionan bajo el agua, la integridad del aislamiento es fundamental para prevenir fallas eléctricas. Con el tiempo, la exposición a altas temperaturas, la infiltración de humedad y la tensión mecánica pueden debilitar el aislamiento, aumentando el riesgo de cortocircuitos y fallas del motor. Realizar pruebas periódicas de resistencia del aislamiento ayuda a identificar el deterioro en sus etapas iniciales antes de que provoque tiempos de inactividad.

Bloqueo de gas:En aplicaciones de petróleo y gas, los separadores electrostáticos (BES) son propensos al bloqueo por gas, donde el exceso de gas libre en el fluido bombeado interrumpe el flujo a través de los impulsores. Esto resulta en pérdida de eficiencia, sobrecalentamiento y posibles daños. Para combatir el bloqueo por gas, los operadores pueden instalar separadores de gas y ajustar los diseños de admisión para mejorar el manejo del fluido.

Falla del sello y entrada de agua:Los sellos mecánicos impiden la entrada de fluidos externos al motor, pero factores como el desgaste, las fluctuaciones de presión y los cambios de temperatura pueden deteriorarlos, lo que provoca la entrada de agua y fallos eléctricos. Las inspecciones periódicas de los sellos y el uso de dispositivos de ecualización de presión pueden prolongar su vida útil y reducir el riesgo de fallos.

Abrasión de arena y sólidos: Los ESP en aplicaciones de pozos profundos y campos petroleros a menudo operan en entornos con altos niveles de arena y partículas abrasivas. Estos materiales aceleran el desgaste de impulsores, difusores y cojinetes, lo que reduce la eficiencia de la bomba. El uso de componentes endurecidos, filtros de arena y variadores de velocidad ayuda a minimizar el desgaste y prolongar la vida útil de la bomba.

Análisis de fallas de bombas: diagnóstico y prevención

Análisis de causa raíz (RCA)Es un enfoque estructurado que se utiliza para determinar la causa subyacente de las fallas de las bombas. Mediante la investigación sistemática de problemas de rendimiento, registros de mantenimiento y datos operativos, el RCA puede identificar los factores clave que provocan averías. Métodos como el análisis modal de fallos y efectos (FMEA) y el análisis del árbol de fallos (FTA) pueden ayudar a diagnosticar problemas recurrentes y a desarrollar medidas correctivas.

Análisis de firma eléctrica (ESA)Examina las señales de corriente y voltaje del motor para detectar indicios tempranos de degradación. Este método es especialmente beneficioso para bombas sumergibles, ya que puede revelar problemas como roturas del aislamiento del devanado, desequilibrios de fase y desalineaciones mecánicas, lo que permite una intervención oportuna antes de que se produzcan fallos.

Análisis de vibracionesAnaliza los patrones y frecuencias de vibración para ayudar a identificar problemas mecánicos antes de que se agraven. Las vibraciones inusuales suelen indicar desalineación, desequilibrio, desgaste de los rodamientos o cavitación. La monitorización regular permite a los equipos de mantenimiento abordar estos problemas de forma proactiva, reduciendo las paradas no planificadas y los costes de reparación.

Inspección termográficaUtiliza imágenes infrarrojas para detectar señales térmicas anormales en los sistemas de bombeo. El sobrecalentamiento de componentes, como cojinetes, sellos y bobinados del motor, suele indicar fricción excesiva, problemas de lubricación o fallos eléctricos. Las inspecciones periódicas con imágenes térmicas ayudan a identificar posibles fallos de forma temprana, lo que permite tomar medidas correctivas antes de que se produzca una avería catastrófica.

Análisis de aceite y lubricanteEs una técnica de mantenimiento predictivo que evalúa el estado de los lubricantes y detecta contaminantes como partículas metálicas, agua y lodos. Un cambio en la viscosidad o la acidez, o la presencia de residuos de desgaste, puede indicar la degradación de los componentes. El muestreo y las pruebas regulares ayudan a prolongar la vida útil de los rodamientos, engranajes y sellos, reduciendo así los costos de mantenimiento.

Detección y análisis de cavitaciónEs útil en situaciones de cavitación, que se produce cuando se forman burbujas de vapor y se colapsan dentro de la bomba, lo que provoca la erosión de los impulsores y reduce la eficiencia. Las causas comunes incluyen baja presión de succión, alta velocidad de flujo o una selección incorrecta de la bomba. El monitoreo acústico, los sensores de presión y el análisis del caudal se utilizan para detectar y mitigar la cavitación, previniendo daños a largo plazo en los componentes de la bomba.

Análisis de residuos de desgasteEs una técnica para evaluar el estado de las bombas mediante el examen de las partículas presentes en muestras de aceite. El tamaño, la composición y la cantidad de partículas metálicas ayudan a determinar los patrones de desgaste y los modos de fallo. La espectroscopia y la ferrografía se utilizan comúnmente para clasificar los tipos de desgaste, como el desgaste adhesivo, abrasivo o por fatiga, lo que permite implementar estrategias de mantenimiento proactivas.

Monitoreo del rendimiento de la bombaImplica el seguimiento de parámetros clave como el caudal, la presión, la temperatura y el consumo de energía. Una desviación de los datos de rendimiento de referencia suele indicar una falla inminente. La implementación de sistemas de monitoreo remoto con análisis en tiempo real permite la detección temprana de problemas, optimizando la eficiencia y la confiabilidad de las bombas.

Monitoreo del estado de las bombas sumergibles con la ESA

Las bombas sumergibles operan en entornos hostiles e inaccesibles, lo que dificulta la implementación de métodos de diagnóstico tradicionales, como el análisis de vibraciones y la inspección termográfica. El ESA es un método eficaz y práctico para monitorear el estado de las bombas sumergibles por las siguientes razones:

1. Monitoreo no intrusivo

El ESA analiza las señales eléctricas (corriente y voltaje) del motor sin necesidad de acceder físicamente a la bomba. Dado que las bombas sumergibles suelen ubicarse bajo el agua, en pozos o en zonas peligrosas, acceder a ellas para realizar mediciones de vibración o térmicas es difícil y costoso. El ESA ofrece una forma remota y no intrusiva de supervisar el estado de la bomba sin interrumpir las operaciones.

2. Detección temprana de problemas mecánicos y eléctricos

La ESA puede detectar fallas antes de que se manifiesten en fallos catastróficos. Mediante el análisis de desviaciones en las formas de onda eléctricas, la ESA identifica señales tempranas de:

• Ruptura del aislamiento del devanado, lo que provoca sobrecalentamiento del motor y cortocircuitos.

• Desequilibrios de fase y fluctuaciones de tensión que provocan un funcionamiento ineficiente del motor y fallos prematuros.

• Defectos en la barra del rotor, que indican una posible degradación de los componentes del motor

• Desalineaciones mecánicas y desgaste de los cojinetes, detectados a través de variaciones irregulares de la corriente del motor, que se correlacionan con el estrés mecánico.

3. Detección de irregularidades en la carga y el caudal de la bomba.

A diferencia del análisis de vibraciones, que se centra principalmente en aspectos mecánicos, el ESA puede diagnosticar problemas relacionados con las variaciones de carga de la bomba y los problemas de caudal. Los cambios en las señales de corriente eléctrica suelen indicar:

• Cavitación, caracterizada por fluctuaciones irregulares de carga e inestabilidad del motor.

• Bloqueos en las líneas de succión o descarga, que se reflejan en un consumo anormal de corriente del motor

• Desgaste del sello y del impulsor, lo que aumenta el consumo de energía debido al aumento de la fricción o ineficiencias

4. No se ve afectado por entornos hostiles.

Dado que la ESA se basa en el análisis de señales eléctricas en lugar de lecturas de sensores físicos, no se ve afectada por temperaturas extremas, entornos de alta presión o inmersión en líquidos. Esto lo hace ideal para pozos profundos, sistemas de aguas residuales, aplicaciones costa afuera y otras instalaciones de difícil acceso.

5. Rentable y escalable

Además de su precisión diagnóstica, el ESA es una solución altamente escalable y rentable para la monitorización de bombas. A diferencia de los métodos tradicionales que requieren la instalación directa de sensores, el ESA proporciona información remota sin necesidad de instalar hardware adicional. Esto lo hace especialmente valioso para industrias que operan múltiples bombas sumergibles en lugares de difícil acceso.

Prevenir fallas en las bombas requiere cambiar las reparaciones rutinarias por un mantenimiento estratégico basado en la condición. Con herramientas como ESA, monitoreo de vibraciones y análisis de aceite, los equipos de mantenimiento pueden detectar problemas a tiempo, reducir las paradas no planificadas y prolongar la vida útil de los equipos.