Los efectos negativos de la filtración en la línea de succión

La función de los filtros en un sistema hidráulico es mantener la limpieza del fluido. Dado que el objetivo de mantener la limpieza del fluido es obtener la máxima vida útil de los componentes del sistema, es imperativo comprender que algunas ubicaciones de filtros pueden tener el efecto contrario, la línea de succión se encuentra entre ellas.

Desde una perspectiva de filtración, la entrada de la bomba es un lugar ideal para un medio de filtración. La ausencia tanto de la alta velocidad del fluido, que perturba las partículas atrapadas, como de la alta caída de presión a través del elemento, que fuerza la migración de partículas a través del medio filtrante, aumenta la eficiencia del filtro. Sin embargo, estas ventajas pueden verse superadas por la restricción de flujo que crea el elemento en la línea de entrada y el efecto negativo que esto tiene en la vida útil de la bomba.

Los filtros de succión o de entrada de la bomba generalmente tienen la forma de un filtro de 150 micrones (malla 100), que se atornilla en la línea de entrada de la bomba dentro del tanque. La restricción causada por un filtro de succión, que aumenta a bajas temperaturas del fluido (alta viscosidad) y cuando el elemento se obstruye, aumenta las posibilidades de que se desarrolle un vacío parcial en la entrada de la bomba. Un vacío excesivo en la entrada de la bomba puede causar erosión por cavitación y daños mecánicos.

Erosión por cavitación

Cuando se desarrolla un vacío parcial en la línea de entrada de la bomba, la disminución de la presión absoluta puede provocar la formación de burbujas de gas y/o vapor dentro del fluido. Cuando estas burbujas se exponen a presiones elevadas en la salida de la bomba, implosionan violentamente. Se han registrado presiones de colapso superiores a 145,000 PSI y si se produce microdiéseling (combustión de una mezcla de aire y aceite), es posible que se produzcan temperaturas de hasta 1100 ºC (2012 ºF). Cuando las burbujas colapsan muy cerca de una superficie metálica, se produce erosión (Figura 1).

La erosión por cavitación daña las superficies de los componentes críticos y contamina el fluido hidráulico con partículas de desgaste. La cavitación crónica puede causar una erosión significativa y provocar fallas en la bomba.

Daños mecánicos

Cuando se desarrolla un vacío parcial en la entrada de la bomba, las fuerzas mecánicas inducidas por el propio vacío pueden causar fallas catastróficas. La creación de un vacío en las cámaras de bombeo de una bomba axial pone en tensión la bola del pistón y el casquillo de la zapata. Esta junta no está diseñada para soportar una fuerza de tracción excesiva y, como consecuencia, la zapata se desprende del pistón (Figura 2).

Esto puede ocurrir instantáneamente, si la fuerza de tracción inducida por el vacío es lo suficientemente grande, o durante muchas horas de servicio, ya que la rótula se tensa repetidamente durante la entrada.

La placa de retención del pistón, cuya función principal es mantener los patines del pistón en contacto con el plato oscilante, debe resistir las fuerzas que actúan para separar el pistón de su zapata. Esta carga inducida por vacío acelera el desgaste entre la zapata y la placa de retención y puede hacer que la placa de retención se doble. Esto permite que la zapata pierda contacto con el plato oscilante durante la entrada, y luego martillee contra el plato oscilante cuando el fluido presurizado actúa sobre el extremo del pistón durante la salida. El impacto daña las zapatas del pistón y el plato oscilante, lo que lleva rápidamente a una falla catastrófica.

En los diseños de bombas de eje inclinado, el pistón puede resistir mejor las fuerzas de tracción inducidas por el vacío. La construcción del pistón es generalmente más robusta y la bola del pistón generalmente se mantiene en su casquillo del eje mediante una placa de retención atornillada. Sin embargo, la falla por tracción del vástago del pistón y/o el pandeo de la placa de retención aún pueden ocurrir en condiciones de alto vacío.

En los diseños de bombas de paletas, las paletas deben extenderse desde su posición retraída en el rotor durante la entrada. Mientras esto sucede, el fluido de la entrada de la bomba llena el vacío en el rotor creado por la paleta que se extiende. Si existe un vacío excesivo en la entrada de la bomba, actuará en la base de la paleta. Esto hace que las paletas pierdan contacto con el rotor durante la entrada, y luego se golpeen contra el rotor cuando el fluido presurizado actúa sobre la base de la paleta durante la salida. El impacto daña las puntas de las paletas y el rotor, lo que lleva rápidamente a una falla catastrófica.

Las bombas de engranajes son mecánicamente las menos susceptibles a las fuerzas inducidas por el vacío. A pesar de este hecho, la investigación ha demostrado que la obstrucción del filtro de succión causada por subproductos resinosos de la oxidación del aceite puede reducir la vida útil de una bomba de engranajes externa en al menos un 50 por ciento.

Dada la posibilidad de que los filtros de succión dañen la bomba, ¿por qué usarlos? Esta pregunta se vuelve más curiosa cuando se considera que si el tanque y el fluido que contiene comienzan limpios y todo el aire y el fluido que ingresan al tanque se filtran adecuadamente, el fluido del tanque no contendrá partículas duras lo suficientemente grandes como para ser capturadas por un filtro grueso o cedazo de malla. Claramente, se requiere un examen de los argumentos para instalar filtros en la succión.

Exclusión de basura

El argumento de que se deben instalar filtros en la succión para proteger la bomba de las partículas que ingresan al tanque como resultado de prácticas de mantenimiento descuidadas es popular. Las tuercas, los pernos, las herramientas y algnos desechos similares representan una amenaza mínima para la bomba en un tanque diseñado correctamente, donde la entrada de la bomba se encuentra a un mínimo de cuatro pulgadas del fondo. Cuando se presenta evidencia anecdótica de que ingresaron partículas al tanque debido a un mantenimiento descuidado y causaron una falla en la bomba, su peso se reduce sobre la base de que si se hubiera colocado un filtro de succión la misma negligencia en su mantenimiento eventualmente habría resultado: la falla prematura de la bomba. No obstante lo anterior, la solución preferida a este problema es en primer lugar tomar medidas para evitar que los contaminantes entren en el tanque.

Garantía

Otro concepto erróneo popular en torno a los filtros de succión es que su ausencia anula la garantía del fabricante de la bomba. Si una tuerca o perno ingresa a la bomba a través de su entrada y hace que falle, es razonable esperar que el fabricante rechace la garantía. También es razonable esperar que el fabricante niegue la garantía si la falla de la bomba es causada por partículas más pequeñas que la malla de un filtro o por cavitación como resultado de un filtro obstruido. Por lo tanto, si una bomba falla debido a la contaminación o la cavitación, es poco probable que el fabricante acepte la garantía: con filtro de succión o sin filtro de succión.

Cuando se instalan filtros de succión, el caso para retirarlos y desecharlos es convincente. En la mayoría de las aplicaciones, los beneficios de control de la contaminación que ofrecen estos filtros se ven superados por el impacto negativo que pueden tener en la vida útil de la bomba. En aplicaciones que exijan su instalación o donde las barreras humanas impidan su remoción, se deben tomar precauciones para evitar daños en los componentes.

Si se instala filtración en la succión, es preferible un filtro ubicado fuera del tanque a un cedazo de succión. La inconveniencia de dar servicio a un filtro ubicado dentro del tanque es una razón común por la que los filtros de succión no reciben servicio, hasta que falla la bomba. Si se utiliza un filtro de succión, opte por malla 60 (240 micrones) en lugar de la malla 100 más común (150 micrones). El filtro debe estar muy sobredimensionado para el caudal de la bomba a fin de garantizar que se minimice la caída de presión, incluso en las condiciones más adversas. Independientemente del tipo de filtro empleado, debe incorporar una válvula de derivación para evitar que el elemento genere una caída de presión que exceda el límite de vacío seguro de la bomba. También se debe instalar un manómetro o transductor aguas abajo del filtro para permitir el monitoreo continuo de la presión absoluta en la entrada de la bomba.

Fuente: Brendan Casey. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América