Efecto del desbalance mecánico de impulsores fabricados con impresión 3D en el comportamiento dinámico de una bomba centrifuga

Abstract

El transporte de fluidos está presente en la mayoría de las industrias, tales como agua potable, tratamiento de aguas residuales, generación de energía y procesamiento químico. Las bombas centrífugas son las encargadas, en la mayoría de estas industrias, de realizar esta labor. Sin embargo, son susceptibles a generar vibraciones no deseadas que pueden llegar a acortar su vida útil, generando problemas como costos elevados de reparación y detenciones en la producción.

La vibración en bombas centrífugas es un tema ampliamente estudiado; sin embargo, aún existen subtemas específicos de esta materia en los que todavía es necesario profundizar el conocimiento, como lo es la vibración generada por el desbalance de un impulsor. El presente trabajo de investigación aborda el efecto del desbalance de un impulsor en las vibraciones de bombas centrífugas. Para ello, se utilizó la impresión 3D para la fabricación de impulsores, evaluando su desempeño hidráulico y vibratorio frente a los fabricados mediante métodos tradicionales. Se diseñó y llevó a cabo un montaje experimental que permitió analizar el comportamiento vibratorio de impulsores con diferentes niveles de desbalance, desde un estado base (sin desbalance) hasta un 200% de desbalance sobre el nivel de vibración máximo permitido. Para la adquisición de datos se utilizaron acelerómetros colocados en las direcciones axial (paralela al eje) y radial (perpendicular al eje). Los datos adquiridos fueron analizados mediante el estudio del espectro de frecuencia basado en la densidad espectral de potencia y el cálculo de los valores RMS de la señal. En ambos casos, el procesamiento y análisis de los datos se realizó utilizando el software MATLAB.

Los resultados indican que los impulsores fabricados mediante impresión 3D logran un rendimiento hidráulico similar a los impulsores tradicionales, con menor vibración para condiciones similares de operación. En cuanto al efecto del desbalance en impulsores, a medida que aumenta el porcentaje de desbalance, se aprecia un aumento en el nivel de vibración general de la bomba. Sin embargo, los resultados mostraron que la menor vibración obtenida en las pruebas fue generada por el impulsor con un desbalance del 50% sobre el nivel de vibración permisible, contradiciendo lo esperado, que era que el menor nivel fuera observado en el impulsor base. Este resultado sugiere que el proceso de impresión podría generar un impulsor con desbalance inherente.