¿Qué bomba de proceso debo utilizar, ANSI o API?
Durante los últimos meses, mi programa de formación me ha llevado a varias plantas diferentes que utilizan tanto bombas API como bombas ANSI. Se hizo evidente que, en algunos casos, parecía haber cierta confusión con respecto a las diferencias entre estos dos estilos de bombas de proceso. Esto hacía que los usuarios compraran la bomba ANSI más barata cuando, en realidad, el servicio necesitaba realmente una bomba API.
Así que pongámonos prácticos. ¿Cuál es la diferencia?
La bomba ANSI
La bomba ANSI está diseñada y construida según las normas dimensionales del Instituto Nacional de Normalización de Estados Unidos. A lo largo de los años, la bomba ANSI se ha convertido en el estilo preferido de bombas de succión final, no sólo para aplicaciones de procesos químicos, sino también para agua y otros servicios menos agresivos. La norma prevé la intercambiabilidad dimensional de las bombas de un fabricante a otro.
La bomba API
Por otra parte, la bomba API cumple los requisitos de la norma 610 del Instituto Americano del Petróleo para el servicio general de refinerías. Este estilo es casi la elección exclusiva para aplicaciones en la industria de la refinería de petróleo, donde maneja aplicaciones de mayor temperatura y presión de naturaleza más agresiva que son comunes en las refinerías.
Las consideraciones de servicio
Tanto en la industria química como en la petroquímica, muchos de los líquidos que se bombean requieren más consideraciones que el mero daño ambiental y la eficiencia y fiabilidad del bombeo. Es necesario considerar el aspecto de la seguridad personal. Por lo tanto, la elección entre la bomba ANSI y la bomba API debe tener en cuenta las propiedades específicas del fluido, así como las condiciones de funcionamiento.
Una de las principales diferencias entre estas opciones es predominantemente el resultado de las diferencias en las clasificaciones del diseño de la carcasa, que son las siguientes:
Clasificación de la bomba ANSI = 300-psig a 300-deg F
Clasificación de la bomba API = 750-psig a 500-deg F
En vista de estas cifras, es evidente que las bombas API deben ser consideradas para servicios de mayor presión y temperatura que la bomba ANSI de menor resistencia.
Diseño de la carcasa
Ambos estilos tienen un diseño de una sola etapa con una carcasa dividida radialmente para dar cabida a una disposición de extracción posterior para facilitar el mantenimiento.
La mayoría de las bombas ANSI, y algunas bombas API, emplean un diseño de voluta única en los pasajes interiores de la carcasa. Esto es particularmente evidente en los tamaños más pequeños que implican caudales bajos y velocidades específicas más bajas del impulsor.
Como se muestra en la figura 1, el área de la voluta aumenta a una tasa que es proporcional a la tasa de descarga del impulsor, produciendo así una velocidad constante en la periferia del impulsor. Esta energía de velocidad se transforma en energía de presión en el momento en que el fluido entra en la tobera de descarga.
Figura 1. Caso de una sola voluta
La forma peculiar de la voluta también produce una distribución desigual de la presión alrededor del impulsor que, a su vez, da lugar a un desequilibrio de las cargas de empuje alrededor del impulsor y en ángulo recto con el eje. Esta carga debe ser soportada por el eje y los cojinetes, y se ha discutido mucho sobre este problema en los últimos años.
Esta carga es máxima cuando la bomba funciona en la condición de cierre, y disminuye gradualmente a medida que el caudal se acerca a la P.E.B. Si la bomba funciona más allá de la P.E.B., la carga aumenta de nuevo, pero en la dirección opuesta en el mismo plano. El examen de los problemas de deflexión del eje resultante ha indicado que el plano radial en el que actúa la carga desequilibrada es de aproximadamente 60 grados en sentido contrario a las agujas del reloj desde el agua de corte de la voluta.
Figura 2. Caja de doble voluta
La mayoría de las bombas API más grandes se fabrican con un diseño de doble voluta para reducir estas cargas en las unidades de gran caudal y gran altura. Esto se logra equilibrando las cargas opuestas fuera de balance de cada voluta. Aunque el coste de esto es una ligera reducción del rendimiento, se considera un pequeño precio a pagar por el aumento de la fiabilidad que conlleva.
Otra característica de la carcasa que se encuentra en muchas bombas API es la disposición de aspiración superior/descarga superior, en la que la boquilla de aspiración está situada en la parte superior de la carcasa adyacente a la boquilla de descarga, en lugar de en el extremo. El inconveniente de este diseño es que, para la mayoría de estas bombas, el NPSH necesario suele ser mayor que en la disposición de aspiración final, a fin de acomodar las pérdidas por fricción en el tortuoso recorrido desde la brida de aspiración hasta el ojo del impulsor.
Disposición de la tapa trasera
Una de las principales diferencias entre las carcasas de las bombas ANSI y API es la forma en que se fija la tapa trasera a la carcasa.
Figura 3. Bomba ANSI típica, cortesía de Flowserve Corporation
En el diseño ANSI mostrado en la figura 3, la tapa trasera y la junta se sujetan contra la carcasa de la bomba mediante el adaptador del bastidor de cojinetes, que se suministra con mayor frecuencia en hierro fundido. Esto suele dar lugar a un espacio entre las caras de contacto del adaptador del bastidor y la carcasa de la bomba que puede permitir un apriete desigual de los tornillos. Esto puede causar una fractura del adaptador en caso de que el sistema de proceso presurice la carcasa más de lo normal.
Figura 4. Bomba típica API por cortesía de Flowserve Corporation
El diseño API de la figura 4 atornilla la tapa trasera directamente a la carcasa y utiliza una junta de compresión confinada y controlada con ajustes de metal a metal. El adaptador se atornilla independientemente a la tapa trasera y no interviene en el límite de presión de la carcasa de la bomba.
Pies de montaje
Otra diferencia entre los dos estilos de bomba es la configuración de los pies de montaje. Todas las carcasas de las bombas ANSI se montan sobre pies que sobresalen de la parte inferior de la carcasa y se atornillan a la placa base. Si estas bombas se utilizan en aplicaciones de alta temperatura, la carcasa se expandirá hacia arriba desde los pies de montaje y provocará graves tensiones térmicas en la carcasa que afectarán negativamente a la fiabilidad de la bomba. El funcionamiento a temperaturas más bajas no se verá afectado por esta característica.
Por otra parte, las bombas API se montan en la línea central horizontal de la carcasa sobre pies que sobresalen de cada lado de la carcasa y se atornillan a pedestales que forman parte de la placa base. Esta disposición proporciona a la bomba API la ventaja de poder funcionar con bombeos a temperaturas elevadas. A medida que la bomba adquiere temperatura en estos casos, cualquier expansión del metal se producirá por encima y por debajo de la línea central de la carcasa y ejercerá cantidades mínimas de tensión en la carcasa, contribuyendo así a la fiabilidad óptima de la bomba.
La capacidad de manejar servicios a temperaturas más elevadas también es evidente en las carcasas de los cojinetes de las bombas API, que tienden a tener un diseño mucho más robusto y también alojan camisas de refrigeración con una mayor capacidad de agua de refrigeración.
Pongámonos en práctica. Si se tienen en cuenta estos factores durante el proceso de selección, se puede terminar con el diseño correcto de la bomba que se ha seleccionado adecuadamente para proporcionar un sistema de funcionamiento rentable y fiable.
Bombas &Sistemas, septiembre de 2006