El efecto Bombeo (Surge)

El efecto Bombeo (Surge)

Dada la importancia del compresor en los procesos industriales, se requiere ejercer sobre él un control eficiente que garantice a su vez el correcto funcionamiento de la planta. Al diseñar el sistema de control se debe tener en cuenta el efecto “surge”, el cual lleva la máquina a una condición de funcionamiento inestable caracterizada por fluctuaciones del flujo promedio a lo largo del sistema de compresión. La carga oscilatoria genera un gran impacto en los cojinetes y rodamientos que soportan el eje y pueden ocasionar efectos desastrosos en todo el sistema. Además, produce vibraciones que pueden percibirse auditivamente dependiendo del sistema de compresión y las condiciones de operación se distinguen diversas categorías de fluctuaciones del caudal y la presión:

• Mild surge (bombeo leve). Durante el efecto, la frecuencia de oscilación es cercana a la frecuencia de resonancia de las tuberías y no ocurre inversión del flujo. Dicha frecuencia es independiente de la velocidad de rotación y de las condiciones de operación.
• Classic surge (Bombeo clásico). Se caracteriza por oscilación continua de la presión a una baja frecuencia, la cual es independiente de la velocidad de rotación y las condiciones de operación. Bajo esta situación la dinámica se vuelve no lineal lo que se traduce en armónicos de gran amplitud, presentando además por cortos intervalos de tiempo, la inversión del flujo.
• Deep surge (Bombeo fuerte). También se encuentra caracterizado por oscilaciones prolongadas, tanto del flujo como de la presión, las cuales se hacen negativas para parte del ciclo. Durante el flujo inverso, el punto de operación se mueve a lo largo de una línea denominada característica de flujo inverso. Esta define la resistencia que oponen los álabes a la circulación en sentido inverso. Durante el semi-ciclo positivo el punto de operación se ubica cercano al punto de operación en estado estable. La frecuencia de oscilación se encuentra determinada por el vaciado y llenado del volumen conectado al compresor y por lo tanto de la configuración del sistema.
• Modified surge (Bombeo modificado). Recibe este nombre cuando el efecto se presenta simultáneamente con rotating stall. Es entonces cuando el flujo es inestable y asimétrico respecto al eje.

La importancia de mantener el punto de operación de la máquina se puede entender a partir del análisis de la figura 7, en la cual se observa una familia de curvas características de un compresor centrífugo de velocidad variable, para cada velocidad de rotación.

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Figura 7. Curvas características del compresor centrífugo.

Suponiendo que el compresor se encuentra trabajando en el punto A de la curva

del 100% de la velocidad, el flujo de entrada es Q y la carga es L; si por alguna

razón el punto de operación se desplaza a B donde el flujo se reduce hasta Q’ y la

carga aumenta a L’ que es la máxima que el compresor puede manejar a esta

velocidad, el compresor se ubica en una región de operación inestable indicada por la curva de oscilación, hecho que se ve reflejado en pulsaciones rápidas en el flujo y la presión de descarga, ocasionando inversiones de alta frecuencia en el empuje axial sobre el árbol del compresor y daños mecánicos. Hay que resaltar que la curva de oscilación se encuentra definida para todas las velocidades.

En la figura 8 se puede observar un ciclo típico del efecto bombeo. Entre las características más destacables de la figura, se encuentra el incremento y posterior reducción de la presión, así como tasas de flujo negativo, lo que se interpreta como inversión del flujo. Además se puede observar la característica cíclica la oscilación, razón por la cual surge el concepto de frecuencia de oscilación.

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