La bomba centrífuga en la instalación: testimonios de profesionales Las bombas en la industria química: ¿están los fabricantes de bombas desarrollando productos que no se ajustan a las necesidades?

Los fabricantes de bombas apuestan por los variadores de frecuencia, las bombas de caudal ampliado y la monitorización basada en la inteligencia artificial. Los operadores del sector químico, no tanto. Déjese sorprender por las conclusiones extraídas del día a día pragmático de dos empresas químicas. ¿Deben los fabricantes de equipos rotativos escuchar más a sus clientes?

Las bombas centrífugas, como máquinas estándar preferidas, no solo se utilizan en la industria química en los procesos primarios (es decir, en los procesos de producción con contacto directo con el producto o con los reactivos); sino que también predominan en los procesos secundarios (refrigeración, control de temperatura, tratamiento de aguas y evacuación de aguas residuales).

Ya sea en el proceso primario o en el secundario: la avería de una sola bomba puede provocar sin duda alguna la parada de una planta de producción. Los costes derivados de la pérdida de producción que ello conlleva superan rápidamente el valor de la bomba.

Los profesionales con experiencia lo dejan claro: las bombas que fallan prematuramente suelen ser, por regla general, bombas que no se han seleccionado correctamente, que no se han instalado correctamente, que no se han reparado correctamente o que no se utilizan según lo previsto.

Las bombas son muy sensibles a los cambios de planificación

¿Por qué suele ser así? En la práctica, el fabricante de la bomba recibe del operador (o del proveedor externo de servicios de ingeniería encargado de la planificación) una solicitud con información sobre el trazado de las tuberías, la tecnología de procesos y el fluido; sin embargo, estos parámetros, lamentablemente, no son en absoluto fijos, sino que, por regla general, cambian a medida que avanza la planificación.

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Si, además, nadie en la empresa operadora se encarga de que los datos modificados lleguen también al fabricante, los problemas en el funcionamiento posterior de la bomba están garantizados. Las bombas se entregan, se instalan y no funcionan como se esperaba. O bien se producen averías en muy poco tiempo que se habrían podido evitar con una planificación adecuada.

Por supuesto, la gestión de cambios también es un aspecto importante en otros componentes, como un compresor o un ventilador. Sin embargo, las bombas son mucho más sensibles a los cambios en la planificación. En última instancia, esto influye en los costes del ciclo de vida: si la bomba no funciona en el punto de funcionamiento, aumentan los costes de mantenimiento.

En resumen: si las disciplinas de la tecnología de bombas, el diseño de tuberías y la ingeniería de procesos no se integran y se comprenden adecuadamente entre sí, es muy probable que la bomba instalada finalmente no pueda cumplir adecuadamente con sus funciones.

Queda por responder la siguiente pregunta: ¿en qué se diferencian las «configuraciones ideales» (desde el punto de vista del fabricante) de la realidad cotidiana de la explotación (desde el punto de vista del operador)?

Covestro es un fabricante de materiales poliméricos de alta tecnología que opera a nivel mundial. «Nuestra producción se basa en gran medida en la química clásica del cloro, lo que, como es lógico, influye en la tecnología de bombeo que necesitamos», explica Arne Winkler, quien, como experto sénior en tecnología de bombeo de Covestro, se encarga de la estandarización global de las bombas.

«La estandarización no es un fin en sí misma», afirma el experto de Covestro

La amplia estandarización desempeña un papel importante en el grupo, pero no debe convertirse en un fin en sí misma, afirma. Aunque a nivel global se intente imponer ciertos estándares, esto solo es posible hasta cierto punto, siempre hay que tener en cuenta las circunstancias locales: si un proveedor de bombas preferido no puede ofrecer sus servicios a nivel local en todas partes, se verá obligado a elegir a otro proveedor. Por último, pero no por ello menos importante, también influye la consideración de no depender de un único proveedor.

Por regla general, Covestro busca una colaboración a largo plazo con los proveedores de bombas. Teniendo en cuenta los costes del ciclo de vida, se concede gran importancia no solo a los costes de inversión de la bomba, sino que también se es muy consciente de la importancia de los servicios posteriores y de los costes de las piezas de recambio. Arne Winkler: «En cuanto a los costes del ciclo de vida de una bomba, partimos de la base de que alrededor del 60 % corresponde a los costes energéticos, los costes del proyecto (es decir, los costes de inversión) representan como máximo entre el 2 % y el 3 %, y el resto corresponde al mantenimiento».

Para mantener los costes lo más bajos posible en general, se limita el número de proveedores y tipos de bombas a una cifra manejable, lo que también tiene un efecto positivo en la gestión de existencias. Christoph Eich, responsable del área de bombas en Covestro como director de abastecimiento global, afirma: «Desde nuestro punto de vista, es importante tener en cuenta los costes de funcionamiento y mantenimiento ya desde las primeras consideraciones sobre la adquisición de una bomba».

Covestro: rechaza la filosofía del «flujo ampliado»

Winkler considera que las bombas normalizadas para la industria química plantean cierta problemática debido a la tendencia hacia las ofertas de «caudal ampliado», ya que esto no siempre garantiza la intercambiabilidad de las bombas ya instaladas. Esto ha sido motivo de gran preocupación para los operadores de la industria química en los últimos años (véase la guía de la VCI)

Antecedentes: Aunque los fabricantes de bombas siguen las especificaciones de la norma DIN EN ISO 2858 en lo que respecta a las dimensiones a la hora de desarrollar nuevas series o de revisar las ya existentes, modifican el rendimiento hidráulico de algunos tamaños de bomba para obtener caudales volumétricos mayores.

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Es cierto que estas bombas «Extended Flow» resultan ventajosas desde el punto de vista de la eficiencia energética, según el proveedor, y que también son bien recibidas por los proyectistas (ya que, en muchos casos, les permiten elegir una bomba más pequeña). Sin embargo, para el operador, la situación suele ser muy diferente: la supuesta mayor eficiencia energética no se aplica con los mismos caudales. Al contrario: se producen pérdidas adicionales fuera de la bomba, en los adaptadores. Además, se pierde el sentido de una bomba química estándar, ya que ya no se garantiza la intercambiabilidad hidráulica.

Esto demuestra que, también en lo que respecta a la «eficiencia energética», los fabricantes y los operadores tienen puntos de vista bastante diferentes...

Por qué cambiar lo viejo por lo nuevo no supone automáticamente un ahorro de energía

Covestro se muestra escéptica en lo que respecta a la sustitución de bombas antiguas por nuevos grupos hidráulicos con el fin de lograr una mayor eficiencia energética. El argumento de que la nueva bomba gestiona la energía de forma prácticamente automática mejor que el antiguo grupo hidráulico debe analizarse con detenimiento, ya que la eficiencia de los sistemas hidráulicos apenas ha aumentado en los últimos años.

Al analizar los modernos motores de alta eficiencia (IE3 —por supuesto, todas las bombas nuevas de Covestro cuentan con este tipo de accionamientos—) o las generaciones más recientes (IE4, IE5), los especialistas en bombas de Covestro tienen una visión diferenciada: por ejemplo, en China apenas se encuentran motores IE4 con las potencias necesarias y con protección contra explosiones; la situación es aún peor en el caso de los motores IE5, que solo funcionan con variadores de frecuencia.

Para ello, es necesario disponer de un armario eléctrico adaptado con un cableado grueso (lo cual resulta caro y puede requerir obras adicionales). No hay duda: siempre que sea posible regular la velocidad mediante un convertidor de frecuencia sin grandes obras, en Covestro se lleva a cabo. Sin embargo, en el caso de bombas existentes de 20 años de antigüedad, por lo general no sale a cuenta (sobre todo en lo que respecta a la sala de control).

Carcasa de separación: la cerámica supera al metal

Es interesante observar dónde se aprecian claramente grandes posibilidades de ahorro: en la adaptación de las bombas con acoplamiento magnético para que utilicen cubetas de separación cerámicas. El motivo es que, con las cubetas de separación metálicas tradicionales, hay que asumir unas pérdidas por corrientes parásitas de alrededor del diez por ciento.

Mario Schneider (experto en equipos rotativos de Renania del Norte-Westfalia en Covestro): «¡Si aquí cambiamos a recipientes de separación cerámicos, podremos ahorrar mucha energía!»

Dependiendo del precio de la electricidad, el recipiente de separación cerámico puede amortizarse en un plazo máximo de dos o tres años. Por último, pero no por ello menos importante, entra en juego el aspecto de la disponibilidad, ya que las pérdidas por corrientes parásitas en el recipiente de separación metálico provocan temperaturas más elevadas, lo que favorece las averías de las bombas. Las normas ATEX también influyen, ya que el recipiente de separación metálico caliente requiere una supervisión más exhaustiva.

En el seguimiento, la inteligencia artificial desempeña un papel secundario

En Covestro, la monitorización consiste, en principio, en un control de vibraciones para el 90 % de las bombas (esto solo se lleva a cabo de forma permanente en una minoría de ellas; en el resto de los casos, se trata de un control aleatorio periódico realizado por el personal de planta). Se considera poco realista la propuesta de diversos proveedores de bombas de supervisar los equipos a través de una plataforma propia del proveedor. Covestro solo puede plantearse una solución en la que las bombas se supervisen a través de una plataforma interna de control de procesos. Pero también en este caso, los costes de un punto de medición ATEX, que oscilan entre 5.000 y 10.000 €, limitan considerablemente su implementación.

En la práctica, todas las bombas que, según la experiencia, suelen dar problemas se revisan y se comprueban con mayor frecuencia; esto resulta actualmente más adecuado para la práctica que una detección temprana de averías, aunque esté basada en la inteligencia artificial.

Wacker: Aquí son los ingenieros especializados en bombas quienes tienen la última palabra

Wacker Chemie AG produce para industrias clave a nivel mundial y opera en los sectores de siliconas, polímeros, ciencias de la vida y polisilicio. Gracias a sus instalaciones de producción integradas, especialmente en sus principales centros de Burghausen y Nünchritz, la empresa optimiza continuamente sus propios procesos con el fin de lograr el máximo aprovechamiento de los materiales y la máxima eficiencia energética. «Para 2030, reduciremos el consumo específico de energía en un 15 %», afirma Stefan Seidel, responsable de gestión energética en la planta de Burghausen.

Christoph Eglseder, director del Centro de Servicio Técnico de Maquinaria, del taller mecánico y del departamento especializado en bombas, cuenta con unas 27 000 máquinas de flujo en el grupo, entre ellas 9 000 bombas centrífugas. «6.000 de estas bombas están normalizadas como bomba estándar para agua 733 o como bomba estándar para productos químicos 2858; disponemos de unas 1.200 de estas bombas en stock».

En el caso de Wacker en Alemania, él y su equipo tienen la directriz de que la adquisición de máquinas de flujo para procesos industriales debe gestionarse, en principio, a través del departamento especializado en bombas. En concreto, en los distintos proyectos, el departamento especializado establece, como mínimo, las especificaciones técnicas y, además, dispone de una lista de proveedores autorizados para cada emplazamiento. En primer lugar, por supuesto, la bomba debe ser adecuada para la aplicación prevista; además, la estandarización y la eficiencia energética son criterios de selección importantes.

«Damos mucha importancia al dimensionamiento correcto de una bomba para su funcionamiento según lo previsto y para alcanzar el mejor punto de funcionamiento posible, ya que eso es fundamental para lograr una alta eficiencia energética», afirma Eglseder. Tanto él como sus ocho empleados del departamento especializado en bombas han adquirido los conocimientos necesarios gracias a la formación de ingeniero especializado en bombas de la Universidad Técnica de Graz, muy prestigiosa en el sector.

Dada la gran variedad de procesos, las bombas deben cumplir requisitos muy diversos, por lo que, en esencia, nunca hay modelos idénticos. Por lo demás, en Wacker, la estandarización no significa utilizar siempre el mismo tipo de bomba; en el caso de una bomba con acoplamiento magnético, simplemente se elige el imán más grande, con lo que la bomba no solo puede funcionar a 1500 min-1, sino también a 3000 min-1.

Y/o se opta por una calidad de material superior para tener mayor flexibilidad. El diámetro de los impulsores varía en incrementos de diez milímetros. La tecnología de medición y regulación también se estandariza en la medida de lo posible; para ello, el organismo especializado en bombas establece determinados valores típicos.

Aprovechar el potencial de la estandarización

¿Por qué es tan importante la estandarización? Por un lado, cada vez hay menos personal in situ que conozca los distintos sistemas de bombeo. Por lo tanto, al estandarizar en este ámbito, se resuelven muchos problemas de manejo. Por otro lado, se necesitan menos piezas de recambio en stock. Otra ventaja de la estandarización es que el operador puede firmar un contrato marco con el fabricante: de este modo, el operador solo solicita los tipos de bombas acordados previamente, lo que, además de un ahorro de tiempo, supone una ventaja comercial muy interesante.

Los operadores que estandarizan sus bombas de forma selectiva —es decir, que solo admiten un número determinado de tipos diferentes de bombas, impulsores y sistemas de accionamiento— disponen, sencillamente, de mucho más tiempo para dedicarse a la optimización del parque de bombas, es decir, para decidir qué tecnología ha demostrado su eficacia o para probar nuevos desarrollos.

En general, el departamento especializado analiza qué bombas presentan una alta disponibilidad en una aplicación concreta o, por el contrario, sufren averías frecuentes; en caso de averías frecuentes, el equipo se pone en contacto activamente con el operador correspondiente para resolver dichos problemas tras una evaluación conjunta.

Por último, pero no por ello menos importante, los especialistas del centro técnico revisan continuamente instalaciones algo antiguas para comprobar los diseños originales. No es raro encontrar márgenes de seguridad excesivos, y a menudo caudales que han variado con el tiempo y que ya no se ajustan a las dimensiones de las tuberías instaladas. «Optimizar toda la instalación suele suponer un mayor ahorro energético que si solo se tiene en cuenta la bomba por sí sola».

Enfoque pragmático para la supervisión de bombas

En la práctica, Wacker aborda el tema de la supervisión de forma algo diferente a como lo proponen muchos fabricantes: «Como proveedores de productos químicos especiales, operamos principalmente instalaciones de menor tamaño, en las que, precisamente, se instalan bombas de menor potencia. Aunque todas ellas están integradas en el sistema de control de procesos, no están sujetas a una supervisión exhaustiva».

No hay regla sin excepciones: «Por supuesto, supervisamos cualquier bomba, independientemente de su potencia, cuando los costes de avería de una instalación que se puedan prever son muy elevados». Huelga decir que un compresor de cloro gaseoso siempre se supervisa; a partir de una potencia de bomba de unos 75 kW, lo mismo se aplica a las bombas. Cuando existe riesgo de impacto medioambiental o de peligro para la salud de los empleados, se realizan revisiones periódicas de las vibraciones de todas las bombas.

El mantenimiento y la reparación de las bombas se llevan a cabo de forma centralizada a través del Centro de Servicio de Maquinaria y el taller de maquinaria; si no hay prisa —por ejemplo, cuando se puede utilizar una bomba de la reserva—, también se recurre a proveedores de servicios externos o se envía la bomba directamente al fabricante. Por supuesto, el departamento especializado presta especial atención a los costes.

En lo que respecta a la impresión 3D para piezas de recambio de bombas, Wacker se muestra aún algo cauteloso. Christoph Eglseder conoce las ventajas fundamentales y está al tanto de casos prácticos: el fabricante de bombas de tornillo excéntrico Netzsch ya imprime en serie el estator de determinados modelos de estas bombas, y KSB es bien conocido como proveedor de piezas de recambio fabricadas mediante impresión 3D. Por eso, le augura a la impresión 3D un futuro muy prometedor.

Conclusión: En el fondo, el resultado de la encuesta realizada a los operadores de bombas en la industria química no es sorprendente: ante la duda, se muestran conservadores y cautelosos, y no se lanzan a adoptar cualquier nueva tecnología. Se puede interpretar como una crítica el hecho de que los proveedores no tengan suficientemente en cuenta el punto de vista de los operadores de la industria química, que deben cumplir con una gran variedad de requisitos, como, por ejemplo, los relativos a la protección contra explosiones.