Cómo monitorear una bomba centrífuga

Las bombas centrífugas son el segundo equipo rotativo más común en una planta, después de los motores eléctricos. Mueven fluidos en todo tipo de procesos, desde agua de enfriamiento y químicos hasta petróleo crudo, pulpa y alimentos. Las encuentras en líneas de proceso, en sistemas de utilidades, en circuitos de enfriamiento y en la transferencia de producto terminado.

Cuando una bomba centrífuga falla sin aviso, el daño no se queda en el equipo. Se para la línea de producción, hay derrames, se dañan equipos aguas abajo y la reparación de emergencia cuesta de 3 a 10 veces más que una intervención planeada [1]. La mayoría de esas fallas se ven venir si mides las variables correctas.

Fallas comunes en bombas centrífugas

Estas son las seis fallas más frecuentes en bombas centrífugas industriales [1][2].

Cavitación

La más destructiva. Ocurre cuando la presión del fluido cae por debajo de su presión de vapor. Se forman burbujas que colapsan con violencia contra las superficies internas del impeller, la rueda con álabes que empuja el fluido. Cada implosión genera una onda de choque microscópica. Miles de implosiones por segundo erosionan el material del impeller hasta dejarlo con apariencia de esponja.

La cavitación hace más que dañar el impeller. Genera vibración a alta frecuencia y baja la eficiencia de bombeo. Si no la corriges, destruye sellos mecánicos y rodamientos en semanas [2].

Desalineación entre bomba y motor

El acoplamiento entre la bomba y el motor tiene que quedar alineado con precisión. Una desalineación angular o paralela de fracciones de milímetro genera fuerzas radiales y axiales. Esas fuerzas aceleran el desgaste de rodamientos, sellos mecánicos y del propio acoplamiento [3].

Las causas típicas son una instalación deficiente, la dilatación térmica de la tubería, el asentamiento de la base o pernos de anclaje flojos.

Rodamientos deteriorados

Los rodamientos de una bomba centrífuga cargan con las fuerzas radiales del impeller y con el empuje axial del fluido. Su deterioro sigue un patrón predecible. Primero aparecen defectos microscópicos en las pistas o en los elementos rodantes, luego el material se descascara (spalling) y al final viene la falla catastrófica [3].

Lo que acelera el daño es la lubricación inadecuada, el lubricante contaminado, la carga excesiva por operar fuera del punto de diseño y la desalineación.

Sello mecánico dañado

El sello mecánico es la barrera entre el fluido bombeado y el exterior. Cuando falla, lo que ves son fugas en la carcasa. La fuga es la consecuencia. La causa está más atrás. Los sellos fallan por operar en seco (aunque sea unos segundos), por vibración excesiva, por temperatura fuera de rango o por fluido con partículas abrasivas [2].

Recirculación interna

Cuando la bomba trabaja con un caudal muy por debajo del diseño, parte del fluido se queda dando vueltas dentro de la carcasa en lugar de salir por la descarga. Esa recirculación genera turbulencia, vibración, calentamiento del fluido y desgaste acelerado del impeller [1].

Operación fuera del BEP

El Best Efficiency Point (BEP) es el caudal donde la bomba trabaja con la máxima eficiencia y las mínimas fuerzas hidráulicas. La norma API 610 recomienda operar entre el 70% y el 120% del BEP [1]. Por debajo del 70% aparece recirculación. Por encima del 120% las fuerzas radiales aumentan y la bomba vibra. Cualquiera de los dos extremos le quita vida a rodamientos y sellos.

Variables que hay que medir

No necesitas medir todo. Estas cinco variables cubren los modos de falla más frecuentes y alcanzan para tomar decisiones de mantenimiento [1][3].

1. Vibración en carcasa de rodamientos

La variable más importante. Se mide en velocidad (mm/s RMS) con un acelerómetro montado en la carcasa de cada rodamiento, del lado del acoplamiento y del lado libre. Detecta desbalance, desalineación, holgura mecánica y deterioro de rodamientos.

Mide en tres direcciones en cada carcasa de rodamiento, horizontal, vertical y axial.

2. Vibración de eje (bombas críticas)

En bombas de alta criticidad o de más de 300 kW se instalan proximity probes, sensores que miden el desplazamiento del eje sin tocarlo. El dato se reporta en micrómetros pico a pico (μm p-p). Detectan problemas que la vibración de carcasa puede no captar, como inestabilidades del rotor, rozamiento de sellos o problemas de película de lubricación en los cojinetes [1].

3. Temperatura de rodamientos

Un rodamiento que se está deteriorando genera más fricción, y más fricción es más calor. Un sensor de temperatura (RTD o termopar) en la carcasa de rodamientos ve el daño incluso cuando la vibración todavía no cambia.

Regla práctica. Un aumento sostenido de 10 a 15 °C sobre la línea base merece que investigues. Arriba de 80 °C en rodamientos con grasa, el lubricante se degrada cada vez más rápido [3].

4. Presión diferencial

Si ya tienes instrumentación de proceso, la diferencia entre la presión de succión y la presión de descarga te dice directo qué tan bien está bombeando la máquina. Una caída de presión diferencial a la misma velocidad apunta a desgaste del impeller, recirculación interna o cavitación [2].

5. Corriente del motor

La corriente eléctrica del motor que mueve la bomba es una medida indirecta de la carga hidráulica. Un cambio de corriente sin cambio en las condiciones de proceso apunta a desgaste del impeller (corriente baja), obstrucción parcial (corriente alta) o problemas mecánicos que aumentan la fricción [1].

Límites de vibración según ISO 20816 y API 610

Las zonas de la norma ISO 20816-3

La mayoría de las bombas centrífugas industriales caen en el Grupo 2 de la norma ISO 20816-3 (potencia de 15 a 300 kW). Estos son los límites de vibración en carcasa, medidos en mm/s RMS en el rango de 10 a 1,000 Hz [4].

Zona	Fundación rígida	Fundación flexible	Condición
A	< 1.4 mm/s	< 2.3 mm/s	Excelente
B	1.4 a 2.8 mm/s	2.3 a 4.5 mm/s	Aceptable
C	2.8 a 4.5 mm/s	4.5 a 7.1 mm/s	Precaución
D	> 4.5 mm/s	> 7.1 mm/s	Peligro

Para bombas grandes (Grupo 1, de más de 300 kW) los límites son más holgados. Las tablas completas están en ISO 20816 explicado para ingenieros de planta.

Lo que agrega la norma API 610

La norma API Standard 610 es la referencia específica para bombas centrífugas en industrias de proceso. Sus límites son más estrictos y cubren mediciones que ISO 20816-3 no detalla para bombas [1].

Medición	Límite permitido
Vibración global en carcasa	< 3.0 mm/s
Frecuencia discreta individual	< 2.0 mm/s
Vibración de eje (proximity probe)	< 50 μm p-p

La diferencia entre las dos normas importa. ISO 20816 evalúa la vibración global. API 610 además limita cada componente de frecuencia por separado a 2.0 mm/s. Por eso una bomba puede pasar el criterio ISO (vibración global por debajo de 2.8 mm/s) y reprobar API 610 si tiene un pico de 2.5 mm/s en la frecuencia de paso de álabes [1].

Cómo detectar la cavitación a tiempo

La cavitación es la falla que más daño hace en menos tiempo. Detectarla temprano es la diferencia entre ajustar una válvula y cambiar el impeller completo. Estas son las señales [2][5].

Vibración a alta frecuencia

La cavitación genera energía vibratoria por encima de 1 kHz. La medición estándar de velocidad (de 10 a 1,000 Hz) no captura bien ese rango. Si tu sensor mide aceleración en banda ancha, busca aumentos entre 1 y 10 kHz. Técnicas como la envolvente de aceleración (envelope analysis) funcionan muy bien para detectar cavitación temprana [5].

El sonido característico

Los operadores con experiencia describen la cavitación como "grava pasando por la bomba" o "como si alguien golpeara el interior con arena". Si escuchas ese sonido, la cavitación ya está en curso. No esperes a que un análisis te lo confirme. Investiga de inmediato [2].

Caída de presión de descarga

A la misma velocidad y con la misma presión de succión, una caída de la presión de descarga quiere decir que el impeller no le está pasando bien la energía al fluido. La cavitación es una de las causas principales.

Temperatura elevada en carcasa

Cuando las burbujas de vapor colapsan sueltan energía térmica. Un aumento localizado de temperatura en la carcasa de la bomba, sobre todo cerca del ojo del impeller, es una señal más de cavitación [2].

De dónde viene la cavitación

Detectarla es apenas el primer paso. Para quitarla tienes que corregir la causa. Varias de ellas tienen que ver con el NPSH, la presión con la que el fluido llega a la succión de la bomba.

NPSH disponible insuficiente: la bomba está instalada demasiado alto, la tubería de succión tiene demasiadas restricciones o el nivel del tanque de succión está bajo
Válvula de succión parcialmente cerrada: restringe el flujo y baja la presión en el ojo del impeller
Temperatura del fluido demasiado alta: sube la presión de vapor y reduce el margen de NPSH
Velocidad excesiva: el NPSH requerido aumenta con el cuadrado de la velocidad

Qué hacer en cada zona

Aquí están las zonas de la norma ISO traducidas a acciones concretas para bombas centrífugas [1][4].

Zona A, condición excelente

Es la vibración típica de una bomba recién instalada, alineada y operando en su BEP.

Acción: documenta este valor como línea base
Frecuencia de monitoreo: la de tu programa (quincenal o mensual)
Siguiente paso: este es tu punto de referencia. Cualquier aumento sostenido desde aquí es una tendencia que hay que vigilar

Zona B, operación normal

La bomba tiene desgaste normal, dentro de parámetros. Puede operar así indefinidamente.

Acción: monitoreo de rutina, registra la tendencia
Frecuencia de monitoreo: la de tu programa
Atención: si la tendencia sube de forma constante, investiga antes de llegar a Zona C

Zona C, planifica la intervención

La bomba tiene una falla en desarrollo. Puede seguir corriendo un tiempo, y no debe operar así a largo plazo [4].

Acción inmediata: sube la frecuencia de monitoreo (de mensual a semanal, o de semanal a diario)
Investiga la causa raíz: revisa alineación, condición de rodamientos, estado de sellos, presión de succión y punto de operación contra el BEP
Planea la reparación: programa la intervención en la próxima parada planeada
Pon una fecha límite: no dejes la bomba en Zona C indefinidamente

Zona D, acción inmediata

Son niveles de vibración que ya están dañando rodamientos, sellos y la estructura de la bomba [4].

Acción: evalúa un paro de emergencia. Considera el riesgo de fuga, contaminación o daño a equipos aguas abajo
No sigas operando sin una evaluación formal de riesgo por parte de ingeniería
Después del paro: inspecciona rodamientos, sellos, impeller, acoplamiento y alineación antes de arrancar
Documenta: registra la causa raíz y la acción correctiva para que no se repita

Lista de revisión para tu bomba

Esto es lo mínimo para tener una bomba centrífuga bien monitoreada.

Sensores

Acelerómetro en la carcasa del rodamiento lado acoplamiento (horizontal, vertical, axial)
Acelerómetro en la carcasa del rodamiento lado libre (horizontal, vertical, axial)
Sensor de temperatura en la carcasa del rodamiento lado acoplamiento
Sensor de temperatura en la carcasa del rodamiento lado libre
Proximity probes en el eje (solo bombas críticas de más de 300 kW o de servicio severo)
Señal de corriente del motor (del variador o de un transformador de corriente)

Configuración de límites

Clasificar la bomba según ISO 20816-3 (Grupo 1 o 2, fundación rígida o flexible)
Cargar los límites de vibración por zona (A/B/C/D)
Si aplica API 610, configurar el límite de frecuencia discreta (2.0 mm/s)
Definir la alarma de temperatura en rodamientos (línea base más 15 °C o 80 °C absolutos, lo que llegue primero)
Registrar la línea base de corriente del motor en operación normal

Rutina operativa

Revisar la tendencia de vibración en cada ronda (diaria si el monitoreo es continuo, según programa si es periódico)
Comparar la presión diferencial contra el valor de diseño una vez por turno
Confirmar que la bomba opera entre el 70% y el 120% del BEP
Revisar la temperatura de rodamientos contra la línea base
Escuchar la bomba, el oído entrenado detecta cavitación antes que muchos sensores

Después de mantenimiento

Verificar la alineación bomba-motor con equipo láser
Tomar nueva línea base de vibración con la bomba en operación estable
Confirmar que la vibración después del mantenimiento queda en Zona A o B
Actualizar los límites si la línea base cambió de forma importante
Documentar valores y condiciones de operación

Siguiente paso

Si quieres entender los límites de vibración a fondo, con las tablas completas para los dos grupos de máquinas, lee ISO 20816 explicado para ingenieros de planta. Y si quieres ver cómo estas variables se juntan en una sola calificación de salud por equipo, revisa el Health Score.

Referencias

[1] API Standard 610, 12th Edition. Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries. American Petroleum Institute.

[2] Gülich, J. F. (2020). Centrifugal Pumps, 4th Edition. Springer. ISBN 978-3-030-14787-7.

[3] SKF Group. (2018). Rolling Bearings (SKF Catalogue). PUB BU/P1 10000/2 EN. SKF.

[4] ISO 20816-3:2022. Mechanical vibration. Measurement and evaluation of machine vibration. Part 3: Industrial machinery with a power rating above 15 kW and operating speeds between 120 r/min and 30 000 r/min. International Organization for Standardization.

[5] Birajdar, R., Patil, R., & Khanzode, K. (2009). Vibration and noise in centrifugal pumps: Sources and diagnosis methods. 3rd International Conference on Integrity, Reliability and Failure, Porto, Portugal.