Guasti alle pompe: cause, modalità e strategie di prevenzione

Per i settori che si basano sulla movimentazione dei fluidi, come il trattamento delle acque, il petrolio e il gas, l'agricoltura e la produzione, i guasti alle pompe sono più di un semplice inconveniente. Un singolo guasto può causare costosi tempi di inattività, interrompere intere operazioni e portare a costose riparazioni o addirittura a guasti catastrofici del sistema.

Per mantenere le pompe efficienti, è fondamentale capire perché si guastano. Riconoscere i primi segnali di allarme e implementare strategie di manutenzione proattive può prolungare significativamente la durata di vita delle apparecchiature, garantendo al contempo un funzionamento regolare.

Le cause più comuni di guasto della pompa sono

1. Perdita della tenuta meccanica
2. Problemi con i cuscinetti
3. Usura della girante
4. Problemi di accoppiamento
5. Errori operativi
6. Problemi di alimentazione

6 cause comuni di guasto della pompa

È fondamentale mantenere le pompe in buona salute, ma per farlo è necessario rispondere a una domanda importante: perché le pompe si guastano? Le seguenti ragioni sono all'origine di oltre 60% di guasti alle pompe, secondo i dati di Grundfos:

1. Perdita della tenuta meccanica

La maggior parte delle perdite avviene di solito all'interfaccia tra le due facce della tenuta, ma in alcuni casi le perdite provengono anche dall'area di tenuta secondaria. Le perdite delle tenute meccaniche possono essere dovute a diverse cause, tra cui il funzionamento a secco, la distorsione termica e il disallineamento degli anelli di tenuta..

2. Problemi di cuscinetti

Secondo il rapporto tecnico dal Gruppo RKB Bearing IndustriesLa ragione di gran lunga più comune per il guasto di un cuscinetto è la lubrificazione inadeguata (80%), che ne provoca il surriscaldamento. Altre cause sono la selezione impropria dei cuscinetti, il sovraccarico, la fatica e molte altre ancora.

3. Usura della girante

Come per altri guasti, le ragioni dell'usura della girante sono molteplici. Una delle più comuni è l'erosione, ma può anche derivare da un dimensionamento non corretto della pompa, che può portare a uno squilibrio della pressione.

4. Problemi di accoppiamento

I guasti più frequenti dei giunti si verificano per i seguenti motivi: disallineamento, sovraccarico, cause ambientali non comuni, vibrazioni torsionali e lubrificazione inadeguata.

5. Errori operativi

Anche la pompa più avanzata non durerà a lungo se viene fatta funzionare al di fuori dei parametri previsti. L'avvio e l'arresto impropri, il sovraccarico o l'inosservanza delle linee guida del produttore possono causare surriscaldamento, usura eccessiva e pericolosi malfunzionamenti.

Per le pompe sommerse, il mancato mantenimento di adeguati livelli di immersione può causare il funzionamento a secco, con conseguente rottura delle tenute e bruciatura del motore. La soluzione? Investire nella formazione degli operatori, implementare controlli automatizzati e monitorare i dati del sistema per evitare costosi errori.

6. Problemi di alimentazione

Un'alimentazione stabile è fondamentale per le prestazioni delle pompe. Fluttuazioni di tensione, sbalzi di tensione e interruzioni impreviste possono compromettere i motori, causandone il surriscaldamento, un funzionamento inefficiente o un guasto totale.

Le pompe sommerse sono particolarmente vulnerabili a causa della loro dipendenza dall'isolamento elettrico in ambienti umidi. Analisi della firma elettrica (ESA) possono rilevare le anomalie di corrente prima che causino un guasto, mentre i dispositivi di protezione contro le sovratensioni, i sistemi di alimentazione di backup e le ispezioni elettriche di routine forniscono un ulteriore livello di protezione.

La soluzione più rapida è la sostituzione del componente guasto, ma non risolve il problema di fondo. Le pompe possono guastarsi a causa di molteplici fattori. Ad esempio, se una pompa non è adeguatamente collegata a terra, la corrente può penetrare in un cuscinetto e danneggiarlo. Analogamente, la cavitazione può usurare nel tempo guarnizioni, cuscinetti e giranti. La sostituzione delle parti danneggiate può ripristinare temporaneamente il funzionamento, ma se non si affrontano le cause principali, come i problemi di messa a terra o la cavitazione, i guasti continueranno.

Per evitare guasti ricorrenti, è importante individuare questi problemi di fondo prima che si aggravino. Monitoraggio delle condizioni Le tecnologie possono aiutare a identificare precocemente i problemi, consentendo una manutenzione proattiva e riducendo i costosi tempi di inattività.

Come individuare i primi segni di guasto della pompa

I guasti alle pompe non si verificano da un giorno all'altro: ci sono sempre dei segnali di avvertimento che, se colti tempestivamente, possono evitare costosi tempi di fermo e riparazioni.

I principali segnali di allarme da tenere d'occhio:

• Rumori insoliti - Ruggiti, fischi o scoppi spesso segnalano cavitazione, cuscinetti usurati o disallineamento.
• Vibrazioni eccessive - L'aumento del tremolio può indicare alberi non allineati, giranti sbilanciate o cuscinetti difettosi.
• Flusso o pressione ridotti - Un calo improvviso della potenza può essere causato da ostruzioni, perdite d'aria o usura interna. Nel video qui sotto
  
• Surriscaldamento - I motori o i cuscinetti che si scaldano più del solito suggeriscono una lubrificazione insufficiente, un sovraccarico o problemi elettrici.
• Perdite o danni alle guarnizioni - Le perdite visibili spesso indicano guarnizioni usurate o una pressione interna eccessiva.
• Consumo di energia irregolare - I picchi di consumo energetico possono indicare una pompa inefficiente o in difficoltà.

Ispezioni di routine, analisi delle vibrazionie il monitoraggio termico possono aiutare a rilevare questi problemi prima che portino a un guasto completo. Investire in strumenti di manutenzione predittiva come l'analisi della firma elettrica (ESA) o il monitoraggio delle condizioni basato sull'IoT può ridurre i tempi di fermo e i costi di riparazione.

Come fa un sistema di monitoraggio delle condizioni a individuare i potenziali guasti nelle pompe prima che si verifichino?

Un sistema di monitoraggio delle condizioni funziona tenendo sotto controllo i segnali vitali di una pompa, come vibrazioni, temperatura e rumore. Quando qualcosa inizia ad andare storto, questi segnali cambiano in modo sottile ma significativo. Pensate a un medico che ascolta il vostro battito cardiaco: un ritmo insolito potrebbe indicare un problema prima ancora che vi sentiate male.

Analizzando questi spostamenti, il sistema può individuare i primi segnali di usura, disallineamento o altri problemi molto prima che si trasformino in guasti veri e propri. Le diverse tecniche di monitoraggio sono specializzate nel rilevamento di diversi tipi di guasti, alcuni dei quali vengono individuati prima di altri. L'approccio giusto dipende dalle esigenze di monitoraggio, dall'ambiente in cui operano le pompe e dalla loro importanza critica per il processo.

Metodi comuni includono l'analisi delle vibrazioni, analisi dell'oliotermografia a infrarossi, analisi della firma elettrica ed emissioni acustiche, ognuna con i propri punti di forza per prevenire costosi guasti.

Analisi dei guasti delle pompe: Tecniche per la diagnosi e la prevenzione dei guasti delle pompe

Una gestione efficace dei guasti delle pompe richiede tecniche sia diagnostiche che preventive. I metodi diagnostici aiutano a identificare la causa principale dei guasti, mentre le tecniche preventive si concentrano sul monitoraggio delle tendenze delle prestazioni per individuare i primi segnali di allarme prima che si verifichi un guasto. La combinazione di questi approcci garantisce una maggiore affidabilità, un minor numero di riparazioni di emergenza e una riduzione dei costi di manutenzione.

Tecniche diagnostiche: identificazione e comprensione dei guasti

Analisi delle cause (RCA)

Quando una pompa si guasta, la comprensione della causa sottostante è fondamentale per evitare che si ripeta. L'analisi delle cause profonde (RCA) è un approccio strutturato che esamina i dati sulle prestazioni, i registri di manutenzione e le condizioni operative per determinare le cause del guasto. Due metodi ampiamente utilizzati sono l'analisi delle modalità di guasto e degli effetti (FMEA), che identifica i potenziali punti di guasto e le loro conseguenze, e l'analisi dell'albero dei guasti (FTA), che traccia sistematicamente i percorsi dei guasti fino alla loro causa principale. Diagnosticando i problemi ricorrenti, la RCA aiuta i team di manutenzione a sviluppare azioni correttive mirate.

Analisi della firma elettrica (ESA)

L'analisi della firma elettrica (ESA) è un potente strumento per rilevare problemi elettrici e meccanici nelle pompe analizzando i segnali di corrente e tensione del motore. Questo metodo è particolarmente efficace per le pompe sommergibili, in quanto può identificare problemi altrimenti difficili da individuare, come la rottura dell'isolamento degli avvolgimenti, gli squilibri di fase, i disallineamenti meccanici e i difetti della barra del rotore. Poiché l'ESA fornisce avvisi precoci, consente ai team di manutenzione di intervenire prima che questi problemi provochino un guasto alla pompa.

Analisi delle vibrazioni (VA)

I cambiamenti nei modelli di vibrazione possono indicare problemi meccanici in una pompa, rendendo l'analisi delle vibrazioni (VA) uno strumento diagnostico fondamentale. Le vibrazioni insolite spesso segnalano disallineamento, sbilanciamento, usura dei cuscinetti o cavitazione, tutti fenomeni che, se non controllati, possono portare a gravi danni. Monitorando costantemente le frequenze delle vibrazioni, i team di manutenzione possono rilevare tempestivamente le anomalie e adottare misure correttive prima che i problemi minori si trasformino in guasti completi della pompa.

Analisi dei detriti da usura (WDA)

Quando i componenti interni di una pompa iniziano a usurarsi, rilasciano minuscole particelle metalliche nel sistema di lubrificazione. L'analisi dei detriti da usura (WDA) esamina queste particelle per determinare il tipo di usura, il componente interessato e la gravità del danno. Tecniche come la ferrografia e la spettroscopia aiutano a classificare i modelli di usura, distinguendo tra usura adesiva, abrasiva e da fatica. Queste informazioni consentono ai team di manutenzione di individuare potenziali guasti prima che causino danni significativi.

Tecniche di prevenzione: Individuare i primi segnali di allarme

Ispezione termografica

L'accumulo di calore anomalo è spesso un indicatore precoce di guasto della pompa. L'ispezione termografica utilizza le immagini a infrarossi per rilevare i punti caldi in componenti come cuscinetti, guarnizioni e avvolgimenti del motore, che possono indicare problemi di lubrificazione, attrito eccessivo o guasti elettrici. Identificando le parti surriscaldate prima che si guastino, le ispezioni termografiche aiutano a prevenire guasti imprevisti e a prolungare la vita dei componenti critici della pompa.

Analisi di oli e lubrificanti

Le condizioni del sistema di lubrificazione di una pompa sono un fattore chiave per la sua affidabilità complessiva. L'analisi regolare dell'olio e del lubrificante aiuta a rilevare contaminanti come particelle metalliche, acqua e fanghi, che possono indicare i primi segni di usura dei componenti o di contaminazione ambientale. Le variazioni di viscosità, acidità o la presenza di detriti da usura forniscono indicazioni preziose sullo stato di salute di cuscinetti, ingranaggi e guarnizioni. Monitorando costantemente le condizioni del lubrificante, i team di manutenzione possono adottare misure preventive per ridurre l'usura e prolungare la durata dei componenti della pompa.

Monitoraggio delle prestazioni della pompa (PPM)

Invece di aspettare la comparsa di sintomi di guasto, il monitoraggio delle prestazioni delle pompe (PPM) consente agli operatori di tenere traccia dei principali parametri di prestazione in tempo reale. Monitorando la portata, la pressione, la temperatura e il consumo energetico, le deviazioni dai dati di base possono indicare potenziali perdite di efficienza, blocchi o degrado meccanico. L'implementazione di un sistema di monitoraggio remoto con analisi in tempo reale consente di rilevare tempestivamente i problemi di prestazioni, aiutando le aziende idriche a ottimizzare l'efficienza delle pompe e a evitare costosi tempi di fermo.

Perché è importante un approccio combinato

Capire perché le pompe si guastano e identificare i primi segnali di allarme prima che si verifichino i guasti sono entrambi essenziali per mantenere l'affidabilità delle pompe. Tecniche diagnostiche come RCA, ESA e analisi delle vibrazioni aiutano a determinare la causa dei guasti, mentre approcci preventivi come PPM, ispezione termografica e analisi dei lubrificanti forniscono informazioni in tempo reale sullo stato di salute delle pompe. L'utilizzo di una combinazione di questi metodi consente una pianificazione più efficiente della manutenzione, riducendo il rischio di interruzioni non programmate e i costi operativi a lungo termine.

Modalità di guasto specifiche per le pompe sommerse elettriche (ESP)

Sebbene tutte le pompe siano soggette a rischi di guasto comuni, le pompe sommerse elettriche (ESP) sono particolarmente vulnerabili a causa del loro funzionamento sommerso e della loro struttura complessa. Questi fattori introducono modalità di guasto uniche che richiedono monitoraggio specializzato e strategie di mitigazione. Di seguito sono riportate alcune delle più comuni vulnerabilità specifiche dell'ESP e come affrontarle.

Degrado dell'isolamento e guasti elettrici

Poiché le ESP funzionano sott'acqua, l'integrità dell'isolamento svolge un ruolo fondamentale nella prevenzione dei guasti elettrici. Nel tempo, l'esposizione alle alte temperature, le infiltrazioni di umidità e le sollecitazioni meccaniche possono indebolire l'isolamento, aumentando il rischio di cortocircuiti e guasti al motore. L'esecuzione di test di resistenza dell'isolamento a intervalli regolari aiuta a identificare il deterioramento allo stadio iniziale prima che si verifichi un fermo macchina.

Blocco del gas

Nelle applicazioni petrolifere e del gas, gli ESP sono soggetti al blocco del gas, una condizione in cui l'eccesso di gas libero nel fluido pompato interrompe il flusso attraverso le giranti. Ciò comporta una perdita di efficienza, surriscaldamento e potenziali danni. Per combattere il blocco del gas, gli operatori possono installare gcome separatori e modificare il design delle prese per migliorare la gestione dei fluidi.

Guasto della guarnizione e infiltrazione d'acqua

Le tenute meccaniche impediscono ai fluidi esterni di entrare nel motore. Tuttavia, fattori come l'usura, le fluttuazioni di pressione e le variazioni di temperatura possono causare il deterioramento delle tenute, con conseguente intrusione di acqua e malfunzionamenti elettrici. Ispezioni regolari delle tenute e l'uso di dispositivi di equalizzazione della pressione possono aumentare la longevità delle tenute e ridurre i rischi di guasto.

Abrasione di sabbia e solidi

Le ESP in applicazioni di pozzi profondi e giacimenti petroliferi operano spesso in ambienti contenenti alti livelli di sabbia e particelle abrasive. Questi materiali accelerano l'usura di giranti, diffusori e cuscinetti, riducendo gradualmente l'efficienza della pompa. L'utilizzo di componenti temprati, di filtri per la sabbia e di azionamenti a velocità variabile aiuta a ridurre al minimo l'usura e a prolungare la durata della pompa.

Affrontando queste vulnerabilità specifiche dell'ESP, gli operatori possono migliorare le prestazioni, ridurre al minimo i guasti imprevisti e prolungare la durata delle apparecchiature.

Perché l'analisi della firma elettrica (ESA) è il modo migliore per monitorare le pompe sommerse?

Le pompe sommerse operano in ambienti difficili e inaccessibili, rendendo più difficile l'implementazione di metodi diagnostici tradizionali come l'analisi delle vibrazioni e l'ispezione termografica.

L'analisi della firma elettrica (ESA) è l'approccio più efficace e pratico per il monitoraggio delle condizioni delle pompe sommerse per i seguenti motivi:

Monitoraggio non intrusivo

L'ESA analizza i segnali elettrici (corrente e tensione) del motore senza richiedere l'accesso fisico alla pompa. Poiché le pompe sommerse sono spesso situate sott'acqua, in pozzi o in aree pericolose, l'accesso per le misurazioni delle vibrazioni o della temperatura è difficile e costoso. L'ESA offre un metodo remoto e non intrusivo per monitorare la salute delle pompe senza interrompere le operazioni.

Rilevamento precoce dei problemi meccanici ed elettrici

ESA è in grado di rilevare i guasti prima che si manifestino in guasti catastrofici. Analizzando le deviazioni delle forme d'onda elettriche, ESA identifica i primi segnali di:

• Rottura dell'isolamento dell'avvolgimento - con conseguente surriscaldamento del motore e cortocircuiti.
• Squilibri di fase e fluttuazioni di tensione - causando un funzionamento inefficiente del motore e un guasto prematuro.
• Difetti della barra del rotore - indicando un potenziale degrado dei componenti del motore.
• Disallineamenti meccanici e usura dei cuscinetti - rilevate attraverso variazioni irregolari della corrente del motore, che sono correlate alle sollecitazioni meccaniche.

Rilevamento delle irregolarità di carico e di flusso della pompa

A differenza dell'analisi delle vibrazioni, che si concentra principalmente sugli aspetti meccanici, l'ESA può diagnosticare i problemi legati alle variazioni di carico della pompa e ai problemi di flusso. I cambiamenti nelle firme della corrente elettrica spesso indicano:

• Cavitazione - caratterizzata da fluttuazioni di carico irregolari e instabilità del motore.
• Ostruzioni nelle linee di aspirazione o di scarico - si riflette in un assorbimento anomalo di corrente da parte del motore.
• Usura delle guarnizioni e della girante - l'aumento del consumo di energia a causa dell'aumento dell'attrito o delle inefficienze.

L'analisi della firma elettrica funziona in qualsiasi ambiente

Poiché l'ESA si basa sull'analisi dei segnali elettrici piuttosto che sulle letture fisiche dei sensori, non è influenzato da temperature estreme, ambienti ad alta pressione o immersione in liquidi. Questo lo rende ideale per pozzi profondi, sistemi di acque reflue, applicazioni offshore e altre installazioni di difficile accesso.

Economico e scalabile

Al di là della sua accuratezza diagnostica, l'ESA è un altamente scalabile ed efficiente in termini di costi per il monitoraggio delle pompe. A differenza dei metodi tradizionali che richiedono il posizionamento del sensore direttamente sull'asset, ESA fornisce approfondimenti a distanza dall'armadio di controllo del motore. Ciò lo rende particolarmente utile per le industrie che gestiscono più pompe sommerse in luoghi difficili da raggiungere.

Con ESA, gli operatori possono:

• Eliminazione della necessità di sensori fisici sulla pompa - A differenza del monitoraggio delle vibrazioni o della temperatura, l'ESA non richiede sensori aggiuntivi installati direttamente sulla pompa sommersa.
• Monitoraggio delle pompe in remoto - ESA si integra con i sistemi di monitoraggio delle condizioni basati su IoT, consentendo l'analisi dei dati in tempo reale e la manutenzione predittiva senza ispezioni manuali.
• Riduzione dei tempi di inattività e delle riparazioni di emergenza - Prevedendo in anticipo i guasti, l'ESA riduce al minimo i guasti imprevisti e ottimizza i programmi di manutenzione.

Conclusione

Per prevenire i guasti alle pompe è necessario passare dalle riparazioni di routine alla manutenzione strategica basata sulle condizioni. Con strumenti come Analisi della firma elettrica (ESA), monitoraggio delle vibrazioni e analisi dell'olioI team di manutenzione possono individuare tempestivamente i problemi, ridurre i tempi di inattività non programmati e prolungare la durata di vita delle apparecchiature.

Invece di reagire ai guasti, le industrie possono costruire l'affidabilità dei loro sistemi sfruttando i dati in tempo reale e la diagnostica predittiva. Questo approccio non solo migliora le prestazioni, ma riduce anche i costi e garantisce un funzionamento regolare e ininterrotto.

Domande frequenti sui guasti alle pompe:

Quanto deve durare una pompa prima di guastarsi?

La durata di vita di una pompa dipende dalle condizioni operative, dalla frequenza di manutenzione e dal tipo di pompa, ma la maggior parte delle pompe dura 5-15 anni con una cura adeguata.

Perché la mia pompa produce rumori insoliti?

Rumori strani possono essere causati da cavitazione, perdite d'aria, cuscinetti usurati, danni alla girante o disallineamento.

Perché la mia pompa vibra eccessivamente?

Le vibrazioni eccessive sono generalmente dovute a disallineamento dell'albero, squilibrio, cavitazione, cuscinetti usurati o installazione non corretta.

Quali sono le cause dei guasti alle tenute delle pompe?

Guarnizioni usurate, pressione eccessiva, disallineamento, fluttuazioni di temperatura o contaminazione possono causare il cedimento delle guarnizioni, con conseguenti perdite.

Le pompe sommergibili sono più soggette a guasti?

Sì, perché operano sott'acqua in condizioni estreme, rendendoli più vulnerabili a guasti alle guarnizioni, infiltrazioni d'acqua, problemi elettrici e rottura dell'isolamento.

Qual è il modo migliore per monitorare la salute della pompa da remoto?

L'analisi della firma elettrica (ESA), il monitoraggio delle vibrazioni e il monitoraggio delle condizioni basato sull'IoT consentono di diagnosticare le pompe in tempo reale e da remoto.

Che tipo di programma di manutenzione devo seguire per evitare guasti alla pompa?

Un programma di manutenzione preventiva dovrebbe includere ispezioni regolari, lubrificazione, controlli delle guarnizioni, analisi delle vibrazioni e immagini termiche a intervalli mensili, trimestrali e annuali.