Universid ad
Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología Carrera de Ingeniería Petrolera”
Autónoma Gabriel René Moreno
INGENIERIA PETROLERA
MODULO: PRODU!!ION DE "IDRO!AR#URO$% DO!ENTE: ING& ED'ARD GUTIERRE( )ARGA$ INTEGRANTE$: *U!RA )ALDE( )ALDE( $IA*LEE $IA*LEE ANDREINA (A#ALA MALDONADO NA"IR (ARATE ADALID
1. INT INTRODU RODUCC CCIO ION N
Santa Cruz de la Sierra Bolivia
Un equipo de bombeo es un transformador de energía, mecánica que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc. Y la convierte en energía, que un fluido adquiere en forma de presión, de posición y de velocidad.
Así se tendrán bombas que funcionen para cambiar la posición de un cierto fluido. or e!emplo la bomba de po"o profundo, que adiciona energía para que el agua del sub#suelo se eleve a la superficie. Un e!emplo de bombas que adicionan energía de presión sería una bomba en un oleoducto, en donde las cotas de altura así como los diámetros de tuberías y consecuentemente las velocidades fuesen iguales, en tanto que la presión fuesen iguales, en tanto que la presión fuese incrementada para poder vencer las pérdidas de fricción que se tuviesen en la conducción. $%isten bombas que traba!an con presiones y alturas iguales que &nicamente adicionan energía de velocidad. 'in embargo a este respecto (ay muc(as confusiones en los términos presión y velocidad por la acepción que llevan implícita de las e%presiones fuer"a#tiempo. $n la mayoría de las aplicaciones de energía conferida por la bomba es una me"cla de las tres. )as cuales se comportan de acuerdo con las ecuaciones fundamentales de la mecánica de fluidos. )o inverso a lo que sucede en una bomba se tiene en una máquina llamada com&nmente turbina, la cual transforma la energía de un fluido* en sus diferentes componentes citadas en energía mecánica. ara una mayor claridad, buscando una analogía con las máquinas eléctricas, y para el caso específico del agua, una bomba sería un generador (idráulico, en tanto que una turbina sería un motor (idráulico. +ormalmente un generador (idráulico bomba- es accionado por un motor eléctrico, térmico, etc. mientras que un motor (idráulico turbina- acciona un generador eléctrico. /ratándose de fluidos compresibles el generador suele llamarse compresor y el motor puede ser una turbina de aire, gas o simplemente un motor térmico.
2. CLASIFICACION GNRAL
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)as bombas son empleadas para una diversidad de usos, e%isten desde las de uso doméstico (asta las que tienen una alta comple!idad, como es el caso de las que son usadas por la industria petrolera. 0ada bomba responde a una necesidad específica, por lo que e%iste alta variedad de diseos, materiales y capacidades que en general se agrupan conforme a la siguiente clasificación /abla 1.1-. )as dos principales clasificaciones de bombas son2 de desplazamiento positivo 3otatorias y reciprocantes- y dinámicas centrífugas, periféricas y especiales-.
4uente2 5ydraulic 6nstitute.
!. "RINCI"ALS BO#BAS UTILI$ADAS N LA INDUSTRIA "TROLRA
$n la industria petrolera los sistemas de bombeo o bombas se utili"an com&nmente para el transporte de (idrocarburos y sus derivados, mane!o de fluidos de los procesos de producción, servicios au%iliares y apoyo a los procesos. Un e!emplo son las bombas utili"adas en oleoductos para el transporte de petróleo, en donde, variables como la altura, diámetro de tuberías, velocidad requerida, entre otros, deben considerarse en el diseo de las mismas. )os tipos de bombas más usados por la industria petrolera se muestran en la siguiente /abla 1.7.
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%. BO#BAS D DS"LA$A#INTO "OSITI&O
)as bombas de este tipo son bombas de despla"amiento que crean la succión y la descarga, despla"ando agua con un elemento móvil. $l espacio que ocupa el agua se llena y vacía alternativamente for"ando y e%trayendo el líquido mediante movimiento mecánico. $l término 8positivo9, significa que la presión desarrollada está limitada solamente por la resistencia estructural de las distintas partes de la bomba y la descarga no es afectada por la carga a presión sino que está determinada por la velocidad de la bomba y la medida del volumen despla"ado. )as bombas de despla"amiento positivo funcionan con ba!as capacidades y altas presiones en relación con su tamao y costo. $ste tipo de bomba resulta el más &til para presiones e%tremadamente altas, para operación manual, para descargas relativamente ba!as, para operación a ba!a velocidad, para succiones variables y para po"os profundos cuando la capacidad de bombeo requerida es muy poca. %.1.
USOS #AS CORRINTS
:ombeo en po"os someros :ombeo en po"os profundos ara niveles de agua variable :ombas de incendio :ombas de transferencia y circulación ;peración por molinos de viento Altas cargas a presión Alimentación de calderas :ombeo de aceite y gasolina 4umigadores de cosec(as
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%.2.
CLASS D BO#BAS D DS"LA$A#INTO "OSITI&O
5ay dos clases de bombas de despla"amiento positivo2 a- )as de pistón o reciprocantes, que despla"an el líquido por la acción de un émbolo o pistón con movimiento rectilíneo alternativo, o con movimiento de oscilación. b- )as rotatorias, en las cuales, el despla"amiento se logra por el movimiento de rotación de los elementos de la bomba. %.2.1. BO#BAS RCI"ROCANTS Características de funcionamiento
$n las bombas reciprocantes el pistón crea un vacío parcial dentro del cilindro permitiendo que el agua se eleve ayudada por la presión atmosférica. 0omo (ace falta un espacio determinado de tiempo para que se llene el cilindro, la cantidad de agua que entra al espacio de despla"amiento dependerá de la velocidad de la bomba, el tamao de las válvulas de entrada y la efectividad del material sellante de las válvulas y del pistón. 0omo se muestra en la figura <.7.
=ebido a la resistencia friccional que se desarrolla en sus partes en movimiento, las bombas reciprocantes tienen una eficiencia relativamente ba!a> las pérdidas en las correas, los engranes y las c(umaceras se aaden a la resistencia de las partes móviles para dar un rendimiento ba!o en proporción a la potencia suministrada por la unidad motri". )as válvulas de las bombas de pistón son de dos tipos las de succión, que permiten la entrada al espacio de despla"amiento, y las de descarga, que de!an que el agua pase (acia el tubo de descarga, $stas válvulas operan por la fuer"a que e!erce sobre ellas el peso del agua, o por la acción e!ercida por elemento de despla"amiento Ventajas y desventajas de las bombas reciprocantes •
)as venta!as de las bombas reciprocantes de po"o llano son2 1
Alta presión disponible Autocebantes dentro de ciertos límites4lu!o constante para cargas a presión variable Adaptabilidad a ser movidas manualmente o por motor •
)as desventa!as son2
:a!a descarga :a!a eficiencia comparada con las bombas centrifugas ?uc(as partes móviles 3equieren mantenimiento a intervalos frecuentes 'ucción limitada 0osto relativamente alto para la cantidad de agua suministrada 3equieren un torque considerable para llevarlas a su velocidad 4lu!o pulsante en la descarga %.2.1.1 BO#BA TI"O "ISTON
0om&nmente llamada de émbolo o de presión, $n ella , una manivela o 0ig@eal gira con una velocidad uniforme, accionada por el motor, el émbolo o pistón que se mueve (acia adelante y (acia atrás en el cuerpo del cilindro> en el golpe (acia afuera un vacío parcial detrás del émbolo permite a la presión atmosférica que obra sobre la superficie del agua en el po"o y (acer subir esta, dentro del tubo de acción, la cual, pasando por la válvula de succión llena el cilindro> en el golpe (acia adentro, (ace que la válvula de succión se cierre y el agua es presionada a salir (acia el tubo de descarga.
%.2.1.2 BO#BA TI"O #BOLO
$n sistemas de transmisión de circuito (idráulico cerrado, es algunas veces necesaria una forma de bomba cuyo gasto de descarga pueda ser variado sin cambiar la velocidad de rotación. /al bomba, tiene un cierto n&mero de cuerpos cilíndricos paralelos, formando un bloque , que gira mediante engranes alrededor de un e!e central. )os pistones o émbolos están articulados a un anillo, que es mantenido en contacto con un platillo , el cual puede inclinarse fuera de la perpendicular> de este modo cuando el anillo gira en con!unto con el bloque de cilindros, también se balancea e imparte el movimiento reciprocante necesario a los pistones o émbolos. 1
%.2.1.! BO#BA D DIAFRAG#A
)as bombas reciprocantes están provistas de un diafragma fle%ible recíprocamente en ve" de un émbolo o pistón reciprocante, con lo cual se elimina la fricción y las fugas en el punto donde el émbolo atraviesa la ca!a de empaque. Un e!emplo de esta bomba queda ilustrado en la figura en la cual el movimiento del diafragma es obtenido mediante una cama e%céntrica y una palanca> las válvulas de succión y de descarga traba!an en forma ordinaria. /ales bombas son muy comunes en la actualidad para levantar combustible de los tanques posteriores de los automóviles a los carburadores de los mismos.
%.2.2. BO#BAS ROTATORIAS
)as bombas rotatorias son unidades de despla"amiento positivo, que consisten en una ca!a fi!a que contiene engranes, aspas u otros dispositivos que rotan, y que act&an sobre el líquido atrapándolo en pequeos vol&menes entre las paredes de la ca!a y el dispositivo que rota, despla"ando de este modo el líquido de manera similar a como lo (ace el pistón de una bomba reciprocante.
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ero las bombas rotatorias en ve" de suministrar un flu!o pulsante como sucede con las bombas reciprocantes, descargan un flu!o uniforme, por el movimiento de rotación de los engranes que es bastante rápido. )as bombas rotatorias se usan generalmente para aplicaciones especiales, con líquidos viscosos, pero realmente pueden bombear cualquier clase de líquidos, siempre que no contengan sólidos en suspensión. +o obstante, debido a su construcción, su uso más com&n, es como bombas de circulación o transferencia de líquido. Características principales:
'on de acción positiva =espla"amiento rotativo 4lu!o uniforme 0onstrucción compacta 0arga alta =escarga relativamente ba!a elocidades de operación de moderadas a altas ocas partes móviles 3equieren toda la potencia para llevarlas a su velocidad de operación 4lu!o constante dentro de ciertos límites para carga variable Aspiración limitada
0omo las pie"as que originan el despla"amiento son de metal y rotan, el contacto metálico entre las partes móviles origina desgastes que posibilitan los resbalamientos a altas presiones, es por eso que la efectividad de las bombas rotatorias disminuye con el uso. %.2.2.1. Bo'(a) de en*rana+e) e,terno)
$stas constituyen el tipo rotatorio mas simple. 0onforme los dientes de los engrana!es se separan en el lado de succión de la bomba (Fig. 2), el liquido llena el espacio entre ellos. $ste se conduce en trayectoria circular (acia fuera y es e%primido al engranar nuevamente los dientes.
4ig. 7 %.2.2.2. Bo'(a) de en*rana+e) interno)
$ste tipo (Fig. 3) tiene un motor con dientes cortados internamente y que enca!an en un engrane loco, cortado e%ternamente. uede usarse una partición en forma de luna creciente para evitar que el liquido pase de nuevo al lado de succión de la bomba.
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4ig. B %.2.2.!. Bo'(a) lo(ulare)
Cstas se aseme!an a las bombas del tipo de engrana!es en su forma de acción, tienen dos o mas motores cortados con tres, cuatro, o mas lóbulos en cada motor (Fig. 4, 5 y ). )os motores se sincroni"an para obtener una rotación positiva por medio de engrana!es e%ternos. =ebido al que el liquido se descarga en un numero mas reducido de cantidades mayores que en el caso de la bomba de engrana!es, el flu!o del tipo lobular no es tan constante como en la bomba del tipo de engrana!es.
%.2.2.% Bo'(a) de tornillo
$stas bombas tienen de uno a tres tornillos roscados convenientemente que giran en una ca!a fi!a. )as bombas de un solo tornillo tienen un motor en forma de espiral que gira e%céntricamente en un estator de (élice interna o cubierta. )as bombas de dos y tres tornillos tienen uno o dos engrana!es locos, respectivamente, el flu!o se establece entre las roscas de los tornillos, y a lo largo del e!e de los mismos.
%.2.2.. Bo'(a) de a)a)
)as bombas de aspas oscilantes tienen una serie de aspas articuladas que se balancean conforme gira el motor, atrapando al liquido y for"ándolo en el tubo de descarga de la 1
bomba. )as bombas de aspas desli"antes usan aspas que se presionan contra la carca"a por la fuer"a centrífuga cuando gira el motor. $l liquido atrapado entre las dos aspas se conduce y fuer"a (acia la descarga de bomba.
5. BOMBAS CENTRIFUGAS
)as bombas centrifugas, accionadas por motores eléctricos o de combustión interna, son dispositivos de uso más frecuente y son fabricadas distintas varias capacidades. =esde el punto de vista técnico, (ay ciertas peculiaridades que caracteri"an a las bombas para aguas residuales. or el (ec(o de impulsar líquidos sucios que contienen materias en suspensión deben poseer un tipo especial de rotor impulsor-. )as bombas deben generalmente traba!ar a(ogadas, esto es con carga en la entrada, de manera que el funcionamiento, en su inicio, se produ"ca sin la necesidad de la operación previa de cebado. =e ésta manera se obtienen las siguientes venta!as2 Son aparatos giratorios. No tienen órganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son muy sencillos. La impulsión eléctrica del motor que la mueve es bastante sencilla. Para una operación definida, el gasto es constante y no se requiere dispositivo regulador. Se adaptan con facilidad a muchas circunstancias. Aparte de las ventaas ya enumeradas, se unen las siguientes ventaas económicas!
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"l precio de una bomba centr#fuga es apro$imadamente % del precio de la bomba de émbolo equivalente. "l espacio requerido es apro$imadamente &'( del de la bomba de émbolo equivalente. "l peso es muy peque)o y por lo tanto las cimentaciones también lo son. "l mantenimiento de una bomba centr#fuga sólo se reduce a renovar el aceite de las chumaceras, los empaques del presa*estopa y el n+mero de elementos a cambiar es muy peque)o.
'e facilitan las condiciones para la automati"ación del funcionamiento del equipo de bombeo. $n la mayoría de los casos, las bombas centrifugas para ser utili"adas en estaciones de bombeo, traba!an en forma intermitente, debido a la oscilación de los caudales de llegada, es por esto que es recomendable lograr que la operación sea totalmente automati"ada. .1 Tio) de (o'(a) de /entri0u*a)
$ntre los tipos de bombas centrifugas que se utili"an en estaciones de bombeo, se destacan las siguientes2
D.1.1 :ombas centrifugas de 4lu!o radiales :ombas centrifugas de 4lu!o radial se utili"an para cargas altas y caudales pequeas sus impulsores son por lo general angostos. $l movimiento del fluido se inicia en un plano paralelo al e!e de giro del impulsor de la bomba y termina en un plano perpendicular a este
D.1.7 :omba centrifuga de flu!o a%ial $sta bomba se utili"an para cargas pequeas y grandes caudales tienen impulsores tipo propela de flu!o completamente a%ial )a corriente liquida se verifica en superficies cilíndricas alrededor del e!e de rotación. )a energía se cede al líquido por la impulsión e!ercida por los alabes sobre el mismo. D.1.B
bombas centrifugas diagonales.
$stas bombas se utili"an para cargas y caudales intermedios )a corriente liquida se verifica radial y a%ialmente denominándose también de flu!o mi%to. )a energía se cede al líquido mediante la acción de la fuer"a centrífuga y la impulsión e!ercida por los alabes sobre el mismo.
.2 Cla)i0i/a/in de la) (o'(a) /entri0u*a)
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D.7.1 +umero de paso :ombas de un solo paso. son aquella en las cuales la carga total es desarrollado por un solo impulsor :ombas de varios pasos. 'on aquellas en las cuales la carga dinámica total es desarrollado por más de un impulsor •
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D.7.7 /ipo de succión :omba de succión simple. 'on aquellas provistas de uno o más impulsores de succión simple :omba de succión doble. 'on aquellas provistas de uno o más impulsores de acción doble •
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D.7.B osición de la flec(a :ombas (ori"ontales. 'on aquellas cuya posición de la fec(a normalmente es (ori"ontal Aplicaciones 3iesgos en general 'istema de incendios Aire acondiciones :ombas verticales. 'on aquellas cuya posición de la flec(a normalmente es vertical •
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D.7.E /ipo de impulsor )as bombas pueden tener uno o dos impulsores abiertos, semicerrados o cerrados D.7.D /ipo de carca"a :ombas de carca"a bipartida. )a carca"a de la bomba puede estar bipartida (ori"ontal o verticalmente sobre la línea de centros de la bomba o con cualquier otra dirección radial :ombas de voluta. 'on aquellas cuya carca"a está construida en forma de espiral o de voluta :omba de carca"a circular. 'on aquellas cuya carca"a está construida de sección transversal constante, concéntrica con el impulsor :omba de difusor. 'on aquella provista de un difusor. D.7.F ?ateriales de construcción )as bombas centrifugas pueden fabricarse de casi todo los metales comunes conocidos o de sus aleaciones, vidrio, cerámica, materiales sintéticos y otros
5.3 FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS Las bombas centr#fugas mueven un cierto volumen de l#quido entre dos niveles son pues, m-quinas hidr-ulicas que transforman un trabao mec-nico en otro de tipo hidr-ulico. Los elementos constructivos de que constan son!
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a /na tuber#a de aspiración, que concluye pr-cticamente en la brida de aspiración. b "l impulsor o rodete, formado por una serie de -labes de diversas formas que giran dentro de una carcasa circular. "l rodete va unido solidariamente al ee y es la parte móvil de la bomba. "l l#quido penetra a$ialmente por la tuber#a de aspiración hasta el centro del rodete, que es accionado por un motor, e$perimentando un cambio de dirección m-s o menos brusco, pasando a radial, 0en las centr#fugas, o permaneciendo a$ial, 0en las a$iales, adquiriendo una aceleración y absorbiendo un trabao. Los -labes del rodete someten a las part#culas de l#quido a un movimiento de rotación muy r-pido, siendo proyectadas hacia el e$terior por la fuer1a centr#fuga, de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando su presión en el impulsor seg+n la distancia al ee. La elevación del l#quido se produce por la reacción entre éste y el rodete sometido al movimiento de rotación en la voluta se transforma parte de la energ#a din-mica adquirida en el rodete, en energ#a de presión, siendo lan1ados los filetes l#quidos contra las paredes del cuerpo de bomba y evacuados por la tuber#a de impulsión. La carcasa, 0voluta, est- dispuesta en forma de caracol, de tal manera, que la separación entre ella y el rodete es m#nima en la parte superior la separación va aumentando hasta que las part#culas l#quidas se encuentran frente a la abertura de impulsión en algunas bombas e$iste, a la salida del rodete, una directri1 de -labes que gu#a el l#quido a la salida del impulsor antes de introducirlo en la voluta.
c /na tuber#a de impulsión.* La finalidad de la voluta es la de recoger el l#quido a gran velocidad, cambiar la dirección de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsión de la bomba. La voluta es también un transformador de energ#a, ya que disminuye la velocidad 0transforma parte de la energ#a din-mica creada en el rodete en energ#a de presión, aumentando la presión del l#quido a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta.
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.% Nor'a) de re0eren/ia de lo) di0erente) tio) de (o'(a) utilizada) en la indu)tria etrolera
Nor'a) de re0eren/ia de lo) di0erente) tio) de (o'(a) utilizada) en la indu)tria etrolera
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Nor'a) de re0eren/ia de lo) di0erente) tio) de (o'(a) utilizada) en la indu)tria etrolera
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&lvula) lo(ulare)
Cstas se aseme!an a las bombas del tipo de engranes en su forma de acción, tienen dos o más rotores cortados con tres, cuatro, o más lóbulos en cada rotor 4ig.s 7#E a 7#F-. )os rotores se 'incroni"an para obtener una rotación positiva por medio de engranes e%ternos, =ebido a que el líquido se descarga en un n&mero más reducido de cantidades mayores que en el caso de la bomba de engranes, el flu!o del tipo lobular no es tan constante como en la bomba del tipo de engranes. $%isten también combinaciones de bombas de engrane y lóbulo. BO#BAS S"CIALS
ara alimentación de calderas ara grasa =e po"o profundo
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