GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS.pdf

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903-HM120-P09-GUD-030 0 Rev. GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS

FECHA

AGO. 08

OBJETO

Emisión Original

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ELABORÓ Iniciales

REVISÓ Iniciales

APROBÓ Iniciales/Cargo

MM/MT/SG

AA

ABA/GP

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903-HM120-P09-GUD-030 0 Rev. GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS ÍNDICE Página

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 11.1. 11.1.1.

INTRODUCCIÓN................................................................................................ 9 OBJETIVOS ....................................................................................................... 9 USO DE LOS CRITERIOS Y LA NORMATIVA .................................................. 9 PROCEDIMIENTOS DE INELECTRA .............................................................. 10 INSTRUCCIONES DE TRABAJO DE INELECTRA ......................................... 10 ACRÓNIMOS Y SIGLAS .................................................................................. 11 DEFINICIONES GENERALES ......................................................................... 11 MEMORIA DE CÁLCULO ................................................................................ 19 LECCIONES APRENDIDAS ............................................................................ 21 IMPORTANCIA EN LA SELECCIÓN DE LA BOMBA ...................................... 21 TIPOS DE BOMBAS......................................................................................... 21 Bombas Dinámicas........................................................................................... 22 Bombas Centrífugas de Flujo Radial ................................................................ 22

11.1.1.1. 11.1.1.2. 11.1.2. 11.1.3. 11.1.4. 11.2. 11.2.1. 11.2.1.1. 11.2.1.2. 11.2.2. 12. 12.1. 12.2. 13. 13.1. 13.2. 13.3. 13.3.1. 13.3.2. 13.3.3. 13.3.4. 13.4.

Bombas ....................................................................................... 24 Bombas Horizontales Verticales............................................................................................ 25 Bombas Centrífugas de Flujo Axial .................................................................. 28 Bombas Periféricas o Regenerativas ............................................................... 29 Bombas de Efecto Especial.............................................................................. 30 Bombas de Desplazamiento Positivo ............................................................... 30 Bombas Reciprocantes .................................................................................... 31 Bombas de Pistón o Émbolo Buzo ................................................................... 31 Bombas de Diafragma ...................................................................................... 32 Bombas Giratorias ............................................................................................ 35 SELECCIÓN DEL TIPO DE BOMBA................................................................ 36 Datos Mínimos Requeridos .............................................................................. 36 Características y Rangos Típicos de Operación............................................... 37 ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS ............................................................. 45 Criterios de Diseño Generales ......................................................................... 46 Cálculo Hidráulico............................................................................................. 46 Cálculo de Variables......................................................................................... 47 Altura de la Bomba ........................................................................................... 48 Altura Neta Positiva de Succión en la Bomba (NPSH) ...................................... 49 Potencia ........................................................................................................... 52 Presión de Cierre.............................................................................................. 53 Materiales de Construcción .............................................................................. 54

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13.5. 13.5.1. 13.5.2. 13.5.3. 13.6. 13.6.1. 13.6.1.1. 13.6.1.2. 13.6.1.3. 13.6.1.4. 13.6.1.5. 13.6.1.6. 13.6.1.7. 13.6.1.8. 13.6.2. 13.6.2.1. 13.6.2.2. 13.6.2.3. 13.7. 13.7.1. 13.7.2. 13.7.3. 13.7.4. 13.7.5. 13.7.6. 13.7.7. 13.7.8. 13.7.9. 13.7.10. 14. 14.1. 14.2. 14.3. 15. 15.1. 15.2.

Elementos Motores........................................................................................... 56 Motor Eléctrico.................................................................................................. 57 Turbina a Vapor ................................................................................................ 61 Otros Elementos Motores ................................................................................. 66 Diseños Específicos al Tipo de Bomba ............................................................ 66 Bombas de Fosa .............................................................................................. 66 Diámetro de la boquilla de succión ................................................................... 68 Sumergencia mínima requerida ....................................................................... 68 Distancia entre el fondo y la boquilla de succión .............................................. 68 Nivel mínimo de líquido .................................................................................... 68 Profundidad total de la fosa .............................................................................. 68 Longitud de la bomba ....................................................................................... 69 Altura de la línea central de la boquilla de descarga de la bomba ................... 69 Elevación datum, del impulsor de primera etapa .............................................. 69 Bombas Reciprocantes .................................................................................... 69 Pulsaciones ...................................................................................................... 69 Pérdidas por aceleración .................................................................................. 70 Pérdidas por fricción ......................................................................................... 71 Hoja de Datos de las Bombas .......................................................................... 72 Formato de Hoja de Datos de las Bombas ....................................................... 72 Elaboración de la Hoja de Datos ...................................................................... 72 Datos de Identificación ..................................................................................... 72 Condiciones de Operación (Operating Conditions) .......................................... 74 Líquido Manejado (Liquid) ................................................................................ 76 Datos del Sitio (Site Data) ................................................................................ 77 Servicios Industriales Disponibles (Available Utilities) ...................................... 78 Esquema de Procesos (Process Scheme) ....................................................... 79 Observaciones (Remarks) ................................................................................ 79 Arreglo de la Fosa (Sump Arrangement) .......................................................... 79 CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA............................................ 80 Curva de una Bomba Singular ......................................................................... 80 Curvas de Bombas en Paralelo o en Serie ....................................................... 82 Leyes de Afinidad ............................................................................................. 84 SISTEMAS DE CONTROL TÍPICOS................................................................ 85 Control Mediante Válvula de Control a la Descarga ......................................... 85 Control mediante Válvula de Control en la Recirculación ................................. 87

15.3. 15.4. 15.5. 16.

Control de Velocidad ......................................................... 89 Control mediante Arranque Variación y Parada ............................................................................... 90 Protección por Flujo Mínimo ............................................................................. 91 REFERENCIAS ................................................................................................ 94 ANEXO 1 – RESUMEN UNA MEMORIA DE CÁLCULO.................................. 97

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903-HM120-P09-GUD-030 0 Rev. GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS ANEXO 2 – FORMATO DE HOJA DE DATOS DE PROCESOS PARA BOMBAS CENTRÍFUGAS API 610 10ª EDICIÓN, UNIDADES SI ................... 98 ANEXO 3 – FORMATO DE HOJA DE DATOS DE PROCESOS PARA BOMBAS CENTRÍFUGAS API 610 10ª EDICIÓN, UNIDADES INGLESAS .... 99 ANEXO 4 – FORMATO DE HOJA DE DATOS DE PROCESOS PARA BOMBAS CENTRÍFUGAS ANSI, UNIDADES SI ........................................... 100 ANEXO 5 – FORMATO DE HOJA DE DATOS DE PROCESOS PARA BOMBAS CENTRÍFUGAS ANSI, UNIDADES INGLESAS ............................. 101 ANEXO 6 – FORMATO DE HOJA DE DATOS DE PROCESOS PARA BOMBAS RECIPROCANTES API 674 2ª EDICIÓN, UNIDADES SI .............. 102 ANEXO 7 – FORMATO DE HOJA DE DATOS DE PROCESOS PARA BOMBAS RECIPROCANTES API 674 2ª EDICIÓN, UNIDADES INGLESAS 103

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LISTA DE SÍMBOLOS Símbolo

Definición

Unidad

ΔP

Diferencial de presión de la bomba

ΔT

Diferencia de temperatura del fluido bombeado

[K]

φd

Diámetro de la boquilla de succión

[m]

ρ

Densidad del fluido a condiciones actuales

[kg/m ]

ρi

Densidad del fluido a condiciones actuales de la succión Densidad del fluido a condiciones actuales de la descarga Distancia mínima entre el fondo y la boquilla de succión Constante dependiente del tipo de bomba para el cálculo de pérdidas por aceleración Capacidad calorífica a la temperatura promedio

[kg/m ]

ρo

C Ca Cp D e em et factor1 factor2 factor3 factor4 F D

g h ha hf

Diámetro del impulsor Eficiencia de la bomba Eficiencia del motor eléctrico Eficiencia de la turbina a vapor Factor de conversión de unidades usado en la Ec.1 (véase el Cuadro 3) Factor de conversión de unidades usado en la Ec.7 (véase el Cuadro 5) Factor de conversión de unidades usado en la Ec.16 (véase el Cuadro 10) Factor de conversión de unidades usado en la Ec.20 (véase el Cuadro 3) Número adimensional de Froude (Ec.18) Aceleración de gravedad: 9,81 m/s (32,2 ft/s ) Altura Pérdidas por aceleración Pérdidas por fricción

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[Pa]

[kg/m ] [m] [-] [J/kg·K] [m] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [m/s ] [m] [m] [m] INEDON

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LISTA DE SÍMBOLOS Símbolo hfsv hfx hfy hi ho hP hs hv H Hc Hso Hss,1 Hss,2 ka l1 l2 l3 l4 l5 l6 LLLL ms

Definición

Unidad

Pérdidas por fricción desde el recipiente de succión hasta la brida de succión Pérdidas por fricción desde el punto x hasta la brida de succión Pérdidas por fricción desde la brida de descarga hasta el punto y Altura a la brida de succión Altura a la brida de descarga Altura (componente de presión) Altura estática (a flujo cero) del sistema Altura (componente de velocidad) Altura total de bombeo Diferencia de altura por compresión

[m]

Altura total de cierre (a flujo cero) de la bomba Entalpía específica del vapor de agua a la entrada de la turbina Entalpía específica del vapor de agua a la descarga de la turbina, siguiendo un camino isentrópico Constante dependiente del fluido para el cálculo de pérdidas por aceleración Profundidad total de la fosa Longitud de la bomba Altura de la línea central de la boquilla de descarga de la bomba Altura de la grada por encima del nivel mínimo de líquido Elevación datum, impulsor de primera etapa Sumergencia mínima requerida Nível mínimo de líquido Flujo de vapor requerido para la turbina

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[m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [J/kg] [J/kg] [-] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [m] [kg/s] INEDON

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LISTA DE SÍMBOLOS Símbolo n NPSH NPSHA NPSHR P Pi Pi,max Po Pvp Pso Psv Px Py Q Qd Rs Rs,s sg v vi vo vx vy Wfreno Whid Wmotor

Definición

Unidad

Velocidad de rotación Altura neta positiva de succión Altura neta positiva de succión disponible Altura neta positiva de succión requerida Presión absoluta Presión absoluta en la brida de succión Presión máxima absoluta en la brida de succión Presión absoluta en la brida de descarga Presión absoluta de vapor Presión absoluta de cierre (a flujo cero) de la bomba Presión absoluta en el recipiente de succión Presión absoluta en el punto (sistema x de succión)

[s-1] [m] [m] [m] [Pa] [Pa] [Pa] [Pa] [Pa] [Pa] [Pa] [Pa]

Presión absoluta en el punto y (sistema de descarga) Caudal Caudal a la descarga Consumo real de vapor por unidad de potencia Consumo teórico de vapor (isentrópico) por unidad de potencia Gravedad específica del fluido Velocidad del fluido Velocidad del fluido en la brida de succión Velocidad del fluido en la brida de descarga Velocidad del fluido en el punto x(sistema de succión) Velocidad del fluido en el punto y (sistema de descarga) Potencia al freno de la bomba Potencia hidráulica Potencia del motor eléctrico

[Pa] [m /s] [m /s] [kg/(W·s)] [kg/(W·s)]

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[m/s] [m/s] [m/s] [m/s] [m/s] [W] [W] [W]

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LISTA DE SÍMBOLOS Símbolo z zi zo zsv zsv,HHLL zx zy

Definición

Unidad

Elevación por encima (+) o por debajo (-) del datum de la bomba Elevación de la brida de succión por encima (+) o por debajo (-) del datum de la bomba Elevación de la brida de descarga por encima (+) o por debajo (-) del datum de la bomba Elevación del recipiente de succión por encima (+) o por debajo (-) del datum de la bomba Elevación de la línea de nivel muy alto de líquido por encima (+) o por debajo (-) del datum de la bomba Elevación del punto x (sistema de succión) por encima (+) o por debajo (-) del datum de la bomba Elevación del punto y (sistema de descarga) por encima (+) o por debajo (-) del datum de la bomba

[m] [m] [m] [m] [m] [m] [m]

Las unidades de medición aplican para las ecuaciones. Las figuras, cuadros, etc. indican la unidad de medición empleada.

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1.


INTRODUCCIÓN La Disciplina de Procesos elabora especificaciones primarias de las bombas. La especificación final es elaborada por la Disciplina de Ingeniería Mecánica con el apoyo de las Disciplinas de Ingeniería Eléctrica y Automatización y Control.

2.

OBJETIVOS Los objetivos principales de este INEDON son suministrar información sobre: •

Las definiciones generales que aplican a la selección y especificación de bombas.

•

Los criterios para la selección de las bombas.

•

3.

Los tipos de bombas.

•

Los procedimientos a seguir para la selección y especificación de las

•

bombas. La estimación de consumos de servicios para elementos motores.

•

Los sistemas de control típicos asociados a bombas.

USO DE LOS CRITERIOS Y LA NORMATIVA I.

Los criterios indicados por el Cliente tienen prioridad sobre los indicados en este INEDON. Si las especificaciones del Cliente carecen de algún criterio, el Líder de Procesos en el Proyecto solicita la aprobación del Cliente para usar los criterios mostrados en el presente INEDON.

II.

El usuario de este INEDON tiene la obligación de utilizar la revisión más actualizada de la normativa (normas, códigos, estándares, especificaciones, leyes, etc.) nacional e internacional que aplica al Proyecto. Así como, solicitar gubernamental correspondiente, la normativa local al que Cliente aplica al opaísente donde se construye la instalación.

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4.


PROCEDIMIENTOS DE INELECTRA Procedimientos para la gestión de la calidad relacionados con este INEDON: Ingeni ería (HM010 ) 903-HM010-A90-TEC-003 Equivalencia de Términos entre Centros de Ejecución 903-P3000-A20-ADM-917 Procedimiento para la Identificación, Registro y Aplicación de Lecciones Aprendidas Gestión de la Calidad (HM060) 903-HM060-G09-ADM-914 Elaboración y Actualización de Instrucciones de Trabajo Procesos (HM120) 903-P3100-P09-ADM-906

5.

Diseño y Especificación de Equipos

INSTRUCCIONES DE TRABAJO DE INELECTRA Instrucciones de trabajo relacionadas con este INEDON: Procesos (HM120) 903-HM120-P09-GUD-013 Bases y Criterios de Diseño 903-HM120-P09-GUD-025 Guía para la Elaboración de los Diagramas de Tuberías e Instrumentación 903-HM120-P09-GUD-041 Guía de Diseño para los Sistemas de Alivio de Presión 903-P3100-P09-GUD-052 Guía para la Elaboración de la Memoria de Cálculo 903-P3100-P09-GUD-069 Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión Los Procedimientos y las Instrucciones deeste Trabajo están relacionados manera directa: el INEDON es citado en documento, o indirecta:de el INEDON contiene información adicional para el usuario.

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6.


ACRÓNIMOS Y SIGLAS ANSI API ARC

American National Standards Institute American Petroleum Institute Automatic Recirculation (Valve): Válvula de Recirculación

Automática (API) STD AWWA DFP DTI

Standard American Waste Water Association

Diagrama de Flujo de Procesos (PFD: Process Flow Diagram) Diagrama de Tuberías (Cañerías) e Instrumentación (PID: Piping and Instrumentation Diagram)

HdD INEDON MCC 7.

Hoja de Datos inelectra Documento Normalizado Motor Control Center: Centro de Control de Motores

DEFINICIONES GENERALES Altura o Cabezal Diferencial de Bombeo (Pump Head ) Diferencia entre la presión de descarga y la presión de succión de la bomba, expresada en unidades de longitud. Altura Neta Positiva de Succión Disponible en la Bomba (Net Positive Suction Head, Available - NPSHA) Diferencia entre la presión referida al eje del impulsor y la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo, expresada en unidades de longitud. Es función de la configuración del sistema de succión y se obtiene del cálculo de hidráulico de la línea de succión de la bomba (véase la Sección 13.3.2) Altura Neta Positiva de Succión Requerida en la Bomba (Net Positive Suction Head, Requir ed - NPSHR) Mínima diferencia entre la presión referida al eje del impulsor y la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo, expresada en unidades de longitud, que requiere la bomba para evitar cavitación. Es función de la configuración interna de la bomba y es un valor determinado por el fabricante. Al efectuar el diseño de un sistema de succión de bomba se debe garantizar que el NPSHA sea mayor que el NPSHR.

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Bases de Diseño ( Basis of Design ) Consulte el INEDON “Bases de Diseño”, N°903-P3100-P09-ADM-901. Bomba ( Pump ) Equipo que aumenta la presión de un fluido incompresible. El tipo de bomba y su configuración están relacionados con el flujo, tipo de fluido, la presión de entrada y de salida. El fluido manejado puede ser cualquier fluido incompresible (líquido) y tener un amplio rango de gravedad específica. Dependiendo del tipo de bomba, se puede incluso manejar sólidos suspendidos en el líquido, como los provenientes de una planta de tratamiento de aguas residuales. Cavitación (Cavitation ) Colapso de burbujas de gas en un líquido. La cavitación se produce cuando la presión del sistema es menor que la presión de vapor del líquido, lo cual srcina burbujas de gas; éstas colapsan al aumentar de nuevo la presión. La cavitación genera ruido, vibración de las partes del equipo o instrumento y erosión interna del material. En la Figura 1 se puede observar el fenómeno que genera el colapso de las burbujas, generando daños sobre la superficie del equipo. En la Figura 2 se muestra el perfil de presiones dentro de una bomba cuando no existe formación de burbujas (la presión en todo momento se mantiene por encima de la presión de vapor del líquido), y cuando se genera el peligro de que ocurra cavitación (la presión se reduce por debajo de la presión de vapor, habiendo formación de burbujas, y luego se incrementa por encima de ella, generando su colapso).

Burbuja inicial

Comienzo del colapso de la burbuja

Formación de un micro-chorro de Impacto sobre el líquido metal

Figura 1. Colapso de una burbuja en un fenómeno de cavitación. 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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Descarga Succión ión s re P

Presión de vapor

Centro

No hay formación de burbujas Succión

Centro

óin se r P

Descarga

Presión de vapor

Hay formación de burbujas Succión

Centro

Descarga

Áreas típicas de cavitación en el impulsor

Figura 2. Perfil de presiones dentro de una bomba con riesgo de cavitación. En la Figura 3 se muestra una foto de la cavitación en acción sobre un impulsor, y en la Figura 4 se muestra una foto de los daños ocasionados por cavitación sobre un impulsor.

Figura 3. Cavitación en un impulsor [21]. 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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Figura 4. Daño por cavitación en la succión [19]. Cebado (Priming ) Es un proceso que consiste en llenar de líquido la línea de succión y la carcasa de la bomba, con el objeto de evitar que queden bolsas de aire en el interior de la bomba y facilitar la succión de líquido. Las bombas de tipo dinámico necesitan de esta operación, puesto que requieren estar llenas de fluido incompresible (no poseen capacidad autocebante). Las bombas de desplazamiento positivo, por el contrario, son capaces de llenar de fluido el circuito de aspiración, incluso estando llenas de aire (son autocebantes). En ciertas aplicaciones, como fosas en las que el nivel del líquido está por debajo del nivel del suelo, es necesario recurrir a alguno de los sistemas mencionados a continuación para evitar que el líquido desaloje la línea de succión y la bomba pierda el cebado: •

Uso de un filtro con válvula de retención integrada, el cual se instala en la base de la línea de aspiración para evitar su vaciado (descebado) (Figura 5); sin embargo, esto puede srcinar problemas por pérdidas de presión en la línea de succión que incrementan el riesgo de que ocurra cavitación.

•

Empleo de una bomba de vacío (bomba de desplazamiento positivo) para extraer el aire de la línea de impulsión y hacer que el líquido ascienda hasta la bomba dinámica y cebarla.

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•

903-HM120-P09-GUD-030 0 Rev. GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS Instalación de la bomba por debajo del nivel de líquido: esto se puede lograr mediante una bomba sumergible (Figura 6). Esta opción suele ser la más conveniente para fosas, debido a las ventajas operativas.

Bomba Circuito de succión

Filtro más válvula de retención de bisagra

Fosa

Figura 5. Circuito de succión de fosa con válvula de retención.

Fosa

Figura 6. Circuito de fosa con bomba sumergible. Comprador ( Purchaser ) La persona u organización que emite la orden y especificación al vendedor. En el caso de inelectra , el comprador puede ser el Cliente del Proyecto,inelectra propiamente, al ejecutar un Proyecto IPC, oinelectra en representación del Cliente, dependiendo de la modalidad de contratación del Proyecto. 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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Curva Característica de la Bomb a ( Pump Curve ) Relación gráfica del comportamiento de una bomba, suministrada por su fabricante. Una curva típica de bomba representará: la altura (carga) diferencial, eficiencia, NPSHR y potencia al freno en función del caudal manejado; a una velocidad (rpm) y diámetro de impulsor fijos. Diseño ( Design ) Término que puede ser usado por el fabricante del equipo para describir varios parámetros como potencia de diseño, presión de diseño, temperatura de diseño o velocidad de diseño. Eficiencia de la Bomba ( Pump Efficiency ) Relación entre la potencia teórica que requiere la bomba para incrementar la presión del fluido desde la presión de succión hasta la de descarga y la potencia real que se le debe suministrar. El valor real es suministrado por el fabricante. Eficiencia del Motor ( Motor Efficiency ) Es la relación entre la potencia al freno entregada al líquido y la potencia real del motor. El valor real es suministrado por el fabricante. Flujo o Caudal Nominal ( Rated Flow, Rated Capacity ) Flujo volumétrico máximo en el cual el fabricante certifica que la bomba opera dentro de las tolerancias permitidas por las normas. Flujo o Caudal de Operación Normal ( Normal Operating Flow, Normal Operating Capacity ) Flujo volumétrico que se espera maneje la bomba en condiciones normales de proceso. Flujo o Caudal Mínimo Continuo Estable ( Flow ) Caudal por debajo del cual hidrodinámicamente inestable.

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una

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Minimum Continuous Stable

bomba

centrífuga

se

vuelve

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Flujo o Caudal Mínimo Continuo Térmico ( Flow )

Minimum Continuous

Thermal

Caudal por debajo del cual se producen problemas operacionales por el incremento de la temperatura del fluido. Gravedad Específica ( Specifi c Gravity ) Consulte el INEDON “Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión”, N° 903-P3100-P09-GUD-069. Impulsor o Rotor ( Impeller ) Elemento en una bomba rotativa, o centrífuga, que transmite la energía al fluido. Impulsores de varios diámetros pueden ser incorporados dentro de una misma carcasa de bomba hasta un tamaño máximo determinado por el fabricante. Leyes de Afinidad ( Affi nity Laws ) Relaciones entre el caudal, altura y potencia con el diámetro y la velocidad del impulsor para una misma bomba (o bombas similares) del tipo dinámico. Operación Continua ( Continuous Operation ) Condición de operación de una bomba en la que se espera que trabaje ininterrumpidamente. Operación Intermitente ( Intermittent Operation ) Condición de operación de una bomba en la que se espera que funcione por cargas. El encendido y apagado puede ser manual, o puede estar asociado a un esquema de control de tipo arranque-parada (Véase la Sección 15.4). Operación en Paralelo ( Parallel Operation ) Tipo de arreglo en el que el flujo total de la línea de succión es repartido entre varias bombas que suministran un diferencial de presión similar (Véase la Sección 14.2).

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Operación en Serie ( Series Operation ) Tipo de arreglo en el que el flujo es presurizado en varias etapas, mediante la conexión de la descarga de una bomba hacia la succión de la siguiente (Véase la Sección 14.2). Presión d e Cierre ( Shutoff Pressure ) Presión máxima de descarga de una bomba. En las bombas dinámicas, esta presión corresponde a la presión que entrega la bomba a flujo cero, según su curva. Presión d e Descarga ( Discharge Pre ssur e) Presión a la que la bomba entrega el fluido. Es medida en la brida de descarga de la bomba. Presión d e Succió n ( Suction Pressure ) Presión a la que la bomba recibe el fluido. Es medida en la brida de succión de la bomba. Presión de Vapor ( Vapor Pressur e) Consulte el INEDON “Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión”, N° 903-P3100-P09-GUD-069. Punto de Operación Normal ( Normal Opera ting Point ) Punto de la curva en el que se espera que opere la bomba bajo condiciones normales de proceso. Cuando se selecciona una bomba nueva, se desea que este punto sea lo más cercano posible al punto de mejor eficiencia. Punto de Mejor Eficiencia ( Best Efficiency Point ) Punto de la curva en el cual la eficiencia de la bomba llega a un valor máximo. Mientras más cercano esté el punto de operación normal de la bomba del punto de mejor eficiencia, menor será su consumo de potencia.

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Región de Operación ( Operating Region ) Condición esperada de operación usual y donde se desea la eficiencia óptima. Esta condición es generalmente el punto en el cual el fabricante certifica que el desempeño está dentro de las tolerancias esperadas para la industria. Sellos Mecánicos ( Mechanic Seals ) Son anillos relativamente suaves, no metálicos, que se usan para bloquear o separar fluidos, e impedir fugas del fluido bombeado al exterior a través de la vía de transmisión de movimiento desde el motor a los internos móviles de la bomba. El anexo G del API STD 682 [2] muestra los planes estándar para los sellos de bombas. Unidades de Medición de Presión El Sistema Internacional (SI) de medición establece que las unidades de presión no llevan la letra “a” para valores absolutos ni “g” para valores manométricos. Actualmente, los estándares estadounidenses también están comenzando a usar el SI, especialmente cuando son estándares idénticos para la ISO. El SI indica que la palabra “presión” es calificada apropiadamente, ej. presión absoluta de 10 kPa. Velocid ad Nominal ( Rated Speed ) Máxima velocidad de rotación requerida para alcanzar cualquiera de las condiciones de operación especificadas. Viscosidad ( Viscosity ) Consulte el INEDON “Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión”, N° 903-P3100-P09-GUD-069. 8.

MEMORIA DE CÁLCULO La memoria de cálculo es realizada según el INEDON “Guía para la Elaboración de la Memoria de Cálculo”,N° 903-P3100-P09-GUD-052. El siguiente contenido es usado en la memoria de cálculo para proveer suficiente información sobre el sistema de bombeo:

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A)

B)

C)

903-HM120-P09-GUD-030 0 Rev. GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS Documentación de referencia: a)

Bases y criterios de diseño del Proyecto.

b)

Diagrama de Flujo de Procesos.

c)

Balance de masa y energía.

d)

Diagrama de Tuberías e Instrumentación.

e)

Diagramas isométricos.

f)

Plano de planta.

Condiciones de operación: a)

Composición del fluido.

b)

Presión del recipiente de succión.

c)

Niveles de líquido del recipiente de succión.

d)

Presión en el punto de llegada del sistema.

e)

Caudal (normal, mínimo y nominal).

f)

Temperatura del fluido (normal, mínima y máxima).

g)

Propiedades del fluido (densidad, viscosidad, presión de vapor).

h)

Presencia de componentes peligrosos, ej. Cloruros, H2S.

i)

Presencia de componentes abrasivos o erosivos, ej. Arena.

Circuito hidráulico: a)

Esquema del circuito hidráulico desde el recipiente de succión hasta el punto de llegada del fluido.

b)

Cuadro con las características de cada tramo (longitud, diámetro, elevación, accesorios, flujo).

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903-HM120-P09-GUD-030 0 Rev. GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS c)

Consulte el INEDON “Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión”, N° 903-P3100-P09-GUD-069, para más información sobre la ruta de las líneas y los accesorios.

D)

Documentación adicional según el INEDON “Guía para la Elaboración de la Memoria de Cálculo”, N° 903-P3100-P09-GUD-052.

E)

Información del Cliente, de los fabricantes, otras Disciplinas, etc. La ubicación, cantidad y detalle de la información depende de la etapa y alcance del Proyecto.

9.

LECCIONES APRENDIDAS Las Lecciones Aprendidas de Procesos pueden contener información adicional para el diseño y especificación de las bombas. Las Lecciones Aprendidas están disponibles a través de la página de intranet deIngeniería. El INEDON “Procedimiento para la Identificación, Registro y Aplicación de Lecciones Aprendidas”, N° 903-P3000-A20-ADM-917, establece los pasos a seguir para la identificación, captura, registro en el sistema, etc. de las Lecciones Aprendidas. El INEDON “Procedimiento para la Identificación, Registro y Aplicación de Lecciones Aprendidas”, N° 903-P3000-A20-ADM-917, indica lo siguiente “cuando no se encuentre evidencia del uso del Sistema de Lecciones Aprendidas, se levantará una No Conformidad” durante una revisión técnica.

10.

IMPORTANCIA EN LA SELECCIÓN DE LA BOMBA La importancia de la correcta selección de una bomba es:

11.

A)

Reducción del consumo de energía, esto se logra con un diseño óptimo del sistema y la reducción al mínimo de los requisitos hidráulicos del mismo.

B)

La eficiencia de la bomba es acorde a los requerimientos del sistema, es decir, al servicio donde opera la bomba.

TIPOS DE BOMBAS Los tipos principales de bombas se muestran en la Figura 7.

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De flujo radial

Dinámicas

Centrífugas

De flujo axial

De efecto especial

De flujo mixto

Periféricas o regenerativas

Tipos de Bombas

De pistón Reciprocantes Desplazamiento Positivo

De diafragma Giratorias

Figura 7. Principales tipos de bombas. 11.1.

Bombas Dinámicas Las Bombas Dinámicas tienen un impulsor (o rotor) de paletas giratorias, sumergido en el líquido, el cual le proporciona una velocidad relativamente alta, que se transforma en presión en una parte estacionaria de la bomba, conocida como difusor. Las bombas dinámicas se clasifican en: bombas centrífugas (de flujo radial, axial o mixto), periféricas o regenerativas, y de efecto especial. El comportamiento de las bombas dinámicas, en cuanto a relación caudal/altura/potencia es determinado por curvas, las cuales son suministradas por los fabricantes (véase la Sección 14, Curvas Características de una Bomba). De igual forma, las bombas dinámicas cumplen las leyes de afinidad, las cuales indican la variación de las condiciones de operación (caudal, altura y potencia), para una bomba determinada, al variar la velocidad o el diámetro del impulsor (véase la Sección 14.3, Leyes de Afinidad).

11.1.1. Bombas Centrífugas de Flujo Radial En las bombas centrífugas de flujo radial el líquido entra a la bomba cerca del eje del impulsor y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta presión (Figura 8).

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Figura 8. Recorrido del fluido en bomba centrífuga (adaptado de [9]). Las ventajas principales de una bomba centrífuga son la simplicidad, el bajo costo inicial, el flujo uniforme (sin pulsaciones), el pequeño espacio necesario para su instalación, los costos bajos de mantenimiento, el funcionamiento silencioso y su capacidad de adaptación para su uso con impulsores por motor o turbina. Además, tiene gran capacidad por el poco rendimiento a bajo flujo y por su empleo está limitado a las plantas grandes. No exigen gran espacio y para líquidos no viscosos los rendimientos son comparables a los de otros tipos para mayores capacidades. Los elementos constructivos de las Bombas Centrífugas son (Figura 9): A)

Una turbina de aspiración, que concluye prácticamente en la brida de aspiración.

B)

El impulsor o rodete, formado por una serie de álabes de diversas formas que giran dentro de una carcasa circular.

C)

Una turbina de impulsión.

El eje de rotación de una bomba puede serhorizontal o vertical y rara vez inclinado. De esta disposición, se derivan diferencias estructurales en la construcción de la bomba que a veces son importantes, por lo que también las aplicaciones de los dos tipos de construcción suelen ser, a menudo, distintas y bien definidas.

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903-HM120-P09-GUD-030 0 Rev. GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS Descarga

Sello Anillo de descaste

Eje

Succión

Carcasa (Voluta)

Impulsor (Rodete)

Figura 9. Bomba centrífuga, disposición, esquema y perspectiva [17]. 11.1.1.1. Bombas Horizontales La disposición del eje de giro horizontal presupone que la bomba y el motor se hallan a la misma altura (Figura 10); éste tipo de bombas se utilizan para el funcionamiento en seco, exterior al líquido bombeado que llega a la bomba por medio de una línea de aspiración.

Figura 10. Bomba centrífuga horizontal (Goulds Pumps). 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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Las bombas centrífugas, sin embargo, no deben rodar en seco, ya que necesitan del líquido bombeado como lubricante entre aros rozantes e impulsor y entre empaquetadura y eje. Como no son autoaspirantes requieren, antes de su puesta en marcha, ser cebadas; esto no es fácil de conseguir si la bomba no trabaja en carga, estando por encima del nivel del líquido, que es el caso más corriente con bombas horizontales, siendo a menudo necesarias las válvulas de pie (aspiración), y los distintos sistemas de cebado. Las ventajas específicas de las bombas horizontales, excepto para grandes tamaños, son de construcción más económica que las verticales y, especialmente, su mantenimiento y conservación es más sencillo. El desmontaje de la bomba se suele hacer sin necesidad de mover el motor y al igual que en las de cámara partida, sin tocar las conexiones de aspiración e impulsión. 11.1.1.2. Bombas Verticales Las bombas con eje de giro en posición vertical tienen, casi siempre, el motor a un nivel superior al de la bomba; por lo que es posible, al contrario que en las horizontales, que la bomba trabaje rodeada por el líquido con el motor por encima de éste (Figura 11).

Figura 11. Bomba centrífuga vertical [13]. A)

Bombas verticales de funcionamiento en seco Las bombas verticales no sumergidas, tienen el motor sobre la bomba o muy por encima de ésta. La elevación es para protección de una posible

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903-HM120-P09-GUD-030 0 Rev. GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS inundación o para hacerlo más accesible si, por ejemplo, la bomba trabaja en un pozo. El eje alargado puede ser rígido o flexible por medio de juntas universales, lo que simplifica un difícil alineamiento. Se emplean muy a menudo las mismas bombas horizontales modificadas únicamente en sus cojinetes. La aspiración es lateral (horizontal). En las bombas grandes, frecuentemente, es por abajo, aunque a veces se transforma en lateral mediante un simple codo. La ventaja de las bombas verticales es que requieren poco espacio horizontal, esto las hace insustituibles en barcos, pozos, etc. Sin embargo, se necesita un espacio vertical superior suficiente para permitir su montaje y desmontaje. La construcción de las bombas verticales de gran caudal resulta en general más económica que la horizontal. Las bombas verticales se emplean normalmente en aplicaciones marinas, para aguas sucias, drenajes, irrigación, circulación de condensadores, etc. Una aplicación típica de bombas verticales de gran caudal es el bombeo de agua desde una fuente acuífera para el uso como agua de enfriamiento a un paso, por ejemplo, en facilidades de generación de potencia. En estos casos, la toma se ubica en un canal o pozo, y el caudal manejado es grande para cumplir con los requerimientos ambientales de temperatura del agua de retorno.

B)

Bombas Verticales Sumergidas El funcionamiento sumergido de las bombas centrífugas elimina el inconveniente del cebado. El impulsor está continuamente rodeado por el líquido, por lo tanto, la bomba está en disposición de funcionar en cualquier momento. El control de la unidad requiere únicamente la puesta en marcha del motor de accionamiento, sin necesidad de dispositivos adicionales de cebado previo.

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903-HM120-P09-GUD-030 0 Rev. GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS La aspiración, que es siempre por abajo (Figura 11), se hace a una cierta profundidad con respecto al nivel del líquido (esta profundidad es suministrada por el vendedor). Si esta profundidad es menor de lo debido se pueden crear en la superficie vórtices o remolinos por cuyo centro se introduce aire en la bomba, con la consiguiente pérdida de caudal y deficiente funcionamiento (véase la Sección 13.6). El eje de estas bombas va guiado normalmente por cojinetes de fricción separados a intervalos regulares (de 1,5 a 3 metros) y lubricados por aceite, grasa, o el mismo líquido bombeado; en este último caso, el eje está en el interior de la línea de impulsión vertical, cerca del motor, en que ésta se desvía horizontalmente mediante un codo adecuado. En los casos de lubricación por grasa o aceite, el eje va dentro de un tubo portador de los cojinetes, siendo este conjunto, a su vez, exterior o interior a la línea de impulsión. La otra solución tiene la ventaja de requerir un menor espacio, siendo en ambos casos innecesaria la empaquetadura, lo que constituye también una circunstancia muy favorable, dados los inconvenientes que ésta lleva a veces consigo. Las bombas sumergidas tienen la ventaja de ocupar un espacio horizontal mínimo, sólo el necesario para acomodar el motor vertical y la impulsión, siendo incluso ésta a veces subterránea. Las ventajas hidráulicas son evidentes al desaparecer todos los problemas de aspiración que constituyen el principal inconveniente en el funcionamiento de las bombas centrífugas. Desde un punto de vista mecánico, esta disposición presenta grandes inconvenientes con respecto a la horizontal. Las bombas son inicialmente más costosas y su mantenimiento es más elevado, ya que cualquier reparación exige el desmontaje de la bomba para izarla a la superficie. El eje alargado somete a los cojinetes a un trabajo duro sobre todo si están lubricados por agua o líquidos sin grandes propiedades lubricantes, esto hace que su vida sea corta e imprevisible.

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11.1.2. Bombas Centrífugas de Flujo Axial En las bombas axiales el líquido entra a la bomba cerca del eje del impulsor, y las paletas lo impulsan siguiendo una línea paralela al eje de la bomba (Figura 12). El impulsor suele ser de gran tamaño, y su forma asemeja a una hélice de barco.

Figura 12. Recorrido del fluido en bomba axial (adaptada de [9]).

Figura 13. Bomba de flujo axial [8]. Las bombas operan a altosy caudales conmismas bajos diferenciales presión, suelen tener axiales orientación vertical poseen las ventajas endecuanto a bajos requerimientos de mantenimiento que una bomba centrífuga.

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11.1.3. Bombas Periféricas o Regenerativas En las bombas regenerativas el impulsor tiene la forma de una turbina con un gran número de aspas radiales (Figura 14), y el flujo sigue una trayectoria intermedia entre el flujo axial y el flujo centrífugo.

Figura 14. Impulsor y carcasa de bomba regenerativa [12]. En una bomba regenerativa el fluido incrementa su velocidad y presión gradualmente a medida que fluye de un aspa a la siguiente, lo que ocasiona que fluidos alimentados a una presión cercana a la presión de vapor tengan menos probabilidad de experimentar un cambio de presión que ocasione cavitación y, por lo tanto, requieren de una altura neta de succión positiva (NPSH) menor que bombas centrífugas. Las bombas regenerativas desarrollan altos diferenciales de altura a flujos relativamente bajos, y sus descargas siempre deben estar protegidas mediante una válvula de alivio. Las bombas regenerativas pueden operar con hasta 20% de gases confinados (a estas condiciones una bomba centrífuga experimentaría formación de vórtices o cavitación), sus cavidades permanecen empacadas de líquido incluso si se seca la succión, su sentido de rotación puede invertirse (convirtiendo la succión en la descarga y viceversa), y la curva característica posee una forma distinta a la de una bomba centrífuga, variando casi linealmente la altura con respecto al caudal (véase la Sección 14).

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Por otro lado, las bombas regenerativas vienen construidas, en la mayoría de los casos, en materiales especiales para aguantar las condiciones altamente corrosivas generadas por la gran turbulencia en las mismas. 11.1.4. Bombas de Efecto Especial En esta clasificación se incluyen todos aquellos equipos que mediante algún principio físico generen el desplazamiento del fluido. Éstos incluyen: •

11.2.

Arrastre.

•

Jet (mediante eyectores).

•

Levantamiento artificial ( Gas Lift).

•

Ariete hidráulico.

•

Electromagnética.

•

Centrífuga de tornillo.

•

Carcasa rotativa ( Pitot).

Bombas de Desplazamiento Positivo Las bombas de Desplazamiento Positivo consisten en una caja fija que contiene engranajes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc., las cuales operan con una distancia mínima. En lugar de impulsar el líquido, como en una bomba dinámica, una bomba de desplazamiento positivo lo atrapa y lo empuja contra la caja fija. La bomba de desplazamiento positivo descarga un flujo continuo. Aunque generalmente se les considera como bombas para líquidos viscosos, estas bombas no se limitan a este servicio, ellas pueden manejar casi cualquier líquido que esté libre de sólidos abrasivos. Las bombas de desplazamiento positivo no necesitan “cebarse”; es decir, no es necesario llenar previamente la línea de succión y el cuerpo de la bomba para iniciar funcionamiento, como sucede con laséste bombas centrífugas. A medida que la su bomba se llena de líquido por sí misma, desaloja el aire contenido en la línea de succión, iniciándose el escurrimiento a través del sistema cuando ha acabado de ser desalojado el aire.

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Las bombas de desplazamiento positivo poseen eficiencias más elevadas que las dinámicas, pero suelen presentar mayores requerimientos de mantenimiento. 11.2.1. Bombas Reciprocantes Las bombas reciprocantes son unidades de desplazamiento positivo que descargan una cantidad definida de líquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de carrera. El flujo de descarga de las bombas centrífugas y de la mayor parte de las bombas rotatorias es continuo, pero en las bombas reciprocantes el flujo pulsa, dependiendo del carácter de la pulsación del tipo de bomba y de que ésta tenga o no una cámara de amortiguación. Las bombas reciprocantes, pueden impulsar al fluido ya sea directamente, con el pistón entrando en contacto con el fluido, o indirectamente, a través de una membrana inerte denominada diafragma. Las ventajas y desventajas de cada tipo se presentan a continuación. 11.2.1.1. Bombas de Pistón o Émbolo Buzo El pistón entra en contacto directamente con el fluido. La transmisión es mediante cilindros de máquina de vapor o motores a través de cigüeñales (Figura 15 y la Figura 16).

Figura 15. Bomba de Pistón [27].

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Figura 16. Bomba de Pistón (adaptada de [15]). Como el fluido manejado ocupa el volumen entero del cilindro sin ningún tipo de barrera con el pistón, el mismo no debe contener sólidos. 11.2.1.2. Bombas de Diafragma Este tipo de bombas impulsan el fluido mediante un diafragma, que puede ser empujado por un pistón o por aire (Figura 17 a la Figura 19). Generalmente se usan para capacidades pequeñas. Un diafragma de material flexible, no metálico, puede soportar mejor la acción corrosiva o erosiva, que las partes metálicas de algunas bombas reciprocantes.

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Figura 17. Bomba de diafragma impulsada por pistón (adaptada de [11]).

Figura 18. Bomba de diafragma impulsada por pistón [28].

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Figura 19. Bomba de diafragma impulsada por aire (adaptada de [20]).

Figura 20. Bomba de diafragma impulsada por aire [25]. 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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Las bombas de diafragma se usan para líquidos, ya sean claros o con un alto contenido de sólidos. También son apropiadas para pulpas gruesas, drenajes, lodos, soluciones ácidas y alcalinas, así como mezclas de agua con sólidos que pueden ocasionar erosión. La desventaja de este tipo de bombas es que tiene un requerimiento relativamente alto de mantenimiento y el diafragma tiene probabilidad de fallar. 11.2.2. Bombas Giratorias Este tipo de bombas de desplazamiento positivo se basan en el movimiento de volúmenes fijos de fluido en los intersticios entre una pieza impulsora montada en un eje y la carcasa de la bomba o algún elemento adicional (Figura 21 a la Figura 23), o se basan en el principio de funcionamiento de un tornillo sin fin. Las separaciones entre las partes fijas y móviles están en el orden de las milésimas de pulgada, evitando el retroceso de fluido.

Figura 21. Bomba giratoria de eje con media luna (adaptado de [9])

Figura 22. Bomba giratoria de eje con lóbulos [25] 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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Figura 23. Bomba de tornillos gemelos [13]. Las bombas giratorias pueden manejar fluidos muy viscosos a presiones elevadas, y tienen un amplio rango de operación en cuanto a caudales y alturas. 12.

SELECCIÓN DEL TIPO DE BOMBA La selección de la bomba, para un proceso específico, requiere un análisis inicial. La Disciplina de Procesos puede realizar una selección preliminar; pero la definitiva es realizada por la Disciplina de Ingeniería Mecánica.

12.1.

Datos Mínimos Requeridos Los datos mínimos requeridos son los siguientes: • El caudal a las condiciones del líquido en la succión. • La presión de descarga. • El tipo de fluido, cuya composición y propiedades son conocidas.

consideración de las entre cada equipo y los • La rangos de operación. Los ventajas principalesparticulares factores son: el caudal, los límites de presión, los métodos de lubricación, el consumo de potencia, disponibilidad de servicios y el costo. Adicionalmente, se debe considerar el tipo de fluido a manejar y el lugar de instalación de la bomba.

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12.2.


Características y Rangos Típicos de Operación El Cuadro 1, el Cuadro 2 y la Figura 24 muestran las características de construcción más distintivas de cada tipo de bomba, junto con su rango típico de operación. Adicionalmente a las características presentadas en el Cuadro 1, a continuación se mencionan algunos tipos de bombas junto con aplicaciones frecuentes en Proyectos en los que ha participado inelectra : •

Bombas centrífugas horizontales: mayoría de los servicios, fluidos de bajas viscosidades (ej. agua, hidrocarburos livianos), presiones de descarga moderadas.

•

Bombas de suspensión: lodos con baja concentración de sólidos en suspensión.

•

Bombas de fosa: bombeo de fluido desde fosas o sumideros; fluidos típicos manejados: aguas aceitosas, drenajes contaminados, etc.

•

Bombas de pozo profundo: toma de agua de pozo.

•

Bombas de pistón: bombeo de fluidos viscosos sin sólidos (ej. crudo), o descargas a altas presiones (ej. inyección de agua a pozo).

•

Bombas de medidor o dosificadoras: inyección de químicos.

•

Bombas de diafragma: lodos con alto contenido de sólidos.

•

Bombas de tornillo: fluidos viscosos (ej. crudo, lodos).

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Cuadro 1. Comparación entre los principales tipos de bombas [24].

Tipo de bomba y

Características de

Orientación

Número de

Requisitos relativos de

construcción

construcción

usual

etapa s u suales

mantenimiento

Dinámica

•

Comentarios Capacidad varía con la altura Velocidad específica baja a media

Centrífuga

o

Horizontal

- Tipo de proceso, 1 etapa en voladizo

Impulsor con vigas más allá de los cojinetes

Horizontal

1

Bajo

Estilo más común usado en servicios de proceso

- Tipo de proceso, 2 etapas en voladizo

2 Impulsores con vigas más allá de los cojinetes

Horizontal

2

Bajo

Para cargas por arriba de la capacidad de etapa sencilla

- Impulsor de 1 etapa entre cojinetes

Impulsor entre cojinetes, carcasa dividida radial o axialmente

Horizontal

1

Bajo

Para flujos hasta 330 m de altura

- Químico

Patrones de la carcasa diseñados con secciones delgadas para las aleaciones de alto costo; pequeñas

Horizontal

1

Medio

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Tasas de presión y temperatura bajas

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903-HM120-P09-GUD-030 0 Rev. GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS Cuadro 1. Comparación entre los principales tipos de bombas [24].

Características de construcción

Orientación usual

Número de etapa s u suales

Requisitos relativos de mantenimiento

- Suspensión

Pasajes de gran flujo, características de control de erosión

Horizontal

1

Alto

Baja velocidad; claro axial ajustable

- Enlatado

Bomba y motor encerrados en una cubierta a presión; sin prensaestopa

Horizontal

1

Bajo

Bajos límites de capacidad de altura para los modelos usados en servicios químicos

- Carcasa dividida, de etapas múltiples

Las toberas se encuentran por lo general en la mitad inferior del empaque

Horizontal

Múltiple

Bajo

Para tasas moderadas de temperatura y presión

- Tipo barril, de etapas múltiples

La cubierta exterior guarda la pila interna de diafragmas

Horizontal

Múltiple

Bajo

Para tasas altas de temperatura y presión

Vertical

1

Bajo

Estilo utilizado básicamente para explotar requisitos de NPSH baja

Tipo de bomba y construcción

o

Comentarios

Vertical

- Etapa única, tipo de proceso

Orientación vertical

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Orientación usual



- Etapas múltiples, tipo de proceso

Muchas etapas, altura baja/etapa

Vertical

Múltiple

Medio

- En línea

Arreglado para instalación en línea, como una válvula

Vertical

1

Bajo

- Alta velocidad

Velocidades hasta 380 rps, altura hasta 1770 m

Vertical

1

Medio

- Fosa

Cubierta sumergida en la fosa por convención de la instalación y facilidad de preparación

Vertical

1

Bajo

- Pozo profundo de etapas múltiples

Flechas muy largas

Vertical

Múltiple

Medio

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Comentarios Gran capacidad de altura, bajo requerimiento de NPSH Permite una instalación de bajo costo, sistemas de tubería simplificados Costo atractivo para una gran altura y flujo bajo Bajo costo de instalación

Servicio para pozo de agua con transmisión a nivel

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Orientación usual



Vertical

1

Bajo

Comentarios

•

Axial (hélice)

Impulsor con forma adecuada, generalmente de gran tamaño

Algunas aplicaciones en las plantas químicas y refinerías

•

Turbina (regenerativo)

Impulsor aflautado; trayectoria del flujo como espiral alrededor de la periferia

Horizontal

1, 2

Medio a Alto

Rendimiento de flujo bajo y gran altura; capacidad prácticamente independiente de la altura.

Bajas velocidades; válvulas, cilindros y prensaestopas sujetos a desgaste

Horizontal

1

Alto

Transmisión mediante cilindros de máquina a vapor o motores a través de cigüeñales

Unidades pequeñas con sistema de control de flujo de precisión

Horizontal

1

Medio

Desplazamiento positivo •

Reciprocante Pistón, émbolo buzo

o

Medidor o

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Tipos diafragma y émbolo empacado

INEDON

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Tipo de bomba y construcción Diafragma o

•


Orientación usual



Sin prensaestopas; pueden operar neumática o hidráulicamente

Horizontal

1

Alto

Horizontal

1

Medio

Para alta viscosidad, alto flujo, alta presión

Horizontal

1

Medio

Para alta viscosidad, presión moderada, flujo moderado

Comentarios Utilizado para suspensiones químicas los diafragmas probablemente fallen

Giratorio Espiral (tornillo)

o

Engrane o

Con 1, 2, ó 3 rotores de hélice Ruedas de engranes interdentadas

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Cuadro 2. Rendimientos típicos de distintos tipos de bombas (adaptado de [26]). Tipo de bomba y estilo de construcción

Caudal [m3/h] (USgpm)

Máxima altura [m (ft)]

Máxima presión [bar (psi)]

NPSH [m (ft)]

Máxima Temp. [°C (°F)]

Eficiencia [%]

Dinámica • Centrífuga o

Horizontal

- Tipo de proceso, 1 etapa en voladizo

3,4 – 1136 (15 – 5000)

150 (492)

41 (600)

2,00–6,00 (6,56-19,7)

455 (851)

20 – 80

- Tipo de proceso, 2 etapas en voladizo

3,4 – 273 (15 – 1200)

425 (1394)

41 (600)

2,00–6,70 (6,56-22,0)

455 (851)

20 – 75

3,4––40000) 9085 (15

335 (1099)

68 (980)

2,00–7,60 (6,56-24,9)

205-455 (401-851)

30 – 90

- Químico

0 – 227 (0 – 1000)

73 (239)

14 (200)

1,20–6,00 (3,94-19,7)

205 (401)

20 – 75

- Suspensión

0 – 227 (0 – 1000)

120 (394)

41 (600)

1,50–7,60 (4,92-24,9)

455 (851)

20 – 80

- Enlatado

0,2 – 4542 (1 – 20000)

1500 (4921)

687 (10000)

2,00–6,00 (6,56-19,7)

540 (1004)

20 – 70

4,5 – 2498 (20 – 11000)

1675 (5495)

207 (3000)

2,00–6,00 (6,56-19,7)

205-260 (401-500)

65 – 90

4,5 – 2044 (20 – 9000)

1675 (5495)

414 (6000)

2,00–6,00 (6,56-19,7)

455 (851)

40 – 75

4,5 – 2271 (20 – 10000)

245 (804)

41 (600)

0,30–6,00 (0,98-19,7)

345 (653)

20 – 85

- Impulsor de 1entre etapa cojinetes

- Carcasa dividida, de etapas múltiples - Tipo barril, de etapas o

múltiples Vertical

- Etapa única, tipo de proceso

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Cuadro 2. Rendimientos típicos de distintos tipos de bombas (adaptado de [26]). Tipo de bomba y estilo de construcción

Máxima presión [bar (psi)]

[m (ft)]

Máxima Temp. [°C (°F)]

4,5 – 18170 (20 – 80000)

1830 (6004)

48 (700)

0,30–6,00 (0,98-19,7)

260 (500)

25 – 90

- En línea

4,5 – 2725 (20 – 12000)

215 (705)

34 (500)

2,00–6,00 (6,56-19,7)

260 (500)

20 – 80

- Alta velocidad

1,1 – 91 (5 – 400)

1770 (5807)

138 (2000)

2,40–12,00 (7,87-39,4)

260 (500)

10 – 50

- Fosa

2,3 – 159 (10 – 700)

60 (197)

14 (200)

0,30–6,70 (0,98-22,0)

1,1 – 91 (5 – 400)

1770 (5807)

138 (2000)

0,30–6,00 (0,98-19,7)

205 (401)

30 – 75

4,5 – 22712 (20 – 100000)

12 (39)

10 (150)

2,00 (6,56)

65 (149)

65 – 85

0,2 – 454 (1 – 2000)

760 (2493)

103 (1500)

2,00–2,50 (6,56-8,20)

120 (248)

55 – 85

2,3 – 2271 (10 – 10000)

3,44 x 105 (1,13 x 106)

> 3447 (>50000)

3,70 (12,1)

290 (554)

65 – 85

- Pozo profundo de etapas múltiples • Axial (hélice) • Turbina

(regenerativo)

[m3/h] (USgpm)

NPSH

Eficiencia

Máxima altura [m (ft)]

- Etapas múltiples, tipo de proceso

Caudal

[%]

45 – 75

Desplazamiento positivo • Reciprocante o

Pistón, émbolo buzo

4

Medidor o

0 – 2,3 (0 – 10)

5,18 x 10 (1,70 x 105)

3447 (50000)

4,60 (15,1)

300 (572)

20

Diafragma o

0,9 – 23 (4 – 100)

3,44 x 104 (1,13 x 105)

241 (3500)

3,70 (12,1)

260 (500)

20

0,2 – 454 (1 – 2000)

2,07 x 104 (6,79 x 104)

207 (3000)

3,00 (9,84)

260 (500)

50 – 80

3400 (11155)

34 (500)

3,00 (9,84)

345 (653)

50 – 80

• Giratorio o

Espiral (tornillo)

Engrane o

0,2 – 1136 (1 – 5000)

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Caudal, gpm Líneas sólidas: use ordenada izquierda, escala en pies. Líneas punteadas: use ordenada derecha, escala en psi.

Figura 24. Rangos de operación típicos de bombas (adaptada de [23]). 13.

ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS El cálculo de los parámetros necesarios para la selección de una bomba requiere definirunel cálculo esquema completoeldel sistema donde operahaciendo la bomba, luego realizar hidráulico, cual se puede realizar usopara de las herramientas disponibles en inelectra: programa de Cálculos Hidráulicos (desarrollado por inelectra ), INPLANT™ y PIPEPHASE™, ambos de Invensys® Systems, Inc/SimSci Esscor®. Es importante tener presente cada uno de los criterios bajo los cuales se basa el Proyecto al momento de realizar

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los cálculos y obtener los parámetros necesarios para la posterior selección de la bomba. Por lo general, en el área de procesos, la mayoría de las bombas a especificar son de tipo centrífugas. 13.1.

Criterios de Diseño Generales Conjuntamente con la realización de los cálculos hidráulicos, hay que tomar en consideración ciertos criterios de diseño para la selección de una bomba. En el INEDON “Bases y Criterios de Diseño”, N° 903-HM120-P09-GUD-013, se presentan de manera general, los criterios utilizados por Procesos al momento de evaluar un sistema de bomba. Sin embargo, al realizar un Proyecto, prevalecen los criterios de diseño establecidos por el Cliente.

13.2.

Cálculo Hidráulico A continuación, se describe un resumen del procedimiento para realizar el cálculo hidráulico. A)

Identifique el sistema de la bomba en diseño o evaluación.

B)

Realice el esquema del circuito, e identifique cada uno de los tramos que lo conforman y los equipos involucrados.

C)

Estudie las longitudes, elevaciones y los accesorios de cada tramo, con la ayuda de los isométricos correspondientes, o en su defecto con la utilización de la planimetría de la planta; considerando siempre, para los últimos casos, un factor de seguridad de las distancias medidas para las longitudes que depende de la etapa del Proyecto (consulte el INEDON “Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión”, N°903-P3100-P09-GUD069). En una Ingeniería de Detalle siempre se debe efectuar el cálculo con isométricos. Si éstos no han sido emitidos, se debe solicitar a la Disciplina de Diseño Mecánico un juego de isométricos preliminares.

D)

Estudie cada una de las condiciones del circuito, desde el punto inicial hasta el punto de llegada.

E)

Determine las propiedades del fluido de acuerdo a las condiciones establecidas para cada tramo, al igual que las pérdidas de presión de los

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903-HM120-P09-GUD-030 0 Rev. GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS equipos involucrados. Esta información puede encontrarse en las hojas de datos correspondientes a cada equipo.

En la Figura 25 se muestra un ejemplo de un esquema sencillo de un circuito para la realización de un cálculo hidráulico. TRAMO 3

TRAMO 4

Punto de llegada

FV-001 C-001

C-002

E-001

Punto de partida

9m TRAMO 2 5m

TRAMO 1 0,9 m P-001

Figura 25. Ejemplo de circuito sencillo para realizar un cálculo hidráulico.

13.3.

F)

Realice el cálculo hidráulico en el programa aprobado para el Proyecto. Introduzca cada dato correctamente, en especial, las presiones de entrada y salida del circuito, las longitudes y elevaciones de cada tramo y las caídas de los equipos involucrados. Para el diseño se añade un porcentaje adicional sobre el flujo de operación de la bomba, de acuerdo a los criterios establecidos para el Proyecto o, en caso de no haberlos, según lo especificado en el INEDON “Bases y Criterios de Diseño”, N° 903-HM120-P09-GUD-013.

G)

Los resultados de las presiones de succión y de descarga, el NPSH disponible, la altura requerida de bombeo y las pérdidas de presión obtenidas son analizados para determinar si alguna de las variables requiere un cambio o si están acorde con los criterios de diseño, pudiendo seleccionar la bomba más adecuada para el correcto funcionamiento del sistema.

Cálculo de Variables A continuación, se describen las ecuaciones empleadas para el cálculo de las variables de un circuito hidráulico con bombas, usando la nomenclatura de la referencia [16].

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13.3.1. Altura de la Bomba La altura total en cualquier punto del sistema es: Ec.1

2

h = z + h p + hv = z + P ⋅ factor1 + v ρ⋅g 2⋅ g

Donde factor1 es un factor de conversión que depende de las unidades empleadas, que se tabula en el Cuadro 3. Cuadro 3. Factores de conversión para la Ec.1. h

P

m m ft

Pa bar psi

g

factor1 2

m/s m/s ft/s2

3

kg/m kg/m lb/ft3

1,00 1,00·10 4,64·103

La elevación se mide con respecto al datum de la bomba, que se especifica según el tipo (véase el Cuadro 4). Cuadro 4. Elevación datum [16]. Tipo de bomba Centrífuga, horizontal

Estándar API STD 610 Hydraulic Institute

Centrífuga, vertical en línea

API STD 610

Centrífuga, otras verticales Centrífuga, vertical de succión simple, tipo voluta y vena difusa Centrífuga, vertical de succión doble

API STD 610

Turbina vertical, tipos de

Hydraulic Institute Hydraulic Institute

AWWA E101

línea de eje y sumergible Reciprocante

Hydraulic Institute

Rotatoria

Hydraulic Institute

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Datum

Línea central del eje Línea central de la brida de succión Tope de la fundación Ojo de entrada al impulsor de la primera etapa Línea central horizontal de la descarga del impulsor Lado inferior de la cabeza de descarga o placa de base de la cabeza Línea central de la brida de succión Línea de referencia o línea central de la brida de succión

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Las pérdidas por fricción del sistema son las pérdidas por fricción en el sistema aguas arriba más las pérdidas por fricción en el sistema aguas abajo: Ec.2

h f = h fx + h fy

La altura total de la bomba es la altura total de la brida de descarga menos la altura total de la brida de succión: H = ho − hi = zo − zi +

(Po − Pi ) ⋅ factor1 ρ⋅g

+

vo2 − vi2 2⋅ g

Ec.3

Cuando la elevación y tamaño de las bridas de succión y descarga son iguales, la altura total de la bomba (H) es igual a la diferencia en las alturas de succión y descarga. Cuando se efectúa el cálculo desde cualquier punto de succión y descarga en el sistema (por ejemplo, en el circuito de la Figura 25), la siguiente ecuación general aplica: 2

2

Ec.4

H = z y − z x + (Py − Px )⋅ factor1 + v y − v x + h fx + h fy ρ⋅g 2⋅ g

El trabajo hecho para comprimir el líquido es despreciable para líquidos incompresibles, y no se incluye en las ecuaciones anteriores. En caso de que el líquido sea compresible (su densidad varíe con la presión), el trabajo de compresión debe incluirse. Suponiendo una variación lineal entre presión y densidad, la altura de compresión líquida que sustituye a la diferencia de alturas en las ecuaciones anteriores es: Hc =

(Po − Pi ) ⋅ factor1 ⎡ 1 2⋅ g

1⎤ ⎢ρ − ρ ⎥ o i⎦ ⎣

Ec.5

13.3.2. Altura Neta Positiva de Succión en la Bomba (NPSH) NPSH El la mínimaentre cargala neta positiva de succión disponible en laalbomba. Esto es laesdiferencia presión del líquido a bombear referida eje del impulsor y la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo, referida en unidades de longitud. Esta diferencia es la necesaria para evitar la cavitación en la bomba, ya que ésta produce la vaporización súbita del líquido dentro de la bomba, reduciendo la capacidad de la misma y puede dañar sus partes internas. 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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En el diseño de bombas destacan dos valores deNPSH, el NPSH disponible y el NPSH requerido.

El NPSH disponible es la diferencia entre el valor de la presión absoluta, en la boquilla de succión de la bomba, menos la presión de vapor del líquido a la temperatura de operación, expresada en unidades de longitud:

NPSHA

=

(Pi − Pvp )⋅ factor1

=

(Psv − Pvp )⋅ factor1

ρ⋅g

ρ⋅g

+ zi +

vi2 (*) 2⋅ g

Ec.6

+ z sv − h fsv

La elevación datum es muy importante, ya que es adaptada a los requerimientos del fabricante de la bomba (en el Cuadro 4 se presentan algunas referencias comunes). En la Figura 26 se muestra un esquema genérico del circuito de succión de una bomba. NPSH es (*) El factor cinético incluido ecuación para elque cálculo delrealizando. opcional y dependerá del nivel en de la detalle del cálculo se esté Para un cálculo más conservador se omite este factor. En cualquier caso el Ingeniero de Procesos debe consultar a Ingeniería Mecánica, para saber si el fabricante de la bomba está considerando o no este factor, y de esta manera estar seguro de incluirlo dentro del cálculo.

C-001 Punto de partida TRAMO 2 Zsv

TRAMO 1 Zi

P-001

Figura 26. Alturas para el cálculo de la altura estática. 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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La altura estática desde la succión se mide desde: •

Para los recipientes, el cálculo de la altura estática tiene que ser medido desdetangente el fondoinferior del tambor cuando cuando es horizontal (Figura 27) 28). y desde la línea del recipiente es vertical (Figura

LLLL

Figura 27. Altura estática para recipientes horizontales.

LLLL Tangente h= ¼

del diámetro interno para casquetes elípticos 2:1

Figura 28. Altura estática para recipientes verticales. •

Para tanques la altura estática se calcula en función al nivel más bajo de líquido en el tanque (Figura 29).

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LLLL

Figura 29. Altura estática para tanques. •

Para los equipos existentes, se puede considerar el nivel más bajo de operación (LLLL), una vez haya sido confirmado por el Cliente.

El NPSH requerido es función del rodete. Su valor es determinado experimentalmente usando agua a temperatura ambiente y proporcionado por el fabricante de la bomba. El fabricante de bombas suministra la curva de NPSHR para el fluido de trabajo. En caso que se posea la información para el agua y el fluido de trabajo sea otro, existen factores de corrección para otros fluidos de acuerdo alHydraulic Institute que se pueden encontrar en la literatura [16]. Sin embargo, de acuerdo a los lineamientos recogidos en el INEDON “Bases y Criterios de Diseño”, N° 903-HM120-P09-GUD-013, no es recomendable el uso de los factores de corrección, y se prefiere elNPSHR basado en el agua. 13.3.3. Potencia La Potencia Hidráulica de la bomba es calculada con la siguiente ecuación: Whid =

Qd ⋅ ρ o ⋅ g ⋅ H

Ec.7

factor2

Donde factor2 es un factor de conversión que depende de las unidades empleadas, que se tabula en el Cuadro 5.

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903-HM120-P09-GUD-030 0 Rev. GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS Cuadro 5. Factores de conversión para la Ec.7. hyd hp

Qd

W

m /s

kW hp

3

g

kg/m

m /h USgpm

kg/m lb/ft

H

m/s 3

m 2

m/s m ft/s

factor2

1,00 6

3,60·10 ft

7,96·10

La potencia de consumo (o al freno) se calcula con la siguiente expresión: W freno =

Ec.8

Whid e

La eficiencia de la bomba es un dato que especifica el fabricante en la curva de la bomba, y en caso de no poseer datos del mismo se deben solicitar a la Disciplina de Ingeniería Mecánica. Para efectos únicamente de estimación (por ejemplo, una Propuesta) se pueden usar los rangos de eficiencias que se muestran en el Cuadro 2, o la siguiente expresión empírica para bombas centrífugas [7]: e(% ) = 80 − 0,2855 ⋅ H + 3,78 × 10 −4 H ⋅ Q − 2,38 × 10 −7 H ⋅ Q 2

+ 5,3 × 10

−7

2

H Q + 4 × 10

−10

2

H Q

Ec.9

2

La Ec.9 sólo se usa en Unidades Inglesas ([altura] = ft, [caudal] = gpm). Rango de aplicabilidad de la Ec.9 (no extrapolable): H = 50 – 300 ft Q = 100 – 1000 gpm

La Ec.9 es usada únicamente para estimación cuando no se dispone de ningún dato adicional y no se debe emplear en una Ingeniería de Detalle. Para estimar el consumo de servicios (potencia, vapor), se requiere la eficiencia del elemento motor (véase la Sección 13.5). 13.3.4. Presión de Cierre La presión de cierre, o shut-off, es la máxima presión que puede otorgar una bomba a la descarga a cero caudal. Este valor es de importancia para la obtención de la presión de diseño del sistema aguas abajo de la bomba. 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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En las bombas de desplazamiento positivo, la presión que pueden desarrollar estas bombas es muy elevada, por lo que siempre es necesario colocar una válvula de alivio a sus descargas, diseñadas para la contingencia de salida bloqueada. Consulte el INEDON “Guía de Diseño para los Sistemas de Alivio de Presión”, N°903-HM120-P09-GUD-041. En las bombas dinámicas, la presión de cierre es suministrada en la curva del fabricante, tomando la altura diferencial a caudal cero y sumando la máxima presión de succión: Pso = Pi , max + ρ ⋅ g ⋅ H / factor1

Ec.10

La presión de succión máxima se calcula con el máximo nivel de líquido (HHLL) del recipiente de succión, despreciando las pérdidas por fricción en la línea de entrada: Pi , max = Psv + ρ ⋅ g ⋅ z sv, HHLL / factor1

Ec.11

Para efectos únicamente de estimación se puede suponer una presión de cierre de la bomba igual al máximo entre: la presión normal de succión más el 130% del diferencial normal de presión, o la presión máxima de succión más el diferencial normal de presión [18]:

13.4.

Pso = Pi + 1,3ΔP = Pi + 1,3 ⋅ ρ ⋅ g ⋅ H / factor1

Ec.12

Pso = Pi, max + ΔP = Pi , max + ρ ⋅ g ⋅ H / factor1

Ec.13

Materiales de Construcción La selección de un conjunto de materiales de construcción para la carcasa y los internos de la bomba, para un proceso específico, requiere un análisis inicial. La Disciplina de Procesos puede realizar una selección preliminar en conjunto con la Disciplina de Ing. Mecánica; pero la definitiva es realizada por el fabricante. Como guía la selección delasmateriales para la mostradas carcasa y en el impulsor de lageneral bomba,para se pueden emplear recomendaciones el Cuadro 6.

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Cuadro 6. Materiales de construcción para bombas (adaptado de [7]). Líquido

Carcasa y anillos de desgaste

Impulsor y anillos de desgaste

Ácido clorhídrico, 32 %

Carbón impregnado Carbón Impregnado

Ácido clorhídrico, 32 % (alternativa)

Caucho, revestido con hierro fundido

Caucho duro

Ácido sulfúrico, <55 %

Caucho duro, revestido con hierro fundido

Caucho especial

Ácido sulfúrico, 55 % - 95 %

Hierro al Si fundido

Hierro al Si

Ácido sulfúrico, > 95 %

Hierro fundido

Hierro fundido

Agua de mar

Carcasa: 1-2Cr,% Ni, 3-0,5 % hierro fundido Anillos: recub. Ni, 2B.

Impulsor: Monel Anillos: Monel S

Agua de río

Hierro fundido

Bronce

Amoníaco anhidro y Hierro fundido acuoso

Hierro fundido

Benceno

Hierro fundido

Hierro fundido

Salmuera (cloruro de sodio)

Recub. Ni*

Recub. Ni*

Butadieno

Carcasa: acero al carb. Anillos: hierro fundido

Impulsor: hierro fundido Anillos: acero al carb.

Carbono, tetracloruro de

Hierro fundido

Hierro fundido

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Comentarios

*El hierro fundido es aceptable

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903-HM120-P09-GUD-030 0 Rev. GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS Cuadro 6. Materiales de construcción para bombas (adaptado de [7]). Líquido

13.5.

Carcasa y anillos de desgaste

Impulsor y anillos de desgaste

Cáustica, % (Temp.50 Máx. 200°F)

Misco C

Misco C

Cáustica, 50 % (A más de 200°F) y 73 %

Níquel

Níquel

Cáustica, 10% Hierro fundido (con algo de cloruro de sodio)

Acero inoxidable 23 % Cr 52 % Ni

Estireno

Hierro fundido

Hierro fundido

Etileno

Acero fundido

Acero al carbono

Etileno, dicloruro de Hierro fundido

Hierro fundido

Etilenglicol

Bronce

Bronce

Metilo, cloruro de

Hierro fundido

Hierro fundido

Propileno

Carcasa: acero al carb. Anillos: hierro fundido

Impulsor: hierro fundido Anillos: acero fundido

Comentarios Misco C fabricado por Michigan Steel Casting Company

También se usan especificacio nes para Cáustica 50 % (Temp. máx. 200 °F)

Elementos Motores Existen diversas alternativas para los elementos motores de una bomba; éstas son: •

Motor eléctrico.

•

Motor de combustión interna.

•

Turbina a gas.

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•

Turbina a vapor.

•

Turbinas de recuperación de potencia hidráulica.

13.5.1. Motor Eléctrico La mayoría de las bombas usadas en la industria son accionadas por motores eléctricos, usualmente a una velocidad fija. También existen con variador de frecuencia para el control de flujo. El consumo de potencia del motor es suministrado por la Disciplina de Ingeniería Mecánica en base a la información de los fabricantes. Si no se dispone de esta información, se puede estimar con la potencia al freno de la bomba y la eficiencia del motor, de la siguiente manera: Wmotor =

W freno

Ec.14

emotor

Algunas eficiencias típicas de motores eléctricos se muestran en el Cuadro 7, Cuadro 8 y Cuadro 9.

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903-HM120-P09-GUD-030 0 Rev. GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS Cuadro 7. Evaluación de la energía, motores de tamaño armazón NEMA, de inducción [7]. Frecuencia

Am peres bas ado s en 560 V

Eficienci a a plena carga Eficiencia Alta estándar eficiencia [%] [%]

Potencia [hp]

aprox .a plena carga [rpm]

Eficiencia estándar

Alta eficiencia

1

1800 1200

1,9 2,0

1,5 2,0

72,0 68,0

84,0 78,5

1,5

1800 1200

2,5 2,8

2,5 2,6

75,5 72,0

84,0 84,0

2

1800

2,9

3,0

75,5

84,0

3

1200 1800

3,5 4,7

3,2 3,9

75,5 75,5

84,0 87,5

1200

5,1

4,8

75,5

86,5

1800 1200 1800

7,1 7,6 9,7

6,3 7,4 9,4

78,5 78,5 84,0

89,5 87,5 90,2

5 7,5

1200

10,5

9,9

81,5

89,5

10

1800 1200

12,7 13,4

12,4 13,9

86,5 84,0

91,0 89,5

15

1800 1200

18,8 19,7

18,6 19,0

86,5 84,0

91,0 89,5

20

1800

24,4

25,0

86,5

91,0

1200

25,0

24,9

86,5

90,2

25

1800

31,2

29,5

88,5

91,7

40

1200 1800

29,2 48,9

29,1 47,8

88,5 88,5

91,0 93,0

1200

46,0

46,2

90,2

92,4

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903-HM120-P09-GUD-030 0 Rev. GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS Cuadro 7. Evaluación de la energía, motores de tamaño armazón NEMA, de inducción [7]. Frecuencia

Am peres bas ado s en 560 V

Eficienci a a plena carga Eficiencia Alta estándar eficiencia [%] [%] 90,2 93,6 90,2 91,7 90,2 93,6

Potencia [hp]

aprox .a plena carga [rpm]

Eficiencia estándar

Alta eficiencia

50

1800 1200 1800

59,3 58,1 71,6

57,7 58,0 68,8

1200

68,5

69,6

90,2

93,0

1800

92,5

85,3

90,2

93,6

1200

86,0

86,5

90,2

93,0

1800

112,0

109,0

91,7

94,5

1200

114,0

115,0

91,7

93,5

1800 1200

139,0 142,0

136,0 144,0

91,7 91,7

94,1 93,6

60 75 100

125

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Cuadro 8. Síncronos comparados con los de inducción, trifásicos, 60 hertz, 2300 o 400 volts [7].

Potencia [hp]

Frecuencia [rpm]

Eficiencia [%] del motor síncrono a plena carga f. p. 1,0

3000

1800

3500

1200 1800

Motor de inducc ión Eficiencia a plena carga [%]

Factor de potencia

96,6

95,4

89,0

96,7 96,6

95,2 95,5

87,0 89,0

1200

96,8

95,4

88,0

4000

1800

96,7

95,5

90,0

4500

1200 1800

96,8 96,8

95,4 95,5

88,0 89,0

5000

1200 1800 1200

97,0 96,8 97,0

95,4 95,6 95,4

88,0 89,0 88,0

5500

1800

96,8

95,6

89,0

6000

1200 1800

97,0 96,9

95,5 95,6

89,0 89,0

1200

97,1

95,5

87,0

7000

1800 1200

96,9 97,2

95,6 95,6

89,0 88

8000

1800

97,0

95,7

89,0

1200

97,3

95,6

89,0

1800 1200

97,0 97,3

95,7 95,8

89,0 88,0

9000

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Potencia [hp]

Cuadro 9. Eficiencias a plena carga [7]. Frecuencias 3600 rpm 1200 rpm 600 rpm

5 20

80,0 86,0

82,5 86,5

-

100

91,0

91,0

93,0

82,7 a -

-

-

91,4 a

90,3 a

250

91,5

92,0

91,0

-

1000

94,2

93,9 a 93,7

93,4 a 93,5

92,8 a 92,3

-

95,5 a

95,5 a

95,5 a

96,0 -

95,2 -

97,2 a

97,3 a

5000 a

300 rpm -

Motores síncronos, f. p. 1,0.

13.5.2. Turbina a Vapor En las bombas de gran potencia, o como parte de la filosofía de una planta ante eventuales fallas del sistema eléctrico (típica aplicación en refinerías, en las que existen tres bombas A/B/C con 50% del caudal, dos con motores eléctricos y una con turbina a vapor), en unidades en las que existe disponibilidad del servicio de vapor. El flujo de vapor se puede obtener multiplicando el consumo de vapor real, expresado en unidades de flujo másico / potencia (kg/(W·s), kg/(kW·h) o lb/(hp·h)), el cual es suministrado por la Disciplina de Ingeniería Mecánica en base a la información de los fabricantes, por la potencia al freno de la bomba. Si no se dispone de esta información, se puede estimar con el consumo teórico de vapor y la eficiencia de la turbina, de la siguiente manera: ms = Rs ⋅ W freno =

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Rs , s et

⋅ W freno

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Ec.15

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(En unidades consistentes). El consumo de vapor teórico se obtiene por la siguiente expresión: Rs , s = −

Ec.16

factor3

(H ss,2 − H ss,1)

Donde factor3 es un factor de conversión que depende de las unidades empleadas, que se tabula en el Cuadro 10. Cuadro 10. Factores de conversión para la Ec.16. Rs,s

H ss,1, H ss,2

factor3

kg/(W·s)

J/kg

1,00

kg/(kW·h)

kJ/kg

2,78·10

lb/(hp·h)

BTU/lb

−

4

2545

El cambio de entalpía se obtiene fijando la presión y temperatura de entrada del vapor a la turbina, según las condiciones del servicio, y siguiendo un camino isentrópico hasta la presión de descarga de la turbina, dada por la presión menor en el sistema de vapor y condensados. Esto se puede realizar por medio de un simulador de procesos, leyendo en las tablas de vapor, o utilizando un diagrama de Mollier, como los que se muestran en la Figura 30 y Figura 31, siguiendo las líneas de entropía constante. Para efectos únicamente de estimación se pueden usar las eficiencias típicas de turbinas de transmisión mecánica representadas en la Figura 34 para turbinas de más de 500 hp, o los rangos de eficiencias que se muestran en el Cuadro 11 para turbinas de menos de 500 hp.

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Figura 30. Diagrama entalpía-entropía de agua [10].

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Figura 31. Diagrama presión-entalpía de agua [22].

Figura 32. Ejemplo de uso de la Figura 30. 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

Figura 33. Ejemplo de uso de la Figura 31.

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903-HM120-P09-GUD-030 0 Rev. GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS Cuadro 11. Eficiencias para turbinas por debajo de 500 hp a 3500 rpm [7]. Potencia Eficiencia [hp] [%] de 1 a 10 15 de 10 a 50 20 de 50 a 300 25 de 300 a 350 30 de 350 a 500 40

Figura 34. Eficiencias típicas para turbinas de transmisión mecánica (adaptada de [7]). 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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13.5.3. Otros Elementos Motores Para otro tipo de elementos motores (motores de combustión interna, turbinas a gas, turbinas de recuperación de potencia hidráulica), existen amplias referencias en la literatura para estimar las eficiencias y consumos de servicios ([7], [24], [26]). 13.6.

Diseños Específicos al Tipo de Bomba En esta sección se detallan otros aspectos que se deben considerar en la especificación de algunos tipos específicos de bomba, que complementan los criterios mencionados anteriormente.

13.6.1. Bombas de Fosa En el caso de bombas de fosa cobra especial importancia la sumergencia mínima de la bomba, que se define como la distancia mínima entre la boquilla de succión y el fondo de la fosa para evitar vórtices; y el nivel muy bajo de líquido (LLLL). Ambos parámetros se calculan siguiendo las guías del Hydraulic Institute [3]. La Disciplina de Procesos especifica las siguientes variables: • Presión de descarga a nivel de piso: obtenida del cálculo

hidráulico (Véase la Sección 13.3). • Flujo de operación normal y flujo nominal. •

NPSHA: se especifica como inundado (flooded).

El nivel mínimo de líquido LLLL se especifica como pendiente hasta que se conozca el valor de sumergencia mínima y distancia mínima requerida entre el fondo y la boquilla de succión de la bomba, ambos suministrados por el fabricante de la bomba. En la Figura 35que se puede observar un esquema de una de bomba, con la nomenclatura aparece en el ANSI/API STD 610 fosa 0, que es la mínima información que se requiere para definir una bomba de fosa.

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l3

l1 l2 l5 l4

l6 LLLL

C

φd

Figura 35. Esquema de fosa de bomba. Las longitudes mostradas en la Figura 35 se definen a continuación: Distancia mínima entre el fondo y la boquilla de succión. LLLL Nivel mínimo de líquido. l1 Profundidad total de la fosa. l2 Longitud de la bomba. l3 Altura de la línea central de la boquilla de descarga de la bomba. l4 Altura de la grada por encima del nivel muy bajo de líquido. l5 Elevación datum, impulsor de primera etapa. l6 Sumergencia mínima requerida. Diámetro de la boquilla de succión. φd C

El diseño de una fosa para la succión de bombas requiere del cumplimiento de toda una serie de parámetros adicionales que no se mencionan arriba, tales como: separación de las paredes a la brida de succión de la bomba, velocidad de acercamiento del fluido, ubicación de pantallas de flujo, inclinación del fondo, etc. El diseño completo de una fosa escapa del alcance del presente INEDON; en caso de que sea necesario, se recomienda consultar la referencia [3].

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13.6.1.1. Diámetro de la boquilla de succión El diámetro final de la boquilla de succión viene especificado por el fabricante de la bomba seleccionada. La velocidad de succión debe ser entre 0,6 y 2,7 m/s (2 y 9 ft/s). Este parámetro lo especifica el fabricante. 13.6.1.2. Sumergencia mínima requerida La sumergencia mínima, l6, se calcula como función del diámetro de la boquilla de succión y del número adimensional de Froude: l6 = d ⋅ (1+ 2,3 FD )

Ec.17

Donde: 0.5

FD = V / ( g ⋅ ϕd )

Ec.18

(En unidades consistentes). Este parámetro lo especifica el fabricante. 13.6.1.3. Distancia entre el fondo y la boquilla de succión La distancia mínima entre el fondo y la boquilla de succión, C, se especifica en un rango de 0,3φd ≤ C ≤ 0,5φd. Este parámetro lo especifica el fabricante. 13.6.1.4. Nivel mínimo de líquido El nivel mínimo de líquido, LLLL, se especifica sumando la sumergencia mínima y la distancia entre el fondo y la boquilla de succión: LLLL = l6 + C

Ec.19

Se recomienda que el nivel mínimo de líquido no sea inferior a 0,3 m (1 ft). 13.6.1.5. Profundidad total de la fosa l1 se define cuando se diseña la fosa, tomando en consideración el volumen manejado y los tiempos de residencia. Se debe verificar con la Disciplina de Ingeniería Civil cuál es la profundidad máxima que se permite para la fosa; por lo general, una fosa no debe tener una profundidad mayor a 3 m (10 ft). 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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13.6.1.6. Longitud de la bomba l2 es la resta de la profundidad total de la fosa, l1, menos la distancia entre el fondo y la boquilla de succión, C.

13.6.1.7. Altura de la línea central de la boquilla de descarga de la bomba l3 se especifica como la altura del eje de la línea de descarga a la grada. Se

define con ayuda de la Disciplina de Diseño Mecánico.

13.6.1.8. Elevación datum, del impulsor de primera etapa l5 es suministrado por el fabricante de la bomba. Si no se ha seleccionado una bomba se puede usar l2 para los estimados iníciales; sin embargo, se debe

utilizar el valor suministrado por el fabricante a nivel de Ing. Detalle.

13.6.2. Bombas Reciprocantes En el caso de bombas reciprocantes cobran importancia las pulsaciones. Las pulsaciones influyen sobre las pérdidas por fricción (debido a la falta de continuidad del flujo) e introducen un aspecto adicional a considerar: las pérdidas de altura por aceleración. Los cálculos presentados en esta sección son estimados, y deben ser verificados por el fabricante de la bomba. 13.6.2.1. Pulsaciones Las pulsaciones son las variaciones en la presión de la línea de succión y descarga de una bomba reciprocante por efecto de la interrupción en el flujo. El efecto de las pulsaciones se reduce por medio de un amortiguador de pulsaciones (pulsation dampener), que es un pequeño recipiente con un colchón de gas (a veces separado del líquido por un diafragma). Se recomienda considerar la instalación de un amortiguador de pulsaciones en la línea de succión de cualquier bomba, pero pueden no ser necesarios si la línea de succión es larga y sobredimensionada, o si la bomba opera a menos de 150 rpm.

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13.6.2.2. Pérdidas por aceleración Las pérdidas por aceleración son las fluctuaciones de la cabeza de succión por encima y por debajo del promedio debido al efecto de inercia de la masa fluida en la línea de succión. Esta fluctuación de presión se debe considerar si se requiere que la bomba se llene completamente sin formación de vapor que srcine vibraciones en la línea de succión. Si existe un amortiguador de pulsaciones en la línea de succión, las pérdidas por fricción se calculan suponiendo flujo continuo basado en la capacidad nominal de la bomba, de la misma forma en que se efectúa el cálculo hidráulico normal. En caso de que no exista un amortiguador de pulsaciones en la succión, las pérdidas por aceleración (ha) dependerán de la longitud de la línea de succión, la velocidad promedio, el número de desplazamientos por minuto del émbolo (rpm), el tipo de bomba y la elasticidad del fluido y la línea [16]: ha =

Ec.20

L ⋅ v ⋅ n ⋅ Ca ka ⋅ g

En unidades consistentes. C es una constante que depende del tipo de bomba, según el Cuadro 12.

Cuadro 12. Constante Ca para el cálculo de pérdidas por aceleración [16]. Tipo de bomba

Ca

a

Ac ci ón si mple

Ac ci ón do bl e

Simplex

0,400

0,200

Dúplex

0,200

0,115

Tríplex Cuadruplex

0,066 0,050

0,066 0,040

Quintuplex Septuplex Nonuplex

0,040 0,028 0,022

0,040 0,028 0,022

a

Si la bomba es de volumen controlado (de medidor, dosificadora, o también llamada de inyección de químicos), use Ca = 0,628. 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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ka es una constante relacionada a la compresibilidad del fluido, según el

Cuadro 13.

Cuadro 13. Constante ka para el cálculo de pérdidas por aceleración [16]. Fluido Aceite de calentamiento Hidrocarburos Amina, glicol, agua Agua desaireada Líquido con pequeñas cantidades de gas atrapado

ka

2,5 2,0 1,5 1,4 1,0

Si existe un amortiguador de pulsaciones en la línea de succión, se calculan las pérdidas por aceleración entre el amortiguador de pulsaciones y la bomba usando la Ec. 20, y se añade un 10% adicional para las pérdidas por aceleración en la línea entre el recipiente de succión y el amortiguador de pulsaciones. 13.6.2.3. Pérdidas por fricción Las pérdidas por fricción, si existe un amortiguador de pulsaciones, se calculan al flujo nominal de la bomba, tal como se detalló en la Sección 13.3. Si no está instalado un amortiguador de pulsaciones en la línea de succión, luego de calcular las pérdidas por fricción por el método de la Sección 13.3, se multiplican por un factor adicional para tomar en consideración el flujo pico en la línea. Este factor depende del tipo de bomba, según el Cuadro 14. Multiplicadores de las pérdidas por fricción debido a pulsaciones. Tipo de bomba a Acción simple Acción doble Simplex 2,20 2,00 Dúplex 1,60 1,30 Tríplex 1,10 1,10 Cuadruplex Quintuplex o más

1,10 1,05

1,10 1,05

a

Si la bomba es de volumen controlado (de medidor, dosificadora, o también llamada de inyección de químicos) menor a 0,34 m 3/h (1,5 USgpm), aplique un factor multiplicador de 1,3 en adición al factor tabulado para tomar en cuenta posibles pérdidas de movimiento.

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13.7.


Hoja de Datos de las Bombas

13.7.1. Formato de Hoja de Datos de las Bombas El Anexo 2 muestra el formato de Procesos para la Hoja de Datos (HdD) genérica de las bombas. El formato contiene la mayoría de los datos, cuya responsabilidad es de la Disciplina de Procesos, solicitados en los ANSI/API STD 610 0, API STD 674 [4], API STD 675 [5] y API STD 676 [6]. La HdD de Procesos está basada en la referencia 0, y puede estar sujeta a cambios en nuevas revisiones de la misma. Sólo se incorporan las páginas que involucran información a ser suministrada por la Disciplina de Procesos y otra página adicional no incluida en 0 para el esquema del circuito hidráulico. Las siguientes secciones describen los datos requeridos. 13.7.2. Elaboración de la Hoja de Datos La HdD es elaborada y revisada según el INEDON “Diseño y Especificación de Equipos”, N° 903-P3100-P09-ADM-906. 13.7.3. Datos de Identificación En la sección superior de la HdD se puede encontrar la información relevante para el Proyecto o Propuesta, y la identificación de la unidad y la bomba, según se puede apreciar en la Figura 36. Ap licab le a ( Ap pl ic able to ) En esta sección, se especifica si los datos suministrados son para una Propuesta (proposals), para la compra (purchase), o si corresponden a un equipo existente (as built). Cliente ( Client ) Nombre o título del Cliente externo. Ubicación ( Site ) Ubicación geográfica de la planta. Ejemplo: Edo. Anzoátegui, Venezuela.

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Figura 36. Sección de identificación de la HdD de la bomba [1]. Servicio ( Service ) Función de la bomba en la planta. Ej. Bomba de alimentación de crudo. Cantid ad Requerid a ( No. Requi red ) Cantidad de bombas idénticas. Ejemplo: 2, para las P-1973A/B. Información para ser Completa da por ( Information to be compl eted by ) Se especifica para ser completado por el comprador ( by purchaser). En caso de que la información sea suministrada por el fabricante, vendrá especificado (by manufacturer). General ( General) En el cuadro inferior se especifican las hojas de datos que se anexan, ya sea por la Disciplina de Ingeniería Mecánica como la de Procesos, y se especifican los números de identificación (ítem no.) asignados a cada elemento: la bomba

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(pump), el motor (motor), el eje (gear) y la turbina (turbine), en los casos que apliquen. 13.7.4. Condiciones de Operación (Operating Conditions) En esta sección se identifican las condiciones bajo las cuales operará la bomba (Figura 37).

Figura 37. Sección de condiciones de operación de la HdD de la bomba [1]. Flujo Normal ( Flow, Normal ) Flujo normal de operación en condiciones actuales que procesa la bomba. Referencia: Balance Materia y Energía. Flujo Nominal ( Flow , Rated ) Corresponde al flujo normal más el factor de sobre diseño establecido en las Bases y Criterios de Diseño del Proyecto. Presión de Succión Máxima ( Max. Suction Pressure ) La presión de succión máxima corresponde a la presión en la brida de succión de la bomba cuando el recipiente de succión opera a la máxima presión, al nivel muy de altoflujo (HHLL ), yo,cuando no hayespérdidas por por fricción el sistema (situación cero); si la bomba alimentada otra en bomba aguas arriba, la presión de cierre de la bomba anterior.

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Este dato es de importancia para el cálculo de la presión de diseño, tanto de la brida de succión, como el sistema a la descarga de la bomba (a condiciones de cierre de la bomba). Presión de Succión Nominal ( Rated Suction Pressure ) La presión de succión nominal corresponde a la presión en la brida de succión de la bomba cuando el recipiente de succión opera a la mínima presión, al nivel bajo (LLLL), y considerando las pérdidas por fricción en el sistema (al flujo nominal); o, si la bomba es alimentada por otra bomba aguas arriba, la mínima presión de descarga a flujo controlable de la bomba anterior, menos las pérdidas por fricción en el sistema. Con esta presión de succión se efectúa el cálculo de la altura de la bomba al flujo nominal, y la potencia hidráulica de la bomba. Presión d e Descarga ( Discharge Pressure ) Presión de descarga de la bomba, al flujo nominal. Presión Diferencial ( Differential Pressure ) Diferencia entre la presión de succión nominal y la presión de descarga. Altu ra Diferen ci al ( Different ial Head ) Presión diferencial expresada en unidades de longitud (véase la Sección 13.3.1). Altu ra Net a Pos itiv a de Succ ión Dispo nibl e (NPSHA) NPSHA, calculado a la presión de succión nominal, con la presión de vapor del fluido a la máxima temperatura de operación (véase la Sección 13.3.1). Variaciones de Procesos ( Process Varia tion s ) Se especifica cualquier otra condición que pueda variar durante la operación de la bomba (ej. flujo mínimo, operación alterna, trasvase de tanques, etc.). Condiciones de Arranque ( Starting Conditions ) Se especifican las condiciones a las que arranca la bomba. 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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Servicio ( Service ) Se elige si el servicio es continuo (cont.), intermitente (intermittent), y si requiere de operación en paralelo (parallel operation req’d). En caso que el servicio sea intermitente, se debe especificar el número de arranques diarios. 13.7.5. Líquido Manejado (Liquid) En esta sección se describe el fluido manejado por la bomba (Figura 38).

Figura 38. Sección de líquido manejado de la HdD de la bomba [1]. Tipo o Nombre del Líquido (

Liqui d Type or Na me )

Mencionar el nombre del fluido manejado. Ej. Crudo. Abajo, se debe especificar si el fluido es peligroso (hazardous), inflamable (flammable), o de otro tipo que requiera manejos especiales por seguridad. Propiedades del Fluido En esta sección se deben tabular los valores mínimo, normal y máximo de las siguientes propiedades y condiciones: •

Temperatura de bombeo ( Pumping temperature).

•

Presión de vapor ( Vapor Press.).

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•

Gravedad específica ( Relative Density): en este caso, se especifica a las condiciones de operación, es decir, la densidad del líquido bombeado a la temperatura de operación entre la densidad del agua a 15,5 °C (60°F).

•

Viscosidad ( Viscosity).

De igual manera, se rellena el valor del calor específico del fluido ( Specific Heat). Contaminantes Por último, en esta sección se mencionan las concentraciones de cloruros (chloride concentration), sulfuro de hidrógeno ( H2S concentration), u otros elementos corrosivos o erosivos (corrosive / erosive agent). 13.7.6. Datos del Sitio (Site Data) En esta sección se identifican la ubicación de la bomba (Figura 39).

Figura 39. Sección de datos del sitio de la HdD de la bomba [1]. Ubicación ( Location ) Bajo techo (Indoor), Con calefacción (Heated), Al descubierto (Outdoor), Sin calefacción (Unheated) y Requerimientos de aclimatación para invierno (Winterization) o trópico (Tropicalization).

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A su vez, en esta sección aparece la Clasificación eléctrica (Electrical Area Classification); sin embargo, este dato es suministrado por la Disciplina de Ingeniería Eléctrica. Alti tud ( Al ti tu de ) Altura del suelo, donde está ubicada la bomba, por encima del nivel del mar. Referencia: Bases y Criterios de Diseño del Proyecto. Presión Barométrica ( Barometric Pressure ) Presión del aire a la altura donde está ubicada la bomba. Referencia: Bases y Criterios de Diseño del Proyecto. Rango de Temperatur a Ambiental ( Range of Ambient Temperatures ) Valor máximo y mínimo. Referencia: Bases y Criterios de Diseño, equivale a los valores de temperatura suministrados por el Cliente si no se indica que son de bulbo húmedo. Humedad Rela tiva ( Relative Humidi ty ) El formato solicita la humedad relativa mínima y máxima donde se ubica la bomba. Referencia: Bases y Criterios de Diseño del Proyecto. Condiciones Inusuales ( Unusual Conditions ) Se especifica cualquier otra condición del sitio que pueda afectar la bomba, como presencia de polvo (dust), humo (fumes) u otro. Referencia: Bases y Criterios de Diseño del Proyecto. 13.7.7. Servicios Industriales Disponibles (Available Utilities) La sección incluye los valores mínimo, normal, máximo y de diseño para la presión y la temperatura de los servicios disponibles en la planta, tales como vapor de agua, agua de enfriamiento, aire de instrumentos, aire de planta, aceite lubricante, agua de enfriamiento, este último incluye las temperaturas de suministro y de retorno. El flujo requerido para el servicio industrial es informado por el fabricante; el valor es verificado por la Disciplina de Procesos en función de la disponibilidad. 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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13.7.8. Esquema de Procesos (Process Scheme) Un esquema obtenido del DFP debe ser incorporado en la HdD. El esquema es relevante para sistemas de varias etapas o equipos tipo paquete. El formato de la referencia 0 no incluye una hoja para el dibujo del esquema de procesos, excepto en el caso de bombas de fosa, para las cuales ya existe un esquema estandarizado que se explica en la Sección 13.7.10; sin embargo, en el formato de la Disciplina de Procesos se incluye una hoja adicional para suministrarlo, debido a la importancia que presenta a la hora de revisar los cálculos. 13.7.9. Observaciones (Remarks) Las secciones de notas son usadas para complementar información relevante para el Cliente, el fabricante, las otras Disciplinas o incluso la Disciplina de Procesos. 13.7.10.Arreglo de la Fosa ( Sump Arrangement) Esta sección aplica para el caso de bombas de fosa. La referencia [1] incluye un diagrama estandarizado que se puede observar en la Figura 40; en él se deben suministrar las alturas que caracterizan al sistema y el diámetro de la boquilla de succión (véase la Sección 13.6).

Figura 40. Esquema de arreglo de fosa [1]. 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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14.


CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA La curva característica de una bomba define el comportamiento de la misma, ya que representa la relación entre los caudales producidos por la bomba, con otros parámetros como la altura, el rendimiento hidráulico, la potencia absorbida y el NPSHR.

14.1.

Curva de una Bomba Singular Estas curvas son suministradas por el fabricante a una velocidad de rotación determinada. Las mismas son extraídas a partir de series estadísticas y, por lo tanto, están sujetas a unas determinadas tolerancias. Las condiciones de diseño de una bomba se determinan considerando aquel punto donde el rendimiento es el máximo. Al seleccionar una bomba se busca aquella cuyo punto de diseño está próximo al punto de operación. Un punto de operación que se encuentra alejado del punto de diseño, no realiza una transformación eficiente de la energía mecánica en energía hidráulica, lo cual implica un coste excesivo de la energía de explotación, además de estar sujeto a un mayor número de averías. A continuación, se puede apreciar un ejemplo de una curva característica de una bomba centrífuga (Figura 41).

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67

500 20 in

75 78 80

82 83

] t f [

eob 400 obm350 18 in de ar 300 17 in u tl A

84

67

75 78

o m i ín m oj lu F

250

] t f [

84

40

R H 20 S P N 0 500

1000

83

82

250 hp 80 200 hp

80

150 hp 80 125 hp 100 hp

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Flujo volumétrico actual [USgpm]

Figura 41. Ejemplo de curva característica de una bomba centrífuga. Como se puede ver en la curva de la bomba, mientras mayor es el flujo requerido, menor es la altura de bombeo y la presión de descarga es menor. En la curva del NPSH requerido, éste aumenta su altura en función del aumento del flujo. Al contrario de lo que sucede con elNPSH disponible, que disminuye, según aumenta el flujo y por lo tanto hay una mayor caída de presión en la succión (Figura 42). 40

] t f [

] t f [

A H S P N

R 20 H S P 0 N 500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Flujo volumétrico actual [USgpm]

Figura 42. Ejemplo de curva del NPSHA y NPSHR para una bomba. 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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Al comparar la curva que representa el NPSHA con la curva del NPSHR, ambas deben tener un margen de por lo menos 0,6 m (2 ft). Para presiones de succión negativas el margen debe ser mayor, del orden de 1,8 m (6 ft). En caso de requerirse un aumento en la altura en la bomba, si ésta lo permite, se puede cambiar su impulsor, sin necesidad de cambiar la bomba, pero esto también trae como consecuencia un aumento en la máxima presión de descarga (presión de cierre). Al efectuar un cambio sobre un sistema de bombeo existente, se debe verificar si la nueva presión de cierre sobrepasa la presión máxima de operación permisible del sistema aguas abajo de la(s) bomba(s); si éste es el caso, se debe considerar el impacto de una salida bloqueada sobre la integridad del sistema. Consulte el INEDON “Guía de Diseño para los Sistemas de Alivio de Presión”, N°903-HM120-P09-GUD-041. Cuando se selecciona una bomba (responsabilidad de la Disciplina de Ing. Mecánica) se busca siempre que el punto de mejor eficiencia de la bomba esté lo más cercanamente posible al punto de operación deseado. Como se puede apreciar en la Figura 41, la eficiencia de la bomba aumenta con el flujo hasta llegar a un punto máximo, definido como el punto de mejor eficiencia best ( efficiency point, o bep), luego del cual tenderá a disminuir con el flujo. La operación en el punto de mejor eficiencia significa menor consumo de potencia y por ende menores costos de operación. Según el tipo de bomba, hay distintos comportamientos en las curvas características (Figura 43). 14.2.

Curvas de Bombas en Paralelo o en Serie Cuando las bombas se encuentran trabajando en paralelo o en serie, los comportamientos de las curvas características son distintos en cada caso (Figura 44 y Figura 45).

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Centrífuga

Regenerativa

Axial ebo obm de ar u tl A

Centrífuga Mixta Centrífuga Radial

Flujo volumétrico actual

Figura 43. Ejemplo de curvas para distintos tipos de bombas.

eob obm de ar u lt Sistema A

3 bombas 2 bombas 1 bomba


Figura 44. Ejemplo de curvas para bombas trabajando en paralelo.

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3 bombas beo m bo ed ar u lt A Sistema

2 bombas 1 bomba


Figura 45. Ejemplo de curvas para bombas trabajando en serie. 14.3.

Leyes de Afinidad El comportamiento de las bombas de tipo dinámico se ajusta a unas leyes de afinidad. Estas leyes indican la forma en que varían la capacidad, carga y potencia de bombas geométricamente similares al modificar el fluido, la velocidad y el diámetro del impulsor. Las leyes de afinidad se muestran en el Cuadro 15. Cuadro 15. Leyes de afinidad de bombas (traducido de [23]). Diámetro de impulso r Velocid ad de impuls or Variable constante constante Capacidad Altura Potencia al freno

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Q1 Q2

=

n1 n2

⎛n =⎜ 1 H 2 ⎜⎝ n 2 H1

W freno1 W freno 2

Q1 Q2

⎞ ⎟⎟ ⎠

2

⎛n ⎞ = ⎜⎜ 1 ⎟⎟ ⎝ n2 ⎠

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=

D1 D2

⎛D =⎜ 1 H 2 ⎜⎝ D 2 H1

3

W freno1 W freno 2

⎞ ⎟⎟ ⎠

2

⎛ ΔP ⎞ = ⎜⎜ 1 ⎟⎟ ⎝ ΔP2 ⎠

3

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Si se posee la curva característica del fabricante para un fluido, una velocidad y un diámetro de impulsor dados, se puede construir la curva para la misma bomba con un fluido, una velocidad y/o diámetro de impulsor diferentes usando las leyes de afinidad descritas anteriormente. 15.

SISTEMAS DE CONTROL TÍPICOS A continuación se describen unos arreglos típicos de control para sistemas de bombas. La instrumentación típica (medidores de presión a la succión y descarga), así como las válvulas (bloqueo, check) y accesorios (filtros a la succión) no se muestran en esta sección. Para más referencia sobre el arreglo típico asociado a las bombas, consulte el INEDON “Guía para la Elaboración de los Diagramas de Tuberías e Instrumentación”, N° 903-HM120-P09-GUD-025, y para más referencia sobre las válvulas y accesorios, consulte el INEDON “Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión”, N° 903-P3100-P09-GUD-069.

15.1.

Control Mediante Válvula de Control a la Descarga Este tipo de control se usa para bombas del tipo dinámico. Consiste en la manipulación de la curva característica del sistema mediante la operación de una válvula de control a la descarga de la bomba. La nueva caída de presión del sistema interceptará a la curva de la bomba en un punto diferente (Figura 46).

Bomba ebo m ob ed ar u lt A

Sistema (válvula de control 50 % abierta)

Sistema (válvula de control 75 % abierta)

Sistema (sin válvula de control) Flujo volumétrico actual

Figura 46. Efecto de válvula de control sobre el sistema. 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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La válvula de control a la descarga de la bomba abre de acuerdo a la variable controlada, que puede ser el flujo de la bomba, o el nivel del recipiente de succión, por mencionar algunas (Figura 47 y Figura 48).

LT 001

LIC 001 LCV 001

Figura 47. Esquema de control de nivel con válvula a la descarga de la bomba.

FIC 001 FE 001

FT 001

FCV 001

Figura 48. Esquema de control de flujo con válvula a la descarga de la bomba.

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15.2.


Control mediante Válvula de Control en la Recirculación Este método consiste en recircular parte del flujo descargado por la bomba de regreso a la succión. Se usa en bombas de desplazamiento positivo (que trabajan a caudal constante). No es recomendable para bombas dinámicas, ya que una recirculación 100% abierta puede resultar en una altura de descarga tan baja, que ocasiona que el fluido bombeado sea recirculado a la descarga a un flujo extremadamente alto, causando un alto consumo de potencia, incremento en la temperatura de fluido con posible cavitación y una posible sobrecarga del motor. Algunos esquemas de control de este tipo se presentan en la Figura 49 y la Figura 50.

LT 001

LIC 001

LCV 001

Figura 49. Esquema de control de nivel con válvula en línea de recirculación.

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FIC 001

FCV 001 FE 001

FT 001

Figura 50. Esquema de control de flujo con válvula en línea de recirculación. Cuando se recircula fluido de la descarga de la bomba a la succión, se considera el calentamiento del mismo por la ineficiencia de la bomba. El incremento en temperatura del fluido por este motivo se estima mediante la siguiente expresión [16]: Ec.21

⎛1 ⎞ g ⋅ H ⎜ − 1⎟ ⎝e ⎠ ΔT = factor4 ⋅ C p

Donde factor4 es un factor de conversión que depende de las unidades empleadas, que se tabula en el Cuadro 16. Cuadro 16. Factores de conversión para la Ec.21. Cp g

T

H

factor

K, °C

J/(kg·K)

m/s

m

K, °C °R, °F

kJ/(kg·K) BTU/(lb·°F)

m/s ft/s

m ft

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4

1,00 2,78·10 2,51·10

−

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15.3.


Control mediante Variación de Velocidad Otra forma de regular el flujo que envía una bomba consiste en variar la velocidad del motor. Este esquema de control tiene la desventaja de que la mayoría de las bombas son impulsadas por motores de velocidad fija, y para hacer efectivo este esquema se debe instalar un variador de velocidad en el Centro de Control de Motores ( Motor Control Center, o MCC) que puede ser más costoso que la bomba. Por otro lado, este esquema de control tiene la ventaja de que aquellas bombas que lo utilizan consumen menos potencia eléctrica que otras que son controladas con otro esquema. El consumo de potencia resultante de un cambio de flujo usando un variador de velocidad se puede calcular por medio de la siguiente expresión, que supone que las pérdidas friccionales son proporcionales al cuadrado del flujo [16]: 3 ⎛ e1 ⎞ ⎡ hs (Q2 / )Q1 (+ h f 1) Q2 / Q1 ⎤ ⎟⎟ ⎢ ⎥ h2 + h f 1 ⎥⎦ ⎝ e2 ⎠ ⎣⎢

W freno 2 = W freno1 ⎜⎜

Ec.22

Donde (1) es el estado inicial, y (2) es la nueva condición de operación. En la Figura 51 y la Figura 52 se muestran ejemplos de esquemas con variación de velocidad.

LT 001

LIC 001 M

Figura 51. Esquema de control de nivel con variación de velocidad. 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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FIC 001 M

FT 001

FE 001

Figura 52. Esquema de control de flujo con variación de velocidad. 15.4.

Control Arranque y Parada En algunas aplicaciones se opta por un esquema de encendido-apagado que funciona con interruptores. La aplicación más frecuente es control del nivel de algunos recipientes (por ejemplo: sumideros, drenajes cerrados, K.O. Drums, etc.), en los que un interruptor de alto nivel enciende la bomba, y uno de bajo nivel la apaga.

LT 001

I H 01 L

MCC

M

Figura 53. Esquema de control de encendido y apagado automáticos.

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15.5.


Protección por Flujo Mínimo Las bombas dinámicas requieren de una recirculación por flujo mínimo para evitar el excesivo recalentamiento de la bomba. El flujo mínimo de recirculación puede ser estimado con los valores mostrados en el INEDON “Bases y Criterios de Diseño”, N° 903-HM120-P09-GUD-013 ), y reproducidos en el siguiente cuadro. Cuadro 17. Dimensionamiento de líneas de flujo mínimo. Requerimiento de Flujo Flujo de Diseño de la Bomba Mínim o de la Bomb a 3 [m /h] [USgpm] [BPD] [% del flujo de diseño] 30 (x 0,3)

< 45

< 200

< 6860

35 (x 0,35)

45 a 115

200 a 500

6860 a 17140

40 (x 0,4)

115 a 455

500 a 2000

17140 a 68570

50 (x 0,5)

> 455

> 2000

> 68570

65 (x 0,65)

> 2270

> 10000

> 342860

El flujo extraído del cuadro es usado para dimensionar la línea de protección por flujo mínimo y su correspondiente válvula de control o válvula ARC. El flujo mínimo que realmente requiere la bomba es suministrado por el fabricante o la Disciplina de Ingeniería Mecánica. Los esquemas más comunes para protección por flujo mínimo son descritos a continuación. A)

Uso de una válvula de control: •

Es el esquema más usado dentro de las instalaciones de procesos para bombas de cualquier capacidad.

•

La medición de flujo es total (Figura 54), es decir, el medidor es ubicado aguas que arriba la línea recirculación mínimo. Esto garantiza se de siempre se de mida el flujo que por pasaflujo a través de la bomba.

•

La línea de flujo mínimo es conectada al equipo, preferiblemente, con una boquilla independiente.

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FIC 001 FCV 001 FE 001

FT 001

Figura 54. Esquemático de una recirculación por flujo mínimo con válvula de control. B)

Uso de una válvula recirculación automática, ARC: •

Esquema usado bombas de pequeña a mediana capacidad, y principalmente en áreas de servicios o remotas.

•

La válvula ARC es una válvula de tres vías con válvula de retención integrada (aunque esto depende del fabricante). Una vía permite la descarga normal de la bomba, si la presión aguas abajo de la válvula ARC aumenta por encima de la presión de ajuste, se desvía flujo por otra vía hacia el recipiente (Figura 55).

•

La principal ventaja es que no se requieren la válvula de control, el medidor de flujo, transmisor y el cableado hacia/desde sala de control. Aun conelestás ventajas, el uso de la válvulalaARC es limitado.

•

En los cálculos de pérdida de presión, se considera que la válvula ARC tiene un diferencial de presión 0,69 bar (10 psi) en el flujo

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903-HM120-P09-GUD-030 0 Rev. GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS principal. El fabricante de la válvula ARC puede ser consultado para obtener el valor real. •

Uno de los fabricantes más conocidos de válvulas de ARC es Yarway de Tyco en la Figura 56. Flow Control. Un modelo de válvula es mostrada

ARV 001

Figura 55. Esquemático de una recirculación por flujo mínimo con válvula automática de recirculación. Recirculación por flu o mínimo Válvula piloto

Válvula de desvío

Desde la bomba

Salida

Válvula de retención

Figura 56. Válvula ARC de Yarway (Tyco Flow Control). 903-HM120-P09-GUD-030.docx/12/08/2008/sg/pa

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C)

903-HM120-P09-GUD-030 0 Rev. GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LAS BOMBAS Uso de orificio de restricción, RO: •

El RO es usado para controlar el flujo mínimo de una bomba cuyo 3

flujo7,5 dekW diseño es menor de 23demflujo /h (100 unamayor, potencia de (10 hp). Si el valor o deUSgpm) potenciao es se usa una válvula de control o una válvula de recirculación automática (ARC). El RO no es recomendado para bombas de mayor capacidad porque la recirculación es continua y esto srcina un consumo de potencia que incluye el flujo normal de operación más el flujo mínimo. •

El flujo de diseño de una bomba con recirculación continua es el fluj o nor mal / 0,7.

RO 001

Figura 57. Esquemático de una recirculación por flujo mínimo y continuo con un orificio de restricción. 16.

REFERENCIAS Leyenda de la ubicación de las referencias:  



Biblioteca de inelectra . Directorio de Instrucciones de Trabajo en el servidor de Panamá, S. A.

inelectra

Servicio de Normas Internacionales en la ineweb.

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[1]

ANSI/API STD 610. Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries. Tenth Edition, October2004. 

[2]

ANSI/API STD 682. Pumps Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps. Third Edition, September2004. 

[3]

ANSI/Hydraulic Institute Standards 9.8. Pump Intake Design Standards. 1998. 

[4]

API STD 674. Positive Displacement Pumps –Reciprocating. Second Edition, June 1995. 

[5]

API STD 675. Positive Displacement Pumps – Controlled Volume.Second Edition, October 1994. 

[6]

API STD 676. Positive Displacement Pumps – Rotary. Second Edition, December 1994 (errata, June 15, 1999). 

[7]

Branan, Carl R, Soluciones Prácticas para el Ingeniero Químico,primera edición en español, McGraw-Hill, México, 2000.

[8]

Capensa Engineering. URL: http://www.capensapumps.co.za/axial.htm

[9]

Encyclopaedia Britannica, edición digital, 1996.

[10]

Engineering Toolbox. URL: http://www.engineeringtoolbox.com/mollierdiagram-water-d_308.html

[11]

Engineers Edge. URL:

[12]

http://www.engineersedge.com/pumps/diaphram_type_pump.htm . URL: Federal Corporation. Burks Pumps. Regenerative Turbine Pumps http://www.federalcorp.com/burks/graphics/turbine.htm

[13]

FIRWIN. URL: http://www.firwin.com/pages/what/firwin_newsletter_Feb07.html

[14]

Flowchem Engineering PVT LTD. URL: http://www.flowchempumps.com/

[15]

FMC Piston Pumps. URL: http://www.crosspump.net/fmc/Piston.htm

[16]

GPSA - Engineering Data Book. Volume I. 11th edition -FPS, 1998. 

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[17]

http://www.sapiensman.com/ESDictionary/C/Technical_vocabulary_Span ish(C10).htm

[18]

inelectra , Cálculos Hidráulicos versión 2004 – Manual del Usuario.

[19]

Irrigation Craft, “Cavitation in Depth”. URL:

http://www.irrigationcraft.com/cavitation_in_depth.htm [20]

Light My Pump. URL: http://www.lightmypump.com/pump_glossary.htm

[21]

National Maritime Research Institute, “Observation of Collapsing RootCavitation Using a High-Speed Video Camera”.URL:

http://www.nmri.go.jp/fluids/topics/highspeedcamera/english/exphighspee dcamera.html [22]

Ohio University. URL: http://www.ent.ohiou.edu/~thermo/me328/quiz.info/AthensCool.html

[23]

Perry’s Chemical Engineer’s Handbook. McGraw-Hill. Eight Edition,

2007.  [24]

Pope, J. E., Soluciones Prácticas para el Ingeniero Mecánico,primera edición en español, McGraw-Hill, México, 2000.

[25]

Pusaco. URL: http://www.pusaco.com.my/products/029.htm

[26]

Walas, Stanley M, Chemical Process Equipment – Selection andDesign, Butterwoth-Heinemann, EEUU, 1990.

[27]

YWE. URL: http://www.ywe.com.my/pstnpump.htm

[28]

Zhejiang Ailipu Pump Co., Ltd. URL: http://ailipu.en.alibaba.com/product/50059312/50269039/Diaphragm_M etering_Pumps/Hydraulically_Actuated_Diaphragm_Pump.html

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A NEXO 1 – R ESUMEN UNA M EMORIA DE C Á L C U L O (903-HM120-P09-GUD-030-1.xlsx)

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A NEXO 2 – F ORMATO DE H OJA DE D A T O S D E P ROCESOS PARA B OMBAS C ENTRÍFUGAS A P I 6 1 0 1 0 ª EDICIÓN , U NIDADES S I (903-HM120-P09-GUD-030-2.xlsx)

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A NEXO 3 – F ORMATO DE H OJA DE D A T O S D E P ROCESOS PARA B OMBAS C ENTRÍFUGAS A P I 6 1 0 1 0 ª EDICIÓN , U NIDADES I NGLESAS (903-HM120-P09-GUD-030-3.xlsx)

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A NEXO 4 – F ORMATO DE H OJA DE D A T O S D E P ROCESOS PARA C ENTRÍFUGAS A N S I , U NIDADES S I (903-HM120-P09-GUD-030-4.xlsx)

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B OMBAS

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A NEXO 5 – F ORMATO DE H OJA DE D A T O S D E P ROCESOS PARA C ENTRÍFUGAS A N S I , U NIDADES I NGLESAS (903-HM120-P09-GUD-030-5.xlsx)

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B OMBAS

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A NEXO 6 – F ORMATO DE H OJA DE D A T O S D E P ROCESOS PARA B OMBAS R ECIPROCANTES A P I 6 7 4 2 ª EDICIÓN , U NIDADES S I (903-HM120-P09-GUD-030-6.xlsx)

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A NEXO 7 – F ORMATO DE H OJA DE D A T O S D E P ROCESOS PARA B OMBAS R ECIPROCANTES A P I 6 7 4 2 ª EDICIÓN , U NIDADES I NGLESAS (903-HM120-P09-GUD-030-7.xlsx)

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