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 MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO BOMBAS

PDVSA N°

MDP–02–P–05

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NOV.97

REV.

FECHA

APROB.

1994

TITULO

TIPOS DE BOMBAS

APROBADA DESCRIPCION FECHA NOV.97

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28

L.R.

L.R.

PAG.

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ESPECIALISTAS

MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO

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TIPOS DE BOMBAS

PDVSA MDP –02 –02 –P –P –05 –05

REVI REVISI SION ON

FECH FECHA A

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Indice 1 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

2 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

3 ANTECEDENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

4 ILUSTRACIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

5 INFL INFLU UEN ENCI CIA A DE DEL L DIS DISE EÑO DE SERVICIO SOBRE LA SELECCIÓ SELECCIÓN DEL TIPO DE BOMBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

6 COMPARACIÓN DE TIPOS DE BOMBAS Y ESTILOS DE CONSTRUCCIÓ CONSTRUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

7 BOMBAS CENTRIFUGAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

8 BOMBAS DE FLUJO AXIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

9 BOMBAS RECIPROCANTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

10 BOMBAS ROTATIVAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

11 NOMENCLATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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ALCANCE Este Documento presenta informaci ón acerca de los tipos de bombas disponibles comercialmente para cumplir diversos requerimientos de servicio en las áreas de aplicaci ón de: procesos, qu ímicos y servicios. Se desea ayudar al dise ñador del servicio a especificar el mejor tipo general de bomba para un determinado servicio, y familiarizarlo con los factores que afectan la selecci ón de los estilos de construcci ón y las caracter ísticas del dise ño específico.

2

REFERENCIAS American Voluntary Standard for Centrifugal Pumps for Chemical Industry Use. Proposed Voluntary Standard for Vertical in – line Centrifugal Pumps for Process Use, by Manufacturing Chemists Association. API, Standard 610, Centrifugal Pumps for Petroleum, Heavy Duty Chemical, and Gas Industy Service. Perry’s Chemical Engineer ’s Handbook – Section on Pumping Liquids and Gases.

3

ANTECEDENTES La gran mayoría de las bombas que se usan actualmente en las refiner ías, plantas químicas y de servicios son centr ífugas. El cambio de las bombas de desplazamiento positivo principalmente reciprocantes comenz ó en la d écada de los 30 y se complet ó a mediados de los 50. El diseñador del servicio de bombeo usualmente indica, en la Especificaci ón de Diseño, el tipo general de bomba, tal como se explica en este Documento. La selecci ón del estilo de construcci ón y las caracter ísticas de dise ño usualmente se realiza en la ingenier ía de detalles. A veces, sin embargo, un estilo de construcci ón y/o característica de dise ño es tan importante para el cumplimiento exitoso de un servicio que el dise ñador del mismo especificar á también este detalle. El tipo de bomba com únmente usado en las aplicaciones de plantas de proceso entra en las siguientes categor ías: centrífuga, axial, tipo turbina regenerativa, reciprocante, dosificadora, diafragma y rotativa.

4

ILUSTRACIONES Las ilustraciones de tipos de bombas, estilos y nomenclatura de componentes se pueden encontrar en Perry ’s Chemical Engineer ’s Handbook, Secci ón de “Pumping of Liquids and Gases ”. El apéndice de este Documento contiene ilustraciones complementarias. (Figura 1).


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INFLUENCIA DEL DISEÑO DE SERVICIO SELECCIÓN DEL TIPO DE BOMBA

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SOBRE

LA

Los siguientes aspectos del dise ño de servicio de bombeo tienen la mayor influencia en la selecci ón del tipo de bomba m ás económica, usualmente en este orden: 1.

Caudal de flujo

2.

Requerimientos de cabezal

3.

Requerimientos de mantenimiento, confiabilidad

4.

Viscosidad a temperatura de bombeo y ambiente

5.

Requerimientos de control de flujo.

La selección del estilo particular de construcci ón, dentro de un tipo general, est á influenciada principalmente por:

6

1.

Presión de descarga

2.

NPSH disponible

3.

Temperatura del fluido

4.

Restricciones de instalaci ón y oportunidades, tales como limitaciones de espacio, montaje en l ínea, montaje directo de la bomba en un recipiente de proceso, etc.

COMPARACIÓN DE TIPOS DE BOMBAS Y ESTILOS DE CONSTRUCCIÓN Generalidades Los tipos y estilos de construcci ón de bombas usadas en servicios de bombeo en refiner ías, plantas químicas y de servicios se resumen y describen en las Tablas 1 y 2. Los valores reportados para los distintos par ámetros de funcionamiento son de naturaleza t ípica y descriptiva y no son suficientemente precisos para propósitos de tomas de decisi ón. Las bombas dinámicas –– centrífugas y axiales –– operan desarrollando una velocidad de l íquido alta y convirtiendo la velocidad en presi ón en un pasaje de difusión de flujo. Tienden a tener una eficiencia menor que las bombas de desplazamiento positivo, pero operan a una velocidad relativamente alta para permitir un caudal de flujo alto en relaci ón con el tamaño físico de la bomba. Las bombas dinámicas tienden a tener requerimientos mucho menores de mantenimiento que las bombas de desplazamiento positivo.


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Las bombas de desplazamiento positivo operan forzando a un volumen fijo de líquido a ir desde la zona de presi ón de entrada de la bomba hacia la zona de descarga. Esto se lleva a cabo intermitentemente en el caso de las bombas reciprocantes y continuamente, en el caso de las bombas rotativas de tornillo y engranaje. Las bombas de desplazamiento positivo operan a una velocidad rotativa menor que las bombas din ámicas y tienden a ser f ísicamente más grandes que las bombas din ámicas de igual capacidad. Tipos de Bombas de Alto Cabezal Los siguientes estilos de construcci ón de bombas est án disponibles para cabezales mayores que los de una centr ífuga de una sola etapa (300 m), ordenados en orden descendiente de conveniencia seg ún sus requerimientos de servicio y mantenimiento. Estilo

Comentarios

Dos etapas de suspensión superior

Si se requiere lavado externo, asegúrese que la presión sea suficiente para oponerse a la presión que existe en la caja de estoperas. Adecuada para temperaturas y presiones mayores que las bombas de alta velocidad. Con frecuencia son significativamente más baratas que las bombas multietapa para servicios dentro de sus rangos de presión – temperatura, pero tienden a tener un requerimiento de NPSH alto y están limitadas a 230/260 C (450/500 F). Bajo requerimiento de NPSH. Alto requerimiento de mantenimiento. Caudales de flujo bajos, capacidad de cabezal muy alta.

Multietapa horizontal

Alta velocidad

°

Multietapa vertical Bombas reciprocantes

7

°

BOMBAS CENTRIFUGAS Generaci ón de Presi ón Las bombas centrífugas comprenden una clase muy amplia de bombas en las que la generaci ón de presión se logra con la conversi ón del cabezal de velocidad en cabezal est ático. El movimiento rotativo de uno o m ás impulsores comunica energía al fluido en la forma de un incremento de velocidad que se convierte en cabezal est ático útil en la secci ón de difusión del cuerpo. No hay v álvulas en las bombas de tipo centr ífugo; el flujo es uniforme y libre de pulsaciones de baja frecuencia. Como este tipo de bomba opera convirtiendo el cabezal de velocidad en cabezal est ático, una bomba que opera a velocidad fija desarrollar á el mismo


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cabezal teórico en metros (pies) de fluido bombeado, independientemente de su densidad. Sin embargo, la presi ón en kPa (psi) (correspondiente al cabezal desarrollado) depende de la densidad del fluido. El cabezal máximo (en m (pie) de fluido) que una bomba centr ífuga puede desarrollar se determina principalmente por la velocidad de la bomba (rps (rpm)), el diámetro del impulsor, y el n úmero de impulsores en serie. Refinaciones en el diseño del impulsor y el ángulo de hoja principalmente afectan la pendiente y la forma de la curva cabezal – capacidad y tiene un efecto menor sobre el cabezal desarrollado. Existen bombas de m últiples etapas que desarrollar án cabezales muy altos; de hasta 1500 m (5000 pie) y flujos de hasta 75 dm 3 /s (1200 gpm). Ya que 1500 m (5000 pie) es equivalente a 6900 a 13800 kPa (1000 a 2000 psi) para el rango de l íquidos normalmente encontrados en los servicios de refiner ía, las bombas centrífugas pueden cumplir con casi todos los requerimientos de refiner ía y son por lo tanto ampliamente aplicados. Los impulsores convencionales de bombas centr ífugas se limitan a velocidades de boca en el orden de 60 m/s (200 pie/s). Para limitar la erosi ón, las velocidades de boca de impulsores de bomba para suspensiones de s ólidos se limitan normalmente a 30 m/s (100 pie/s). Capacidad Normal Las Figuras 1 y 2 en MDP – 02 – P – 02 muestran el rango de capacidad normal para varios tipos de bombas centr ífugas a dos rangos de velocidades diferentes: 60 rps y 50 rps (3550 rpm y 2950 rpm). Estos valores corresponden a las m áximas velocidades disponibles con corriente de 60 y 50 Hz, respectivamente. La mayor ía de las aplicaciones de refiner ía usan estos rangos de velocidad. Velocidades menores se usan cuando hay requerimientos bajos o medianos de cabezal y altos de flujo, y para suspensiones especiales abrasivas o l íquidos corrosivos. Las aplicaciones de bombas centr ífugas de baja capacidad pueden requerir circuitos de recirculaci ón especiales en el sistema de proceso para mantener un flujo mínimo a trav és de la bomba. Por consideraciones pr ácticas en la construcci ón de impulsores, el tipo de bomba centr ífuga más pequeña disponible tiene su punto de mayor eficiencia (PME) en alrededor de 3 dm 3 /s (50 gpm). Capacidad Alta y Baja Las bombas con capacidades que exceden los l ímites mostrados en las Figuras 1 y 2 de MDP – 02 – P – 02 tendrán normalmente altos requerimientos de potencia. Normalmente se justificar án investigaciones especiales sobre eficiencia, velocidad, requerimientos de NPSH, etc., para servicios por encima de la l ínea mostrada en la Figura 5 de MDP – 02 – P – 02. Cabezales en o por encima de los límites mostrados para bombas de multietapa a velocidades de motor t ípicas se pueden obtener con un aumento de velocidad de los engranajes (accionador de motor), o de las turbinas para suministrar a la bomba velocidades de operaci ón por


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encima de las velocidades m áximas del motor. Los requerimientos de NPSH también se incrementan con la velocidad. En general, las bombas centr ífugas no se deber ían operar continuamente a caudales de flujo menores que 10 a 25% de su punto de mayor eficiencia. El Documento MDP – 02 – P – 10 presenta informaci ón para el dise ño de sistemas de recirculaci ón de bajo flujo para protecci ón contra flujo insuficiente. La relaci ón de flujo nominal a PME y la necesidad de sistemas de recirculaci ón para flujo bajo se puede estimar s ólo durante la etapa de dise ño de la planta. Despu és que se seleccionan los modelos espec íficos de bombas, las necesidades pueden ser reevaluadas y el dise ño del sistema finalizado. Caracter í sticas de Funcionamiento Las características de funcionamiento de las bombas centrífugas se presentan en los Documentos MDP – 02 – P – 02 y MDP – 02 – P – 07. Sensibilidad a la Viscosidad Los niveles normal y m áximo de viscosidad tienen un impacto significativo en la selecci ón del tipo de bomba debido al deterioro del funcionamiento de las bombas centrífugas con el incremento de la viscosidad. El deterioro es continuo y gradual y por lo tanto cualquier regla que aplique a niveles espec íficos de viscosidad es necesariamente arbitraria. Las siguientes gu ías indican la pr áctica típica. Viscosidad, mm2/s SSU 7

50

< 30

< 150

30

50

30 – 110

150 – 500

110 – 220

500 – 1000

Gu í as Viscosidad nominal mínima para bombas rotativas. La eficiencia de las bombas centrífugas comienza a disminuir a medida que la viscosidad aumenta a este nivel. La viscosidad debería ser especificada para servicios de bombas centrífugas cuando excede este nivel. Siempre se prefieren las centrífugas frente a las rotativas donde las condiciones permiten la aplicación de los dos tipos. Las condiciones de cabezal – capacidad de la centrífuga comienzan a deteriorarse. Normalmente se prefieren las bombas centrífugas frente a las rotativas a pesar de alguna caída de eficiencia. Las bombas de desplazamiento positivo son casi siempre usadas si la viscosidad esperada excede este nivel.


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220 – 650

1000 – 3 000

Se prefiere la rotativa si la viscosidad está usualmente en este rango; si la viscosidad rara vez es tan alta como esta se prefiere la centrífuga.

650

3000

No se deben especificar bombas centrífugas cuando se espera que la viscosidad llegue a este nivel.

El efecto de la viscosidad en el funcionamiento de las bombas centr ífugas se presenta en MDP – 02 – P – 07. Lí neas de Succi ón Para Cebado de la Bomba Las bombas centr ífugas convencionales no son autocebantes. O sea, no se puede evacuar vapor de la l ínea de succi ón para que el l íquido fluya en la l ínea y en el cuerpo de la bomba, sin ayuda externa. La razón por la cual las bombas centr ífugas no son auto – cebantes es por que sus impulsores están diseñados para bombeo eficiente de l íquido, y no son operadas a velocidades de boca lo suficientemente altas para hacerlas efectivas como compresores de vapor. La diferencia de cabezal que es capaz de desarrollar el impulsor de la bomba es la misma para vapor y para l íquido, pero, la capacidad de elevación de presión diferencial equivalente es ampliamente menor. Por lo tanto, los impulsores de las bombas centr ífugas no pueden producir una reducci ón significativa de la presi ón del vapor en la l ínea de succi ón para permitir el flujo de líquido. Las bombas de desplazamiento positivo, por otro lado, pueden autocebarse, se dispone de tiempo suficiente, sacando el vapor desde la l ínea de succión hacia el sistema de descarga (o a la atm ósfera). El hecho de que las bombas de desplazamiento positivo pueden autocebarse, no implica, sin embargo, que tengan requerimientos despreciables de NPSH. Sus requerimientos de NPSH son frecuentemente tan críticos como los de las bombas centr ífugas. Algunos modelos de bombas centr ífugas son dise ñadas especialmente para ser “auto – cebantes ”, pero estos tipos rara vez se aplican en servicios continuos de proceso. Un tipo de bomba auto – cebante logra la evacuaci ón del vapor de la l ínea de succión por arrastre de burbujas de vapor desde el lado de succi ón del impulsor en una carga de l íquido mantenida en el cuerpo de la bomba, o en una botella de retenci ón/separaci ón unida a él. La carga de líquido es recirculada hacia el lado de succión después de separar el vapor arrastrado. Otro tipo de bomba auto – cebante es el “Roto – prime” de Gilbarco que tiene una pequeña bomba de álabe deslizante (del tipo usado en las bombas dispensadora de las estaciones de servicio de gasolina), dentro del cuerpo de la bomba principal, del lado de la caja de estoperas del impulsor de la centr ífuga. Cuando existe vapor en la línea de succi ón, la bomba de álabes deslizantes lo evac úa a trav és de los orificios y aberturas especiales de balance del impulsor. Cuando el cebado se ha


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completado, el estator de la bomba cebante se reposiciona autom áticamente para parar la operaci ón de cebado. Como las bombas centr ífugas convencionales no son auto – cebantes, se deben cebar antes de arrancar, o sea, la l ínea de succi ón y el cuerpo de la bomba se deben llenar con l íquido antes de arrancar la bomba. Cuando la fuente de succi ón está a presión positiva, o se coloca encima de la bomba, el cebado se lleva a cabo simplemente abriendo la v álvula de succi ón y descargando o “ventilando ” el vapor atrapado desde una conexi ón con válvula en el cuerpo de la bomba o en la l ínea de descarga (antes de la v álvula de bloqueo de descarga). El l íquido fluye en la línea de succión y el cuerpo de la bomba para desplazar el vapor a ventilar. Ventilación del Cuerpo de la Bomba La mayoría de los tipos de construcci ón aplicados a los servicios de proceso son “auto – ventilantes ”. Es decir, que una cantidad m ínima de vapor atrapado en el cuerpo al arranque, despu és que el cebado de succi ón es completado, es rápidamente sacado, hacia la l ínea de descarga, cuando la bomba se arranca. Algunos tipos de bombas centr ífugas como las horizontales con cuerpos divididos, sin embargo, no están concebidas para ser auto – ventilantes y est án provistas con conexiones especiales con v álvula de venteo las cuales requieren operaci ón manual. Las bombas centr ífugas de una sola etapa con conexiones de descarga en el tope tienen un buen funcionamiento de auto – venteo a pesar de que la forma del cuerpo coloca una pequeña bolsa de vapor de punto alto en el tope de la espiral de descarga. La decisi ón de que un tipo de construcci ón sea auto – ventilada o no se basa en si es necesario sacar las bolsas de vapor atrapadas en los puntos altos para lograr el funcionamiento especificado. Mientras que las predicciones de las caracter ísticas auto – ventilante se puede hacer por inspecci ón de geometría, la determinaci ón es hecha en base a demostraci ón de funcionamiento. Los requerimientos de ventilaci ón del cuerpo de la bomba rara vez es preocupaci ón del dise ñador del servicio, pero ocasionalmente, los venteos deben ser llevados hasta los recipientes de succi ón, por seguridad, control de emisiones o buenas razones de cuidado. Las bombas criog énicas, por ejemplo, requieren líneas de venteo del cuerpo para remover continuamente el producto vaporizado durante las operaciones de arranque. Costos Los costos de las bombas centr ífugas, se pueden estimar usando los paquetes comerciales de estimaci ón de costo. Las bombas en l ínea, donde se pueden aplicar, son con frecuencia las m ás económicas. Con ellas se ahorra en disposici ón, fundaciones, tuber ía y válvulas, mantenimiento, y pueden reducir la necesidad de repuestos.


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Caracter í sticas de los Tipos de Construcci ón más Comunes Las características generales y de funcionamiento de los tipos de construcci ón de bombas centrífugas usadas más comúnmente en los servicios de refiner ías se presentan en las Tablas 1 y 2. La siguiente informaci ón complementa las tablas. Una Sola Etapa de Suspensi ón Superior – El tipo de construcci ón usado más comúnmente en los servicios de proceso, y com únmente llamadas “bombas de proceso de refiner ía” tiene un impulsor de una sola etapa de suspensi ón superior; su cuerpo es soportado en la l ínea media. Los dos cojinetes del eje son montados juntos en la misma cartela de cojinetes, con el impulsor suspendido por encima de ellos. Este tipo por lo general tiene bridas de succi ón y descarga superiores; anillos de desgaste en el frente y detr ás del impulsor y del cuerpo; opciones de agua de enfriamiento en el pedestal, caja de estopera y cojinetes; una sola succión, impulsores cerrados, y una caja de estopera lo suficientemente profunda para 6 anillos de empaque, pero fijada con un sello mec ánico. Los aspectos m ás significativos de su dise ño son la disponibilidad para operaciones de temperatura alta, la remoci ón fácil del rotor y de los cojinetes internos del cuerpo para mantenimiento sin desensamblar las bridas de las tuber ías, y la seguridad en el manejo de fluidos inflamables. Dos Etapas de Suspensi ón Superior – Una variante menor de la bomba de proceso de una sola etapa es la versi ón de dos etapas de este mismo tipo de bomba, que simplemente tiene mayor capacidad de cabezal. Con este tipo, la presi ón de la caja de estopera normalmente es un valor intermedio entre las presiones de succión y descarga. Una Sola Etapa, Impulsor – entre – Cojinetes – Bombas con capacidades por encima del rango de las de construcci ón de suspensi ón vertical tienen el impulsor (es) montado entre los cojinetes y por lo tanto tienen dos cajas de estoperas. Las versiones de una sola etapa desarrollan cabezales hasta 330m (1100 pie). Los cuerpos pueden ser divididos axialmente para temperaturas de 200 a 260 C (400 a 500 F), y son divididos radialmente para temperaturas hasta 455 C (850 F). En Línea – Las bombas en l ínea son verticales con el cuerpo dise ñado para ser atornillado directamente en la tuber ía, como una válvula. Existen modelos para servicio de procesos de alrededor 65 dm 3 /s (1000 gpm), y para servicios de transporte a caudales de flujo mayores. El campo de funcionamiento de los modelos en línea disponibles se incluyen en las Figuras 1 y 2 de MDP – 02 – P – 02. Las bombas en l ínea se construyen com únmente en dos tipos: acopladas y de acople cercano (el impulsor sobre la extensi ón del eje del motor sin acoples intermedios). La vida de servicio y los requerimientos de mantenimiento de los dos tipos han demostrado ser pr ácticamente los mismos. El tipo acoplado se prefiere normalmente para simplificar el mantenimiento de la bomba y del motor. °

°

°

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Las refinerías que han usado un gran n úmero de bombas en l ínea han encontrado que son económicamente competitivas con las bombas horizontales


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convencionales. El servicio de mantenimiento del tipo en l ínea ha sido m ás frecuente (intervalos de 25 a 30% mas cortos entre per íodos de mantenimiento) que para bombas horizontales convencionales, pero el costo menor de cada servicio y el ahorro en el costo primario han eliminado la desventaja de la mayor frecuencia de mantenimiento, como resultado de lo anterior, la selecci ón entre los dos tipos no depende del precio y los costos potenciales de mantenimiento, sino de las situaciones espec íficas de instalaci ón. Si el costo de tuber ía asociado con la bomba se puede reducir por una instalaci ón en línea, o si el espacio es un factor dominante, entonces se prefiere el tipo en l ínea. Por otro lado, si se requiere un sello mecánico doble, o si se desea tiempo m áximo entre acondicionamiento, entonces se prefiere el tipo horizontal convencional. La experiencia de refiner ía ha indicado que las bombas en l ínea para servicios medianamente pesados no tienen requerimientos de mantenimiento mayores que los modelos para servicio pesado; por lo tanto se prefiere el m ás bajo costo de las bombas para servicios medianamente pesados cuando las condiciones del servicio lo permiten. La experiencia tambi én ha indicado que las bombas en l ínea de estructura extendida con un acople r ígido entre motor y bomba tienen unos requerimientos de mantenimiento iguales a los de estructura corta sin acople. La duración promedio de tiempo de trabajo entre per íodos de mantenimiento en dos refinerías con experiencia extensa con bombas en l ínea ha sido de 11 meses. Las normalizaciones de la industria qu ímica para bombas en l ínea se resumen en “Proposed Voluntary Standard: Vertical In line Centrifugal Pumps for Process Use ”, febrero 1971, por Manufacturing Chemists Association. Altas Velocidades – Las bombas de velocidad alta son modelos de un solo impulsor diseñado para velocidades de 170 a 280 rps (10000 a 17000rpm), y ocasionalmente tan altas como 400 rps (24000 rpm), y para cabezales de hasta 1600 m (5200 pie). Las altas velocidades de los modelos que se encuentran corrientemente en el mercado se logra con engranajes de precisi ón entre el motor eléctrico y el eje de la bomba. Las Figuras 1 y 2 en MDP – 02 – P – 02 muestran el campo de funcionamiento actualmente disponible. La temperatura de bombeo está limitada a 230/260 C (450/500 F). °

°

Un modelo de dos etapas fue introducido en 1970 con cabezales hasta 3650 m (12000 pie), presi ón hasta 31000 kPa man.(4500 psig), y rangos de flujo de 3.2 a 25 dm3 /s (50 a 400 gpm). El cabezal alto se logra en esta clase de bombas centr ífugas usando velocidades periféricas de 20 a 60% mayores que la que se emplean en las bombas convencionales. Los niveles de esfuerzos en los impulsores son mayores que en las bombas convencionales, pero son minimizados por el uso de construcci ón semiabierta y álabes simples radiales. La forma de los álabes radiales tiende a


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producir un decremento indeseable en la forma de la curva cabezal – capacidad, pero maximiza la generaci ón de cabezal. Las bombas de alta velocidad tienden a tener un requerimiento alto de NPSH por el repentino incremento de velocidad que sufren cuando el l íquido entra en el impulsor. A veces se requiere un NPSH tan alto como 30 m (100 pie). Si el NPSH D está limitado, se puede estipular un inductor helicoidal de aumento de espacio, semejante a un tornillo extendi éndose desde el ojo del impulsor hacia el pasaje de succión, el cual contribuir á a un aumento suficiente en presi ón para compensar el incremento de velocidad y producir un 50 a 75% de reducci ón en el NPSH R. Como la configuraci ón helicoidal es dif ícil de manufacturar con la mayor ía de las aleaciones, su costo es significativo. Por lo tanto, es aplicado solamente cuando se justifica por reducci ón del NPSH R. Los requerimientos de mantenimiento para bombas de alta velocidad tienden a ser mayores que para bombas de una sola etapa de velocidades t ípicas, pero aproximadamente iguales a los de modelos de m últiples etapas con los cuales ellas compiten para los servicios de cabezal alto. Químicas – La clasificaci ón de bombas qu ímicas es imprecisa, pero el t érmino generalmente describe bombas cuyo cuerpo tiene un dise ño de formas que pueden ser moldeadas en aleaciones de alto costo a precios moderados. Con frecuencia los cuerpos de estas bombas se soportan por la base o mediante cartelas de cojinetes en lugar de soportarlos por su l ínea central. Las bombas están limitadas a presiones, temperaturas y caudales de flujo relativamente bajos. Ellas son frecuentemente manufacturadas seg ún AVS, en vez de las normalizaciones API. Algunos modelos especiales de bombas qu ímicas son diseñados con recubrimiento fen ólico o de vidrio lo cual evita la exposici ón del metal al fluido bombeado. Suspensiones – Las bombas para suspensiones son modelos con caracter ísticas concebidas para combatir las condiciones severas del bombeo de suspensiones. Las caracter ísticas especiales frecuentemente utilizadas son: 1.

Pasajes de flujo anchos para evitar taponamiento.

2.

Impulsores abiertos o semiabiertos que son menos sensitivos que los impulsores cerrados al taponamiento.

3.

Impulsores de algunos tipos de bombas no – taponables, de cabezal bajo son semiabiertos y protegidos hasta el punto que la acci ón del v órtice, y no la acción directa del álabe, es la que cumple el bombeo.

4.

Arreglos que desintegran las part ículas grandes (semejante al “demoledor de coque”).

5.

Velocidades de fluido bajas generadas por el uso de velocidades rotativas y periféricas tan bajas como sea posible.


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6.

Arreglos especiales de sello de eje que minimizan los requerimientos de mantenimiento.

7.

Posici ón del rotor ajustable para restaurar el espacio axial sin desmantelar la bomba.

8.

Platos de desgaste reemplazables y álabes de bombeo detr ás del impulsor, en vez de anillos de desgaste que est án sujetos a erosi ón.

9.

Recubrimientos especiales del cuerpo, de caucho por ejemplo, algunos de los cuales son reemplazables.

10.

Selecci ón de materiales para resistencia a la erosi ón y la corrosi ón.

11.

Velocidad ajustable y variable para limitar la velocidad interna al m ínimo requerido para cumplir los requerimientos de cabezal.

Bombas encapsuladas – Las bombas encapsuladas son unidades motor – bomba con el rotor rotativo y el impulsor completamente dentro de un sistema cerrado a presión. El arreglo elimina la necesidad de una caja de estopera. Los cojinetes son lubricados por el fluido bombeado, y el rotor del motor es enfriado por él mismo. El tipo de construcci ón está limitado a servicios de presi ón, flujo y temperaturas bajas en las aplicaciones qu ímicas, pero los modelos grandes y sofisticados se aplican a sistemas de potencia con reactor nuclear y algunos servicios de proceso. Horizontales multietapa – Las bombas horizontales de m últiples etapas usualmente se limitan a aproximadamente 12 etapas debido a la dificultad en limitar la deflexi ón sobre el gran tramo entre cojinetes. Las bombas horizontales de múltiples etapas tienden a ser 10% menos eficientes que su contra parte vertical por debajo de 20 dm 3 /s (300 gpm) y 3 a 5% menos eficientes entre 20 dm3 /s y 32 dm3 /s (300 – 500 gpm). Ellas tienen aproximadamente los mismos requerimientos de NPSH que las bombas de una etapa de la misma capacidad. Verticales multietapa – Las bombas verticales m últiples etapas pueden tener hasta 24 etapas, y a veces m ás. Los modelos de alto diferencial de presi ón usan un arreglo de presi ón opuesta. Por debajo de aproximadamente 370 m de cabezal, est án fácilmente disponibles bombas verticales con construcci ón tipo plato (Bowl), para valores de NPSH R tan bajos como 0.3 m (1pie) en la brida de succión. Frecuentemente se usan impulsores de flujo “mezclado ” (o de velocidad específica alta). La primera etapa est á en el fondo del ensamblaje, de bajo del nivel. El requerimiento de NPSH en la brida de succi ón es usualmente alrededor de 1.8 m (3 pie) pero puede hacerse tan bajo como 0.3m (1 pie). Las bombas verticales de m últiples etapas emplean frecuentemente impulsores de alta velocidad espec ífica o de “flujo mezclado”, que generan un cabezal relativamente bajo por etapa. Esta es la raz ón que origina el gran n úmero de etapas encontradas frecuentemente en las bombas verticales. Las razones para


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el uso de impulsores de alta velocidad espec ífica son: la necesidad de minimizar el diámetro de los impulsores y el cuerpo de la bomba, y el deseo de mantener una eficiencia alta en una unidad de m últiples etapas y de cabezal alto. El tipo de construcción de bombas de m últiples etapas verticales requiere un gran número de espacios estrechos de movimiento. Por lo tanto la bomba es usualmente sensible al da ño por admisión de sólidos y por operaciones en seco o de dos fases. Cuando se efect úa el mantenimiento, muchas partes deben ser desarmadas, reparadas o sustituidas, y luego reensambladas. Estos factores causan que las bombas verticales de m últiples etapas requieran de mantenimiento con mayor frecuencia que las bombas horizontales, y adem ás que el costo de cada servicio sea mayor que el comparable de las bombas horizontales. Para evitar estos costos de mantenimiento m ás altos y la baja confiabilidad, los servicios de bombeo se deben dise ñar para evitar la necesidad de usar bombas verticales de m últiples etapas, siempre que sea posible. Facilidad Relativa del Mantenimiento para los Tipos de Construcci ón m ás Usuales Los distintos tipos de construcci ón de bombas centr ífugas de uso com ún difieren en su facilidad de mantenimiento, siguiendo aproximadamente este orden: (más fácil)

(más difícil)

Vertical en línea, una etapa. Horizontal de una sola etapa y de dos etapas de suspensión superior, dividida radialmente. Horizontal de una sola etapa, impulsor entre los cojinetes, dividida axialmente. Horizontal de múltiples etapas, dividida axialmente. Alta velocidad de una sola etapa. Horizontal de una sola etapa, impulsor entre los cojinetes, dividida radialmente. Horizontal de múltiples etapas, dividida radialmente. Vertical, eje largo, una etapa. Vertical, eje corto, de múltiples etapas. Vertical, eje largo, de múltiples etapas.

Caracter í sticas de Dise ño de las Bombas Centr í fugas Una amplia variedad de caracter ísticas de dise ño están disponibles y se aplican a muchos de los tipos b ásicos de construcci ón. El siguiente sumario desea familiarizar al dise ñador del servicio con la naturaleza y la terminolog ía de las caracter ísticas más significativas de dise ño mecánico disponibles. Clasificaci ón de Carga al Cuerpo – La clasificaci ón de presión – temperatura de los modelos de bomba suministra un índice para la clasificaci ón de carga del servicio. El tipo Construcci ón para servicio “liviano ” o “general ” está disponible


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comúnmente, para servicios industriales dom ésticos e intermitentes, pero sus caracter ísticas no est án bien normalizadas ni claramente definidas. El servicio “medianamente pesado ” corresponde a rangos entre – 29 y 150 C ( – 20 y 300 F), a 2100 kPa man. (300 psig), 32 dm 3 /s (500 gpm), y 60 rev/s (3600 rpm). El tipo de construcci ón para servicio “pesado”, se refiere a rangos fuera de estos l ímites. °

°

Para servicios no inflamables, no riesgosos, y por debajo de los limites de servicio “pesado” se puede considerar la compra de bombas que no cumpla API 610 en algunos renglones y con otras restricciones seg ún se define en dicha norma. La experiencia ha indicado que las bombas para servicio “medianamente pesado” trabajan tan bien como las bombas para servicio pesado que no tienen requerimientos de mantenimiento mayores. Diseño de Conversi ón de Presión: Espirales, Difusores – Muchas bombas comerciales tienen canales divergentes llamados espirales colocados en la sección de descarga del cuerpo. El flujo a trav és de la espiral causa una disminuci ón en la velocidad desde la velocidad de boca (t ípicamente 60 m/s (200 pie/s)) a la velocidad de la l ínea de descarga (t ípicamente 5 m/s (15 pie/s)), lo cual a su vez causa un incremento de la presi ón. Los pasajes de las espirales individuales se usan en la mayor ía de los dise ños de bombas ya que son simples y eficientes. Sin embargo, el dise ño delas espirales individuales impone una carga radial no balanceada en el impulsor, debido a la variaci ón en presión alrededor de la periferia. Para dise ños donde los niveles de fuerzas no balanceados puedan causar una deflexi ón significativa del eje, (típicamente por encima de 150 m/etapa (500 pie/etapa)) se usa el dise ño de espiral doble. Los canales dobles de descarga tienden a balancear las fuerzas radiales y por lo tanto a reducir el esfuerzo c íclico en el eje. Pocas bombas de proceso usan difusores con álabes para conversi ón de presión en vez de espirales. Estas incluyen algunas bombas en l ínea, algunas bombas de flujo axial, y algunas bombas dise ñadas para cabezal alto, y rango de bajo flujo. Las ventajas de los difusores con álabes son las fuerzas radiales balanceadas, el tamaño compacto, y la eficiencia pico a cabezales altos y flujos bajos. Las desventajas son que estas resultan m ás complicadas de construir y reparar que las bombas con espirales, y las curvas de funcionamiento tienden a caer, con caídas severas en las eficiencia debajo del 50% del PME. Tipos de Impulsores – La mayoría de los impulsores usados en las bombas de refiner ía están encerrados con todos los discos y las cubiertas y se denominan “cerrados ”. Los impulsores semiabiertos son usados ocasionalmente, y tienen un disco de apoyo completo, pero sin cubierta. Los impulsores completamente abiertos, que tienen álabes pero poco o ning ún material de disco, son ocasionalmente usados en cabezales bajos, en servicios de manejo de s ólidos.


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La mayoría de los impulsores usados en las bombas de refiner ía tienen arreglos para succi ón de un solo lado y se denominan dise ño de “una sola succi ón”. Los modelos de bomba de flujo alto usan impulsores que aceptan succi ón de ambos lados y se denominan de “succión doble”. La mayor ía de los impulsores usados en las bombas de refiner ía son del tipo centr ífugo puro, caracterizados por una velocidad espec ífica baja. Las bombas de flujo muy alto usan impulsores de “flujo mezclado ” que incluyen un componente axial significativo en la direcci ón del flujo de fluido. La mayoría de las bombas verticales de m últiples etapas, especialmente las bombas de pozo profundo, usan impulsores de flujo mezclado para mantener pequeño el diámetro por conveniencias de instalaci ón. El diámetro pequeño y la velocidad espec ífica se combinan para limitar el cabezal por etapa a valores bajos, típicamente de 30 m a 45 m (100 – 150 pie), y tienden a requerirse muchas etapas. Este estilo de bomba vertical es a veces llamado bomba tipo “turbina”, (por la direcci ón semi – axial del flujo) a pesar que su dise ño es totalmente diferente al de las bombas clásicas de tipo turbina regenerativa. Arreglos de anillos de desgaste – La mayoría de las bombas de refiner ía se diseñan con espacios estrechos de corrida por el lado de la succi ón para separar la zona de presi ón de descarga de la bomba, de las zonas de la presi ón de succión y minimizar el retroflujo o “deslizamiento ”. Los anillos de desgaste se acomodan en el espacio estrecho del cuerpo de la bomba y usualmente en una posici ón opuesta sobre el impulsor para permitir un recobro f ácil del espacio libre de dise ño. Estos dos anillos se denominan anillos de desgaste del “cuerpo” y del “impulsor”, respectivamente. En muchas bombas de refiner ía de alta presi ón, los anillos de desgaste tambi én se colocan en el lado trasero (disco) del impulsor para reducir la fuerza de presi ón sobre el impulsor, y para minimizar la presi ón a la que se expone la caja de estoperas. En algunos modelos, se colocan peque ños álabes de bombeo en la parte de atr ás del impulsor con el mismo prop ósito que los anillos de desgaste trasero. En algunos modelos de bombas para servicios de baja presi ón donde el potencial de presi ón de carga es insignificante, no se aplican arreglos para limitación de la contrapresi ón y la caja de estoperas opera a la presi ón de descarga. Localizaci ón y Orientaci ón de las Boquillas – La mayoría de las bombas horizontales de proceso en refiner ías están provistas de boquillas de succi ón y descarga en el tope del cuerpo. Este arreglo es conveniente para arreglos de grupos de bombas en filas y sus bancos de tuber ías y para dise ñar las tuber ías para fuerzas y momentos m ínimos contra las bridas de las bombas. Las boquillas de succi ón pueden tambi én ser ubicadas en los extremos de las bombas horizontales de proceso, coaxialmente a la l ínea central del eje. Las bombas para temperaturas moderadas y las bombas de transferencia de productos frecuentemente se seleccionan con succi ón en los extremos. Las


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bombas diseñadas para limpieza de anillos de desgaste, con frecuencia, solamente est án disponibles con arreglos de succi ón en el extremo, debido a los requerimientos de configuraci ón del cuerpo. Las conexiones de succi ón lateral usualmente se utilizan en bombas horizontales divididas horizontalmente, para permitir la colocaci ón de la boquilla en la mitad del fondo del cuerpo, a fin de que esta mitad no requiera ser removida cuando se realiza mantenimiento en los internos de la bomba. Las conexiones de descarga lateral se usan frecuentemente en bombas horizontales divididas horizontalmente, y con poca frecuencia en las bombas horizontales divididas verticalmente. En servicios como agua de alimentaci ón de calderas ocasionalmente existe la necesidad de que una parte del flujo total est á a una presión menor que la presi ón final de descarga. Las bombas se pueden dise ñar con boquillas de descarga lateral al nivel de presi ón intermedio deseado a fin de suplir esta necesidad a los costos mínimos de equipos y operaci ón. Sin embargo, la construcci ón de la bomba es no convencional, garantizando una consulta con el especialista de máquinas durante el dise ño del servicio. Construcci ón del Cuerpo: Simple, Doble – La mayoría de las bombas centr ífugas usadas en los servicios de refiner ía tienen cuerpos simples, es decir, una sola pared entre el l íquido a la presi ón de descarga y la atm ósfera. Por otro lado, los cuerpos dobles se usan en dos tipos importantes de bombas. El tipo m ás común de bombas horizontales, de m últiples etapas, y de alta presi ón usadas actualmente envuelven el grupo de diafragmas de las etapas con una pesada carcaza en forma de barril. El grupo de diafragmas es conocido como el cuerpo interno, y el barril como el cuerpo externo. Las bombas de alimentaci ón a calderas con frecuencia son de este tipo de construcci ón. Un segundo ejemplo de bombas de doble cuerpo es la bomba vertical que consiste en un cilindro vertical enterrado en el suelo en el que se inserta un elemento de bombeo. El líquido de succi ón normalmente entra en el cilindro o cuerpo externo, fluye hacia el fondo y luego hacia arriba a trav és de las etapas de la bomba. Los diafragmas de las etapas en los elementos de bombeo incluyen el cuerpo interno de la bomba. Orientaci ón de las Juntas del Cuerpo – Los cuerpos de las bombas deben tener juntas para permitir el ensamblaje y el desensamblaje. El cuerpo puede estar unido en el mismo plano del eje (dividido axialmente), o perpendicular al eje (dividido radialmente). Las bombas horizontales divididas axialmente se llaman con frecuencia “divididas horizontalmente ”. Las bombas horizontales divididas radialmente se llaman con frecuencia “divididas verticalmente ”. Las juntas axiales se usan com únmente en las bombas para agua y otros l íquidos con densidades superiores a los 700 kg/m 3 (44 lb/pie3), temperaturas bajas (por


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debajo de 200 C (400 F)) y presiones de bajas a moderadas. Las juntas radiales se usan en bombas horizontales de proceso suspendidas superiormente para permitir una remoci ón conveniente del rotor y del ensamblamiento de las cartelas de cojinetes para mantenimiento. Tambi én se usan en bombas de alta presi ón de múltiples etapas por el problema estructural de dise ñar tornillos adecuados para las porciones del cuerpo divididas axialmente expuestas a presi ón interna alta. °

°

El cuerpo externo de bombas verticales es dividido radialmente. El cuerpo interno de bombas verticales de doble cuerpo se dise ña para juntas radiales, axiales o radiales y axiales. Soportes de Cuerpo – La mayoría de las bombas horizontales de refiner ía tienen sus cuerpos soportados por las placas de base, y las cartelas de cojinetes, a su vez, se apoyan en el cuerpo. Esta construcci ón simplifica el mantenimiento ya que los internos de la bomba pueden recibir servicio sin molestar las bridas de las boquillas. La mayoría de las bombas con cuerpo soportado tienen extensiones a los lados del cuerpo a nivel de la l ínea central que descansan sobre pedestales. Este tipo de bomba se define como “soportadas por la l ínea central”. El movimiento de la línea central a medida que la temperatura del cuerpo de la bomba aumenta es minimizado con este arreglo ya que se mantiene una buena alineaci ón de las uniones. Los cuerpos de bombas para servicios a niveles de temperaturas ambientales y moderadamente bajos son soportados con frecuencia por el fondo del cuerpo y se conocen como “soportados por el fondo ”. Algunos modelos de bombas se dise ñan para soportar el cuerpo mediante la caja de los cojinetes internos, la cual es soportada por la placa de base. Esto requiere la desconexi ón de las bridas de las boquillas para efectuar el mantenimiento interno de la bomba. Este tipo de construcci ón usualmente se limita a bombas pequeñas de costo bajo, y no cumple con los requerimientos del API. Control de Presi ón Axial en Bombas de una Sola Etapa – Las fuerzas axiales que actúan sobre el impulsor de la bomba en direcci ón hacia el acople raramente son iguales a las que act úan en sentido contrario. O sea, las fuerzas de presi ón no están perfectamente balanceadas, y la carga neta resultante es soportada por los cojinetes de presi ón de la bomba. Para mantener el cojinete de presi ón a baja carga y dentro de su rango de carga admisible, el dise ñador debe tener cuidado de balancear las fuerzas de presi ón axial tan bien como sea posible. Las fuerzas resultantes de la presi ón de succión, descarga e intermedia del l íquido bombeado, más la presi ón atmosférica sobre los extremos de los acoples del eje se aplican sobre las diversas áreas proyectadas. En el dise ño de bombas para altas presiones de succi ón y descargas, el elemento principal en el desbalance de presión es la presión de succión impuesta contra el área final del eje. A esta fuerza sólo se opone la presi ón atmosférica en el extremo del acople.


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En las bombas que tienen presi ón de descarga actuando sobre la parte posterior del impulsor, el elemento principal del desbalance de presi ón es la presi ón de descarga que act úa sobre la parte posterior del disco. Para reducir esta fuerza, se colocan anillos de desgaste en la parte posterior del impulsor y se perforan unos orificios de balance en el disco para bajar la presi ón detrás del área de orificio del impulsor hasta virtualmente la presi ón de succi ón. El espacio peque ño del anillo de desgaste mantiene el flujo que recircula a trav és de las perforaciones de balance, en un m ínimo. A veces se usan álabes de bombeo en la parte posterior del impulsor en vez de los anillos de desgaste para lograr los mismo prop ósitos, es decir, reducci ón de presi ón, y limitaci ón de la presi ón de la caja de estoperas. Un método para predecir la presi ón a la que esta expuesta la caja de estoperas se presenta en la MDP – 02 – P – 09. Control de Presi ón Axial en Bombas M últiples Etapas – Las bombas de m últiples etapas para diferenciales de presi ón moderados se dise ñan para cargas de presión unidireccional, con los cojinetes de presi ón absorbiendo la totalidad de la carga. En el caso de bombas verticales el peso de rotores usualmente aditivo a la presión hidráulica. Para diferenciales de presi ón altos, se usan arreglos de impulsores opuestos, de modo tal que la presi ón axial de un grupo de impulsores est á opuesta en direcci ón a la del segundo grupo. La fuerza de presi ón es por lo tanto mantenida a un nivel bajo. Diseños de Cajas de Estoperas – La mayoría de las bombas de refiner ía se diseñan con cajas de estoperas convencionales que pueden ser llenadas con material empacado como alambre trenzado o anillos de hoja met álica, o con un sello mecánico. Los cuerpos de bomba que se dise ñan para montar s ólo un sello mec ánico del eje y no son convertibles a sello empacado, se dice que tienen sellos “internos”. Este estilo minimiza la suspensi ón del eje, y cuesta menos que el tipo de caja de estopera convencional. Se usa com únmente en servicios limpios, de presi ón de succión moderada y niveles de temperatura moderados. Las desventajas de este tipo de construcci ón son: 1.

Alta sensibilidad al sucio en el l íquido bombeado

2.

Se pueden aplicar menos remedios para corregir los problemas cr ónicos en servicios de sellos mec ánicos

3.

“El último recurso” de recurrir a empacado convencional no es posible.

Por estas razones, la aplicaci ón de “sellos internos” ha sido limitada en las plantas de proceso. Arreglos de Acoples del Eje – Los ejes de las bombas pueden estar unidos al eje del accionador por un acople separado removible y flexible, o pueden estar


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directamente integrados con el eje del accionador. La gran mayor ía de bombas de plantas de proceso tienen acoples separados. El tipo de eje integral se conoce como “acople cercano ”. Las bombas de servicio de nivel comercial peque ño son con frecuencia de este tipo. Las bombas verticales de aceite vertical auxiliar accionadas con turbinas de vapor en sistemas de compresi ón con aceite lubricante son a veces de este tipo, as í como también las bombas encapsuladas. Facilidades de Enfriamiento – Las bombas centr ífugas han sido tradicionalmente equipadas con una variedad de facilidades de enfriamiento que los constructores han considerado esenciales para evitar el sobrecalentamiento de los cojinetes, para mantener la alineaci ón, y para asegurar el funcionamiento apropiado del sello mecánico. Sin embargo, la experiencia ha demostrado que la mayor ía de las bombas en servicios por debajo de 200 C(400 F) pueden trabajar sin enfriamiento con agua, sin provocar ninguna reducci ón significativa de la confiabilidad de la bomba. Las Basic Practices permiten el uso de agua de enfriamiento en servicios por encima de 200 C(400 F), donde se requiera para los siguientes prop ósitos específicos: °

°



°

°

Enfriamiento del aceite de los cojinetes – El agua de enfriamiento se circula bien sea a trav és de una camisa que alberga los cojinetes, de un serpent ín de enfriamiento o de un enfriador externo de aceite, para mantener la temperatura del aceite por debajo de 82 C (180 F), que es la temperatura m áxima permisible para una lubricaci ón apropiada de los cojinetes. °

°



Enfriamiento de la Camisa de la Caja de Estoperas – Frecuentemente se circula el agua de enfriamiento a trav és de la camisa para remover el calor de fricci ón generado por el sello mec ánico, y para evitar que el l íquido de lavado del sello se evapore. Tambi én, el enfriamiento de la caja de estoperas ayuda a aislar el cuerpo de la bomba caliente de la caja de cojinetes.



Enfriamiento de L í quido de Lavado del Sello – Para servicios entre 200 y 315 C (400 F y 600 F), el liquido de lavado del sello usualmente se enfr ía en un enfriador externo, a fin de mantenerlo dentro de los l ímites de temperatura admisibles por los materiales de sello mec ánico. (El líquido de limpieza de sello también se puede enfriar en servicios de temperatura baja si el l íquido puede evaporarse en la caja de estopera). °

°

°

Además de las aplicaciones anteriores para agua de enfriamento, a veces se usa vapor de baja presi ón para enfriar los platos de sello y las cajas de estoperas en servicios de temperatura alta, superiores a 315 C (600 F), por ejemplo. °

°

Los requerimientos de servicio para cumplir con estas necesidades pueden ser estimados durante la etapa de dise ño de la planta usando los m étodos presentados en MDP – 02 – P – 11. Las conexiones de servicios espec íficos y su consumo se calculan despu és de seleccionar los modelos de bombas.


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BOMBAS DE FLUJO AXIAL Las bombas de flujo axial se aplican para caudales muy altos, y bajos cabezales en servicios con agua y substancias qu ímicas. Algunos servicios t ípicos con agua son: irrigación, control de inundaci ón, bombas/turbinas para bombeo a almacenaje en plantas de generaci ón de potencia, y bombas de circulaci ón para condensadores barom étricos, etc. Algunos servicios t ípicos de plantas qu ímicas son el de circulaci ón para el reactor de propileno, y los servicios de circulaci ón asociados con evaporadores y cristalizadores en la producci ón de sulfato de amonio, ácido fosfórico, potasio, soda c áustica y productos de az úcar.

9

BOMBAS RECIPROCANTES Las bombas de tipo reciprocante son especificadas con poca frecuencia en los diseños nuevos. Se prefiere el uso de bombas centr ífugas y deberían usarse excepto en las pocas situaciones donde sea necesario otro tipo. Circunstancias especiales que pueden favorecer las bombas reciprocantes incluyen las siguientes: 1.

Fluidos de alta viscosidad.

2.

Capacidades relativamente bajas (de 0.2 a 1.3 dm 3 /s (3 a 20 gpm)) a cabezales altos.

3.

Servicios intermitentes, como bombeo externo o separador de lodo y residuo, donde se debe manejar un rango de fluidos, los costos de equipos son favorables, y hay disponible un NPSH suficiente.

4.

Servicio de lodo y suspensiones.

5.

Servicios de bombeo simple con un rango amplio de presiones de descarga o caudales de flujo.

Las bombas reciprocantes producen un flujo pulsante, desarrollan una presi ón de parada alta, tienen una capacidad constante cuando son accionados por un motor, y están sujetas a atrapar vapor a condiciones de NPSH bajas. Las fugas a trav és del empaque deben ser consideradas, ya que los sellos de tipo mec ánico no son aplicables a rodillos o s ímbolos. Ver MDP – 02 – P – 10 para métodos de reducci ón de la pulsaci ón del flujo.

10 BOMBAS ROTATIVAS Las bombas rotativas, como clase, normalmente se refieren a las bombas de desplazamiento positivo con elementos de bombeo rotativos tales como engranajes, tornillos, álabes y lóbulos. Sólo los tipos de engranaje y de tornillo se usan en un número significativo de servicios de refiner ía. Todas las bombas rotativas tienen estrechos espacios entre las partes m óviles, lo cual posiblemente producir ía la obstrucci ón del movimiento de las partes en


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servicios de altas temperaturas o desgaste cuando se requieren aleaciones por corrosi ón. Las bombas rotativas para aplicaciones de refiner ía están disponibles en rangos de 0.06 a 315 dm 3 /s (1 a 5000 gpm) y para presiones diferenciales de hasta 21000 kPa (3000 psi). Normalmente están limitadas a servicios con fluidos demasiado viscosos para ser manejados econ ómicamente por bombas centr ífugas o de otro tipo, tales como aceites combustibles pesados, lubricantes, grasas y asfalto. Las bombas rotativas que manejan l íquidos por debajo de 21 mm 2 /s (100 SSU) pueden tener un desgaste excesivo y fugas internas. Este desgaste, debido a las propiedades lubricantes inadecuadas del l íquido, es particularmente serio en aquellos dise ños que tienen cojinetes internos, engranajes de cebado internos, o donde un elemento interno acciona otros elementos de bombeo. Las bombas rotativas no son aptas para manejar fluidos con cantidades apreciables de s ólidos duros o abrasivos. Cuerpos con camisas de vapor est án disponibles para servicios de alta viscosidad, tales como el de asfalto. Las bombas rotativas se usan en los dispensadores de gasolina, bombas de descarga de camiones (incluyendo GLP), etc., donde el requerimiento de factor de servicio es bajo, el diferencial de presi ón es bajo, se requiere auto – cebado ocasionalmente, y el mantenimiento usualmente consiste en la sustituci ón rápida de la bomba.

11 NOMENCLATURA (Ver MDP – 02 – P – 02)


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TABLA 1. COMPARACION DE TIPOS DE BOMBAS Y TIPOS DE CONSTRUCCION: CARACTERISTICAS GENERALES Tipos de bombas y de construcción

Caracter í sticas resaltantes de construcci ón

Orientaci ón N usual usual de etapas °

Requerimiento relativo de mantenimiento

Comentarios

Dinámica

La capacidad varía con el cabezal.

Centrífuga

Velocidad específica entre baja y media.

Horizontal

Tipo de proceso de una etapa y suspensión superior

Un apoyo impulsor después de los cojinetes.

Horizontal

1

Bajo

Tipo más común usado en los servicios de proceso.

Tipo de proceso de dos etapas y suspensión superior

Dos apoyos de impulsor después de los cojinetes.

“

2

Bajo

Para cabezales por encima de las capacidades de la bomba una etapa

Impulsor de una etapa entre cojinetes

Impulsor entre cojinetes; cuerpo dividido radialmente o axialmente.

“

1

Bajo

Para flujos altos hasta 330 m (1100 pie) de cabezal.

Químico

Estructura del cuerpo diseñadas con secciones delgadas debido al alto costo de las aleaciones; tamaños pequeños.

“

1

Medio

Niveles bajos de presión y temperatura.

Suspensión

Pasajes de flujo grandes, dispositivos de control de erosión.

“

1

Alto

Velocidad baja; espacio libre axial ajustable.

Encapsuladas

Bombas y motores encerrados en carca zas a presión; sin caja de estoperas.

“

1

Bajo

Límites de cabezal – capacidad bajos para los modelos usados en servicios químicos.

De múltiples etapas dividido horizontalmente

Boquillas usualmente en la mitad inferior del cuerpo.

“

Multi.

Bajo

Para niveles moderados de temperatura – presión.

De múltiples etapas tipo barril

El cuerpo externo cubre el bloque de diafragmas.

“

Multi.

Bajo

Para niveles altos de temperatura – presión.

Tipo de proceso de una etapa

Orientación vertical.

Vertical

1

Bajo

Tipo usado principalmente para aprovechar los requerimientos bajos de CNSP.

Tipo de proceso, de múltiples etapas

Muchas etapas, cabezal/etapa.

bajo

“

Multi.

Medio

Capacidad de cabezal alto, requerimientos bajos de CNSP.

En línea

Concebida para instalación en línea, como una válvula

“

1

Bajo

Permite lograr bajos costos de instalación y sistemas de tuberías simplificados.

Vertical


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Caracter í sticas resaltantes de construcci ón

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Orientaci ón N usual usual de etapas °

Requerimiento relativo de mantenimiento

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Comentarios

Velocidad alta

Velocidades hasta 380 rps (23000 rpm), cabezales hasta 1770 m (5800 pie).

“

1

Medio

Costo atractivo para cabezal alto / flujo bajo.

Pozo

Cuerpo inmerso en pozo por conveniencia de instalación y facilidad de cebado.

“

1

Bajo

Bajo costo instalación.

De múltiples etapas, pozo profundo

Eje muy largo.

“

Multi.

Medio

Servicio de pozo de agua con accionador a nivel de suelo.

Axial (propela)

Impulsor tipo propela, usualmente de gran tamaño.

Vertical

1

Bajo

Pocas aplicaciones en plantas químicas y refinerías.

Turbina (regenerativa)

Impulsor acanalado; trayectoria de flujo como tornillo hacia afuera.

Horizontal

1,2

Mediano a Alto

Funcionamiento a flujo bajo/cabezal alto. Capacidad virtualmente independiente del cabezal.

Pistón, émbolo

Velocidades bajas; válvulas, cilindros, cajas de estoperas sujetas a desgaste.

Horizontal

1

Alto

Accionado por cilindros de máquinas de vapor o motores con caja de cigueñal.

Dosificadora

Unidades pequeñas con sistema de precisión para el control de flujo.

“

1

Medio

Tipos diafragma émbolo empacado.

Diafragma

Sin caja de estoperas; puede ser actuada neumática o hidráulicamente.

“

1

Alto

Usado para suspensiones químicas; diafragma propenso a falla.

Tornillo

1, 2 o 3 rotores de tornillo.

“

1

Medio

Para viscosidad alta, alto flujo y alta presión.

Engranaje

Ruedas de engranajes entrelazadas.

“

1

Medio

Para viscosidad alta, presión moderada, flujo moderado.

de

Desplazamiento positivo Reciprocante

y

Rotativas


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TABLA 2. COMPARACION DE TIPOS DE BOMBAS Y ESTILOS CONSTRUCCION: CARACTERISTICAS DE FUNCIONAMIENTOS ESTOS DATOS SON SOLO TIPICOS. EXISTEN MUCHOS CASOS EXCEPCIONALES

CAPACIDAD CABEZAL dm3/s MAX. (1) m

TIPO DE BOMBA Y CONSTRUCCION DINAMICA CENTRIFUGA HORIZONTAL UNA ETAPA SUSPENSION SUPERIOR DOS ETAPAS SUSPENSION SUPERIOR UNA ETAPAS IMPULSOR ENTRE COJINETES QUIMICA SUSPENSION DE SOLIDOS (SLURRY) ENCAPSULADA MULTIETAPAS DIVIDIDA HORIZONTALMENTE MULTIETAPAS TIPO BARRIL VERTICAL TIPO DE PROCESO EN UNA ETAPA MULTIETAPA EN – LINEA VELOCIDAD ALTA POZO MULTIETAPA POZO PROFUNDO AXIAL (PROPELA) TURBINA (REGENERATIVA) DESPLAZAMIENTO POSITIVO RECIRPOCANTES PISTON, EMBOLO DOSIFICADORA DIAFRAGMA

REQ. TIPICOS P2MAX. kPa

DE (NPSH). m

VISC. MAX. EFICIENCIA TOLERANCIA TEMP. M AX. mm2 /s % DE SOLIDOS DE BOMBEO C °

1 – 320 1 – 75 1 – 2500 65 65 0.1 – 1250 1 – 700 1 – 550

150 425 335 73 120 1500 1675 1675

4100 4100 6800 1400 4100 68900 20100 41400

2 – 6 2 – 6.7 2 – 7.6 1 – 2.6 1.5 – 7.6 2 – 6 2 – 6 2 – 6

650 430 650 650 650 430 430 430

20 – 80 20 – 75 30 – 90 20 – 75 20 – 80 20 – 70 65 – 90 40 – 75

Mod. ALTA Mod. ALTA Mod. ALTA Mod. ALTA ALTA BAJA MEDIA MEDIA

455 455 205 – 455 (5) 205 455 540 205 – 260 455

1 – 650 1 – 5000 1 – 750 0.3 – 25 1.0 – 45 0.3 – 25

245 1830 215 1770 60 1830

4100 4800 3400 13800 1380 13800

0.3 – 6 0.3 – 6 2 – 6 2.4 – 12 (2) 0.3 – 6.7 0.3 – 6

650 430 430 109 430 430

20 – 85 25 – 90 20 – 80 10 – 50 45 – 75 30 – 75

MEDIA MEDIA MEDIA BAJA Mod. ALTA MEDIA

345 260 260 260

1 – 6500 0.1 – 125

12 760

1030 10300

2 (4) 2 – 2.5

650 109

65 – 85 55 – 85

ALTA MEDIA

65 120

205

1 – 650 0 – 1 0.1 – 6

345000 kPa (3) 51700 kPa 345000 34500 kPa 24100

3.7 4.6 3.7

1100 1100 750

55 – 85 20 20

MEDIA BAJA MEDIA

290 300 260

ROTATIVAS DE TORNILLO

0.1 – 125

20700 kPa 20700

3

MEDIA

260

DE ENGRANAJES

0.1 – 320

3400 kPa

3

150 x 106 (6) 50 – 80 150 x 106 (6) 50 – 80

MEDIA

345

3400

NOTAS: 91) NORMALMENTE NO SIMULTANEO CON EL CABEZAL MAXIMO (2) (3) (4) (5)

SE PUEDE REDUCIR A 3 – 3,66 m (10 – 20 pie) AGREGANDO UN INDUCTOR DEPENDIENTE DE LA RESISTENCIA DE LOS MATERIALES Y PUEDE SER MAYOR QUE 345000 kPa (50000 Psi) SUMERSION MINIMA DE PROPELA LIMITE DE 205 – 260 C (400 – 500 F) PARA CUERPOS DIVIDIDOS HORIZONTALMENTE, LIMITE DE 455 C (850 F) PARA CUERPOS DIVIDIDOS VERTICALMENTE. °

°

(6) VISCOSIDAD SSU. (7) FACTORES DE CONVERSION: PARA LLEVAR DE:

A:

MULTIPLIQUE POR:

dm3 /s m mm2/s C kPa

GPM Pie SSU F Psi

15.8504 3.2808 4.6348 USE: F = 1.8 x C + 32 0.145

°

°

°

°


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TIPOS DE BOMBAS


FECHA

0

NOV.97


Indice manual

Indice volumen

Indice norma

Fig 1. ILUSTRACION DEL TIPO DE CONSTRUCCION DE BOMBA CENTRIFUGA Y NOMENCLATURA DE SUS COMPONENTES

1 – A BOMBA CENTRIFUGA DE PROCESO CON EXTREMO DE SUCCION SENCILLO, DE UNA ETAPA Y SUSPENSION SUPERIOR


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Fig 1. (CONT.)

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Fig 1. (CONT.)

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mdp02-p-05

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