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1. INTRODUCC INTRODUCCIÓN. IÓN. 2. DEFFINICIÓN. DEFFINICIÓN. 3. CLASIFICAC CLASIFICACIÓN. IÓN. - Funcionamiento Funcionamiento - Rangos de operación 4. SELECCIÓN DE BOMBAS 5. PROBLEMAS OPERACIONALES. 6. CAVITACIÓN CAVITACIÓN Y NPSH. 7. CURVAS DE DESEMPEÑO. 8. EJEMPLOS DE DISEÑO. 9. CONCLUSIONES Fuente: http://www.directindustry.com/
Con Con el fin de pode poderr gene genera rarr la mayo mayorr capacidad de producción, en la industria de los hidrocarburos, se hace indi indisp spen ensa sabl blee cont contar ar con con un dise diseño ño eficiente de las facilidades de superficie. En este este dise diseño ño,, las las bomb bombas as juega juegan n un papel importante, cumpliendo la función de ele elevar los fluidos dos en diferent ente procesos.
Una Una bomb bombaa es un disp dispos osit itiv ivo o empleado para elevar, transferir o comprimir líquidos, en defin finitiv itivaa son son máqu áquinas inas que que realizan un trabajo para mantener un líquido en movimiento. Las bombas cumplen la función de generar el movimiento de los fluidos desde un punto a otro del proceso.
Fuente: http://fluidos http://fluidos.eia.edu.c .eia.edu.co/hidraulica o/hidraulica
Las bombas se clasifican teniendo en cuenta el mecanismo que utilizan para desplazar el fluido, lo cuales pueden ser: engranajes, tornillos, aspa, etc.
La principal diferencia es que las bombas de desplazamiento positivo entregan una cantidad definida de fluido y las centrífugas entregan un volumen variable.
Reciprocantes Desplazamiento positivo Rotatorias
Pistón/émbolo Diafragma Rotor simple Rotor múltiple Flujo axial
Según dirección de flujo
BOMBAS
Según la succión
Dinámicas
Centrífugas
Según impulsores Tipo de impulsor
Flujo mixto Flujo Radial
Única Múltiple Una fase Fase múltiple Abierto Semiabierto
Fuente: http://bombasbsd.coml
DESPLAZAMIENTO POSITIVO A una velocidad determinada la descarga (caudal) es en general fija e independiente de la carga de bombeo. La carga posible de bombeo puede aumentarse, aumentando la potencia y sin variar la velocidad de operación
Fuente: http://www.aparatos/bombasimpulsion.html
DINÁMICAS A una velocidad determinada la descarga está en función inversa de la carga posible de bombeo. La carga de bombeo no puede aumentarse con sólo aumentar la potencia del motor, sino que hay que aumentar la velocidad o el diámetro del
•
•
RECIPROCANTE TIPO PISTÓN
Desplazan el liquido por la acción de un émbolo o pistón con movimiento rectilíneo alternativo, o con movimiento de oscilación. Manejan o generan flujo intermitente
El pistón crea un vacío parcial dentro del cilindro permitiendo que el fluido se eleve. Como hace falta un espacio determinado de tiempo para que se llene el cilindro, la cantidad de fluido que entra al espacio de desplazamiento dependerá de la velocidad de la bomba, el tamaño de las válvulas de entrada y la efectividad del material sellante de las válvulas y del pistón.
S A J A T N E V
- A altas presiones de descarga, mueven gran cantidad de fluido (2000 psi) - Alta eficiencia mecánica 95- 98 %. -Trabaja altas viscosidades y densidades.
- Altos costos - Mantenimiento - Baja eficiencia térmica D E S V E N T A J A S
Fuente: monografias.com
RECIPROCANTE TIPO PISTÓN
RANGOS DE APLICACIÓN
Materiales: No permite hierro dúctil o fundido (para líquidos inflamables o tóxicos). Temperatura y presión: De acuerdo a los datos de producción de campo.
Velocidad: limitados a los datos de la tabla
MÁXIMA SUCCIÓN Y VELOCIDAD DE DESCARGA EN TUBERÍAS PARA BOMBAS RECIPROCANTES
Velocidad de la Velocidad de bomba Succión (ft/seg)
Velocidad de descarga (ft/seg)
<250
2
6
250-330
1,5
4,5
>330
1
3
Este tipo de bombas desplazan el liquido por medio de diafragmas de un material flexible y resistente, colocado dentro de un cuerpo cerrado que se acciona desde el exterior por un mecanismo reciprocante.
Depende de 4 piezas importantes: - Un par de membranas - Un eje que las une - Una válvula reguladora de aire - Cuatro válvulas esferas El movimiento reciprocante hace aumentar y disminuir el volumen debajo del diafragma. Un par de válvulas convenientemente colocadas a la entrada y la salida fuerzan el líquido a circular en la dirección de bombeo.
RECIPROCANTES TIPO DIAFRAGMA
VENTAJAS: - Pueden rodar en seco. - Mantenimiento sencilla.
y
RANGOS DE APLICACIÓN
reparación
- Resistente a la corrosión
Tipo de bomba
- Trabajan con Lodos abrasivos y sólidos en suspensión
DESVENTAJAS: - No son prácticas para bombear caudales por encima de los 300 GPM. - Los diafragmas tienen una vida finita. - No se recomiendan temperaturas.
altas
Presión (Psi) Temperatura (°C)
De plástico
5000
120
Metálico
> 5000
200 - 400
FUNCIONAMIENTO Consisten de una caja fija que contiene engranes, aspas, tornillos, etc., que operan con un movimiento rotatorio que descarga un flujo continuo. El fluido es confinado en uno o varios compartimentos que se desplazan desde la zona de entrada (de baja presión) hasta la de salida (de alta presión) de la máquina.
ROTATORIAS – ROTOR SIMPLE Fuente: http://www.teisa.com
RANGOS DE APLICACIÓN Desventajas: -Bajos caudales.
Caudales pequeños a medios: 1 GPM hasta 5000 GPM. Altas temperaturas: 350 °F hasta 625 °F.
- Costo relativamente alto. - Comportamiento sensible a los cambios de viscosidad
Ventajas: - Fluidos abrasivos - Fluidos viscosos
Presiones de salida hasta 3000 Psi.
Bajas internas.
velocidades
-Alta tolerancia contaminación
a
la
ROTOR SIMPLE Un determinado número de paletas se desliza en el interior de unas ranuras de un rotor que a su vez gira en un anillo. Las cámaras de bombeo se generan entre las paletas, el rotor y el anillo.
Estas bombas tienen un eje en forma de espiral , que gira dentro de un cilindro que a su vez posee cavidades en espiral. El eje gira desplazando el fluido a través de las cavidades, avanzando en forma continua, produciéndose un flujo axial.
Fuente: http://www.sabelotodo.org/
Fuente: http://www.teisa.com
Produce caudal al transportar el fluido entre los dientes de dos engranajes acoplados. Uno de ellos es accionado por el eje de la bomba (motriz), y este hace girar al otro (libre). En condiciones óptimas estas bombas pueden llegar a dar un 93% de rendimiento volumétrico.
Están compuestas por dos engranajes, externo e interno. Tienen uno o dos dientes menos que el engranaje exterior. Tienen un desgaste menor por la reducida relación de velocidad existente . Son unidades rotativas, que disponen de conjuntos pistón−cilindro. Parte del m ecanismo gira
alrededor de un eje motor que crea un movimiento oscilante del pistón
ROTOR MÚLTIPLE
Fuente: supeautotronica.blogspot.com
Éstas se asemejan a las bombas del tipo de engranajes en su forma de acción, tienen dos o mas motores cortados con tres, cuatro, o mas lóbulos en cada motor.
Fuente : http://es.wikipedia.org/wiki/Thomas_Newcomen
Utiliza un movimiento vertical transmitido por contrapesos y un brazo mecánico que sube y baja. La bomba como tal se encuentra en el fondo y se le trasfiere movimiento a través de varillas.
Las bombas centrífugas consisten en un rodete montado sobre una carcasa o voluta. El liquido entra en el centro del rodete y es acelerado por el giro de este, la energía cinética del fluido se transforma en energía potencial en la salida Fuente: es.wikipedia.org
CENTRÍFUGAS
Transfieren la energía mecánica de un impulsor rotatorio en energía cinética y potencial a un líquido con el fin de moverlo. Éstas bombas aplican fuerza centrífuga al líquido cuando entra al impulsor, avanza por la bomba y sale por la descarga.
Ventajas:
RANGOS DE APLICACIÓN NORMA API 610 Máxima Presión de 1900 Descarga kPa (275psig) Máxima Presión de Succión 500kPa (75 psig) Temperatura máxima de bombeo 150°C (300°F) Máxima Velocidad 3600 Rotativa RPM
- Son giratorias. - Mecanismos de acoplamiento son muy sencillos. - Utilizan menos espacio. - - Su mantenimiento es mas fácil. - No poseen válvulas, por lo tanto el flujo es uniforme. - Puede utilizarse en líquidos que contienen grandes cantidades de sólidos en suspensión , volátiles, y fluidos hasta de 850°F.
Costo
relativamente alto debido a las cerradas tolerancias y costos de operación. Características de comportamiento sensibles a los cambios de viscosidad. La capacidad para las altas presiones requiere de una gran longitud de los
SEGÚN LA DIRECCIÓN DE FLUJO
RADIAL La corriente líquida se desplaza en planos radiales.
AXIAL La corriente líquida se desplaza en superficies cilíndricas alrededor del eje de rotación.
MIXTO La corriente líquida se desplaza radial y axialmente.
SEGÚN LA SUCCIÓN
Fuente: http://www.monografias.com
Fuente: http://www.directindustry.es/
ÚNICA
MÚLTIPLE
Admiten fluidos solo por un lado del impulsor. Es mas practico, sin embargo no es recomendable para grandes volúmenes de fluido
Admiten el fluido por ambos lados. Las bombas de doble succión funcionan como si existieran dos impulsores, uno en contra posición del otro. El volumen de admisión de fluido es mayor.
SEGÚN NÚMERO DE IMPULSORES
UNA FASE
MÚLTIPLES FASES
Es aquella en que la carga o altura manométrica total es proporcionada por un
Alcanza su altura manométrica o carga con dos o mas impulsores, actuando en serie en
SEGÚN TIPO DE IMPULSORES ABIERTO
Los álabes son libres en ambas caras y están sujetas por un anillo central por donde ingresa el liquido. Sus aplicaciones son en agua potable y en líquidos residuales. Son de mantenimiento sencillo por el fácil acceso a los alabes de
SEMIABIERTO
En este caso. los alabes son libres en una de las caras y fijados por el otro en un disco, su uso es apropiado en líquidos viscosos y en aguas residuales, tienen mayor resistencia a la abrasión que los impulsores cerrados.
CERRADO
El impulsor esta constituido de dos discos paralelos que encierran totalmente las vías del agua desde el orificio de succión hasta la periferia del impulsor.
Tipo de bomba
Viscosidades
Caudales
Manejo de sólidos
Costo
Centrífuga
< 200 cp
Caudal Constante
No Maneja Sólidos
Bajo precio
Reciprocante
>2000 cp
Altos caudales
maneja
Alto precio
Rotatoria
0-10000 cp
Altos caudales
maneja
Alto precio
BOMBAS CENTRÍFUGAS BOMBAS ROTATORIAS
•La
imposibilidad de entregar el caudal deseado y la altura de descarga, uno de los daños más comunes para tener una bomba fuera de servicio. •Otras condiciones son problemas relacionados con el sello (fugas, pérdida de flujo), problemas con los rodamientos del motor (fallas de lubricación, refrigeración, la contaminación del aceite, ruidos anormales), fugas por la bomba, ruido muy alto y elevados niveles de vibración, o problemas con el sistema motriz (motor o turbina). •Las velocidades relativamente altas conducen a perdidas por turbulencia.
•Los
componentes mecánicos son propensos al desgaste, por lo cual los costos de mantenimiento pueden ser elevados •Las bombas de pistón son pesadas debido a su gran tamaño y al peso del cigüeñal que acciona la bomba. •Presentan problemas al operar con temperaturas muy altas o con altos caudales •Las bombas rotatorias se fabrican con poco espacio de separación entre las partes movibles. La suciedad y la arena pueden acumularse en estas partes y causarles graves daños.
• Net Positive Suction Head (Altura Neta Positiva en la Aspiración). Determina la presión de
NPSH
aspiración mínima a la cual se puede producir la succión en la bomba sin causar cavitación
NPSH requerido depende exclusivamente del diseño interno particular de cada bomba y varía mucho con el caudal y la velocidad de la bomba. NPSH disponible es un parámetro del sistema y debe calcularse. Nos dice que tanta succión se puede tolerar antes que la presión alcance el valor de Psat.
NPSH
NPSHrequerida > NPSHdisponible
Fuente: datateca.unad.edu.co
Es la formación de burbujas de vapor o de gas en el seno de un líquido, causada por las variaciones que este experimenta en su presión, y cuyas consecuencias son: Disminución de la capacidad de bombeo. •Disminución del rendimiento de la bomba. •
- Presión del líquido menor que la presión de vapor. - Hay formación de burbujas en el líquido.
1. Altura manométrica (H)en función del Caudal (Q) 2. Potencia en función del Caudal 3. Eficiencia en función del Caudal 4. NPSH requerido en función del Caudal
Predecir el funcionamiento de la bomba a determinadas rpm. el punto optimo de Encontrar operación. Escoger la bomba adecuada. Definir parámetros hidráulicos para evitar la cavitación. Evaluar las características de las bombas con diferentes diámetros de impulsores.
La forma analítica de la curva característica cargacapacidad de una bomba centrifuga responde a una parábola de segundo grado de la forma:
+ +
Esta ecuación es la que debe ser suministrada por el fabricante.
Es el trabajo útil realizado por la bomba centrífuga (eje del impulsor) por unidad de tiempo
∗ ∗
Aumenta inicialmente desde cero al aumentar el caudal hasta llegar a un punto máximo (ηopt) y cae después al seguir aumentando el caudal. Elegir la bomba de tal manera que el rendimiento óptimo ηopt se acerque lo más posible al caudal requerido Qr , es decir Qr ≈ Qopt.
ℎ ∗ + ∗
METODO DE COEFICIENTE DE RESISTENCIA
METODO DE LONGITUDES EQUIVALENTES
Fluye agua a través de una tubería como se muestra en la Figura, a temperatura de 25°C. El sistema debe llenar el tanque que se encuentra en la parte superior. El dueño de la finca considera que esto se debe llevar a cabo en 12 horas con el fin de evitar mantener la bomba prendida mucho tiempo y con ello reducir los costos de energía. a. b. c. d.
Calcule la caída de presión para el sistema. Calcule la potencia hidráulica, en kW, necesaria para mover el fluido. Calcule la potencia eléctrica consumida por la bomba, en kW. Seleccione una bomba que cumpla
ℎ= ℎó + ℎ 22,446
Para calcular la altura dinámica total se usa la siguiente ecuación:
− − +−+ +
Hallamos las diferentes velocidades de flujo para los diámetros de tubería de 5 cm y 4 cm. De esta forma encontramos las velocidades de entrada y salida
Debemos calculas las presiones, alturas y velocidades de entrada y salida. Pero primero calculamos el flujo que va por las tuberías: Ahora las presiones y alturas de salida y de entrada observando la figura:
Resolviendo la ecuación para calcular la altura dinámica total:
− − +−+ + 1
− ( + ρ) 2,947 − 4,605 +8−0+ + 22,446 ρ 2∗9,8 32,085
Con la altura calculamos la potencia de la bomba:
Calculamos la cabeza neta de succión positiva disponible NPSHd:
+ , + ,
CATALOGO DE BOMBAS HIDROMAC: BOMBA: 3500 RPM 5 HP = 3,725 KW Eficiencia = 66% Dimpeller=138 mm
Se tiene una bomba de tipo émbolo de un solo cilindro, y de simple efecto, para bombear agua a una temperatura de 28 F y a una altitud de 3220 ft sobre el nivel del mar. ¿Cuál es la máxima altura de succión? Hs = ? °
Frecuencia de la bomba: 45 rpm Diámetro del émbolo: 5” Carrera del émbolo: 12” Longitud de la biela: 27” Diámetro de la tubería de succión: 4” Longitud de la tubería: 31 ft R= Radio del cigueñal= 0,5 ft
1) Calculo de la presión de inercia al fin de la carrera:
0,000147
0,000147 31 0,5 45 7,20
5 4
2) Corrección considerando el efecto que tiene la biela sobre la presión de inercia:
∗ 1 + 1 7,20 ∗ (1 + 627) 8,80
Otros factores: • Presión de vaporización del agua= Pvp @ 28 F= 2,18 lb/in2. Peso especifico del agua=γ= 61,6 lb/in3 • • Presión barométrica @ h=3220ft=Pa= 13,1 lb/in2 Presión requerida para forzar a que la válvula abra Psv=0,5lb/in2 • 3) Calcular la altura de succion:
− − − ∗ 144 13,1 − 2,18 − 0,5 − 8,80 ∗ 144 61,6 3,8
1. Teniendo en cuenta el concepto de NPSH es posible estimar las limitantes para cada tipo de bomba, ya que nos permite saber de manera indirecta si la presión del líquido de entrada del impulsor está por encima de la presión de vapor del fluido que se bombea. 2. Es posible conocer el comportamiento de una bomba mediante el análisis de las curvas características, pues en ella podemos observar la relación entre los diferentes caudales proporcionados por la bomba con algunos parámetros como potencia requerida, altura requerida, etc. Las cuales dependen del diseño de la bomba. 3. La selección del tipo de bomba va a depender de las características de fluido a emplear y estarán limitadas por sus rangos de aplicación y disponibilidad. El diseño se debe realizar cuidadosamente para tener un sistema de bombeo óptimo y eficiente.
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