INSTITUTO TECNOLOGICO DE LA CHONTALPA
Unidad 4 Bombas Rotatorias
Asignatura: Sistemas de bombeo en la industria petrolera
Docente: Ing. Jonathan Valenzuela Hernández
Alumno: Edgar David Peregrino Jiménez
6to semestre grupo C
Nacajuca Tabasco, a 11 de Mayo de 2017
Índice Introducción ...............................................................................................................................2 Definición ...................................................................................................................................3 Características Principales ........................................................................................................3 4.1
Principio de funcionamiento...........................................................................................4
Pasos en que funciona una bomba rotatoria............................................................................5 4.2
Tipos de bombas rotatorias.............................................................................................5
Bombas de engranes externos..................................................................................................5 Bombas de Engranes Internos ..................................................................................................6 Bombas de Tornillo ...................................................................................................................7 Bombas de Aspas ......................................................................................................................7 Bombas de Leva y Pistón.........................................................................................................10 Bombas de tubo flexible .........................................................................................................10 Bombas de paletas..................................................................................................................11 4.3
Aplicaciones típicas para las bombas rotatorias ...........................................................12
Ventajas ..................................................................................................................................13 4.4
Limitaciones de las bombas rotatorias, normatividad..................................................13
Normas de PEMEX para bombas rotativas: ............................................................................14 Conclusión ................................................................................................................................15 Referencias bibliográficas.........................................................................................................16
1
Introducción
Las bombas son equipos mecánicos que sirven para elevar los líquidos y conducirlos de un lugar a otro, o lo que es lo mismo, comunicarles cierta cantidad de energía (carga) que les permita vencer la resistencia de las tuberías a la circulación, así como, la carga que representa la diferencia de nivel entreel lugar de donde se toma el líquido y el lugar a donde se pretende llevar. Las bombas rotatorias son unidades de desplazamiento positivo, que consisten en una caja fija que contiene engranes, aspas u otros dispositivos que rotan, y que actúan sobre el líquido atrapándolo en pequeños volúmenes entre las paredes de la caja y el dispositivo que rota, desplazando de este modo el líquido de manera similar a como lo hace el pistón de una bomba reciprocante. Pero las bombas rotatorias en vez de suministrar un flujo pulsante como sucede con las bombas reciprocantes, descargan un flujo uniforme, por el movimiento de rotación de los engranes que es bastante rápido. Las bombas rotatorias se usan generalmente para aplicaciones especiales, con líquidos viscosos, pero realmente pueden bombear cualquier clase de líquidos, siempre que no contengan sólidos en suspensión. No obstante, debido a su construcción, su uso más común, es como bombas de circulación o transferencia de líquidos.
2
Bombas rotatorias Definición
Bombas rotatorias Son máquinas de desplazamiento positivo, provista de movimiento rotatorio. Los elementos rotatorios de la bomba crean una presión reducida en el lado de la entrada. Esto tiene como fin que la presión externa obligue a ir al líquido hacia el interior de la bomba. Entonces al girar el elemento, el
fluido
queda atrapado en la coraza de la
bomba. Después de una nueva rotación, el líquido, ahora es forzado a salir desde el lado de descarga de la bomba.
Características Principales
Son de acción positiva Desplazamiento rotativo Flujo uniforme Construcción compacta Carga alta Descarga relativamente baja Velocidades de operación de moderadas a altas Pocas partes móviles Requieren toda la potencia para llevarlas a su velocidad de operación Flujo constante dentro de ciertos límites para carga variable Aspiración limitada
Fluidos y sus densidades manejables por la bombas rotatorias
La densidad manejada en una bomba rotatoria es de un 1.0 g/cm3 hasta 1.5 g/cm3
Gasto de luz 3
Mientras tanto el gasto de luz diario de una bomba rotativa es de 8.0895x10-5 Kw mucho menor que una bomba centrifuga, eso ahorra considerable mente el gasto de luz emitido. 4.1 Principio de funcionamiento
Las bombas rotatorias que generalmente son unidades de desplazamiento positivo, consisten de una caja fi ja que contiene engranes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc. Se consideran de desplazamiento positivo, pues su principio de operación está basado en un transporte directo del fluido de un lugar a otro. Los elementos rotatorios de la bomba crean una disminución de presión en el lado de succión, permitiendo así que una fuerza externa (en ocasiones la presión atmosférica) empuje al fluido hacia el interior de una cavidad; una vez llena ésta, los elementos rotatorios, en su propia rotación, arrastran o llevan el
fluido
que quedó atrapado en la mencionada cavidad, formada por la parte
rotatoria de la bomba y la carcasa (estacionaria), siendo empujado hacia la descarga, forzándose a salir. El fluido así es prácticamente desplazado de la entrada hacia la salida en un movimiento físico de traslación y produciendo un caudal al transportar el fluido entre los engranes acoplados es decir, Uno de ellos es accionado por el eje de la bomba (motriz), y este hace girar al otro (libre) produciéndose así una depresión del líquido a lo largo de la pared de la carcasa hacia la cámara de admisión y está a su vez manda el líquido a la salida reiniciando el proceso.
4
Pasos en que funciona una bomba rotatoria
1. El líquido entra a la bomba por el canal de succión, entre el engrane exterior ( en grande de mayor tamaño) y el engrane interior. 2. El líquido fluye a través de la bomba en medio de los espacios que hay entre los dientes. La forma creciente (forma de media luna) divide al líquido y actúa como sello entre la entrada y la salida. 3. La presión del líquido es elevada justo antes de que este salga por el conducto de salida. 4. Los dientes de los dos engranes se acoplan completamente, formando un sello equidistante, entre el conducto de entrada y el de salida. El sello fuerza al líquido a salir por el conducto de salida.
4.2 Tipos de bombas rotatorias
Bombas Rotatorias Rotor Simple
Bombas de Tornillo
Bombas de Engranes Externos
Rotor Múltiple
Bombas de Tubo Flexible
Bombas de Tornillos
Bombas Lobulares
Bombas de Aspas.
Bombas de engranes externos
Éstas constituyen el tipo rotatorio más simple. Conforme los dientes de los engranes se separan en el lado el líquido llena el espacio, entre ellos. Éste se conduce en trayectoria 5
circular hacia afuera y es exprimido al engranar nuevamente los dientes. Los engranes pueden tener dientes simples, dobles, o de involuta. Algunos diseños tienen agujeros de flujo
radiales en el engrane loco, que van de la corona y del fondo de los dientes a la
perforación interna. Éstos permiten que el líquido se comunique de un diente al siguiente, evitando la formación de presiones excesivas que pudiesen sobrecargar las chumaceras y causar una operación ruidosa.
Bombas de Engranes Internos
Estas tienen un rotor con dientes cortados internamente y que encajan en un engrane loco, cortado externamente. Puede usarse una partición en forma de luna creciente para evitar que el líquido pase de nuevo al lado de succión de la bomba.
6
Bombas de Tornillo
Estas bombas tienen de uno a tres tornillos roscados convenientemente que giran en una caja fi ja. Las bombas de un solo tornillo tienen un rotor en forma espiral que gira excéntricamente en un estator de hélice interna o cubierta. El rotor es de metal y la hélice es generalmente de hule duro o blando, dependiendo del líquido que se maneje. Las bombas de dos y tres tornillos tienen uno o dos engranes locos, respectivamente, el flujo se establece entre las roscas de los tornillos, y a lo largo del eje de los mismos. Pueden usarse tornillos con roscas opuestas para eliminar el empuje axial en la bomba.
Bombas de Aspas
Tienen una serie de aspas articuladas que se balancean conforme gira el rotor, atrapando al líquido y forzándolo en el tubo de descarga de la bomba. Las bombas de aspas deslizantes usan aspas que se presionan contra la carcasa por la fuerza centrífuga cuando gira el rotor. El líquido atrapado entre las dos aspas se conduce y fuerza hacia la descarga de la bomba. Bombas de junta universal.- Tienen un pequeño tramo de flecha en el extremo libre del rotor, soportado en una chumacera y80 grados con la horizontal. El extremo opuesto del rotor se encuentra unido al motor. Cuando el rotor gira, cuatro grupos de super ficies planas se abren y cierran para producir una acción de bombeo o cuatro descargas por revolución. Un excéntrico en una cámara flexible produce la acción de bombeo exprimiendo al miembro flexible
contra la envoltura de la bomba para forzar el líquido hacia la descarga.
7
Bombas Lobulares
Éstas se asemejan a las bombas del tipo de engranes en su forma de acción, tienen dos o más rotores cortados con tres, cuatro, o más lóbulos en cada rotor. Los rotores se sincronizan para obtener una rotación positiva por medio de engranes externos, debido a que el líquido se descarga en un número más reducido de cantidades mayores que en el caso de la bomba de engranes, el flujo del tipo lobular no es tan constante.
8
Presión de descarga excesiva y/o cambio de la viscosidad del fluido
El funcionamiento de una bomba de lóbulos con fluidos de baja viscosidad se ve altamente afectado por la excesiva presión de descarga y/o por cambios en la viscosidad del fluido. Esto se debe al “Slip”, definido como la perdida de fluido por fugas a través de las separaciones de la bomba. La dirección del slip será desde la zona de alta presión de la bomba hacia la de baja presión. La cantidad del slip depende de diversos factores:
Efecto de Presión
La cantidad del slip crecerá conforme se incremente la presión, lo cual se muestra en la imagen. Para una velocidad dada, la cantidad de slip se puede ver como el flujo a 0.0 bar menos el flujo a una presión “x”. Para superar esta cantidad de slip será necesario aumentar la velocidad de la bomba para mantener la capacidad requerida.
Efecto de la viscosidad
La cantidad del slip se reduce conforme la viscosidad del fluido aumenta. Este efecto se ilustra a continuación. Las líneas de presión “x” continuaran moviéndose hacia la línea de presión cero conforme la viscosidad aumenta
9
Bombas de Leva y Pistón
También se llaman bombas de émbolo rotatorio, y consisten de un excéntrico con un brazo ranurado en la parte superior. La rotación de la flecha hace que el excéntrico atrape el líquido contra la caja. Conforme continúa la rotación el líquido se fuerza de la caja a través de la ranura a la salida. •
Bombas De Pistones Axiales
•
Bombas De Pistones radiales
Bombas de tubo flexible
Tienen un tubo de hule que se exprime por medio de un anillo de compresión sobre un excéntrico ajustable. La flecha de la bomba, unida al excéntrico, lo hace girar. Las bombas de este diseño se construyen con uno o dos pasos.
10
Bombas de paletas
Un determinado número de paletas se desliza en el interior de unas ranuras de un rotor quea su vez gira en un anillo. Las cámaras de bombeo se generan entre las paletas, el rotor y el anillo. Durante la rotación, a medida que aumenta el espacio comprendido entre las paletas, el rotor y el anillo, se crea un vacío que hace que entre el fluido por el orificio de aspiración. Cuando se reduce el espacio, se ve forzado a salir. La estanqueidad se consigue entre el conjunto paletas-rotor y las placas laterales, así como al ajustar el vértice de las paletas y el anillo. •
Bombas De Paletas Compensadas
•
Bombas De Paletas No Compensadas
11
4.3 Aplicaciones típicas para las bombas rotatorias
Las aplicaciones de Bombas rotatorias Incluyen el paso de líquido de todas las viscosidades, procesos químicos, alimento, descarga de barcos, lubricación a presión, pintura a presión, sistemas de enfriamiento, servicio de quemadores de aceite, manejos de grasa, gases licuados (propano, butano, amonio, freón, etc.), y un gran número de otros servicios industriales. 1.-Manejo de líquidos de cualquier viscosidad. 2.-Procesos químicos. 3.-Manejo de alimentos. 4.-Descargas marinas. 5.-Bombas para cargar carros tanque. 6.-Proteccion contra incendios. 7.-Transmisiones hidráulicas de potencia. 8.-Lubricacion a presión. 9.-Pintura. 10.-Enfriamiento para maquinas herramientas. 11.-Bombeo de petróleo (líneas, oleoductos). 12.-Bombas para quemadores de petróleo. 13.-Refinerias. 14.-Manejo de grasas. 15.-Gases licuados (propano, butano, amoniaco, freón). 16.-Aceites calientes 12
17.-Las bombas rotatorias son generalmente fabricadas para capacidades que no exceden de 500 gpm (31.54 l/s) y cargas que no sobrepasan 500 pies (152.4 m). • • • • •
Además de otros procesos como son: Para alimentación de calderas Para grasa De pozo profundo Para lodos de perforación drenaje Bombeo de líquidos
También las usamos en la transferencia de aceites lubricantes, en procesos hidráulicos, La mayor parte de las bombas rotatorias son autocebantes y pueden, de ser necesario, trabajan con gas o aire. Ventajas
•
Combinan características de flujo constante o casi constante de las bombas centrífugas
con el efecto positivo de las bombas reciprocantes. •
Pueden manejar líquidos altamente viscosos, lo que no es posible con una bomba
rotodinámica. • Pueden manejar líquidos que contengan aire o vapor. • Comúnmente no tienen válvulas.
4.4 Limitaciones de las bombas rotatorias, normatividad.
La mayoría de las bombas presentan inconvenientes o limitaciones que alteran el proceso de bombeo entre las cuales encontramos : •
Diseño operan bajo el mismo principio de desplazamiento positivo. Esto quiere decir que al igual que las recíprocas, en cada ciclo o revolución es impulsada una cantidad relativa de líquido.
•
La bomba rotatoria no puede bombear líquidos que contengan sólidos. Puesto que pequeñas partículas abrasivas como cascajo o arena se almacenarán entre las partes.
•
Su capacidad de flujo es generalmente de bajo rango es decir la capacidad de 13
manejo de flujo en una bomba rotatoria, está en función de su tamaño y velocidad de rotación. •
•
Son bombas sensibles a la presencia de abrasivos, por la gran fricción que hay entre los engranes o lóbulos y el fluido. Las frecuencias torsionales naturales no amortiguadas del conjunto de la bomba, deben estar al menos entre ± 10% de la frecuencia de excitación en el rango de velocidades de operación especificados. Además de que estas no son utilizadas en temperaturas altas.
•
Su rango de presión de descarga es medio, del orden de 20 kg/cm2 máximo y en la mayoría su capacidad de succión es de 0.65 atmósferas (6.5 m de col. de agua). Cuando la bomba pierde succión se pone ruidosa.
Normas de PEMEX para bombas rotativas:
NRF‐209‐PEMEX‐2014
Bombas rotatorias
Esta norma tiene como objetivo establecer los requisitos técnicos y documentales para la adquisición o contratación de servicios de bombas rotatorias. Establece los requerimientos de diseño, materiales, inspección y pruebas en la adquisición o contratación de servicios de bombas rotatorias utilizadas en las instalaciones de petróleos mexicanos y organismos subsidiarios. Esta norma no tiene concordancia con ninguna norma mexicana
o
internacional.
14
Conclusión
Las bombas rotativas tienen una extensa variedad de características que ayudan a determinar cuál es la más óptima dependiendo el líquido que se está utilizando dentro del proceso por ello es conveniente conocer cada uno de los tipos, su campo de aplicación así como las limitaciones que están tienen como sabemos en la industria petrolera se emplean casi todos los tipos de bombas, con ciertas preferencias en aplicaciones o actividades concretas, como es el caso de estas que se utilizan por ejemplo en el flujo de fluidos de perforación específicamente en los lodos por ello es importante conocer su principio de funcionamiento puesto que son de mucha utilidad en trabajos encomendados a la ingeniería.
15
Referencias bibliográficas
www.monografias.com/trabajos15/tipos-bombas/tipos-bombas.shtml#ixzz3bA8JERLm http://es.scribd.com/doc/19023009/bombas-rotativas#scribd http://bombas-hidro.blogspot.mx/2008/03/bombas-rotatorias.html http://www.academia.edu/5118041/PRINCIPIOS_DE_LAS_BOMBAS_DE_DESPLAZAMI ENTO_POSITIVO http://www.ehowenespanol.com/ventajas-desventajas-bombas-engranajehidraulicas- hechos_142260/ http://www.monografias.com/trabajos14/bombas/bombas.shtml
16
