BOMBAS 2014
BOMBAS 1.
Objetivo Establecer las reglas básicas en la selección y dimensionado de bombas Presentar las características de los distintos tipos de bombas Conocer las aplicaciones de las diferentes bombas
2.
Introducción
Las bombas cumplen la función de generar el movimiento de los fluidos desde un punto a otro del proceso, mismo se podría ajustar al nombre de bomba o compresor, los que suelen evaluarse por cuatro características: Cantidad de fluido descargado por unidad de tiempo Aumento de la presión Potencia Rendimiento El efecto conseguido por la mayoría de los dispositivos de bombeo es el de aumentar la presión del fluido, si bien algunos de ellos comunican al fluido un aumento de su energía cinética o una elevación de su nivel geodésico. Las bombas en general son utilizadas parea líquidos. Estas trabajan simultáneamente con la presión atmosférica de forma que esta impulse el liquido hacia el interior de la bomba por la depresión que tiene lugar en el centro de la misma. Las bombas empleadas para gases y vapores suelen llamarse compresores. Los compresores poseen una tubería de succión por donde es aspirado el gas que dentro del compresor reduce su volumen y aumenta su presión. 1. 2. 3. 4.
3.
Principio y Funcionamiento
Un equipo de bombeo es un transformador de energía, mecánica que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc. Y la convierte en energía, que un fluido adquiere en forma de presión, de posición y de velocidad. Así se tendrán bombas que funcionen para cambiar la posición de un cierto fluido. Por ejemplo la bomba de pozo profundo, que adiciona energía para que el agua del sub-suelo se eleve a la superficie. 1
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BOMBAS 2014 Un ejemplo de bombas que adicionan energía de presión sería una bomba en un oleoducto, en donde las cotas de altura así como los diámetros de tuberías y consecuentemente las velocidades fuesen iguales, en tanto que la presión fuesen iguales, en tanto que la presión fuese incrementada para poder vencer las pérdidas de fricción que se tuviesen en la conducción. Existen bombas que trabajan con presiones y alturas iguales que únicamente adicionan energía de velocidad. Sin embargo a este respecto hay muchas confusiones en los términos presión y velocidad por la acepción que llevan implícita de las expresiones fuerza-tiempo. En la mayoría de las aplicaciones de energía conferida por la bomba es una mezcla de las tres. Las cuales se comportan de acuerdo con las ecuaciones fundamentales de la mecánica de fluidos. Lo inverso a lo que sucede en una bomba se tiene en una máquina llamada comúnmente turbina, la cual transforma la energía de un fluido> en sus diferentes componentes citadas en energía mecánica. Para una mayor claridad, buscando una analogía con las máquinas eléctricas, y para el caso específico del agua, una bomba sería un generador hidráulico, en tanto que una turbina sería un motor hidráulico. Normalmente un generador hidráulico (bomba) es accionado por un motor eléctrico, térmico, etc. mientras que un motor hidráulico (turbina) acciona un generador eléctrico. Tratándose de fluidos compresibles el generador suele llamarse compresor y el motor puede ser una turbina de aire, gas o simplemente un motor térmico. Antes de conocer los fundamentos de operación de las bombas es necesario distinguir las diferentes clases de bombas que existen, y para esto la clasificación dada por el “HidráulicaInstituto” de E.U.A. (1984) parece ser la más adecuada. Existe una diversidad de clasificación de bombas que ocasionalmente puede causar confusión al intentar ubicarlas dentro de un cierto tipo, clave u otra distinción, sin embargo la más adecuada para propósitos de este trabajo es la proporcionada por el instituto de Hidráulica de los E.E.U.U.
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4.
Clasificación de bombas
Esta clasificación toma en cuenta la forma cómo el fluido se desplaza dentro de los elementos de la bomba, así para aquellos en los que el fluido se desplaza a presión dentro de una carcasa cerrada, como resultados del movimiento suavizada de un pistón o embolo, se le denomina “bombas de desplazamiento positivo”, mientras que las bombas en las cuales el fluido es desplazado por el 3
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BOMBAS 2014 movimiento circular de uno o varios impulsores provistos de alabe, se les denomina “Bombas Centrifugas” y es en el presente trabajo a estas últimas a las que se hará referencia. La clasificación anterior parece ser la más adecuada sin embargo, puede ser útil conocer dentro de esta clasificación algunas características o situaciones que ayudara a seleccionar la bomba más adecuada. Si por ejemplo estás pueden ser clasificadas de la siguiente manera; según el sistema donde funcionarán o la forma física de ella. Para la primera clasificación que es conocer el sistema donde la bomba tendrá su funcionamiento. Consiste en saber si la bomba succionara del recipiente y con alturas variables o si la bomba se instalará en un sumidero o en una fosa. Así mismo en necesario el líquido que la bomba manejará: si con volátiles, viscosos, calientes o pastas aguadas, que así se manejará el concepto de densidad y partículas que la bomba pueda impulsar. Respecto a la forma física de la bomba se debe tener en cuenta que existen bombas de eje horizontal o vertical, ambas de empujes centros o de desplazamiento positivo, baja o alta velocidad , también la especificación de los materiales deben ser compatibles con los líquidos que se bombearán. Una práctica común es definir la capacidad de una bomba con el número adimensional llamado velocidad específica, que se describe posteriormente que es función del número de revoluciones a las que giren sus participantes rotatorias, de la siguiente forma se puede ser de alta o baja velocidad. 5. DESCRIPCIÓN
DE BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
BOMBAS ROTATORIAS Las bombas rotatorias, que generalmente son unidades de desplazamiento positivo, consisten de una caja fija que contiene engranajes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc., que operan con un claro mínimo. En lugar de "arrojar" el líquido, como en una bomba centrífuga, una bomba rotatoria lo atrapa, lo empuja contra la caja fija. La bomba rotatoria descarga un flujo continuo. Aunque generalmente se les considera como bombas para líquidos viscosos, las bombas rotatorias no se limitan a este servicio solo, pueden manejar casi cualquier líquido que esté libre de sólidos abrasivos. 6.
Tipos de bombas rotatorias
Bombas de Leva y Pistón 4
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BOMBAS 2014 También llamadas "Bombas de émbolo rotatorio", 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 de la bomba.
Bombas de engranajes externos
Estas constituyen el tipo rotatorio más simple. Conforme los dientes de los engranajes se separan en el lado de succión de la bomba , el líquido llena el espacio entre ellos. Este se conduce en trayectoria circular hacia fuera y es exprimido al engranar nuevamente los dientes.
Bombas de engranajes internos
Este tipo tiene un motor 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.
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Bombas lobulares
Éstas se asemejan a las bombas del tipo de engranajes en su forma de acción, tienen dos o más motores cortados con tres, cuatro, o más lóbulos en cada motor .Los motores se sincronizan para obtener una rotación positiva por medio de engranajes externos. Debido al que el líquido se descarga en un númeromás reducido de cantidades mayores que en el caso de la bomba de engranajes, el flujo del tipo lobular no es tan constante como en la bomba del tipo de engranajes.
Bombas de tornillo
Estas bombas tienen de uno a tres tornillos roscados convenientemente que giran en una caja fija. Las bombas de un solo tornillo tienen un motor en forma de espiral que gira excéntricamente en un estator de hélice interna o cubierta. Las bombas de dos y tres tornillos tienen uno o dos engranajes locos, respectivamente, el flujo se establece entre las roscas de los tornillos, y a lo largo del eje de los mismos.
Bombas de aspas
Las bombas de aspas oscilantes tienen una serie de aspas articuladas que balancean conforme gira el motor, atrapando al líquido y forzándolo en el tubo descarga de la bomba. Las bombas de aspas deslizantes ) usan aspas que presionan contra la carcasa por la fuerza centrífuga cuando gira el motor. líquido atrapado entre las dos aspas se conduce y fuerza hacia la descarga bomba.
7.
se de se El de
BOMBAS ALTERNATIVAS
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BOMBAS 2014 Las bombas alternativas o reciprocantes son también unidades de desplazamiento positivo descargan una cantidad definida de líquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de carrera. 8.
Tipos de bombas alternativas
El flujo de descarga de las bombas centrífugas y de la mayor parte de las bombas rotatorias es continuo. Pero en las bombas alternativas el flujo pulsa, dependiendo del carácter de la pulsación del tipo de bomba y de que esta tenga o no una cámara de colchón. Igual que otras bombas, las bombas alternativas no succionan los líquidos. Reducen solamente la presión en la cámara de succión y la presión externa, generalmente la atmosférica, empuja el líquido en la bomba. Para cualquier bomba con una línea de succión de tamaño dado, la capacidad o velocidad máxima viene fijada por la columna de succión neta positiva. Existen básicamente dos tipos de bombas alternativas: las de acción directa, movidas por vapor y las bombas de potencia.
Bombas de acción directa
En este tipo, una varilla común de pistón conecta un pistón de vapor y uno de líquido. Las bombas de acción directa se construyen, simplex (un pistón de vapor y un pistón de líquido respectivamente) y dúplex (dos pistones de vapor y dos de líquido). Las bombas de acción directa horizontales simples y dúplex, han sido por mucho tiempo muy usadas para diferentes servicios, incluyendo alimentación de calderas en presiones de bajas a medianas, manejo de lodos, bombeo de aceite y agua, etc. Se caracterizan por la facilidad de ajuste de columna, velocidad y capacidad. Al igual que todas las bombas alternativas, las unidades de acción directa tienen un flujo de descarga pulsante.
Bombas de potencia
Tienen un cigüeñal movido por una fuente externa (generalmente un motor eléctrico), banda o cadena. Frecuentemente se usan engranajes entre el motor y el cigüeñal para reducir la velocidad de salida del elemento motor. El extremo líquido que puede ser del tipo de pistón o émbolo desarrollara una presión elevada cuando se cierra la válvula de descarga. Por esta razón es común el proporcionar una válvula de alivio para descarga, con objeto de proteger la bomba y su tubería. Las bombas de acción directa se detienen cuando la fuerza total en el pistón del agua iguala a la del pistón de vapor; las bombas de potencia desarrollan una presión muy elevada antes de detenerse. Esta es varias veces la presión de descarga normal de las bombas de potencia. Las bombas de potencia se encuentran particularmente bien adaptadas para servicios de alta presión y tienen algunos usos en la alimentación de calderas, 7
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BOMBAS 2014 bombeo en líneas de tuberías, procesos de obtención de petróleos y aplicaciones similares. Las bombas de potencia en los primeros diseños eran generalmente movidas por vapor. En el presente, sin embargo, es más común el movimiento por motor eléctrico o de combustión interna debido a que este arreglo da una instalación más económica compacta y requiere menos mantenimiento. Las bombas de potencias del tipo émbolo de alta presión pueden ser horizontales o verticales
Bombas de potencia de baja capacidad
Estas unidades se conocen también como bombas de capacidad variable, volumen controlado y de proporción. Su uso principal es para controlar el flujo de pequeñas cantidades de líquido para alimentar calderas, equipos de procesos y unidades similares. Como tales ocupan un lugar muy importante en muchas operaciones industriales en todo tipo de plantas.
La capacidad de estas bombas puede variarse cambiando la longitud de la carrera. La unidad en la usa un diafragma para bombear el líquido que se maneja, pero el diafragma esta accionado por un émbolo que desplaza aceite dentro de la cámara de la bomba. Cambiando la longitud de la carrera del émbolo se varía el desplazamiento del diafragma.
Bombas de diafragma
La bomba combinada de diafragma y pistón generalmente se usa solo para capacidades pequeñas. Un diafragma de material flexible no metálico puede soportar mejor la acción corrosiva o erosiva que las partes metálicas de algunas bombas alternativas. Las bombas de diafragma se usan para gastos elevados de líquidos, ya sea claros o conteniendo sólidos. También son apropiados para pulpas gruesas, drenajes, lodos, soluciones ácidas y alcalinas, así como mezclas de agua con sólidos que pueden ocasionar erosión. La bomba de rocío de diafragma de alta velocidad y pequeño desplazamiento esta provista de una succión del tipo 8
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BOMBAS 2014 discoidal y válvulas de manejar productos químicos. 9.
descarga.
Ha
sido
diseñada
para
Otros diseños
Existen también un gran número de otros tipos de bombas alternativas, diseñadas para
servicios especializados. Muchas se usan en sistemas hidráulicos industriales, de lubricación, de manejo de químicos, y similares.
10.
BOMBAS DE ROTOR MÚLTIPLE:
Dentro de esta clase de bombas se encuentran las siguientes: Tornillo Lóbulo Bloque de Vaivén Muchos tipos de éstas bombas tendrán funcionamiento adecuado durante mucho tiempo cuando bombean una mezcla de líquido y gas; la descarga neta de líquido se reducirá mucho si una parte del caudal, dentro de la bomba, es una mezcla de gas y liquido o de aire y líquido. Por ello siempre es necesario asegurar una
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BOMBAS 2014 presión o carga adecuada de succión para que la bomba se llene por completo con líquido y funciones sin cavitación. 11.
TIPOS DE BOMBAS RECIPROCANTES:
Existen básicamente de dos tipos: de acción directa, movidas por vapor y las bombas de potencia. Existen muchas modificaciones de los diseños básicos, construidas para servicios específicos en diferentes campos algunos se clasifican como bombas rotatorias por los fabricantes, aunque en realidad utilizan el movimiento recíprocamente de pistones o émbolos para asegurar la acción de bombeo. 12.
La clasificación de estas es: Pistón Embolo Diafragma
13.
Tipos de centrífugas
bomba
Bombas voluta
Aquí el impulsor descarga en una caja espiral que se expande progresivamente proporcionada en tal forma que la velocidad del líquido se reduce en forma gradual. Por este medio, parte de la energía de velocidad del liquido se convierte en presión estática.
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Bombas difusor
Las paletas direccionales estacionarias rodean el motor o impulsor en una bomba del tipo difusor. Esos pasajes con expansión gradual cambian la dirección del flujo del líquido y convierten la energía de velocidad a columna de presión.
Bombas
turbina También se conocen como bombas de vórtice, periféricas y regenerativas; en este tipo se producen remolinos en el liquido por medio de los paletas a velocidades muy altas dentro del canal anular en el que gira el impulsor. El liquido va recibiendo impulsos de energía. La bomba del tipo difusor de pozo profundo, se llaman frecuentemente bombas turbinas.
Bombas de flujo mixto y axial
Las bombas de flujo mixto desarrollan su columna parcialmente por fuerzas centrífugas y parcialmente por el impulsor de los paletas sobre el líquido. El diámetro de descarga de los impulsores es mayor que el de entrada. Las bombas de flujo axial desarrollan su columna por la acción de impulso o elevación de las paletas sobre el líquido. El diámetro del impulsor es el mismo en el lado de succión y en el de descarga. Una bomba de impulsor es un tipo de bomba axial. 14.
Clasificación según aplicación
Aun cuando no todas las bombas centrífugas están clasificadas por un nombre genérico que designa su aplicación final, un gran número de ellas incluyen este término relacionado con su servicio. Así, las bombas centrífugas pueden llamarse de alimentación de calde4ra, de propósito general, de sumidero, pozo profundo, de refinería, de circulación, etc. En general, cada una tiene características 11
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BOMBAS 2014 específicas de diseño, así como los materiales que el constructor recomienda para el servicio particular. Hay aun otra subdivisión basada en las características estructurales y generales; tales como unidades horizontales y verticales, diseños de acoplamiento directo, impulsores de succión simple y doble, carcasas divididas horizontalmente, etc. 15.
Diseños normales típicos de bombas
Bombas de propósito general: estas están construidas generalmente para manejar líquidos frescos y limpios a temperaturas ambiente o moderadas. Generalmente de un solo paso, estas unidades pueden ser de carcasa divida y aditamentos normales; igualmente buenas para un gran número de servicios. Algunas son de varios impulsores, mientras que otras manejan líquidos que contienen sólidos en suspensión. Para ver los gráficos seleccione la 16.
Bombas múltiples
Las unidades horizontales de este diseño, están construidas con carcasa ya sea del tipo barril o del tipo horizontalmente dividido. La carcasa del tipo barril se usa más comúnmente en diseños de alta presión con cuatro o más pasos, mientras que la carcasa dividida se usa para presiones que varían desde bajas hasta moderadamente altas con cualquier número de pasos.
Bombas acopladas directamente Estas combinan la bomba y su motor en una sola unidad, proporcionando una bomba compacta, maciza y eficiente.
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Bombas inatascables
Pueden o no tener impulsores de paleta, y estas unidades manejan líquidos de drenaje, de proceso en fábricas de papel, líquidos viscosos y otros similares que contengan sólidos.
Bombas turbinas regenerativas
Estas tienen limitaciones perfectamente definidas en cuanto a columna y capacidad más allá de las cuales no puede competir económicamente con la bomba centrífuga usual. Sin embargo, dentro de su margen de aplicación tienen ventajas apreciables, incluyendo buenas características de succión, capacidad muy elevada y buena eficiencia. 17.
BOMBA CENTRIFUGA HORIZONTALES
CLASES, TIPOS Y COMPONENTES PRINCIPALES: Las bombas centrifugas se fabrican en dos tipos: el horizontal y el vertical .la bomba primera tiene un propulsor vertical conectado a un eje horizontal. La bomba de tipo vertical consta de un propulsor horizontal conectado a un eje vertical. La bomba centrifuga funciona bajo el principio de la centrifugación, en estas bombas el motor o cualquier otro medio que las accione hace girar una hélice con las arpas sumergidas en agua y encerradas en un estuche. El agua penetra en la caja e inmediatamente en el flujo del centro de dicho impulsor hacia los bordes del mismo o a las cajas parte exterior de la caja donde se eleva con rapidez la presión de la carga. Para aligerar esta presión, el agua escapa por el tubo de salida. La bomba centrifuga no funciona hasta que la caja queda totalmete llena de agua o cebada. Tanto las verticales como las horizontales succionan agua dentro de sus propulsores, por lo que deben ser instaladas a solo unos cuatro metros sobre la superficie del agua. En estas condiciones el tipo vertical tiene mayor ventaja, porque puede bajarse a la profundidad que separa el bombeo y el eje vertical es lanzado a la superficie donde está el motor. la bomba centrifuga se limita al bombeo en los depósitos de agua, lagos o pozos poco profundos, donde la succión no es mayor de 6 metros. La bomba centrifuga horizontal es la más usada, cuesta menos, es fácil de instalar y es más accesible para su inspección y mantenimiento, sin embargo, requiere mayor espacio que la bomba de tipo vertical. En la siguiente figura se muestra una bomba horizontal típica. 13
TRANSPORTE Y ALMACENAJE
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Figura 1. SECCIÓN TRANSVERSAL DE UNA BOMBA CENTRIFUGA HORIZONTAL MODERNA
Existen varias formas de clasificar las bombas centrifugas y entre ellas se tienen las siguientes: 18.
CLASIFICACIÓN SEGÚN EL TIPO DE IMPULSOR:
•
IMPULSOR ABIERTO: En esta clase de están unidas núcleo del impulsor los extremos. Su uso bombas muy puede manejar además muy sencillo. El en la siguiente figura:
impulsor las paletas directamente al sin ningún plato en está limitado a pequeñas, pero se cualquier liquido y inspeccionarlo es impulsor se visualiza
Impulsor abierto •
IMPULSOR SEMI-ABIERTO: Su construcción varia en que está colocado un plato en el lado opuesto de la entrada del liquido y por ende esta más reforzada que el impulsor abierto como las 14
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BOMBAS 2014 paletas a estar unidas tienen la función de disminuir la presión en la parte posterior del impulsor y la entrada de materiales extraños se alojan en la parte posterior del mismo.
IMPULSOR SEMI-ABIERTO • IMPULSORES CERRADOS: Este impulsor se caracteriza porque además del plato posterior lo rodea una corona circular en la parte anterior del impulsor. Esta corona es unida también a las paletas y posee una abertura por donde el liquido ingresa al impulsor. Este es el impulsor mas utilizado en las bombas centrifugas por su rendimiento que es superior a las dos anteriores. Hay que hacer notar que debe ser utilizado en líquidos que no tienen sólidos en suspensión.
IMPULSOR
CERRADO CLASIFICACIÓN TIPO DE SUCCIÓN:
19.
SEGÚN EL Los cuales pueden ser: Simple succión Doble succión Las bombas de simple succión admiten agua solo por un lado del impulsor, mientras que las de doble succión lo hacen por ambos lados. Hay que hacer notar que las bombas de doble succión lo hacen por ambos lados. Hay que hacer notar que las bombas de doble succión funcionan como si existieran doble (dos) impulsores, uno en contra posición del otro y esto elimina el problema de empuje axial. Otra ventaja es la seguridad con la que trabajan frente a la cavitación, ya que el área de admisión del agua es superior a las de las bombas de simple succión. 20. CLASIFICACIÓN SEGÚN DEL NUMERO DE IMPULSORES EMPLEADOS: Bombas de una fase
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BOMBAS 2014 Bombas de múltiples fases
Las bombas de una sola fase es la que la carga o altura manométrica total es proporcional por un único impulsor. Ahora la bomba de múltiples fases alcanza su altura manométrica o carga con dos o más impulsores, actuando en serie en una misma carcaza y un único eje, es por esto que las bombas de múltiples fases es utilizada en cargas manométricas muy altas. 21. CLASIFICACIÓN SEGÚN LA TRAYECTORIA DEL LÍQUIDO EN EL IMPULSOR: • Bombas de flujo Radial En este tipo de bomba el líquido penetra al impulsor en dirección paralela al eje de la bomba y sale en dirección perpendicular al eje del impulsor. Las cargas manométricas a manejar son las altas. • Bombas de flujo Axial Aquí el liquido penetra axialmente en el impulsor y su salida es en la misma dirección, es utilizada para cargas manométricas bajas. • Bombas de flujo Mixto El flujo penetra axialmente en el impulsor y sale en una dirección intermedia entre radial y axial, las cargas manométricas manejadas son medias. 22. CLASIFICACIÓN SEGÚN LA CARCAZA: • Bombas con Carcaza Tipo Voluta. La carcaza en este tipo de bombas es de voluta o espirar y no tienen paletas difusoras como se ve en la figura que sigue:
Bombas con Carcaza Tipo Voluta
La voluta recibe el líquido que sale del impulsor y transforma la mayor parte de la energía cinética en energía de presión. El área de la sección transversal de la voluta aumenta progresivamente en el arco de 360 º descrito en torno al impulsor. Debido a que la voluta no es simétrica existe un des-balance de presiones a lo largo de la misma, lo cual origina una fuerza radial muy considerable en caso de que la bomba trabajara fuera del punto de rendimiento óptimo la magnitud de este 16
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BOMBAS 2014 empuje radial puede compensarse con un aumento del diámetro del eje con un sobre-dimensionamiento de los cojinetes, lo que encarece la bomba. • Bombas de difusor o Bombas-turbina: Este tipo de bomba se caracteriza por poseer, fijas a la carcasa, paletas direccionadoras del flujo de agua que sale del impulsor, el que recorre el camino establecido por las paletas fijas, a lo largo de las cuales ocurre la transformación de energía cinética en energía de presión. Hay que hacer notar que las bombas con difusor presentan el serio inconveniente de proporcionar el choque entre las partículas de agua a la entrada de difusor, cuando la bomba trabaja en un punto deferente al de diseño. Si existe una alteración en el funcionamiento de la bomba, en relación a lo considerado en el diseño, cambia el ángulo de salida de los diferentes líquidos, pero no se altera el ángulo de los difusores, presentándose el choque entre partículas, con la consecuente pérdida de eficiencia de la máquina. Las bombas con difusores fueron muy utilizadas al inicio del desarrollo de las bombas centrifugas pero fueron perdiendo importancia al perfeccionarse las técnicas para construir carcazas. 23.
DESCRIPCIÓN POSITIVO
DE
BOMBAS
DE
DESPLAZAMIENTO
NO
Bombas centrífugas
Las industrias químicas son usuarios principales de bombas de todos los tipos, pero en particular de las centrífugas. Las bombas centrífugas, también denominadas rotativas, tienen un motor de paletas giratorio sumergido en el líquido. El líquido entra en la bomba cerca del eje del motor, y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta presión. El motor también proporciona al líquido una velocidad relativamente alta, que puede transformarse en presión en una parte estacionaria de la bomba, conocida como difusor. En bombas de alta presión pueden emplearse varios motores en serie, y los difusores posteriores a cada motor pueden contener aletas de guía para reducir poco a poco la velocidad del líquido. En las bombas de baja presión, el difusor suele ser un canal en espiral cuya superficie transversal aumente de forma gradual para reducir la velocidad. El motor debe ser cebado antes de empezar a funcionar, es decir, debe estar rodeado de líquido cuando se arranca la bomba. La gran holgura ofrecida en este tipo de bombas al paso de los fluidos, hace que estas resulten adecuadas para la manipulación de fluidos que lleven en suspensión partículas sólidas, y además permiten el estrangulado o aun el cierre 17
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BOMBAS 2014 temporal de la válvula de la tubería de descarga (de impulsión). En este caso extremo, el fluido simplemente gira en el interior de la caja y absorbe la energía cedida por el motor. La absorción total de la energía eleva rápidamente la temperatura del fluido y la de la bomba lo suficiente para poder causar el desajuste de las partes móviles en poco tiempo. En general las bombas centrífugas son más fáciles de construir que las bombas alternativa de desplazamiento positivo, o las rotatorias. La bomba centrífuga resulta especialmente más apta para la manipulación de líquidos viscosos que la bomba alternativa, aunque es menos adecuada que la bomba rotatoria. Las ventajas primordiales de una bomba centrífuga son la simplicidad, el bajo costo inicial, el flujo uniforme (sin pulsaciones), el pequeño espacio necesario para su instalación, los costos bajos de mantenimiento, el funcionamiento silencioso y su capacidad de adaptación para su uso con impulsos por motor o turbina. Además tiene gran capacidad por el poco rendimiento a bajo flujo, y por eso su empleo esta limitado a las grandes plantas. No exigen gran espacio, y para líquidos no viscosos los rendimientos son comparables a los de otros tipos para mayores capacidades.
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BOMBAS 2014 24. APLICACIÓN
DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO EN LOS PROCESOS ALIMENTARIOS: PASTAS DE BAJA Y ALTA VISCOSIDAD. Bombas para pastas aguadas
Si se va a bombear una pasta aguada más o menos espesa en vez de líquido caliente o corrosivo, se debe utilizar la bomba con revestimiento. Este tipo, que también es de diseño suspendido suele ser más fuerte y grueso y trabaja a menos rpm y a menudo la propulsión es con bandas V o de velocidad variable. Pueden tener revestimiento duro con placas de metal duro reemplazable, como el Ni-hard que resiste la abrasión por las pastas espesas o pueden tener revestimiento de caucho, que se prefiere para algunos materiales. El bombeo de pastas aguadas es un tema especializado y se puede encontrar más información en las páginas 214 y 238 de este libro y en otras publicaciones.8xg
Bombas verticales: en línea o para sumidero
Se puede obtener capacidad hidráulica similar a la del tipo AVS con la bomba vertical en línea, que se ha popularizado mucho por su diseño compacto y ei ahorro deespacio porque se instala directamente en la tubería horizontal. El ANSI ha publicado una normal0 para bombas verticales en línea para las industrias de procesos químicos; también se cuenta con aleaciones especiales. También están disponibles modelos para gran caudal y temperaturas y presiones altas, para caudales hasta de unos 2 500 gpm y cargas de 150 ft. Si la bomba que cumpla con los requisitos de la figura 3 debe estar en un tanque o una fosa, la elección más probable será una vertical. También se pueden utilizar bombas horizontales autocebantes en donde hay carga de succión, según lo prefiera el usuario. Las bombas verticales para sumidero son centrífugas, de voluta, de una etapa o verticales de turbina de una etapa; estas últimas son una derivación de las bombas de pozo profundo de agua. Consiste en una o más etapas atornilladas entre sí para formar una bomba de etapas múltiples. Estas bombas están disponibles para caudales de 60 a más de 30 000gpm, por ejemplo, para agua de enfriamiento en una’ planta grande.Por otra parte, la bomba de sumidero tipo voluta tiene muchas variantes especiales para procesos químicos que no se emplean en las bombas verticales de turbina como son camisas de vapor para bombear líquidos en fusión(Fig. 10) o son de diseño vertical en voladizo que no necesitan cojinetes a lo largo del eje y eliminan la posibilidad de corrosión en el tanque o fosa. También hay bombas verticales para pastas aguadas, con revestimientos de metales especiales o de caucho, con impulsores del tipo de 19
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BOMBAS 2014 paletas que dan mayor eficiencia general así como confiabilidad en servicios difíciles con materiales sucios.
Bombas de etapas (pasos) múltiples
Para cargas mayores de unos 700 ft, las bombas deben funcionar a velocidades mayores que las obtenibles con motores de 60 Hz o se pueden usar bombas de etapas múltiples. Las bombas de tipo dinámico van de acuerdo con la ley de la afinidad:
En donde N es la velocidad, Q es el caudal o flujo y H es la carga. Con esta relación, se puede ver que al hacer funcionar una bomba al doble de la velocidad dada, se duplica la capacidad y la carga producida será cuatro veces mayor. Para funcionar a más de 3 550 rpm, se requieren engranes aumentadores de velocidad, que no siempre son deseables. Muchas bombas se construyen sólo con cojinetes antifricción,que no se emplean en bombas para más de 4 000 a 4 500 rpm. Por ello, sólo en bombas de diseño especialpara altas velocidades se pueden obtener mayores cargas con una sola etapa. Lo más común es utilizar varias etapas en serie en la misma carcasa; la de tipo partido horizontalmente es la que más se utiliza y tiene los impulsores dispuestos ya sea en un solo sentido y equilibrados con tambores y cojinetes de empuje para equilibrio (balanceo) o impulsores opuestos en los que el empuje se equilibra en forma parcial por las fuerzas opuestas en cada uno. Se pueden lograr presiones altas, mayores de 1 800 a 2 000 psi con la carcasa del tipo de barril partida verticalmente, que se utilizan para alimentación de calderas a alta presión o en bombas de carga de alta presión en ciertos procesos químicos y petroquímicos. Las bombas de dos etapas también se pueden obtener en el tipo de carcasa partida horizontalmente o como soportadas entre líneas de centros de cojinetes que se pueden emplear en la gama de 50 a 2 700 gpm con cargas hasta de unos 1 500 ft. En las bombas verticales de etapas múltiples se aplican leyes de afinidad similares y se pueden construir hasta con 20 o 25 etapas en bombas verticales de turbina pequeñas. Pero, antes de especificar una bomba que tiene tantas piezas conviene 20
TRANSPORTE Y ALMACENAJE
BOMBAS 2014 investigar otros tipos como la vertical en línea con engranes aumentadores de velocidad 0, quizá, una bomba reciprocantetríplex.
Bombeo de volúmenes pequeños
A menudo, muchos de los requisitos de bombeo en las industrias de procesos químicos son para volúmenes pequeños. Aunque siempre se piensa en plantas y producciones más grandes, subsiste el hecho de que en una planta de proceso de cualquier tamaño siempre se necesitan bombas pequeñas. Esto plantea el dilema de no poder encontrar una bomba lo bastante pequeña para un trabajo eficiente y hay que llegar a una solución intermedia en cuanto a la eficiencia o tipo de bomba centrífuga. La solución intermedia más clara para bombear volúmenes pequeños es utilizar una bomba demasiado grande para el trabajo. Examínese el problema de la figura ll. El examen del formulario para cálculo de carga sugeriría el empleo de una bomba centrífuga convencional. Pero el tamaño más pequeño disponible, por ejemplo en el tipo AVS es demasiado grande Se podría seleccionar la bomba de todos modos si se trabajara de retorno en la curva hacia cero flujo, con el sacrificio de la. Eficiencia. Si se consulta la figura 2 se confirmaría que para esta velocidad específica de 10.5 (con Q en ft3/s y a 3 550 rpm) no se podría encontrar ninguna bomba centrífuga eficiente. Pero, se podrían estudiar otros tipos de bombas para este servicio. La bomba de emisión parcial, que se construye casi siempre en tipos verticales en línea, tiene un solo punto de emisión en el difusor, por contraste con una bomba de voluta completa. La bomba de emisión parcial aparece en la figura 2 dentro de una gama limitada. Se construye para acoplamiento directo a 3 550 para capacidades entre 5 y 300 gpm y con transmisión de engranes con velocidades de rotación hasta 24 000 rpm con capacidades hasta de 400 gpm o cargas de 6 000 ft. La bomba regenerativa de tipo turbina también está disponible para pequeños volúmenes y con una o dos etapas, aunque también hay algunas de etapas múltiples. Este tipo es para líquido limpio, libre de materiales abrasivos o particulados, porque las holguras entre el impulsor y la carcasa son muy pequeñas. Está disponible en tipos con eje horizontal o vertical y algunas marcas tienen carcasas con las dimensiones externas de AVS; sin embargo, ambos son ineficientes. Se selecciona por su sencillez y facilidad de funcionamiento y control. Si se necesita un bombeo eficiente en bajo volumen, se pueden emplear bombas de desplazamiento positivo.
Bombeo de líquidos viscosos 21
TRANSPORTE Y ALMACENAJE
BOMBAS 2014 La aplicación más importante de las bombas rotatorias de desplazamiento positivo es para líquidos viscosos. Son dinámicas porque conforme sube la viscosidad del líquido, también aumentan las pérdidas por fricción. Esto ocasiona una caída en la relación carga-capacidad de una bomba dada y una disminución en la eficiencia (Fig. 16). Para contrarrestar esta dificultad, se pueden utilizar bombas de engranes o de tornillos, pues la viscosidad creciente ayuda a la bomba, porque se pierde menos líquido en el deslizamiento y hay más flujo neto de avance. Por supuesto, deben tener suficiente potencia para manejar el líquido viscoso. En la figura 17 se presenta una curva típica de rendimiento de una bomba rotatoria con velocidad constante y viscosidad variable en el líquido.
Bombas de volumen controlado
Las bombas requeridas para volumen muy pequeño que entregan una cantidad dosificada exacta en un sistema de inyección o uno de alimentación de productos químicos pertenecen a una categoría diferente. Estas bombas son, básicamente, de émbolo, propulsadas por cigüeñal o manivela con algún mecanismo para ajustar la carrera. Este ajuste, por lo general, se hace cuando la bomba está en marcha; hay algunas que tienen ajustador automático. También, en estas bombas, está disponible el extremo para líquido con diafragma. El diafragma separa el líquido bombeado del aceite hidráulico que maneja el émbolo y se tiene bombeo a prueba de fugas en toda la duración útil del diafragma. Las bombas de émbolo o de diafragma se pueden disponer como unidades múltiples para manejar volúmenes más grandes o, a veces, para manejar diversos caudales de líquido con la misma unidad propulsora.
Bombas para alta temperatura
Ahora se estudiará el mismo problema hidráulico pero con el requisito adicional de que el líquido está caliente. El límite de temperatura para la carcasa tipo AVS soportada con pedestales es entre 350 y 400’F. En la mayor parte de las plantas para productos de petróleo y petroquímicas no se permite este tipo, ni siquiera a esa temperatura, sino que requieren la bomba del tipo de carcasa soportada en la línea de centros . Aunque son similares en sus factores hidráulicos, estas últimas bombas son más fuertes (la presión máxima de trabajo de la carcasa es de 600 psi o mayor contra alrededor de 300 psi para el tipo AVS) y son adecuadas para temperaturas de 800°F o más. También son del tipo de desmontaje por la parte posterior y son las primeras en que se utilizó. La carcasa soportada en la línea de 22
TRANSPORTE Y ALMACENAJE
BOMBAS 2014 centros permite una dilatación igual, encima y debajo de la línea de centros de la bomba, que es esencial cuando se bombean líquidos calientes. Para temperaturas mayores de unos 250°F, el prensaestopas y la cubierta de cojinetes pueden tener enfriamiento por agua. Estas bombas también están disponibles en tamaños grandes con el empleo de construcción de dobles cojinetes o entre cojinetes. La carcasa está partida o dividida en el eje vertical y permite utilizar una junta confinada, como en el tipo suspendido, deseable cuando se manejan líquidos calientes, inflamables o peligrosos. También hay tipos de bombas suspendidas del tipo soportado sobre centros, de menor costo. Incluyen todas las características de los tipos AVS junto con orejas en la carcasa que permiten soportarla en la línea de centros. Hay que tener cuidado al especificar estas bombas, porque no son tan resistentes ni adaptables como las de tipo soportado sobre centros estándar. 25.
PROBLEMAS DE FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS
Para obtener los resultados deseados, las características de las bombas deben ser compatibles con las condiciones reales de funcionamiento. Antes de aplicar una bomba, conviene hacer un análisis de las características del sistema de funcionamiento, en el cual deben tenerse en cuenta los siguientes factores: 1. Capacidad con descripción de las posibles variaciones 2. Presiones máxima y mínima, pulsaciones y variaciones 3. Plan completo de las condiciones de succión 4. Margen de la temperatura de funcionamiento 5. Propiedades del líquido: densidad, viscosidad, corrosión, abrasión y comprensibilidad 6. Accionamiento y control 7. Clasificación del servicio en continuo o intermitente Los caracteres mecánicos de las bombas son impuestos por las condiciones de la operación, como presiones, temperaturas, condiciones de succión y liquido bombeado. Los caracteres hidráulicos son inherentes a cada tipo de bomba y están influidos por la densidad, viscosidad, tipo de accionamiento y tipo de control. El diseño mecánico se basa en la presión que ha de manejarse y es importante la revisión de los valores máximos, cargas de choque y variaciones de presión antes de elegir la bomba. Los materiales utilizados para las partes componentes deben determinarse de acuerdo con las exigencias de resistencia mecánica, resistencia a la corrosión y a la erosión o a la combinación de estas. Las velocidades en los pasajes de la bomba son mucho más altas que las que se dan en las tuberías y vasijas de presión, con la consecuencia de que los efectos corrosivos o abrasivos del líquido. Es posible que la duración de la bomba sea muy limitada a causa del alto grado de corrosión y erosión, y a veces está justificado el empleo de materiales resistentes en las zonas críticas. También las temperaturas por encima 23
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BOMBAS 2014 de 120º C o por debajo de –18º C pueden afectar a la construcción. Las temperaturas elevadas exigen el enfriamiento por agua de los cojinetes y las cajas de empaquetadura; las bajas temperaturas requieren materiales de resistencia adecuados a la temperatura de funcionamiento. La mayor parte de las dificultades en las bombas provienen de las incorrectas condiciones de succión más que de otra causa. La pérdida de succión, la vaporización, el relleno parcial o la cavitación, llevan consigo una carga normal sobre la bomba y ocasionan alto costo de mantenimiento poca duración y funcionamiento irregular. Los líquidos limpios fríos y no corrosivos con acción lubricante no presentan problemas. Los líquidos no lubricantes, como el propano, y las mezclas abrasivas, como los catalizadores pulverizados, deben mantenerse fuera del contacto con las empaquetaduras por un líquido aislante inyectado en el anillo de engrase o dentro de un casquillo de inyección para lubricar la empaquetadura y evitar que los sólidos se incrusten en ella. La viscosidad del líquido que se bombea afecta igualmente a la potencia requerida y a la velocidad de bombeo. Las bombas de vaivén trabajan muy bien los líquidos viscosos pero pueden ser necesarias válvulas extra de succión para reducir las pérdidas y la bomba puede funcionar a una velocidad mas baja. Las bombas rotatorias de alta presión no son económicas para líquidos extremadamente viscosos. La capacidad y el diseño de las bombas centrífugas se basan en una viscosidad igual a la del agua y son muy sensibles al aumento de viscosidad. Las velocidades relativamente altas conducen a perdidas por turbulencia. 26. Las
unidades básicas utilizadas para bombas
Características
Sistema ingles
Capacidad de una bomba
Gal / min
Trabajo por unidad de masa
Ft – lbf / lbm
Sistema internacional
m
3
/h
Kj / kg
Factores de conversión
0227124
3 4.448 * 10
24
TRANSPORTE Y ALMACENAJE
BOMBAS 2014 potencia
27.
cv
W
745
NPSH
La cabeza de succión neta positiva (Net Positive Suction Head, por sus siglas en inglés) es un parámetro de suma importancia en el funcionamiento de una bomba. Se relaciona con la presión del fluido a la entrada de la bomba y por lo tanto influye en el fenómeno de la cavitación.
Presión de vapor:
Es la presión (en escala absoluta) a la cual un fluido empieza a ebullir a una temperatura dada. A cada temperatura le corresponde una presión de vapor (también llamada presión de saturación, Psat) y viceversa. Al aumentar la temperatura de un líquido la presión de saturación también aumenta. De lo anterior se deduce que un líquido caliente ebulle a una presión más alta que el líquido frío (del mismo modo que se ocupa mayor temperatura para vaporizar un fluido a mayor presión, principio utilizado en las ollas de presión) Desde otro punto de vista, si se comenzara a reducir la presión que actúa sobre un fluido caliente se encontraría que empieza a ebullir antes que el mismo líquido a menor temperatura. En la entrada a una bomba la presión del fluido debe disminuir (succión) para poder mantener el flujo del fluido pero se debe tener cuidado de que en todo momento se mantenga por encima de la presión de vapor del mismo. Si se permite que la presión del líquido descienda por debajo de Psat se forman burbujas en la corriente del fluido que posteriormente colapsan al alcanzar las zonas de mayor presión de la bomba causando vibración y picaduras (pitting) en el rodete o impulsor. Este es el fenómeno de la cavitación. En la práctica la cavitación se evita garantizando que el NPSHrequerido por la bomba sea MENOR el NPSHdisponible en el sistema. 25
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BOMBAS 2014 El NPSHrequerido es un parámetro de la bomba y lo debe dar el fabricante. Se puede interpretar como la succión que produce la bomba para poder manejar el caudal y la cabeza para las cuales fue seleccionada. El NPSH disponible es un parámetro del sistema y debe calcularse. Nos dice que tanta succión se puede tolerar antes que la presión alcance Psat. De ahí el requerimiento NPSH requerido < NPSH disponible. Se calcula de la siguiente manera: NPSH disponible. = hsp ± hs – hf - hvap hsp: Cabeza de presión estática aplicada al fluido (en escala absoluta) expresada en metros de altura de columna del fluido. hs: Diferencia de elevación entre el nivel del fluido en el depósito y la entrada a la bomba. Positivo cuando la bomba esta por debajo del depósito (preferido) y negativa cuando está por encima del mismo. hf: pérdida por fricción en la tubería de succión expresada en metros. hvap: Presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo expresada en metros de altura de columna del fluido. (= Psat@T/ g donde g es el peso especifico del fluido a la temperatura de bombeo, T) A medida que se aumenta el caudal del sistema la s pérdidas de presión en la succión aumentan de manera que cada vez se reduce más el NPSHdisponible Del mismo modo al aumentar el caudal el NPSHrequerido por la bomba aumenta como se muestra en el siguiente gráfico. Consideraciones a tomar en cuenta en la línea de succión. Es siempre recomendable reducir la longitud de la línea de succión lo más posible acercando la bomba al depósito. También se debe cuidar que el diámetro de dicha línea nunca sea más pequeño que la conexión de succión de la bomba. Es posible usar diámetros mayores utilizando una reducción excéntrica en la entrada a la bomba. Se debe minimizar la cantidad de accesorios en la línea de succión y evitar codos en el plano horizontal. Siempre que sea posible es mejor que la bomba se encentre por debajo del depósito de fluido ya que esto contribuye positivamente al NPSHdisp (el término hs en la ecuación es positivo). Las válvulas 26
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BOMBAS 2014 de compuerta generan menor pérdida de presión que las válvulas de globo cuando se encuentran completamente abiertas. Las velocidades en la línea de succión se recomiendan en el rango de 0.5 a 1.5 m/s por lo que se debe dimensionar la tubería con esto en mente. Todo lo anterior tiene por objetivo minimizar las pérdidas en la succión aumentando con ello el NPSHdisp en el sistema.
28.
¿A qué altura máxima puede aspirar una bomba? Cálculos relacionados con NPSH (ANPA) Las bombas son mucho mejores en empujar que aspirar el agua. El NPSH (Net Positive Succión Head) o ANPA (Altura Neta Positiva en la Aspiración) dice cómo de buena es una bomba en aspirar si la colocamos por encima del nivel del agua. De la curva de NPSH, proporcionada por el fabricante de la bomba, se obtiene un valor correspondiente a un caudal del diseño. A partir de ese valor podemos calcular la altura máxima de aspiración permitida, que es la altura desde que la bomba todavía podría aspirar el caudal correspondiente.
A parte del valor de NPSH de la ficha técnica, la máxima altura permitida de aspiración depende de las pérdidas de carga en la tubería de aspiración y, además, de la presión atmosférica, densidad y tensión del vapor de agua. Esta aplicación se ha creado para simplificar el cálculo. El usuario tan solo introduce el caudal requerido, valor de NPSH (en metros, según la curva característica de la bomba), el tipo, diámetro y longitud del tubo de 27
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BOMBAS 2014 aspiración, posibles pérdidas de carga locales (por los codos, válvula de pie, filtro de malla...), la altura sobre el nivel del mar y la temperatura del agua (en grados centígrados).
La aplicación devuelve la máxima altura permitida de la bomba, en la que todavía puede aspirar bajo dichas condiciones. A parte, en los resultados aparecen las pérdidas de carga en el tubo de aspiración, la presión atmosférica (expresada en hectopascales) en función de la altura sobre el nivel del mar, la tensión del vapor (expresada en kilopascales) y densidad del agua en función de la temperatura.
NPSH (Altura de aspiración positiva neta) La diferencia que existe entre la presión de entrada y el nivel inferior de presión dentro de la bomba se denomina NPSH: Altura de aspiración positiva neta. Por lo tanto, NPSH es una expresión de la pérdida de presión que tiene lugar en el interior de la primera parte de la carcasa de la bomba. La presión existente en el interior de una bomba varía desde la entrada en el lado de aspiración a la conexión de descarga en el lado de descarga. En la primera parte de la bomba, la presión disminuye antes de aumentar en el lado de la descarga a un valor superior a la de la presión de admisión. La diferencia que existe entre la presión de entrada y el nivel inferior de presión dentro de la bomba se denomina NPSH: Altura de aspiración positiva neta. Por lo tanto, NPSH es una expresión de la pérdida de presión que tiene lugar en el interior de la primera parte de la carcasa de la bomba. El valor de NPSH se muestra en la figura de la derecha. Si la presión de entrada es demasiado pequeña, la NPSH hará que la presión existente en el interior de la bomba disminuya por debajo de la presión de 28
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BOMBAS 2014 evaporación del líquido bombeado. Como consecuencia, en la bomba se produce el efecto denominado cavitación, provocando ruido y produciendo roturas. La NPSHR (altura de aspiración positiva neta requerida) se indica en la documentación de todas las bombas. NPSHR indica el menor valor de la presión en la entrada que la bomba especificada necesita para un caudal dado para evitar el efecto de la cavitación. Ilustración 1. Presión de aspiración 2. Línea de presión 3. Presión atmosférica 4. Entrada de la bomba 5. Presión de evaporación 6. Descarga de la bomba 7. Vacío 8. NPSH 9. NPSHR
29. POTENCIA DE UNA BOMBA:
Para lograr su objetivo la bomba debe realizar un trabajo, es decir elevar un peso F a una altura H, y debe disponer de una potencia si este trabajo se efectúa en una unidad de tiempo. T=F*H P = (F * H)/t Se define potencia útil de la bomba a: 29
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BOMBAS 2014 Pu = ( þ * V * H ) / t Si: F=þ*V Q=V/t Pu = þ * Q * H Para obtenerla en caballos vapor se divide por 75. Pu = (þ * Q * H) / 75 Donde: Pu: Potencia útil en Kgm/seg o CV þ: Densidad del fluido en kg/m3 Q: Caudal en m3/seg H: Altura en m La potencia necesaria para accionar la bomba en cuestión, o sea la potencia en el eje de la misma será: P = Pu = þ * Q * H n n * 75 Donde: n: Rendimiento de la bomba Pu --> Potencia suministrada por la bomba P --> Potencia necesaria para accionarla.
SELECCION DE LA BOMBA A SER USADA Para seleccionar una bomba que se ajuste a las necesidades hay que conocer las condiciones de trabajo en las que tendrá que operar. Los datos requeridos para la selección de la bomba son: * Profundidad del nivel estático * Profundidad de succión o trabajo * Válvula de pie y filtro * Altura de descarga * Altura manométrica de la bomba * Caudal a erogar por la bomba * Tipo de motor disponible * Uniones disponibles. Con estos datos y con el catálogo de las casas fabricantes se seleccionará la más conveniente para la perforación o extracción en cuestión. 30
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BOMBAS 2014 30. Bombas
en sector netamente petrolero BombaXL
Construido en válvula
de
alivio
en
el
circuito de aceite para
proteger la bomba
contra el exceso de
presión. Puede ser
utilizado tanto en el proceso y las aplicaciones de servicios. Mínimo mantenimiento. Bombas de la serie XL son positivos diafragma hidráulico bombas dosificadoras de retorno, con longitud de carrera fija. Fines de ajuste del flujo de fluidos es mediante bypass controlado el aceite hidráulico. Este diseño incorpora un built-in Válvula de descarga de petróleo y accionados mecánicamente replenisistema de shing, en pleno cumplimiento con API estándar 675. Garantizado sin flujo de la bomba cuando el ajuste es establece en cero, incluso sin contrapresión.
CARACTERÍSTICAS GENERALES El mantenimiento se reduce al mínimo. El émbolo opera en un baño de aceite, sin embalaje, y mantiene como nuevo eficiencia volumétrica-cia, incluso después de 50.000 horas de trabajo. El diafragma protegidas por el incorporado en la válvula de alivio y accionados mecánicamente petróleo repleni- shingsystem, has a workinglife in excess of 50,000 hours.sistema de shing, tiene una vida de trabajo de
más
de
50.000
horas.
El diafragma se mantiene independientemente de la cabeza de la bomba, de manera que cuando la cabeza es desmontable, el diafragma se mantiene en el cuerpo y el aceite no se pierde. Esto mejora significativamente la facilidad de mantenimiento. La inclusión de los resultados e integral de la válvula de seguridad en torno al 50% ahorro de costes en la instalación. 31
TRANSPORTE Y ALMACENAJE
BOMBAS 2014
Serie XLB de
Bomba XLB
de
bombas diafragma
retorno,
con
hidráulicas son positivos bombas
dosificadoras
longitud de carrera fija.
fines de ajuste del flujo de fluidos es mediante bypass controlado el aceite hidráulico. Este diseño incorpora un Válvula de descarga de petróleo accionados mecánicamente sistema de accionamiento en pleno cumplimiento con el API estándar 675. CARACTERÍSTICAS GENERALES El émbolo opera en un baño de aceite, sin embalaje, y mantiene como nuevo eficiencia volumétrica, incluso después de 50.000 horas de trabajo. El diafragma protegidas por el incorporado en la válvula de alivio y accionados mecánicamente petróleo repleni- sistema de shing, tiene una vida de trabajo de más de 50.000 horas. El diafragma se mantiene independientemente de la cabeza de la bomba, de manera que cuando la cabeza es desmontable, el diafragma se mantiene en el cuerpo y el aceite no se pierde. Esto mejora significativamente la facilidad de mantenimiento. La inclusión de los resultados e integral de la válvula de seguridad en torno al 50% ahorro de costes en la instalación.
Bomba X9
32
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BOMBAS 2014 X9 serie OBL bombas de medición, con doble diafragma de construcción innovadores, son específicamente diseñado para exigentes continua aplicaciones industriales. Extrema fiabilidad y durabilidad está garantizada por el mecanismo de retorno positivo (movimiento completo) y por la reposición de accionamiento mecánico válvula (diafragma inteligentes) y construido en el alivio de la válvula. Estas bombas se suministran como std con local visual diaphragmburst detector vialocales diafragma visual detector de explosión a través de presión manométrica. En la demanda, el interruptor de presión y presión transmisor para áreas seguras y peligrosas tanto puede su entrega. Aceite de cerámica bañada garantías émbolo sealess baja NPSH y mínimo mantenimiento.
Bomba API La API es nuestra bomba pesada de proceso derecho para la manipulación de hidrocarburos en las refinerías y las aplicaciones de proceso de la industria. Se ofrece como una unidad montada en la línea central. rendimiento hidráulico se extiende a 9.000 GPM y 720 pies de la cabeza. Aplicaciones •
Lixiviación ácida
•
procesostransferencia de solución cáustica
•
El etano y poliuretano
•
Luz de transferencia de hidrocarburos
•
La transferencia de azufre fundido
•
NOx de transferencia de agua
•
Fuera de carga del sitio y la transferencia
•
Ácidos fosfórico y sulfúrico
•
Hidráulica
•
Flujos a 9.000 GPM (2.000 m3 / h) a 720 pies (220 m)
•
Las eficiencias de 88%
•
Potencia de 900 HP (670 kW)
•
Las velocidades de 3.500 rpm
•
Temperaturas hasta 500 ° F (260 ° C) 33
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BOMBAS 2014 Bomba SERIE RS El RS se ofrece con la norma ANSI 300 bridas de entrada y ANSI 600 o 900 bridas de descarga, en función de las presiones y el número de etapas implicadas. De cualquier manera, el rendimiento hidráulico se extiende a 1.400 GPM y 3.400 pies TDH, que sobrepasa la de todos los tipos de bombas comparables y lo hace ideal para los más exigentes procesos industriales y de servicios. •
Aplicaciones
•
Agricultura de riego
•
Alimentación de la caldera
•
Química y de transferencia de hidrocarburos ligeros
•
Recubrimiento y tratamiento superficial
•
Desalación y de ósmosis inversa
•
Sistemas de refuerzo de presión
•
Sanitaria servicios de lavado
•
sistemas de nieve artificial
•
Rotación de lubricación de equipos .
•
Hidráulica
•
Flujos de EE.UU. a 1.400 GPM (320 m3 / h)
•
de 3.400 pies (1.000 m)
•
Las presiones para 1.500 psig (100 bar)
•
Las temperaturas de -20 ° F a 300 ° F (-30 ° C a 149 ° C)
Las velocidades de 3.500 rpm. 31. Bombas para el Fluido de Perforación: El fluido de perforación es puesto en movimiento por unas bombas llamadas “Bombas de Lodos” las cuales son bombas reciprocantes de doble o triple acción. Esta bomba o bombas toman el lodo de los tanques y los impulsan hasta la sarta de perforación. Cada equipo de perforación debe tener, como mínimo, tres bombas para el fluido de perforación, dos deben estar conectadas de tal manera que puedan operar solas, en paralelo o en serie y una tercera como auxiliar. •
34
TRANSPORTE Y ALMACENAJE
BOMBAS 2014
Las bombas que se utilizan en la perforación son siempre reciprocantes o bombas con pistones de desplazamientos positivos, ya sea: 1. Dúplex (doble acción) 2. Triplex (simple acción)
Bombas dúplex Son de doble acción se caracterizan por que llevan dos pistones y desplazan al lodo en dos sentidos. Este tipo de bomba está definido por el diámetro del vástago, longitud y diámetro de la camisa. La longitud de la camisa equivale a la longitud de la embolada y el diámetro de la camisa equivale al diámetro del pistón.
Bombas triplex 35
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BOMBAS 2014 Son bombas de triple acción y se caracterizan por que llevan tre pistones y desplazan el lodo en un solo sentido, este tipo de bomba está definido por la longitud y diámetro de la camisa.
Las ventajas de usar bambas reciprocantes son: 1) Manejo de fluido con alto contenido de solido 2) Capacidad de bombear partículas grandes 3) Fácil operación y mantenimiento 4) Alto rendimiento 5) Capacidad de operar sobre un alto rango de presiones y caudales,
cambiando solo el diámetro de las camisas. Las bombas se especifican de acuerdo a : 1) Potencia hidráulica 2) Máxima presión de descarga 3) Máximo caudal
36
TRANSPORTE Y ALMACENAJE
BOMBAS 2014 DETERMINACION DE LAS CONDICIONES DE TRABAJO PARA LAS BOMBAS DETERMINACION DE LA ALTURA MANOMETRICA 32.
Para que una bomba funcione con su máxima eficiencia, es necesario calcular en la forman más exacta posible las condiciones en que ésta deberá trabajar. Podemos definir la altura manométrica (Hm) como la suma de las pérdidas de succión, impulsión, fricción, presión y velocidad expresada en metros. La altura de succión más la de impulsión se denomina altura geométrica, por lo tanto se determina como la distancia entre el nivel de agua y el centro del eje de la bomba más la distancia entre el centro de la bomba y el centro del caño en el punto de descarga. Las pérdidas por fricción ya sea en la cañería y en los accesorios son determinadas por tablas. La altura representativa de las pérdidas por presión también expresadas enmetros, se adopta de acuerdo a la presión necesaria que se quiere tener a la salida de la cañería (Ej. para un equipo de riego -> 3 atm) ==> ver tubería. Al pasar el agua del estado de reposo al movimiento produce un cambio en la energía, de potencial a cinética, por lo tanto la altura representativa de la velocidad se expresa: h = v² 2g 33.
Calculo
Ejemplo de NPSH – Altura de Succión Elevación = 500 pies arriba del nivel del mar Temperatura del Agua = 21°C Carga de Succión (Hs) = 13 pies Capacidad = 300 Galones por Minuto (GPM) Longitud del Tubo de Succión (Acero) = 13 pies Diámetro del Tubo = 4 pulgadas Ha = 33.3 pies (De pg.12- Presión Atmosférica) Hv = .84 pies de carga (Pág. 12 del Manual de Ing. – Propiedades del Agua) Hf = (9.19/100) * 13’ + (9.19/100) * 12’ = 1.19 (Pérdidas en Tubo) + 1.10 (Pérdidas en Conexiones) = 2.29 pies Hs = 13 pies 37
TRANSPORTE Y ALMACENAJE
BOMBAS 2014 NPSHd = Ha – Hs – Hv – Hf NPSHd = 33.3’ – .84’ – 2.29 – 13’ = 17.2 pies NPSHr para DB3 @ 300GPM = 11 pies LA ALTURA MANOMETRICA Y POTENCIA NECESARIA PARA BOMBA CENTRIFUGA DE EJE HOIRIZONTAL Se instalará una bomba centrífuga en las márgenes de un arroyo y se regará por aspersión, se utilizará un aspersor modelo ZE 30D que necesita una presión de trabajo de 4 atm y el caudal a bombear es de 80.000 l/h con una cañería de 4" a) Determinación de las pérdidas: a.1) Altura geométrica: 6m + 3m = 9m a.2) Pérdidas por accesorios: 2 codos a 45° ---> 3m de caño de 4" a.3) Pérdidas por fricción: Succión + descarga ---> 70m de caño de 4" Q = 0.022 m3/seg Ý = 4" MOODY ---> hf = 6.8m a.4) Pérdidas por velocidad: hv = v² 2g hv = 0.4m a.5) Pérdidas por presión: 4 atm salida de...... = 40m TOTAL: 56.2 mts = Hm b) Determinación de las eficiencias: Eficiencia de la bomba: 70% Eficiencia del motor: 85 % Ef total = 0.595 Transmisión (directa): 100% c) Determinación de la potencia en HP: HPmotor = 0.022 m3/s * 56.2 m * 1000 kg/m3 = 27.7 HP 75 * 0.595
38
TRANSPORTE Y ALMACENAJE
BOMBAS 2014 34.
Conclusión
En este trabajo de bombas aprendimos a definir, y ver que existen bombas que trabajan con presiones y alturas iguales que únicamente adicionan energía de velocidad pero también destacando de cómo se especifican las bombas : potencia hidráulica , presión de descarga y máximo caudal. Pero lo más importante saber cómo se clasifican las bombas, su aplicación que tiene cada una y su problema que tiene al funcionar cada bomba.
35.
Bibliografía •
Nelson Diaz Tapia
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http://es.scribd.com/doc/32396634/CONCEPTOS-BOMBAS
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Bombas centrifugas, e carnicer, c mainar , ed paraninfo
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Ingeniería química tomo 1 coulson y Richarson. Capítulo 5 “bombeo de líquidos”
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ranklinelinkmx.wordpress.com/2010/04/26/npsh-carga-de-succion-netapositiva/
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