bombas

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DISEÑO DE PLANTAS

Ing. Agropindustrial

SELECCIÓN Y MANTENIMIENTOPREVENTIVO DE BOMBAS DE

TORNILLO EXCENTRICOIng. Agroindustrial

DISEÑO DE PLANTAS


SELECCIÓN DE BOMBAS

DISEÑO DE PLANTAS


Aumentar la presión del fluido

Elevar la altura del fluido

Aumentar la velocidad del fluido

Vencer la resistencia de fricciónde la cañería (pérdida de carga)

DISEÑO DE PLANTAS


Naturaleza del fluido a bombear

Condiciones de proceso

Sistema donde la bomba impulsa fluido

Fuente de potencia

Aspectos dimensionales

Condiciones ambientales

Costos

Códigos y estándares

DISEÑO DE PLANTAS


P ARÁMETROS DE SELECCIÓN

Naturaleza del fluido: Característica geológica

Newtonianos (agua, aceite, alcohol, nafta) No Newtonianos (dentífrico, melazas, mayonesa, etc.)

Viscosidad

Presión de vapor (volatilidad)

Densidad

Temperatura

Agresividad química – corrosión

Abrasividad – lubricidad

Contenidos de solidos Gases disueltos

Determinación de materiales

DISEÑO DE PLANTAS



Naturaleza del fluido Influencia de la T° sobre

la viscosidad y la presiónde vapor.

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DISEÑO DE PLANTAS



Condiciones de proceso Caudal requerido:

[ m³/h | gpm | bpd | l/min |…]

Condiciones de succión

Condiciones de descarga Presión P2

Configuración de la línea

Δp = p2-p1

[ bar | kPa | kgf/cm² | psi | mmHg |…]

• Presión p1

• ANPA disponible• Temperatura• Configuración de la línea

• Positiva• Negativa (vacío)

DISEÑO DE PLANTAS


ANPA disponible (altura Neta positiva de Aspiración (NPSHa) Energía asociada a la presión absoluta por encima de la

presión de vapor del fluido en la entrada de la bomba;calculada en la brida de aspiración de la bomba.

Ejemplo de calculo:[p1=patm]

[m]

DISEÑO DE PLANTAS


ANPA disponible: Factores que afectan el ANPA disponible

Presión disponible = Patm?

Presión de vapor del fluido

Velocidad del fluido = Q/A

Velocidad del fluido = Q/A

(válvulas, filtros, codos, Dcaño)

Presión atmosférica (Presión ejercida por le columna deaire de la tierra)

Densidad

Temperatura

Viscosidad

a 0 m.s.n.m.

101,33 kPa1013,3 hPa1,013 bar14,7 psi1 kg/cm²

760 mmHg10,3 mH2O

DISEÑO DE PLANTAS


ANPA disponible: Fenómeno de cavitación

Presión insuficiente a la entrada a la bomba.

Desprendimiento de burbujas de vapor.

En la bomba, la presión va en aumento,

Implosión de las burbujas, liberando energía.

Daño mecánico

ANPA requerido

Para evitar la cavitación , en toda instalación se debecumplir:

En bombas centrífugas: Energía necesaria para vencerlas pérdidas de fricción desde la brida de aspiración hastala salida de los álabes sin vaporización de fluido.

En bombas de desplazamiento positivo: Energíanecesaria para llenar con fluido cavidades, tornillos,engranajes, pistones, etc, sin vaporización de fluido.

DISEÑO DE PLANTAS


ANPA disponible: Factores que inciden en el ANPA requerido por la

bomba Tamaño constructivo

Viscosidad

Velocidad de funcionamiento

DISEÑO DE PLANTAS



Sistema donde la bomba impulsa f luido Flujo

Continuo

Pulsante

Característica Q- Δp necesaria

Necesidad de dosificación

Sanitariedad y limpieza

Evitar o favorecer formación de espumas

Evitar o favorecer agitación mezcla y/odesglose

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DISEÑO DE PLANTAS



Fuente de potencia

Motor eléctrico

Motor a explosión

Motor hidráulico

Acc. Neumático

Mecanismo de transmisión

• Tensión de red• Frecuencia de red• Grado IP y aptitud para áreas peligrosas• Norma constr .

• Diesel• Gas• Nafta

• Caja reductora• Caja multiplicadora• Correas y poleas• Acoplamientos

220V, 380V, 460V50Hz, 60Hz

IEC, NEMA

DISEÑO DE PLANTAS



Aspectos dimensionales

Tipo de conexión

Posición de montaje

Fundación o base necesaria

Limitación de espacio

• Brida

• Rosca

• Sanitario

ANSI B16.5 / B16.1 DIN EN 1092-1

BSP / BSPT NPT CLAMP ISO 2852 DANESA DS 722.0 SUECA SMS 1145 DIN 11851 / 11864-1/2

• Vertical• Horizontal• Pozo

DISEÑO DE PLANTAS



Condiciones ambientales

Intemperie o lugar cerrado

Presencia de gases o vapores corrosivos

Áreas clasificadas

Permisividad a pérdidas de sellado

DISEÑO DE PLANTAS



Costos Adquisición de la bomba

Instalación

Operación

Mantenimiento

y servicio

• Fundación• Accesorios• Protecciones

• Consumo de energía

• Eficiencia• Consumibles• Confiabilidad

• Facilidad de reparación• Frecuencia de servicio• Disponibilidad de repuestos• Servicio técnico cercano

DISEÑO DE PLANTAS



Códigos y estándares

Normas ANSI / HI

Normas API

Normas DIN-EN-ISO

Normas sanitarias Especificaciones y típicos de cliente

Normas y legislación ambiental

• API 610 Bombas centrífugas (ISO 13709)• API 676 Bombas rotativas DP• API 674 Bombas alternativas (ISO 13710)• API 682 Sellos mecánicos (ISO 21049)

• ISO 14847 Bombas rotativas DP• DIN EN 733 / 734 / 735 B. centrífugas• EN ISO 3069 / 12756 Sellos mecánicos• ISO 5099 / 9905 / 9908 B. centrífugas• ISO 16330 Bombas alternativas DP

DISEÑO DE PLANTAS


TIPOS DE BOMBA

Cinéticas (centrífugas)

Desplazamiento positivo

Rotativas

Alternativas o reciprocantes

• Flujo radial

• Flujo axial - turbina

• Flujo mixto

• Chorro

• Tornillo excéntrico• Engranajes• Doble y triple tornillo• Lobulares• Peristálticas• Paletas

• Pistón•

Émbolo• Diafragma

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DISEÑO DE PLANTAS


TIPOS DE BOMBA

Cinéticas (centrífugas)

Desplazamiento positivo

DISEÑO DE PLANTAS

Ing. AgropindustrialECUACIÓN GENERAL DE ENERGÍA

hP = Energía añadida o agregada al fluido por una bomba u otrodispositivo

hR = Energía retirada o removida del fluido mediante un dispositivomecánico, por ejemplo una turbina

hf , Shm = Perdidas de energía por parte del fluido por efecto defricción o por presencia de válvulas, conectores, yrugosidad de tuberías

2

2

22

1

2

11

22

P

g

v z hhhh

P

g

v z m f R p

hB

hL

hR

hL

Bomba

Válvula

Turbina

Codo

DISEÑO DE PLANTAS


FLUJO VISCOSO EN DUCTOS

DISEÑO DE PLANTAS


REGIMENES EN FUNCION DELNUMERO DE REYNOLDS

DISEÑO DE PLANTAS


REGIMENES EN FUNCION DEL NUMERODE REYNOLDS

Tres regímenes de f lujo viscoso: (a) Laminar a bajos Re;

(b) Transición a Re intermedios;

(c) turbulento a elevados Re

DISEÑO DE PLANTAS


REGIMENES EN FUNCION DEL NUMERO DEREYNOLDS Flujo Saliendo a velocidad constante a una tubería:

(a) viscosidad alta, bajo numero de Reynolds, Flujo Laminar;

(b) viscosidad baja, numero de Reynolds elevado, flujo turbulento.

(a) (b)

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DISEÑO DE PLANTAS


NUMERO DE REYNOLDS:Un número adimensional que es una medida de larazón entre las fuerzas de inercia y las viscosas o derozamiento en cada punto de un fluido en movimiento.

v

VD DV

Re

Re = Número de Reynolds

D = Diámetro del Ducto

= Velocidad promedio del fluido

= Densidad del fluido

= Viscosidad del fluido

V

L

T L

3 L

M

LT M

REGIMENES EN FUNCION DELNUMERO DE REYNOLDS

v

= Viscosidad

Cinematica T L

2v

DISEÑO DE PLANTAS


REGIMENES EN FUNCION DEL NUMERO DEREYNOLDS

Re < 2100 Régimen laminar

2100 < Re < 4000 Régimen de transición

4000 < Re < 10000 Régimen prácticamente turbulento

10000 < Re Régimen turbulento

v v A

B

(a) (b)

Figura 2.1: Perfiles de velocidad, donde es velocidad.(a) Laminar, y (b) Turbulento para fluidos que tienes Numero

de Reynolds de A, 2x105, y B, 2x106.

DISEÑO DE PLANTAS


FLUJO EN CONDUCTOS CIRCULARES

PERDIDA DE CARGA ENTRE LAS SECCIONES(1) Y (2)

g

v

D

L f h f

2

2

f = Factor de fricción Darcy (f D)

F D f f 4

f D = Factor de fricción Darcy

f F = Factor de fricción Fanning

24

2v

d

L f h F f

F. White

A. Ibarz

Factor de fricción (Diagrama de Moody)DISEÑO DE PLANTAS




Flujo Laminar

Ecuación de Colebrook

Valida para todo el intervalo no

laminar del Diagrama de Moody

Re64 D f

Re

16 f f Flujo Laminar

Fluidos Newtonianos

F. White

A. Ibarz

DISEÑO DE PLANTAS




Ecuación de Colebrook

Valida para todo el intervalo no laminar del

Diagrama de Moody

Fluidos Newtonianos

F. White

A. Ibarz 5,3

1

4Re

51,2 log2

4

12121

d f f f

DISEÑO DE PLANTAS


FLUJO EN CONDUCCIONES CIRCULARES

DIAGRAMA DE MOODY

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DISEÑO DE PLANTAS



DIAGRAMA DE MOODY DISEÑO DE PLANTAS



Rugosidad equivalente para tubos nuevos

H AALAND

DISEÑO DE PLANTAS


PERDIDAS MENORES

DISEÑO DE PLANTAS


PERDIDAS LOCALIZADAS EN TUBERIAS

Perdidas menores o localizadas debidas: Entrada o salida de tuberías. Ensanchamiento o contracción brusca Curvas, codos, tes y otros accesorios Válvulas, abiertas o parcialmente cerrada Ensanchamiento o contracciones graduales

Las perdidas localizadas vienen dadas usualmente

como cociente entre la perdida de cargaa través del elemento y la altura cinética o velocidad

DISEÑO DE PLANTAS



Longitud Equivalente Leq de Tubería Se entiende por longitud equivalente (Le) de un

accesorio, la longitud de un tramo recto de tubería queprovocaría la misma pérdida de energía mecánicacorrespondiente al accesorio colocado como parte de latubería.

Correlación de Darcy

DISEÑO DE PLANTAS



Coeficientes de perdida para válvulas abiertas, codos yTes

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DISEÑO DE PLANTAS



DISEÑO DE PLANTAS


DISEÑO DE PLANTAS


BALANCE DE ENERGIA PARA EL DISEÑO DESISTEMAS DE BOMBEO

2

2

221

2

11

22 z

g

v P hhhh z

g

v P m f R p

P m f hhh z g

v P z

g

v P 2

2

221

2

11

22

K

d fL

g vhhh m f total 2

2

P h K d

fL

g

v z

g

v P z

g

v P

222

2

2

2

221

2

11

p P B hQhQ g Pot

DISEÑO DE PLANTAS


DISEÑO Y SELECCIÓN SISTEMAS DETRANSPORTE DE FLUIDOS LÍQUIDOSEN PROCESOS AGROINDUSTRIALES ITRANSPORTE DE FLUIDOS ALIMENTARIOS

Ing. agroindustrial

DISEÑO DE PLANTAS


FLUIDOS-CLASIFICACIÓN

Efecto presión

Efecto esfuerzos cortantes

Compresibles

Incompresibles

Newtonianos

No newtonianos

DISEÑO DE PLANTAS


COMPORTAMIENTO REOLÓGICO

es la viscosidad

k es el índice de consistencia

n es el índice de comportamiento al flujo

́ es la viscosidad plástica

es el umbral de fluencia

esfuerzo cortante

velocidad de deformación

Ley de Newton

Fluido Herschel-Bulkley

Ley Potencia

Plástico de Bingham

n

k

'0

n H γk σ σ 0

0

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DISEÑO DE PLANTAS


MÓDULO DE REYNOLDS

Ley de Newton

Fluido Herschel-Bulkley

Ley Potencia

Plástico de Bingham η'

v d ρ B Re

η

ρd vRe

n

n

nn

Gn

n

k

ρvd

31

4

8Re

1

2

es la viscosidad

k es el índice de consistencia



DISEÑO DE PLANTAS


FLUJO EN RÉGIMEN LAMINAR

Ley Potencia


GRe

16 f

83

4

2Re3

He

Re6

He

16Re

1

B B B f

f

He el número de Hedstrom 2

20Heη'

ρd σ


es el umbral de fluencia0

DISEÑO DE PLANTAS


FLUJO EN RÉGIMEN TURBULENTO.

Ley Potencia


parámetro m que es la relación entre el umbral de fluencia y el valor

del esfuerzo cortante que el fluido ejerce sobre la pared


es el umbral de fluencia0

21

21

75021

40Relog

2

4

1 ,

n

G ,n

, f

n f

15,1Relog27,21log27,2

4

1 21

21 f

Bm

f

W

m

0


número o módulo de Plasticidad (Pl)

'v

d σ

Pl

0

DISEÑO DE PLANTAS



102 10

310

4ReG 10

5

16/ReG

Diagrama de Dodge y Metzner para fluidos de la ley de potencia

(Adaptado de Dodge y Metzner, 1959)


DISEÑO DE PLANTAS


102

103 104

ReB

105 106

1010

He10

9

10810

7

106

105

104

103


Diagrama de Hedstrom para plásticos de Bingham

(Adaptado de García y Steffe, 1987) DISEÑO DE PLANTAS


BALANCE DE ENERGIA PARA EL DISEÑO DESISTEMAS DE BOMBEO DE FLUIDOS

ALIMENTARIOS

1

2

11

2

2

2

221

2

11

2222 z

g

v P K

d

fL

g

v z

g

v P z

g

v P h P

p P B hQhQ g Pot

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DISEÑO DE PLANTAS


APLICACION

Entre 2 depósitos se bombea agua, ρ=1.49slugs/ft3 yv=0.000011ft2/s (viscosidad cinematica), a razón de0.2ft3/s a través de una tubería de 2 in de diámetro y

400ft de longitud con varios elementos intermedios,como se muestra en la figura. La rugosidad relativadel tubo es 0.001 . Calcular la potencia requeridapara el bombeo.

= 0.001

DISEÑO DE PLANTAS


APLICACION Entre 2 depósitos se bombea fluido alimentario, cuyo

comportamiento reologico sigue la ley de la potencia(K=880mPa.sn y n=0.20) y cuya densidad 1.250 kg/m3), arazón de 0.2ft3/s a través de una tubería de 2 in de

diámetro y 400ft de longitud con varios elementosintermedios, como se muestra en la figura. La rugosidadrelativa del tubo es 0.001 . Calcular la potencia requeridapara el bombeo.

n

n

nn

Gn

n

k

ρvd

31

4

8Re

1

2

GRe

16 f

21

21

75021

40Relog

2

4

1 ,

n

G ,n

, f

n f

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