curso bombas 1° partea

1

SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBASParte 1

BIENVENIDOS

2

OBJETIVO

ORGANIZACIÓN:

• EQUIPOS ROTATIVOS

• BOMBAS - DEFINICIÓN- CLASIFICACIÓN- NORMAS- CÁLCULOS HIDRÁULICOS- SELECCIÓN

SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS

3

1 CLASIFICACIÓN DE EQUIPOS ROTATIVOS SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS

EQUIPOS ROTATIVOS

ACCIONADORES MECÁNICOS

MÁQUINAS DE CONVERSIÓN DE ENERGÍA

EQUIPOS DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA

* TURBINAS HIDRÁULICAS

* MOTORES RECIPROCANTES DE COMBUSTIÓN INTERNA

* TURBINAS DE VAPOR * TURBINAS A GAS

4

1 CLASIFICACIÓN DE EQUIPOS ROTATIVOS SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS

EQUIPOS ROTATIVOS




* BOMBAS

* MEZCLADORES DINÁMICOS

* COMPRESORES * VENTILADORES Y SOPLADORES * MÁQUINAS CENTRÍFUGAS

5

1 CLASIFICACIÓN DE EQUIPOS ROTATIVOS

* CAJAS DE ENGRANAJE


EQUIPOS ROTATIVOS




* ACOPLAMIENTOS

* SISTEMAS DE TRANSMISIÓNPOR CORREAPOR CADENA

6

2 BOMBAS

Máquina de conversión de energía que convierte la energía mecánica de un eje en rotación en energía hidráulica al aportarla a un líquido.


2.1 DEFINICION

EFECTOS OPUESTOS

PROPÓSITOS DEL BOMBEO DE LÍQUIDOS: Ejemplos: • Incrementar su presión • Transferirlo de un recipiente a otro de mayor energía

* LA GRAVEDAD* LA CONTRAPRESION* LA FRICCION* LA INERCIA

7

BOMBAS2.2 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÒN

BOMBAS DINÁMICAS: CENTRÍFUGAS: FLUJO RADIAL

FLUJO MIXTO FLUJO AXIAL

Transforman VELOCIDAD en PRESIÓN en la voluta o el difusor

DESPLAZAMIENTO POSITIVO:- ROTATIVAS - RECIPROCANTES


Desplazan al fluido

8

2.2 PARÁMETROS DE OPERACIÓN

CAUDAL VOLUMÉTRICOY

ALTURA DE BOMBEO O DIFERENCIAL DE PRESIÓN

PEN FUNCION DEL TIPO DE BOMBA


EXPRESION DE LA ALTURA

O

9

2.2 CLASIFICACION GENERAL DE BOMBASSEGÚN PRINCIPIO DE TRANSFERENCIA DE ENERGIA (HI)

DE EFECTO ESPECIAL (BOMBAS JET O DE EYECTOR)


BOMBAS DINAMICAS

CENTRIFUGASDE FLUJO AXIAL (SUCCION SIMPLE)

DE FLUJO MIXTO O RADIAL

10

2.2 CLASIFICACION GENERAL DE BOMBASSEGÚN PRINCIPIO DE TRANSFERENCIA DE ENERGIA (HI)

DE PISTON CIRCUNFERENCIAL


BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

RECIPROCANTES

ROTATIVAS

DE DIAFRAGMA

DE PISTON

DE ROTOR SIMPLE

DE ROTOR MULTIPLE

DE ENGRANAJE DE LOBULO DE TORNILLO

DE POTENCIA

DE VAPOR

DE PISTON AXIAL

DE TORNILLO

DE ALABES

11

2.2 RANGOS DE APLICACIÓN DE BOMBAS

500

1000

2000

3000

2500 5000 7500 10000

CentrífugaTornillos múltiples

Cavidad Progresiva

(Tornillo Simple)

Engranaje

LóbulosÁlabes

Diafragma (Reciprocante)

Reciprocante

Centrífuga de Ata velocidad

CA

UD

AL

(GP

M)

ALTURA DIFERENCIAL (PIES)


12

2.2 CLASIFICACIÓN DE BOMBAS CENTRÍFUGAS SEGÚN API 610 9a. EDICIÓN (Tabla N° 1) EN CANTILIVER (Overhung)

Flexiblemente acopladas Horizontal Montada sobre pié OH1

Soportada en línea central OH2

ENTRE COJINETES(Between bearings)

SUSPENDIDAS VERTICALMENTE

Rígidamente acopladas

De acople cerrado

Vertical en línea con soporte de cojinetes OH3

Vertical en línea OH4

Vertical en línea OH5

De alta velocidad y engranaje integral OH6

De 1 y de 2 etapas Axialmente partida BB1

Radialmente partida BB2

Axialmente partida BB3Multietapas

Radialmente partida Carcasa simple BB4

Doble carcasa BB5

Carcasa simple Descarga a través de columna

De difusor (Tazones) VS1 De voluta VS2

De flujo axial VS3

Descarga separada Línea de eje (line shaft) VS4

Cantiliver VS5

Doble carcasa “Can type”

De difusor VS6 De voluta VS7


OH

BB

VS

13


2.2 CLASIFICACIÓN DE BOMBAS CENTRÍFUGAS SEGÚN API 610 9a. EDICIÓN

Horizontal de una etapa, en voladizo, montada sobre pié,

NO cumple con API 610 en su totalidad

Horizontal de una etapa, en voladizo, montada en línea central,

acople flexible

14

Vertical en línea, de una etapa, en voladizo, caja de cojinetes integral a la bomba

con soporte separado, motor montado en soporte integral a la bomba,

acople flexible

De alta velocidad, con engranaje integral,

de una etapa, en voladizo, sin acople bomba - engranaje,

acople flexible entre motor y engranaje, horizontal o vertical

Vertical en línea, de una etapa, en voladizo, sin acople, NO cumple con API 610

en su totalidad



Vertical en línea, de una etapa, en voladizo, acople rígido,


15Horizontal, de una o dos etapas, entre cojinetes, carcasa partida radialmente



Horizontal, de una o dos etapas, entre cojinetes, carcasa partida axialmente

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BOMBA HORIZONTAL TIPO BARRIL (BARREL TYPE PUMP)

Horizontal, multi-etapa, entre cojinetes, doble carcasa, barril partido radialmente


BOMBA DE ANILLOS-SECCIÓN (RING-SECTION PUMP,

SEGMENTAL-RING PUMP or, TIE-ROD PUMP)

Horizontal, multi- etapa, entre cojinetes, carcasa simple (en anillos) partida radialmente


Horizontal, multi-etapa, entre cojinetes, carcasa partida axialmente

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Vertical suspendida, de sumidero, Carcasa simple de difusor,

descarga a través de la columna, de una o más etapas

Vertical suspendida, de sumidero, carcasa simple de voluta,

descarga a través de la columna, de una etapa

Vertical suspendida, de sumidero, carcasa simple (de difusor), flujo axial,

descarga a través de la columna

Vertical suspendida, de sumidero, carcasa simple de voluta, descarga independiente

de la columna del eje (line shaft driven),

de una etapa

Vertical suspendida, de sumidero, en voladizo

carcasa de voluta, descarga independiente

de la columna del eje

VERTICAL CAN TYPEVertical suspendida,

doble carcasa, de difusor, descarga a través de la columna,

de una etapa o más etapas

VERTICAL CAN TYPEVertical suspendida,

carcasa doble, de voluta, descarga a través de la columna,

de una etapa



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2.2 CLASIFICACION DE BOMBAS ROTATIVAS

BOMBAS ROTATIVAS ROTOR

SIMPLE ROTOR MÚLTIPLE

19


ÁLABES EN EL ROTOR

ÁLABES EN EL ESTATORÁLABES

ROTORSIMPLE

PISTÓNAXIAL

RADIAL

ELEMENTO FLEXIBLE

TUBO FLEXIBLE

ALABES FLEXIBLES

REVESTIMIENTO FLEXIBLE

TORNILLO


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ROTOR MÚLTIPLE

ENGRANAJEEXTERNO

INTERNO

LÓBULOSIMPLE

MÚLTIPLE

PISTÓN CIRCUNFERENCIAL

TORNILLO SINCRONIZADANO SINCRONIZADA

CILÍNDRICO

HELICOIDAL

SINCRONIZADA

NO SINCRONIZADA

SIMPLE

MÚLTIPLE


21

Rotativa de tornillo simple (cavidad progresiva)

Rotativa de tornillos múltiples

BOMBAS ROTATIVAS SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS

Bomba de engranaje internoDe acople magnético (sin sello)

VIKING

22

2.2 BOMBAS RECIPROCANTESDE PISTÓN / PLUNGER


23

2.2 BOMBAS RECIPROCANTESDE PISTÓN DE DOBLE Y DE SIMPLE EFECTO


SINGLE ACTING

24

2.2 BOMBAS RECIPROCANTES DE DIAFRAGMA


AIR

E A

IRE

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INSTITUCION DESIGNACION TITULO APLICACION

HydraulicInstitute

HydraulicInstituteStandards

Standards forCentrifugal, Rotary and ReciprocatingPumps.

Bombas centrífugas, rotativas yreciprocantes*diseño*guía de selección*estaciones de bombeo*conceptos y terminología*instalación, operación y mantenimiento

*pruebas y mediciones

American Petroleum Institute

API Standard 610

(Técnicamenteequivalente a ISO

13709)(Aprobada por ANSI)

Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical

and Natural Gas Industries

Bombas centrífugas para Plantas Petroleras, Petroquímicas y de

Gas Natural (horizontales y verticales)

incluyendo bombas usadas como turbinas de recuperación de

potencia*Diseño*Fabricación*Inspecciones*Pruebas*Procedimiento de compra

3 NORMAS APLICABLES


26

3 NORMAS APLICABLES (Cont`d)INSTITUCION DESIGNACION TITULO APLICACION


API Standard 674 Positive Displacement Pumps. Reciprocating

Bombas reciprocantes para refinerías y otras plantas petroleras*Diseño*Fabricación*Inspecciones*Pruebas*Procedimiento de compra


API Standard 675 Positive Displacement Pumps. Controlled Volume.

Bombas dosificadoras de desplazamiento positivo para refinerías y otras plantas petroleras*Diseño*Fabricación*Inspecciones*Pruebas*Procedimiento de compra


API Standard 676 Positive Displacement Pumps. Rotary

Bombas rotativas para refinerías y otras plantas petroleras*Diseño*Fabricación*Inspecciones*Pruebas*Procedimiento de compra


27

3 NORMAS APLICABLES (Cont`d)



API Standard 682

(Técnicamenteequivalente a ISO 21049)(Aprobada por ANSI)

Pumps - Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps

Sistemas de sellado para bombas centrífugas y rotativas*Diseño*Requerimientos dimensionales*Criterios y procedimiento recomendado de selección*Configuraciones de sellos *Sistemas auxiliares*Inspecciones*Pruebas*Preparación para el envío*Procedimiento de compra


API RP 686PIP (1) REIE 686

Recommended Practices for Machinery Installation and Installation Design

Prácticas recomendadas para: • Manejo e izado • Recepción y protección • Fundaciones • Placa de montaje y

“grouting”• Tuberías • Alineación de ejes • Sistema de lubricación • “Commissioning”

PIP: “Process Industry Practices”.


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ASME / ANSI B73.1 Specifications for Horizontal End-suction Centrifugal Pumps for Chemical Process

Bombas centrífugas horizontales de succión axial, de una etapa, para procesos químicos*Especificaciones de diseño y pruebas

ASME / ANSI B73.2 Specifications for Vertical In-line Centrifugal Pumps for Chemical Process

Bombas centrífugas verticales en línea para procesos químicos*Especificaciones de diseño y pruebas

National Fire Protection Association

NFPA-20 Standard for the Installation of Centrifugal Fire Pumps (National Fire Codes, Vol. 1)

Bombas centrífugas horizontales y verticales para sistemas de agua contra incendio*Bombas*Accionadores*diseño de la estación

ASME: American Society of Mechanical EngineersANSI: American National Standard Institute


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PDVSA GA-203-PRT Engineering Specification Centrifugal Fire Pumps

Bombas centrífugas para sistemas contra incendio *diseño *fabricación *inspección *pruebas *sistemas de control

PDVSA GA-201 Engineering Specification Centrifugal Pumps

Bombas centrífugas *diseño *fabricación *inspección *pruebascomentarios a API 610

PDVSA GA-202 Engineering Specification Positive Displacement Pumps

Bombas de desplazamiento positivo*diseño *fabricación *inspección *pruebas


30

4.1 BOMBAS CENTRÍFUGAS. RELACIÓN PRESIÓN – ALTURA.

Bombas idénticas manejando líquidos de diferente peso específico en el mismo punto de operación.Hf = 0

50 m

.

589 Kpa. 490 Kpa. 392 Kpa.

PE = 1,2

PE: Peso Específico

PE = 1,0 PE = 0,8


P (Kpa) = 9,81 x H (m) x PE (Kgf/lt.)

31

4.1 ESQUEMA DE UN SISTEMA DE BOMBEO TÍPICO

Hd: Altura de descarga requerida

Hd = P1 / PE + hfd + (Z1 – Zb) , si v1 = 0

Hs: Altura de succión disponible

Hs = (Z0 – Zb) – hfs + P0 / PE

Z = 0

s

P0

P11

0

Z1

Zb

Z0 hfs

hfd

d


Altura de la bomba Hb = Hd - Hs

32

4.1 RELACIONES DE CALCULO HIDRAULICOALTURA DE BOMBEO

DEDUCCIÓN

ALTURA DE DESCARGA REQUERIDA: Hd = P1 / PE + hfd + (Z1 - Zb)


ALTURA DE SUCCION DISPONIBLE: Hs = (Z0 - Zb) - hfs + P0 / PE

Hb = P1 / PE + hfd + (Z1 - Zb) - (Z0 - Zb) + hfs - P0 / PE

Hb = P1 / PE + hfd + Z1 - Z0 + hfs - P0 / PE

XHb = P1 / PE + hfd + Z1 - Zb - Z0 + Zb + hfs - P0 / PEX

Altura de la bomba Hb = Hd - Hs

Sustituyendo estas expresiones en la relación de la altura de la bomba Hb

33

4.2 GRADIENTES HIDRÁULICO Y DE ENERGÍA

Gradiente hidráulico = Z + PPE

Energía total = Z + P + v2

PE 2g

Características: • Sus valores son función del caudal.

• La diferencia entre los valores de gradiente de dos puntos representa la pérdida por fricción entre dichos puntos, para tramos de tubería de diámetro constante.

• Los tramos de tubería de diámetro constante sin restricciones bruscas ni accesorios genera una línea de gradiente de pendiente constante.

• Pérdidas bruscas en accesorios, válvulas, etc. y pérdidas graduales en tramos verticales de tubería producen descensos verticales en las líneas de gradientes.

• Un cambio de diámetro de tubería genera un cambio de pendiente en las líneas de gradiente y un cambio en el valor de la altura de velocidad.

• El nivel de referencia (Z = 0) debe ser mantenido en la construcción del gráfico.

Hbomba = Energía descarga - Energía succión


34

4.2 GRADIENTE DE ENERGÍA Y GRADIENTE HIDRÁULICO

Gradiente de energía = Gradiente hidráulico =

Hv = V2 / 2g

hf

Hd = altura de descarga

Hs

Altu

ra (m

. o p

ies)

Hv

Z

P/PE

hf

v2/2

g

4

13

2

hf valv.

c

a

s

Hs = altura de succión

e

Z = 0


Z + P / PE GH + Hv

hf

35


RECIPIENTE DE SUCCIÓN PRESURIZADOA

ltura

(m. o

pie

s)

Z = 0

P3

/PE

Z3

hf

Hv

P/PEP3

hfe = 0,5 ve2 / 2g

Z

Gradiente de energíaGradiente hidráulico


36

4.2 GRADIENTE DE ENERGÍA Y GRADIENTE HIDRÁULICORECIPIENTE DE DESCARGA PRESURIZADO

Altu

ra (m

. o p

ies)

Z = 0

P4 /PE

Z4

hf

Hv

P/PEP4

Z

hfs = vs2 / 2g



v2 / 2g

37


PÉRDIDAS EN ACCESORIOS

Hv1 = v12 / 2g

v1 v2

Hv2 = v22 / 2g


a

hfa


1

P1/PE

P2/PE

2

38

4.3 NPSH

Es el valor de la presión absolutaen la boquilla de succión de la bomba

menos (-) la presión de vapor del líquido a la temperatura de operación (máxima),

expresada en unidades de columna de líquido


NPSH : Net Positive Suction Head

39

4.4 CAVITACIÓN

• Generalizada • Localizada • Transitoria

Este vapor se forma en la zona de menor presión del sistema,

cuando el fluido alcanza su presión de vapor, generalmente a la entrada del primer impulsor.

Cavitación: Fenómeno de formación y sub-secuente implosión de burbujas de vapor en un líquido.


Dependiendo de la frecuencia y temporalidad, este fenómeno puede producir daños

permanentes a los rotores y altas vibraciones en la bomba,

lo cual a su vez genera altos niveles de vibración y ruido.

40

4.5 CÁLCULO DEL NPSH DISPONIBLE

1

s

Z = 0

dP0

P10

Z1

Zb

Z0

hfd

hfs

NPSHd: NPSH disponible


NPSHd = - hfs– HPva + (Z0 – Zb) P0/PE

41

4.5 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL NPSH DISPONIBLE

Presión de vapor

Caudal

• Pérdidas por fricción

Tubería de succión(Diámetro, longitud equivalente)

• Pérdidas por fricción

PARAMETRO

Presión atmosférica

VARIACIONEFECTO EN EL

NPSH DISPONIBLE

AUMENTA AUMENTA

disminuye

AUMENTA

aumenta

aumenta

AUMENTA

aumenta disminuye

aumenta (1)

disminuye

disminuye

Nota 1: El NPSH disponible aumenta debido a una disminución de las pérdidas por fricción debido a una disminución de la viscosidad.

TERMINO DE LA ECUACION

AFECTADO Po / PE

HPva

hfs

hfs

hfs


Temperatura

Viscosidad

42

4.6 NPSH REQUERIDO

• Fuente


• Bases y criterios para su determinación

– Fluido– Temperatura– Caída de Altura de Bombeo (3%)

• Aplicabilidad a distintos fluidos y condiciones

43

4.6 NPSH REQUERIDO Y TENDENCIA A LA CAVITACIÓNNPSH requerido depende del diseño del impulsor de la primera etapa:

• Área del ojo de entrada• Diámetro de entrada• Ángulo de entrada de los álabes• Velocidad de rotación del impulsor• Diámetro del impulsor

Característica TendenciaBombas pequeñas

Baja velocidadBaja cavitación

Caudal << QBEP +

Ojo de entrada grandeCavitación localizada

por recirculación

Mayor altura diferencial Mayor tendencia a la cavitaciónLocalizada por recirculación

Para una determinada bomba el NPSH requerido varía inversamente con el diámetro del impulsor y directamente con el cuadrado de la velocidad de rotación


44

4.7 NIVELES DE POTENCIA

E2 Fluido

E1 FluidoPotencia al eje

PfMotor

Potencia Eléctrica

PE

Potencia absorbida por el fluido = Potencia hidráulica = (E2 – E1) / T

Pf = Potencia hidráulica / Eficiencia de la bomba

PE = Pf / Eficiencia del Motor y acople


Rating del motor = PE x Eficiencia del motor

45

4.7 POTENCIA CONSUMIDA

W (lbf / min) = PE (lbf / pie3) x Q (pie3 / min)

Potencia Hidráulica = PE x Q x H33000

Potencia Hidráulica (HP) = PE (Kgf / lt.) x Q (gpm) x H (pies)3960

Fórmula práctica:

Potencia Hidráulica (HP) = Q (gpm) x Dif.P (psi)1714

Potencia Hidráulica (HP) = W (lbf / min) x H (pies) 33000


46

4.7 POTENCIA CONSUMIDA


FUENTES DE PERDIDA DE ENERGIA

Pérdidas mecánicas: roce entre las piezas deslizantes (anillos de desgaste, cojinetes, sellos mecánicos y estoperos).

Pérdidas volumétricas: disminución del caudal por recirculación.

Pérdidas por fricción: fricción entre el fluido de trabajo y la carcasa y el impulsor.

47

FACTORES PARA DETERMINAR LA POTENCIA DE LOS ACCIONADORES

Rating del motor(HP) Factor

Menor de 30 1,25

30 a 75 1,15

Mayor de 75 1,10

Referencia: API 610

4.8 SELECCIÓN DE LOS ACCIONADORES


OTRO CRITERIO: Seleccionar el motor para el extremo de la curva de la bomba, sin aplicar factor.

48

4.9 BOMBAS CENTRÍFUGAS CURVAS DE FUNCIONAMIENTO

Bases para su determinación

• Experimental• Agua a temperatura ambiente• Velocidad de rotación • Diámetro de impulsor


49

Pot

enci

a al

fren

o

Efic

ienc

ia (%

)

Altu

ra d

e B

ombe

o

Altura de Cierre(Shut-off Head)

Caudal volumétrico 0

BEP

4.9 CURVAS DE FUNCIONAMIENTO - BOMBA CENTRÍFUGA

Base: Diámetro de impulsor / velocidad constante / agua a temp. ambiente

Fluj

o té

rmic

o M

ínim

o Fl

ujo

Con

tinuo

Est

able

Mín

imo

Fluj

o M

áxim

o pe

rmis

ible


Máxima eficiencia

50

Efic

ienc

ia (%

)

Altu

ra d

e B

ombe

o

Caudal volumétrico 0

4.9 CURVAS DE FUNCIONAMIENTO - BOMBA CENTRÍFUGA

Diam 3Diam 2Diam 1

30%

50%

50%60

%

60%

75%

75%

30%


curso bombas 1° partea

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