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Bombas rotatorias

INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS

2Contenido

Introducción. 4 Bombas rotatorias (Definición). 4.1 Principio de funcionamiento. 4.2 Tipos de bombas rotatorias. 4.3 Aplicaciones típicas para las bombas rotatorias 4.4 Limitaciones de las bombas rotatorias, normatividad. Conclusión.


3Introducción

Las bombas son equipos mecánicos que sirven para elevar los líquidos y conducirlos de un lugar a otro, o lo que es lo mismo, comunicarles cierta cantidad de energía (carga) que les permita vencer la resistencia de las tuberías a la circulación, así como, la carga que representa la diferencia de nivel entre el lugar de donde se toma el líquido y el lugar a donde se pretende llevar.

4Definición


Las bombas rotatorias son unidades de desplazamiento positivo, que consisten en una caja fija que contiene engranes, aspas u otros dispositivos que rotan, y que actúan sobre el líquido atrapándolo en pequeños volúmenes entre las paredes de la caja y el dispositivo que rota, desplazando de este modo el líquido de manera similar a como lo hace el pistón de una bomba reciprocante. Como se muestra en la figura 1.


5 FIG. 1 BOMBA ROTATORIA DE ENGRANES EXTERNOS


6Principios de Funcionamiento

Pero las bombas rotatorias en vez de suministrar un flujo pulsante como sucede con las bombas reciprocantes, descargan un flujo uniforme, por el movimiento de rotación de los engranes que es bastante rápido.

Las bombas rotatorias se usan generalmente para aplicaciones especiales, con líquidos viscosos, pero realmente pueden bombear cualquier clase de líquidos, siempre que no contengan sólidos en suspensión. No obstante, debido a su construcción, su uso más común, es como bombas de circulación o transferencia de líquidos.


7Características principales:

- Son de acción positiva

- Desplazamiento rotativo

- Flujo uniforme

- Construcción compacta

- Carga alta

- Descarga relativamente baja

- Velocidades de operación de moderadas a altas

- Pocas partes móviles

- Requieren toda la potencia para llevarlas a su velocidad de operación

- Flujo constante dentro de ciertos límites para carga variable

- Aspiración limitada


8Pasos en que funciona una bomba rotatoria

1. El líquido entra a la bomba por el canal de succión, entre el engrane exterior ( en grande de mayor tamaño) y el engrane interior.

2. El líquido fluye a través de la bomba en medio de los espacios que hay entre los dientes. La forma creciente (forma de media luna) divide al líquido y actúa como sello entre la entrada y la salida.

3. La presión del líquido es elevada justo antes de que este salga por el conducto de salida.

4. Los dientes de los dos engranes se acoplan completamente, formando un sello equidistante, entre el conducto de entrada y el de salida. El sello fuerza al líquido a salir por el conducto de salida.


9Ventajas Solo dos piezas se mueven Descarga continua Ideal para líquidos con alto grado

de viscosidad. Descarga continua sin importar

cambios de presión. Operación en cualquier dirección. Puede operar con una dirección de

flujo, con cualquier rotación. Requiere de bajo NPSH. Bajo costo en mantenimiento Su diseño flexible permite su uso

en una amplia gama de aplicaciones

Desventajas Requiere de velocidades

moderadas. Limitadas a presiones medias Cojinete en contacto con el

líquido bombeado Sobre carga en el cojinete de

la flecha


10

TIPOS DE BOMBASROTATORIAS


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Bombas Rotatorias

Rotor Simple

Bombas de

Tornillo

Bombas de

Engranes

Externos

Bombas de Tubo Flexible

Rotor Múltiple

Bombas de

Engranes Internos

Bombas Lobulares

Bombas de Aspas.


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Bombas De Engranajes Externos

Éstas constituyen el tipo rotatorio más simple. Conforme los dientes de los engranes se separan en el lado el líquido llena el espacio, entre ellos. Éste se conduce en trayectoria circular hacia afuera y es exprimido al engranar nuevamente los dientes. Los engranes pueden tener dientes simples, dobles, o de involuta. Algunos diseños tienen agujeros de flujo radiales en el engrane loco, que van de la corona y del fondo de los dientes a la perforación interna. Éstos permiten que el liquido se comunique de un diente al siguiente, evitando la formación de presiones excesivas que pudiesen sobrecargar las chumaceras y causar una operación ruidosa.


13Bombas De Lóbulos

Son bombas rotativas de engranajes externos, que difieren de estas en la forma de accionamiento de los engranajes. Aquí ambos engranajes son accionados independientemente por medio de un sistema de engranajes externo a la cámara de bombeo.


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Presión de descarga excesiva y/o cambio de la viscosidad del fluido

El funcionamiento de una bomba de lóbulos con fluidos de baja viscosidad se ve altamente afectado por la excesiva presión de descarga y/o por cambios en la viscosidad del fluido. Esto se debe al “Slip”, definido como la perdida de fluido por fugas a través de las separaciones de la bomba. La dirección del slip será desde la zona de alta presión de la bomba hacia la de baja presión. La cantidad del slip depende de diversos factores:


15Efecto de presión

La cantidad del slip crecerá conforme se incremente la presión, lo cual se muestra en la imagen. Para una velocidad dada, la cantidad de slip se puede ver como el flujo a 0.0 bar menos el flujo a una presión “x”.

Para superar esta cantidad de slip será necesario aumentar la velocidad de la bomba para mantener la

capacidad requerida.


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La cantidad del slip se reduce conforme la viscosidad del fluido aumenta. Este efecto se ilustra a continuación. Las líneas de presión “x” continuaran moviéndose hacia la línea de presión cero conforme la viscosidad aumenta

Efecto de la viscosidad


17Bombas De Husillos

También llamadas de tornillos, son bombas de engranajes de caudal axial. Existen tres tipos de bombas de husillo: de un solo husillo, un rotor en forma de espiral excéntricamente en el interior de un estator. De doble husillo, dos rotores paralelos que se entrelazan al girar en una carcasa mecanizada con ciertas tolerancias. De triple husillo, un rotor central (motriz), y dos rotores que se entrelazan con el primero.


18Bombas de Aspas.

Tienen una serie de aspas articuladas que se balancean conforme gira el rotor, atrapando al líquido y forzándolo en el tubo de descarga de la bomba. Las bombas de aspas deslizantes usan aspas que se presionan contra la carcasa por la fuerza centrifuga cuando gira el rotor. El liquido atrapado entre las dos aspas se conduce y forza hacia la descarga de la bomba.


19Bombas de tubo flexible.

Tienen un tubo de hule que se exprime por medio de un anillo de compresión sobre un excéntrico ajustable. La flecha de la bomba, unida al excéntrico, lo hace girar. Las bombas de este diseño se construyen con uno o dos pasos.


20Comportamiento de un

fluido Newtoniano Ejemplos de fluidos newtonianos típicos: • Agua • Cerveza • Hidrocarburos • Leche • Aceites minerales • Resinas • Jarabe


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Comportamiento de un fluido No Newtoniano

Ejemplos de fluidos no newtonianos típicos: • Sangre • Emulsiones • Gomas • Lociones • Jabones • Pasta dental • Levadura


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POTENCIA DE LOS SISTEMAS DE BOMBEO

El conjunto elevador (moto-bomba) deberá vencer la diferencia de nivel entre los dos puntos, más las pérdidas de carga en todo el trayecto (pérdidas por fricción a lo largo de la tubería y pérdidas locales debidas a las piezas y accesorios).

Donde: Q = Caudal (l/s) = Altura manométrica o carga dinámica total (m) γ = Peso unitario del agua (1000 kg/m3) ξ = Eficiencia (70 %)


23VALOR ACTUAL NETO

( VAN )El valor actual neto (VAN), conocido como valor presente neto (VPN), se define como la diferencia de la sumatoria de los beneficios y la sumatoria de los costos que son actualizados a una tasa de interés fija, menos la inversión en el momento cero.

Representación matemática

Consiste en actualizar el flujo de beneficios netos, para cuyo fin se multiplican por el factor de descuento correspondiente, siendo necesario contar con datos del flujo de caja proyectado para simplificar la operación de cálculo y utilizar la siguiente fórmula:


24Expresión Matemática:

Donde: = Valor Actual Neto = Beneficio neto en el período t I = Inversión inicial = Tasa de rendimiento requerida = Períodos de tiempo = Número de períodos

𝑽𝑨𝑵=∑𝒕=𝟎

𝒏 𝑩𝑵 𝒕

(𝟏− 𝒊)𝒏−𝑰𝒐

Calculo del VAN 𝑉𝐴𝑁=𝐵𝑁0=1

(1+𝑖)0+𝐵𝑁1+

1(1+𝑖)1

+…+𝐵𝑁 𝑡1

(1+𝑖 )𝑡+..+𝐵𝑁𝑛

1(1+𝑖 )𝑛

𝐼 0


25

Una localidad se abastece de un pozo cuyas características se indican a continuación: nivel estático 5.50 m, nivel de bombeo 31.00 m, profundidad 38.00 m, caudal 2.5l/s, cota terreno 173.44 m, altura del estanque 19 m desde la superficie del terreno, periodo de funcionamiento 16 horas, como se muestra en la figura , la tubería utilizada en toda la obra es acero galvanizado (C=110).

Problema 1

Se pide calcular las perdidas de carga de la tubería y la potencia de la bomba.

ejemplo


26

Datos: • Nivel estático: 5.50 [m] • Nivel de bombeo: 31.00 [m] • Profundidad: 38.00 [m] • Caudal: 2.5 [l/s] • Cota terreno: 173.44 [m] • Altura del estanque 19 m desde la superficie del

terreno • El bombeo es continuo durante16 horas (N)

ejemplo


27

Solución: 1. Diámetro económico de la tubería de bombeo (fórmula de Bresse)

Diámetro comercial: 3 [pulg] = 0.0762 [m]2. Perdidas de carga tubería del pozo al punto A. (Hazen-Williams)

ejemplo


28

entonces la perdida de carga será ⇒ hf=S * L = 0.00749 [m/m] * 45 [m] = 0.337 [m] 3. Perdidas de carga tubería del punto A al tanque. (Hazen-Williams)

entonces la perdida de carga será ⇒ hf= S * L = 0.00749 [m/m] * 6650 [m] = 49.81[m]

ejemplo


29

4. Calculo de la perdida de carga total (HT) H1= (perdida de carga del pozo al punto A) + (perdida de carga del punto A al tanque) H1= 0.337 [m] + 49.81 [m] = 50.15 [m] H2= (cota terreno del tanque + altura del tanque) – (cota terreno del pozo) H2 = (194.44 [m] + 19 [m] – 173.44 [m] = 40 [m] HT = H1 + H2 + nivel de bombeo = 50.15 [m] + 40 [m] + 31 [m] = 121.15 [m] ⇒ HT = 121.15 [m]

ejemplo


30

5. Calculo de la potencia de la bomba𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 (𝑯𝑷 )=

𝑸 .𝑯 𝒓 .𝜸𝟕𝟎 . 𝜺Donde: γ = Peso unitario del agua (1000 kg/m3) ξ = Eficiencia (70 %) HT= Altura total de carga [m]Q = Caudal [l/s]

⇒ Potencia = 4(HP)⇒ Potencia adoptada = 4 (HP)

ejemplo

4.32


31

Fluidos y sus densidadesmanejables por la bombas rotatorias

Aceite 0.92 g/cm3

Mercurio 1.35 g/cm3

Aceite de Motor 1g/cm3

Alcohol Etílico 0.810 g/cm3

Bitumen 1.28g/cm3

La densidad manejada en una bomba rotatoria es de un 1.0 g/cm3 hasta 1.5 g/cm3


32Gasto de luz

Mientras tanto el gasto de luz diario de una bomba rotativa es de 8.0895x10-5 Kw mucho menor que una bomba centrifuga, eso ahorra considerable mente el gasto de luz emitido.


33

Aplicaciones típicas para las bombas rotatorias

1.-Manejo de líquidos de cualquier viscosidad.

2.-Procesos químicos. 3.-Manejo de alimentos. 4.-Descargas marinas. 5.-Bombas para cargar carros tanque. 6.-Proteccion contra incendios. 7.-Transmisiones hidráulicas de

potencia. 8.-Lubricacion a presión. 9.-Pintura. 10.-Enfriamiento para maquinas

herramientas. 11.-Bombeo de petróleo (líneas,

oleoductos). 12.-Bombas para quemadores de

petróleo. 13.-Refinerias. 14.-Manejo de grasas. 15.-Gases licuados (propano, butano,

amoniaco, freón). 16.-Aceites calientes 17.-Las bombas rotatorias son

generalmente fabricadas para capacidades que no exceden de 500 gpm (31.54 l/s) y cargas que no sobrepasan 500 pies (152.4 m).


34Conclusión

Las bombas rotativas de desplazamiento positivo son apropiadas como bombas de transporte y dosificación en un amplio rango de caudal de bombeo. A menudo son una alternativa económica, especialmente en las industrias alimentaria, farmacéutica y de biotecnología, así como en caso de bajos requerimientos de presión.


35Referencias

http://q-pumps.com/view.php?doc=42 http://www.lewa.com/es/productos/bombas/bom

bas-rotativas/

http://spanish.alibaba.com/product-free/water-pump-3hp-4hp-5hp-6hp-7-5hp-10hp-12-5hp-15hp-17-5hp-20hp-22-5hp-25hp-109623240.html

http://q-pumps.com/view.php?doc=42

http://q-pumps.com/view.php?doc=42

http://www.lewa.com/es/productos/bombas/bombas-rotativas/






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