UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA MINAS PETRÓLEO Y AMBIENTAL ESCUELA DE PETRÓLEOS MECÁNICA DE FLUIDOS II Proyecto Experimental: Construcción de una Bomba Tipo Cilindro o Bomba de Pistón CUARTO – PETRÓLEOS GRUPO B Ing. Néstor Valdospinos C. Ms. Sc.
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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA MINAS PETRÓLEO Y
AMBIENTAL
ESCUELA DE PETRÓLEOS
MECÁNICA DE FLUIDOS II
Proyecto Experimental:
Construcción de una Bomba Tipo Cilindro o Bomba de Pistón
CUARTO – PETRÓLEOS
GRUPO B
Ing. Néstor Valdospinos C. Ms. Sc.
QUITO - ECUADOR
JUNIO 2014
LISTA DE INTEGRANTES DEL GRUPO
# ESTUDIANTE
1 MIRANDA JAVIER
2 MONTERO KATHERINE
3 MORALES MARÍA JOSÉ
4 OLEAS JOEL
5 PADILLA MAURICIO
6 PILLAJO ANDRÉS
7 PORTILLAS ANDERSON
8 PROAÑO JORGE
9 QUEZADA DAVID
10 QUILOANGO DIEGO
11 QUISHPE ANDRÉS
12 REYES SANTIAGO
13 RODRÍGUEZ SANTIAGO
14 SÁNCHEZ ELIZABETH
15 SANTOS PABLO
16 TAMAYO BOLÍVAR
17 VÁZQUEZ CRISTHIAN
18 ZAPATA DANIEL
CAPÍTULO I
1.1 TEMA:
Construcción de una bomba tipo cilindro o bomba de pistón.
CAPÍTULO II
2.1. INTRODUCCIÓN:
Este proyecto experimental tiene como propósito la construcción de una bomba
tipo cilindro para comprender los principios que rigen su funcionamiento, por lo
cual se elaborará la misma de una forma casera utilizando materiales
económicamente accesibles. El alcance del proyecto es vincular la bomba con su
aplicación en la industria petrolera.
Las bombas tipo cilindro o bombas de pistón son muy útiles para bombear el fluido
hidráulico que después accionará los diversos mecanismos. Igualmente su utilidad
en los diferentes campos de la ingeniería.
2.2. JUSTIFICACIÓN:
El proyecto tiene como base asimilar los conocimientos sobre las características,
principios, estructuras y funcionamiento de la bomba tipo cilindro, tema primordial
en nuestra formación profesional, que mediante los conocimientos de Mecánica de
Fluidos II se intentará construir una bomba de carácter práctico educativo, para
mejorar el entendimiento de la misma y cimentar nuestros conocimientos.
2.3 OBJETIVO GENERAL:
Construir un modelo de bomba tipo cilindro o bomba de pistón, mediante la
utilización de materiales económicamente accesibles, con el fin de comprender su
funcionamiento.
2.4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
o Investigar los principios teóricos que explican el funcionamiento de una bomba
tipo cilindro.
o Establecer el diseño y los materiales que se debe considerar para la
construcción de la bomba.
o Construir la bomba y presentarla en funcionamiento ante todos los compañeros
de la asignatura con la debida explicación de los principios que rigen su
operación.
2.5. FACTIBILIDAD
Factibilidad Económica.
Los materiales para la bomba son económicamente factibles, por lo cual el
grupo de trabajo está en la capacidad de autofinanciarse.
Factibilidad Técnica.
Se cuenta con el apoyo informático y manejo de las TIC´s con una amplia gama
de fuentes bibliográficas sobre el tema en mención.
2.4. ACCESIBILIDAD
El grupo está en la capacidad de elaborar la Bomba tipo cilindro, pues consta de
los conocimientos básicos, e información extra, además de puntualizar que la
bomba no posee riesgos porque no se realizará a altas presiones, por lo contrario
será un modelo didáctico.
CAPÍTULO III
3.1 MARCO TEÓRICO
3.1.1 BOMBA DE PISTÓN
Una bomba de pistón es una bomba hidráulica que genera el movimiento en el
mismo mediante el movimiento de un pistón. Las bombas de pistones son del tipo
bombas volumétricas y se emplean para el movimiento de fluidos a alta presión o
fluidos de elevadas viscosidades o densidades.
Su funcionamiento se fundamenta en que movimiento del pistón desaloja, en cada
movimiento un mismo volumen de fluido, que equivale al volumen ocupado por el
pistón durante la carrera del mismo.
Esquema de una bomba tipo cilindro o de pistón
Las bombas de pistón son utilizadas generalmente en la industria por su alto
rendimiento y por la facilidad de poder trabajar a presiones superiores 2000 lb/plg2
y tienen una eficiencia volumétrica aproximadamente de 95 a 98%.
3.1.2 OPERACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LAS BOMBAS DE PISTÓN
La operación de este tipo de bombas es interesante y muy parecida a los motores
de pistón. Se trata de varios cilindros pistones o de uno grande y axial que
comienza a aspirar líquido y luego a expulsarlo, de manera que salga a presión y
pueda ser enviado a distancias mayores que las bombas tradicionales, lo que
permite optimizar el transporte de fluidos.
A mayor cantidad de pistones, más potencia se puede generar, de tal manera, que
podemos obtener un cabezal de bombeo y una extraordinaria eficiencia.
A parte de las características mencionadas anteriormente se pueden añadir las
siguientes:
Bombeo de productos particulares y productos sensibles a esfuerzos de
cizalla.
Temperatura de trabajo: 120°C (puede variar según el diseño).
Trabajo en vacío.
Diagrama de operación de una bomba de pistón
3.1.3 ETAPAS DE FUNCIONAMIENTO DE UNA BOMBA DE PISTÓN
Una bomba de pistón puede funcionar acoplada a un motor alternativo accionado
con cualquier tipo de energía (neumática, eléctrica, etc). El movimiento alternativo
se repite indefinidamente mientras esté conectado el suministro de energía,
independientemente de si la bomba está alimentada con líquido o no.
1. Varilla en posición inferior.
2. Se produce la apertura de la válvula de succión y el llenado de la bomba.
Simultáneamente, por el cierre de la válvula de la varilla, es desalojado el
producto que se encuentra sobre el sello del émbolo.
3. Varilla en posición superior.
4. Por la acción de la varilla, que se desplaza hacia abajo, se produce la
apertura de la válvula del émbolo y el cierre de la válvula de succión,
desalojándose producto por la salida en un volumen igual al ocupado por la
varilla.
5. Varilla en posición inferior.
Bomba de pistón oscilante
3.1.4 CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS DE PISTÓN
BOMBA DE PISTÓN
BOMBA DE ACCIÓN SENCILLA
Desplaza fluido a la superficie en un solo sentido, es decir, en el
movimiento de ascenso o descesnso.
BOMBA DE ACCIÓN DOBLE
Desplaza fluido hasta la superficie en ambos recorridos ya que posee válvulas
de succión y de descarga en ambos lados del pistón que combinan acciones de
apertura -cierre de las válvulas de succión y descarga del mismo.
BOMBA DE SUCCIÓN
Debido a la gran variedad de las bombas de pistón, estas pueden clasificarse
como:
Bombas de pistón radial
Los pistones se deslizan radialmente dentro del
cuerpo de la bomba que gira alrededor de una
flecha.
Bombas de pistón axial
Los pistones se mueven dentro y fuera sobre un plano
paralelo al eje de la flecha impulsora. Este tipo de
bomba puede trabajar en ambas direcciones. El plato
inclinado es movido por el eje y el ángulo del plato
determina la carrera del pistón. Las válvulas son
BOMBA PISTÓN
Axiales
Los pistones son paralelos entre sí y
también paralelos al eje
Caudal variable
Radiales
Los pistones son perpendiculares al eje, en forma
de radios
Caudal variable
Transversales
Los pistones son perpendiculares al eje son accionados
por bielas
Caudal fijo
Bomba según el eje que las acciona
necesarias para dirigir el flujo en la dirección correcta.
Bombas de pistón de barril angular (Vickers)
Las cargas para impulsión de la bomba
y las cargas de empuje por la acción del
bombeo van soportadas por tres
cojinetes de bolas de hilera simple y un
cojinete de bolas de hilera doble. Este
diseño de bomba ha dado un excelente
servicio a la industria aeronáutica.
Bombas de pistón de placa de empuje angular (Denison): Este tipo de
bombas incorpora zapatas de pistón que se deslizan sobre la placa de
empuje angular o de leva. La falta de lubricación causará desgaste.
Las bombas neumáticas de pistón Las bombas neumáticas de pistón
están compuestas de un motor de aire y de una estructura definida “grupo
de bombeo”. Las partes fundamentales del motor neumático son el pistón y
el dispositivo de válvulas. Este permite la inversión automática del
movimiento del pistón. El caudal de una bomba de pistón depende de la
cantidad de material que suministra en cada ciclo.
3.1.5 APLICACIONES DE LA BOMBA DE PISTÓN
Máquinas Hidráulicas
Esta es la aplicación más habitual de las bombas de pistón, en las que se utilizan
para bombear el fluido hidráulico que después accionará los diversos mecanismos
(ej; motores hidráulicos, cilindros hidráulicos)
Industria del agua a alta presión
Para hidrolimpiadoras normalmente en disposición de tres pistones
cerámicos en línea para equipos industriales y profesionales, y de plato
oscilante para las aplicaciones de bricolaje
Para equipos de corte por chorro de agua, en las que actúa como impulsor
primario antes del multiplicador de presión.
En equipos de chorreo de arena por agua a alta presión.
Industria de la minería y la construcción
Bombeo de hormigón
Bombeo de agua a alta presión para perforadoras y tuneladoras.
Como bomba de relleno de reservorios de petróleo en los pozos
petrolíferos.
Agricultura
Como bomba para fumigacipón y tratamientos fitosanitarios.
Como bomba de trasvase en bodegas.
Como bombas para sistemas de riego.
3.2 USOS DE LA BOMBA DE PISTÓN EN LA INDUSTRIA PETROLERA
3.2.1 BOMBEO MECÁNICO
El yacimiento que ha de producir por bombeo mecánico tiene cierta presión,
suficiente para que el petróleo alcance un cierto nivel en el pozo. Por tanto, el
bombeo mecánico no es más que un procedimiento de succión y transferencia
casi continua del petróleo hasta la superficie. El balancín de producción, que en
apariencia y principio básico de funcionamiento se asemeja al balancín de
perforación a percusión, imparte el movimiento de sube y baja a la sarta de varillas
de succión que mueve el pistón de la bomba, colocada en la sarta de producción o
de educción, a cierta profundidad del fondo del pozo
La válvula fija permite que el petróleo entre al cilindro de la bomba. En la carrera
descendente de las varillas, la válvula fija se cierra y se abre la válvula viajera para
que el petróleo pase de la bomba a la tubería de educción. En la carrera
ascendente, la válvula viajera se cierra para mover hacia la superficie el petróleo