Oct 26, 2014
BOMBAS TURBINA VERTICAL
OBJETIVOS:
• Ver los componentes de una bomba turbina vertical (BTV)
• Tipo de bombas turbina vertical (BTV)
• Comprender el funcionamiento de una bomba turbina vertical (BTV).
• Comparación del diseño antiguo vs. Nuevo diseño de Hidrostal.
• Tipo de accionamiento de BTV.
• Terminología usada en BTV.
• Datos requeridos para una correcta selección de una BTV.
• Selección de BTV.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Componentes principales:
Motor eléctrico
Linterna descarga
Columna
Cuerpo de bomba
Tubo succión
Canastilla
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Tipos de impulsores de flujo semi-axial:
Impulsor Semiabierto Impulsor Cerrado
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Tipos de canastilla:
Cuerpo de bomba con
Impulsores Semiabiertos y
canastilla tipo cesto
Cuerpo de bomba con
impulsores cerrados y
canastilla tipo cónica
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Características principales:
• Caudal hasta 550 lps.
• Altura hasta 350 m.
• Tamaño de tazones desde 5. 1/8” hasta 17”
• Potencia hasta 1500 HP (sin soporte HMSS)
• Impulsor de flujo mixto.
• Linterna descarga en fierro fundido gris (opcional
nodular y acero inoxidable )
• Eje en acero inoxidable AISI 416 opcional (acero inox.
AISI 316, 17-4PH y duplex)
• Tazones en fe. fdo. Gris estándar opcional (fe. fdo.
nodular, acero inox. 316, duplex, bronce)
• Impulsores en bronce estándar opcional (fe. fdo. Gris,
acero inoxidable 316, duplex, bronce)
• Sellado por prensaestopa opcional (sello mecánico)
• Tazones con recubrimiento de porcelana (especial)
Diseño:
BOMBAS TURBINA VERTICAL
• Lubricada por agua (W) , aceite (A), agua con funda (X)
• Lubricada por aceite @ 1800 / 1200 RPM
• Lubricada por agua @ 1800 / 1200 / 3600 RPM
Tipos de bomba:
Servicios:
• Estaciones de bombeo
• Municipales
• Minería
• Agricultura
• Industria
BOMBAS TURBINA VERTICAL
DESCRIPCION ANTIGUA DE IMPULSORES:
CAPACIDAD ALTA
(GH)
CAPACIDAD MEDIA
(GM)
CAPACIDAD BAJA
(GL)
CAPACIDAD ALTA
(CGH)
CAPACIDAD MEDIA
(CGM)
CAPACIDAD BAJA
(CGL)
BOMBAS TURBINA VERTICAL
TURBINA VERTICAL. LUB x ACEITE
401
167
397
212
76
420
400
384
422
394
428
416
403
414
393
396
380
415
403
427
404
419
485
744
404
742
30
620
252
465
266
681
514
816
817
109
404
484
ITEM NOMBRE
30 Contratuerca tensora
76 Tazón de descarga
78 Tazón intermedio
79 Tazón de succión
103 Bocina de succión
109 Brida
109-A Empaquetadura de la brida
167 Eje de la bomba
176 Impulsor
212 Sello by-pass
243 Bocina intermedia
244 Guarda arena
252 Tuerca reguladora
266 Seguro de tuerca reguladora
272 Cuña cónica
380 Separador de jebe
384 Unión simple de columna exterior
393 Bocina columna interior superior
394 Bocina columna interior inferior
396 Bocina columna interior intermedia
397 Bocina campana superior
400 Eje de la columna inferior
401 Cople de eje de columna
403 Eje de la columna interior
404 Eje cabecero
414 Funda de columna interior superior
415 Funda de columna interior intermedia
416 Funda de columna interior inferior
419 Columna exterior superior ( 5' )
420 Columna exterior intermedia ( 10' )
422 Columna exterior inferior ( 5' )
427 Cople de eje cabezal
428 Cople de eje inferior
465 Linterna de descarga
484 Bocina tensora
485 Tuerca tensora
514 Soporte del tanque de aceite
620 Chaveta del eje cabecero
681 Tanque de aceite
742 Empaquetadura trenzada
744 Empaquetadura de cobre
816 Niple
817
109-A Empaquetadura de la brida
LEYENDA
109-A
Tuerca
BOMBA TURBINA VERTICAL LUBRICADA POR ACEITE
103
PL8
79
176
243
78
272
76
212
397
167
603
BOMBAS TURBINA VERTICAL
220
427
402
220
400
401
109-A
76
334
427
742
812
744
428
620
465
400
404
402
401
380
384
397
380-1
220
244
252
272
266
241
233
243
111
176
167
78
109
103
79
50
Tazón de descarga
Alambre de retención
Bocina de jebe del separador
Eje de la columna interior
Cople de eje de columna
Eje de la columna inferior
Bocina campana superior
Empaquetadura de cobre
Empaquetadura trenzada
Chaveta del eje cabecero
Unión simple de columna exterior
Cople de eje cabezal
Boquilla para grasa
Linterna de descarga
Cople de eje inferior
Separador de jebe
Eje cabecero
Bocina de prensaestopa
Empaquetadura de la brida
Seguro de tuerca reguladora
Camiseta de eje
Guarda arena
Tuerca reguladora
Cuña cónica
Bocina intermedia
Deflector
Bocina de succión
Tazón de succión
Tazón intermedio
Eje de la bomba
Luneta prensaestopa
Impulsor
Brida
Caja prensaestopa
LEYENDA
NOMBREITEM
407
243
272
76
212
397
167
233
236
742
50
241
111
744
406
812
465
404
252
620
266
176
103
79
BOMBA TURBINA VERTICAL LUBRICADA POR AGUA
TURBINA VERTICAL. LUB x AGUA
BOMBAS TURBINA VERTICAL
ALTERNATIVAS DE ACCIONAMIENTO DE LAS BTV
MOTOR ELECTRICO CABEZAL SIMPLE CABEZAL MIXTO
BOMBAS TURBINA VERTICAL
TEMPORIZADOR
SOLENOIDE
VALVULA
VALV. COMPUERTA
UNION FLEXIBLE
MOTOR
TABLERO DE CONTROL
FLOTADOR
VALVULA
DE AGUA
TANQUE
VALVULA
CHECK
SISTEMA DE PRELUBRICACION (LUB x AGUA)
BOMBAS TURBINA VERTICAL
SISTEMA DE PRELUBRICACION (LUB x AGUA)
Se compone de:
- 01 Tanque de 0.5 m3 de capacidad, de fibra de vidrio con su respectiva tapa.
- 02 Válvula selenoide de 220 voltios, 60 Hz, de 19 mm (3/4”) para agua.
- 04 Válvula de bola de cierre rápido de ¾” (19 mm).
- 02 Válvula check tipo swing ¾” (19 mm.) de bronce.
- 01 Válvula flotador de ¾” (19 mm.) para tanque de agua.
- 04 Uniones universales ¾” (19 mm.) fierro galvanizado.
- 02 Filtro “Y” para agua ¾” (19 mm.) de bronce.
- 06 Codos de fierro galvanizado de ¾” (19 mm.) x 90º
- 02 Tubos de fierro galvanizado de ¾” (19 mm)
BOMBAS TURBINA VERTICAL
• MOTOR ELECTRICO EJE SÓLIDO WEG EFICIENCIA ESTÁNDAR
• MOTOR ELECTRICO EJE SÓLIDO WEG ALTA EFICIENCIA
• MOTOR ELECTRICO EJE SÓLIDO WEG NEMA IEEE841
• MOTOR ELECTRICO EJE HUECO US MOTORS WPI
• MOTOR ELECTRICO EJE HUECO US MOTORS WPII
• MOTOR ELECTRICO EJE HUECO US MOTORS TEFC
• MOTOR DE COMBUSTION INTERNA (4 TIEMPOS)
TIPOS DE MOTORES UTILIZADOS:
BOMBAS TURBINA VERTICAL
MODELO ANTIGUO DE BOMBA:
12GH-03-08 x 08 x 1.7/16 L/AC
TAMAÑO ETAPAS SUCC X DESC Ø COL. INT. TIPO LUBRIC.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
MODELO NUEVO DE BOMBA:
T12GH-03-HMSS-08 x 08 x 1.7/16 L/AC
TAMAÑO ETAPAS SUCC X DESC Ø COL. INT. TIPO LUBRIC. SOP. ROD.
T = TURBINA VERTICAL PARA POZO
B = TURBINA VERTICAL PARA BARRIL O CISTERNA
HMSS = Hidrostal motor solid shaft
BOMBAS TURBINA VERTICAL
EMPUJE AXIAL EN BOMBAS TURBINA VERT.
En toda bomba centrífuga en operación existe
Una fuerza axial que es la resultante de dos
Fuerzas opuestas (fig. 1) conformadas
Principalmente por:
Una fuerza dinámica en el sentido en el sentido
Del flujo (UPTHRUST) y una fuerza creada por
La diferencia de presiones en ambos lados del
Impulsor. Esta fuerza esta en función de la altura
Dinámica total desarrollada por la bomba y es en
Sentido contrario al movimiento del líquido
(DOWNTHRUST).
El sentido de la resultante depende de la magnitud
De cada componente, siendo en condiciones
normales de operación en sentido contrario al ingreso
del fluido. Sin embargo cuando una bomba está
Operando con un caudal excesivo, el “upthrust” puede
superar al “downthrust” especialmente en turbinas
Cortas y con impulsor cerrado.
Fig. 1
UPTHRUST
DOWNTHRUST
BOMBAS TURBINA VERTICAL
12CGL-1
CURVA DE UNA BOMBA TURBINA
THRUST O EMPUJE
HIDRAULICO
BOMBAS TURBINA VERTICAL
THRUST O EMPUJE HIDRAULICO
El empuje axial resultante que generan los impulsores cerrados es menor
Al que generan los impulsores semi-abiertos como se muestran en las
Figuras.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
INFLUENCIA DE LA “LUZ” EN EL
DESEMPEÑO DE LA BTV
BOMBAS TURBINA VERTICAL
NUEVO DISEÑO HIDROSTAL CON
MOTOR EJE SÓLIDO WEG TEFC
(HMSS)
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Campana succión
Tazones bridados
(solo para B17H)
BOMBAS TURBINA VERTICAL
SOLUCIÓN HIDROSTAL MOTOR WEG TOTALMENTE CERRADO
ESTANDAR O DE ALTA EFICIENCIA.
CAJA DE RODAMIENTOS PARA EL EMPUJE
AXIAL DE LA BOMBA
ACOPLAMIENTO CON REGULACIÓN DE LUZ
DE IMPULSORES, COMPLETAMENTE
DESMONTABLE.
SISTEMA DE NO REVERSION DE BILLAS
BOMBAS TURBINA VERTICAL
ACCIONAMIENTO
HIDROSTAL CON MOTOR
DE EJE SOLIDO DE ALTA
EFICIENCIA
VENTAJAS :
• MOTORES TEFC DE
EJECUCIÓN ESTANDAR
O DE ALTA EFICIENCIA.
•RATCHET DE BILLAS.
•FÁCIL REGULACION DE
LUZ DE IMPULSORES.
•MANTENIMIENTO DE
PRENSAESTOPAS SIN
RETIRAR EL MOTOR.
•RODAMIENTOS DE ALTO
EMPUJE PARA
DOWNTHRUST Y
UPTHRUST.
•EJE ESTABLE PARA
APLICACIONES CON
SELLO MECÁNICO.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
NUEVO SOPORTE DE MOTOR
BOMBAS TURBINA VERTICAL
BOMBAS TURBINA VERTICAL
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Acople rígido tipo John Crane
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Terminología:
Nivel de referencia.- Es el plano horizontal
tomado como referencia para tomar las
medidas de los parámetros de la bomba.
normalmente se toma la base de la linterna.
Nivel estático.- Es la distancia vertical entre
el nivel de referencia y el nivel del agua
cuando el equipo esta parado.
Nivel dinámico.- Es la distancia vertical en-
tre el nivel de referencia y el nivel que alcan-
za el agua en el pozo al caudal de bombeo
cuando la bomba esta operando.
Longitud de columna.- Es la distancia entre
el nivel de referencia y el cuerpo de la bomba.
Longitud de la bomba.- Distancia entre el
nivel de referencia y el punto más bajo de la
bomba.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Terminología:
Altura estática de descarga.- Es la distancia
vertical a la que debe elevarse el líquido desde
el nivel de referencia.
Altura de velocidad.- Es la energía cinética del
líquido bombeado por unidad de peso (se expre-
sa en metros de líquido)
Altura de descarga.- Es la suma de la altura
estática de descarga, las pérdidas en la tubería
y accesorios desde la linterna hasta el punto de
descarga y la altura de velocidad.
Altura de campo.- Se define como la altura de
descarga más el nivel dinámico al caudal de
bombeo.
Altura de laboratorio.- Es la altura dinámica
total que desarrolla el cuerpo completo de la
bomba. Se puede expresar como la suma de
la altura de campo más las pérdidas por fricción
que se generan en la columna de descarga
desde la bomba hasta la linterna.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Terminología:
Eficiencia de laboratorio.- Es la eficiencia que
se muestra en la curva de la performance de la
bomba, incluyendo sus respectivas correcciones.
Potencia de laboratorio.- Es la potencia en HP
requerida en el extremo del eje del cuerpo de la
bomba para descargar el caudal solicitado contra
la altura de laboratorio. Es definido como:
Pot. Lab. (HP) = Caudal (lps) * Altura de lab. (m)
75 * Efic. Lab.
Pérdidas en el eje.- Es la pérdida por fricción
medida en hp que se genera entre el eje de
transmisión y sus apoyos.
Potencia de campo.- Es la potencia requerida
en el extremo superior del eje de transmisión.
se define como la suma de la potencia de labo-
ratorio más las pérdidas en el eje de transmisión.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Terminología:
Eficiencia de campo.- Es la eficiencia del
equipo completo definido como:
Efic. campo (HP) = Caudal (lps) * Altura campo (m)
75 * Pot. Campo (HP)
Empuje total (Thrust total).- Esta compuesto
por la suma del peso de todos los componentes
en rotación en la bomba, el peso de los ejes y el
empuje hidráulico. El empuje hidráulico depende
del tipo de impulsor de la bomba, del líquido
bombeado y del punto de operación. Se calcula
como el número de etapas de la bomba por el
empuje hidráulico generado por etapa indicado
en la curva de performance de la bomba.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Datos requeridos para selección de BTV:
• Análisis de agua de pozo (% arena, pH, conductividad, etc)
• Diámetro de pozo
• Perfil del pozo y curva de aforo de ser posible
• Verticalidad del pozo
• Caudal requerido
• Nivel dinámico (largo de columna)
• Profundidad del pozo
• Tipo de lubricación
• Tipo de descarga
• Longitud descarga, altura descarga, accesorios ó ADT.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
CURVA DE RENDIMIENTO DEL POZO No. 03 - FUNDO NIÑO JESUS
GANDULES INC
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
CAUDAL
(litros/segundo)
AB
AT
IMIE
NT
O
(metr
os)
Observacion : El nivel est át ico en el pozo es de 7.90 m.
El gráf ico muest ra la t endencia de la curva de rendimient o del pozo.
ECUACI ON DE LA CURVA
2
S = 0.071377468Q + 3.783273 E-05QPROYECCION:
Q= 60.00 l/ s
N. Din.= 25.10 m
ABAT. = 17.20 m
DATOS DE AFORO:
Q N.D. S
( l/ s) (m) (m)
17.39 11.60 3.70
22.45 13.55 5.65
27.00 15.20 7.30
34.92 17.75 9.85
41.12 19.85 11.95
48.89 21.65 13.75
Curva típica de aforo
BOMBAS TURBINA VERTICAL
HOJA DE DATOS PARA
SELECCIÓN DE BTV
SELECCION DE UNA BOMBA
TURBINA VERTICAL
LIQUIDO : AGUA LIMPIA A 25°C
CAUDAL : 50 l/s
ADT : 94 m
Efic. Min. Bomba : 84% (tiene que ser c/tazones aporcalanados)
Efic. Min. Motor : 86%
Longitud de col. : 90 m
CONDICIONES DE OPERACION:
Se requiere cotizar bomba turbina vertical lubricada por agua para SEDAPAL, las pérdidas de
carga en la columna no excederán del 5%, la velocidad de flujo de agua en la columna no será
menor de 1.2 m/s. Impulsores serán del tipo cerrados. Motor arranque E-T, WPI, VHS, 440V,3F,
60 Hz. La elongación de la columna de ejes, a válvula cerrada (caudal “0”) no será mayor al 60%
de la luz axial máxima de regulación del cuerpo de impulsores.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Para una etapa H = 16.2 m
entonces número de etapas:
n = 94/16.2 = 5.8 etapas
n = 6
altura por etapa = 94/6 = 15.7 m
Diámetro Imp. : 201 mm
Eficiencia : 84%
Potencia abs. : 74.6 HP
P. Máxima : 74.9 HP
Velocidad : 1770 rpm
NPSHr : 3.0 m
Thrust (lb) : 6x900 = 5,400 lb
________
BOMBA 12CGL-6
CAUDAL : 50 l/s
ADT : 94 m
BOMBAS TURBINA
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Selección del eje de columna interior:
De la tabla de selección de ejes para bombas turbina verticales:
Empuje en libras = 5,400 lbs
Velocidad oper. = 1760 rpm
Carga máx = 186.9 HP
Por tanto seleccionamos eje de 1.7/16”
Selección de la columna exterior:
De la tabla de pérdidas por fricción en columnas estándar:
Caudal = 50 lps (800 gpm aprox.)
Diám. Col. Inter. = 1.7/16”
Por tanto seleccionamos columna exterior de 8” (pérdidas 2.1% < 5%)
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Elongación total del eje a llave cerrada:
De la tabla de elongación del eje:
Thrust hidráulico (Empuje en libras) = 5,400 lbs
Diámetro de la col. Interior = 1.7/16”
Por tanto (0.135 + 0.146) *90 * 3.28 / 100 = 0.4148”
2
Juego de la bomba (End play):
De la tabla de juego de la bomba (End play):
12” CGL = 1. 1/32” = 1.0313”
La elongación de la columna de ejes, a válvula cerrada (caudal “0”) no será mayor al 60%
de la luz axial máxima de regulación del cuerpo de impulsores.
Por tanto : 0.6 * 1.0313” = 0.6189 > 0.4148”
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Experimental analysis and field experience have resulted in the following
empirical relationship:
S = D + ((0.574*Q)/D1.5)
Where S is submergence in inches
D is bell diameter in inches
Q is rate of flow in gpm
The required minimum submergence can also be determined from figure
9.8.26B taken from ANSI HI 9.8-1998 Pump Intake Design.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Q = 126.2 l/s = 2000.27 gpm
ADT = 195 mca
D = 298 mm ( 11.73 pulg)
S = 11.73 + [(0.574*2000.27)/11.731.5)]
S = 40.31 pulg. = 1024 mm
Altura de canastilla (Hc) = 400 mm
Sumergencia mínima = 1024 + 400
= 1424 mm
= 1500 mm
Ejemplo cálculo de sumergencia:
BOMBAS TURBINA VERTICAL
BOMBAS TURBINA VERTICAL
BOMBAS TURBINA VERTICAL
BOMBAS TURBINA VERTICAL
BOMBAS TURBINA VERTICAL
BOMBAS TURBINA VERTICAL