CURSO BOMBAS 1° PARTE

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

16


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

17

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



18


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


20


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

25

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”.


28



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


29



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


4.9 CURVAS DE FUNCIONAMIENTO - BOMBA CENTRÍFUGA

Diam 3Diam 2Diam 1

30%

50%

50%60

%

60%

75%

75%

30%


51

4.10 BOMBAS CENTRÍFUGAS. PARÁMETROS DE OPERACIÓN

Densidad Altura de bombeo

INFLUENCIA DE LAS PROPIEDADES DEL FLUIDO


ViscosidadNPSH requerido

Eficiencia

Potencia

52

4.11 VELOCIDAD ESPECÍFICA DEL IMPULSOR (Ns)

N x Q-------------------

(H)3/4

N = Velocidad de rotación (rpm)

Q = Caudal en el BEP para cada impulsor máximo (gpm), si es de succión simple

Q = la mitad del Caudal en el BEP para cada impulsor máximo, si es de doble succión (gpm)

H = Altura de bombeo en el BEP para el impulsor máximo de cada etapa (pies)

A medida que aumenta la componente axial del flujo en el impulsor, aumenta el valor de “Ns” .


Ns =

53


4.11 DISEÑOS DE PERFILES DE IMPULSORES EN FUNCIÓN DE SU VELOCIDAD ESPECÍFICA

54

4.11 CURVAS DE OPERACIÓN SEGÚN LA VELOCIDAD ESPECÍFICA DEL IMPULSOR

Caudal volumétrico

Ns = 600Ns = 1500

Ns = 3000

Ns = 5000

Ns = 10000

Altu

ra d

e B

ombe

o

Eficiencia (%)

Potencia al freno

Altura de Bombeo

Pot

enci

a al

fren

o

Efic

ienc

ia (%

)


55

4.12 VELOCIDAD ESPECÍFICA DE SUCCIÓN (S)

N x QS = -------------------

(NPSHr)3/4

N = Velocidad de rotación (rpm)

Q = si la bomba es de succión simple,Q es el Caudal en el BEP para el impulsor máximo de la primera etapa (gpm)

Q = si la bomba es de doble succión, Q la mitad del Caudal en el BEP para el impulsor máximo de la primera etapa (gpm)

NPSH r = NPSH requerido en el BEP para el impulsor máximo (pies)

Valores máximos permisibles de “S”: 10 000 - 12 000

A medida que aumenta el valor de “S”, aumenta la tendencia a la cavitación Incipiente, para puntos de operación alejados del BEP, aún cuando el NPSH disponible sea adecuado.


56

CURVAS DE NPSH REQUERIDO – BOMBAS CENTRÍFUGAS

Curva del 3% de decremento de la Altura de Bombeo: Base experimental @ Diámetro de impulsor / velocidad constante / agua a temp. Ambiente API 610: @ 65ºC

Caudal volumétrico - % del QBEP B

EP

3% decremento de la Altura de Bombeo

0 1005025 125

NPS

H R

eque

rido

Cavitación incipiente

Ruido y vibración máximos

4.12 VELOCIDAD ESPECÍFICA DE SUCCIÓN. INFLUENCIA EN LA CAVITACIÓN


57Caudal volumétrico

Pot

enci

a al

fren

o (P

) E

ficie

ncia

(%)

Altu

ra d

e B

ombe

o (H

)

Potencia a N2

Efici

encia

a N2

Altura a N1

4.13 LEYES DE AFINIDADCURVAS DE FUNCIONAMIENTO BOMBA CENTRÍFUGA RADIAL A VELOCIDADES N1 Y N2

Parábola de semejanza

Altura a N2

Efici

encia

a N1

Potencia a N1


58

4.13 LEYES DE AFINIDAD

Q1 = N1 x D1Q2 N2 D2

H1 = N1 2 x D1 2

H2 N2 D2

PH1 = N1 3 x D1 3

PH2 N2 D2 E1 == E2

Aplicaciones:


• Estimaciones • Bombas de flujo radial• Puntos 1 y 2 semejantes• Variaciones de “D” menores al 10% • Cambios de Velocidad (N) • Para cada impulsor o etapa por separado

o bombas de una sola etapa • Variación de un solo parámetro por cada proceso de cálculo

59

Caudal volumétrico (Q)

Altu

ra d

e B

ombe

o (H

)

Pará

bola

de

sem

ejan

zaAltura a N1

Altura a N2 1´

21

Resistencia

del sistema

Se conocen:

Ecuación de la Parábola de Semejanza (P) a la cual pertenece el punto 2:

H = K x Q2 K = H2 / Q22

K = Constante


Se desea determinar la velocidad N2

• R : Curva de resistencia del sistema • Curva de la bomba a velocidad N1 • Q1 y H1 : Condiciones de operación a

velocidad N1 • Q2 y H2 : Condiciones de operación

requeridas • Diámetro del impulsor constante

¿ N2 ?

4.13 LEYES DE AFINIDAD. MÉTODO PARA CAMBIO DE VELOCIDAD

Se construye la parábola P que pasa por el punto 2, cuya intersección con la curva N1 determina el punto 1’.

Las Leyes de Afinidad se aplican entre los puntos 2 y 1’, para determinar N2

La eficiencia E2 es aproximadamente igual a E1’, por ser puntos semejantes , E1’ se obtiene de la curva de la bomba para Q1’ , H1’ y N1

60

Se ha demostrado experimentalmente una discrepancia entre los parámetros de operación calculados mediante las leyes de afinidad y los reales, obtenidos con impulsores de diámetro recortado.

Esta discrepancia aumenta con el porcentaje de reducción.

Recomendaciones: • Evitar reducciones a diámetros < 70% del impulsor de diseño o nominal.

• Para bombas de flujo radial y de alta velocidad específica (2500 a 4000) NO hacer reducciones a diámetros de < 90% del impulsor de diseño.


4.13 APLICACIÓN DE LAS LEYES DE AFINIDAD EN REDUCCCIÓN DE DIÁMETRO DE IMPULSOR

61

4.13 APLICACIÓN DE LAS LEYES DE AFINIDAD

% C

alcu

lado

60

70

80

90

100

65 70 75 85 9580 90 100

% Reducción Requerida (% del diámetro original)


REDUCCIÓN DE DIÁMETRO DE IMPULSOR – CURVA DE CORRECCIÓN

62

4.14 FLUJO CONTINUO ESTABLE MÍNIMO

Efic

ienc

ia (%

)

Altu

ra d

e B

ombe

o

BEP


Flujo Continuo Estable Mínimo (FCEM)


Máxima eficiencia

Fuente: Fabricante

¿Cuán cerca del FCEM puede operar la bomba

continuamente?

¿?

63

INCREMENTO DE TEMPERATURA

Altu

ra d

e B

ombe

o

Caudal volumétrico

Incr

emen

to d

e Te

mpe

ratu

ra

Efic

ienc

ia

4.15 FLUJO CONTÍNUO TÉRMICO MÍNIMO


¿?

64

4.15 FLUJO CONTINUO TÉRMICO MÍNIMO

1. Determinar la Presión de Vapor a temperatura máxima:

Pvap a tmax = (NPSHd – NPSH r) x PE + Pvap a temp normal

C: Calor específico del fluido (BTU / lb °F)H0: Altura de cierre de la bombaDif. Temp max: Temp max – temp normalQbomba: caudal de la bomba

PROCEDIMIENTO DE ESTIMACIÓN


4. Determinar el Flujo Contínuo Térmico Mínimo estimado:

FCTmin = Qbomba a Emin

2. Determinar la temperatura máxima, a Pvapor máximo

3. Determinar la eficiencia mínima:

Emin = H0 (778 x C x Dif. temp max + H0)

¿?

¿?

65

4.16 SISTEMA DE BOMBEO CON SIFÓN

2

Z2

1

S

Z

Zs

Gradiente hidráulico

Hs min = Pva + holguraPE


Hs = Ps/PE ¿?

Hs = H2 – Zs + hf (s a 2) – vs2

2g

F (ruta tub.) P2/PE Fijo f (caudal, diámetro tub S a 2.)

¿Cómo podemos aumentar Hs? Aumentando hf(S - 2)

¿punto crítico? Verificar la presión en cada punto del sistema

66


ALTURA DEL SIFÓN MÁXIMA (Zsmax)

Zsmax = H2 – Hsmin + hf (s a 2) – vs2

2g H2 : Altura de presión en el recipiente de descargaHs : Altura de presión estática en la cima del sifón requerida

Hs min = Pva / PE + holgura (holgura : 2 a 3 m.)

Pva : Presión de vapor del líquido a la temperatura de operación hf (s a 2) : Pérdidas por fricción entre los puntos “S” y “2” (función del caudal) vs : velocidad de flujo en el punto “S” (función del caudal)g : aceleración de gravedad

ALTURA DE LA BOMBA PARA EL ARRANQUE DEL SISTEMA (Hbi)

Hbi = Z + Z2 + hf(1 a s) + vc2

2ghf(1 a s) : pérdidas por fricción entre los puntos “1” y “S”vc : velocidad crítica en el sifón


67



Cálculo de la velocidad crítica “Vc”

S

Dc

Dc : Diámetro crítico

CURVA DE ÁREA NETA DE PASO DE FLUJO

1. Calcular Q / Di 5/2

2. Determinar Dc / d

3. Determinar Área neta / Área tubo

68

4.17 OPERACIÓN DE BOMBAS CENTRÍFUGAS EN PARALELO

50 100Caudal volumétrico75

Curva

del

sistem

a

2 Bombas en paralelo

Q1 Qs

Q1: Caudal de cada bomba Qs: Caudal del sistema de bombas

Hb = Hs

Altu

ra

de b

ombe

o

0

25

50

75

100

0

Hb = Hs : Altura de cada bomba = Altura del sistema de bombas


1 Bomba

¿Cómo se determina la curva del sistema de bombas?

69

4.18 OPERACIÓN DE BOMBAS CENTRÍFUGAS EN SERIEA

ltura

de

bom

beo

0

75

100

0 25 100Caudal volumétrico

75

Curv

a de

l sis

tem

a

2 Bombas en serie

Bomba 1

H1: Altura de la bomba 1Hs: Altura del sistema de bombasH2: Altura de la bomba 2

Bomba 2H1

H2Q

sQ

b

Qs = Qb : Caudal de cada bomba y del sistema

Hs


¿Cómo se determina la curva del sistema de bombas?

70

Altu

ra d

e bo

mbe

o

Caudal volumétrico

Potencia con 6000 SSU

Eficiencia con Agua

Potencia con Agua

Altura con Agua

Eficiencia con 6000 SSUAltura con 6000 SSU

Efic

ienc

ia

Pot

enci

a al

fren

o


4.19 INFLUENCIA DE LA VISCOSIDAD EN LAS CURVAS DE OPERACIÓN DE BOMBAS CENTRÍFUGAS

71

4.19 INFLUENCIA DE LA VISCOSIDAD EN BOMBAS CENTRÍFUGASCORRECCIÓN DE LA CURVA POR VISCOSIDAD

Limitaciones:

• Impulsores radiales• Una sola etapa

• Líquidos uniformesno geles, lodos ni pastas

• Aplicaciones con HPSH adecuado• No extrapolar

MÉTODO DEL HYDRAULIC INSTITUTE

Factor de corrección por caudal Cq

Q = caudal H = altura de bombeoE = eficiencia

C = factor de corrección w = para agua vis = para fluido viscoso

Qw = Qvis / Cq


Factor de corrección por eficiencia Ce

Factor de corrección por altura Ch

Evis = Ew x Ce

Hw = Hvis / Ch

72

Qvis, Hvis(conocidos)

Ce, Cq y Ch a diferentes

% QBEP

Calcular Qw

Pre-selección de la curvade la bomba para aguaVerificación de

Qw / QBEP

Repetir pasos 3 a 5 Hasta igualar Qw / QBEP

1 3 4

6-b

7

Calcular Ch y Hw

Selección de la curva específica de la bomba para agua

8

9

Determinar Ew desde la curva específica de la

bomba seleccionada

Calcular Evis = Ew x Ce

10

Calcular Potencia vis con Evis

25

Procedimiento para cada etapa por separado

6-a6-b

6-c


4.19 PROCEDIMIENTO DE CORRECCIÓN DE LA CURVA POR VISCOSIDADPARA BOMBAS CENTRÍFUGAS – HYDRAULIC INSTITUTE STANDARD

viscosidad (conocida)

CARTA Calcular

Hw a %’s BEP

73

CORRECCIÓN DE LA CURVA POR VISCOSIDAD. PROCEDIMIENTO DEL INSTITUTO HIDRAULICO1° Entrar a la carta en la parte inferior por el eje de las abscisas con la capacidad requerida para el fluido viscoso (Qvis), en

dirección vertical hasta encontrar la línea de altura de bombeo requerida para el fluido viscoso (Hvis), dichas alturas están representadas por las líneas oblicuas de pendiente positiva.

Si la bomba es multi-etapa, se usa la altura de cada etapa por separado (se repite el procedimiento tantas veces como etapas tenga la bomba).

2° A partir del punto ubicado anteriormente, se desplaza horizontalmente (a la derecha o a la izquierda) hasta encontrar la línea oblicua de pendiente negativa correspondiente a la viscosidad del fluido.

3° A partir del punto obtenido anteriormente, se desplaza verticalmente a la parte superior de la carta hasta encontrar las curvasde los factores de corrección por viscosidad (Ce, Cq y Ch). La curva del factor Ch que se debe usar en el primer paso de tanteo es la designada por ”1.0 x Qn”, la cual corresponde al punto de máxima eficiencia (BEP), ya que se desea seleccionar una bomba que opere lo más cerca posible de este punto. Si al final resulta que la bomba seleccionada no opera en su punto BEP, se debe corregir el valor del factor “Ch”, usando la curva que más se aproxime al caso real de la bomba seleccionada, sabiendo que “Qn” es el caudal en el BEP, “0.6 x Qn” corresponde al 60% del caudal en el BEP, y asísucesivamente. Los valores de Ce, Cq y Ch se leen en la escala de la izquierda.

4° Para obtener la capacidad equivalente en agua (Qw), dividir el caudal requerido para el fluido viscoso (Qvis) entre el factor de corrección de capacidad (Cq), obtenido de la carta en el paso 3°. Qw = Qvis / Cq

5° Para obtener la altura equivalente en agua (Hw), dividir la altura requerida para el fluido viscoso (Hvis) entre el factor de corrección de altura (Ch), obtenido de la carta en el paso 3°. Hw = Hvis / Ch

6°-a Con los valores de Qw y Hw obtenidos, se pre-selecciona la bomba de la manera usual. El punto de operación obtenido para agua debe se lo más cercano posible al BEP,

6°-b corrigiendo iterativamente los valores de Ch y Hw hasta igualar los valores de Qw/QBEP (ver paso 3°). 6°-c Al final de este proceso se obtienen los valores corregidos de Ch y Hw.

7° Al final de los pasos 6-a, 6-b y 6-c se obtiene la curva específica de la bomba para agua.

8° Se determina la eficiencia de la bomba para agua (Ew), leyendo directamente en la curva seleccionada en el paso 7°.

9° Se calcula la eficiencia de la bomba para el líquido viscoso utilizando el factor de corrección por eficiencia obtenido en el paso 3°, mediante la relación: Evis = Ew x Ce

10° Se calcula la potencia requerida al eje para bombear el fluido viscoso, utilizando la eficiencia “Evis” determinada en el paso anterior. P = PE x Qvis x Hvis (PE = Peso específico del fluido viscoso)

EvisLa altura de cierre (para Q = 0) se considera igual para ambos fluidos.

74

(each stage)

SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS4.19 CARTA DE CORRECCION DE FUNCIONAMIENTO POR VISCOSIDAD

EN BOMBAS CENTRÍFUGAS

Ref.: H

YDR

AU

LIC IN

STITUTE STA

ND

AR

D

75

(each stage)


Ref.: HYDRAULIC INSTITUTE STANDARD

Qvis

Hvis

Visc

Ce Cq

Ch a%’s QBEP

1

2

1EJEMPLO

76


Qw = 250 gpm

Hw

Qn = QBEP = 285 gpm

4.19 CORRECCION DE FUNCIONAMIENTO POR VISCOSIDAD

Qw =250 / 285 Qn = 0.88 Qn

EJEMPLO

Impulsor pre-seleccionado

77

(each stage)


EN BOMBAS CENTRÍFUGASR

ef.: CA

MER

ON

HYD

RA

ULIC

DA

TA

78

5 BOMBAS ROTATIVAS

• Desplazamiento D = Volumen teórico / revolución

• Velocidad de Rotación N (rpm)

• Deslizamiento SL = Pérdidas volumétricas

Sl aumenta cuando: Aumenta el Dif. de presión, Disminuye la viscosidad, Aumenta N, Aumentan las holguras internas

• Presión neta positiva de succión Psvr = Psuc. Abs - Pvap. a max. Temp. (NPSH disponible y requerido)

• Capacidad Qreal = D x N - SL



• Potencia Hidráulica: Ph = Q x Dif P

• Eficiencia volumétrica Ev = Q x 100 D x N

79

5.2 BOMBAS ROTATIVAS – CURVAS DE OPERACIÓN C

apac

idad

Diferencial de presión

Capacidad constante (ideal) Viscosidad: 1000 SSU

Viscosidad: 1000 SSU

Viscosidad: 100 SSU

Viscosidad: 100 SSU

Velo

cida

d =

100

rpm

Velo

cida

d =

200

rpm

Capacidad constante (ideal)


¿?¿?

¿?

80

6 BOMBAS RECIPROCANTES

• Capacidad Volumen teórico / tiempo

• Velocidad de Embolada Número de ciclos / tiempo

• Presión neta positiva de succiónPsvr = Psuc. Abs - Pvap. a max. Temp. (NPSH disponible y requerido)

• Eficiencia volumétrica Ev = Volumen real x 100 Volumen efectivo de los cilindros

• Altura de Aceleración (ha)

• Potencia Hidráulica / al freno



81

6 BOMBAS RECIPROCANTES6.2 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN

Nota: Las bombas reciprocantes presentan menos deslizamiento que las rotativas

SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBASC

apac

idad

Diferencial de presión

Capacidad constante (ideal) Viscosidad: 1000 SSU

Viscosidad: 1000 SSU

Viscosidad: 100 SSU

Viscosidad: 100 SSU

Velo

cida

d =

100

rpm

Velo

cida

d =

200

rpm

Capacidad constante (ideal)

82

6.3 BOMBAS RECIPROCANTES. PULSACIONES DE FLUJO EN EL SISTEMA

Cau

dal d

e de

scar

ga

0° 90°

180°

270°

360° 90°

180°

270°

360°0° 90°

180°

90°

180°

1 pistón de acción doble

Cau

dal d

e de

scar

ga

Rotación del eje

0° 90°

180°

270°

360° 90

°

180°

2 pistones de acción doble

Rotación del eje 60

°12

0°

240°

300°0°

180°

360° 60

°12

0°18

0°

3 pistones de acción simple


1 pistón de acción simple

83

6.4 ALTURA DE ACELERACIÓN

Ha = L x V x N x Cb

ha : Altura de Aceleración (pies) * V : Velocidad de flujo (pies/seg)L : Longitud de la tubería (pies) * N : Velocidad de la bomba (rpm) g : Aceleración de gravedad (32,2 pies/seg2)

Cb: Constante que depende del tipo de bomba – 0,200 2 pistones de acción simple -- 0,115 2 pistones de acción doble – 0,066 3 pistones -- 0,040 5 pistones – 0,028 6 pistones -- 0,022 9 pistones

K : Constante que depende del fluido – 2,5 Aceite caliente -- 2,0 Mayoría de los hidrocarburos – 1,5 Amina, glicol y agua -- 1,4 Agua desaireada– 1,0 Úrea y líquidos con pequeñas cantidades de gases

i : Aplica a cada tramo de tubería de diámetro constante del sistema de tuberías. n : Cantidad total de tramos de tubería de diámetro constante

K x gHasist = hi (Li, Vi)

i = 0

n


84

7 SELECCION DE BOMBAS 7.1 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SELECCIÓN

CARACTERÍSTICA CENTRÍFUGAS ROTATIVAS RECIPROCANTES

Caudal Variable alto – medio

Fijomedio – bajo

Fijo, preciso bajo

Altura Baja – media Limitada (1)

Media – alta No limitada (1)

Alta No limitada (1)

Eficiencia Baja – media Media – alta (fluido viscoso)

Alta

Tamaño (2) Menor Medio Mayor

Peso Menor Medio Mayor

Requerimientos de cebado

No autocebante Autocebante Autocebante

Vibraciones Medias Bajas Altas

1. Límites debidos al principio de operación de la bomba 2. En relación a su capacidad.

Notas:


85

7.1 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SELECCIÓN

• Fluido: Viscosidad Contenido de sólidos Flamabilidad Toxicidad

• NPSH disponible

•Arreglo físico del sistema: Tanque vertical Subterráneo Fosa

•Parámetro de control

•Costos: Inversión (inicial / operación / mantenimiento)

•Servicio: Vital / emergencia / auxiliar

•Norma aplicable


86

ARREGLOS DE MONTAJE DE CARCAZAS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS

7.1 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SELECCIÓN EJEMPLO: TEMPERATURA DEL FLUIDO


servicios de alta temperatura

87

7.1 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SELECCIÓN EJEMPLO: BAJO NPSH DISPONIBLE

Aplicaciones:

Bombas de doble succión


Bombas “vertical can”

88

7.2 PROCEDIMIENTO DE SELECCIÓN. BOMBAS CENTRÍFUGAS1. Pérdidas por fricción en el sistema (succión y descarga)

2. NPSH disponible mínimo

3. Altura geodésica máxima y mínima

4. Diferencial de presión en los recipientes de succión y descarga

5. Curva de resistencia del sistema: máxima: Hf total + Zmax + dif. Presión max. Gráfica

6. Curva de resistencia del sistema: mínima: Hf total + Zmin + dif. Presión min. Gráfica

7. Modelo de bomba: tipo pre-seleccionado, rangos de cobertura hidráulica, frecuencia eléctrica – motor eléctrico

8. Tamaño de bomba (curvas particulares)

9. Verificación: tamaño, rpm, NPSH disponible vs. requerido, diámetro del impulsor, caudal máximo, caudal mínimo, altura de cierre, BEP.

10. Evaluación para casos particulares


89

Curva del sistema

Altu

ra

Altura estática (Z)

Caudal volumétrico

Altura de presión (Dif P / PE)

Pérdidas por fricción (hf) (variables, f (Q))

PROCEDIMIENTO

SELECCIÓN DE BOMBAS CENTRÍFUGAS

Curva de la bomba

Q nominal

Hb nominal


90

7.2 RANGOS DE COBERTURA HIDRÁULICA BOMBAS CENTRÍFUGAS


91

7.2 RANGOS DE COBERTURA HIDRÁULICA BOMBAS CENTRÍFUGAS


WM-HWM Family Range Chart

92

7.3 CRITERIOS DE SELECCIÓN. BOMBAS CENTRÍFUGAS

Rango Qmax – Qmin vs. QBEP (seún la especificación o norma) Según API 610 9a. Edición: Rango de operación: entre 70% y 120% del BEP

Punto nominal entre 80% y 110% del BEP Qnormal < QBEP < Qnominal

Diferencial de Hnominal hasta H a impulsor máximo > = 5% Hnominal•Por medio de: - Impulsor más grande

- Incremento de velocidad - Uso de una etapa adicional (blank stage)

Evitar el diámetro de impulsor mínimo: Ejem: Dia. Nom / dia. Min. > 1.1 (110%)

Diferencial Hcierre – Hnominal (10% a 20%) •10% nínimo para bombas en paralelo (API 610)•De acuerdo al la MAWP del sistema de descarga o ajuste de válvula de alivio

NPSHdisp - NPSHreq >= 1 metro o según la Velocidad Específica de Succión (S)

Velocidad de la bomba según: tipo de accionador o frecuencia eléctrica


93

7.3 CRITERIOS DE SELECCIÓN DE BOMBAS CENTRÍFUGASA

ltura

de

Bom

beo

Caudal volumétrico

10 a 20%

Altura de cierre

Hn

Altu

ra d

e Bo

mbe

o

Hn : Altura nominal

Caudal volumétrico

5% HnHn

Mínimo incremento de Altura de bombeo

Diámetro nominal

Diámetro máximo (1)

Altu

ra d

e B

ombe

o

Caudal volumétrico

Rango de operación

Qnor

Qnom

BEP

Qnor : Caudal normal

BEP: Best efficiency point

Qnom: Caudal nominal

(1) o velocidad máxima o etapa adicional


94

SISTEMA CON ALTURA ESTÁTICA NEGATIVA Curvas del sistema con

altura estática variable

Circulación natural del flujo

0

Altu

ra

Altura estática negativa P

érdi

das

por f

ricci

ón

(var

iabl

es)

Caudal volumétrico

+

-

Altura de presión = 0

SELECCIÓN DE BOMBAS CENTRÍFUGAS. CASOS PARTICULARES


95

INFLUENCIA DE VÁLVULAS DE CONTROL

Caída de presión en la válvula para la curva 2

P2 =

Curva 0: sin válvula de control

Curva 1: con válvula de control totalmente abierta

Curva 2: con válvula de control parcialmente cerrada

Altu

ra

de b

ombe

o

Caudal volumétrico

Curvas variables del sistema

012

P2

Q2 Q1 Q0



96Variación total de la Altura Estática = Zf – ( -Zi) = Zf + Zi

Zi Altura estática negativa: -ZiTanque

de succión

Tanque de descarga

Zf Altura estática positiva: +ZfTanque

de succión Tanque de descarga

SELECCIÓN DE BOMBAS CENTRÍFUGAS. CASOS PARTICULARES. VARIACIÓN DE LA ALTURA ESTÁTICA


97

Curvas variables del sistema

Altu

ra

Altura estática (Z)

Caudal volumétrico

Altura de presión (Dif P / PE)

Pérdidas por fricción (hf)



98

7.1 FACTORES DE SELECCIÓN DE BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

•Caudal (aproximadamente constante)

•Presión de diseño(bomba, sistema, ajuste de válvula de alivio)

•Viscosidad

•Presión Neta Positiva de Succión (NPSH)


99

Tamaños bomba

Ref. Bomba IMO Rotativa de 3 tornillos Serie 3D

SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS7.2 SELECCIÓN DE BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

100

7.4 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL COSTO

• Cantidad de unidades

• Material de la carcasa

• NPSH disponible

• Altura de bombeo

• Caudal

• Presión de Diseño

• Temperatura de diseño

• Tipo de bomba

• Riesgos operacionales

• Contenido de sólidos

• Potencia requerida

• Tipo de accionador

• Otros:

- Norma de diseño

- Criterios de seguridad


101

Gracias

CURSO BOMBAS 1° PARTE

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