APNDICE BOMBAS
Diseo de bombas Balance energa del lquido que entra a la bomba E-1 por una toma de succin 2 y que sale de
la bomba por una descarga 3. Aplicando la ecuacin de Bernoulli entre los puntos de succin y
descarga. Se tiene:
Consideraciones en el balance:
- La nica friccin que existe es la que se produce en el interior de la bomba y esta se incluye en el rendimiento de la misma, por tanto se puede despreciar el trmino de
h3-2 =0
- La diferencia de altura entre la altura y salida de la bomba Z3-Z2, suele ser muy
pequea o igual a cero y puede ser elimina de la ecuacin Z= 0.
- Se est considerando que las tuberas de succin y descarga son del mismo tamao, por lo que las cargas correspondientes a la velocidad de cancelan, sin embargo en general la tubera de succin es mayor que la de descarga.
Nota:
Como los costos se relacionan con la potencia y los costos de operacin son proporcionales a la
potencia, stas son las nicas ecuaciones necesarias para el diseo preliminar.
Y luego, calculando la potencia:
Datos para el diseo preliminar:
Para el diseo preliminar en la bomba del fluido secundario, se cuenta con los siguientes datos,
con los cuales se ha hallado el Heat de la bomba (metros) y la potencia (HP) de la bomba. (S.I.)
Bomba L-101 Centrfuga radial multietapa Fluido: Isobutano lquido saturado
i-C4 Flujo volumtrico(m3/s) 0.21 i-C4 Flujo volumtrico(GPM) 3100
P Succin(bar) 3.5 Pdescarga(bar) 40.8
P vapor a T=38C (Bar) 4.48
Temperatura del fluido (C) 38 Eficiencia de la bomba 80%
Head bomba(m) 702.12 P requerido (HP) 1048.2
NPSH requerido (m) 0.2
Potencia real de cada bomba(HP) 1310 N bombas 4
POTENCIA TOTAL CONSUMIDA(HP) 4192.8
El clculo de NPSH, se determina de la siguiente manera:
Fuente perry
Consideraciones:
- Para evitar problemas por cavitaciones, aseguramos el NPSH). Para lo cual se
consider que el tanque pulmn est lleno hasta una altura de 2.85m (9.35 ft). y el
tanque esta elevado a 0.5m (1.64ft) sobre el nivel del piso. Resultando NPSH = 1.5 m
(4.8ft)
Eleccin preliminar de las bombas de lquidos
Para la seleccin se tiene en cuenta:
- Las bombas de turbina o regenerativa, son ms atractivas para las aplicaciones de alta presin y flujo bajo. Sin embargo, ya que las bombas centrfugas radiales pueden efectuar el mismo servicio a un costo competitivo, podemos enfocarnos en el diseo con la seguridad de que las unidades regenerativas (turbinas) crearan un cambio despreciable en la economa del proceso.
- La bomba centrifuga, es el transportador ms confiable, de trabajo pesado y econmico.
Por lo tanto, el tipo de bomba que ms se cerca es el centrifuga radial, entonces ese ser el
que escogeremos.(Ver anexo bomas)
SELECCIN DE
BOMBAS:
ESPECIFICACIONES DE LA BOMBA:
BOMBA DE SECCION DE ANILLOS DE ETAPAS MULTIPLES DE ALTA PRESION
FABRICADO POR: GOULDS PUMPS
MATERIAL ACERO AL CARBONO
CAPACIDAD POR BOMBA ( GPM ) 3000 (680 m3/h)
HEAD (M) 1000 (3300 ft)
TEMPERATURA (C) 204 ( 400F)
PRESIN (PSIG) 1650 (114 Bar)
FRECUENCIA 60 HZ
DIAMETRO DE DESCARGA 6"
DIAMETRO DE SUCCION 8"
DIAMETRO DEL IMPULSOR 13"
Bombas en el mercado
Fuente: Pump Selection Guide / Gould Pumps/ section: Multistage/axial Flow/Double Suction/page 12
Costo de la bomba de proceso
Se tiene un conjunto de 16 evaporadores agrupados en trenes (04 evaporadores /tren). El flujo
de 02 trenes de evaporadores se dirige a 03 tanques pulmn, para luego succionar el
isobutano condensado mediante 02 bombas. Por lo que el flujo i -C4 requerido para el diseo
de cada bomba es la cuarta parte del total.
Se requieren: 1 bomba / tren de condensadores
COSTO BOMBAS = f ( m3/seg, tipo de bomba, material, temperatura)
Segn la grafica de costo obtenemos
FUENTE: Aspen IcarusProcessEvaluator 2002, User Guide, Apndice B: Factores de correccin para el costo de
equipos
Pero aplicando factores de correccin, para las siguientes consideraciones:
De la correccion de la grafica adjunta arriba(VER ANEXOS TABLAS DE CORRECCION)
- Material Acero inoxidable: Am :1.0..Tabla B.3
- Presin de diseo: Ap :2.1..Tabla B.4
- Temperatura de diseo 300C: At : 1.0..Tabla B.5
Ahora calculamos el costo de intercambiador hacia el ao 2009
Tenemos el precio para el ao 2002 con ndices de costo lo pasamos al ao actual (2013)
Ahora, cambiamos el costo del intercambiador hacia un ao actual (2009)
Indice(2009) =897.3; Indice(2002) = 699.2
Calculando
Resumen
Evaporador
Costo / bomba 26950 Numero de bomba 4
Costo de bombas torre de enfriamiento
Por arreglo de trenes: 1 bombas / tren de torres de enfriamiento
Costo de bomba:
FUENTE: Aspen IcarusProcessEvaluator 2002, User Guide, Apndice B: Factores de correccin para el costo de
equipos
Pero aplicando factores de correccin, para las siguientes consideraciones:
De la correccion de la grafica adjunta arriba(VER ANEXOS TABLAS DE CORRECCION)
- Material Acero inoxidable: Am :2.4..Tabla B.3
- Presin de diseo: Ap :2.1..Tabla B.4
- Temperatura de diseo 300C: At : 1.0..Tabla B.5
Ahora calculamos el costo de intercambiador hacia el ao 2009
Tenemos el precio para el ao 2002 con ndices de costo lo pasamos al ao actual (2013)
Ahora, cambiamos el costo del intercambiador hacia un ao actual (2009)
Indice(2009) =897.3; Indice(2002) = 699.2
Calculando
Resumen
Evaporador
Costo / bomba 69853 Numero de bomba 8
Los costos, segn las especificaciones dadas, se complementan con la siguiente grfica:
APENDICE TURBINA
Diseo Turbina Datos de la turbina
CONDICIONES DE OPERACIN FLUJO DE ISOBUTANO(lb/h) 3591720
FLUJO DE ISOBUTANO(Kg/s) 453.5
Entrada salida Entalpia(Btu/lb) 355 Entalpia(Btu/lb) 315
Entalpia(KJ/Kg) 826 Entalpia(KJ/Kg) 733 T(F) 300 T(F) 100
P (psia) 600 P (psia) 50 T (C) 149 T (C) 38
P(bar) 41 P(bar) 3.5
POTENCIA GENERADA
DIFERENCIA DE ENTALPIA (BTU/lb) 40
POTENCI A GENERADA POR EL i -C4(BTU/h) 143668800
POTENCI A GENERADA POR EL i -C4(MW) 42.109
POTENCI A GENERADA POR EL i -C4(Hp) 56523
Para turbinas de 15000 Hp se tiene:
CANTIDAD DE TURBINAS
POTENCI A DE TURBINA ESTANDAR (Hp) 15000
CANTIDAD DE TURBINAS DE 15000 Hp 4
POTENCI A TOTAL DE LAS TURBINAS DE 15000 Hp 60000
POTENCI A TOTAL(Hp) 60000
POTENCI A TOTAL (MW) 44.7
Consiguientemente calculamos la eficiencia para una turbina de 15000 HP, notar que hemos
interpolado para una presin de entrada de 600Psia.
Figura 15-13 del GPSA(ver Anexos Turbinas)
Eficiencia= 76.5 %
- Perdida de eficiencia en la turbina por estrangulacin en la valvula
Luego, calculamos primero la prdida de eficiencia, perdida en la turbina debido a la
vlvula, para ello calculamos la relacin de presin:
Segn la grfica de prdida de eficiencia versus relacin de presin, GPSA Data
BookFigura 15-7(ver anexos turbina)
Eficiencia perdida = 3.5%
- Correccin de eficiencia por fluido de sobrecalentamiento
Temperatura de sobrecalentamiento para T= 300F:
Ts= 486 F
Segn la GPSA Data BookFigura 15-15(ver anexos)
Eficiencia = 99.9%
- Perdida de eficiencia por factor velocidad de turbina.
Las revoluciones de la turbina sern 5000 rpm (Segn estndar del mercado)
Siguiendo las reglas heursticas del dedo pulgar la velocidad de entrada a una turbina es de
(Ver GPSA Data Book Figura 15-15(ver anexos))
Por ltimo, sabemos que:
EFICIENCIA
RELACION DE PRESION (Pent/Psal) 12.0
PORCENTAJE DE EFICIENCIA PERDIDA POR VALVULA 3.5%
TEMPERATURA DE SOBRESATURACION(F) 486
SOBRECALENTAMIENTO DE TEMPERATURA(F) 186
PORCENTAJE DE EFICIENCIA PERDIDA POR SOBRECALENTAMIENTO 99.9%
VELOCIDAD DE TURBINA(rpm) 5000
PORCENTAJE DE EFICIENCIA PERDIDA POR VELOCIDAD 97.6%
EFICIENCIA SEGN PRESION Y POTENCIA(15000 hp) 76.5%
TOTAL EFICIENCIA(15000 hp) 72.0%
Por lo tanto:
Eficiencia total = 72.0 %
Calculando la potencia real entregada:
POTENCIA REAL
POTENCIA REAL(hp) POR CADA TURBINA DE 15000 hp 10796.8
POTENCIA REAL ENTREGADA(HP) 43187.2
POTENCIA REAL ENTREGADA(MW) 32.2
DIAMETRO DE ENTRADA Y SALIDA
Calculamos el dimetro de entrada
Teniendo en cuanta la regla heurstica del dedo pulgar la velocidad de salida ser el
dimetro de salida ser:
NUMERO DE ETAPAS
Segn la grfica Los indicadores estn entre 1.85 y 2.15 El nmero de etapas estarn entre:
FUENTE: GPSA, Data Book, Versin FPS, Volumes I & II, Seccin 15, Figura 15-18, pg. 15-8
Por lo tanto el nmero de etapas es:
Costo Turbina
ESPECIFICACIONES DE DISEO
Flujo del fluido de trabajo 3591720 lb/h Presin de entrada del i-C4 600 Psia
Presin de salida del i- C4 50 Psia Temperatura de operacin mxima 149 C
Nmero de turbinas de 15 000 hp 4
Ahora, utilizamos la grfica de costos para turbinas en funcin de la potencia, nos ubicamos en la
recta para turbinas de gas, luego intersecamos nuestra nueva potencia:
FUENTE: Aspen IcarusProcessEvaluator 2004.2, User Guide, Apndice A: Costos de Equipos. Figura A6
Y tenemos:
Pero aplicando factores de correccin, para las siguientes consideraciones (VER ANEXOS TABLAS
DE CORRECCION)
- Material : Acero al carbn AM= 1.0(Tabla B.1)
- Temperatura de diseo : 150C AT=1.6(Tabla B.5)
Entonces, el nuevo costo por turbina es:
Ahora cambiamos el costo de la turbina hacia un ao actual (2009), utilizando el mtodo de
ndices de costo, para ello utilizamos como referencia los artculos de ChemicalEngineering,
para el ao 2009:
Indice(2009) = 597.0 ; Indice(2002) = 444.2
Calculando:
Resumen
Turbina
Costo / turbinar 645 1155 $ Numero de turbina 4