DEI 05 Bombas Compresores

5/26/2018 DEI 05 Bombas Compresores

1/32

DISEO DE EQUIPOS E INSTALACIONES

TEMA 5BOMBAS Y COMPRESORES

NDICE

5.- BOMBAS Y COMPRESORES.............................................................................. 1

OBJETIVO. ................................................................ ............................................................... ........................... 1

5.0.- INTRODUCCIN........................................................................................................................................1

5.1.- BOMBAS, DESCRIPCIN. .......................................................................................................................35.1.1.- Bombas centrfugas.................................................................................................................................35.1.2.- Bombas Alternativas...............................................................................................................................65.1.3.- Bombas Rotativas. ...................................................... ..................................................................... ....... 75.1.4.- Bombas De Diafragma............................................................................................................................75.1.5.- Curvas Caractersticas.............................................................................................................................8

5.2.- ECUACIONES PARA EL DISEO DE BOMBAS................................................................................115.2.1.- Balance De Energa. .............................................................................................................................115.2.2.- Perdidas Por Friccin............................................................................................................................115.2.3.- Potencia De La Bomba. .......................................................... .............................................................. 11

5.2.4.- Altura Neta Positiva de Aspiracin (NPSH).................................................................................. ...... 125.2.5.- Temperatura De Descarga.....................................................................................................................125.2.6.- Leyes de Semejanza..............................................................................................................................125.2.7.- Procedimiento De Diseo. .......................................................... .......................................................... 135.2.8.- Criterios de seleccin de bombas..........................................................................................................14

5.3.- COMPRESORES, DESCRIPCIN.........................................................................................................155.3.1.- Compresores De Movimiento Alternativo............................................................................................155.3.2.- Compresores Rotatorios........................................................................................................................165.3.3.- Compresores Centrfugos. ....................................................................................................................17

5.4.- SELECCIN DE COMPRESORES........................................................................................................20

5.5.- ECUACIONES PARA EL DISEO DE COMPRESORES. ........................................................ ......... 225.5.1.- Modelo Isentrpico...............................................................................................................................225.5.2.- Temperatura De Descarga.....................................................................................................................235.5.3.- Modelo Politrpico. .......................................................... .............................................................. ...... 235.5.4.- Mtodo Del Diagrama Presin- Entalpa..............................................................................................25

5.6. PROBLEMAS........................................................................................................................................26


2/32


Indice de FigurasFigura 5. 1. Esquema de bomba centrfuga........................................................................... 4Figura 5. 2. Bomba Centrfuga Multietapa.............................................................................. 5Figura 5. 3. Bomba axial ........................................................................................................ 5Figura 5. 4. Instalacin Bomba - Motor.................................................................................. 6Figura 5. 6. Bombas De Husillo Doble.................................................................................... 7Figura 5. 7. Curva caracterstica (cambio de rodete)............................................................. 8

Figura 5. 8. Curva caracterstica (cambio de velocidad)........................................................ 8Figura 5. 9. Curva caracterstica Tpica ................................................................................. 9Figura 5. 10. Mapa de area de trabajo de bombas................................................................ 9Figura 5. 11. Conexin de bombas en serie y en paralelo ................................................... 10Figura 5. 12. Leyes de semejanza........................................................................................ 12Figura 5. 13. Criterios de seleccin de Bombas ................................................................... 14Figura 5. 14. Compresor de Movimiento alternativo............................................................. 15Figura 5. 15. Sistemas de control del compresor ................................................................. 16Figura 5. 16. Soplante de Lbulos........................................................................................ 16Figura 5. 17. Compresor de Tornillo ..................................................................................... 16Figura 5. 17. Compresor de paletas y de anillo lquido......................................................... 17Figura 5. 20. Ventilador......................................................................................................... 17

Figura 5. 21. Compresor axial............................................................................................... 18Figura 5. 22. Compresor Centrifugo ..................................................................................... 19Figura 5. 23. Tabla de seleccin en funcin de presin de descarga y caudal .................... 20Figura 5. 23. Curvas de compresin..................................................................................... 22

BIBLIOGRAFIA

[1] INGENIERIA QUIMICA TOMO 1Coulson & Richarson . Capitulo 5Bombeo de Liquidos. De Revert

[2] SELECCIN DE BOMBAS, SISTEMAS Y APLICACIONES R. H.

Warring,Manuales tcnicos Labor N 27[3] PROCESS COMPONENT DESIGN. P. Buthod & all, Captulo 7

Pumps and Compresors. Universidad de Tulsa .Oklahoma[4] BOMBAS CENTRFUGAS, E. Carnicer, C. Mainar Ed. Paraninfo;

Biblioteca del instalador


3/32


5.- BOMBAS Y COMPRESORES.

OBJETIVO.1.- Establecer las reglas bsicas en la seleccin y dimensionado de bombas y compre-

sores a utilizar en una industria qumica.2.- Presentar las caractersticas de los distintos tipos de bombas y compresores3.- Presentar las Relaciones Bsicas de Diseo de Bombas y establecer el procedi-

miento estndar de diseo.4.- Conocer y aplicar las curvas caractersticas de las bombas y aplicarlas en la

seleccin de la ms apropiada.5.- Presentar las reglas bsicas de seleccin de materiales de construccin de bombas

en funcin de las caractersticas de lo fluidos bombeados.6.- Presentar las Relaciones Bsicas de Diseo de Compresores y establecer el

procedimiento estndar de diseo.

5.0.- INTRODUCCIN.Las bombas y compresores cumplen la funcin de generar el movimiento de los fluidosdesde un punto a otro del proceso. La diferencia fundamental entre bombas y compresoreses que los lquidos se bombean, mientras que los gases se comprimen, y por lo tanto, nohay una distincin clara si una mquina es una bomba o un compresor en ciertas aplicacio-nes.

Los tipos bsicos de bombas y compresores son:DESPLAZAMIENTO POSITIVO

ALTERNATIVOSROTATORIOS

CONTINUOSCENTRFUGOSEYECTORES

Las tcnicas bsicas de calculo de bombas y compresores difieren. Para bombas se utilizael balance de energa mecnica o ecuacin de Bernouilli, ya que la diferencia de temperatu-ra en bombas es moderada.

Para compresores se utiliza el balance de energa trmica. En general en el compresor eltrabajo es equivalente al cambio de entalpa.

Las unidades bsicas utilizadas para bombas y compresores son:

Caracterstica SistemaIngles

SistemaInternacional

Factores deconversin

Capacidad de una bomba gal/min m3/h 0.227124Capacidad de un

compresorft3/min m3/h 1.699

Trabajo por unidad demasa

ft-lbf/lbm ft of head

kJ/kg Altura manomtrica m

4.448 10-30.3048

Potencia C.V. W 745

Bombas y Compresores 5.1


4/32


La terminologa bsica utilizada en la seleccin y clculo de bombases la siguiente.

1. Presin. Entendemos por presin la fuerza ejercida por unidad de superficie por unfluido. Pero debemos distinguir entre:

a. Presin baromtricao presin atmosfricab. Presin absolutac. Presin relativa

2. Presin o tensin de Vapor

3. AlturaGeomtrica. Es la altura vertical comprendida desde el nivel de lquido aelevar hasta el punto ms alto.

4. Altura de Aspiracin. Comprende la distancia desde el nivel del lquido hasta el ejede la bomba.

5. Altura de impulsin. Se mide desde el eje de la bomba hasta el punto de mxima

elevacin.

6. Altura Manomtrica. Es la suma de la geomtrica ms las prdidas de carga.

7. Prdida de carga. Son las prdidas debidas al rozamiento del lquido con las pare-des de la tubera y sus accesorios (vlvulas, codos, ...)

8. Caudal o Capacidad de una bomba es el volumen de lquido elevado por unidad detiempo.

9. Curva caracterstica. Una bomba no tiene un nico punto de funcionamiento, sinouna infinidad de ellos. La curva que une todos los punto de funcionamiento posibles

de una bomba, acoplada a un motor concreto, recibe el nombre de curva caracters-tica o curvas de la bomba, siendo los fabricantes los que suministran tal informacin.

10. NPSH = Altura Neta Positiva de Aspiracin (del ingles Net positive Suction Head)es la diferencia entre la presin del lquido a bombear referida al eje del impulsor y lapresin de vapor del lquido a la temperatura de bombeo, referida en metros.Hay que distinguir entre:

NPSH DisponibleNPSH Requerido

a. NPSH disponible depende del conjunto de la instalacin elegida para labomba y es una particularidad independiente del tipo de bomba. Es por tantocalculable.

b. NPSH requerido es un dato bsico peculiar de cada tipo de bomba, variablesegn modelo, tamao y condiciones de servicio, que se determina pro prue-ba o clculo, siendo un dato a facilitar por el fabricante el cual lo ha obtenidoa travs de ensayos.

Para que una bomba funcione correctamente sin cavitacin,ha de cumplirseque el NPSH disponible en la instalacin, sea igual o mayor que el NPSH reque-rido por la bomba.

11. Cavitacin. Ruido que se oye en el interior de la bomba causado por la explosin delas burbujas de vapor cuado la bomba opera con una aspiracin excesiva. En gene-ral la cavitacin indica un NPSH disponible insuficiente.



5/32


12. Nmero de Revoluciones.En las bombas centrfugas la relacin de caudal sumi-nistrado a la altura de impulsin hace que el rodete tenga una forma determinada.Esta relacin se expresa por el nmero especfico de revoluciones (velocidad espe-cfica) Ns.

4/3HQNNS=

Donde: N es Velocidad de rotacin (rpm); H altura total (ft) y Q caudal (gpm) en elpunto de mximo rendimiento.

13. Potencia hidrulica. Es la potencia precisada por la bomba exclusivamente parabombear el lquido.

14. Potencia absorbida (o potencia de freno). Es la potencia en el eje de la bomba yequivale a la potencia hidrulica ms la potencia consumida en compensar los dis-tintos tipos de prdidas que se ocasionan en la bomba. Por consiguiente es mayorque la potencia hidrulica.

15. Potencia absorbida por el motor.Es mayor que la potencia ansorbida por la bom-ba, pues hay que aadirle las prdidas internas del motor elctrico.

16. Rendimiento mecnico, o rendimiento de la bomba, equivale al cociente de dividirla potencia hidrulica y la potencia absorbida. Se expresa en porcentaje y es siem-pre menor que la unidad.

5.1.- BOMBAS, DESCRIPCIN.Los tipos principales de bombas son:

CENTRIFUGASALTERNATIVASROTATORIASDIAFRAGMA

5.1.1.- Bombas centrfugas.Las bombas centrfugas consisten en un rodete montado sobre una carcasa o voluta. Elliquido entra en el centro del rodete y es acelerado por el giro de este, la energa cinticadel fluido se transforma en energa potencial en la salida.



6/32


Figura 5. 1. Esquema de bomba centrfuga

MATERIALES DE CONSTRUCCIN (Generalmente de fundicin de hierro o acero alcarbono), ver TEMA 3.

Para informacin adicional consultar el captulo 9 Materiales y su compatibilidad del libroSELECCIN DE BOMBAS. SISTEMAS Y APLICACIONES de R.H. WARRING.

SELECCIN DE BOMBAS CENTRIFUGAS

Los criterios ms importantes en la seleccin de bombas incluyen:

Condiciones de operacin (temperatura y presin) Caractersticas del fluido (viscosidad, densidad, presin de vapor, o ebullicin,

propiedades corrosivas, toxicidad, inflamabilidad, lim-pieza)

Rango de Capacidad (caudal normal y mximo) Condiciones de aspiracin (Presin de aspiracin, NPSH) Presin de descarga (simple o mltiple etapa)

Prcticas operatorias (continuo, intermitente)

Dentro de las bombas centrfugas podemos encontrar diferentes tipos como son lasMULTIETAPA, las AXIALES,....



7/32


Figura 5. 2. Bomba Centrfuga Multietapa

Figura 5. 3. Bomba axial



8/32


Figura 5. 4. Instalacin Bomba - Motor

MOTORES

Los motores habituales en bombas centrifugas son elctricos de corriente alterna y

potencias entre 1 y 100 CV, con revoluciones variables en funcin de frecuencia y voltajede la lnea ( p.e. 1450 r.p.m. a 50 Hz y 1740 r.p.m. a 60 Hz 1900 y 3480 r.p.m. respecti-vamente)

Si utilizamos motores de velocidad variable pueden mejorarse las respuestas de las curvascaractersticas.

Tambin pueden utilizarse motores de combustin o turbinas de vapor si se dispone deeste.

5.1.2.- Bombas Alternativas.Las bombas alternativas se utilizan para caudales de bajos a moderados, con elevadasalturas manomtricas. Consisten fundamentalmente en un pistn y un cilindro, con lasapropiadas vlvulas de aspiracin y descarga.Se pueden utilizar pistones simples, o dobles o triples o pistones de doble accin.poseen motores de velocidad variable o sistemas de recirculacin para regular el caudal.Tienen una vlvula de seguridad para proteccin ante una vlvula cerrada en descarga.Se distinguen tres tipos de Bombas alternativas:

POTENCIAVOLUMEN CONTROLADO (medidoras o proporcionales)CORRIENTE (impulsada por aire comprimido)



9/32


5.1.3.- Bombas Rotativas.Son bombas que estn provistas de elementos rotativos que comprimen el fluido en elinterior de una carcasa proporcionando un caudal sin pulsaciones.Los tipos de bombas rotativas son:BOMBAS DE ENGRANAJES EXTERNOS

BOMBAS DE ENGRANAJES INTERNOS

Figura 5. 5 Bomba de rotor lobular

BOMBAS DE ROTOR LOBULARBOMBAS DE PALETAS (Deslizantes , Oscilantes,Flexibles)BOMBAS DE HUSILLO SIMPLE (estator flexible)BOMBAS DE HUSILLO DOBLEBOMBAS DE ANILLO LIQUIDO

5.1.4.- Bombas De Diafragma.Son bombas alternativas o de pistn en las que el pistn est separado del fluido por undiafragma.Se utilizan para trabajar con fluidos muy corrosivos.

Figura 5. 6. Bombas De Husillo Doble



10/32


5.1.5.- Curvas CaractersticasLa forma de la curva caracterstica de una bomba centrfuga es :

Figura 5. 7. Curva caracterstica (cambio de rodete)

Figura 5. 8. Curva caracterstica (cambio de velocidad)



11/32


Figura 5. 9. Curva caracterstica Tpica

Figura 5. 10. Mapa de area de trabajo de bombas



12/32


Las curvas caractersticas nos indican cual es el punto de funcionamiento (caudal, Alturamanomtrica) ante unas condiciones dadas de funcionamiento de la bomba, revoluciones,tipo y dimetro del rodete,...Tambien nos indican el rendimiento de la bomba y entre este el BEP (Best-efficiencypoint),punto de mayor rendimiento. Lugar recomendado de trabajo de la bomba.

Tambien podemos ver el valor de NPSH requerida (Net Positive Suction Head)alturaneta positiva de aspiracin, no se puede rebasar si se desea evitar cavitacin.

Las curvas caractersticas de bombas conectadas en serie o paralelo son:

Figura 5. 11. Conexin de bombas en serie y en paralelo



13/32


5.2.- ECUACIONES PARA EL DISEO DE BOMBAS.

5.2.1.- Balance De Energa.Balance de energa mecnica o ecuacin de Bernouilli

Energa de presin + Energa potencial, + Energa cintica + Energa de bomba +Energa por friccin = 0

( ) ( ) ( )

02

2

1

2

21212 =++

++ mFmW

VVmZZmgPP

mS

Todos los trminos estn expresados en J (Juoles) S.I.

Si trabajamos por unidad de masa J/kg

( )( )

( )0

2

2

1

2

212

12 =++

++

FWVV

ZZgPP

S

Dividiendo cada trmino por (g), tenemos la expresin en altura manomtrica:

( )( )

( )0

2

2

1

2

212

12 =++

++

fS hhg

VVZZ

g

PP

Si trabajamos en el sistema ingles tendremos:

( )( )

( )0

2

144 212

212

12 =++

++

FWg

VVZZ

g

gPPS

cc

Donde: P (psia); (lbm/ft3); g (ft/s2); V(ft/s); gc( = 32,174 ft-lbm/s2-lbf); Ws y F (ft-lbf/lbm)

5.2.2.- Perdidas Por Friccin.

2g

V)K

D

Lf(h

2

f +=

5.2.3.- Potencia De La Bomba.

ghmP sb=

Con m = flujo msico (kg/s)Hs= altura manomtrica (m)Pb= Potencia (W)

En el sistema ingles ser:

550

sb

hmP=

Con m (lb(s); hs(ft lbf/lbm); Pb(HP)Se pueden utilizar las siguientes frmulas

[ ]

367

sb

hQkWP =

[ ]

270

sb

hQCVP =

Con Q en m3/h ; hsen m; en kg/dm3



14/32


5.2.4.- Altura Neta Positiva de Aspiracin (NPSH)

gh

gZZ VPPNPSHA fVCENTRIFUGA 2

)(

2

2121

+=

afV

AALTERNATIV h

gh

gZZ VPPNPSHA +=

2)(

2

2121

donde

c

agK

CnVLh =

Con L: longitud de tubera (pies)n: (rpm)V: Velocidad en tubera (pies3/s)C: Cte. Bomba 0.200 simple

0.115 doble0.066 triple

K Cte. Fluido 1.4 agua2.0 hidrocarburos2.5 aceites calientes

5.2.5.- Temperatura De Descarga.El incremento de temperatura del bombeo es la suma del incremento por friccin ms el decompresin del lquido:

GAsDeCompresin

p

pFriccin

CompresinFriccinTotal

ePP

T

C

hT

TTT

729.377.3

1000

)(778

11

=

=

+=

Donde todas las unidades estn en sistema ingles , T (F), hp (pies), Cp(BTU/lbF), P (psi) ,G (peso especifico = 1 para agua).

5.2.6.- Leyes de Semejanza

Figura 5. 12. Leyes de semejanza



15/32


5.2.7.- Procedimiento De Diseo.1.- Definir el esquema del proceso (Diagrama de flujo esquemtico o constructivo).

2.- Calcular los balances de materia y energa

3.- Determinar el dimetro y altura de los recipientes de proceso y estimar el nivel delquidos.

4.- Definir la distribucin y elevacin para los equipos y tuberas.

5.- Construir el diagrama tridimensional de tuberas, incluyendo las vlvulas, uniones yaccesorios.

6.- Estimar la longitud de las tuberas.

7.- Determinar los niveles bajo, normal y mximo de los lquidos en los recipientes deproceso ante las condiciones de aspiracin y descarga de las bombas.

8.- Calcular los requisitos de flujo: Velocidad, temperatura y presin (para condicionesnormales y lmites).

9.- Determinar el dimetro de las tuberas

10.- Estimar los coeficientes de resistencia de vlvulas y accesorios.

11.- Estimar la perdida de carga en los equipos del tipo de intercambiadores de calor.

12.- Calcular la potencia de las bombas

13.- Calcular NPSHA

14.- Seleccionar la bomba basndonos en el BEP.

15.- Calcular la potencia del motor

16.- Completar el diseo preliminar del proceso y enviar a los ingenieros mecnicos paradefinir los planos (incluyendo fijaciones, estructuras,...)

17.- Preparar las curvas de altura manomtrica vs caudal del sistema para anlisis.



16/32


5.2.8.- Criterios de seleccin de bombas

Figura 5. 13. Criterios de seleccin de Bombas



17/32


5.3.- COMPRESORES, DESCRIPCIN.

Los tipos de compresores ms utilizados son:CENTRFUGOS

ALTERNATIVOSTodos los compresores deben tener un separador de lquidos y slidos antes de la etapa decompresin

5.3.1.- Compresores De Movimiento Alternativo.Se utilizan ampliamente en la industria qumica, son flexibles en caudal y rango de presinde descarga.Rangos:Potencia motor : de 1 a 10.000 C.V.Presin descarga: de 1 a ms de 700 atmVelocidad: de 125 a 1000 r.p.m.

COMPONENTES MECNICOS

Figura 5. 14. Compresor de Movimiento alternativo

PISTN

CILINDROVLVULAS

ESPACIO MUERTODEPSITOS AMORTIGUADORES

MOTORESACEITE LUBRICANTE

CONTROLESRELACIN DE COMPRESIN

(5:1, por T y fallo mecnico pistn)MATERIALES DE CONSTRUCCIN



18/32


Figura 5. 15. Sistemas de control del compresor

5.3.2.- Compresores Rotatorios.

Los tipos principales son:

SOPLANTE DE LBULOSCOMPRESORES DE TORNILLOCOMPRESORES DE PALETAS

COMPRESORES DE ANILLO LIQUIDO

Figura 5. 16. Soplante de Lbulos

Figura 5. 17. Compresor de Tornillo



19/32


Figura 5. 18. Compresor de paletas y de anillo lquido

5.3.3.- Compresores Centrfugos.

Los compresores dinmicos dependen de la conversin de energa cintica en energa depresin. Pueden ser de tres tipos:COMPRESORES CENTRFUGOS, que aceleran el fluido en la direccin radial.COMPRESORES AXIALES, que aceleran el fluido en la direccin del eje (VENTILADORESy SOPLANTES)COMPRESORES DE FLUJO MIXTO.

Figura 5. 19. Ventilador



20/32


Figura 5. 20. Compresor axial

Los compresores centrfugos operan con velocidades de flujo de hasta 140 m3/s y presionesde hasta 700 bars.

DETALLES MECNICOS

RODETES

PARTES FIJAS

ESTRUCTURA

COJINETES

SELLAMIENTO

EQUILIBRADO

RELACIN DE COMPRESIN 1,2 a 1,5 por etapa

MOTORES

CONTROLES



21/32


Figura 5. 21. Compresor Centrifugo



22/32


5.4.- SELECCIN DE COMPRESORES.

La seleccin de los compresores se realiza por consideracionesprcticas, ms que por tcnicas o econmicas.

Figura 5. 22. Tabla de seleccin en funcin de presin de descarga y caudal



23/32


Comparacin entre compresores Alternativos y Centrfugos

Tipo Ventajas DesventajasAlternativo - Gran flexibilidad en rango

operacional- Maneja menor caudal a altaspresiones- Mayor eficiencia adiabtica ymenor coste de potencia- Menos sensible a cambios en lacomposicin del gas

- Alto coste Inicial- Alto coste de mantenimiento- Mayor tiempo de parada- Tamao y peso elevado- Motores de baja velocidad y altomantenimiento

Centrifugo - Menor coste inicial

- Menor coste de mantenimiento- Menor tiempo parado- Menor tamao y masa- Motores de alta velocidad y bajomantenimiento

- Rango operativo limitado por golpe

de ariete- Limite inferior de caudal- Alto coste de potencia de motor- Sensible a cambios encomposicin y densidad del gas



24/32


5.5.- ECUACIONES PARA EL DISEO DE COMPRESORES.El diseo de compresores est basado en la aplicacin de la primera y segunda ley de latermodinmica. El balance de energa es tal que lo cambios en energa cintica y potencial sondespreciables, as como las perdidas de carga, con lo que queda:

= W h h2 1

donde: W: Trabajo del compresor (kJ/kg)h : Entalpa de descarga2

h : Entalpa de entrada1Para calcular es necesario conocer elmodelo de la compresin, ya que el trabajo decompresin del gas responde a la ecuacin:

h2

W VdP P

P=

1

2

P V P V cte = =1 1

En funcin del modelo de compresintendremos un punto final diferente, astenemos transformacin isotrmica(T= cte)donde:

W VdP P P

P

P

P= =

1

2

1

2

1 1V dP

PnRT

P

P=

2

1

ln

Figura 5. 23. Curvas de compresin

5.5.1.- Modelo Isentrpico.Este modelo es adiabtico y reversible, as tenemos:

= W h hS S2 1, El modelo isentrpico responde a la ecuacin

P V P V ctek k = =1 1 Donde k es el coeficiente isentrpico (k) se define por

k c cp v= /

donde es la capacidad calorfica a presin constante y c es la capacidad a volumen

constante, y re calculan para un gas ideal como

cp v

c c R

Mv p=

c Rk

M kp = [ ( )]1

Por otro lado teniendo en cuenta la ecuacin de los gases perfectos tenemos para lastemperaturas la relacin

T T P

P

k

k2 1

2

1

1

=

(*)

Ahora podemos integrar para obtener la ecuacin del trabajo en una transformacin isentrpi-ca:



25/32


W VdP P V dP

PP

Pk

kP

P= =

1

2

1

2

1

1

1 1

Resolviendo la integral y sustituyendo la expresin de la temperatura se tiene:

=

W RkTM k

PP

S

k

k1 21

1

11

( )

el trabajo real del compresor es diferente pues hemos de tener en cuenta las prdidas decompresin. Se define la eficiencia isentrpica (S) como:

SS Sh

h

h h

h h= = =

Trabajo Isentropico

Trabajo Real

2 1

2 1

,

donde

=W Wa SS

La potencia del compresor ser:P m Wg a= ( )

donde Pg= Potencia (kW)m = Flujo msico (kg/s)

Si tenemos los diagramas Presin- Entalpa se puede sustituir los valores de los diagramas, sino se disponen podemos suponer comportamiento de gas ideal:

( ) = = W h h c T T S S P S 2 1 2 1, ,

donde = Capacidad calorfica media entre T1 y T2cp

Para gases no ideales y siendo zel factor de compresin del gas

z z z

ar= 1 2

2

=

W z RkT

M k

P

PS ar

k

k1 2

1

1

11

( )

5.5.2.- Temperatura De Descarga.

La ecuacin (*) se utiliza errneamente para calcular la temperatura de descarga, pues lasperdidas del compresor aumentan la temperatura siendo:

T T T P

P

k

k

s2 1 1

2

1

1

1 1

= +

5.5.3.- Modelo Politrpico.



26/32


El modelo politrpico se utiliza en compresores centrfugos, pues la eficiencia politrpica solodepende de la geometra del compresor y no de las propiedades del fluido.Se utiliza un coeficiente politrpico (n) en lugar del coeficiente isentrpico (k), con lo que lasecuaciones sern:

P V P V cten n = =1 1

T T P

P

n

n2 1

2

1

1

=

Se define el coeficiente de eficiencia politrpica p como:

( )

( )p

n

n

k

k

n k

k n=

=

1 1

1

1

Y las ecuaciones a desarrollar son las mismas que las anteriores, pero cambiando k por nEl trabajo politrpico, absorbido por el gas durante la compresin vale:

=

W z RnT

M n

P

Pp ar

n

n1 2

1

1

11

( )

Y el trabajo real del compresor vale:

=

WaWp

p

=

=

WW

z RkT

M k

P

Pa

p

par

n

n

1 2

1

1

11

( )

P m Wg a= ( )

La eficiencia isentrpica puede calcularse por:

s

k

k

n

n

k

k

k

k

P

P

P

P

P

P

P

P

p

=

=

2

1

1

2

1

1

2

1

1

2

1

1

1

1

1

1



27/32


5.5.4.- Mtodo Del Diagrama Presin- Entalpa.

Figura 5. 24. Diagrama presin entalpa



28/32


5.6. PROBLEMAS5.6.1. Se comprime gasolina de peso especifico 0.7014 desde 20 a 1020 psia en una bomba

con una eficiencia de 0.55. La altura manomtrica de la bomba es 3290 ft-lbf/lbm. De-terminar el incremento de temperatura. Calor especifico de la gasolina es 0.53 Btu/lb F.

5.6.2 Seleccionar la bomba para el sistema de la figura

5.6.3 Se desea comprimir 50.000 lbm/hr de propano desde 20 psia a 80F a 100 psia en uncompresor centrfugo. La eficiencia adiabtica se estima en 0.75. a.- Resolver el pro-blema utilizando el diagrama Presin -Entalpa.

b.- Resolver el problema suponiendo gas ideal y compresin isentrpica.Capacidad calorfica del propano 19.52 Btu/lbmole-F



29/32


1.- PROBLEMA DE TRANSPORTE DE FLUIDOS

Calcular las tuberas, seleccionar el modelo de la bomba y especificar la potencia del motor necesariospara el sistema de la figura.Tubera: Acero al carbono segn norma ASA B.36.10 Sch 40.Bomba centrfuga: segn las curvas caractersticas adjuntas

Fluido: Caudal = 25 m

3

/hora P=2Densidad = 965 kg/m3 barViscosidad = 1.4 mNs/m2 Z3 = 5 mPresin de Vapor 0,15 bar

Aspiracin: Longitud tubera = 8 mAccesorios: 2 codos largos de 90

1 vlvulacompuerta abierta

P= 1 Z2= 0 mbar

Z1= - 5 m Descarga : Longitud tubera =60 mAccesorios: 4 codos largos de 90

1 vlvula de retencin3 vlvulas de compuerta abiertas1 vlvula de control con CV= 65

d = 2- inPerdida de carga en el Intercambiador de calor:10 psi

Nota:Las transiciones de ampliacin y reduccin de las tuberas en las conexiones de la bomba y dela vlvula de control tienen perdidas de carga despreciables.


Calcular las tuberas, seleccionar el modelo de la bomba y especificar la potencia del motor necesariospara poder alimentar el intercambiador de calor del problema anterior si admitimos una perdida de cargaen el crudo del petrleo de 2 bar y en el producto de cola de 4 bar si tenemos el siguiente sistemainstalado

2 bar

1 bar

ED C

B

F

A

CARACTERISTICA CRUDO DE P. P. DE COLA UDS.Densidad 824 870 kg/m3Presin de vapor 0,15 0,10 bar

DATOS



30/32


Altura punto A 5 m Logitud AB 10 m K accesorios AB 3.00Altura punto B 0 m Logitud BC 30 m K accesorios BC 3.00Altura punto C 0 m Logitud DE 10 m K accesorios DE 3.00Altura punto D - 5 m Logitud EF 80 m K accesorios EF 3.00Altura punto E 0 mAltura punto F 20 m

CUESTIONES DEL EXAMEN DE 1996/97

01.- Necesitamos un compresor para comprimir 200 m3/hora de Nitrgeno desde 1 atm. a 200atm. En condiciones de trabajo continuas, qu modelo seleccionaras?

A Compresor Axial B Compresor alternativo multietapaC Compresor centrfugo multietapa D Compresor centrfugo una etapa

02.- Qu temperatura de descarga tendremos tras la compresin de un fluido desde 25C y 1atm a 25 atm, si utilizamos un compresor centrfugo con rendimiento politrpico 0,78 y k=1,15 ?

A 453 K B 297 CC 224 C D 510,5 K

03.- Qu temperatura de descarga tendremos tras la compresin de un fluido desde 25C y 1atm a 15 atm, si utilizamos un compresor centrfugo con rendimiento isentrpico 0,78 y k=1,15 ?

A 244 C B 43.3 CC 460 K D 133,5 F

04.- Cual ser la altura mxima de aspiracin desde un depsito abierto a l atmsfera para underivado del petrleo con peso especifico 0.80 y presin de vapor 300 mmHg a 20 C de unabomba centrfuga con las siguientes caractersticas:NPSHR = 2,0 m, Perdidas por friccin y velocidad = 1,0 m

A 1,0 m B 3,25 mC 4,8 m D 6,25 m

05.- Cual ser la diferencia de altura mxima entre el nivel de un depsito cerrado y la bombapara un derivado del petrleo con peso especifico 0.80 y presin de vapor 300 mmHg a 20C de una bomba centrfuga con las siguientes caractersticas:NPSHR = 3,60 m, Perdidas por friccin y velocidad = 1,0 m

A Nivel depsito a ms de 3.2 m porencima de la bomba

B Nivel depsito a ms de 4,6 m porencima de la bomba

C Nivel depsito a menos de 3.2 m pordebajo de la bomba

D Nivel depsito a menos de 4.6 m pordebajo de la bomba



31/32


CUESTIONES DEL EXAMEN DE 1997/98

05.- Qu temperatura de descarga tendremos tras la compresin de un fluido desde 35C y 2atm a 40 atm, si utilizamos un compresor centrfugo con rendimiento politrpico 0,75 y k=1,20 ?

A 599.3K B 79.1CC 423.4C D 573.9K

07.- Determinar cul ser la condicin final de funcionamiento de un circuito hidrhulicocompuesto por dos bombas en serie con las caractersticas indicadas en la figura y las con-diciones de prdida de carga de la instacin en ella representadas.

Las ecuaciones que sigue son:

Bomba h Q bomba = 100 0 003 2.

Altura manomtrica (ft) vs caudal (gpm)

y = 0,004x2+ 50

y = -0,003x2+ 1000

20

40

60

80

100

120140

160

180

200

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

gpm

ft

bomba

linea

Linea: h Qlinea = +50 0004 2.

donde h (ft) y Q (gpm)

A h = 92 ft y Q = 102,6 gpmB h = 110 ft y Q = 122 gpmC h = 78.5 ft y Q = 84.5 gpmD h = 55 ft y Q = 122 gpm

C06.- Cual ser la altura mxima de aspiracin desde un depsito cerrado a 2 atmsfera paraun derivado del petrleo con peso especifico 0.90 y presin de vapor 300 mmHg a 20 C deuna bomba centrfuga con las siguientes caractersticas:NPSHR = 4,0 m, Perdidas por friccin y velocidad = 0,5 m

A + 13,6 m (por debajo bomba) B + 3,5 m (por debajo bomba)C - 13,6 m (por encima bomba) D - 4,5 m (por encima bomba)

P02.- Determinar el modelo del compresor ,la potencia del compresor si su rendimiento isentrpicoes de 0.75 y la potencia del motor necesario para las siguientes condiciones de trabajo, siconsideramos que el gas se comporta como gas ideal.

Peso molecular gas (gr/mol) 62 Caudal entrada (m

3

/hr) 500Presin de aspiracin (bar) 1 Presin de descarga (bar) 100Temperatura aspiracin (C) 30 k = cp/cv 1.15



32/32




Calcular las tuberas, seleccionar el modelo de la bomba y especificar la potencia del motornecesarios para el sistema de la figura.Tubera: Acero al carbono segn norma UNE 19050 espesor normalBomba centrfuga: segn las curvas caractersticas adjuntas

Fluido: Caudal = 30 m3/hora P=2,5Densidad = 1050 kg/m3 barViscosidad = 1.7 mNs/m2 Z3 = 7 mPresin de Vapor = 0,05 bar

Aspiracin: Longitud tubera = 18 mAccesorios: 3 codos largos de 90

1 vlvula compuerta abierta filtro

Z2= 0 m

P= 2bar Descarga : Longitud tubera =60 m

Z1= -13 m Accesorios: 4 codos largos de 901 vlvula de retencin3 vlvulas de compuerta abiertas

Perdida de carga en el filtro en funcin del caudal:

P bar Q

Q m hr

( ) .

( / )

=0 0003 2

3

Nota:Las transiciones de ampliacin y reduccin de las tuberas en las conexiones de labomba tienen perdidas de carga despreciables.

Documents

DEI 05 Bombas Compresores