Tipos de Bombas y Diseño

Ana Marcela Carmona De la Hoz

Jhonatan Carreo Acevedo

Wilson Jos Parodi Jimnez

scar Mauricio Rodrguez Martnez

FACILIDADES DE SUPERFICIE

ESCUELA DE INGENIERA DE PETRLEOS

2014

AGENDA

1. INTRODUCCIN.2. DEFFINICIN.3. CLASIFICACIN.

- Funcionamiento- Rangos de operacin

4. SELECCIN DE BOMBAS 5. PROBLEMAS OPERACIONALES.6. CAVITACIN Y NPSH.7. CURVAS DE DESEMPEO.8. EJEMPLOS DE DISEO.9. CONCLUSIONES

Fuente: http://www.directindustry.com/

INTRODUCCIN

Con el fin de poder generar la mayorcapacidad de produccin, en la industriade los hidrocarburos, se haceindispensable contar con un diseoeficiente de las facilidades de superficie.En este diseo, las bombas juegan unpapel importante, cumpliendo la funcinde elevar los fluidos en diferenteprocesos.

BOMBAS - DEFINICIN

Una bomba es un dispositivoempleado para elevar, transferiro comprimir lquidos, endefinitiva son mquinas querealizan un trabajo paramantener un lquido enmovimiento.

Las bombas cumplen la funcinde generar el movimiento de losfluidos desde un punto a otro delproceso. Fuente: http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica

BOMBAS - CLASIFICACIN

Las bombas se clasifican teniendo en cuenta el mecanismo que utilizan paradesplazar el fluido, lo cuales pueden ser: engranajes, tornillos, aspa, etc.

La principal diferencia es que lasbombas de desplazamientopositivo entregan una cantidaddefinida de fluido y lascentrfugas entregan un volumenvariable.

Fuente: http://www.aparatos/bombasimpulsion.html


BOMBAS

Desplazamiento positivo

ReciprocantesPistn/mbolo

Diafragma

RotatoriasRotor simple

Rotor mltiple

Dinmicas Centrfugas

Segn direccin de

flujo

Flujo axial

Flujo mixto

Flujo Radial

Segn la succinnica

Mltiple

Segn impulsores

Una fase

Fase mltiple

Tipo de impulsor

Abierto

Semiabierto

Cerrado


Fuente: http://www.aparatos/bombasimpulsion.htmlFuente: http://bombasbsd.coml

DINMICAS

A una velocidad determinada la descargaest en funcin inversa de la carga posiblede bombeo.

La carga de bombeo no puedeaumentarse con slo aumentar lapotencia del motor, sino que hay queaumentar la velocidad o el dimetro delrotor.

DESPLAZAMIENTO POSITIVO

A una velocidad determinada ladescarga (caudal) es en general fija eindependiente de la carga de bombeo.

La carga posible de bombeo puedeaumentarse, aumentando la potencia ysin variar la velocidad de operacin


Desplazan el liquido por la accin de unmbolo o pistn con movimiento rectilneoalternativo, o con movimiento de oscilacin.

Manejan o generan flujo intermitente

FUNCIONAMIENTOEl pistn crea un vaco parcial dentro del cilindropermitiendo que el fluido se eleve. Como hacefalta un espacio determinado de tiempo para quese llene el cilindro, la cantidad de fluido que entraal espacio de desplazamiento depender de lavelocidad de la bomba, el tamao de las vlvulasde entrada y la efectividad del material sellantede las vlvulas y del pistn.

Fuente: https://nationalvetcontent.edu.au

RECIPROCANTE TIPO PISTN


- A altas presiones dedescarga, mueven grancantidad de fluido (2000psi)

- Alta eficiencia mecnica95- 98 %.

-Trabaja altas viscosidadesy densidades.

- Altos costos

- Mantenimiento

- Baja eficiencia trmica

VEN

TAJA

S

DESV

ENTA

JAS

RECIPROCANTE TIPO PISTN

Fuente: monografias.com


Materiales: No permite hierro dctil o fundido (para lquidos inflamables o txicos).

Temperatura y presin: De acuerdo a los datos de produccin de campo.

Velocidad: limitados a los datos de la tabla

RANGOS DE APLICACIN

MXIMA SUCCIN Y VELOCIDAD DE DESCARGA EN TUBERAS PARA BOMBAS RECIPROCANTES

Velocidad de la bomba

Velocidad de Succin (ft/seg)

Velocidad de descarga (ft/seg)

330 1 3


Este tipo de bombas desplazan el liquido pormedio de diafragmas de un material flexible yresistente, colocado dentro de un cuerpo cerradoque se acciona desde el exterior por unmecanismo reciprocante.

FUNCIONAMIENTODepende de 4 piezas importantes:- Un par de membranas- Un eje que las une- Una vlvula reguladora de aire- Cuatro vlvulas esferasEl movimiento reciprocante hace aumentar ydisminuir el volumen debajo del diafragma.Un par de vlvulas convenientemente colocadas ala entrada y la salida fuerzan el lquido a circularen la direccin de bombeo.

Fuente: sabelotodo.org

RECIPROCANTES TIPO DIAFRAGMA


VENTAJAS:

- Pueden rodar en seco.

- Mantenimiento y reparacinsencilla.

- Resistente a la corrosin

- Trabajan con Lodos abrasivos yslidos en suspensin

DESVENTAJAS:

- No son prcticas para bombearcaudales por encima de los 300GPM.

- Los diafragmas tienen una vidafinita.

- No se recomiendan altastemperaturas.

Tipo de bomba

Presin (Psi) Temperatura (C)

De plstico 5000 120

Metlico > 5000 200 - 400

RANGOS DE APLICACIN


FUNCIONAMIENTO

Consisten de una caja fija que contiene engranes,aspas, tornillos, etc., que operan con unmovimiento rotatorio que descarga un flujocontinuo.

El fluido es confinado en uno o varioscompartimentos que se desplazan desde la zonade entrada (de baja presin) hasta la de salida(de alta presin) de la mquina.

Fuente: http://www.teisa.com

ROTATORIAS ROTOR SIMPLE


Caudales pequeos a medios: 1 GPM hasta 5000 GPM.

Altas temperaturas: 350 F hasta 625 F.

Presiones de salida hasta 3000 Psi.

RANGOS DE APLICACIN

Desventajas:

-Bajos caudales.

- Costo relativamente alto.

- Comportamiento sensiblea los cambios de viscosidad

Ventajas:

- Fluidos abrasivos

- Fluidos viscosos

- Bajas velocidadesinternas.

-Alta tolerancia a lacontaminacin


ROTOR SIMPLEDe aspas o paletas

Un determinado nmero de paletas se desliza en el interior de unas ranuras de un rotor que a suvez gira en un anillo. Las cmaras de bombeo se generan entre las paletas, el rotor y el anillo.

Pistn o mbolo

Son unidades rotativas, que disponen de conjuntos pistncilindro. Parte del mecanismo gira alrededor de un eje motor que crea un movimiento oscilante del pistn

Tornillo

Estas bombas tienen un eje en forma de espiral , que gira dentro de un cilindro que a su vezposee cavidades en espiral. El eje gira desplazando el fluido a travs de las cavidades,avanzando en forma continua, producindose un flujo axial.

De engranajes internos

Estn compuestas por dos engranajes, externo e interno. Tienen uno o dos dientes menos que el engranaje exterior. Tienen un desgaste menor por la reducida relacin de velocidad existente.

De engranajes externos

Produce caudal al transportar el fluido entre los dientes de dos engranajes acoplados. Uno de ellos es accionadopor el eje de la bomba (motriz), y este hace girar al otro (libre).

En condiciones ptimas estas bombas pueden llegar a dar un 93% de rendimiento volumtrico.

Fuente: http://www.sabelotodo.org/

Fuente: http://www.teisa.com

Fuente: http://www.grupotrienergy.com


ROTOR MLTIPLE

Fuente: supeautotronica.blogspot.comFuente : http://es.wikipedia.org/wiki/Thomas_Newcomen

LBULOS

stas se asemejan a las bombas del tipode engranajes en su forma de accin,tienen dos o mas motores cortados contres, cuatro, o mas lbulos en cadamotor.

BALANCN

Utiliza un movimiento vertical transmitido porcontrapesos y un brazo mecnico que sube y baja.La bomba como tal se encuentra en el fondo y se letrasfiere movimiento a travs de varillas.


CENTRFUGAS

Las bombas centrfugas consisten en unrodete montado sobre una carcasa o voluta.El liquido entra en el centro del rodete y esacelerado por el giro de este, la energacintica del fluido se transforma en energapotencial en la salida

Transfieren la energa mecnica de unimpulsor rotatorio en energa cintica ypotencial a un lquido con el fin de moverlo.

stas bombas aplican fuerza centrfuga allquido cuando entra al impulsor, avanza porla bomba y sale por la descarga.

Fuente: es.wikipedia.org


RANGOS DE APLICACIN NORMA API 610

Mxima Presin de Descarga

1900 kPa (275psig)

Mxima Presin de Succin 500kPa (75 psig)

Temperatura mxima de bombeo 150C (300F)

Mxima Velocidad Rotativa

3600 RPM

Ventajas:- Son giratorias.- Mecanismos de acoplamiento son muy sencillos.- Utilizan menos espacio.- - Su mantenimiento es mas fcil.- No poseen vlvulas, por lo tanto el flujo esuniforme.- Puede utilizarse en lquidos que contienen grandescantidades de slidos en suspensin , voltiles, yfluidos hasta de 850F.

Desventajas:Costo relativamente alto debido a lascerradas tolerancias y costos deoperacin.Caractersticasde comportamiento sensibles a loscambios de viscosidad.La capacidad para las altas presionesrequiere de una gran longitud de loselementos de bombeo.


SEGN LA DIRECCIN DE FLUJO

RADIAL

La corriente lquida se

desplaza en planos radiales.

AXIAL

La corriente lquida se desplaza en

superficies cilndricas alrededor del eje de

rotacin.

MIXTO

La corriente lquida se

desplaza radial y axialmente.


SEGN LA SUCCIN

Admiten fluidos solo por un lado del impulsor. Es mas practico, sin embargo no es recomendable

para grandes volmenes de fluido

NICA

Admiten el fluido por ambos lados. Las bombas de doble succin funcionan como si existieran dos impulsores, uno en contra posicin del otro. El

volumen de admisin de fluido es mayor.

MLTIPLEFuente: http://www.directindustry.es/Fuente: http://www.monografias.com


SEGN NMERO DE IMPULSORES

UNA FASE

Es aquella en que la carga o alturamanomtrica total es proporcionada por unnico impulsor.

MLTIPLES FASES

Alcanza su altura manomtrica o carga condos o mas impulsores, actuando en serie enuna misma carcaza y un nico eje.


SEGN TIPO DE IMPULSORES

Los labes son libres enambas caras y estn sujetaspor un anillo central pordonde ingresa el liquido. Susaplicaciones son en aguapotable y en lquidosresiduales. Son demantenimiento sencillo porel fcil acceso a los alabes dela bomba

ABIERTO

En este caso. los alabes sonlibres en una de las caras yfijados por el otro en undisco, su uso es apropiado enlquidos viscosos y en aguasresiduales, tienen mayorresistencia a la abrasin quelos impulsores cerrados.

SEMIABIERTO

El impulsor esta constituidode dos discos paralelos queencierran totalmente las vasdel agua desde el orificio desuccin hasta la periferia delimpulsor.

CERRADO

Fuente: http://www.quiminet.com/articulos/las-bombas-centrifugas-con-el-impulsor-abierto-26840.htm

SELECCIN DE BOMBAS

Tipo de bomba Viscosidades Caudales Manejo de slidos Costo

Centrfuga < 200 cp Caudal Constante No Maneja Slidos Bajo precio

Reciprocante >2000 cp Altos caudales maneja Alto precio

Rotatoria 0-10000 cp Altos caudales maneja Alto precio

PROBLEMAS OPERACIONALES

La imposibilidad de entregar el caudal deseado y la altura de descarga, uno de losdaos ms comunes para tener una bomba fuera de servicio.

Otras condiciones son problemas relacionados con el sello (fugas, prdida de flujo),problemas con los rodamientos del motor (fallas de lubricacin, refrigeracin, lacontaminacin del aceite, ruidos anormales), fugas por la bomba, ruido muy alto yelevados niveles de vibracin, o problemas con el sistema motriz (motor o turbina).

Las velocidades relativamente altas conducen a perdidas por turbulencia.

BOMBAS CENTRFUGAS

Los componentes mecnicos son propensos al desgaste, por lo cual los costos demantenimiento pueden ser elevados

Las bombas de pistn son pesadas debido a su gran tamao y al peso del cigeal queacciona la bomba.

Presentan problemas al operar con temperaturas muy altas o con altos caudales

Las bombas rotatorias se fabrican con poco espacio de separacin entre las partesmovibles. La suciedad y la arena pueden acumularse en estas partes y causarles graves

daos.

BOMBAS ROTATORIAS

NPSH

NPSHNet Positive Suction Head (Altura Neta Positiva en la Aspiracin). Determina la presin de

aspiracin mnima a la cual se puede producir la succin en la bomba sin causar cavitacin

NPSH

NPSH requerido depende exclusivamente del diseo interno

particular de cada bomba y vara mucho con el caudal y la

velocidad de la bomba.

NPSH disponible es un parmetro del sistema y debe

calcularse. Nos dice que tanta succin se puede tolerar

antes que la presin alcance el valor de Psat.

CAVITACIN

Es la formacin de burbujas de vapor o degas en el seno de un lquido, causada porlas variaciones que este experimenta ensu presin, y cuyas consecuencias son:

Disminucin de la capacidad debombeo.

Disminucin del rendimiento de labomba.

NPSHrequerida > NPSHdisponible

- Presin del lquido menor que la presin de vapor.

- Hay formacin de burbujas en el lquido.

Fuente: datateca.unad.edu.co

CURVAS CARACTERSTICAS DE BOMBAS

Predecir el funcionamiento de labomba a determinadas rpm.

Encontrar el punto optimo deoperacin.

Escoger la bomba adecuada. Definir parmetros hidrulicos para

evitar la cavitacin. Evaluar las caractersticas de las

bombas con diferentes dimetros deimpulsores.

1. Altura manomtrica (H)en funcin del Caudal (Q)

2. Potencia en funcin del Caudal3. Eficiencia en funcin del Caudal4. NPSH requerido en funcin del Caudal

ALTURA Hm VS CAUDAL Q

La forma analtica de la curva caracterstica carga-capacidad de una bomba centrifuga responde auna parbola de segundo grado de la forma:

= + +

Esta ecuacin es la que debe ser suministrada por el fabricante.

POTENCIA VS CAUDAL

=

Es el trabajo til realizado por la bombacentrfuga (eje del impulsor) por unidadde tiempo

RENDIMIENTO VS CAUDAL

Aumenta inicialmente desde cero al aumentar el caudal hastallegar a un punto mximo (opt) y cae despus al seguiraumentando el caudal.Elegir la bomba de tal manera que el rendimiento ptimo opt se acerque lo ms posible al caudal requerido Qr , es decir Qr Qopt.

=

= + 2

PUNTO DE OPERACIN DEL SISTEMA

METODO DE COEFICIENTE DE RESISTENCIA

METODO DE LONGITUDES EQUIVALENTES

EJEMPLO BOMBAS CENTRIFUGAS

Fluye agua a travs de una tubera comose muestra en la Figura, a temperaturade 25C. El sistema debe llenar el tanqueque se encuentra en la parte superior.El dueo de la finca considera que estose debe llevar a cabo en 12 horas con elfin de evitar mantener la bombaprendida mucho tiempo y con elloreducir los costos de energa.

a. Calcule la cada de presin para elsistema.

b. Calcule la potencia hidrulica, en kW,necesaria para mover el fluido.

c. Calcule la potencia elctricaconsumida por la bomba, en kW.

d. Seleccione una bomba que cumplacon las condiciones.

= + = 22,446


Para calcular la altura dinmica total se usa la siguiente ecuacin:

=

+ +

+

Debemos calculas las presiones, alturas yvelocidades de entrada y salida.Pero primero calculamos el flujo que va por lastuberas:

Hallamos las diferentes velocidades de flujo para losdimetros de tubera de 5 cm y 4 cm. De esta formaencontramos las velocidades de entrada y salida

Ahora las presiones y alturas de salida y de entrada observandola figura:


Resolviendo la ecuacin para calcular la altura dinmica total:

=

+ +

+

= ( + )

+ 8 0 +

2,947 4,605

2 9,8+ 22,446

1

= 32,085

Con la altura calculamos la potencia de la bomba:

= 1817,18 = 1,814 = 2,4

Calculamos la cabeza neta de succin positiva disponible NPSHd:

= + = , + = ,


CATALOGO DE BOMBAS HIDROMAC:

BOMBA:3500 RPM5 HP = 3,725 KWEficiencia = 66%Dimpeller=138 mm

EJEMPLO BOMBA TIPO PISTON

Se tiene una bomba de tipo mbolo de

un solo cilindro, y de simple efecto,

para bombear agua a una temperatura

de 28 F y a una altitud de 3220 ftsobre el nivel del mar. Cul es la

mxima altura de succin? Hs = ?

Frecuencia de la bomba: 45 rpm

Dimetro del mbolo: 5Carrera del mbolo: 12Longitud de la biela: 27Dimetro de la tubera de succin: 4Longitud de la tubera: 31 ft

R= Radio del cigueal= 0,5 ft

EJEMPLO BOMBA TIPO PISTON

1) Calculo de la presin de inercia al fin de la carrera:

= 0,000147 2

2

= 0,000147 31 0,5 452

5

4

2

= 7,20

2

2) Correccin considerando el efecto que tiene la biela sobre la presin de inercia:

= 1 + 1 = 7,20 (1 +

627)

= 8,80

2

Otros factores: Presin de vaporizacin del agua= Pvp @ 28 F= 2,18 lb/in2. Peso especifico del agua== 61,6 lb/in3 Presin baromtrica @ h=3220ft=Pa= 13,1 lb/in2 Presin requerida para forzar a que la vlvula abra Psv=0,5lb/in2

3) Calcular la altura de succion:

= 144

=13,1 2,18 0,5 8,80 144

61,6

= 3,8

CONCLUSIONES

1. Teniendo en cuenta el concepto de NPSH es posible estimar las limitantes para cada tipo

de bomba, ya que nos permite saber de manera indirecta si la presin del lquido de

entrada del impulsor est por encima de la presin de vapor del fluido que se bombea.

2. Es posible conocer el comportamiento de una bomba mediante el anlisis de las curvas

caractersticas, pues en ella podemos observar la relacin entre los diferentes caudales

proporcionados por la bomba con algunos parmetros como potencia requerida, altura

requerida, etc. Las cuales dependen del diseo de la bomba.

3. La seleccin del tipo de bomba va a depender de las caractersticas de fluido a emplear y

estarn limitadas por sus rangos de aplicacin y disponibilidad. El diseo se debe realizar

cuidadosamente para tener un sistema de bombeo ptimo y eficiente.

BIBLIOGRAFA

Manuel A. Soler; Manual de Bombas VIEJO, Zubicaray Manuel; ALVAREZ, Javier. Bombas. Teora, Diseo y

Aplicaciones. Artculo en lnea, Tema 5, BOMBAS Y COMPRESORES:

http://biblioteca.uns.edu.pe Artculo en lnea, Master en ingeniera del agua, Curso de bombas:

http://alojamientos.us.es

TIPOS DE BOMBA Y DISEO

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