Bombas Centrifugas.ppt

MANTENIMIENTO Y REPARACION DE BOMBAS CENTRIFUGAS

Objetivo General: Proveer al participante conocimientos básico sobre los tipos de bombas centrifugas, los elementos que la componen y su operación.

Bombas Función de las Bombas -

La función primaria de una bomba es la de mover un fluido, generalmente un liquido, de un lugar a otro. Para lograrlo la bomba le agrega energía al fluido.

Tipos de Bombas -

Al clasificar las bombas se tienen que tener en cuenta dos consideraciones fundamentales: el método para mover los líquidos y el tipo de servicio de la bomba. Por el movimiento de los fluidos las bombas pueden ser agrupadas en dos categorías: bombas centrifugas y bombas de desplazamiento positivo. Las bombas centrifugas tienen eje rotativo y las bombas de desplazamiento positivo ejes con movimiento rotativo o movimiento reciprocante. Existen muchas variaciones de diseño con cada tipo y categoría.

Bombas Centrífugas Principio de funcionamiento Se tienen muchos tipos de bombas centrifugas, pero en todas el movimiento del liquido se efectúa en esencia de igual manera, por la acción de la fuerza centrifuga. La fuerza centrifuga es la que actúa en un cuerpo con un movimiento que sigue un patrón circular. Estas fuerzas causan que el liquido se mueva hacia fuera. Tipos de bombas centrifugas Las bombas centrifugas pueden ser simple-etapa (un impulsor) o multietapas (mas de un impulsor) y pueden rotar en el eje horizontal o en el eje vertical. Las bombas simple etapa pueden tener el impulsor en voladizo (soportado en un lado solamente). Adicional a los impulsores, se tienen varios tipos de carcaza de la bomba dependiendo de las aplicaciones, pero existen pocas diferencias entre los diseños de bombas centrifugas.

Clasificación General Bombas Centrífugas Las bombas centrifugas pueden clasificarse de acuerdo a la orientación del rotor y configuración de soportes: De acuerdo a la orientación del rotor, se clasifican en: • Horizontales: Rotor en posición horizontal • Verticales: Rotor en posición vertical De acuerdo a configuración de los soportes: • Cantilever o Voladizo • Entre cojinetes • Verticalmente suspendidas

Clasificación General Bombas Centrífugas Las bombas centrifugas, tanto horizontales como verticales, pueden tener uno o mas etapas. Las boquillas de succión y descarga pueden estar orientadas en tres planos con respecto al rotor: • Axial: “END” • Vertical: “TOP” • Horizontal: “SIDE” En la nomenclatura de bombas centrifugas, primero se indica la posición de la boquilla de succión y luego descarga. En tal sentido, cuando se habla de una bomba “END – TOP”, indica que la succión esta en posición axial y la descarga en posición vertical.

Clasificación General Bombas Centrífugas

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo OH1: Diseño en voladizo, Simple etapa, montaje de pie (No reúne todos requerimientos de este estándar Internacional) .

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo OH1 (ANSI) .

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo OH1 (ANSI Típica) .

1- Succión 2- Impulsor 3- Descarga 4- Cubierta trasera 5- Eje 6- Sello/Empaquetadura 7- Brida/Prensaestopas 8- Cojinetes

Utilizadas en la industria química y petroquímica. Sus medidas son normalizadas, se puede intercambiar bombas sin modificaciones. Tienen impulsor abierto o semi abierto para manejar sólidos en suspensión. Hay dos proveedores fundamentales: Durco (Flowserve) y Goulds (ITT). Soportes de cojinete de hierro fundido. Bases de chapa plegada, bases antivibración o poliméricas. Muchas metalurgias disponibles, además de versiones no metálicas.

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo OH2: Diseño en voladizo, simple etapa, montaje centrado. Tiene una caja de rodamiento simple para absorber todas las fuerzas impuestas sobre el eje manteniendo el rotor en su posición durante la operación. Estas bombas son instaladas en una base y están conectadas por un acople flexible al elemento conductor.

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo OH2 (API)

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo OH2 (API Típica)

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Utilizadas en la industria petrolera (downstream & upstream) y petroquímica. Sus medidas no son normalizadas, las bases se hacen a medida. Tienen impulsor cerrado con anillos de desgaste. Hay varios proveedores: Flowserve, Goulds, Sulzer, David Brown, Marelli, KSB, etc. Soportes de cojinete de acero fundido. Bases tipo drim rain con apoyos centrados. Metalurgias acotadas a lo que indica la norma API 610.

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo OH3: Diseño en voladizo, simple etapa, montaje vertical “In-line” con soportes separados. Tiene una caja de rodamiento integrada a la bomba para absorber todas las cargas al rotor. El elemento conductor es montado en un soporte integrado a la bomba. La bomba y el elemento conductor están conectadas por un acople flexible.

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo OH3 (Vertical “In-line” API)

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo OH4: Diseño en voladizo, simple etapa, montaje vertical “In-line” con acople rigido. El acople rigido mantiene al eje de la bomba unido firmemente al eje del elemento conductor ( No reune todos los requerimientos de este estandar internacional)

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo OH4 (Vertical “In Line”)

Clasificación API Clasificación de según API 610 9na Edición Bomba tipo OH5: Diseño en voladizo, simple etapa, montaje vertical “In-line” con acople cerrado. Con el acople cerrado el impulsor se monta directamente sobre el eje del elemento conductor ( No reune todos los requerimientos de este estandar internacional)

Clasificación API Clasificación de según API 610 9na Edición Bomba tipo OH5 (Vertical In Line)

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo OH6: Diseño en voladizo, simple etapa, con caja de engranaje conductora de alta velocidad. Estas bombas incrementan la velocidad por medio de una caja de engranaje integral. El impulsor es montado directamente sobre la salida del eje de la caja de engranaje. No hay acople entre la caja de engranaje y la bomba, sin embargo, la caja de engranaje es acoplada flexiblemente al elemento conductor. Estas bombas pueden ser orientadas vertical u horizontalmente.

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo OH6:

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo BB1: Bomba de diseño axialmente partida y una o dos etapas con eje entre rodamientos.

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición

Bomba tipo BB1:

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición

Bomba tipo BB2: Bomba de diseño radialmente partida y una o dos etapas con eje entre rodamientos.

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo BB2:

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo BB3: Bomba de diseño axialmente partida multietapas con eje entre rodamientos.

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo BB3:

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo BB4: Bomba de diseño de carcaza simple radialmente partida, multietapas con eje entre rodamientos. Estas bombas son también llamadas de sección de anillos, segmentos de anillos o de segmentos unidos por barras y tienen un potencial sendero de fuga por cada segmento.

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo BB4:

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo BB5: Bomba de diseño de doble carcaza radialmente partida, multietapas con eje entre rodamientos.

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo BB5:

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo VS1: Bomba de profundidad verticalmente suspendida, carcasa simple con difusores de descarga a través de la columna.

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo VS1:

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo VS2: Bomba de profundidad verticalmente suspendida, carcasa simple con la voluta descarga de a través de la columna.

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo VS2:

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo VS3: Bomba de profundidad verticalmente suspendida, carcasa simple de flujo axial con descarga de a través de la columna.

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo VS3:

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo VS4: Bomba verticalmente suspendida, carcasa simple, voluta en línea con el eje conductor en el colector.

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo VS4:

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo VS5: Bomba verticalmente suspendida en voladizo.

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo VS5:

Clasificación de Bombas Centrífugas Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo VS6: Bomba doble carcaza con difusores verticalmente suspendidos.

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo VS6:

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo VS7: Bomba doble carcaza con voluta verticalmente suspendida.

Clasificación API Clasificación según API 610 9na Edición Bomba tipo VS7:

Elementos de una Bomba Centrífuga

Elemento Conductor

Acople

Bomba

Elemento Conductor Motor: Suministra la potencia 1. Eléctrico

Baja Potencia

2. Combustión Interna Gasolina

Media Potencia

Diesel

3. Turbina Hidráulica Gas Vapor

Alta Potencia

Acople Aco ple

Bomba

* Transmite Potencia – Torque * Transmite Rotación Conector

Acople

Motor

Acople Tipos de 1. Rígidos Acople Bridados Partidos

Alta Precisión No Admite Desviación Alta Potencia/Alta Velocidad

2. Flexibles Cadena Engranajes

Resorte en Rejilla Elastoméricos

Precisión Normal Absorbe Desviación Servicio General

Acople Acople Rígido

EMBRIDADO VERTICAL •

Solo vertical

•

Alta Precisión

Acople Acople Rígido PARTIDO AXIALMENTE •

Solo horizontal

•

Alta Precisión

•

Costoso

Acople Acople Flexible

CADENA •

Requiere Lubricación

•

Transmite torque moderado

Acople Acople Flexible ENGRANAJES •

Requiere Lubricación

•

Transmite alto torque

Acople Acople Flexible RESORTE EN REJILLA •

Requiere Lubricación

•

Transmite torque moderado

Acople Acoples Flexibles Elastoméricos ESTRELLA •

No requiere Lubricación

•

Transmite bajo torque

Acople Acoples Flexibles Elastoméricos

ESTRELLA •

No requiere Lubricación

•

Transmite bajo torque

Acople Acoples Flexibles Elastoméricos TACOS •

No requiere Lubricación

•

Torque según dureza de material

Acople Acoples Flexibles Elastomericos TIPO LLANTA o RUEDA •

No requiere Lubricación

•

Mediano torque y velocidad

Acople Acople Flexible

EMBRIDADO CON DISCO DE MEMBRANAS •

No requiere Lubricación

•

Altas potencias y velocidades

Acople DIAFRAGMA

Acople Flexible

•

No requiere Lubricación

•

Bajas potencias y velocidades

Bomba Centrifuga, Componentes Bomba Centrifuga ANSI Eje Impulsor

Rodamientos

Dispositivo de Sellado

Carcaza

Bomba Centrifuga, Componentes Bomba Centrifuga API

Rodamientos Impulsor Eje

Dispositivo de Sellado Carcaza

Bomba Centrifuga, Componentes Cojinetes Todos los equipos rotativos, incluyendo las bombas centrifugas, requieren de cojinetes para soportar y posicionar axial y radialmente al rotor. Los cojinetes deben mantener relativamente constante la posición del rotor bajo cargas fluctuantes. Los tipos mas comunes de cojinetes encontrados en las bombas centrifugas son: Fricción y Antifricción. Estos cojinetes operan bajo diferentes principios básicos, cuyo limite de funcionamiento esta determinado por la relación carga – velocidad.

Bomba Centrifuga, Componentes Cojinete Antifricción o Rodamiento Están conformados por un conjunto de bolas o rodillos que mantienen separadas las partes estáticas y dinámicas. Podemos identificar cuatro partes básicas: • • • •

Anillo o pista interno. Anillo o pista externo. Elementos rodantes (Cilíndricos, esféricos, cónicos, etc) Jaula.

Este es el tipo mas común de cojinete encontrado en la mayoría de las aplicaciones debido a su gran capacidad de cargas versus velocidad.

Bomba Centrifuga, Componentes

Bomba Centrifuga, Componentes Función de Rodamientos 1. Apoyo del eje 2. Permitir giro del eje 3. Absorber las cargas: radial y axial

Bomba Centrifuga, Componentes

Ubicación de los rodamientos en una bomba Centrífuga en Voladizo, Tipo ANSI

Bomba Centrifuga, Componentes

Arreglos de Rodamientos Rodamiento de bolas arreglo sencillo

Es el más usado para carga radial. Sin embargo, puede soportar cargas axiales en servicios ligeros.

Bomba Centrifuga, Componentes Arreglos de Rodamientos Rodamiento sencillo de contacto angular Diseñado para soportar cargas fuertes en una sola dirección

Bomba Centrifuga, Componentes Arreglos de Rodamientos Rodamiento de contacto angular en serie Diseñado para soportar cargas fuertes distribuidas en una sola dirección,

Bomba Centrifuga, Componentes Arreglos de Rodamientos Rodamiento contacto angular cara contra cara Diseñado para soportar cargas fuertes en las dos direcciones pero por un rodamiento a la vez

Bomba Centrifuga, Componentes Arreglos de Rodamientos Rodamiento de contacto angular espalda contra espalda Diseñado para soportar cargas fuertes en las dos direcciones pero por un rodamiento a la vez

Bomba Centrifuga, Componentes

Lubricación de Rodamientos Por Salpique Por Circulación Forzada

Bomba Centrifuga, Componentes Eje para Bomba en Voladizo Forces due to radial loads and impellery weight Fuerzas debido a cargas radiales peso del impulsor

D

X

L

Bomba Centrifuga, Componentes Eje para Bomba en Voladizo Relación de Delgadez =

L³

4

D

<2 métrico

<50 Inglés

Mantener baja la relación de delgadez

Bomba Centrifuga, Componentes Impulsor

Impulsor Abierto

Impulsor Cerrado

Bomba Centrifuga, Componentes Recorrido del Fluido

Rotación

Bomba Centrifuga, Componentes Tipos de Impulsores Son diseñados en variados anchos y perfiles en proporción a su velocidad específica Velocidad Específica

Bomba Centrifuga, Componentes Impulsor Abierto Sin tapa frontal

Menos eficiente que el cerrado. La holgura con la carcaza es mayor. Las pérdidas volumétricas interiores (de retorno) aumentan

Bomba Centrifuga, Componentes Impulsor Semi Cerrado Cerrado con Anillos de Desgaste La holgura con la carcaza es menor. Minimiza las pérdidas volumétricas interiores (retorno).

Bomba Centrifuga, Componentes Impulsor Cerrado Cerrado con anillos de desgaste en ambos lados y agujeros de balance. Reduce presión en caja de sellado.

Bomba Centrifuga, Componentes Impulsor Cerrado

Agujeros de Balance

Bomba Centrifuga, Componentes La Voluta

Transforma energía cinética en energía de presión. Conduce convenientemente el fluido

Bomba Centrifuga, Componentes Doble Voluta

La doble voluta balancea las fuerzas radiales. Usado en bombas grandes. Las fuerzas radiales iguales y opuestas alrededor del impulsor requieren ser balanceadas.

Dispositivos de sellado Empaquetadura

Dispositivos de sellado Sello Mecánico

Dispositivos de sellado Sello Mecánico Básico Sellado Terciario (3) Sellado Primario Sellado Secundario (3) Resorte (4) (Fuerza del Resorte)

Componentes metálicos (5)

Cara de contacto o Anillo Primario (2)

Anillo Estacionario Asiento (1)

Dispositivos de sellado Película de Lubricación entre las Caras del Sello Mecánico

• • • •

En funcionamiento, el fluido a presión se introduce entre las caras.

El fluido introducido, forma una película que las lubrica. La presión hidráulica a la vez cierra las caras. La presión hidráulica de cierre es la presión en el alojamiento del sello.

Dispositivos de sellado Película de Lubricación entre las Caras del Sello Mecánico Carcaza de Bomba

Brida

Fluido de Proceso

Anillo Primario

Asiento

Fuga Invisible: Fluido evapora al contacto con la atmósfera

Película de Lubricación

Alojamiento del Sello en la bomba Diseño del Alojamiento del sello. Muchos términos son usados para referirse, en la bomba centrifuga, a la cavidad para alojar el sello a través de la cual pasa el eje rotativo. Se tienen cuatro tipos de diseños básicos de alojamiento: - Caja de estoperos. - Cavidad de sellado. - Cavidad de sellado modificada. - Plato campana.

Alojamiento del Sello en la bomba

Caja de Estoperos

La caja de estoperos fue originalmente diseñada y dimensionada para que su sección se ajustara a los anillos de empaquetadura. Algunos fabricantes han diseñado los sellos para que se ajusten a la sección transversal de la caja de estoperos, por lo que dicha sección transversal debe ser capaz de aceptar dimensionalmente sellos mecánicos y empaquetaduras. La cara de la caja de estoperos es cerrada con una brida para comprimir las empaquetaduras llamada prensa estopas o una brida para el sello mecánico.

Alojamiento del Sello en la bomba Bomba con Caja de Estoperos

Alojamiento del Sello en la bomba Cavidad de Sellado La cavidad de sellado es diseñada con dimensiones apropiadas solamente para ensambles de sellos mecánicos. Comparada con la caja de estoperos, la sección es ampliada para aceptar ensambles de sellos grandes y permitir más flujo de líquido al ensamble de sello. El agujero de la cavidad de sellado es recto. Las cavidades de sellado no están dimensionadas para aceptar empaquetaduras. La cara de la cavidad de sellado se cierra con una brida para sello mecánico.

Alojamiento del Sello en la bomba Bomba con Cavidad de Sellado

Alojamiento del Sello en la bomba Cavidad de Sellado Modificada Las cavidad de sellado modificada es un alojamiento con agujero ampliado apropiado para ensamble de sellos mecánicos, al igual que la cavidad de sellado estándar. En este caso el agujero de la cavidad de sellado puede tener una forma distintiva para un efecto específico en el flujo del liquido. Los ejemplos mas comunes de estas cavidades de sellado son el “tapered bore”, “stepped bore”, “big bore” y cavidades que modifican la forma del flujo. La cavidad de sellado modificada no acepta empaquetaduras y la cara es cerrada con una brida para sello mecánico.

Alojamiento del Sello en la bomba Bomba con Cavidad de Sellado Modificada

Alojamiento del Sello en la bomba Plato Campana Los platos campana son alojamientos con una forma que asemeja una campana. El plato campana no tiene buje de garganta ni brida. El lado posterior del impulsor penetra dentro de la campana. El asiento del sello mecánico se instala en un agujero maquinado opuesto al impulsor.

Alojamiento del Sello en la bomba Bomba con Plato Campana

Presión en la Cavidad de Sellado Estimación de la Presión en la Cavidad de Sellado de la Bomba La presión en la cavidad de sellado de la bomba debe conocerse antes de seleccionar el sello y el sistema de lubricación apropiado. Para algunas bombas, la presión en la cavidad de sellado es igual a la presión de succión; en otras, cercana a la presión de descarga. El valor exacto de la presión en la cavidad de sellado depende del líquido, la rata de flujo, el diseño y de la condición de la bomba. A menudo, la información exacta no está disponible incluso con el fabricante de la bomba así que la mejor manera de determinar la presión en la cavidad de sellado es medirla.

Presión en la Cavidad de Sellado Estimación de la Presión en la Cavidad de Sellado de la Bomba A continuación se muestra un procedimiento para estimar la presión en la cavidad de sellado cuando no se tienen disponibles datos medidos y el fabricante de la bomba no puede ayudar. Los símbolos utilizados son: Pb = presión en la cavidad de sellado Ps = Presión de succión de la bomba Pd = Presión de descarga de la bomba

Presión en la Cavidad de Sellado Bombas de proceso en Voladizo, Simple Etapa, Simple Succión Las bombas de proceso en voladizo o cantiliver es en gran medida el tipo más común de bomba usado en la industria. Estas bombas pueden ser horizontales o verticales (en línea) y son generalmente de una sola etapa y simple succión. El compartimiento del sello está situado cerca de la parte posterior del impulsor.

Presión en la Cavidad de Sellado Bombas con Anillos de Desgaste y Agujeros de Balance (Bombas OH2) La mayoría de las bombas de proceso en voladizo usan anillos de desgaste y agujeros de balance en el impulsor para disminuir la carga del empuje en los cojinetes. Estas características también determinan la presión en la cavidad de sellado. La presión exacta es una función del claro en los anillos de desgaste, así como el tamaño y la localización de los agujeros del balance.

Presión en la Cavidad de Sellado Bombas Horizontales con Anillos de Desgaste y Agujeros de Balance (Bombas OH2) En bombas de proceso en voladizo horizontales con anillos de desgaste y agujeros de balance, la presión en la cavidad de sellado puede ser estimada con la siguiente ecuación:

Pb = Ps + 0.15 (Pd - Ps)

Ecuación 1

Nota: Un mismo modelo de bomba puede estar disponible con o sin los agujeros de balance.

Presión en la Cavidad de Sellado Ejemplo: Calcular la presión en la cavidad de sellado de una bomba horizontal simple etapa con agujeros del balance y anillos de desgaste. La presión de succión es de 10 psig y la presión de descarga 200 psig.

Pb = 10 + 15 (200 - 10) = 38.5 psig

Presión en la Cavidad de Sellado Bombas sin agujeros de balance Los agujeros del balance pueden no ser necesarios reducir la carga de empuje en altas presiones succión. También a veces, los agujeros del balance se omiten en un esfuerzo de aumentar la eficiencia del bombeo.

Presión en la Cavidad de Sellado Bombas Verticales “In Line” sin agujeros de balance (Bombas OH3) En bombas verticales “In Line” sin agujeros de balance, la presión en la cavidad de sellado está muy cerca de la presión de descarga:

Pb = Pd Ecuación 2 Notas: El mismo modelo de la bomba puede estar disponible con o sin los agujeros del balance. Los sellos no se pueden lubricar y enfriar usando la inyección de la descarga.

Presión en la Cavidad de Sellado Ejemplo: ¿Cuál es la presión estimada en el compartimiento de sello de una bomba vertical “In Line” que no utiliza agujeros de balance, siendo la presión de succión 10 psig y la de descarga 200 psig?

Pb = 200 psig

Presión en la Cavidad de Sellado Bombas con vanos en la espalda del impulsor (Bombas OH1) Algunas bombas en vez de los agujeros del balance para reducir empuje usan venas en la espalda del impulsor. Esto es especialmente popular en bombas ANSI. La separación del impulsor respecto al plato trasero es crítica para la eficiencia de las bombas con vanos en la espalda del impulsor.

Presión en la Cavidad de Sellado Bombas con vanos en la espalda del impulsor (Bombas OH1) En bombas ANSI con venas en la espalda del impulsor La presión en la cavidad de sellado es levemente superior a la presión de succión:

Pb =Ps + C (Pd - Ps). Ecuación 3 Para la mayoría de éstos diseños de bomba, se usa C = 0.1

Presión en la Cavidad de Sellado Bombas con vanos en la espalda del impulsor (Bombas OH1) Notas: Goulds recomienda 1. C = 0.3 si el impulsor está en el diámetro mínimo y 2. C = 0.1 si el impulsor está en el diámetro máximo. Durco proporciona la información de la presión del compartimiento del sello en la curva del funcionamiento de la bomba. La curva del funcionamiento indica generalmente presiones más bajas que en la ecuación 3. La presión en la cavidad de sellado es cercana a la presión de succión con flujo nulo, maximiza cerca del BEP, luego disminuye.

Presión en la Cavidad de Sellado Ejemplo: Una bomba de simple etapa, que utiliza venas en la espalda del impulsor tiene una presión de succión de 10 psig y una presión de descarga de 200 psig. ¿Cuál es la presión estimada en la cavidad del sello?

Pb = 10 + 0.1 (200 - 10) = 29 psig

Presión en la Cavidad de Sellado Bombas de Simple Etapa, Doble Succión (Bombas BB1 o BB2) Las bombas de simple etapa con impulsor de doble succión colocado entre cojinetes, son probablemente las más comunes después de la simple etapa, simple succión y construcción en voladizo. Este diseño requiere un sello mecánico en cada lado del impulsor.

Presión en la Cavidad de Sellado Bombas de Simple Etapa, Doble Succión (Bombas BB1 o BB2) En una bomba de simple etapa, doble succión, los compartimientos de los sello están adyacentes al ojo de la succión; por lo tanto la presión en cada cavidad de sellado es igual a la presión de la succión.

Pb = Ps

Ecuación 4

Nota: Los sellos en estas bombas no se pueden lubricar usando el plan API 13.

Presión en la Cavidad de Sellado Ejemplo: Una bomba de simple etapa y doble succión, tiene una presión de succión de 10 psig, la presión de la descarga es 200 psig. ¿Cuál es la presión estimada del compartimiento del sello?

Pb = 10 psig

Presión en la Cavidad de Sellado Bombas Horizontales de Dos-Etapas (Bombas BB1 o BB2) En las bombas horizontales de dos etapas se tienen dos configuraciones distintas. Cada una tiene dos compartimientos de sellado. Para muchas de estas bombas, los efectos más importantes sobre la presión en los compartimientos de los sello son producto de la localización de la cavidad de sellado respecto al impulsor y del uso de una línea de balance

Presión en la Cavidad de Sellado Bombas Horizontales de Dos-Etapas (Bombas BB1 o BB2) El diseño más común de las bombas horizontales de dos etapas tiene los impulsores espalda contra espalda. En este diseño, las cavidades de sellado están situadas cerca de los ojos de succión del impulsor. Esto significa que un compartimiento del sello está en la presión de la succión de la bomba.

Pb = Ps Ecuación 5 El otro compartimiento del sello está en la succión de la segunda etapa (descarga de la primera etapa).

Pb = Ps + 0.5 (Pd - Ps)

Ecuación 6

Presión en la Cavidad de Sellado

Bombas Horizontales de Dos-Etapas (Bombas BB1 o BB2)

Las marcas United y Byron-Jackson fabrican bombas de dos etapas con los impulsores "ojo a ojo". En este diseño, las cavidades de sellado están situadas cerca de la parte posterior del impulsor lo que éste significa que un compartimiento de sellos está a la presión de descarga de la primera etapa.

Pb = Ps + 0.5 (Pd - Ps) Ecuación 7 El otro compartimiento de sellos está en la presión de descarga de la bomba.

Pb = Pd

Ecuación 8

Nota: Líneas de balance se utilizan con frecuencia para bajar la presión del compartimiento del sello.

Presión en la Cavidad de Sellado Ejemplo: Una bomba United de dos etapas modelo THF (con los impulsores localizados "ojo a ojo" tiene una presión de la succión de 10 psig y una presión de la descarga de 400 psig. ¿Cuál es la presión estimada de la cavidad de sellado? En el compartimiento de baja, la presión en la cavidad de sellado es: Pb = 10 + 0.5 (400 - 10) = 205 psig (usando la ecuación 7) En el compartimiento de alta presión, la presión en la cavidad de sellado es: Pb = 400 psig (usando la ecuación 8)

Presión en la Cavidad de Sellado Bombas Horizontales Multietapas (Bombas BB3, BB4 o BB5) Las bombas horizontales multietapas se utilizan para desarrollar altas presiones, sin embargo, las cavidades de sellado no necesariamente están a alta presión. En la mayoría de las bombas multietapas horizontales (agua de alimentación de calderas, bombeo en tuberías, etc.) se tienen dos cavidades de sellado: un compartimiento de " baja presión " con presión de succión y un compartimiento "de alta presión" con una presión entre la succión y la descarga.

Presión en la Cavidad de Sellado Bombas Horizontales Multietapas (Bombas BB3, BB4 o BB5) En el compartimiento de baja presión de una bomba horizontal multietapas, esta se determina con:

Pb = Ps Ecuación 9 Una línea de balance se utiliza para reducir la presión en el compartimiento de alta presión del sello. Cuando la bomba está en buena condición, el compartimiento de alta presión está alrededor de:

Pb = Ps + 75 Ecuación 10 Nota: Si la línea de balance no se utiliza o si el claro del buje de garganta no se mantiene, entonces la presión en el compartimiento de sellado de alta presión tiende a acercarse a la mitad entre la presión succión y la de descarga, esto es:

Pb = Ps + 0.5 (Pd - Ps) Ecuación 11

Presión en la Cavidad de Sellado Ejemplo: Una bomba multietapas para bombeo en tuberías tiene una presión de succión de 350 psig y una presión de descarga de 1200 psig. ¿Cuál es la presión estimada del compartimiento del sello? ¿Cuál sería la presión si la línea de balance no es utilizada? Para el compartimiento de presión baja, se usa la ecuación 9:

Pb = 350 psig Para el compartimiento de alta presión, se usa la ecuación 10:

Pb = 350 psig + 75 = 425 psig Sin los efectos de la línea de balance, el compartimiento de alta presión puede alcanzar:

Pb = 350 + 0.5 (1200 - 350) = 775 psig

Presión en la Cavidad de Sellado Bombas Multietapas Vertical Suspendida (turbina) En estas bombas aunque los impulsores individuales pueden tener agujeros del balance y anillos del desgaste, la cavidad de sellado esta localizada en la boquilla de descarga. Por lo tanto la presión de la cavidad de sellado estaría a la presión de descarga de la bomba, excepto por los efectos de un balanceo, o purga en las líneas.

Presión en la Cavidad de Sellado Bombas Multietapas Vertical Suspendida (turbina) En una bomba multietapas vertical suspendida si se encuentra en buena condición, la presión en la cavidad de sellado está alrededor de:

Pb = Ps + 75

Ecuación 12

Nota: Si la línea de balance no se utiliza o si el claro cerrado del buje de garganta no se mantiene, entonces a cavidad de sellado alcanza la presión de descarga. En este caso, los planes de lubricación y enfriamiento que usan la inyección de la descarga de la bomba (plan API 11, 21, etc..) no pueden ser utilizados.

Presión en la Cavidad de Sellado

Bombas Multietapas Vertical Suspendida (turbina) (Bombas VS1, VS2, VS3, VS4, VS5, VS6 y VS7) Ejemplo: Una bomba vertical multietapas tiene una presión de la succión de 350 psig y una presión de la descarga de 1200 psig. ¿Cuál es la presión estimada del compartimiento del sello? ¿Cuál sería la presión si la línea de balance no es utilizada? Con la línea de balance:

Pb = 350 + 75 = 425 psig Sin los efectos de la línea de balance, el compartimiento puede alcanzar:

Pb = 1200 psig

Presión en la Cavidad de Sellado Estimación de la presión en la cavidad de sellado por marca y modelo Marca de Bomba y Modelo

Ecuación

Observaciones

Bingham CAP, CAD, CVA, HVA CD/CDA, HS, HSA/HSB/HSD MSD, CP/CPA BA, BK

1 (o 2) 4 9, 10 12

Generalmente tiene agujeros de balance

Byron Jackson SJ, SC7, IN DSJ/DSJH CMX, DVMX

1 (o 2) 4

Generalmente tiene agujeros de balance

Durco Mark I, II, III

3

usar C =.1 (ver nota 2, Ecuación 3)

Presión en la Cavidad de Sellado Estimación de la presión en la cavidad de sellado por marca y modelo Marca de Bomba y Modelo

Ecuación

Observaciones

Goulds 3196, 3996 3700, 3910 3404/5, 3410, 3415, 3420, 3620 3640 3300, 3600, 7200, 7500 VIT, VIC

3 1 (ó 2) 4 5, 6 9, 10 12

ver nota 1, Ecuación 3 Generalmente tiene agujeros de balance

1 (ó 2) 4 3 9, 10

Generalmente tiene agujeros de balance

1 (ó 2) 4 5, 6 9, 10

Generalmente tiene agujeros de balance

Ingersoll-Rand A Line S, J Line, SL VOC, HOC DA

use C = .1

Pacific SVCN, SPCN HVC ROV UXN, BFI, CB

Presión en la Cavidad de Sellado Estimación de la presión en la cavidad de sellado por marca y modelo Marca de Bomba y Modelo

Ecuación

Observaciones

United TC, VP, VIP DVS, DSTC, DVSHF THF VCD MSN, WMSN

1 (ó 2) 4 7, 8 12 9, 10

Generalmente tiene agujeros de balance

Union H, SRV, VLK, VCM, ULK, Uniline HOL M VCP

1 (ó 2) 4 9, 10 12

Generalmente tiene agujeros de balance

1 (ó 2) 4 12

Generalmente tiene agujeros de balance

Wilson Snyder ESN, ESW, VIL, VILS DV IVT

Presión en la Cavidad de Sellado Estimación de la presión en la cavidad de sellado por tipo de bomba TIPO DE BOMBA

PRESIÓN EN CAVIDAD DE SELLADO (Bar)

Bomba de proceso en voladizo, una etapa, simple succión Con agujeros de balance y anillos de desgaste en el impulsor (Impulsor semi cerrado)

S = Ps + 0.15 (Pd - Ps)

Con anillos de desgaste sin agujeros de balance en el impulsor (Impulsor semi cerrado)

S = Ps + 0.75 (Pd-Ps)

Con venas en la espalda del impulsor y sin agujeros de balance* Bombas Goulds (Con impulsor mínimo diámetro) Bombas Goulds (Con impulsor máximo diámetro) Bombas Durco Bombas Girdlestone

S = Ps + 0.3 (Pd - Ps) S = Ps + 0.1 (Pd - Ps) S = Ps + 0.1 (Pd - Ps) S = Ps + 0.5 (Pd - Ps)

* Normalmente los impulsores con agujeros de balance no se usan con venas en la espalda, pero si esto es así se reducirá la presión en la cavidad de sellado hacia la presión de succión.

Presión en la Cavidad de Sellado Estimación de la presión en la cavidad de sellado por tipo de bomba TIPO DE BOMBA

PRESIÓN EN CAVIDAD DE SELLADO (Bar)

Bombas una etapa, doble succión (Típica bomba carcaza partida horizontal, 2 sellos)**

Pb = Ps para cada sello

Dos etapas horizontales, impulsor espalda contra espalda Cavidad de sellado baja presión Cavidad de sellado alta presión

Pb = Ps Pb = 0.5 (Pd - Ps)

Impulsor de dos etapas, impulsor ojo contra ojo Cavidad de sellado baja presión Cavidad de sellado alta presión

Pb = 0.5 (Pd - Ps) Pb = Pd

** Estas bombas no usan plan API 13, generalmente usan plan API 11 o 14

Presión en la Cavidad de Sellado Estimación de la presión en la cavidad de sellado por tipo de bomba TIPO DE BOMBA

PRESIÓN EN CAVIDAD DE SELLADO (Bar)

Bombas multi etapas horizontal con línea de balance Cavidad de sellado baja presión Cavidad de sellado alta presión***

Pb = Ps Pb = Ps + 5 bar

Bombas multi etapas vertical (turbina) Con línea de balance****

Pb = Ps + 5 bar

*** Si no tiene línea de balance, la cavidad de sellado de alta presión se aproximará a la presión de descarga. **** Si no se usa línea de balance la cavidad de sellado de alta presión será la presión de descarga. En este caso la circulación inversa hacia la succión es preferida ya que la recirculación del producto desde la descarga no debe ser usada.

Sistemas de Lubricación y Enfriamiento al Sello Mecánico

Descarga

Conexión de la descarga al sello. Flujo

Succión

Sistema de Lubricación y Enfriamiento con fluido bombeado

Descarga

Flujo

Presió Mínima 3 bar / 5 psi por encima de “A”

A

Succión Sello de Restricción (Buje)

Sistema de Lubricación y Enfriamiento con fluido externo

Materiales de construcción de la Bomba Existe una gran variedad de materiales para construcción de bombas centrifugas, su selección depende de las propiedades físico – químicas (temperaturas, erosividad, corrosividad, etc) del fluido que será manejado. En servicios corrosivos es común observar bombas cuyos internos (carcaza e impulsor) están recubiertos de materiales no metálicos (polímeros, cerámicos) los cuales presentan mejores propiedades mecánicas al ataque por corrosión. En servicios erosivos, se aplican tratamientos térmicos al material base para lograr mayor dureza (50 a 60 RC). Otro método de endurecimiento consiste en la aplicación de revestimientos con materiales especiales.

Materiales de construcción de la Bomba

Materiales de construcción de la Bomba

Materiales de construcción de la Bomba

Sistemas de lubricación a la Bomba LUBRICACIÓN El propósito principal de la lubricación es proveer una película de separación entre superficies que están en movimiento relativo, evitando su contacto y fusión por efecto de las cargas. Reduce la fricción entre las partes en movimiento, previene el desgaste y la corrosión de los elementos rodantes. La película lubricante no excede los 20 micrones, por lo tanto las superficies a lubricar deben estar limpias y con acabados suaves para evitar su rompimiento.

Sistemas de lubricación a la Bomba La lubricación es esencial para lograr el máximo desempeño de los cojinetes. 50% de las fallas en equipos rotativos están asociadas a problemas de lubricación. Una lubricación deficiente puede estar asociada a: • • • •

Uso de lubricante inadecuado. Contaminación del lubricante. Método de lubricación inadecuado. Rutinas de relubricación inadecuadas.

Sistemas de lubricación a la Bomba TIPOS DE LUBRICANTES Básicamente se utilizan dos tipos: Grasas y Aceites. Grasas: Productos semisólidos de consistencia blanda, se fabrican a partir de aceites de base mineral o sintética. Según su aplicación, se utilizan aditivos para mejorar las propiedades antidesgaste y anticontaminantes. La limitante de las grasas puras (sin aditivos) es el bajo punto de goteo, el cual se define como la temperatura a la cual la grasa comienza a fluir. Mejorado a través de la preparación de grasas a base de jabón de litio cuyo punto de goteo es 185ºC y temperatura de aplicación hasta 140ºC.

Sistemas de lubricación a la Bomba Existen grasas de base sintética que permiten operaciones de hasta 260ºC, con puntos de goteo por encima de los 300ºC Las grasas tienen un amplio campo de aplicación en la industria, sin embargo su uso está limitado por la velocidad de operación del equipo. Como lubricante, las grasas son menos efectivas que los aceites.

Sistemas de lubricación a la Bomba Aceites Lubricantes: Fabricados a partir de bases minerales o sintéticas. Utilizan aditivos para mejorar propiedades como resistencia al desgaste, oxidación, antiespumantes, etc. La propiedad mas importante del aceite es la viscosidad. Se ha establecido como norma que el grado de viscosidad sea indicado a 40ºC (Grado de viscosidad ISO) Una característica importante de los aceites es el índice de viscosidad, que se define como el cambio de viscosidad cinemática con la temperatura. Un mayor índice de viscosidad indica menor cambio de viscosidad con la temperatura.

Sistemas de lubricación a la Bomba Clasificación Viscosidad ISO para lubricantes Industriales

Sistemas de lubricación a la Bomba METODOS DE LUBRICACION Existen dos métodos básicos: Auto contenido y Forzado. Método Auto contenido: Lubricante confinado en la caja de cojinetes. Criterios para su uso: • •

Calor generado por cojinetes puede ser disipado sin uso de elementos externos. Relación velocidad/carga baja.

Sistemas de lubricación a la Bomba METODOS DE LUBRICACION Método Forzado: Lubricante suministrado por un sistema externo a condiciones de presión y temperatura requeridas por los cojinetes. Criterios para su uso: • •

Calor generado por cojinetes muy alto. Relación velocidad/carga alta.

Sistemas de lubricación a la Bomba METODOS DE LUBRICACION Lubricación Auto contenida tenemos: • • • •

Nivel de aceite. Anillos lubricantes. Discos lubricantes Neblina pura y neblina – purga.

NORMAS PARA SISTEMAS DE LUBRICACION DE BOMBAS API 610, 9 Ed. Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries.

Sistemas de lubricación a la Bomba

Lubricación por baño de aceite. Nivel 1/3 – 1/2 de la bola inferior

Lubricación por anillo Nivel 1/8 del diámetro del anillo

Sistemas de lubricación a la Bomba Sistema típico de generación de neblina

Sistemas de lubricación a la Bomba

Lubricación por niebla pura

Lubricación Niebla - Purga

Sistemas de lubricación a la Bomba

Fundamentos básicos Energía en Líquidos El propósito fundamental de bombas es agregar energía a un líquido de modo que pueda fluir contra los efectos de la resistencia friccional y gravitacional. El término usado para describir comúnmente este tipo de energía agregada por una bomba se conoce como cabezal (H). El cabezal se mide en unidades de pies o de metros. El cabezal puede ser de tres formas y cada forma es medida por diversos medios.

Fundamentos Básicos Energía en Líquidos La primera forma es el cabezal de presión estática, o simplemente cabezal de presión (HP). El cabezal de presión es la energía medida con una galga de presión. La segunda forma es el cabezal de elevación o altura (HE). El cabezal de elevación es la energía potencial que un líquido tiene en virtud de su posición vertical relativa en un sistema. Así, cuanto más alto este un líquido, mayor es su cabezal de elevación. La tercera forma es el cabezal de velocidad (HV). El cabezal de velocidad es la energía cinética de un líquido debido a su velocidad. El cabezal de velocidad se mide comúnmente con un tubo pitot.

Fundamentos Básicos Energía en Líquidos La energía total suministrada a un líquido consiste en la suma de estas tres formas de energía. La energía total, o cabezal de un líquido se puede distribuir en cualquier proporción entre las tres formas. La energía total puede existir totalmente en una forma excluyendo las otras dos, o como 30% cabezal de presión, 30% cabezal de elevación y 40%, cabezal de velocidad o puede existir en cualquier otra combinación mientras la suma de las tres formas se igual al 100% del cabezal total.

Fundamentos Básicos Energía en Líquidos El hecho de que el cabezal total se convierte entre sus tres formas sin aumento o disminución (asumiendo que ningunas pérdidas o aumento de energía es por medios externos) se conoce como ley de Bernoulli. La ley de Bernoulli es una expresión del principio fundamental de la conservación de la energía. El cabezal puede existir en una de las tres formas de energía y se pueden convertir entre ellas. Las bombas centrífugas funcionan primeramente con cabezal de velocidad y después convierten una cierta porción de ella en cabezal de presión.

Fundamentos Básicos Esquema energético

Una bomba centrífuga, como cualquier máquina; transforma energía. La cantidad de energía que entra es igual a la que sale

ENERGÍA MECÁNICA

BOMBA CENTRÍFUGA

ENERGÍA HIDRÁULICA

CALOR VIBRACIONES RUIDO

Fundamentos Básicos Esquema energético BOMBA FUNCIONANDO EN BUENAS CONDICIONES ENERGÍA MECÁNICA

BOMBA CENTRÍFUGA

ENERGÍA HIDRÁULICA

CALOR VIBRACIONES RUIDO

Fundamentos Básicos Esquema energético BOMBA FUNCIONANDO EN MALAS CONDICIONES ENERGÍA MECÁNICA

ENERGÍA HIDRÁULICA

BOMBA CENTRÍFUGA

CALOR VIBRACIONES RUIDO

Fundamentos Básicos Distribución de Velocidades en el Impulsor

La energía en forma de presión se logra mediante el movimiento rotativo del impulsor o impulsores, que transfieren energía al fluido en la forma de un incremento de la velocidad que se convierte en presión en la sección de difusión (voluta) del cuerpo de la bomba. Esto se demuestra con el triangulo de velocidades aplicado a un impulsor de flujo radial. Se tiene el componente de la velocidad relativa “U” que es la distancia radial “r” multiplicada por la, velocidad angular “ω”. El componente de la velocidad tangencial a los alabes “VT”, está relacionada a la velocidad del líquido que fluye por los alabes. Las velocidades a la entrada y salida se determinan sumando los respectivos vectores de “U” y “VT. A la salida del impulsor se obtiene la mayor velocidad. El incremento de “U” desde la entrada hasta la salida es responsable por la ganancia en velocidad total “V”

Fundamentos Básicos Distribución de Velocidades en el Impulsor

La suma de los componentes de los vectores representa la velocidad total. El crecimiento de U desde la entrada hasta la salida explica la diferencia entre V2 y V1. La curva posterior de las paletas determina en qué grado se incrementa VT2 y se reduce V2. Puesto que la dirección de VT2 es tangente a la paleta, el efecto neto de aumentar la curva posterior de la paleta es una reducción total en la velocidad total V2, así como del incremento de VT2. Debido a que U2 depende de la velocidad rotatoria ω y del diámetro del impeler r2, un aumento en cualquier variable da lugar a aumentar la velocidad total, V2.

Fundamentos Básicos 1

Entrada al Impulsor

V1 = Velocidad Total VT1 = Velocidad Tangencial U1 = Velocidad Relativa

2

Salida del Impulsor

V2 = Velocidad Total VT2 = Velocidad Tangencial U2 = Velocidad Relativa

Distribución de Velocidades en el Impulsor

Fundamentos Básicos Triángulo de Velocidades V

V = Velocidad Total VT = Velocidad Tangencial U = Velocidad Relativa

a

Vm = Proyección de V sobre la línea meridional Um = Proyección de U sobre la línea meridional VV = Proyección de V sobre VT UV = Proyección de U sobre VT a = Angulo entre V y Vv b = Angulo entre U y Uv

VV

U

Vm Um UV b

VT

Fundamentos Básicos Ecuaciones Principales de Cálculo VT = p x D x n VT = Vv + Uv V2 = VV2 + Vm2 U2 = UV2 + Um2

V m = Um tang a = Vm / VV tang b = Um / UV

V a

U

Vm Um Vv UV b

VT

Fundamentos Básicos Definición de Términos - Cabezal, H.: Termino usado en lugar de presión o diferencial de presión y generalmente se mide en pies o metros. Se define como el incremento de la energía especifica del fluido entre la boquillas de succión y descarga. - Caudal, Q.: Se refiere al flujo volumétrico manejado por una bomba, normalmente expresado en USGPM o m3/h. Se diferencian dos términos, Caudal Normal, el cual se refiere al valor al cual usualmente opera el equipo y Caudal Nominal (rated), el cual se refiere al caudal garantizado en un punto de operación especifico.

Fundamentos Básicos Definición de Términos Gravedad Especifica, Sg: Se define como el peso por unidad de volumen de un fluido a una temperatura determinada. Normalmente esta referido al valor del agua, siendo esta 1.00 - Potencia Hidráulica, Ph: Se define como la energía necesaria que debe ser transferida al fluido para alcanzar el cabezal al caudal deseado. Normalmente viene expresada en Hp o Kw. - Potencia Mecánica, Pm: Se define como la energía total entregada por el elemento accionador. La Pm es superior a la Ph ya que se deben vencer todas las perdidas de la bomba (hidráulicas, mecánicas, fricción, etc.). - Eficiencia, : Es una medida de cuan bien la bomba puede convertir la energía (BHP) suministrada a ella por el elemento accionador en la energía impartida al liquido.

Fundamentos Básicos Definición de Términos - Cabezal de Succión, Hs: Existe cuando el nivel del reservorio de líquido esta situado por encima de la línea central de la bomba. En una instalación existente, hs será igual a la lectura del manómetro en la brida de succión convertida a pies o metros de líquido y corregida a la línea de elevación central de la bomba, mas el cabezal de velocidad en pies o metros de líquido existente en el punto donde esta colocado el manómetro. - Cabezal de Levantamiento, He : Existe cuando el nivel líquido en el reservorio esta por debajo de la línea central de la bomba o del ojo del impulsor. El cabezal total de levantamiento es igual a la distancia del centro de la línea del ojo del impulsor por encima del nivel del líquido, mas las perdidas en la tubería de entrada.

Fundamentos Básicos Definición de Términos

- Cabezal Total de Descarga, Hd: Se define como la suma de: 1. Cabezal estático de descarga. 2. Todas las perdidas por fricción en la línea de descarga. 3. Presión en el reservorio de descarga. 4. Perdidas por expansión súbita En una instalación existente, Hd sería la lectura de la presión manométrica en la boquilla de descarga, en pies o metros de líquido, y corregida a la línea de centro de la bomba u ojo del impulsor mas el cabezal de velocidad en pies o metros de líquido, en el punto de conexión del manómetro. - Cabezal Total del Sistema, H: Se define como la diferencia entre el cabezal total de descarga (Hd) menos el cabezal total de succión (Hs) H= Hd-Hs (Cabezal de Succión) H=Hd+Hs (Cabezal de Levantamiento)

Fundamentos Básicos Cabezal Total (H)

Fundamentos Básicos Cabezal Total (H)

Fundamentos Básicos Definición de Términos - Cabezal Neto de Succión Positiva, NPSH: Se define como el cabezal total de succión, en pies o metros, del liquido bombeado menos la presión de vapor absoluta a la misma temperatura. Es un medición de la energía especifica en el fluido por encima de la energía especifica requerida para mantener el fluido en una fase liquida. Existen dos tipos de NPSH:

1. NPSH requerido, NPSHr: Es determinado por el Fabricante de la bomba y depende de varios factores incluyendo, geometría del impulsor, velocidad de giro, naturaleza del liquido, caudal, etc. Se grafica en la curva característica de funcionamiento de una bomba. 2. NPSH disponible, NPSHd: Depende del arreglo del sistema de succión de la bomba y debe ser mayor al requerido para evitar la formación de burbujas en el ojo del impulsor.

Fundamentos Básicos Definición de Términos -

En instalaciones existentes, el NPSHd puede ser obtenido leyendo la presión manométrica en la brida de succión, corregida a la línea de centro del impulsor, mas el cabezal de velocidad en el punto de conexión del manómetro menos la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo.

-

A objeto de evitar la cavitación, se debe garantizar un margen de al menos un metro entre el NPSHd y el NPSHr en el punto de diseño. Ciertos estándares o normas recomiendan que este margen se mantenga desde el flujo mínimo continuo estable hasta el 120% del BEP

-

El NPSHd pocas veces excede los 25 pies en un diseño practico y económico.

Fundamentos Básicos El NPSH disponible es calculado de la línea de Succión. El NPSH requerido es el que especifica la bomba. El NPSH disponible = NPSH requerido X FS

FS = 1.1 Instalaciones generales FS = 1.25 Alimentación a calderas

Fundamentos Básicos Para incrementar el NPSHd • • • • • •

Subir tanque de succión (o nivel del tanque). Bajar la Bomba. Incrementar presión en tanque de succión. Enfriar fluido para reducir presión de vapor. Modificar tubería de succión - incrementar diámetro – reducir longitud – cambiar o reducir accesorios. Aumentar presión en Succión.

Fundamentos Básicos Cabezal Total Disponible del Sistema

•

Diferencia del cabezal de presión entre el nivel de fluido de la succión y la descarga en tanque cerrado =

•

Diferencia en cabezal de velocidad en el tanque =

•

Diferencia en altura entre los niveles de succión y descarga (Cabezal estático) =

•

Sumatoria de todas las perdidas de cabezal de presión =

Fundamentos Básicos

Cálculo del NPSH disponible, la bomba está por encima del nivel del fluido

Fundamentos Básicos Cálculo del NPSH disponible, la bomba está por debajo del nivel del fluido

Fundamentos Básicos Relación Presión – Gravedad Especifica: -

En una bomba centrífuga, el cabezal producido, en pies de líquido, depende tanto de la velocidad del líquido al entrar al ojo del impulsor como al salir de la periferia del impulsor; por lo que es independiente de la gravedad especifica del líquido. El cabezal de presión producido, presión de descarga en psi, será directamente proporcional a la gravedad especifica.

Curvas Características Curvas Características de la Bomba Para una velocidad de rotación dada, la bomba centrifuga es capaz de manejar una capacidad de flujo desde cero, hasta un máximo que depende del diseño, tamaño y condiciones de succión presentes. El cabezal total desarrollado por la bomba, la potencia requerida para moverla y la eficiencia resultante varían con la capacidad del flujo. La interrelación entre estas variables se conoce comúnmente como curvas características de la bomba. Ya que el cabezal producido por una bomba centrifuga es independiente de la gravedad especifica, agua a temperatura normal, es el liquido que universalmente se usa para establecer la curva característica de una bomba. Las características hidráulicas de una bomba centrifuga permite un rango de operación bastante amplio. Idealmente el punto de diseño y de operación deben mantenerse cercanos al punto de mejor eficiencia (B.E.P)

Curvas Características Curvas Características de la Bomba : El propósito único de una bomba centrífuga es utilizar energía rotatoria del eje por medio de un conductor para levantar el cabezal, o el nivel de energía, del líquido que lo atraviesa. La relación entre la entrada de energía rotatoria por el eje conductor, el cabezal de salida por la bomba, y la eficiencia del proceso de conversión de la energía se expresa en las curvas del funcionamiento de la bomba. Los tres parámetros se trazan contra el flujo Q, para una velocidad constante.

Curvas Características Curvas Características de la Bomba : La mayoría de las bombas en uso no son de velocidad variable, así que las curvas proporcionadas por el funcionamiento de la bomba muestran únicamente una velocidad fija. Las unidades de flujo en el Sistema Internacional son metros cúbicos por hora (m3/hr) y las unidades de flujo acostumbradas en ESTADOS UNIDOS son galones por el minuto (gpm). Las unidades del Sistema Internacional y de ESTADOS UNIDOS para la medición de los parámetros son: • Energía Rotativa (potencia) del eje conductor, P - kilowatts (kw) o potencia al freno (bhp) • Cabezal agregado a la salida de la bomba, H - metros (m) o pies (ft) • Eficiencia η - % de energía a la salida (cabezal de la bomba) con relación a la entrada de energía (energía del conductor)

Curvas Características Curvas Características de la Bomba : En las curvas de funcionamiento de la bomba al aumentar el cabezal, el flujo disminuye. Este incremento del cabezal con decrecimiento del flujo en la curva se refiere a menudo como “levantamiento al cierre“y se cumple para todas las bombas centrífugas a excepción de algunas bombas del flujo radial con “inclinación" a bajo flujo, es decir, al disminuir el cabezal el flujo disminuye. En operación estable se requiere que las bombas tengan levantamiento al cierre. Los fabricantes generalmente recomiendan que a las bombas de flujo radial con curvas que se inclinan no se operen en dicha región. La inclinación de la curva varía dependiendo del tipo de impulsor. Las bombas radiales tienden a tener las curvas más planas. Las bombas de flujo mixto tienen curvas más escarpadas mientras que las curvas del flujo axial son las más escarpadas de los tres tipos.

Curvas Características Curvas Características de la Bomba : La Eficiencia (η) es una medida de cuan bien esta la bomba convirtiendo la energía provista a ella por el conductor en la energía agregada al líquido. La curva de la Eficiencia de la bomba se levanta en picos, y después cae. Una bomba que funciona en el pico (punto de mejor eficiencia) está produciendo el cabezal máximo con la menos cantidad de entrada de energía. La eficiencia de la bomba es afectada por las siguientes pérdidas: • Pérdidas hidráulicas - resistencia friccional del flujo de líquido para atravesar el impulsor y cada cavidad • Pérdidas volumétricas – regreso del flujo desde la descarga de nuevo a la succión por los anillos de desgaste (impulsores cerrados), o por el frente de las paletas o vanos (impulsores abiertos) • Pérdidas mecánicas - fricción entre las partes mecánicas tales como sellos, los anillos de empaques, eje, y cojinetes, etc. • Pérdidas de la fricción del disco - resistencia friccional del líquido atrapado entre el impulsor que rota (se puede pensar como en un disco) y el cuerpo estacionario.

Curvas Características Curvas Características de la Bomba : Las pérdidas aumentan la cantidad de energía requerida por la bomba para hacer salir un flujo deseado. La combinación de estas pérdidas incrementa la perdida de eficiencia total de la bomba. En la practica maquinando el diámetro exterior del impulsor se reduce el cabezal de salida y la energía requerida ajustando la eficiencia la curva con el cabezal de salida hacia abajo sin cambiar su forma. Los fabricantes demuestran cómo el ajuste afecta funcionamiento trazando varias curvas para una sola bomba donde cada curva corresponde a un diámetro diferente del impulsor.

.

Curvas Características

Curvas Características Curva Característica Bomba Centrifuga 40 % 265 mm

60 50

50%

Mejor Eficiencia

245mm

40%

40

65%

225mm

6

m

50%

265mm

20

245mm

15

225mm

10 kW

4

NPSHR

2 0

5

10

15

20

25

Caudal

30

35

m3/Hr

40

45

50

55

60

Curvas Características

Curvas Características 265 mm

60 50

Para: Altura 40m

Head Meters

40

265mm

20 15 10

6

kW

4

M

NPSHR

2 0

5

10

15

20

25

30

35

Capacity m 3/Hr

40

45

50

55

60

Caudal 47m3/hr Potencia 17.5kW

Curvas Características Diseño de Bomba:

265 mm

60 50

Para: Caudal 34 m3/hr Altura 50m.

Head Meters

40

20 15

265mm

10 10 KW KW

6

M

4 NPSHR

2 0

5

10

15

20

25

30

35

40

Capacity M3/Hour

45

50

55

60

Resulta Potencia 15kW NPSHR 1.8 m.

Curvas Características El Punto de Mejor Eficiencia (BEP) En la curva característica de las bombas hay un flujo en particular donde cada bomba funcionará con eficiencia máxima. Este punto de operación se conoce como el punto de mejor eficiencia (BEP). Una bomba que funciona en su BEP está produciendo el cabezal con la cantidad mínima de pérdidas. El BEP es importante por dos razones: 1. Economía: Los costos de operación son mínimos cuando una bomba funciona con máxima eficiencia. 2. Cargas Radiales: Las cargas (laterales) radiales son mínimas cuando una bomba funciona en su BEP

Curvas Características Velocidad específica (Ns) La velocidad específica es un parámetro muy importante porque proporciona una manera de diferenciar diversos diseños del impulsor de la bomba, en relación a sus características Cabezal (H) contra del flujo (Q). Las diferencias entre las geometrías del impulsor de flujo radial, flujo mixto y flujo axial existen porque cada diseño satisface lo mejor posible las diferentes combinaciones de H-Q que son requeridas para las diversas aplicaciones. Los impulsores de flujo radial pueden entregar de alto cabezal y bajo en funcionamiento, pero no, bajo cabezal y alto flujo. Inversamente, los impulsores del flujo axial pueden entregar solamente bajo cabezal y alto flujo en funcionamiento. Las bombas de flujo mixto caen dentro de una una clase general grande entre flujo axial y radial.

Curvas Características Velocidad específica (Ns) Un solo tipo de impulsor no satisface todas las aplicaciones, incluso si, un impulsor pudiera funcionar en todas las combinaciones diferentes del cabezal y flujo, su eficiencia de funcionamiento sería pobre. La buena práctica económica exige que las bombas estén optimizadas para el uso previsto. Por lo tanto, se requiere una manera de comparar los impulsores de la bomba con respecto a su optimización del H-Q. La velocidad específica, NS, es un índice que hace esta comparación posible.

Curvas Características Velocidad específica (Ns) La velocidad específica es un número que se puede calcular para cada bomba usando la ecuación siguiente:

Donde N = velocidad rotatoria de la bomba (RPM), Q = flujo en el BEP y con diámetro del impulsor completo (gpm) H = cabeza de la bomba en el BEP y con diámetro del impulsor completo (pie). La versión de la unidad del Sistema Internacional de la velocidad específica es NSM Donde el flujo, Q, se da en metros3/hora y el cabezal, H, en metros. El factor de la conversión entre los dos es: NS =51.65NSM].

Curvas Características Velocidad específica (Ns) Conocida velocidad específica, se calcula en el BEP y el diámetro completo del impulsor. Sin embargo, una vez calculada para una bomba en particular la velocidad específica es constante para diversos valores de la velocidad rotativa, N, y del diámetro del impulsor. Los leyes de la afinidad o semejanza de la bomba proporcionan la base para este hecho. Las leyes de afinidad de la bomba permiten a los fabricantes y usuarios predecir los efectos del ajuste del impulsor o de los cambios de velocidad. Conocida la velocidad específica de una bomba, se puede conjeturar acerca de su tipo del impulsor. La relación entre la geometría del impulsor y la velocidad específica es cierta sin importar tamaño del impulsor.

Curvas Características Velocidad específica (Ns) Las bombas de flujo radial proporcionan alto cabezal y bajo flujo y tienen una velocidad específica baja. En la comparación, las bombas del flujo axial proporcionan bajo cabezal y alto flujo y tienen una velocidad específica alta. La velocidad específica es útil al comparar el funcionamiento H-Q de diversas bombas. Esto es provechoso al seleccionar el mejor diseño de la bomba para un uso particular. En la mayoría de los casos en la bomba, se predeterminan el flujo (Q), el cabezal (H) y la velocidad (N). Por ejemplo, el flujo (Q) puede ser determinado por los requisitos de proceso, el cabezal (H) por las pérdidas por fricción y gravedad del sistema, y la velocidad (N) por el conductor usado. Combinando estos términos en velocidad específica, NS, se puede seleccionar la correcta geometría del impulsor de la bomba para la aplicación.

Curvas Características Velocidad específica (Ns)

Relación entre el perfil del impulsor y la velocidad específica. El número de la velocidad específica indica el funcionamiento del H-Q del impulsor de la bomba. Las bombas del flujo radial entregan un rendimiento de alto cabezal y bajo flujo y tienen una velocidad específica baja. Las bombas del flujo axial tienen una alta velocidad específica porque entregan bajo cabezal y alto flujo en funcionamiento. Otros tipos de impulsores llenan el espacio entre los dos extremos.

Curvas Características Velocidad Específica de Succión (Nss) La velocidad específica de succión (Nss) es otro parámetro importante de la bomba. La velocidad específica de la succión se calcula de una manera similar a la velocidad (NS): Nss 

N Q NPSHR3 / 4

Donde N = velocidad rotativa de la bomba (RPM), Q = Cabezal de la bomba con flujo en BEP y diámetro del impulsor completo (gpm) NPSHR = el NPSH requerido (pie).

Curvas Características Velocidad Específica de Succión (Nss)

La velocidad específica de la succión es similar a la velocidad específica de la bomba en que también es un índice. Sin embargo, mientras que la velocidad específica compara la geometría del impulsor, la velocidad específica de la succión compara la geometría de la entrada de la bomba. Dentro de ciertos límites, una velocidad específica de la alta succión es deseable porque indica que la bomba produce pocas pérdidas de fricción a través de la entrada (es decir, tiene un NPSH requerido con punto bajo) haciendo la cavitación menos probablemente.

Curvas Características DEFINICIÓN DE TÉRMINOS: - Punto de Mejor Eficiencia, BEP: Caudal al cual la bomba alcanza su máxima eficiencia. - Flujo Mínimo Continuo Estable, mcsf: Mas bajo flujo al cual puede operar una bomba centrifuga sin exceder los limites de vibración establecidos por las Normas Internacionales. - Flujo Mínimo Térmico Estable, mctf: Mas bajo flujo al cual puede operar una bomba centrifuga sin que se observe un aumento en la temperatura del fluido bombeado. - Punto Normal de Operación: Punto en el cual se espera opere una bomba en condiciones normales. - Punto de Operación Nominal: Punto en el cual el fabricante de la bomba certifica que el desempeño de la misma se encuentra dentro de las tolerancias establecidas por las Normas Internacionales.

Curvas Características FACTORES QUE AFECTAN LA CURVA CARACTERÍSTICA: 1.

Propiedades el fluido manejado (Viscosidad). Cuando la viscosidad aumenta, la eficiencia y la capacidad para generar cabezal disminuyen. Este fenómeno se debe a que las mayores perdidas en una bomba centrifuga son ocasionadas por la fricción del fluido dentro del cuerpo de la bomba.

2.

Desgaste de los elementos internos (Impulsor, Anillos de Desgaste, Voluta o Difusor, etc.). Estos desgastes generan mayores recirculaciones internas

Curva del Sistema CURVA DE UN SISTEMA: El término "sistema" en el contexto de bombas, se refiere a las tuberías, conexiones y las válvulas que entregan el líquido a la succión y lo llevan lejos de la descarga de la bomba. Al especificar una bomba se necesita conocer cuánto cabezal es requerido para superar la resistencia de dicho sistema al paso del flujo. La curva del sistema muestra esta información en una grafica donde el cabezal es trazado en el eje vertical contra el flujo en el eje horizontal. El cabezal trazado en la curva del sistema es la energía perdida en el líquido debido a la resistencia friccional y cambio de elevación. No debe ser confundido con el cabezal trazado en la curva característica de la bomba que es la energía agregada al líquido por la bomba. El aumento del cabezal una curva del sistema significa que se está consumiendo más cabezal mientras que el aumento del cabezal en una curva de la bomba significa que se está produciendo más cabezal.

Curva del Sistema CURVA DE UN SISTEMA: La curva de un sistema de bombeo se obtiene graficando la suma del cabezal estático total y las perdidas totales por fricción (tuberías, válvulas, codos, etc.) a diferentes valores de caudal. La forma de la curva del sistema de bombeo es parabólica y la misma crece o disminuye en la dirección vertical conforme aumenten o disminuyan las perdidas totales. Para determinar la capacidad de una o mas bombas en un sistema, se sobreponen las curvas características de la o las bombas sobre la del sistema, la intercepción indica el caudal a manejar.

Curva del Sistema 50 40

30 20 10

m 0

5

10

15

20

25

30

35

Caudal m3/Hr

40

45

50

55

60

Curva del Sistema Variación de la Capacidad con la Velocidad

Curva del Sistema Variación de Capacidad por Estrangulamiento

Leyes de Semejanza 1a Ley Referida al caudal Q’/Q”= n’/n” Si la bomba produce 10 m3 /hr a 1500 rpm,

Producirá 20 m3/hr a 3000 rpm. Contrariamente produciría 5 m3/hr a 750 rpm.

Leyes de Semejanza 2a Ley Referida a la Altura Hm’/Hm”= (n’/n”)2 Si la bomba genera 10 m a 3000rpm A 3600 rpm generara

(3600/3000)2 = (1.2)2 = 1.44. Entonces 10 x 1.44 = 14.4 m

Leyes de Semejanza 3a Ley Referida a la Potencia Na’/Na”= (n’/n”)3 Si una bomba requiere 10kW a 3000rpm la potencia requerida a 3600 rpm sera (3600/3000)3 = (1.2)3 = 1.728. Entonces 10 x 1.728 = 17.28kW

Leyes de Semejanza 4a Ley Referida al caudal Q’/Q”= (D2’/D 2”)3 Con impulsor de 225 mm la bomba produce 10 m3 /hr

Con 265 mm producirá (225/265)3 = 0.612 Entonces 10/0.612 = 16.3 m3 /hr

Leyes de Semejanza 5a Ley Referida a la Altura Hm’/Hm”= (D 2’/D 2” )2 Si la bomba genera 10 m con un impulsor de 225 mm Con un impulsor de 265 mm generara

(225/265)2 = (0.849)2 = 0.721 Entonces 10/ 0.721 = 13.9 m

Leyes de Semejanza 6a Ley Referida a la Potencia Na’/Na”= (D2’/D2”)5 Si la bomba requiere 10kW con 225 mm en el impulsor la potencia requerida con 265 mm. (225/265)5 = (0.849)5 = 0.441 Entonces 10/0.441 = 22.68kW

Operación Fuera del Diseño Generalidades: Las bombas centrifugas son diseñadas para operar dentro de ciertos parámetros en los cuales los fabricantes garantizan una mayor confiabilidad de componentes tales como cojinetes, sellos mecánicos, etc.; esto debido a que los esfuerzos generados por efectos mecánicos e hidráulicos se mantienen dentro de limites permisibles.

Operar fuera de los parámetros de diseño trae como consecuencia una reducción considerable en la vida útil del equipo, lo cual se traduce en alta rata de falla y altos costos de mantenimiento.

Operación Fuera del Diseño Generalidades.

Idealmente, una bomba centrifuga debe operar en el punto de mejor eficiencia (BEP) ya que es, en este punto, donde los esfuerzos radiales sobre el impulsor son mínimos y por ende los niveles de vibración. Conforme el punto de operación se aleje del BEP, derecha o izquierda, las cargas radiales aumentan. Los estándares o normas internacionales establecen regiones dentro de las cuales se recomienda operar las bombas para evitar altas vibraciones.

Operación Fuera del Diseño Generalidades.

La amplitud de la región permitida de operación es altamente influenciada por el valor de la velocidad especifica de succión Nss. Cuanto mayor es el Nss, menor será la amplitud de dicha región

Operación Fuera del Diseño ZONAS DE LAS CURVAS CURVA CAUDAL ALTURA

Curva de la bomba

ALTURA (m )

Punto de máxima eficiencia (B.E.P.)

ZONA "A"

ZONA PREFERIDA

ZONA "B"

ZONA "C"

CAUDAL (m3/h)

- ZONA “A”: Bomba demasiado grande. Gran generación de calor y vibraciones. Baja eficiencia. - ZONA “B”: Bomba sobredimensionada. Usar menor diámetro de impulsor o línes de retorno. Baja eficiencia y vibraciones. - ZONA”C”: Bomba muy chica. Vibraciones. Posible cavitación. Altas cargas radiales y axiales. - ZONA PREFERIDA: Máxima eficiencia y durabilidad del equipo.

Operación Fuera del Diseño Regiones de Operación de una Bomba Centrifuga, API 610

Operación Fuera del Diseño Operación a altos flujos.

Hay dos situaciones que pueden conducir a una operación a altos flujos: 1. 2.

Cuando se especifican márgenes excesivos tanto en cabezal como en capacidad. Cuando se utilizan dos o mas bombas en paralelo y una de ellas se saca fuera de servicio porque la demanda ha disminuido.

Operación Fuera del Diseño Operación a altos flujos.

Al operar bombas a altos flujos se observan los siguientes efectos adversos: 1. 2.

Sobrecarga del elemento motriz. Recirculaciones internas que inducen altas vibraciones.

Operación Fuera del Diseño Operación a alto flujo

 Riesgos Cavitación (Falta de NPSHA) Deflexión hidráulica inducida al eje Desgaste acelerado en los rodamientos

Eficiencia

Capacidad (GPM)

Operación Fuera del Diseño Operación a bajos flujos.

Esta situación se presenta cuando existe una reducción en la demanda de proceso suplida por la bomba . Al operar las bombas centrifugas a capacidades reducidas , se presentan los siguiente efectos adversos: 1.

2.

3.

A cierto flujo, por debajo del BEP, todas las bombas centrifugas están sujetas a recirculación interna tanto en la succión como en la descarga del impulsor. Esta recirculación puede causar oleaje hidráulico y daño en el impulsor, similar al ocasionado por la cavitación clásica, así como incremento en la temperatura del líquido bombeado, el cual pudiera llegar a exceder el valor máximo permisible de la bomba. Si la bomba posee una velocidad especifica alta, la curva de potencia vs caudal aumentará a medida que la capacidad decrece, ocasionando sobrecarga del elemento motriz. Si el líquido bombeado contiene una cantidad apreciable de gases, la bomba puede cavitar.

Operación Fuera del Diseño  Riesgos

Operación a bajo flujo

Incrementa subidas de temperatura Recirculación en la succión (vibración) Induce deflexión hidráulica en el eje Acelera el desgaste en los rodamientos

Eficiencia

 En General Nunca opere debajo del 15% del BEP Conozca los diseños que requieren un flujo mínimo mas alto (algunos pueden ser el 80% del BEP)

Capacidad (GPM)

Operación Fuera del Diseño Incremento de Temperatura en flujo bajo El incremento de temperatura en una bomba centrifuga es una función de el cabezal total (H), la eficiencia (e) y el calor especifico del fluido (C). Los valores (H) y (e) deben tomarse como una capacidad especifica.

Eficiencia

Tr =

H ( 1 -1) e 780 C

BHP

Capacidad (GPM)

Tr H C e

en °F en feet en Btu/lbm -°F en formato decimal

Operación Fuera del Diseño Cavitación La cavitación es uno los malfuncionamientos más comunes de la bomba centrífuga. Es capaz de causar pérdida de funcionamiento y daños severos en la bomba. El término cavitación se refiere a la formación de burbujas minúsculas de vapor, o "cavidades", dentro del líquido bombeado que explotan posteriormente con enorme fuerza. Puede haber las burbujas del gas de alguna otra sustancia disuelta en el líquido bombeado, tal como aire, que se expanden y colapsan junto con las burbujas de vapor, sin embargo, la cavitación verdadera refiere a la vaporización y colapso subsecuente del mismo líquido bombeado. Las burbujas del vapor son capaces de causar daño severo al explotar contra las superficies del metal dentro de la bomba.

Operación Fuera del Diseño Mecanismo de la cavitación El mecanismo de la cavitación es realmente el proceso de la evaporación y condensación de líquidos. Hay dos maneras de evaporar, o producir ebullición en un líquido: 1) aumentar la temperatura del líquido a su temperatura de ebullición o 2) disminuir la presión que actúa sobre el líquido a un valor menor o igual a su presión de vapor. La condensación es el contrario de la vaporización. El vapor condensará cuando 1) su temperatura se baja a un valor inferior al punto de ebullición o 2) su presión se levanta por sobre la presión del vapor.

Operación Fuera del Diseño Mecanismo de la cavitación Aplicando el concepto de vaporización y condensación las bombas centrífugas, vemos que la cavitación ocurrirá cuando la presión dentro de la bomba caiga por debajo de la presión de vapor del líquido o la temperatura del líquido se levante sobre su punto de ebullición. Como la cavitación ocurre muy a menudo debido a lo mencionado anteriormente, es también posible que el incremento de temperatura cause cavitación.

Debido a que la presión dentro de una bomba es una función del cabezal positivo neto de succión (NPSH), la carencia de NPSH disponible es la causa primaria de la cavitación de la bomba.

Operación Fuera del Diseño Mecanismo de la cavitación El punto donde la presión es más baja en la bomba es la localización en donde la cavitación puede ocurrir. Este punto es adyacente el lado (de baja presión) de los alabes del impulsor. Todos los líquidos tienen el potencial de producir cavitación, la diferencia está en la severidad del daño que puede causar. Líquidos más densos, como el agua, causan más daño que los líquidos menos densos, tales como hidrocarburos cuando sus burbujas de vapor implosionan. También, los líquidos con diferencias más grandes entre el líquido y vapor a un volumen especifico crearán fuerzas más grandes de implosión cuando las cavidades de vapor colapsan.

Densidad de algunos materiales

Operación Fuera del Diseño Mecanismo de la cavitación

Operación Fuera del Diseño Cavitación

Presión mas alta implota burbujas

Presión del Liquido

Baja presión crea burbujas.

Presión de Vapor

Operación Fuera del Diseño Efectos de la cavitación Al producirse la cavitación la explosión de las burbujas genera tremendas presiones, estimadas en el orden de atmósferas. Los efectos de la onda expansiva producida por las burbujas que colapsan pueden ocasionar daños extremos. La cavitación puede ser poco más que una molestia debido al ruido severo producido (aunque puede ocurrir sin ruido). La presencia de ruidos debido a la cavitación no significa necesariamente que se está causando daño a la bomba. Algunas bombas pueden funcionar con ruidos de cavitación por años sin falla. Para que la cavitación dañe una bomba puede depender del material y diseño del impulsor y de las condiciones operacionales.

Operación Fuera del Diseño Efectos de la cavitación De mayor preocupación que el ruido es la pérdida de eficiencia hidráulica. Una bomba cavitando tiene perdidas por la baja densidad del vapor en las cavidades las cuales bloquean el flujo. La reducción de la eficiencia hidráulica acompaña siempre a la cavitación, las pérdidas son significativas o no dependiendo de la cantidad de cavitación presente.

Operación Fuera del Diseño Efectos de la cavitación En el peor de los casos, la onda expansiva de la implosión de las burbujas del vapor puede erosionar los alabes del impulsor con el remoción de material en la superficies del metal. La severidad de la erosión puede variar de picaduras superficiales a agujeros o claros través de los alabes, lo cual puede ocurrir en cuestión de pocas semanas. La pérdida de material en el impulsor trastorna el balanceo hidráulico dando por resultado una alta vibración que puede dañar los sellos y los cojinetes.

Operación Fuera del Diseño Consideraciones importantes • Tubería de Succión La tubería de succión debe estar diseñada para reducir al mínimo las perdidas en el cabezal y los disturbios en el flujo

• Control Debe mantenerse el flujo estable a través de la bomba Hay que asegurar por diseño el mínimo flujo

• Paradas / Arranques Se debe asegurar la ejecución de los venteos

Operación Fuera del Diseño Perdidas de presión en la tubería de succión

Válvula

Reducción

Entrada

Filtro Tee

Codo a 90º

Operación Fuera del Diseño Flujo desigual en el impulsor de una bomba doble succión  La tubería de succión debe ser recta y perpendicular al eje por lo menos 10 veces el diámetro de la tubería

Alto flujo Alta presión

 Las válvulas, tees, etc. no deben estar mas cerca de 5 veces el diámetro de la tubería de succión Bajo flujo Baja presión Flujo turbulento

Operación Fuera del Diseño Distorsión del flujo en la succión de la bomba Los cambios agudos de dirección a la entrada de la bomba no deben estar a menos de 10-15 diámetros de la tubería de succión

Operación Fuera del Diseño Fuentes de vapor y gas Vórtice

Cavidad de sellado

Reacción

Disuelto °

Empaque del vástago

Inyección

•• • • ••

Empaque

Operación Fuera del Diseño Protección del flujo mínimo Columna de Destilación

Sistema control de nivel con flujo mínimo continuo

LC Placa orificio Almacenamiento CV

Calentador X

Operación Fuera del Diseño Causas de Vibración • Cavitación • Ingestión de aire

• Golpes de ariete • Cambios en el proceso • Stress térmico • Cambios de temperatura (Viscosidad)

• Cambios en el sistema

Operación Fuera del Diseño NIVELES DE VIBRACION

Inaceptable

Insatisfactorio Satisfactorio

bueno Clase 1 Maquina pequeña

Clase 2 Maquina mediana

Clase 3 Maquina grande Fundación rígida

Clase 4 Maquina grande Fundación suave

28

1.10

18

0.71

11

0.44

7

0.28

4.5

0.18

2.8

0.11

1.8

0.07

1.1

0.04

0.7

0.03

0.45

0.02

0.28

0.01

mm/s

inch/s

Tubería de Succión Bolsa de Aire

Instalación de la Bomba Válvula Check (Si es requerida)

Válvula de Descarga Válvula de Succión