EQUIPOS DE BOMBEO

Caracterización Técnico Energética de los sistemas de bombeo de la Industria y o empresa de servicio. Evaluar los sistemas de bombeo a través de cálculos hidráulicos y mediante el uso de software Omega y manuales. Analizar la gestión energética de sistemas de bombeo ante cambios en las condiciones del proceso.

Las maquinas de flujo son maquinas que transforman la energía mecánica que puede provenir de un motor eléctrico, térmico, etc., en energía que la transfiere a un fluido como energía hidráulica la cual permite que el fluido pueda ser transportado de un lugar a otro, a un mismo nivel y/o a diferentes niveles y/o a diferentes velocidades.

CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS DE FLUJO. Se pueden considerar dos grandes grupos: Dinámicas (Centrífugas, Periféricas y Especiales) Desplazamiento Positivo (Reciprocantes y Rotatorias).     

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO. Estas bombas guían al fluido que se desplaza a lo largo de toda su trayectoria, el cual siempre está contenido entre el elemento impulsor, que puede ser un embolo, un diente de engranaje, un aspa, un tornillo, etc., y la carcasa o el cilindro. “El movimiento del desplazamiento positivo” consiste en el movimiento de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara. Por consiguiente, en una máquina de desplazamiento positivo, el elemento que origina el intercambio de energía no tiene necesariamente movimiento alternativo (émbolo), sino que puede tener movimiento rotatorio (rotor).Sin embargo, en las máquinas de desplazamiento positivo, tanto reciprocantes como rotatorias, siempre hay una cámara que aumenta de volumen (succión) y disminuye volumen (impulsión), por esto a éstas máquinas también se les denomina Volumétricas. Producen un flujo periódico. Su mayor ventaja es que pueden manejar cualquier líquido independientemente de su viscosidad.

DINÁMICAS(CENTRÍFUGAS, PERIFÉRICAS Y ESPECIALES) En éstas, el líquido entra cerca del eje de rotación de un impulsor que gira a alta velocidad. El líquido adquiere así energía cinética y es lanzado radialmente a alta velocidad hacia un difusor. En éste, parte de la energía cinética del líquido se transforma en una elevación en la presión del líquido que es descargado al sistema.

USO DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS Las bombas centrífugas, debido a sus características, son las bombas que más se aplican en la industria. Las razones de estas preferencias son las siguientes: Son aparatos giratorios. No tienen órganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son muy sencillos. La impulsión eléctrica del motor que la mueve es bastante sencilla. Para una operación definida, el gasto es constante y no se requiere dispositivo regulador. Se adaptan con facilidad a muchas circunstancias. Aparte de las ventajas ya enumeradas, se unen las siguientes ventajas económicas: El precio de una bomba centrífuga es aproximadamente ¼ del precio de la bomba de émbolo equivalente. El espacio requerido es aproximadamente 1/8 del de la bomba de émbolo equivalente. El peso es muy pequeño y por lo tanto las cimentaciones también lo son. El mantenimiento de una bomba centrífuga sólo se reduce a renovar el aceite de las chumaceras, los empaques del presa-estopa y el número de elementos a cambiar es muy pequeño.  

Basados en el cumplimiento con normas de la industria Las bombas centrífugas pueden ser agrupadas en distintos tipos según los criterios aplicados en función del diseño, construcción, servicio, etc. por lo que una bomba en particular puede pertenecer simultáneamente a dos o mas grupos a la vez; algunos de estos grupos son los siguientes. Basados en el cumplimiento con normas de la industria - Basado en el número de rotores o rodetes - Basado en la succión del rotor o rodete - Basado en el tipo de voluta - Basado en la ubicación de las conexiones - Basada en la orientación del eje - Basado en la orientación de la división de la carcasa - Basado en el soporte de los rodamientos - Basado en la conexión del eje al accionamiento - Basado en el tipo de servicio CLASIFICACIÓN SEGÚN LA TRAYECTORIA DEL LÍQUIDO EN EL IMPULSOR:

Basados en el cumplimiento con normas de la industria: Bomba ANSI - Según especificaciones ASME b73.1 Bomba API - Según API 610 Bomba DIN - Según DIN 24256 Bomba ISO - Según ISO 2858 y 5199 Bombas UL/ FM - Según especificaciones de NFPA Originalmente desarrollada para cubrir requerimientos de bombas centrífugas en servicios generales de refinería de petróleo la norma API 610 es una de las mas exigentes en cuanto a los aspectos de diseño mecánico e hidráulico como de eficiencia de una bomba, no obstante, es ampliamente utilizada en otros sectores de la industria petrolera. Por otra parte las bombas que cumplimentan las normas ANSI tienen la enorme ventaja dimensional de su ínter cambiabilidad, en bombas de igual tamaño, independientemente de la marca o el fabricante, lo cual no siempre es posible bajo API 610.

Basado en el número de rotores o rodetes: De una etapa - Bomba de un solo rotor, para servicio de baja presión de descarga. De dos etapas - Bomba de dos rotores en serie, para servicio de media presión de descarga. De multietapas - Bomba de tres o mas rotores en serie, para servicio de alta presión de descarga. Resulta importante aclarar que el número de rotores de rotores o rodetes, y no el número de volutas que tengan estos, determina el número de etapas.

TIPOS DE IMPULSORES Los impulsores pueden ser de 3 tipos, según el servicio para el que esté proyectada la bomba . impulsor abierto un diseño que permite a la bomba mover líquidos que contienen sólidos importantes. Son utilizados principalmente en bombas donde la altura total es baja (6 metros aprox.) y el caudal bombeado es alto. impulsor semiabierto Son utilizados para bombear líquidos que contienen residuos medianos impulsor cerrado

CLASIFICACIÓN SEGÚN LA TRAYECTORIA DEL LÍQUIDO EN EL IMPULSOR:       Bombas de flujo Radial En este tipo de bomba el liquido penetra al impulsor en dirección paralela al eje de la bomba y sale en dirección perpendicular al eje del impulsor. Las cargas manométricas a manejar son las altas.        Bombas de flujo Axial Aquí el liquido penetra axialmente en el impulsor y su salida es en la misma dirección, es utilizada para cargas manométricas bajas.     Bombas de flujo Mixto El flujo penetra axialmente en el impulsor y sale en una dirección intermedia entre radial y axial, las cargas manométricas manejadas son medias. Velocidad especifica

BOMBAS CENTRÍFUGAS Para el cálculo de la altura manométrica total en un sistema utilizando una bomba centrífuga, debemos considerar los siguientes términos : Altura de aspiración Altura de elevación Pérdida por rozamientos en las tuberías de aspiración y elevación Pérdida por rozamientos en las conexiones Caudal deseado La altura manométrica de la instalación HA es el resultado de los siguientes componentes.

CURVA DE LA INSTALACIÓN La altura de la impulsión necesaria en la instalación HA, representada por la curva correspondiente (curva de la instalación), formada por las componentes estática y dinámica de la instalación

Curvas características

QR QD

PUNTO DE FUNCIONAMIENTO Toda bomba centrífuga sitúa su punto de funcionamiento B en la intersección de su curva característica (QH-línea) con la tubería HA. Por consiguiente, modificar el punto de trabajo B (y con ello el caudal Q y la altura de impulsión H), sólo es posible variando el número de revoluciones n el diámetro del rodete D o la característica de la tubería HA. Prácticamente con fluidos libres de sólidos y de viscosidad normal, modificar la característica de la instalación solamente será posible abriendo o estrangulando un órgano de regulación, o variando el diámetro de la tubería. PUNTO DE TRABAJO

ANALISIS ENERGETICO POTENCIA ELÉCTRICA. Nelec.= g H Q ρ/ ηb x η elec MOTOR 90% BOMBA 60% SISTEMA NE Nmec. Nhid. POTENCIA ELÉCTRICA. Nelec.= g H Q ρ/ ηb x η elec POTENCIA MECANICA. Es la potencia absorbida por la bomba. NMEC.= g H Q ρ/ ηb POTENCIA HIDRÁULICA. Es la potencia transmitida por la bomba al liquido. NHID. = g H Q ρ

La potencia absorbida por una bomba centrífuga es la requerida por esta en su acoplamiento o al eje de la máquina de accionamiento, potencia mecánica que se obtiene mediante la siguiente fórmula: La potencia absorbida por la bomba P puede obtenerse también, con bastante exactitud, de la curva característica de la bomba para una densidad ρ = 1.0 Kg. /dm3, es decir para agua. Si la densidad ρ fuera otra, se modifica la potencia resultante de la curva.Ejemplo Para el ácido sulfúrico será. 

Eficiencia= salida/ entrada ηMotor = Nmec/ Nelec. ηBomba = Nhid./ Nmec. ηinst = Nhid./ Nelec. MOTOR 90% BOMBA 60% SISTEMA NE Nmec. Nhid.

LEYES DE AFINIDAD En ocasiones resulta de utilidad contar con algún medio para predecir el comportamiento de una bomba si cambiamos la velocidad o el diámetro del impulsor. Este medio lo constituyen las leyes de afinidad. Son las leyes de afinidad o de similaridad las que permiten la predicción del comportamiento de una máquina operando en condiciones diferentes a las que ha sido sujeta a prueba. Estas leyes de similaridad son el resultado de aplicar el análisis dimensional al sistema. Las variables más importantes que afectan a una bomba son: a) H. b) Q. c) n. d) El diámetro del impulsor, Di.

VARIACIÓN DE LA CAPACIDAD DE BOMBEO Variación de la velocidad A diferentes revoluciones, una misma bomba centrífuga ofrece diferentes curvas características que están relacionadas entre sí por la ley de semejanza. Conociendo los valores Q1, H1 y P1 correspondientes a la velocidad n1, los nuevos valores para n2 serán:  En la fig. se representan las curvas QH a las velocidades n1, n2, y n3, a cada una de las cuales corresponde un determinado punto de servicio, B1, B2, B3,siendo HA la curva del sistema en que trabajan.

CAMBIOS EN EL SISTEMA

EJEMPLOS si un usuario busca una bomba con estas características. 40 gpm ,140 pies, con aproximadamente 6” el diámetro de impeller. Punto amarillo.

De la curva para 40 gpm ,140 pies, con aproximadamente 6” el diámetro de impeller. Punto amarillo, la bomba tendra un 40% de eficiencia, sin embargo punto del diseño (el ángulo rojo), está en 58% de eficiencia, es decir la bomba opera a la izquierda de su punto de BEP para el diámetro de impelente. ¿Cuánto cuesta para operar esta bomba 365 días por año con un costo de $0.07 por kilovatio-hora? 3 (kW) X 24 (Hora/día) X 360 (días/año) X 0.07 ($/kW-HR) = $1814 ¿Ahora, qué costaría si opera en el punto del diseño la eficiencia al mismo seria de 58% seria de 1814 X (40/58) = $1251 Los ahorros netos así serían 1814 – 1251 = $563, que es 31% menos

considera una bomba algo más grande 600 gpm y producir 100 pies

Opera en aproximadamente 65%, mientras que su eficiencia del pico en que el diámetro (10.25”) podría ser 82%! Su consumo es aproximadamente 25 hp (19 KW 19 X 24 X 360 X 0.07 = $11,491 Pero sería menos si la eficiencia fue restaurada al diseñó 82%: 11491 X (65/82) = $9,108 Los ahorros serían: 11,491 – 9,108 = $2,382, es decir acerca de 21% en este caso

FUNCIONAMIENTO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS EN PARALELO Cuando con una sola bomba no es posible lograr el caudal Q del punto de servicio B deseado, existe la posibilidad de disponer dos o más bombas en paralelo que alimenten a una tubería común. En tal caso, lo mas conveniente (razones económicas) suele ser instalar bombas de la misma clase y tamaño

En la figura se expone otra posibilidad En la figura se expone otra posibilidad. Dos bombas con idénticas alturas a caudal nulo HO, pero de capacidades diferentes Ql y Qll, que trabajan   en paralelo en un determinado punto de servicio B alimentando una tubería común. En tales condiciones, las caudales  Ql y Qll, de las bombas 1 y 2 respectivamente, se suman resultando un caudal total Ql+ll correspondiente a una misma altura manométrica de cada una de ellas.   Q X 2

FUNCIONAMIENTO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS EN SERIE CURVA EN SERIE H X 2