bombas

MÓDULO BOMBAS

Carlos Julio Rincón HernándezInstructor-EvaluadorCertificación de Competencias Laborales

INTRODUCCIÓN

El módulo tiene una duración de 16 horas

La intensidad horaria es: Jueves 28 - 2:00 p.m. – 6:00 p.m. Conceptos

Básicos Viernes 29 – 2:00 p.m. – 6:00 p.m. Bombas.

Principios de funcionamiento. Clasificación. Sábado 30 - 6:00 a.m. – 2:00 p.m. Bombas

Centrífugas. Bombas de desplazamiento positivo.

OBJETIVOS

El enfoque es del Mantenedor con la observancia de la ventana operativa.

Entender la operación básica de una bomba Relacionar los parámetros que afectan la

operación de una bomba Comprender como estos parámetros se relacionan Reducir el tiempo entre la detección de un

problema y su resolución para evitar que se convierta en un problema mayor

Consultar y manejar el troubleshooting de bombas

CONCEPTOS BÁSICOS

Fluidos: Concepto y clasificación Densidad y Gravedad Específica Cabeza (Head) Presión Máquinas Turbomáquinas Máquinas hidráulicas

FLUIDO Un fluido es una sustancia o medio continuo

que se deforma continuamente en el tiempo ante la aplicación de una tensión tangencial sin importar la magnitud de ésta.

También se puede definir un fluido como aquella sustancia que, debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene.

CARACTERÍSTICAS DE LOS FLUÍDOS

La posición relativa de sus moléculas puede cambiar continuamente.

Todos los fluidos son compresibles en cierto grado.

Tienen viscosidad. Dependiendo de su viscosidad fluyen a

mayor o menor velocidad. Mientras más viscoso fluye con menor velocidad, mientras menos viscoso fluye con mayor velocidad.

Su viscosidad es independiente de la densidad

CLASIFICACIÓN DE FLUIDOS

Se clasifican en compresibles e incompresibles

COMPRESIBLES: Aquellos cuya densidad cambia cuando son sometidos a alguna fuerza. Ejemplo: Aire y otros gases.

INCOMPRESIBLES: Son aquellos cuya densidad no cambia si son sometidos a alguna fuerza. Ejemplo: Agua y líquidos en general.

MASA

La masa es la magnitud que cuantifica la cantidad de materia de un cuerpo.

La unidad de masa, en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). No debe confundirse con el peso, que es una fuerza.

PESO

Es la medida de la fuerza que ejerce la gravedad sobre un cuerpo. En su uso cotidiano, el término "peso" se utiliza a menudo como sinónimo de masa.

A diferencia de la masa, el peso depende de

la posición relativa del objeto o de su distancia a la Tierra, y de la aceleración con que se mueve.

MASA Y PESO

La fuerza gravitatoria que actúa sobre un objeto de masa m se puede expresar matemáticamente por la expresión:

p=m*g donde: p= peso, m= masa y g= aceleración de

la gravedad (aproximadamente 9,81 metros sobre segundo al cuadrado).

No se debe confundir el peso con la masa ya que, la masa es igual:

m=p/g

DENSIDAD

La densidad de una sustancia es la masa que corresponde a un volumen unidad de dicha sustancia. Su unidad en el SI es el cociente entre la unidad de masa y la del volumen, es decir kg/m3 o g/cm3

La densidad está relacionada con el grado de acumulación de materia (un cuerpo compacto es, por lo general, más denso que otro más disperso), pero también lo está con el peso.

TIPOS DE DENSIDAD DENSIDAD ABSOLUTA: Se denomina también densidad

normal o real. Expresa la masa por unidad de volúmen. Densidad=masa/volumen

DENSIDAD RELATIVA: También conocida como Gravedad específica. Es una comparación de la densidad de una sustancia, con la densidad del agua. Se expresa así:

Densidad relativa=densidad sustancia/densidad absoluta

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/propiedades/volumen.htm

PRESIÓN

Es la fuerza por el área de la unidad. Se representa como P = F/A

CLASES DE PRESIÓN Presión atmosférica (ATM): Es la fuerza que ejerce el peso de la

atmósfera en una unidad de área. Mientras mayor sea la altura sobre el nivel del mar, menor es la presión atmosférica.

CLASES DE PRESIÓN

Presión del Manómetro (Gauge psig): Es la presión que indica un manómetro de

presión. Se usa la fórmula: psig=psia-ATM

Presión absoluta (psia): Es la presión que se mide de la referencia

cero. Y es 14.7 al nivel del mar.

Vacío: Se refiere a la presión por debajo de la presión atmosférica.

CABEZA (HEAD) DE LÍQUIDO

Es la altura que tiene una COLUMNA determinada de líquido.

La presión ejercida por una cabeza de líquido no depende del diámetro del recipiente. Depende solamente de la altura del líquido sobre el punto

h

MÁQUINAS

Una máquina es un conjunto de piezas o elementos móviles y fijos, que por efecto de sus enlaces son capaces de transformar la energía. Se denomina maquinaria al conjunto de máquinas que se aplican para un mismo fin.

MÁQUINAS

Mecanismo: es el conjunto de elementos mecánicos, de los que alguno será móvil, destinado a transformar la energía proporcionada por el motor en el efecto útil buscado.

TURBOMÁQUINA

Es una máquina cuyo elemento principal es un rodete (rotor) a través del cual pasa un fluido de forma continua, cambiando éste su cantidad de movimiento por acción de la máquina, dándose así una transferencia de energía entre la máquina y el fluido, la cual puede ser en sentido máquina-fluido o fluido-máquina.

CLASIFICACIÓN DE LAS TURBOMÁQUINAS

Pueden clasificarse de acuerdo al funcionamiento, composición o sentido de flujo de la energía.

De acuerdo con el sentido del flujo de energía: Motoras: la energía es entregada por el fluido

a la máquina, y esta entrega trabajo mecánico. La mayoría de las turbomáquinas motoras son llamadas "turbinas", pero dentro de este género también entran los molinos de viento.

CLASIFICACIÓN DE LAS TURBOMÁQUINAS

De acuerdo con el sentido de flujo de energía:

Generadoras: la energía es entregada por la máquina al fluido, y el trabajo se obtiene de este. Ejemplo: bombas, sopladores, turbocompresores, ventiladores, y otros.

CLASIFICACIÓN DE LAS TURBOMÁQUINAS

De acuerdo con el tipo de fluido que manejan: Térmicas: Cuando el cambio en la densidad

del fluido es significativo dentro de la máquina, como en compresores.

Hidráulicas: Cuando el cambio en la densidad

del fluido no es significativo dentro de la máquina, como en bombas o ventiladores.

MAQUINAS HIDRÁULICAS

Es una variedad de máquina de fluido que emplea para su funcionamiento las propiedades de un fluido incompresible o que se comporta como tal, debido a que su densidad en el interior del sistema no sufre variaciones importantes.

CONCEPTOS BÁSICOS DE BOMBAS

Definición Clasificación: Centrífugas y de

desplazamiento positivo. Curva Característica de la Bomba Curva del Sistema Cavitación Cabeza Neta de Succión Positiva

BOMBA

Máquina que convierte la energía mecánica en energía cinética, generando presión y velocidad en el fluido.

TIPOS DE BOMBAS

BOMBAS CENTRIFUGAS

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Los dos tipos de bombas que más se encuentran en una refinería o planta química son bombas centrífugas y de desplazamiento positivo.

TIPOS DE BOMBAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

Son bombas cuya energía cinética se imparte al fluido por un impulsor rotante que genera fuerza centrífuga.

El principio de Bernoulli dice que a medida que la velocidad del fluido disminuye, su presión incrementa simultáneamente.

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVOEl volumen que contiene el líquido se reduce hasta que la presión del líquido es igual a la presión del sistema de descarga. El líquido se comprime mecánicamente causando un aumento directo en energía potencial.

BOMBAS CENTRÍFUGAS

ASÍ OPERAN LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS:

GENERAN FLUJO Y PRESIÓN ACELERANDO Y LUEGO FRENANDO EL MOVIMIENTO DEL

FLUIDO DENTRO DE LA BOMBA.

1. El fluido entra en la boquilla de succión de la bomba para atraparse luego entre los álabes del impulsor.

2. El impulsor gira a la velocidad del motor. Mientras, el fluido pasa desde el diámetro interior hasta el diámetro exterior del impulsor y se acelera bruscamente.

BOMBAS CENTRÍFUGAS

3. El líquido que sale del diámetro exterior del impulsor, se tira contra la pared interna de la voluta y luego se frena mientras se recolecta en el caracol de la voluta.

4. La velocidad se convierte en altura o presión disponible en la boquilla de descarga de la bomba

Debido a que la velocidad del motor se considera constante, y que el diámetro del impulsor es fijo, se dice que, en teoría, la bomba centrífuga es de “altura o presión constante”.

CURVA TEÓRICA DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

CURVA REAL DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

TIPOS DE BOMBAS SEGÚN API STÁNDARD 610

OVERHUNG: - OH1 Foot Mounted- OH2 Centerline mounted- OH3 Vertical in-line separate bearing frame- OH4 Vertical in line separate bearing frame- OH5 Vertical in-line closed coupled- OH6 High speed integral gear

BOMBAS ANSI

Este tipo de bombas se usan extensivamente en la industria química. En esta industria existen mas bombas de este tipo que el total de todas otras.

BOMBAS ANSI

Es el tipo de bomba mas usada en las industrias del proceso.

Maneja los líquidos abrasivos y los corrosivos.

Una etapa, succión del extremo, desmonte en retroceso (“back pull out”).

Disponible en una amplia variedad de materiales.

Opción de diseño de impulsor.

BOMBAS API

Esta bomba se usa extensivamente en la industria del petróleo. Esta bomba es diferente a la bomba que se usa en la industria química ANSI, ya que se diseña para líquidos no corrosivos, aplicaciones de presión y temperatura altas e incorpora un impulsor cerrado con agujeros de equilibrio.

BOMBAS API Cumple con las especificaciones 610 del Instituto de

Petróleo Americano API. Servicio riguroso, temperaturas altas, bomba de alta

presión. Una etapa, succión del extremo, desmonte en

retroceso (“back pull out”). Montura de soporte en la línea central: - Diseñado para alta temperatura (Montaje de eje

horizontal en servicio > 350°F) - Minimiza la tensión en la tubería y la distorsión

térmica. Impulsor cerrado con agujeros de equilibrio: - Modera la presión de prensa-estopa.

TIPOS DE BOMBAS SEGÚN API STÁNDARD 610

BETWEEN BEARINGS

- BB1 Axially split, 1 and 2 stage- BB2 Radially split, 1 and 2 stage- BB3 Axially split, multistage- Radially split, multistage:- BB4 Single casing- BB5 Double casing

TIPOS DE BOMBAS SEGÚN API STÁNDARD 610

VERTICALLY SUSPENDED

- VS1 Wet pit, diffuser- VS2 Wet pit, volute- VS3 Wet pit, axial flow- Vertical sump:- VS4 Line shaft- VS5 Cantilever- VS6 Double casing diffuser- VS7 Double casing volute

OVERHUNG

IMPULSOR TIPO SOBRESALIENTE:

En este grupo, el impulsor ( o impulsores) está montado en el extremo de un eje que está en “ cantilevered”, o colgando de sus rodamientos (bearings) de apoyo.

BETWEEN BEARINGS

IMPULSOR TIPO ENTRE “BEARINGS”: En este grupo, el impulsor o

impulsores está montado en un eje con rodamientos (bearings) a ambos extremos. El impulsor está montado entre los bearings

VERTICALLY SUSPENDED

Las bombas verticales son iguales que otras bombas centrífugas excepto que el impulsor descarga en un difusor ( tipo campana) en lugar de una voluta.

El difusor tiene álabes múltiples que dirigen el líquido bombeado a la columna o al próximo impulsor.

Debe bombearse líquido desde aguas subterráneas

El uso de un difusor equilibra las cargas de empuje radiales en el eje/difusor.

PARTES DE LA BOMBA CENTRÍFUGA

RODAMIENTOS AXIALES

VOLUTA

IMPULSOR

CAJA DE RODAMIENTOS

SELLO MECANICO

EJE

VISOR

CAJA DE SELLOS

SUCCION

DESCARGAVENTEO

DRENAJE

PARTES INTERNAS

EJE O FLECHA:   - La flecha de una bomba centrífuga tiene como

función transmitir el torque que recibe del motor impulsor durante la operación de bombeo, a la vez sujeta al impulsor y a las otras partes giratorias.

- La elaboración de una flecha debe ser muy precisa debido a que el espacio que existe entre las partes giratorias de la bomba y las partes fijas es casi cero. Cualquier desviación en la flecha, podría dar como resultado serios daños en el mecanismo.

PARTES INTERNAS

COJINETES: - Mantienen la flecha o rotor en correcto

alineamiento con las partes estacionarias bajo la acción de cargas radiales y transversales.

- Aquéllos que le dan la colocación radial al rotor se conocen como cojinetes de alineación, y los que sitúan el rotor axialmente se llaman cojinetes de empuje.

- En la mayoría de las aplicaciones los cojinetes de empuje en realidad sirven como cojinetes de empuje y de alineación.

PARTES INTERNAS IMPULSORES

- Es el corazón de la bomba centrífuga.

- Hace  girar la masa de líquido con la velocidad periférica de las extremidades de los álabes, determinando así la altura de elevación producida o la presión de trabajo de la bomba.

- Como regla general, la velocidad y el diámetro del

impulsor, determinarán la altura o presión que la bomba pueda general.

- También como regla, la velocidad y la altura de los álabes del impulsor, determinarán el flujo “galones por minuto” que la bomba puede generar.

PARTES INTERNAS

La mayoría se encuentran en bombas de flujo axial.

Se encuentran en bombas que tienen una función de moler o triturar.

Mueven mucho volúmen (gal/min) pero no desarrollan mucha altura o presión.

IMPULSORES ABIERTOS

PARTES INTERNAS

Tienen los álabes expuestos pero con un plato redondo de soporte en un lado.

Se especifican para líquidos con un porcentaje reducido de partículas sólidas tal como sedimento en el fondo de un río.

IMPULSORES SEMI ABIERTOS O

SEMICERRADOS

PARTES INTERNAS

Se diseñan con los álabes entre dos platos redondos de soporte.

Son para líquidos completamente libres de partículas sólidas.

Las tolerancias son mínimas entre el ojo del impulsor y la carcaza.

IMPULSORES CERRADOS

PARTES INTERNAS CLASIFICACIÓN DE LOS IMPULSORES SEGÚN EL

DISEÑO DE SUCCIÓN

a) Impulsores de admisión simple:El líquido entra al ojo de succión de la bomba por un solo lado.

b) Impulsores de doble admisión:Son un par de impulsores de admisión simple arreglados uno contra otro en una sola fundición, por lo que el líquido entra al impulsor simultáneamente por ambos lados.

Los dos conductos de succión de la cubierta están

normalmente conectados a un conducto común de succión y a una sola boquilla de succión.

PARTES INTERNAS

SELLO MECÁNICO: Es un dispositivo que forma un sello entre

las partes rotatorias y estacionarias. Debe sellar en tres puntos:

- Entre la parte estacionaria y la cara del prensa-estopa (sello estático).

- Entre la parte rotatoria y el eje (sello estático/dinámico).

- Entre la cara del sello rotaria y la cara del sello estacionaria.

PARTES EXTERNAS

ACOPLE: Dispositivo mediante el cual se transmite a la bomba movimiento y potencia. Básicamente pueden ser: acoples flexibles y rígidos

VOLUTA: Dispositivo en forma de caracol (gusano) en aumento, utilizado para añadir presión a un líquido aumentando su velocidad a través de la fuerza centrífuga y entonces, transformando su velocidad en presión mediante la conducción del líquido de un área de tolerancia estricta, a un área de mayor tolerancia.

PARTES EXTERNAS

- CAJA DE COJINETES: donde se alojan los cojinetes de empuje radial y axial para soportar el eje; actúa también como depósito de reserva del lubricante para la lubricación de los cojinetes.

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

ASÍ OPERAN LAS BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO:

GENERAN PRESIÓN O BOMBEAN, EXPANDIENDO Y LUEGO COMPRIMIENDO UNA CAVIDAD O ESPACIO

DENTRO DE LA BOMBA

1. Capturan el líquido y físicamente lo transportan por la bomba hasta la boquilla de descarga.

2. Dentro de la bomba donde la cavidad se expande, se genera una zona de baja presión o vacío, que causa que el líquido entre en la boquilla de succión.

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

3. La bomba transporta el líquido hacia la boquilla de descarga donde la cavidad se comprime, generando una zona de alta presión.

En este sentido, debido a que la cavidad es fija, podemos decir que en teoría, estas bombas son de “volúmen constante” por cada revolución o ciclo de mando.

CLASIFICACIÓN BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

RECIPROCANTES: - Embolo o (Plunger) - Pistón - Diafragma

ROTATIVAS: - Engranaje - Tornillo - Aleta - Lóbulo

PARTES DE LA BOMBA DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

DE PISTÓN DE ENGRANAJES

CURVA TEÓRICA

CURVA REAL

DIFERENCIA CONCEPTUAL

CONCEPTOS BÁSICOS

Ejercicio #1: SoluciónCalcular la Densidad del Agua

Primero, calcular el peso del agua.Pagua = Penvase lleno – Penvase vacío

Pagua = 126.8 lbs – 2.0 lbsPagua = 124.8 lbs

Segundo, calcular la densidad del agua. D = P = 124.8 lbs V 2 ft3

Dagua = 62.4 lbs/ft3

Ejercicio #1: SoluciónCalcular la Densidad del Agua

Primero, calcular el peso del agua.Pagua = Penvase lleno – Penvase vacío

Pagua = 126.8 lbs – 2.0 lbsPagua = 124.8 lbs

Segundo, calcular la densidad del agua.

D = P = 124.8 lbs

V 2 ft3

Dagua = 62.4 lbs/ft3

Ejercicio #2:Calcular la Densidad de la GasolinaExposición del Ejercicio: Seguir los mismos pasos del

ejercicio #1: Llenar el envase con gasolina. Pesar el contenedor. El peso es de 94.04

lbs. Calcular la densidad.

Ejercicio #2:Calcular la Densidad de la Gasolina

Primero, calcular el peso de la gasolina.Pgasolina = Penvase lleno – P envase vacío

Pgasolina = 94.04 lbs – 2.0 lbs Pgasolina = 92.04 lbs Segundo, calcular la densidad de la

gasolina. D = P = 92.04 lbs V 2 ft3 Dgasolina = 46.02 lbs/ft3

Ejercicio #2: SoluciónCalcular la Densidad de la Gasolina Primero, calcular el peso de la gasolina.

Pgasolina = Penvase lleno – P envase vacío

Pgasolina = 94.04 lbs – 2.0 lbs Pgasolina = 92.04 lbs

Segundo, calcular la densidad de la gasolina.

D = P = 92.04 lbs

V 2 ft3

Dgasolina = 46.02 lbs/ft3

Se puede observar que la densidad de la gasolina es menor que la del agua.

En general, la densidad de hidrocarburos es menor que la del agua.

GRAVEDAD API

La gravedad específica puede convertirse a gravedad API usando la siguiente fórmula:

°API = 141.5 - 131.5SG

Ejercicio #3 : Solución Calcular la Gravedad API de la Gasolina Sustituir la gravedad específica de la gasolina en la fórmula de API y resolver para API:

°API = 141.5 - 131.5SG

°API = 141.5 - 131.50.74

= 191.2 – 131.5

°API = 59.7

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Concepto de Cabeza

231 pies de agua en un cilindro de cristal ejerce una presión de 100psig en el instrumento de presión, en el fondo del cilindro.

Se observa que la presión disminuye a medida que la densidad del líquido baja, pero los pies de cabeza permanecen iguales a 231 pies.

P1

Presión

231 pies

P1 = 110 psig at 1.1 S.G.P1 = 100 psig at 1.0 S.G.P1 = 80 psig at 0.8 S.G.P1 = 60 psig at 0.6 S.G.

CABEZA EN PIES DE AGUA

CABEZA

P

100 gpm 3600 rpm

P

PdPs

Cabeza

CABEZA

Si el agua que se estaba bombeado se cambia a gasolina, podemos decir lo siguiente:Ps,agua Ps,gasolina

Pd,agua Pd,gasolina

Cabezaagua = Cabezagasolina

P

100 gpm 3600 rpm

P

PdPs

Cabeza

=

=

CABEZA

La razón principal de usar cabeza en vez de presión es que la presión de una bomba cambia si la gravedad específica del líquido cambia, pero la cabeza permanece igual.

CABEZA Y PRESIÓN

La cabeza y la presión se relacionan por medio de la siguiente fórmula:

Cabeza = Presión x 2.31Gravedad Específica

H = p*2.31SG

o

Ejercicio #5:Calcular la Presión de Descarga (Pd)Datos:Hd = 255 piesSG = 0.74 (gasolina)Pd = ?

P

100 gpm 3600 rpm, sp. gr. = 0.74

P

PdPs

Hd = 255 ft

Ejercicio #5: SoluciónCalcular la Presión de Descarga (Pd) Primero, mover los términos de la fórmula de abajo para resolver para presión (Pd):

Resolver para Pd.

Pd = Hd*SG 2.31

Pd = 255*0.74

2.31

Pd = 81.7 psig

H = p*2.31SG

Ejercicio #5: Solución (Cont.)Calcular la Presión de Descarga (Pd)

P

100 gpm 3600 rpm, sp. gr. = 0.74

P

Pd = 81.69 psigPs

Hd = 255 ft

MÁS CONCEPTOS

INCREMENTO EN LA PRESIÓN

El incremento de presión a través de una bomba (Pd - Ps) se relaciona con la cabeza a través de la

siguiente fórmula

2.31ΔP = (SG) ΔH

Donde ΔP = incremento en la presión, (Pd – Ps) ΔH = incremento en los pies de cabeza, (Hd – Hs)

SG = gravedad específica del líquido

Incremento en la Cabeza y Presión

ΔH = Hd - Hs

ΔP = Pd - Ps

P

100 gpm 3600 rpm, sp. gr. = 0.74

P

PdPs

Hd

Hs

CABEZA

Estos son varios términos de cabeza: Cabeza de Succión Estática, hs

Cabeza de Descarga Estática, hd

Cabeza de Fricción, hf

Cabeza de Presión de Vapor, hvp

Cabeza de Presión, hp

Cabeza de Velocidad, hv

Cabeza de Succión Total, Hs

Cabeza de Descarga Total, Hd

Cabeza Diferencial Total, HT

Cabeza

CABEZA TOTAL ESTÁTICA

CABEZA ESTÁTICA

DE DESCARGA

CABEZA ESTÁTICA DE

SUCCIÓN

Cabeza

CABEZA TOTAL ESTÁTICA

CABEZA ESTÁTICA

DE DESCARGA

CABEZA ESTÁTICA DE

SUCCIÓN

180 psig

250 psig

hs

hd

hp

hp

hf

CABEZA DE

FRICCIÓN

hf

CABEZA DE

PRESIÓN

CABEZA DE

FRICCIÓN

hvCABEZA DE VELOCIDAD

CABEZA DE VELOCIDAD

hv

CABEZA Cabeza de Succión Total (Hs): La cabeza de presión del

tanque de la carga en la succión (hps) más la cabeza de succión estática (hs) más la cabeza de velocidad en la succión de la bomba (hvs) menos la cabeza de fricción en la línea de succión.

Hs = hps + hs + hvs – hfs

Cabeza de Descarga Total (Hd): La cabeza de presión (hpd) del tanque más la cabeza de descarga estática (hd) más la cabeza de velocidad en la descarga de la bomba (hvd) más la cabeza de fricción total en la línea de descarga (hfd).Hd = hpd + hd + hvd + hfd

Cabeza

CABEZA TOTAL ESTÁTICA

CABEZA ESTÁTICA

DE DESCARGA

CABEZA ESTÁTICA DE

SUCCIÓN

180 psig

250 psig

hs

hd

hp

hp

hf

CABEZA DE

FRICCIÓN

hf

CABEZA DE

PRESIÓN

CABEZA DE

FRICCIÓN

hvCABEZA DE VELOCIDAD

CABEZA DE VELOCIDAD

hv

Hs = hps + hs + hvs - hfs

Hd = hpd + hd + hvd - hfd

Cabeza

Cabeza Diferencial Total (HT): Es la cabeza de descarga total menos la cabeza de succión total.

HT = Hd – Hs

A la cabeza diferencial total también se le refiere como “aumento de cabeza”, ΔH, o simplemente, “cabeza desarrollada”.

Cabeza Diferencial Total: HT = Hd - Hs

CABEZA TOTAL ESTÁTICA

CABEZA ESTÁTICA

DE DESCARGA

CABEZA ESTÁTICA DE

SUCCIÓN

180 psig

250 psig

hs

hd

hp

hp

hf

CABEZA DE

FRICCIÓN

hf

CABEZA DE

PRESIÓN

CABEZA DE

FRICCIÓN

hvCABEZA DE VELOCIDAD

CABEZA DE VELOCIDAD

hv

Hs = hps + hs + hvs - hfs

Hd = hpd + hd + hvd - hfd

HT = Hd - Hs

EjercicioCalcular la Cabeza de Succión Total (Hs), la Cabeza de Descarga Total (Hd) y la Cabeza Diferencial Total (HT)

P

P12000 bph 3600 rpm

P

P2

FCXXX

F

100 psig

B

A24 ft Naphtha

sp. gr. = 0.6

85 ft

hs = 24 ft 0 psig

0.20 psi

0.50 psi

hd =

Lado de Descarga :

ptanque=pf,válvula A =

pf,tubería =

Lado de Succión :

85 ftptorre = 100 psigpf,válvula B = 0.40 psi

pf,válvula de control = 9.00 psipf,tubería = 3.00 psi

SoluciónCalcular la Cabeza de Succión Total (Hs), la Cabeza de Descarga Total (Hd) y la Cabeza Diferencial Total (HT)

Primero, vamos a convertir todos los valores de cabeza a presión, puesto que la mayor parte de los datos se dan en presiones.

= 24 x 0.62.31

= 6.23 psighs = 24 ft:

hd = 85 ft: = 85 x 0.62.31

= 22.08 psig

Segundo, calculemos la presión total de succión :

Psucción = Pelevación + Ptanque – Pf,válvula A – Pf,tubería

Psucción = 6.23 + 0.0 – 0.20 – 0.50

Psucción = 5.53 psig

Pelevación = H x SG2.31

Pelevación = H x SG2.31

Solución (Cont.)Calcular la Cabeza de Succión Total (Hs), la Cabeza de Descarga Total (Hd) y la Cabeza Diferencial Total (HT)

Hs = Psuction x 2.31SG

Tercero, calculemos la presión total de descarga:

Pdescarga = Pelevación + Ptorre + Pf,válvula B + Pf,válvula de control + Pf,tubería

Pdescarga = 22.08 + 100.00 + 0.40 + 9.00 + 3.00

Pdescarga = 134.48 psig Convirtamos la presión de succión total a cabeza de succión total:

= 5.53 x 2.310.6

Hs = 21.29 pies

Solución (Cont.)Calcular la Cabeza de Succión Total (Hs), la Cabeza de Descarga Total (Hd) y la Cabeza Diferencial Total (HT)

Hd = Pdischarge x 2.31SG

Ahora, convertir la presión de descarga total a cabeza de descarga total:

Hd = 517.75 pies

Y por último, calculemos la cabeza diferencial total, HT:

HT = Hd - Hs = 517.75 – 21.29

HT = 496.46 pies

= 134.48. x 2.310.6

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Repaso de Conceptos de Cabeza y de Presión

Repaso Para convertir la presión a cabeza, se usa la

siguiente fórmula:

Para convertir la cabeza a presión, se usa la siguiente fórmula:

Cabeza = Presión*2.31 Gravedad específica

Presión = Cabeza*Gravedad específica2.31

ΔPresión = ΔCabeza x Gravedad específica2.31

Repaso Para convertir un incremento en la presión a través de la bomba a cabeza

diferencial, se usa la siguiente fórmula:

Para convertir la cabeza diferencial a un incremento en la presión a través de la bomba, se usa la siguiente fórmula:

ΔCabeza = ΔPresión x 2.31

Gravedad específica

Repaso

ΔH = Hd - Hs

ΔP = Pd - Ps

P

100 gpm 3600 rpm, sp. gr. = 0.74

P

PdPs

Hd

Hs

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Curva Característica de la Bomba

Curva Característica de la Bomba ¿Por qué hemos puesto tanto énfasis en entender cómo

convertir de presión a cabeza y viceversa? La razón es que las curvas características de las

bombas están expresadas en términos de cabeza, para ser más exactos en cabeza diferencial.

Aún cuando presiones es lo que se utiliza durante la operación normal para vigilar el proceso, si hay un problema en el proceso, puede ser necesario consultar la curva característica de la bomba, y las curvas características de bombas se expresan en términos de cabeza!

Curva Característica de la Bomba

Esta es una típica curva característica de una bomba centrífuga a una velocidad constante de rotación.

La curva indica que a medida que el flujo de la bomba (eje x) aumenta, la cabeza desarrollada (eje y) disminuye

T.D.H.(ft)

Capacidad (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impulsor

8.5 " Impulsor

B.H.P.

0

2010

b.h.p. @ sp. gr. = 1.

3500 R.P.M.

NPSH Req

010

152025

30

NPSH

EjercicioUsted está teniendo dificultad logrando alcanzar el flujo deseado a través de una línea de proceso. La hoja de especificación de la bomba indica que la bomba tiene un impulsor de 9”. Usted ha determinado que el flujo de la bomba es de 400 gpm, con una cabeza total diferencial (TDH) de 85 pies. ¿Cómo compara esto con el TDH esperado? ¿Está la bomba operando apropiadamente?

T.D.H.(ft)

Capacidad (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impulsor

8.5 " Impulsor

B.H.P.

0

2010

b.h.p. @ sp. gr. = 1.

3500 R.P.M.

NPSH Req

010

152025

30

NPSH

SoluciónUsted está teniendo dificultad logrando alcanzar el flujo deseado a través de una línea de proceso. La hoja de especificación de la bomba indica que la bomba tiene un impulsor de 9”. Usted ha determinado que el flujo de la bomba es de 400 gpm, con una cabeza total diferencial (TDH) de 85 pies. ¿Cómo compara esto con el TDH esperado? ¿Está la bomba operando apropiadamente?

Respuesta: El TDH previsto de la curva es acerca de 100 pies. Por lo tanto, la bomba no estáfuncionando apropiadamente.

T.D.H.(ft)

Capacidad (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impulsor

8.5 " Impulsor

B.H.P.

0

2010

b.h.p. @ sp. gr. = 1.

3500 R.P.M.

NPSH Req

010

152025

30

NPSHx

Ejercicio

Una bomba de agua con un impulsor de 8.5” tiene una presión de succión de 5 psig y una presión de descarga de 45 psig. El flujo de la bomba es de 200 gpm. ¿Está la bomba funcionando correctamente?

Fórmula:ΔH = ΔP*2.31/SG

donde, ΔP = Pdescarga - Psucción ΔH =TDH = Hd – Hs SG = 1.0

T.D.H.(ft)

Capacidad (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impulsor

8.5 " Impulsor

B.H.P.

0

2010

3500 R.P.M.

010

152025

30

NPSH

SoluciónUna bomba de agua con un impulsor de 8.5” tiene una presión de succión de 5 psig y una presión de descarga de 45 psig. El flujo de la bomba es de 200 gpm. ¿Está la bomba funcionando correctamente?

Fórmula:ΔH = ΔP*2.31/SG

donde, ΔP = Pdescarga - Psucción ΔH =TDH = Hd – Hs SG = 1.0

T.D.H.(ft)

Capacidad (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impulsor

8.5 " Impulsor

B.H.P.

0

2010

b.h.p. @ sp. gr. = 1.

3500 R.P.M.

NPSH Req

010

152025

30

NPSHx

Respuesta:ΔP = 45 – 5 = 40 psiΔH = 40*2.31/1.0 = 92.4 piesDe acuerdo con la curva, el TDH esperado es de 97 pies. La bomba está funcionando correctamente, ya que el TDH actual es de 92.4 pies.

Ejercicio

¿Si necesita bombear 300 gpm con una TDH de 100 pies, cuál es el tamaño mínimo de impulsor que se debe usar, el de 9” o el de 8.5”?

T.D.H.(ft)

Capacidad (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impulsor

8.5 " Impulsor

B.H.P.

0

2010

b.h.p. @ sp. gr. = 1.

3500 R.P.M.

NPSH Req

010

152025

30

NPSH

Solución

¿Si necesita bombear 300 gpm con una TDH de 100 pies, cuál es el tamaño mínimo de impulsor que se debe usar, el de 9” o el de 8.5”?

T.D.H.(ft)

Capacidad (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impulsor

8.5 " Impulsor

B.H.P.

0

2010

b.h.p. @ sp. gr. = 1.

3500 R.P.M.

NPSH Req

010

152025

30

NPSHx

Respuesta: El de 9”.El impulsor de 8.5” solo producirá acerca de 93 pies a300 gpm. El impulsor de 9”produce 110 pies.

Ejercicio¿Qué valor debe de tener la cabeza total desarrollada (TDH) cuando el flujo de la bomba es de 475 gpm y el diámetro del impulsor es de 8.5”?

T.D.H.(ft)

Capacidad (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impulsor

8.5 " Impulsor

B.H.P.

0

2010

b.h.p. @ sp. gr. = 1.

3500 R.P.M.

NPSH Req

010

152025

30

NPSH

Solución¿Qué valor debe de tener la cabeza total desarrollada (TDH) cuando el flujo de la bomba es de 475 gpm y el diámetro del impulsor es de 8.5”?

Respuesta:

El TDH es de alrededor de 72 pies.

T.D.H.(ft)

Capacity (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impeller

8.5 " Impeller

B.H.P.

0

2010

b.h.p. @ sp. gr. = 1.

3500 R.P.M.

NPSH Req

010

152025

30

NPSH

x

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Curva del Sistema

CURVA DEL SISTEMA

La Curva del Sistema define la capacidad y presión de un sistema de tuberías.

La Curva del Sistema define la relación entre el flujo del fluido y las caídas de presión (pérdidas hidráulicas) del fluido en el sistema de tuberías.

Las caídas de presión en sistemas de tuberías resultan por el esfuerzo que hace el líquido para sobrepasar las fuerzas de fricciones creadas por la tubería misma, las válvulas conectadas a la tubería, codos en la tubería, y otros componentes del sistema de tuberías.

CURVA DEL SISTEMA

Un sistema de bombeo funciona en la intersección entre la curva característica de la bomba y la curva del sistema. Este punto se llama el punto operativo.

Es imposible que un punto operativo cumpla con todas las condiciones operativas deseadas.

Por ejemplo, cuando se cierra la válvula de control de la descarga, la curva del sistema se traslada hacia la izquierda, moviendo también el punto operativo.

CURVA DEL SISTEMA La caída de presión

es debido a la fricción de la tubería y de la válvula.

Aquí se ve un ejemplo de cómo se mueve una curva de sistema cuando la válvula de control en la descarga se cierra.

CURVA DEL SISTEMA La caída de

presión es debido a la fricción creada por la tubería, por la válvula, por los dos codos y por la cabeza estática de descarga.

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Regulación del Flujo de Descarga

Regulación del Flujo de Descarga Este diagrama demuestra

cómo el flujo puede ser regulado imponiendo una contrapresión sobre la bomba.

Ajustando la abertura de la válvula de control traslada la curva del sistema.

Mientras que la caída de presión a través de la válvula de control aumenta de ΔP1 a ΔP2 a ΔP3, el flujo a través de la válvula disminuye de Q1 a Q2 a Q3.

CAÍDA DE LA PRESIÓN DE LA VÁLVULA DE CONTROL

Esta gráfica demuestra cómo una válvula de control afecta el flujo en un sistema de tuberías.

Mientras que el flujo aumenta, la caída de la presión a través de la válvula disminuye hasta P1 = P2 el flujo máximo.

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Cavitación y Cabeza Neta de Succión Positiva (NPSH)

CAVITACIÓN

Es la formación y derrumbamiento (explosión e implosión) subsiguiente de vapor dentro de una bomba.

Es causada porque la presión absoluta sobre el líquido cae por debajo de la presión de vapor.

PRESIÓN DE VAPOR: Es la presión absoluta a la que el líquido se transforma en vapor a una temperatura dada.

CAVITACIÓN Cuando la presión de succión del líquido se reduce a

un valor igual o por debajo de su presión de vapor, el líquido comienza a hervir y pequeñas burbujas de vapor comienzan a formarse.

A medida que las burbujas de vapor se forman y se desintegran, la bomba puede ser dañada severamente.

La desintegración es tan rápida que se puede oir como un estruendo, como si estuviese bombeando arena o piedras.

La capacidad de la bomba se afecta debido al vapor que se forma.

Se debe esperar observar oscilaciones rápidas en la presión de descarga.

CAVITACIÓN

TÉRMINOS ÚTILES PARA DISCUTIR CAVITACIÓN

Presión de Vapor de un Líquido Cabeza de Presión de Vapor de un Líquido NPSHr, Cabeza Neta de Succión Positiva

Requerida NPSHa, Cabeza Neta de Succión Positiva

Disponible

Presión de Vapor Un líquido hierve cuando su presión de vapor es igual a la

presión que lo rodea. La presión de vapor es causada por un equilibrio entre las

moléculas del fluido en el estado gaseoso y las moléculas del fluido en el estado líquido.

Por ejemplo, a 150°F, la presión de vapor del agua es de 3.7 psia. A 180°F, la presión de vapor es de 7.5 psia.

# de moléculasfluido al gas = # de moléculasgas al fluido

Cabeza de Presión de Vapor - hvp La cabeza de presión de vapor (hvp) es la presión

de vapor de un líquido convertida a cabeza. Por ejemplo, la presión de vapor de agua a 150°F

es 3.7 psia y convertida a cabeza (hvp) es 8.55 pies. H = p*2.31

SG

hvp = 3.7 x 2.311.0

hvp = 8.55 pies

Cabeza de Presión de Vapor - hvp

CABEZA TOTAL ESTÁTICA

CABEZA ESTÁTICA

DE DESCARGA

CABEZA ESTÁTICA DE

SUCCIÓN

180 psig

250 psig

hs

hd

hp

hp

hf

CABEZA DE

FRICCIÓN

hf

CABEZA DE

PRESIÓN

CABEZA DE

FRICCIÓN

hvCABEZA DE VELOCIDAD

CABEZA DE VELOCIDAD

hv

Cabeza de

Presión de Vapor

hvp

Cabeza Neta De Succión Positiva (NPSH) Las bombas pueden bombear solamente líquidos, no

vapores. La operación satisfactoria de una bomba requiere que

la vaporización del líquido que es bombeado no ocurra bajo ninguna condición de operación.

1 pie3 de agua a temperatura ambiental se convierte en 1700 pies3 de vapor.

Si se quiere bombear un fluido efectivamente, se debe mantener siempre en forma líquida.

La vaporización comienza cuando la presión del vapor del líquido es igual a la presión de succión o la cabeza total de succión.Hs = hvp

NPSH Cualquier disminución en la presión de succión o aumento

en la temperatura de operación puede inducir la vaporización.

Así que, la bomba necesita tener siempre una cantidad de cabeza total de succión suficiente para impedir la vaporización. Aquí es donde entra el concepto de NPSHr.

NPSHr se define como la cabeza neta de succión positiva requerida.

Son valores que publica el fabricante de bombas en forma de curva para el rango de capacidad de la bomba que indican el valor mínimo de cabeza total de succión donde vaporización del líquido comienza.

NPSH El NPSHr es obtenido por el fabricante de la bomba

probando la bomba a diferentes flujos de agua. Cuando las primeras señales de vaporización ocurren, se apunta la presión de succión y se convierte a cabeza.

Esta cabeza es el número principal publicado en la curva característica de la bomba, bajo la curva denominada NPSH Req.

Una manera sencilla de entender el NPSHr es llamarlo la presión de succión mínima necesaria para mantener el fluído bombeado en su forma líquida

Curva del NPSHr

T.D.H.(ft)

Capacidad (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impulsor

8.5 " Impulsor

B.H.P.

0

2010

b.h.p. @ sp. gr. = 1.

3500 R.P.M.

NPSH Req

010

152025

30

NPSH

Cabeza Neta de Succión Positiva Disponible (NPSHa)

NPSHa es función del sistema en el cual la bomba funciona, en comparación con NPSHr, que es función del diseño de la bomba.

NPSHa es el exceso de presión que el líquido tiene sobre su presión de vapor al llegar a la succión de la bomba, para asegurar que la bomba seleccionada no entre al proceso de cavitación..

NPSHa = Hs - hvps NPSHa debe ser más grande que NPSHr para que la bomba

opere apropiadamente. Es práctica normal tener por lo menos de 2 a 3 pies

adicionales de NPSHa en la succión para evitar problemas.

EjercicioUsted tiene una bomba que está tratando de bombear 300 gpm de agua a una temperatura de 110 grados F. La presión de succión de la bomba indica 3 psig. ¿Es el NPSHa mayor que el NPSHr? ¿Llegará a cavitar la bomba? Fórmula: h=p*2.31/SGSG del agua = 1.0NPSHa = Hs – hvphvp del agua a 110°F = 2.94 pies

T.D.H.(ft)

Capacidad (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impulsor

8.5 " Impulsor

B.H.P.

0

2010

b.h.p. @ sp. gr. = 1.

3500 R.P.M.

NPSH Req

010

152025

30

NPSH

SoluciónUsted tiene una bomba que está tratando de bombear 300 gpm de agua a una temperatura de 110 grados F. La presión de succión de la bomba indica 3 psig. ¿Es el NPSHa mayor que el NPSHr? ¿Llegará a cavitar la bomba? Fórmula: h=p*2.31/SGSG del agua = 1.0NPSHa = Hs – hvphvp del agua a 110°F = 2.94 pies

Respuesta:

Hs = 2.31*3/1 = 6.93 pies

NPSHa = 6.93-2.94= 3.99 pies

El NPSHr a 300 gpm es alrededor de 10 pies, por lo tanto cavitación ocurrirá.

T.D.H.(ft)

Capacity (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impeller

8.5 " Impeller

B.H.P.

0

2010

b.h.p. @ sp. gr. = 1.

3500 R.P.M.

NPSH Req

010

152025

30

NPSH

x

EjercicioUsted está teniendo problemas con el desempeño de una bomba que está bombeando agua y quiere determinar si es un problema mecánico o si la bomba está cavitando. Determine si el NPSHa es suficiente para impedir la cavitación. El flujo actual es de 500 gpm, la presión de succión es de 15 psig, y la temperatura es de 80°F.

T.D.H.(ft)

Capacidad (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impulsor

8.5 " Impulsor

B.H.P.

0

2010

b.h.p. @ sp. gr. = 1.

3500 R.P.M.

NPSH Req

010

152025

30

NPSH

Fórmula: h=p*2.31/SGSG del agua = 1.0NPSHa = Hs – hvphvp del agua a 80°F = 1.17 pies

Ejercicio: SoluciónUsted está teniendo problemas con el desempeño de una bomba que está bombeando agua y quiere determinar si es un problema mecánico o si la bomba está cavitando. Determine si el NPSHa es suficiente para impedir la cavitación. El flujo actual es de 500 gpm, la presión de succión es de 15 psig, y la temperatura es de 80°F.

Fórmula: h=p*2.31/SGSG del agua = 1.0NPSHa = Hs – hvphvp del agua a 80°F = 1.17 pies

Respuesta:Hs = Psucción*2.31/SG = 15*2.31/1 Hs = 34.65 piesNPSHa = 34.65 – 1.17 = 30.05 pies

El NPSHr a 500 gpm es alrededor de 23 pies, por lo tanto cavitación no ocurrirá.

T.D.H.(ft)

Capacity (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impeller

8.5 " Impeller

B.H.P.

0

2010

b.h.p. @ sp. gr. = 1.

3500 R.P.M.

NPSH Req

010

152025

30

NPSH

x

OPERACIONES DE BOMBAS EN SERIE O EN PARALELO

Cuando la descarga de una bomba alimenta la succión de otra bomba, las dos bombas operan en serie.

OPERACIONES DE BOMBAS EN SERIE O EN PARALELO

BOMBAS

Análisis y Resolución de Problemas (TS)

ANÁLISIS Y RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS

Al abordar un problema en el sistema de bombeo, se deben seguir tres pasos básicos en procura de definir una causa raíz:

1. Consulta y análisis de hoja de vida e historial del equipo.

2. Utilizar cualquier método para el análisis y la solución de problemas, 5 W´s, análisis causa-raíz

3. Manejar el ciclo PHVA en la implementación de soluciones y evitar repetición de fallas.

ANÁLISIS DE FALLOS EN BOMBAS CENTRÍFUGAS

Para una solución permanente a un fallo de una bomba, es esencial que la raíz-causa de un problema se identifique.

Una vez la causa-raíz es conocida y entendida, puede tomarse un curso de acción para resolver el problema.

Un proceso de pensamiento lógico (sentido común) para identificar el problema sería como sigue:

ANÁLISIS DE FALLOS EN BOMBAS CENTRÍFUGAS

1. Pregunte: “¿Qué está sucediendo aquí?” Es probable que a lo que nosotros llamamos un problema, en realidad es un síntoma. Ej: “Baja presión de descarga”, “Fallo del sello mecánico”, “Ruidos en la bomba”

2. Busca la evidencia – La evidencia es la manifestación de los síntomas. La evidencia nos indica que hay un problema con el sistema de bombeo. Ej: “El manómetro de descarga nos indica baja presión”

ANÁLISIS DE FALLOS EN BOMBAS CENTRÍFUGAS

3. Verifique la evidencia – Ej. “¿Está el manómetro calibrado?”. Verifique que el problema no está en el manómetro. Elimine o cancele otras razones por la evidencia. Ej: “La bomba no genera presión y no podemos llenar este tanque”. Esta segunda evidencia apoya la primera evidencia confirmando que el manómetro está conectado.

4. Identifique la causa-raíz del problema que sostienen la evidencia – Ej “ ¿Qué podría causar baja presión? La causa es el origen de la falla.

SÍNTOMAS Y POSIBLES CAUSAS DE FALLAS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS

TROUBLESHOOTING TÍPICO

TROUBLESHOOTING TÍPICO

SÍNTOMAS Y POSIBLES CAUSAS DE FALLAS DE BOMBAS DE

DESPLAZAMIENTO POSITIVO

SÍNTOMAS Y POSIBLES CAUSAS DE FALLAS DE BOMBAS DE

DESPLAZAMIENTO POSITIVO