Bombas Centrifugas (2)

JET Módulo 3 Bombas Centrífugas Provisional

TABLA DE CONTENIDO 1 2 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.8 3.8.1 3.8.2 3.8.3 3.9 3.9.1 3.9.2 3.9.3 3.9.4 4 5 5.1 5.1.1 5.1.2 5.2 5.3 5.4 5.4.1 5.4.2

Introducción Introducción a bombas centrífugas Componentes principales de bombas centrífugas Impulsor Placas de desgaste Anillos de desgaste Eje Voluta Cojinetes, armazón de cojinete y caja de empaquetaduras Sello de prensaestopas Empaquetadura de cuerda o empaquetadura de acuñamiento Sellos mecánicos Sistema de lubricación Empaquetadura autolubricante Aceite (RA45, RA56, RB23) Grasa Unidades de potencia Impulsores a Diesel Impulsores eléctricos Toma de fuerza (PTO) Impulsores hidráulicos Clases de bombas centrífugas Principios fundamentales y rendimiento de bombas Carga hidráulica del sistema Carga estática total Carga hidráulica total Formación de vórtices Caballaje y eficiencia Altura de succión positiva neta y cavitación Altura de succión positiva neta Cavitación

JET 3 - Bombas Centrífugas v1.0 (Provisional)

pg 04 pg 05 pg 08 pg 08 pg 10 pg 11 pg 12 pg 13

pg 14 pg 15

pg 16 pg 17 pg 17 pg 17 pg 16 pg 17 pg 19 pg 19 pg 19 pg 19 pg 20 pg 21 pg 23 pg 24 pg 24 pg 25 pg 26 pg 27 pg 28 pg 28 pg 28

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TABLA DE CONTENIDO

6 6.1 6.2 6.3 7 7.1 7.2 8 9 10 10.1 10.1.1 10.1.2 10.1.3 10.2 10.2.1 10.2.2 11 12 13 14 15

Operación de bombas Montaje Cebado de bombas centrífugas Bombeo con bombas centrífugas Operaciones en serie y paralelas Operación en paralelo Operación en serie Diseño de tuberías Mantenimiento preventivo de bombas centrífugas Servicio Procedimiento de Reempaquetadura Sellos de aceite tipo labio para bombas RA45 y RA56 Sellos de aceite tipo labio para la bomba RB23 Empaquetadura de cuerda para RB23 Rehabilitación de bombas centrífugas Desensamble de bombas centrífugas 4x5 y 5x6 Ensamble de bombas centrífugas 4x5 y 5x6 Búsqueda de Fallas Referencias Apéndice 1 - Curva característica Verifique su entendimiento Clave de las respuestas

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pg 30 pg 30 pg 31 pg 32 pg 33 pg 34 pg 35 pg 36 pg 37 pg 39 pg 39 pg 39 pg 40 pg 40 pg 42 pg 43 pg 49 pg 53 pg 54 pg 55 pg 57 pg 59

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INTRODUCCIÓN 1.0.0 Este curso le introduce a una de las bombas de baja presión más comunes en la industria del petróleo: la bomba centrífuga.

Propósito A la conclusión de este curso, usted podrá: · explicar la función de una bomba centrífuga · identificar los diversos componentes de la bomba centrífuga · describir el funcionamiento de la bomba centrífuga · identificar diferentes modelos de bombas · efectuar el mantenimiento y servicio de la bomba centrífuga · determinar fallas en problemas comunes de bombas

Advertencia de seguridad: Se requiere supervisión apropiada durante la capacitación práctica. Pida ayuda de su supervisor si no está familiarizado con una operación o no se siente cómodo con la misma. Para prevenir posibles situaciones peligrosas durante las operaciones, toda persona involucrada en el servicio o en la reparación del equipo tendrá que asegurarse de la seguridad del personal. Cuando trabaje en la bomba, siga los procedimientos del Estándar de Seguridad número 4 de Well Services, Instalaciones y Talleres.

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INTRODUCCIÓN A BOMBAS CENTRÍFUGAS 2.0.0 Teoría de Operación Cuando hace girar una cubeta llena de agua, el agua se mantiene dentro de la cubeta mientras que la cubeta esté girando a una cierta velocidad. La misma fuerza que mantiene el agua en la cubeta se usa en las bombas centrífugas. Si la cubeta tiene hoyos en el fondo, el agua dispara de los hoyos a medida que gira la cubeta. Con el impulsor de una bomba centrífuga girando en el agua, el agua es forzada a salir entre los álabes al igual que hubiese fugado de la cubeta giratoria. La fuerza que ocasiona la salida del agua del impulsor (o cubeta) es la fuerza centrífuga, por A medida que extrae el fluido usando una paja, el fluido sube a la parte superior de la paja. lo cual se denominan bombas centrífugas. Luego más fluido entra por la parte inferior de la paja para reemplazar el fluido transportado a la parte superior. La misma operación ocurre en la bomba. El fluido sigue moviéndose hacia el borde externo del impulsor y luego sale de la voluta mientras fluido nuevo ingresa al vacío en el centro del impulsor. Mientras más rápido gire el impulsor, más rápido se moverá el fluido hacia afuera, aumentando la tasa de flujo. Colocando el impulsor en una voluta, guía la dirección del líquido hacia un destino controlado. Discharge

Una bomba centrífuga emplea una fuerza centrífuga para desarrollar una presión que mueve un fluido. Cuando la bomba está llena de fluido y el impulsor comienza a girar, el fluido sigue los álabes del impulsor. A medida que la velocidad del impulsor incrementa, la fuerza centrífuga mueve el fluido hacia el borde externo del álabe del impulsor. Cuando el fluido se aleja del centro del impulsor hacia el borde externo, crea un vacío en el centro del impulsor de manera parecida como cuando toma una bebida con una paja. JET 3 - Bombas Centrífugas v1.0 (Provisional)

Impeller Volute

Suction eye

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Voluta

Impulsor Eje Cojinetes

Caja de empaquetadura

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Armazón de cojinetes

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La mayoría de las aplicaciones de bombeo involucran el bombeo de un tanque ubicado más alto que el camión. Este tanque está usualmente a 10-12 pies de altura. Si perdemos 2 pies de altura hidráulica, tendremos solo 8-10 pies de altura para alimentar fluido a la bomba, disminuyendo así el rendimiento de la bomba. Cuando se bombea desde un tanque ubicado más bajo que la bomba, el rendimiento de la bomba disminuye significativamente. Tal como ilustra el ejemplo, subir fluidos con la bomba reduce la descarga en una cantidad equivalente a la distancia de elevación. Si el nivel de fluido está encima de la bomba, entonces la presión de descarga aumenta por una cantidad equivalente a la distancia encima de la bomba. Es importante mantener las conexiones del suministro de fluido a la bomba centrífuga lo más derechas y cortas posible. La viscosidad del fluido también afectará el rendimiento de la bomba. Por ejemplo, un fluido de fracturación se bombea a una tasa inferior que el agua.

92 ft

102 ft

Distancia 102 ft de elevación

112 ft

10 ft

10 ft

Tanque de fluido

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COMPONENTES PRINCIPALES DE LA BOMBA 3.0.0 IMPULSOR 3.1.0 El impulsor es el elemento rotatorio en una bomba centrífuga por el cual fluye el líquido. Se imparte energía al líquido en el impulsor.

·

Cerrados: Los impulsores cerrados tienen coronas a ambos lados para encerrar los conductos de líquido.

Se encuentran disponibles tres tipos de impulsores:

·

Abiertos: Los impulsores abiertos tienen álabes que forman parte de un cubo central con coronas relativamente pequeñas o sin coronas (también conocidas como paredes).

La siguiente tabla despliega ejemplos de impulsores con sus tasas de flujo y presiones correspondientes.

·

Semiabiertos: Los impulsores semiabiertos tienen una corona a un lado únicamente.

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La rotación del impulsor, en o en dirección siniestrógira, se establece por la rotación del eje mirando desde el extremo de entrada o sea el extremo impulsado del eje. Usted puede cambiar la dirección de rotación: · invirtiendo la voluta · instalando el impulsor opuesto · intercambiando las líneas hidráulicas al motor. Rotación dextrógina

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Rotación siniestrógina

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PLACAS DE DESGASTE 3.2.0 Las placas de desgaste proporcionan una superficie de desgaste y sello entre la carcaza y el impulsor. Las placas de desgaste están ubicadas a ambos lados del impulsor y generalmente son placas de acero sólido o placas de acero recubiertas con goma.

Una placa desgastada ocasionará el desgaste rápido del impulsor porque el líquido fluye de manera descontrolada o turbulenta. Por lo tanto, reemplace las placas de desgaste cuando instale un impulsor nuevo. Para el rendimiento óptimo la holgura correcta entre el impulsor y las placas de desgaste es de 1/16 de pulgada. Las cuñas se usan para hacer ajustes precisos a la holgura entre la placa y el impulsor. Las cuñas son laminadas y consisten de capas. Para un ajuste preciso puede quitar o añadir algunas capas.

Para servicios de bombeo no abrasivo las placas de desgaste enteramente de acero son generalmente la mejor selección porque raras veces requieren reemplazo. Para los servicios de bombeo abrasivo, tales como la cementación, use placas de desgaste recubiertas de goma. Para bombear tolueno, xileno u otros productos derivados del petróleo, se requiere el uso de placas de desgaste enteramente de acero o placas de desgaste recubiertas con goma 70-durometer Buna N porque estos fluidos ocasionan la hinchazón de la goma de las placas de desgaste. Esta hinchazón ocasiona el paro del impulsor de la bomba o el descascaramiento de la capa de goma de las placas de desgaste.

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NOTA: Al quitar cuñas el impulsor se acerca a la placa de desgaste. Añadiendo cuñas el impulsor se aleja de la placa de desgaste.

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ANILLOS DE DESGASTE 3.3.0 Los anillos de desgaste tienen el mismo propósito que las placas de desgaste pero se usan en las bombas centrífugas que contienen impulsores cerrados (tales como el RB 2x3x11). Los anillos de desgaste se fabrican usualmente de bronce.

.

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EJE 3.4.0 El eje de la bomba centrífuga soporta el impulsor. El eje mismo es soportado por cojinetes. El eje transmite el torque de una fuente de potencia al impulsor donde se le somete a las siguientes cargas:

Los ejes tienen camisas intercambiables en los lugares donde hay contacto. La condición del eje de gran manera afecta la vida de la empaquetadura. Los ejes estriados desgastan rápidamente la empaquetadura. Las bombas centrífugas vienen con dos estilos de impulsores: Enchavetados o ranurados. El eje enchavetado se extiende de la bomba y se usa para bombas impulsadas por eje, motor o acoplamiento. Los ejes ranurados no se extienden más allá de la brida de montaje de la bomba y se usan donde un motor hidráulico esta montado directamente en la bomba.

·

Las cargas radiales son ocasionadas por el peso del impulsor y las diferencias de presión alrededor del impulsor cuando se mueve en un líquido.

·

Las cargas axiales son ocasionadas por las diferencias de presión entre los lados de presión alta y baja del impulsor.

·

Las cargas de torque son ocasionadas por la fuerza reactiva de los fluidos en movimiento, por la inercia y la viscosidad y se transfieren del impulsor al eje por medio de un chavetero ranurado al eje y al impulsor.

Aún con todas estas cargas, la deflexión del impulsor tendrá que permanecer por debajo de la holgura mínima entre los componentes rotatorios y los estáticos.

NOTA: Las revoluciones de entrada de la bomba centrífuga no deberían exceder el valor máximo de revoluciones por minuto especificado por el fabricante, de lo contrario esto pudiera ocasionarse daño severo. JET 3 - Bombas Centrífugas v1.0(Provisional)

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VOLUTA 3.5.0 La voluta de la bomba centrífuga rodea al impulsor. La voluta dirige el flujo de fluido de la toma de la bomba a su salida. La voluta convierte la energía de la velocidad a presión y también dirige el flujo del fluido.

La siguiente tabla proporciona una norma general para carcazas y su relación con la tasa de flujo y la presión.

NOTA: La voluta y la armazón generalmente se fabrican de hierro fundido. Por lo tanto, nunca deberían soldarse de ninguna manera porque el calor ocasionará la distorsión, la deformación o la rajadura de la voluta.

El diseño de la voluta depende de: · tasas y presiones de salida máximas · del sentido de rotación de la bomba o la dirección de rotación destinada. En algunas bombas, la voluta se puede usar para una rotación dextrógira (CW) y siniestrógira (CCW) como en las bombas centrífugas RA45, RA56, y RB23 . Se puede establecer el sentido de rotación observando la bomba desde el extremo de impulso del eje.

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COJINETES, ARMAZÓN DEL COJINETE, Y CAJA DE EMPAQUETADURAS 3.6.0 3.6.1 Cojinetes

Caja de empaquetadura

La función principal de los cojinetes es soportar el eje. El eje tendrá que estar sujeto y soportado con precisión. Si se permite que el impulsor haga contacto con la voluta esto pudiera resultar en la falla del impulsor, de la voluta, de las placas de desgaste, del eje y del chavetero. Los cojinetes se lubrican con un baño de aceite, tal como en RB 2x3x11, o con grasa por medio de una conexión de grasera en la carcaza, tales como en RA 4x5. Los cojinetes para RA56 y RB23 son los mismos, pero los de la RA45 son un poco más pequeños.

3.6.2 Armazón de cojinete y caja de empaquetaduras El armazón del cojinete contiene el sistema de lubricación del cojinete y los cojinetes que soportan el eje donde esta montado el impulsor. Armazón de cojinete

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Un sello o empaquetadura contenido en la caja de empaquetaduras está ubicado entre la carcaza estática y el eje rotatorio. La caja de empaquetaduras puede estar incorporada a la carcaza de la bomba centrífuga, tal como la RB 2x3x11, o montada por separado, tal como la RA 4x5. La caja de empaquetaduras y el material de empaquetadura de una bomba centrífuga proporcionan un sello para prevenir fugas de la bomba a lo largo el eje. Líquidos pueden escapar de la bomba y aire puede introducirse a la bomba. Empaque la bomba correctamente para asegurar que la bomba funciona de manera óptima. Material de empaquetadura desgastado o incorrecto ocasiona la falla del sello y estría el eje.

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SELLOS DE PRENSAESTOPAS 3.7.0 El material de empaquetadura contrarresta los efectos del fluido tratando de escapar a lo largo del eje durante el bombeo. Sellos de prensaestopas

·

sellos de aceite de goma, también conocidos como automáticos o mecánicos.

3.7.1 Empaquetadura de cuerda o empaquetadura de acuñamiento La empaquetadura de cuerda se llama empaNOTA: Los sellos no son de goma pura puesto que la goma se expande y se degrada en la presencia de aceite y por lo tanto no creará un sello. Los sellos son normalmente de un compuesto de goma tal como el viton.

El material de empaquetadura puede ser empaquetaduras de sello o sellos de aceite. Los sellos se instalan en la caja de empaquetaduras para: · prevenir la fuga del fluido de bombeo de la cámara de bombeo a lo largo del eje · prevenir la fuga de fluido lubricante de la caja de empaquetaduras · prevenir la entrada de aire a la cámara de bombeo.

quetadura de acuñamiento porque se acuña en la caja de empaquetaduras y se ajusta periódicamente apretando las tuercas en un casquillo para preservar su capacidad de sello a medida que se desgasta gradualmente. La empaquetadura de cuerda se puede encontrar en las bombas Guinard y RB 2x3.

Empaquetadura de cuerda

Los materiales de empaquetadura tendrán las siguientes características: · coeficiente de fricción bajo · ausencia de efecto abrasivo en el eje · capacidad de prevenir fugas excesivas. Schlumberger usa dos tipos principales de materiales de empaquetadura: · empaquetadura de anillos de cuerda de trenzado cuadrado, también conocido empaquetadura tipo acuñado, que se usan en bombas autolubricadas JET 3 - Bombas Centrífugas v1.0(Provisional)

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La empaquetadura de cuerda en una bomba centrífuga actúa como un sello alrededor del eje en movimiento, pero únicamente en la medida que estrangula fugas. Efectivamente, la empaquetadura es un cojinete y tendrá que estar lubricada como tal. La lubricación proviene de un leve escape a través de la empaquetadura o, en emergencias, de uno saturante en la empaquetadura misma. Si la empaquetadura se seca, se calienta, se endura, y luego estría el eje. La empaquetadura con apriete excesivo se quemará rápidamente y estriará el eje, por eso es importante empaquetar la caja de empaquetaduras apropiadamente. Típicamente, el anillo próximo al casquillo en una empaquetadura tipo acuñado hace la mayor parte del trabajo porque la presión mecánica en el casquillo es mayor que la fricción a lo largo de la barra. Existen otras consideraciones que afectan el sello, tales como la forma de la empaquetadura, el material utilizado y el diseño de la caja de empaquetaduras. Algunos materiales comunes de anillos de empaquetadura de cuerda son: · cuerda de asbesto · cuerda recubierta de Teflón · cuerda recubierta de grafito

3.7.2 Sellos Mecánicos Los sellos mecánicos funcionan con la presión del líquido en la cámara de sello forzando juntas las caras coincidentes y proporcionando una película delgada de lubricante entre ellas. El fluido sellado suministra la presión necesaria forzando la empaquetadura contra la cara de desgaste. PRECAUCIÓN: Precaución

No apriete excesivamente los sellos de aceite o de acuñamiento.

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Usualmente, los sellos mecánicos se lubrican con aceite de un sistema de lubricación externo tal como una bomba Alemite. Sellos mecánicos

Ejemplos de bombas que usan sellos mecánicos son: · RA 4x5 · RA 5x6 · RB 2x3x11

NOTA: Donde se usan sellos mecánicos el ajuste de la tuerca del casquillo no tendrá efecto alguno en detener una fuga si es que ocurre. La tuerca del casquillo está ahí únicamente para ayudar a asegurar que los sellos mecánicos no se salgan de su ánima.

El mecanismo de sello no requiere ajuste de la tuerca del casquillo. Las bombas que usan sellos de aceite tienen sistemas de lubricación cerrados haciéndolos menos susceptibles a una pérdida de presión. La pérdida de presión puede ocurrir con sellos de acuñamiento a los cuales se les permiten fugas. Los sellos de aceite mantienen la presión de un lado únicamente y tiene una sola manera correcta de inserción.

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SISTEMA DE LUBRICACIÓN 3.8.0 Si la empaquetadura no esta lubricada, se quemará rápidamente y estriará el eje. Por lo tanto, la operación confiable de la lubricación de la empaquetadura es esencial para proteger la empaquetadura de la bomba. Durante un trabajo (uno de corta duración), la falla de cualquier parte del sistema de lubricación de la empaquetadura pudiera dañar las empaquetaduras de la bomba, ocasionando un incidente de trabajo y una pérdida. Schlumberger usa tres tipos de lubricación: empaquetadura autolubricante, aceite usado para las bombas RA45, RA56, RB23 y grasa.

3.8.1

Empaquetadura autolubricante

La empaquetadura autolubricante es adecuada para cualquier bomba que está bombeando un fluido no abrasivo limpio. Se tiene que permitir la fuga o flujo del fluido bombeado a través de la caja de empaquetaduras para enfriar y lubricar la empaquetadura. No corra la bomba sin fluido o con la descarga cerrada porque esto reducirá el flujo del fluido impidiendo que la empaquetadura se enfríe y se lubrique.

bombeo de fluidos abrasivos, tales como pastas de cemento. Para una vida óptima de la empaquetadura, es esencial lubricar apropiadamente la empaquetadura. La empaquetadura con lubricación inapropiada puede ser dañada completamente en segundos. La lubricación inadecuada también ocasiona la generación de calor, lo cual acorta la vida de la empaquetadura. El sistema de lubricación oleoneumático es un sistema de lubricación de alta confiabilidad, poco mantenimiento, destinado a reemplazar los sistemas Alemite convencionales en los servicios de cementación y estimulación. El propósito del sistema es usarlo en la construcción nueva y la modificación de equipo de bombeo existente. El sistema de lubricación oleoneumático se basa en la presión de aire para forzar el lubricante a la empaquetadura del émbolo. No hay partes movibles que se atasquen o fallen. Véase InTouch content ID 4027077 para más detalles sobre el sistema de lubricación oleoneumático.

La bomba tendrá que inspeccionarse periódicamente para asegurarse que la lubricación es continua. La lubricación ocurre con un goteo constante (2-3 gotas por segundo) de salida de la caja de empaquetaduras. Cualquier interrupción en el suministro de lubricación quema la empaquetadura en minutos ocasionando daño severo a la bomba.

3.8.2

Aceite (RA45, RA56, RB23)

El mejor uso de la lubricación de aceite es para bombas que tienen presión de descarga baja y que requieren un sistema de lubricación cerrado para prevenir la cavitación. Este sistema de lubricación cerrado permite el

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Una bomba neumática, bomba Alemite, proporciona el aceite lubricante a un bloque divisor, tal como el divisor de McCord, que a su vez divide y proporciona cantidades iguales de aceite a cada juego de empaquetadura.El divisor se usa en el sistema de lubricación para asegurar que cada bomba centrífuga tenga una alimentación medida de aceite. Un bloqueo en cualquiera de las líneas de descarga ocasiona la falla de todo el sistema de lubricación de la empaquetadura puesto que el divisor de McCord no funciona apropiadamente si cualquiera de sus puertos de salida están bloqueados. La descarga del bloque divisor está conectada por medio de una válvula de retención a cada caja de empaquetaduras, individualmente. De ahí el aceite fluye a la caja de empaquetaduras e ingresa al casquillo de linterna para la distribución equitativa a la empaquetadura. La bomba lubricante de empaquetaduras tiene dos secciones, la sección del motor neumático, que impulsa la bomba, y la sección de la bomba.

una placa base y válvulas dosificadoras. La válvula 12S es de una sola salida y la 24T es una válvula dosificadora de dos salidas.

3.8.3

Grasa

La lubricación con grasa es un medio de lubricación simple usado en bombas que tienen una tasa de descarga más elevada y baja presión. La grasa lubricante recomendada por Schlumberger tiene grafito o Moly para reducir la fricción y tiene un punto de fusión muy elevado. La grasa con un punto de fusión bajo se fundirá y se convertirá en aceite para luego fugarse por los sellos y los cojinetes.

Schlumberger usa dos tipos de bloques divisores de McCord: de tres salidas y de cuatro salidas. También es posible tener hasta seis salidas armando una configuración apropiada de válvulas. Cada bloque divisor consiste de Resumen de los tipos de lubricación

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UNIDADES DE POTENCIA 3.9.0 Schlumberger usa bombas centrífugas que tienen una variedad de mecanismos de impulso seleccionados, en su mayor parte, por motivos prácticos y económicos.

3.9.1

Impulsores a Diesel

Las bombas centrifugas accionadas por motor diesel se encuentran generalmente en patines de presurizador pequeños y mezcladoras.

3.9.3 Toma de fuerza (PTO) Las tomas de fuerza son mecanismos de impulso acoplados directamente a la transmisión del motor. Usualmente están montadas en unidades de cementación para impulsar las diversas bombas centrífugas, tales como RB23, RB45 o RB56 en el patín de cementación CPS-361.

La bomba está impulsada por un eje extendido, que está generalmente conectado Impulsores a Diesel Impulsores eléctricos

(para propósitos de alineación) con un acoplamiento conductor entre el motor y la bomba.

3.9.2

Dispositivo de toma de fuerza

Impulsores eléctricos

Las bombas centrífugas accionadas por motor eléctrico se usan costa afuera en mezcladoras de cemento de recirculación y mezcladores por cargas y generalmente toman la forma de bombas presurizadoras, tales como RA45 y RA56. El eje es usualmente extendido y, como un mecanismo de seguridad, se incorporan disyuntores de máxima a la alimentación principal. JET 3 - Bombas Centrífugas v1.0(Provisional)

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3.9.4

Impulsores hidráulicos

Los impulsores hidráulicos impulsan las bombas centrífugas del presurizador, tales como RA45-RA56 en unidades de bombeo de cemento, mezcladores de recirculación, y mezcladores por cargas. Si bien muchos son impulsados por el sistema hidráulico de la unidad, algunos tienen una unidad de alimentación independiente. La bomba hidráulica de la unidad impulsa un motor hidráulico que está conectado a la bomba centrífuga usando un eje ranurado de acoplamiento estrecho como accionamiento directo. A menudo se instala el sistema con un mecanismo de alivio de sobrepresión que previene cualquier acumulación indeseada de presión hidráulica.

Impulsor hidráulico

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CLASES DE BOMBAS CENTRÍFUGAS 4.0.0 4.1

4x5 RA45 con impulsor abierto

La RA45 se usa en unidades de Schlumberger como una bomba de presurización y enroscado. Esta bomba centrífuga está diseñada con una succión de 5 pulgadas y una descarga de 4 pulgadas, para operaciones de bombeo de arena y cemento.

Si la voluta incrementa en una dirección sinestrógira, entonces es una bomba de rotación siniestrógira. Para cambiar una bomba de rotación siniestrógira a dextrógira invierta la voluta (el lado de succión ahora se convierte en el lado de montaje a la armazón), e instale un impulsor de rotación dextrógira.

El impulsor gira en dirección dextrógira

Tiene dos diseños usando ejes diferentes:

· ·

El impulsor gira en dirección siniestrógira

Eje estándar extendido para impulsor con vencional Eje corto con una ranura interna con motor hidráulico acoplado directamente a la armazón.

Este tipo es el más usado en unidades de Schlumberger. Este modelo generalmente usa sellos mecánicos de aceite. El impulsor puede girar en dirección dextrógira (CW) o en dirección siniestrógira (CCW). Para establecer la dirección de giro, observar desde el eje hacia la voluta.Si la voluta incrementa en tamaño, girando en derredor del impulsor en dirección dextrógira, entonces es una bomba de rotación dextrógira. JET 3 - Bombas Centrífugas v1.0 (Provisional)

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4.2

5x6 RA56 con impulsor abierto

La bomba RA56 es similar a la RA45. Tiene una succión de 6 pulgadas y una descarga de 5 pulgadas y se usa en mezcladoras de recirculación y mezcladoras de paletas. También se usa como una bomba de presurización en CPS361 y Slurry Chiefs.

4.3 10x12 RA02 y RB02 con impulsor cerrado Las bombas RA02 y RB02 se usan en mezcladoras y PCM y tienen una descarga de 10 pulgadas y una succión de 12 pulgadas. La única diferencia entre RA02 y RB02 es la armazón y los adaptadores de succión.

La RB23 tiene dos diseños que usan: · un eje extendido estándar para impulsor convencional · un eje corto con una ranura interna usada para montar el motor hidráulico o el motor eléctrico La rotación de las bombas puede ser en dirección dextrógira o en dirección siniestrógira. PRECAUCIÓN: Precaución

No bombee fluidos abrasivos usando la RB23. Los sellos y el eje se dañarán. También puede

En la bomba RB02, la armazón se puede montar en la caja de engranajes de ángulo recto. El adaptador de succión acomoda la tubería de succión del tanque de mezcla de la mezcladora. En la bomba RA02, la armazón es de diseño estándar. El adaptador de succión es una brida

ocasionar daño entre las placas de desgaste y el impulso

PRECAUCIÓN: Precaución

No corra la bomba RB23 sin fluido. Para circular fluido continuamente, instale una tubería pequeña del punto más elevado de la voluta volviendo al ducto de succión, lo más alejado posible de la bomba. Esto ayudará a mantener fría la bomba y ayudará en el cebado de la bomba.

estándar ASA150 para montar como una bomba de cubierta en mezcladores.

4.4

2x3x11 RB23 con impulsor cerrado

La bomba RB23 se usa como una bomba de mezcla de baja presión en las unidades de cementación de Schlumberger. Tiene una succión de 3 pulgadas, descarga de 2 pulgadas e impulsor de 11 pulgadas.

JET 3 - Bombas Centrífugas v1.0(Provisional)

NOTA: En la bomba impulsada por toma de fuerza, se tiene que apagar el motor principal antes de enganchar o desenganchar la toma de fuerza.

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PRINCIPIOS FUNDAMENTALES Y RENDIMIENTO DE LA BOMBA 5.0.0 El flujo desarrollado por la bomba centrífuga es controlado por la velocidad rotatoria del impulsor y la gravedad o densidad del fluido bombeado. Mientras más rápido gire el impulsor, mayor será la velocidad del fluido cuando sale del borde externo del impulsor. Esto significa que el fluido viajará más lejos antes de detenerse, que es el motivo por el que las presiones de descarga de bombas siempre se dan en pies de altura hidráulica. Pies de altura hidráulica significa que la bomba elevará una columna de fluido una distancia dada, en pies, hacia arriba, sea cual fuere el fluido bombeado. Por lo tanto, una bomba que tiene una altura de descarga de 140 pies elevará una columna de agua o cemento a una altura de 140 pies. La lectura de presión de descarga medida será diferente pero la altura de descarga, en pies, será la misma. Todas las bombas centrífugas están clasificadas o dimensionadas en base a una tasa de flujo y pies de altura hidráulica de descarga. Estas capacidades se miden en la descarga de la bomba, con agua, bajo condiciones ideales. La tabla a continuación proporciona algunos valores nominales típicos para bombas de Schlumberger. Estas no son las tasas o presiones máximas que produce la bomba. Cuando la bomba centrífuga está conectada a una línea de tratamiento, el rendimiento disminuye debido al número de mangueras, válvulas, codos y derivaciones en T usados para transportar el fluido de ida y vuelta a la bomba.

Pump Modelo de Model bomba RA45 RA56 LaBour RB23

Impeller Impulsor RPM (RPM)

Suction Cabezal de Head ft succión(ft)

2200 2200 2200 3200

+ 10 + 20 + 20 ----

Discharge Tasa de Rate GPM descarga (GPM) 298 500 270 65

JET 3 - Bombas Centrífugas v1.0 (Provisional)

Una manguera de succión de 4 pulgadas ocasiona una caída de presión de 2.3 pies de altura hidráulica por cada 100 pies de manguera a 5 bpm. Un solo codo de tubería de 4 pulgadas restringe el flujo de fluido una cantidad equivalente a 10 pies de manguera. Una válvula de mariposa completamente abierta tiene una restricción equivalente a 6.7 pies de manguera. Estos números pudieran parecer pequeños pero si los añadimos todos juntos se hacen significativos.

0‘ A G U A

5‘

10‘ La presión en cualquier punto en un líquido es ocasionada por una columna vertical de líquido que ejerce presión debido a su peso de agua.Esto está directamente relacionado a la altura de la columna, y se denomina la carga estática y se expresa en términos de pies líquidos. La carga estática correspondiente a cualquier presión específica depende del peso del líquido. A medida que la bomba imparte velocidad a un líquido, la energía de la velocidad se transforma en energía de presión a medida que el líquido sale de la bomba. Por lo tanto, la altura hidráulica producida es Cabezal Total Efficiency % Total (ft) Eficiencia (%) aproximadamente Head ft 102 equivalente a la energía 70 60 de la velocidad al borde 143 213 65 del impulsor. 460

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CARGA HIDRÁULICA DEL SISTEMA 5.1.0 La Carga Hidráulica del sistema es la altura hidráulica que existe en una red de tuberías específica a una tasa de flujo específica. El rendimiento de la bomba se indica en la curva de capacidad de carga hidráulica total de esa bomba específica.

altura de descarga estática es la diferencia en elevación entre el nivel de líquido de descarga y la línea central de la bomba

Altura de succión

El punto en la curva de capacidad de carga hidráulica donde funciona la bomba depende de la carga hidráulica del sistema. Si se traza una curva de la carga hidráulica del sistema y también una curva de la capacidad de la

Altura de descarga estática

200

Altura de succión estática

Altura hidráulica

Altura hidráulica del sistema 2

Altura hidráulica del sistema 1

La altura de succión muestra cargas estáticas en un sistema de bombeo donde la bomba está ubicada encima del tanque de succión (altura de succión estática).

Capacidad de carga hidráulica

Presión hidrostática

Rango operativo

Altura de Succión Positiva 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

bomba, la intersección de estas dos curvas es el rendimiento de esa bomba. La carga hidráulica del sistema consiste de lo siguiente:

Altura de descarga estática Altura de descarga estática

Altura de descarga estática

5.1.1 Carga estática total La carga estática total es la diferencia entre los niveles de descarga y succión del líquido. La altura de succión estática es la diferencia en elevación entre el nivel del líquido de succión y la línea central de la bomba. Cuando el nivel de líquido está por debajo de la línea central de la bomba, la altura de succión estática se denomina altura de succión. La JET 3 - Bombas Centrífugas v1.0(Provisional)

La altura de succión positiva muestra cargas estáticas en un sistema de bombeo donde la bomba está ubicada debajo del tanque de succión (altura de succión estática).

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Altura de presión

La altura de succión dinámica total es la altura de succión estática más la carga de velocidad en la brida de succión de la bomba menos la La altura de presión es la diferencia en carga de fricción. La altura de presión se resta presiones en las superficies del líquido: La altura de presión se añade o se resta de la si hay un vacío en el nivel del líquido de succión. La altura de presión se añade si hay carga hidráulica del sistema dependiendo de sus condiciones. Si hay un vacío en el nivel del una presión positiva en la superficie del líquido. líquido de succión o una presión positiva en el En un sistema actual, la altura de succión dinámica total es la lectura medida en la brida nivel de líquido de descarga, entonces estas de succión de la bomba, corregida a lpcm. cargas se añaden a la carga hidráulica del sistema. De igual manera, si hay una presión (presión absoluta = presión manométrica + positiva en el nivel del líquido de succión o un presión atmosférica) y convertida a pies de vacío en el nivel de líquido de descarga, líquido, más la carga de velocidad en el punto entonces estas cargas se restan de la carga de conexión del medidor. hidráulica del sistema. Estas presiones se convierten a pies. La altura de succión dinámica total es la altura de succión estática menos la carga de Carga hidráulica de fricción velocidad en la brida de succión de la bomba más la carga hidráulica de fricción en la tubería La carga de fricción es la carga requerida para de succión. La altura de presión se añade si sobrellevar la resistencia al flujo en la red de hay un vacío en la superficie del líquido; de lo ductos. contrario, la altura de presión se resta si hay Las pérdidas de toma y descarga también una presión positiva en la superficie del líquido. están incluidas en las consideraciones de En un sistema existente, la altura de succión carga hidráulica de fricción. dinámica total es la lectura medida en la brida de succión de la bomba, corregida a lpcm y Carga de velocidad convertida a pies de líquido, menos la carga de velocidad en el punto de conexión del medidor. La carga de velocidad es la energía de un líquido que resulta de su movimiento a una Para establecer la carga hidráulica total (carga cierta velocidad que es la carga requerida para hidráulica del sistema), conecte medidores de acelerar el fluido. presión en la descarga y succión inmediata de la bomba y siga los procedimientos anteriores 5.1.2 Carga hidráulica total para sistemas existentes. Usted puede usar la carga hidráulica total calculada para establecer La carga hidráulica total es el trabajo (a una la operación de las bombas comparándola con tasa de flujo específica) que una bomba tendrá la curva característica de la bomba. que efectuar en una red de bombeo para bombear el fluido por el sistema. Para cualquier flujo en cualquier momento dado en una red de ductos. La carga hidráulica total es igual a la carga hidráulica del sistema. En un sistema existente, la altura de descarga dinámica total se puede establecer con un manómetro en la línea de descarga.

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FORMACIÓN DE VORTICES 5.2.0 La formación de vortices ocurre cuando se usan bombas centrífugas y otros tipos de bombas. El fluido que se está succionando por el lado de succión de las bombas comienza a girar como un remolino. El mantener una altura de succión positiva neta (NPSH), eliminará los problemas de flujo (como la cavitación). La formación de vortices se hace visible cuando el nivel de fluido en el tanque es bajo. Durante la formación de vortices una columna de aire se introduce en la bomba. Luego el aire se acumulará en el punto más elevado después de la bomba ocasionando que la bomba pierda su cebado durante el bombeo. Para disminuir a un mínimo la formación de vortices, elija una de las siguientes opciones:

· · ·

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instale crucetas en la succión de la bomba y del tanque flote una pieza de madera grande sobre la apertura de succión en el tanque disminuya la tasa de bombeo; sin embargo, esta opción no es siempre factible.

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CABALLAJE Y EFICIENCIA 5.3.0 El caballaje es el peso del líquido bombeado en un período de tiempo multiplicado por la carga hidráulica total.

La Potencia al Freno (BHP) es el caballaje actual impartido al eje de la bomba, definida de la siguiente manera:

Potencia Hidráulica (WHP) es la potencia hidráulica producida por la bomba, definida de la siguiente manera:

La Potencia al Freno siempre es mayor que la potencia hidráulica debido a la fricción en la bomba. La eficiencia de la bomba es la relación de estos dos valores.

en La en un

unidades Petrolíferas Estándar: constante (3,960) es el número de pies-libra un caballo (33,000) dividido por el peso de galón de agua (8.33 libras).

en Unidades Métricas:

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ALTURA DE SUCCIÓN POSITIVA NETA Y CAVITACIÓN 5.4.0 5.4.1 Altura de succión positiva neta (NPSH) Cuando se bombean líquidos hay pérdidas de presión a medida que el líquido entra al impulsor. Las pérdidas son ocasionadas por: · aumento en la velocidad del fluido · turbulencia producida por el impacto del líquido con el impulsor. NPSH es un análisis de las condiciones de energía en el lado de succión de una bomba, que establecerá si un líquido se vaporizará en el punto de presión más bajo de una bomba. La mayoría de los problemas con bombas IMPORTANTE: Si bien no se espera que usted calcule el NPSH disponible es importante entender esta característica de las bombas centrífugas a fin de evitar problemas durante el tendido y la conexión de mangueras y líneas de succión.

centrífugas son el resultado directo de menos de NPSH requerido para la bomba centrífuga. Si bien la mayoría de los factores de NPSH disponible es controlable, la pérdida por fricción es usualmente más fácil que los otros. Mantenga las líneas de succión lo más cortas y rectas posible. La tasa de flujo máxima para una manguera de succión de 4 pulgadas es 7 bpm para una manguera recta de 12 pies, bajo condiciones ideales. La tasa máxima puede disminuir con líneas largas, altura de impulsión elevada y muchas otras condiciones, que indicarían una tasa inferior.

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Mientras mayor sea la tasa de flujo, mayor será la pérdida por fricción, que resulta en una separación de aire o vapor. Esto siempre se complica más aún con codos, derivaciones en T y otras alteraciones o restricciones del caudal, especialmente aquellas ubicadas cerca de la succión de la bomba donde pueden establecer patrones de flujo desiguales o separación de vapor, ocasionando el llenado desigual de los álabes del impulsor. Esto puede afectar el balance hidráulico del impulsor, conduciendo a posible cavitación, deflexión excesiva del eje o aún su rotura, y falla prematura de cojinetes y pernos de retención del impulsor.

5.4.2 Cavitación La cavitación es un problema frecuente cuando existe insuficiente NPSH. La cavitación ocurre en bombas cuando la presión del líquido bombeado se reduce a un valor igual o inferior a su presión de vapor, y burbujas pequeñas se desplazan a lo largo de los álabes del impulsor a un área de presión más elevada donde colapsan rápidamente e implosionan. Por lo tanto, si la presión encima del líquido es menor que su presión de vapor a esa temperatura, el líquido comienza a evaporarse. Esto se escucha usualmente como un gruñido o un ruido sordo, parecido al ruido que escucharía si estuviera bombeando grava. Los esfuerzos son a veces suficientemente elevados como para ocasionar pequeñas fallas de fatiga en la superficie de los álabes del impulsor. Esto es progresivo durante períodos de bombeo prolongados en estas condiciones y las picaduras y fallas de fatiga se conocen como erosión por cavitación

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lo cual puede ser a veces tan severo que ocasiona vibración y luego finalmente la falla del eje y del cojinete. La presión dentro de la bomba no podrá decaer por debajo de la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo. Si la presión de bombeo decae por debajo de la presión de vapor entonces el líquido comienza a hervir, ocasionando la cavitación. La única manera de prevenir los efectos indeseables de la cavitación es asegurarse que el NPSH disponible al sistema sea mayor que el NPSH requerido por la bomba. En resumen, siempre que un sistema ofrece insuficiente NPSH disponible, aumente el NPSH disponible o disminuya el NPSH requerido. Para aumentar el NPSH disponible, lleve a cabo lo siguiente: · eleve el nivel del líquido · baje la bomba · reduzca las pérdidas de fricción en los ductos de succión · use una bomba de refuerzo · enfríe el líquido para reducir la presión de vapor Pv. Para reducir el NPSH requerido, lleve a cabo lo siguiente: · disminuya la velocidad de la bomba · use un impulsor de doble succión · agrande el área del ojo del impulsor · use una bomba de sobretamaño · use un inductor corriente arriba del impulsor.

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OPERACIÓN DE BOMBAS 6.0.0 MONTAJE 6.1.0 Durante el montaje de una unidad de bombeo, considere la tasa, la distancia o la presión, y la viscosidad del fluido que va a bombear. La tasa máxima que se puede succionar de manera segura con una manguera de 4 pulgadas de diámetro es 7 BPM. Si la tasa de bombeo para el trabajo sobrepasa los 7 BPM, conecte más mangueras a la bomba. La tasa de bombeo máxima de cada bomba depende de la succión y de las presiones de descarga. Las tuberías de conexión a la bomba deberían de ser lo más rectas y cortas posible. Cada doblez o cambio de dirección del flujo se convierte en una restricción en la línea, disminuyendo la tasa de bombeo.

NOTA: Si la manguera de succión para la bomba centrífuga corre de una fosa o tanque sucio, coloque una malla sobre el extremo de succión de la manguera para prevenir la succión de cualquier material suelto. Los desechos pueden fácilmente obstruir o dañar la bomba.

Es importante que la bomba no succione aire al sistema. Una pequeña fuga de aire (4%) resulta en una gran disminución (43.5%) en el rendimiento de la bomba.

Engrase los cojinetes de la bomba y verifique el nivel de aceite de acuerdo con la lista de control STEM de la unidad. El sistema de lubricación de la empaquetadura tiene que estar lleno de lubricante y operativo. Para proporcionar el máximo sello, limpie todas las conexiones del lado de succión con una escobilla de alambre y lubrique las roscas. IMPORTANTE: Use únicamente mangueras suaves para la descarga y mangueras duras para la succión. Véase JET 1 -Equipo de Tratamiento, Sección 3.0 para mayor información.

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CEBADO DE BOMBA CENTRÍFUGA 6.2.0 Una bomba centrífuga se considera cebada y capaz de bombear cuando sus líneas de succión están llenas de fluido. Una bomba que tiene una toma de aire en la voluta o en las líneas gira sin desarrollar flujo alguno. Si no hay flujo entonces la presión no se puede desarrollar. Siempre cebe las bombas centrífugas en unidades de cementación o mezcladores por cargas primeramente, antes de iniciar cualquier trabajo para asegurarse que están listos para bombear.

Si el sistema de lubricación de la empaquetadura falla, es posible succionar aire dentro de la bomba a través de la empaquetadura o de los sellos. Esto puede ocasionar una pérdida de cebado en la bomba.

NOTA: El aire puede entrar a la manguera de succión por juntas flojas, un agujero en la manguera misma o un vórtice en el tanque ocasionando que la

Una bomba centrífuga se ceba automáticamente cuando succiona fluido de un tanque ubicado por encima de la bomba. La gravedad forza el fluido dentro de la bomba. Usted tendrá que cebar la bomba si el tanque de fluido se coloca a un nivel inferior. Para cebar la bomba, succione fluido usando una bomba triplex de desplazamiento positivo por el lado de descarga de la bomba centrífuga hasta llenar la voluta y las líneas de succión con líquido.

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bomba pierda su cebado y eventualmente se dañe.

En un ensamble que usa más de una manguera de succión, es más fácil cebar una manguera a la vez en vez de todas las mangueras al mismo tiempo.

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BOMBEANDO CON BOMBAS CENTRÍFUGAS 6.3.0 Una vez la bomba está montada y cebada, está lista para bombear. Si la bomba tiene empaquetadura tipo acuñado, verificar el flujo apropiado del lubricante. Para verificar el flujo, asegúrese que hay lubricante de empaquetadura o que el fluido bombeado esté goteando de la caja de empaquetaduras. A diferencia de una bomba triplex, una bomba centrífuga puede estar cerrada al lado de descarga por un breve lapso de tiempo sin dañar la bomba o los ductos. Con las bombas RA45 y RA56 usted puede cerrar el lado de descarga para varios minutos. Sin embargo, usted puede cerrar el lado de descarga de la bombas RB23 y BJ solo por 15 segundos.

Mantenga la presión de descarga requerida. Cualquier velocidad de la bomba que produce más de la presión requerida resultará en el desgaste excesivo de la bomba y una vida útil más corta. Si la bomba tiene que mantenerse funcionando con el lado de descarga cerrado, ensamble un sistema de desvío que permite el retorno del fluido al tanque o al lado de succión de las bombas. Se recomienda retornar el fluido al tanque. El fluido se calentará si se retorna a la succión de la bomba aún a una tasa de flujo mucho menor.

Si las bombas están bombeando contra válvulas cerradas por mucho tiempo, el fluido dentro de la bomba se sobrecalienta y luego quema la empaquetadura o los sellos. Las bombas también pueden calentarse lo suficiente como para derretir la grasa de la caja de cojinetes y perderla. Los procedimientos operativos correctos no requieren que las bombas funcionen contra válvulas cerradas por largos períodos de tiempo. Las siguientes son algunas pautas para la operación de la bomba: Disminuya la velocidad la bomba si no se la necesita por unos cuantos minutos. Cuando la bomba esta succionando fluido de una fosa, déjela corriendo para mantener el cebado.

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OPERACIONES EN SERIE Y EN PARALELO 7.0.0 A veces es necesario operar dos o más bombas en forma conjunta. Las bombas estarán en paralelo o en serie dependiendo de los requisitos de la operación. Las bombas tendrán que ser similares respecto a la tasa y la presión a fin de operar en paralelo o en serie.

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OPERACIÓN EN PARALELO 7.1.0 Una operación se denomina en paralelo si los lados de descarga de dos bombas están conectados a la misma salida. El caudal total es la suma de las dos tasas individuales. La presión no cambia. En una operación en paralelo, la altura de descarga es igual a la de una bomba y el volumen es igual al total de las dos bombas. En este caso, asegúrese del flujo continuo por el múltiple de succión de las bombas centrífugas. La capacidad de descarga de cada bomba tendrá que ser la misma a fin de evitar que una bomba circule fluido de retorno por la segunda bomba.

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EJEMPLO: Dos bombas funcionarán en paralelo. Cada una tiene la capacidad de 20 bpm a una carga hidráulica de 100 pies. Volumen: 20 BPM + 20 BPM = 40 BPM Altura de Descarga = 100 pies

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OPERACIÓN EN SERIE 7.2.0 La operación en serie ocurre cuando una bomba está bombeando a la succión de la otra bomba. La presión total es la suma de las presiones individuales. La tasa no cambia. El volumen está limitado a la capacidad de una bomba. La altura de descarga es igual a la suma de las tasas de descarga de las dos bombas.

Si bien teóricamente la carga hidráulica para una operación en serie es de 200 pies, la altura de descarga actual siempre es inferior. Esto se debe a la pérdida por fricción en el múltiple entre las bombas y los diferentes volúmenes y los arreglos del múltiple.

Debido a la elevada incidencia de fallas de sellos en la segunda bomba, este tipo de operación no es recomendado.

EJEMPLO: Si dos bombas serán operadas en serie y cada una tiene la capacidad de 20 BPM a una carga hidráulica de 100 pies. Volumen = 20 BPM Altura de descarga: 100 + 100