Bombas de Pozo Profundo 2016

 

BOMBAS DE  POZO PROFUNDO

 

ÍNDICE INTRODUCCION

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PARTES PRINCIPALES DE UNA BOMBA DE POZO PROFUNDO

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MEDIO MOTRIZ.

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CABEZAL DE DESCARGA. COLUMNA DE DESCARGA.

3 4

CUERPO DE TAZONES.

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CÁLCULO Y SELECCIÓN DE LA BOMBA

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DEFINICIONES DE BOMBEO

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PROBLEMA

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1

 

INTRODUCCION

La función de estas bombas es elevar el agua de un pozo y descargarla a la superficie. Tienen una gran aplicación en la extracción del agua de pozos profundos para usarse en irri irriga gaci ción ón,,

ab abas aste teci cimi mien ento to de ag agua ua po pota tabl blee

a

núcl núcleo eoss

de po pobl blac ació ión, n, pr prod oduc ucto toss

 petroquímicos, instalaciones contra incendios, Agrícola, Ganadero, Minero, etc.

PARTES PRINCIPALES DE UNA BOMBA DE POZO PROFUNDO

    

Medio Motriz Cabezal de descarga Columna Cuerpo de tazones Tubo de succión

MEDIO MOTRIZ. Los medios motrices comúnmente usados son el motor eléctrico, flecha hueca y el cabezal de engranes de flecha hueca accionado por motores estacionarios de gasolina o diesel. A través de la flecha hueca del medio motriz, pasa la flecha motriz y se acopla mediante cuña y cuñero al cople de ésta. Sobre este cople se suspende la flecha y mediante una tuerca de ajuste se fija la posición de los impulsores dentro de los tazones, para obtener el trabajo máss efic má eficaz az de la bomba. bomba. . Un meca mecani nism smo o op opci cion onal al de us uso o muy muy ge gener neral aliz izad ado o es el mecanismo de trinquete de no retroceso, su finalidad finalidad es evitar que la bomba gire en reversa cuando se descarga la columna de agua, porque si la bomba gira en reversa y se trata de arrancarla de nuevo, el motor se dañaría por la potencia tan grande que le es demandada. También sirven para evitar que las las flechas se desenrosquen al trabajar por error en sentido contrario el medio motriz. 2

 

Otra pieza importante en el medio motriz es el balero axial, éste es necesario para soportar  el peso de la flecha, de los impulsores y el empuje hidráulico desarrollado cuando la bomba está en servicio. Además, durante el arranque cuando la bomba todavía está vacía, la bomba suele ocasionar empujes momentáneos hacia arriba, superiores al peso de los elementos giratorios, por lo que dicho balero del medio motriz deberá tener una capacidad para soportar estos empujes hacia arriba, iguales al 30% del valor de su capacidad de empuje hacia abajo. CABEZAL DE DESCARGA.

Esta sirve para que el medio motriz descanse sobre él, quedando la columna con el cuerpo de tazones colgando suspendida de su base. Generalmente se construyen de fierro fundido. Cuando se lubrica con agua, dentro del cabezal hay una caja de empaques para sellar las fugas en la salida de la flecha. Cuan Cu ando do la lubr lubric icac ació ión n es co con n ac acei eite te,, de dent ntro ro de dell ca cabe beza zall se in inst stal alaa el ta tanq nque ue de almacenamiento y el dosificador (manual o automático) del aceite, así como la tuerca de cubierta que sirve para tensar la tubería del cubre flecha o funda. El cabezal de descarga descarga debe descansar descansar sobre una base o cimiento cimiento siendo la más apropiada apropiada una de concreto cuyo ancho sea 10cm. mayor que la parte inferior inferior o base del cabezal, ssii el cabezal se coloca sobre vigas, vigas, éstas deben tener tamaño tamaño suficiente suficiente para soportar el peso total de la bomba completa, incluyendo la columna llena de agua. En el centro de la base de concreto debe dejarse un hueco para la columna, más un cierto margen para alinear la bomba.

3

 

COLUMNA DE DESCARGA. Se llama columna al tubo que une el cuerpo de tazones con el cabezal de descarga, su función es conducir el agua impulsada por los tazones a la superficie y a su descarga esta columna está formada por varios tramos de tubo de acero cuya longitud depende de la velocidad de operación y del tipo de lubricación utilizado. La longitud de la columna puede variar desde cero hasta donde lo requiere un nivel de  bombeo determinado. Las bombas verticales tipo turbina pueden ser lubricadas por agua o por aceite. 1.- Lubricación por agua. En este caso el líquido manejado por la bomba sirve para lubricar las partes sometidas a fricción fricc ión (chumaceras), (chumaceras), estas bombas se usan cuando se requiere agua absolutament absolutamentee libre libre de aceite. Cada sección completa de columna consiste de: 

Tubo de acero de la columna cuyo largo es de 1.5m (5 pies) para bombas que trabajan a 2200RPM o más y de 3.05m (10 pies) para velocidades menores.



Flecha de acero de 3.05m. (10 pies) de largo para todas las velocidades, Provistas de manguitos de acero inoxidable en las zonas donde roza la chumacera.



Porta chumaceras (arañas o mariposas) completas con las chumaceras de hule ranurado.



Cople para la flecha.



Cople para el tubo de la columna.

Para este tipo de bombas, cuyas chumaceras de hule se lubrican por agua se recomienda instalar un tanque de pre-lubricación, de tal manera que su base esté por lo menos a la misma altura de la entrada del cabezal. 4

 

Antes de arrancar la bomba se abre la llave del tanque para lubricar la parte superior de la columna para evitar que se peguen las chumaceras de la línea de flechas; se deja abierta la llave hasta que la bomba comienza a trabajar, con la misma agua que la bomba saca se llena el tanque y entonces se cierra la llave. 2.-Lubricación por aceite. Estas bombas se usan cuando el líquido que se maneja es abrasivo y puede dañar las chumaceras; los pozos con arenisca fina deben usar bombas lubricadas por aceite. Cada sección completa de columna consiste en: 

Tubo Tu boss de ac acer ero o de la co colu lumn mnaa en tram tramos os de 3m de la larg rgo o pa para ra to toda dass la lass velocidades.



Flecha de acero.



Tubo de cubre flecha llamado también cubierta o funda, cuya longitud varia con la velocidad.



Guía de hule para cubre flecha.



Cople de la flecha.



Cople de la columna.

CUERPO DE TAZONES. El cuerpo de tazones es la bomba en sí se le llama así porque siempre consta de dos o más tazones. Un paso consta de un impulsor, un tazón de succión y otro de descarga, los tazones intermedios aparecen cuando se trata de bombas de dos o más pasos. El número de pasos es igua iguall al nú núme mero ro de im impu puls lsor ores es e igua iguall ta tamb mbié ién n al númer número o de ta tazo zone ness menos menos uno. uno. Generalmente los tazones se fabrican de fierro vaciado. El tazón de descarga es el que se acopla con la columna y varía según el tipo de lubricación. Cuando la columna se lubrica con aceite el de descarga se fabrica con aspas gruesas gruesas huecas por cuyo interior sale el agua dentro de la cubierta. Los impulsores pueden ser de dos tipos: 5

 

Cerrados y semi abiertos. Los impulsores semi abiertos son de fácil fabricación y menor costo pero de menor  eficiencia. Se emplea emplean n princi principal palmen mente te en instal instalaci aciones ones donde el caudal caudal del pozo es muy variable y se necesita regular el rendimiento de la bomba con un amplio margen. También resulta ventajoso su empleo cuando el pozo suelta mucha arena. En esos casos sin embargo donde se trata de desarrollar un pozo nuevo o cuando el pozo saque agua arenosa, resulta a vecess conveni vece convenient entee levant levantar ar los impuls impulsore oress más alt alto o de lo indica indicado do para para condic condicion iones es normales. Al levantar los impulsores más de lo normal, éstos dejan un margen más amplio entre los asientos de los tazones y sus aletas, con beneficio de menor de desgaste sgaste del material a consecuencia de la arena y con sacrificio de cierto porcentaje de la plena capacidad de la  bomba, cosa recomendable a veces para dar tiempo al pozo de desarrollarse.

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CÁLCULO Y SELECCIÓN DE LA BOMBA  El pozo debe suministrar un suministro adecuado de agua y la bomba debe proporcionar  una operación confiable y eficiente a capacidades de carga y flujo específico.  La profundidad hasta el nivel de bombeo de agua es un factor importante en cualquier  sistema sist ema de bombeo. Esta información información se basa en el abatimient abatimiento o dentro del pozo cuando la  bomba está en operación y se debe conocer para asegurar que la profundidad de la colocación de la bomba es suficiente como para prevenir que el nivel del agua disminuya. Se debe probar el pozo para determinar si el gasto es suficiente o no. Se puede obtener esta información en la bitácora del perforista o con una prueba de bombeo del pozo. Para la selección de la Bomba y asegurar el rendimiento del sistema es importante tener en cuenta la siguiente información: 

Caudal



Carga Total de Bombeo



Presión del tanque requerida para el sistema



Material de Impulsor 



Material de Tazón

Procedimiento para Selección de Bomba Tipo Turbina

Calcula cularr la car cargatotal gatotal de Bom Bombeo beo 1.   Cal  

 Nivel Dinámico=Nivel estático de agua + abatimiento Presión del tanque

 H Totalde Bombeo Bombeo =¿   H  Nivel Dinà mico +

 p γ 

2. Analizando l catálogo de fabricantes de bombas con el gasto se seleccionará la lacurva curva

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de re rendimi ndimiento ento paraBombaTipo para BombaTipo Turbinaque propor proporcione cione a iguales iguales eficiencias eficiencias , la que tengamayor carga cargatotal total por tazon paramini para minimizar mizar elnúmer el número o de tazones tazones 3. Determinar númerode número de tazones

 No . de Tazones=

 H To Totalde talde bombeo  H Tazon

4. −Obt Obtene enerr la Potenc Potencia ia Hidraulica=

Q H Totalde Bombeo 3960 η

La curva curva de rendi rendimie miento nto de la la bomba bomba especí específic ficaa indica indica el el cambio cambio de efi eficie cienci nciaa por  número núm ero de tazones tazones y por material material.. El cambio cambio de efi eficie cienci nciaa puede puede afecta afectarr la carga y Potencia. 5.− Recalcular la Potencia Hidraulica corri corrigiend giendo o eficiencia eficiencia por Número Númerode de tazones tazones ,

 puede haber por materiales , dependiendo de la selección de los mismos. 6.−Con la Potenci Potencia a y RPM seobtiene seobtiene el diámet diámetrro de flecha flecha ( pa  pag g . 21 ) 7.− El diametro diametro de Columna se selecciona con el Q MAX   y diámet diámetrro de flecha flecha ( pag 23 ) .

Gastoo , diá diámetr metroo de col column umnaa 8. −Conel Gast

y diám diámetr etroo de deflec flecha ha , se seobti obtienenlas enenlas pér pérdid didas as

de carga carga por cada cada 100 pies , este valor se multiplica por la carga dinámica. dinámica .

Cargatotal total de Bombeo con pérdidas 9. − Determinar la Carga  p  H Totalde Bombeo Bombeo = H  Nivel Dinàmico +  + h f  γ  10.−Calcu Calcular lar la Potencia Potencia Hidraulica

númerode de tazones 11. 11. − Determinar número 12.−Verificar erificar con el nuevovalor nuevo valor de Potencia Potencia Hidraulica y RPM si nohay cam cambi bio o dediam dediamet etrro

de flec flecha hade de ser así se calc calcular ularáá nue nuevam vamente ente diametr diametroo decolu de columna mna y pér pérdida didass . Las flechas de las bombas se alargan cuando la bomba está en operación debido a la tensión ò empuje hidráulico que sufren. sufren. El alargamiento debido a este empuje puede ser calculado, y los impulsores elevados esa misma distancia, de manera que queden en la posición deseada con respecto a los tazones cuando la bomba esté ffuncionando. uncionando. Calcular el empuje hidráulico permite conocer si la elongación de la flecha flecha cumple con la condición:

Juego go minimolibr minimolibree entreel entreel impuls impulsor or y tazòn tazòn  Elongación de la flecha ¿  Jue

Calcularr 13.−Calcula

Empuje EmpujeHidrául Hidráulico ico

Empuje Hidráulico¿ Tracción Hidráulica + ¿ Peso de la Flecha

9

 

La curva de rendimiento rendimiento de la bomba muestra el factor factor de empuje, peso del impulsor, peso del tazón, juego mínimo libre entre entre impulsor y tazón, para est estee modelo de tazón, de no ser así verificar en la información técnica con el modelo de tazón esta información.



  Tracción racciónHidráuli Hidráulica ca=Ca Carrgatota gatotall debomb debombeo× eo× facto factorr de em empu puje je

Con el diámetro de la flecha localizar en información técnica de fabricante el peso del mismo. 

  Pesotot Pesototal al dela Flec Flecha ha= Peso de la flecha × H  Nivel Dinamico

El empuje empuje hidráulico se intercepta con el diámetro diámetro de la flecha y H  Nivel Dinámico  para obtener la elongación de la flecha. Si no cumple cumple con la condición condición antes antes mencionada, mencionada, habrá habrá que aumentar aumentar el diámetr diámetro o de la flecha por lo que afectaran afectaran las pérdidas por fricción fricción en la columna, carga total, número de tazones, potencia peso de la flecha; calcular el empuje hidráulico permitirá permitirá comprobar si la elongación de la flecha está dentro de los límites admisibles para un motor de fabricación estándar.

Calcularr 14.−Calcula

la Potenc Potencia iaT Total P 0 TENCIA TOTAL  PotenciaTOTAL= POTENCIA HIDRAULICA + POTENCIA MECANICA  POTENCIA MECANICA= POTENCIA FRICCION MECANICA × H  NIVEL DINAMICO La potencia para vencer la fricción mecánica se encuentra con las RPM, diámetro de la  PAG .23 ) flecha ( PAG

DEFINICIONES DE BOMBEO

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PROBLEMA  Seleccionar el equipo de bombeo de una Bomba de Pozo Profundo tipo  Seleccionar tipo Turbina para una  planta purificadora de agua localizada en la Cd. de Monterrey. N.L

GASTO=1600 GPM

H NIVEL DINÁMICO=500 PIES

 PRESION DELTANQUE =30 PSI

MATERIALDEL MATERIAL DEL IMPULSOR : BRONCE

 MATERIALDEL  MATERIAL DEL TAZON  : : FIERRO XJ − 2 FABR FA BRIICANT CANTE E JAC JACUZ UZZI ZI DI DIAM AMET ETRO RO PULG.

DE

 A 11

 5

MODE MODELO LO 14 LC

IMPU IMPULS LSOR  OR  EFICIENCIA % ”

82.8

CU CURV RVA A No. No. 14L14L-20 204 4  N = 1760 RPM TAZON 14 LC

CARGA TOTAL PIES

 

 

92

POTENCIA HP 23

16

B 11”  11

83.2

82

20.5

”

83

 

72

 

17

”

82

 

61

 

15

C 10 16

 D 10

 5 16

  Se seleccionó: Tazón 14 - LC  N = 1760 RPM H/tazón = 92 pies Φ Impulsor = A 11 5/16” η MAXIMA = 82.8 %

 H CargaTotalde CargaTotalde Bombeo =¿  H  Nivel  Nivel Dinà mico +  p γ  2

 H CargaTotalde Bombeo =500 pies + 30 lb / pulg × 2.31

  pies =569.3 pies lb / pulg 2

 H CargaTotal   569.3 pies otal debombeo  No . de Tazones= CargaT = =5.93 ≈ 6  H Tazon 92 pies / tazon Tazon  POTENCIA HIDRAULICA =

Q H CargaTotalde Bombeo 3960 η

 

=

1600 × 569.3 3960 × 0.828

=277.8 HP

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Para calcula calcularr el diámetro diámetro de la flecha los 277.8 277.8 HP aplica aplicados dos a 1760 1760 RPM trazar línea línea horizontal de columna de potencia a interceptar con línea vertical de columna de velocidad. El punto de intersección intersección cae en 1

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 pulg.( Pag .21).

El diámetro diámetro de la columna columna seleccionado con el Gasto Gasto y diámetro diámetro de la flecha flecha corresponde a  10 pulg.¿. Con el diámetro de flecha, diámetro de columna y el gasto, las pérdidas por fricción por  cada 100 pies (E1-B) viene siendo igual a:

h f =¿ ( 2.78 pies)/ ( 100 pies) ¿ 2.78 pies 2.78  pies h f =   × H  Nivel Dinàmico =   × 500  pies=13.9 100 pies 100  pies

h f =14 pies  p  H Cargatotal de Bombeo = H  Nivel Dinàmico +  + h f  γ   H CargaTotalde Bombeo =500 pies + 69.3 + 14 =583.3  pies

 H    583.3 pies  No . de Tazones= Cargatotal de Bombeo = =6.3 ≈ 6  H  92 pies / tazon TAZON   POTENCIA HIDRAULICA =

Q H CargaTotalde Bombeo 3960 η

 

=

1600 × 583.3 3960 × 0.828

=284.6 HP

Verificando con la potencia obtenida y la N RPM el diámetro de la flecha sigue siendo el mismo.

Juego gomin minimo imolibr libree entr entree el imp impulso ulsorr y tazò tazònn  Elongación de la flecha ¿  Jue Empuje Hidráulico¿ Tracción Hidráulica + ¿ Peso de la Flecha + ¿  Peso del Impulsor  ¿

×

Tracción Hidráulica  Carga total de bombeo

 factor de empuje

El Modelo de Tazón 14LC, el Juego Extremo y Constante ó factor de Empuje Empuje (Lb/ pie de carga), son: 7/8 pulg =0.875 pulg, 17.2 Lbs/ pie de carga

  Lbs =10,032.76 Lbs  Pies de carga La carga que debe soportar el motor puede determinarse añadiendo el peso de la flecha al  producto de la constante de empuje× H  Nivel Dinamico Tr Tracción acción Hidráulica =583.3 pies × 17.2

 Peso total de la Flecha= Peso de la flecha × H  Nivel Dinamico  El peso de la flecha de 1

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 pulg de diámetro diámetro =10.02

  Lb  pie

 Peso total de la Flecha =10.02   Lb  × 500 pies =5010 Lbs  pie 13

 

 Empuje Hidráulico=10,032.76 Lbs + 5010 Lbs =15,042.76 Lbs  Al interceptar interceptar el empuje hidráulico hidráulico con el diámetro de la flecha 1 15/16 pulg y H  Nivel flecha. Dinámico = 500 pies se obtiene la elongación de la flecha.

 Elongación de la flecha=0.98 pulg Al no cumplir con la condición condición antes mencionada, mencionada, habrá que aumentar aumentar el diámetro diámetro de la flecha por lo que afectaran afectaran las pérdidas por fricción fricción en la columna, carga total, número de tazones, potencia, peso de la flecha; flecha; calcular el empuje hidráulico permitirá permitirá comprobar si la elongación de la flecha está dentro de los límites admisibles para un motor de fabricación estándar.

 Diámetro  Diámetr o de la flecha=2

h f =

 3 16

 pulg

2.78 pies

2.78  pies

100 pies

100  pies

  × H  Nivel Dinamico =

  × 500  pies=13.9  pies

h f =14 pies  p  Nivel Dinamico CargaTotalde Bombeo  H  Nivel  H CargaTotalde + γ   + = + h f =500 + 69.3 + 14=583.3  pies

 H CargaTotal   583.3 pies tal deB  No . de Tazones= CargaTo = = 6.3 ≈ 6  H  92 pies / tazon TAZON   POTENCIA HIDRAULICA =

1600 × 583.3   QH  = =277 HP 3960 η 3960 × 0.85

  Lbs =10,032.76 Lbs  Pies de carga  3   Lb  El peso de la flecha de 2  pulg de diámetro diámetro =12.78 16  pie   Lb  Peso total de la Flecha =12.78  × 500  pies=6390 Lbs  pie Tr Tracción acción Hidráulica =583.3 pies × 17.2

 Empuje Hidráulico=10,032.76 Lbs + 6390 Lbs =16422.76 Lbs  Elongación de la flecha=0.8  pulg Juegomini Juego minimo mo entre entre impulsor impulsor y tazon=0.875  pulg

 Elongación de la flecha< Jue Juego go minimolibr minimolibree entr entree elimpuls elimpulsor or yytazò tazònn  P 0 TENCIATOTAL = POTENCIA HIDRAULICA + POTENCIA MECANICA

 POTENCIA MECANICA= POTENCIA FRICCION MECANICA × H  NIVEL DINAMICO

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La potencia para vencer la fricción mecánica se encuentra con la velocidad, diámetro de la   HP  .  ( PAG  PAG .23 ) flecha ¿ 2.45  PIES   HP  POTENCIA MECANICA=2.45  × 500 PIES =12.25 HP  PIES

 POTENCIATOTAL=277 + 12.25=289.25 HP

CONCLUSIONES: Q = 1600 GPM N =1760 RPM MODELO DE TAZON 14 -LC TAZON FIERRO IMPULSOR DE BRONCE

DIAMETRO DE COLUMNA = 10 PULGADAS DIAMETRO DE LA FLECHA = 2 3/16 PULGADAS NUMERO DE TAZONES 6 MOTOR 289.25 HP DIAMETRO DE IMPULSO SOR R=A 11 15/16 PULGADAS

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