Bombas Turbina HMSS SV

BOMBAS TURBINA VERTICAL OBJETIVOS:

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Ver los componentes de una bomba turbina vertical (BTV) Tipo de bombas turbina turb ina vertical (BTV) Comprender el funcionamiento de una bomba turbina vertical (BTV). Comparación del diseño antiguo vs. Nuevo diseño de Hidrostal. Tipo de accionamiento de BTV. Terminología usada en BTV. Datos requeridos para una correcta selección de una BTV. Selección de BTV.

BOMBAS TURBINA VERTICAL

Componentes principales: Motor eléctrico Linterna descarga Columna

Cuerpo de bomba

Tubo succión Canastilla

BOMBAS TURBINA VERTICAL

Tipos de impulsores de flujo semi-axial:

Impulsor Semiabierto

Impulsor Cerrado

BOMBAS TURBINA VERTICAL

Tipos de canastilla:

Cuerpo de bomba con Impulsores Semiabiertos y canastilla tipo cesto

Cuerpo de bomba con impulsores cerrados y canastilla tipo cónica

BOMBAS TURBINA VERTICAL

Características principales: • Caudal hasta 550 lps. •  Altura hasta 350 m. • Tamaño de tazones desde 5. 1/8” hasta 17” • Potencia hasta 1500 HP (sin soporte HMSS)

Diseño: • • • •

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Impulsor de flujo mixto. Linterna descarga en fierro fundido gris (opcional nodular y acero inoxidable ) Eje en acero inoxidable AISI 416 opcional (acero inox.  AISI 316, 17-4PH y duplex) Tazones en fe. fdo. Gris estándar opcional (fe. fdo. nodular, acero inox. 316, duplex, bronce) Impulsores en bronce estándar opcional (fe. fdo. Gris, acero inoxidable 316, duplex, bronce) Sellado por prensaestopa opcional (sello mecánico) Tazones con recubrimiento de porcelana (especial)

BOMBAS TURBINA VERTICAL

Tipos de bomba: • Lubricada por agua (W) , aceite (A), agua con funda (X) • Lubricada por aceite @ 1800 / 1200 RPM • Lubricada por agua @ 1800 / 1200 / 3600 RPM

Servicios: • Estaciones de bombeo • Municipales • Minería • Agricultura • Industria

BOMBAS TURBINA VERTICAL

DESCRIPCION ANTIGUA DE IMPULSORES:

CAPACIDAD ALTA (GH)

CAPACIDAD ALTA (CGH)

CAPACIDAD MEDIA (GM)

CAPACIDAD MEDIA (CGM)

CAPACIDAD BAJA (GL)

CAPACIDAD BAJA (CGL)

BOMBAS TURBINA VERTICAL TURBINA VERTICAL. LUB x ACEITE 167 404 397

427 419 403

212 76

414

266

252

393

681

620

465

404

380 396

514 415 272

78 243

30

403

742

401

485

420

744

816 817

400 484 176

394 384

103 79 PL8

404 422 416 428 167 397

603

76 212

109-A 109

ITEM 30 76 78 79 103 109 109-A 167 1 76 212 243 244 252 266 272 380 384 393 394 396 397 400 401 403 404 414 415 416 419 420 422 427 428 465 484 485 514 620 681 742 744 816 817 109-A

LEYENDA NOMBRE Contratuerca tensora Tazón de descarga Tazón intermedio Tazón de succión Bocina de succión Brida Empaquetadura de la brida Eje de la bomba I mp uls or   Sello by-pass Bocina intermedia Guarda arena Tuerca reguladora Seguro de tuerca reguladora Cuña cónica Separador de jebe Unión simple de columna exterior  Bocina columna interior superior  Bocina columna interior inferior  Bocina columna interior intermedia Bocina campana superior  Eje de la columna inferior  Cople de eje de columna Eje de la columna interior  Eje cabecero Funda de columna interior superior  Funda de columna interior intermedia Funda de columna interior inferior  Columna exterior superior ( 5' ) Columna exterior intermedia ( 10' ) Columna exterior inferior ( 5' ) Cople de eje cabezal Cople de eje inferior  Linterna de descarga Bocina tensora Tuerca tensora Soporte del tanque de aceite Chaveta del eje cabecero Tanque de aceite Empaquetadura trenzada Empaquetadura de cobre Niple Tuerca Em a uetadura de la brida

BOMBAS TURBINA VERTICAL TURBINA VERTICAL. LUB x AGUA ITEM

167 397

401

266

252 620

400 212

404

76

406

241 111

220

407

812

742 236

272 427

50 243

402

176 220 103

79

465

744 233

LEYENDA NOMBRE

50 Caja prensaestopa 76 Tazón de descarga 78 Tazón intermedio 79 Tazón de succión 103 Bocina de succión 109 Brida 109-A Empaquetadura de la brida 111 Luneta prensaestopa 167 Eje de la bomba 176 Impulsor  220 Camiseta de eje 233 Bocina de prensaestopa 241 Deflector  243 Bocina intermedia 244 Guarda arena 252 Tuerca reguladora 266 Seguro de tuerca reguladora 272 Cuña cónica 334  Alambre de retención 380 Separador de jebe 380-1 Bocina de jebe del separador  384 Unión simple de columna exterior  397 Bocina campana superior  400 Eje de la columna inferior  401 Cople de eje de columna 402 Eje de la columna interior  404 Eje cabecero 427 Cople de eje cabezal 428 Cople de eje inferior  465 Linterna de descarga 620 Chaveta del eje cabecero 742 Empaquetadura trenzada 744 Empaquetadura de cobre 812 Bo uilla ara rasa

BOMBAS TURBINA VERTICAL  ALTERNATIVAS DE ACCIONAMIENTO DE LAS BTV

MOTOR ELECTRICO

CABEZAL SIMPLE

CABEZAL MIXTO

BOMBAS TURBINA VERTICAL SISTEMA DE PRELUBRICACION (LUB x AGUA) TABLERO DE CONTROL

VALVULA FLOTADOR MOTOR

TANQUE DE AGUA TEMPORIZADOR

UNION FLEXIBLE

VALVULA SOLENOIDE

VALVULA CHECK

VALV. COMPUERTA

BOMBAS TURBINA VERTICAL SISTEMA DE PRELUBRICACION (LUB x AGUA)

Se compone de: - 01 Tanque de 0.5 m3 de capacidad, de fibra de vidrio con su respectiva tapa. - 02 Válvula selenoide de 220 voltios, 60 Hz, de 19 mm (3/4”) para agua. - 04 Válvula de bola de cierre rápido de ¾” (19 mm). - 02 Válvula check tipo swing ¾” (19 mm.) de bronce. - 01 Válvula flotador de ¾” (19 mm.) para tanque de agua. - 04 Uniones universales ¾” (19 mm.) fierro galvanizado. - 02 Filtro “Y” para agua ¾” (19 mm.) de bronce. - 06 Codos de fierro galvanizado de ¾” (19 mm.) x 90º - 02 Tubos de fierro galvanizado de ¾” (19 mm)

BOMBAS TURBINA VERTICAL

TIPOS DE MOTORES UTILIZADOS: • MOTOR ELECTRICO EJE SÓLIDO WEG EFICIENCIA ESTÁNDAR • MOTOR ELECTRICO EJE SÓLIDO WEG ALTA EFICIENCIA • MOTOR ELECTRICO EJE SÓLIDO WEG NEMA IEEE841 • MOTOR ELECTRICO EJE HUECO US MOTORS WPI • MOTOR ELECTRICO EJE HUECO US MOTORS WPII • MOTOR ELECTRICO EJE HUECO US MOTORS TEFC • MOTOR DE COMBUSTION INTERNA (4 TIEMPOS)

BOMBAS TURBINA VERTICAL MODELO ANTIGUO DE BOMBA:

12GH-03-08 x 08 x 1.7/16 L/AC TAMAÑO ETAPAS SUCC X DESC

Ø COL. INT. TIPO LUBRIC.

BOMBAS TURBINA VERTICAL MODELO NUEVO DE BOMBA:

T12GH-03-HMSS-08 x 08 x 1.7/16 L/AC TAMAÑO ETAPAS SOP. ROD.

SUCC X DESC

Ø COL. INT. TIPO LUBRIC.

T = TURBINA VERTICAL PARA POZO B = TURBINA VERTICAL PARA BARRIL O CISTERNA HMSS = Hidrostal motor solid shaft

BOMBAS TURBINA VERTICAL EMPUJE AXIAL EN BOMBAS TURBINA VERT. En toda bomba centrífuga en operación existe Una fuerza axial que es la resultante de dos Fuerzas opuestas (fig. 1) conformadas Principalmente por: Una fuerza dinámica en el sentido en el sentido Del flujo (UPTHRUST) y una fuerza creada por La diferencia de presiones en ambos lados del Impulsor. Esta fuerza esta en función de la altura Dinámica total desarrollada por la bomba y es en Sentido contrario al movimiento del líquido (DOWNTHRUST). El sentido de la resultante depende de la magnitud De cada componente, siendo en condiciones normales de operación en sentido contrario al ingreso del fluido. Sin embargo cuando una bomba está Operando con un caudal excesivo, el “upthrust” puede superar al “downthrust” especialmente en turbinas

Cortas y con impulsor cerrado.

DOWNTHRUST

UPTHRUST Fig. 1

BOMBAS TURBINA VERTICAL CURVA DE UNA BOMBA TURBINA

12CGL-1

THRUST O EMPUJE HIDRAULICO

BOMBAS TURBINA VERTICAL THRUST O EMPUJE HIDRAULICO

El empuje axial resultante que generan los impulsores cerrados es menor  Al que generan los impulsores semi-abiertos como se muestran en las Figuras.

BOMBAS TURBINA VERTICAL INFLUENCIA DE LA “LUZ” EN EL

DESEMPEÑO DE LA BTV

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BOMBAS TURBINA VERTICAL

NUEVO DISEÑO HIDROSTAL CON MOTOR EJE SÓLIDO WEG TEFC (HMSS)

BOMBAS TURBINA VERTICAL

Tazones bridados (solo para B17H)

Campana succión

BOMBAS TURBINA VERTICAL

SOLUCIÓN HIDROSTAL

MOTOR WEG TOTALMENTE CERRADO ESTANDAR O DE ALTA EFICIENCIA. CAJA DE RODAMIENTOS PARA EL EMPUJE AXIAL DE LA BOMBA

ACOPLAMIENTO CON REGULACIÓN DE LUZ DE IMPULSORES, COMPLETAMENTE DESMONTABLE.

SISTEMA DE NO REVERSION DE BILLAS

BOMBAS TURBINA VERTICAL ACCIONAMIENTO HIDROSTAL CON MOTOR DE EJE SOLIDO DE ALTA EFICIENCIA VENTAJAS : • MOTORES TEFC DE

EJECUCIÓN ESTANDAR O DE ALTA EFICIENCIA. •RATCHET DE BILLAS. •FÁCIL REGULACION DE

LUZ DE IMPULSORES. •MANTENIMIENTO DE

PRENSAESTOPAS SIN RETIRAR EL MOTOR. •RODAMIENTOS DE ALTO

EMPUJE PARA DOWNTHRUST Y UPTHRUST. •EJE ESTABLE PARA

APLICACIONES CON SELLO MECÁNICO.

BOMBAS TURBINA VERTICAL

NUEVO SOPORTE DE MOTOR

BOMBAS TURBINA VERTICAL

BOMBAS TURBINA VERTICAL

BOMBAS TURBINA VERTICAL

 Acople rígido tipo John Crane

BOMBAS TURBINA VERTICAL

Terminología: Nivel de referencia.- Es el plano horizontal tomado como referencia para tomar las medidas de los parámetros de la bomba. normalmente se toma la base de la linterna. Nivel estático.- Es la distancia vertical entre el nivel de referencia y el nivel del agua cuando el equipo esta parado. Nivel dinámico.- Es la distancia vertical entre el nivel de referencia y el nivel que alcanza el agua en el pozo al caudal de bombeo cuando la bomba esta operando. Longitud de columna.- Es la distancia entre el nivel de referencia y el cuerpo de la bomba. Longitud de la bomba.-  Distancia entre el nivel de referencia y el punto más bajo de la bomba.

BOMBAS TURBINA VERTICAL

Terminología: Altura estática de descarga.- Es la distancia vertical a la que debe elevarse el líquido desde el nivel de referencia. Altura de velocidad.- Es la energía cinética del líquido bombeado por unidad de peso (se expresa en metros de líquido) Altura de descarga.- Es la suma de la altura estática de descarga, las pérdidas en la tubería y accesorios desde la linterna hasta el punto de descarga y la altura de velocidad. Altura de campo.- Se define como la altura de descarga más el nivel dinámico al caudal de bombeo. Altura de laboratorio.- Es la altura dinámica total que desarrolla el cuerpo completo de la bomba. Se puede expresar como la suma de la altura de campo más las pérdidas por fricción que se generan en la columna de descarga desde la bomba hasta la linterna.

BOMBAS TURBINA VERTICAL

Terminología: Eficiencia de laboratorio.- Es la eficiencia que se muestra en la curva de la performance de la bomba, incluyendo sus respectivas correcciones. Potencia de laboratorio.- Es la potencia en HP requerida en el extremo del eje del cuerpo de la bomba para descargar el caudal solicitado contra la altura de laboratorio. Es definido como: Pot. Lab. (HP) = Caudal (lps) * Altura de lab. (m) 75 * Efic. Lab.

Pérdidas en el eje.- Es la pérdida por fricción medida en hp que se genera entre el eje de transmisión y sus apoyos. Potencia de campo.- Es la potencia requerida en el extremo superior del eje de transmisión. se define como la suma de la potencia de laboratorio más las pérdidas en el eje de transmisión.

BOMBAS TURBINA VERTICAL

Terminología: Eficiencia de campo.- Es la eficiencia del equipo completo definido como: Efic. campo (HP) = Caudal (lps) * Altura campo (m) 75 * Pot. Campo (HP)

Empuje total (Thrust total).- Esta compuesto por la suma del peso de todos los componentes en rotación en la bomba, el peso de los ejes y el empuje hidráulico. El empuje hidráulico depende del tipo de impulsor de la bomba, del líquido bombeado y del punto de operación. Se calcula como el número de etapas de la bomba por el empuje hidráulico generado por etapa indicado en la curva de performance de la bomba.

BOMBAS TURBINA VERTICAL

Datos requeridos para selección de BTV: •

Análisis de agua de pozo (% arena, pH, conductividad, etc)

•

Diámetro de pozo

•

Perfil del pozo y curva de aforo de ser posible

•

Verticalidad del pozo

•

Caudal requerido

•

 Nivel dinámico (largo de columna)

•

Profundidad del pozo

•

Tipo de lubricación

•

Tipo de descarga

•

Longitud descarga, altura descarga, accesorios ó ADT.

BOMBAS TURBINA VERTICAL

Curva típica de aforo CURVA DE RENDIMIENTO DEL POZO No. 03 - FUNDO NIÑO JESUS GANDULES INC 20 18

ECUACION DE LA CURVA 2

16

-

PROYECCION: Q=60.00 l/ s

14

N. Din.=25.10 m

     O      T 12      N     )     s      E      I     o     r 10      M      I      t      T     e     m      A     ( 8      B      A

 ABAT. =17.20 m

DATOS DE AFORO:

6

Q (l/s)

4 2

N. D. (m)

3.70

22.45 13.55

5.65

27.00 15.20

7.30

41.12 19.85 0

5

10

15

20

25

Observaci on : El nivel est átic o en el pozo es de 7.90m. El gráfi co muestra la tendenci a de la curva de rendimient o del pozo.

30

35

40

CAUDAL (litros/segundo)

45

50

(m)

17.39 11.60

34.92 17.75 0

S

48.89 55

9.85 11.95

21.65 60 13.75

65

BOMBAS TURBINA VERTICAL

HOJA DE DATOS PARA SELECCIÓN DE BTV

BOMBAS TURBINA VERTICAL

SELECCION DE UNA BOMBA TURBINA VERTICAL CONDICIONES DE OPERACION: Se requiere cotizar bomba turbina vertical lubricada por agua para SEDAPAL, las pérdidas de carga en la columna no excederán del 5%, la velocidad de flujo de agua en la columna no será menor de 1.2 m/s. Impulsores serán del tipo cerrados. Motor arranque E-T, WPI, VHS, 440V,3F, 60 Hz. La elongación de la columna de ejes, a válvula cerrada (caudal “0”) no será mayor al 60%

de la luz axial máxima de regulación del cuerpo de impulsores.

LIQUIDO CAUDAL ADT Efic. Min. Bomba Efic. Min. Motor Longitud de col.

: : : : : :

AGUA LIMPIA A 25°C 50 l/s 94 m 84% (tiene que ser c/tazones aporcalanados) 86% 90 m

BOMBAS TURBINA

BOMBA 12CGL-6 CAUDAL ADT

: 50 l/s : 94 m

Para una etapa H = 16.2 m entonces número de etapas: n = 94/16.2 = 5.8 etapas n=6 altura por etapa = 94/6 = 15.7 m Diámetro Imp. : 201 mm Eficiencia : 84% Potencia abs. : 74.6 HP P. Máxima : 74.9 HP Velocidad : 1770 rpm NPSHr : 3.0 m Thrust (lb) : 6x900 = 5,400 lb

 ________

BOMBAS TURBINA VERTICAL

Selección del eje de columna interior: De la tabla de selección de ejes para bombas turbina verticales: Empuje en libras = 5,400 lbs Velocidad oper. = 1760 rpm Carga máx = 186.9 HP Por tanto seleccionamos eje de 1.7/16”

Selección de la columna exterior: De la tabla de pérdidas por fricción en columnas estándar: Caudal = 50 lps (800 gpm aprox.) Diám. Col. Inter. = 1.7/16” Por tanto seleccionamos columna exterior de 8” (pérdidas 2.1% < 5%)

BOMBAS TURBINA VERTICAL

Elongación total del eje a llave cerrada: De la tabla de elongación del eje: Thrust hidráulico (Empuje en libras) = 5,400 lbs = 1.7/16” Diámetro de la col. Interior

Por tanto (0.135 + 0.146) *90 * 3.28 / 100 = 0.4148” 2

Juego de la bomba (End play): De la tabla de juego de la bomba (End play): 12” CGL

= 1. 1/32” = 1.0313”

La elongación de la columna de ejes, a válvula cerrada (caudal “0”) no será mayor al 60%

de la luz axial máxima de regulación del cuerpo de impulsores.

Por tanto :

0.6 * 1.0313” = 0.6189 > 0.4148”

BOMBAS TURBINA VERTICAL

Experimental analysis and field experience have resulted in the following empirical relationship: S = D + ((0.574*Q)/D1.5) Where S is submergence in inches D is bell diameter in inches Q is rate of flow in gpm The required minimum submergence can also be determined from figure 9.8.26B taken from ANSI HI 9.8-1998 Pump Intake Design.

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Ejemplo cálculo de sumergencia: Q  ADT D

= 126.2 l/s = 2000.27 gpm = 195 mca = 298 mm ( 11.73 pulg)

S = 11.73 + [(0.574*2000.27)/11.731.5)] S = 40.31 pulg. = 1024 mm  Altura de canastilla (Hc) = 400 mm Sumergencia mínima = 1024 + 400 = 1424 mm = 1500 mm

BOMBAS TURBINA VERTICAL

BOMBAS TURBINA VERTICAL

BOMBAS TURBINA VERTICAL

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