Curso Básico de Bombas

Cur so Bási co de bo mb as

TEMARIO • • •

Tipo s de bom bas Tip os d e bo mb as Cent r ífugas Base s de dis e ñ o hidr áulico

• Caudal • Peso espec ífico ón •• Presi Altura • Pot encia a l f reno • Eficiencia • Viscosidad • NPSH • Veloci dad esp ec ífica • Veloci dad esp ec ífic a de succi ó n

•

o d e empu je radial y axial • Balance • Curvas de dese mp e ñ o • Operaci ó n de la bomb a • Leyes de a fi ni dad

Construcci ó n b ásic a de bomba bom ba

• • • • •• • • • • •

Tipo s de d e bom bom bas API AP I Dif erencias erenci asentr entr e bo mb as A y A NSI Don de usar bom bas bo mb as ANS A NSII Auxiliares Pregu Pregunnttas as y respu r espu est as Sell os mec ánicos Bo mb as ANS I • Hands on Model Caus as de fa fallll a en bom b om bas Ppios . b ásic os d e Vibr aci ó Mejo ras y Re -Rates Pregu as y respu r espu est as Pregunnttas

Tip os de bo mb as

Tip os de bo mb as Desplaz amiento Despl azamie nto pos iti vo

Alternativas BLOW CASE Rotativas

Bombas

CENTRIFUGAS Regenerativas Cin éticas Efectos especiales (Pitot , etc )

Tip os de bo mb as Pist ó n ALTERNATIVAS

Embolo Buzo Bu zo Diafragma

DESPLAZAMIENTO POSITIVO

BLOW CASE Engranajes L ó bulos ROTATIVAS

Tornillo Vanos Cavidades Cavid ades progresivas prog resivas

Tip os de bo mb as CENTRIFUGAS

IMPULSOR EN VOLADIZO IMPULSOR ENTRE COJINETES

TIPO TURBINA

CINETICAS

CENTRIFUGA REVERSIBLE ESPECIALES

CARCASA ROTATIVA

IMPULSOR EN VOLADIZO VOLA DIZO TURBINAS REGENERATIVAS

IMPULSOR ENTRE COJINETES

Dise ñ o Hid r áulico B ásico

Succión

Voluta de Caja

Descarga

Impulsor

Caudal: es el rango de flujo con el cual se mueve el líquido por la bomba a un punto deseado del sistema. Comúnmente es medido en galones por minuto (gpm) o metros cúbicos por hora (m3/hr).

GPM =

Lb/Hr 500 x P.E. Nota: (500 = 60 min / hr x 8.33 lb/gal)

El caudal depende de distintos factores como:

• • • • • •

Características del líquido, como Peso Específico, Viscosidad, etc. Tamaño de bomba y de sus secciones de succión y descarga Tamaño del impulsor Velocidad de rotación del impulsor (rpm) Tamaño y forma de cavidades entre alabes Condiciones de presión y temperatura de succión y descarga

Peso Esp ecífic o: Peso por unidad de volumen de un líquido, medido en libras por pie cúbico o gramos por centímetro cúbico. El Peso Específico se expresa sin unidades, ya que es relativo al agua, de Peso Específico 1,0

Gasolina P.E. 0,70 Agua P.E . 1,0

Presión atmos férica : 14.7 psi a nivel del mar – Peso de columna de aire sobre el manómetro. Presión manomé tri ca (psi g) : Es la presión del sistema menos la presión atmosférica 0 100

20

80

0 psig

40 60

= 14.7 psia

Presi ón absol ut a (ps ia) : Es la suma de la presión atmosférica y la presión manométrica en el sistema de bombeo.

0 100

20

80

0 psig

40 60

= 40 ps i manométri co s + 14.7 atm os féri co s 54.7 psia

Altura (Cabeza) – Es la medida de la columna líquida que la bomba puede crear por la energía cinética impartida al líquido.

Altura (Cabeza)

Por que se usa la altura y no la presión para evaluar el comportamiento de una bomba? Abajo hay tres sistemas idénticos con diferentes líquidos (diferentes pesos específicos). Cuál de los sistemas produce la mayor altura?

Soluci ó n de ácido sulf ú rico P.E. 1.47

Gasolina P.E. P.E. .70

Agua P.E. 1.0

En 1589 Galileo descubrió que el peso de un objeto no afecta su velocidad de caída. Las bombas centrífugas son dispositivos generadores de velocidad. En el problema previo los tres fluidos abandonan la bomba a igual velocidad porque las bombas son idénticas e igual las rpm. La misma fuerza de gravedad está actuando en los fluidos.

1 lb

5 lbs.

La aceleración debida a la gravedad es 32.2 ft/s 2

Los tres fluidos alcanzan la misma altura. Hay más energía (HP) requerida para impulsar el líquido de mayor peso específico que al más liviano. Este incremento de energía aparece en el manómetro de descarga.

Gasolina P.E. .70

150 Ft

Agua P.E. 1.0

Solución de ácido sulfúrico P.E. 1.47

150 Ft

150 Ft

Puede observarse la diferencia de energía de presión en los manómetros. Aún cuando los fluidos son impulsados a igual velocidad, las lecturas manométricas difieren. Por este motivo se usa la altura en lugar de la presión para hacer mediciones en descarga de bomba.

Gasolina P.E. .70

150 Ft

45.45 ps ig

Agua P.E. 1.0 64.9 ps ig

Soluci ón de ácido sulf ú rico P.E. 1.47 95.45 ps ig

150 Ft

150 Ft

Cálc ul os de Al tu ra y Presi ó n PSIG x 2.31 Altura (ft) = P.E.

Altura ( ft ) x P.E. PSIG = 2.31

Altura de succión (hs): Existe altura de succión positiva cuando el líquido fluye desde una fuente elevada a la succión de la bomba por gravedad. Esta condición también se denomina " succión inundada” y es recomendada para las bombas centrífugas.

Altura de succión está tica

Altura de succión (hs):es igual a la altura estática del líquido sobre el ojo del primer impulsor, menos todas las pérdidas en línea de succión, más la presión actuante en la superficie libre del líquido.

14.696 psia

hs =

zs - f s + ps ig

Agua a 68 F

z s = 10.0 ft fs z = 10.0 ft s

= 2.92 ft

Pg = 0 ps ig (0 psig = 14.696 psia) h s = 10.0 – 2.92 + 0 = 7.08ft

f s = 2.92 ft

Altura estática de elevación: es la altura a la que un líquido debe elevarse para alcanzar el ojo del impulsor . Esta aplicación requiere una bomba de diseño autocebante.

Altura estática de elevación

En este ejemplo, la alt ur a est áti ca es la diferencia entre la altura estática de descarga y la altura estática de succión. La razón de esto es que el líquido buscará su propio nivel. Como se trata de un sistema abierto (Presión atmosférica actuante tanto en succión como en descarga), el líquido llenará la bomba y cañería de descarga hasta la altura estática de succión simplemente abriendo una válvula

Altura estática

Altura estática De desc arga Altura estática de succión

Altura est áti ca levaci ó n & A lt ur a eest ca de de eelevaci Alt ura st áti ca tota to ta

Altura estática de descarga Altura estática total

Altura estática total es la suma de la Altura estática de Altura estática de elevación

elevación ydescarga la altura estática de

Cur va de alt ur a del si st ema Fricc ión pura

a r u tl

Cur va de a lt ur a del

A

sistema Fricción Caudal

Altura de fricción (hf): Es la altura requerida para superar la resistencia al flujo en tuberías y accesorios. Depende del diámetro, condición y tipo de la tubería, cantidad y tipo de accesorios, caudal y naturaleza del líquido

Pérdida de carga

Cur va de alt ur a del si st ema Hs Está ti ca + Fri cci ón

a r u t

Cur va de alt ur a del si stema

l A

Fricción Estática Caudal

Altura de Tensión de Vapor (hvp): La tensión de vapor es la presión a la cual el líquido y sus vapores coexisten en equilibrio a determinada temperatura. La tensión de vapor de líquidos puros pueden obtenerse de tablas. Cuando la tensión de vapor es convertida en altura, se denomina altura de tensión de vapor, hvp. El valor de hvp de un líquido se incrementa cuando se eleva la temperatura, y se opone a la presión en la superficie del líquido. Se reduce por lo tanto la altura de presión de succión

AGUA

120 F

212 F 1.692 PSIA

0

320 F

14.696 PSIA

0

89.66 PSIA

Altura de presión (hp): La altura de presión debe ser considerada siempre que el sistema de bombeo empiece o termine en un tanque cuya presión no sea la atmosférica. La presión en dicho tanque debe ser convertida a altura de líquido. Se debe trabajar con la presión absoluta en la superficie del líquido, y si se trata de un sistema abierto a la atmósfera, hp es la presión atmosférica del lugar. Altura de velocidad (hv): Se refiere a la energía del líquido como resultado de su movimiento a una velocidad “v”. Es la altura equivalente desde donde debería caer el líquido para alcanzar v, o la altura necesaria para acelerar el líquido. Su valor es usualmente insignificante en la mayoría de los sistemas de bombeo. Sin embargo, puede ser un factor importante en sistemas de baja altura.

Altura total de succión (HS): Es la altura de presión del tanque de succión (hpS) más la altura estática de succión (hS) más la altura de velocidad en brida de succión (hVS) menos la altura de fricción en línea de succión (hfS). HS = hpS + hS + hvS – hfS La altura total de succión es la presión leída en brida de succión convertida en altura de líquido. Altura total de descarga (Hd): Es la altura de presión en tanque de descarga (hpd) más la altura estática de descarga (hd) más la altura de velocidad en brida de descarga (hvd) más la altura de fricción total en línea de descarga (hfd). Hd = hpd + hd + hvd + hfd La altura total de descarga es la lectura de presión en brida de descarga convertida en altura de líquido.

Altura diferencial total (HT): Es la altura total de descarga menos la altura total de succión: HT = Hd + HS (con altura estática de elevación) HT = Hd - HS (con altura estática de succión)

HT = Hd - HS (con

altu ra estática de succión

)

AGUA S.G. 1.0

105 ft 10 ft

H d = 35 ft

Solución: 105 ft - 10 ft

H s = 2 ft

+ 95 2 ft ft altu ra est ática + 35 ft

132 ft HT

HT = Hd + HS ( co n altur a estática de

AGUA 1.0 S.G.

elevació n )

92 ft

H d = 28 ft

H s = 3 ft 11 ft

Solution 92 ft + 11 ft 103 ft cabez a estáti ca + 3 ft + 28 ft

134 ft HT

Pot enc ia al f reno: Es el monto de potencia que ingresa a la bomba por su eje, no el consumido por el accionamiento.

Caudal (gpm) x Altura (ft) x Peso Específico BHP = 3960 x Eficiencia de bomba (%)

En sistema métrico: Caudal (m3/h) x Altura (m) x Peso Específico BkW = 367 x Eficiencia de bomba (%)

Eficiencia es la relación de potencia de salida con la potencia de entrada

Cabeza x Capacidad x S.G. Eficiencia =

3960 x HP

Viscosidad: La fricción interna o resistencia al movimiento relativo del líquido entre sus partículas se llama viscosidad. Esto puede ser mejor interpretado en términos de habilidad de un liquido a fluir. A más viscosidad, resulta flujo más lento debido a la fricción interna. Se mide normalmente en Centipoise o SSU. Tipos de fluidos, según su variación de viscosidad d a d i s o c s i V

d a d i s o c s i V

d a d i s o c is V

Rango de corte NEWTONIANO La viscosidad es constante con el rango de corte.

Rango de corte TIXOTROPICO La viscosidad disminuye con el rango de corte ( pinturas, melasas, almidón, brea)

Rango de corte DILATANTE Barros minerales – Son difíciles de bombear porque la viscosidad aumenta con el rango de corte

1700

Si la vi sc os id ad aum ent a: • Dism inu ye la e fic iencia

1600 1500

EFFICIENCY

• Dism inu ye la a ltu ra • Dis mi nu ye el c aud al

1400 1300 1200 1100 1000

) m ( 900 d a e 800 H HEA

700 600 500 400

Referencias: Referencias: 00 cSt cSt 150 150 cSt cSt 332 332 cSt cSt 410 410 cSt cSt

300 200 100 0 0

100

200

300

400

500

600

Capacity (m3/hr)

700

800

900

1000

1100

12

Si la vi sc os id ad aum ent a: • Se in cr ementa la po tenci a

4000 3500

)W3000 k ( r 2500 e w o2000 P

POWER

1500 1000

Referencias: Referencias: 00 cSt cSt 150 150 cSt cSt 332 332 cSt cSt 410 410 cSt cSt

NPSH: La altura total de succión en pies de líquido (absoluta, referida al ojo del impulsor) menos la tensión de vapor (en pies) del líquido bombeado. Para succión inundada: NPSH = Ha – Hvpa + Hst – Hfs Ha =

Presión absoluta (en pies) en la superficie del recipiente de succión.

Hvpa = Presión de vapor del líquido a temperatura de bombeo (en pies) Hst =

Altura estática (en pies) del líquido respecto al ojo del impulsor

Hfs =

Pérdidas de fricción totales (en pies) incluyendo las de entrada, en la cañería, válvulas, accesorios, filtros,

NPSH = Presión en el fluído menos la presión de vapor, multiplicado por 2,31, dividido por Peso Específico, más o menos la altura de succión, menos las pérdidas de carga. P P = Presión en superficie del líquido

+Z

P.E.

VP = Presión de vapor del fluido P.E. = Peso Específico

L = Pérdidas de carga

-Z

P

P.E.

NPSHA =

(P - VP) 2.31 P.E.

+Z-L

NPSHA : Ejem plo de NPSH DISPONIBL E

NPSHA =

(14.7 - 1.692) 2.31 .99

Agua120 0F NPSHA = 30.4 + 6 = 36.4 ft 9 ft

H s = 3 ft Presi ón de vap or del agu a a 120 0 F = 1.692 PSIA 0 Peso Esp ecífi co del agu a a 120 F = 0.99

+9 -3

NPSHA : Ejem plo de NPSH DISPONIBLE

H

= 2 ft s

8 ft

NPSHA =

(14.7 - .5069) 2.31 -(8+2) .998

NPSHA = 32.85 - 10 = 22.85 ft

0

Agua a 80 F Presi ón de vap or del agu a a 80 0 F = 0.5069 PSIA Peso Espec ífi co del agu a a 80 0rF = 0.998

Cavitación : Es el proceso que ocurre dentro de la bomba cuando el NPSHA 5,4 x 10*6). Normalmente usado sobre 4000 HP. • Tamb ién usado co n cajas de engr anaje s o acopl es h idr áulic os.

Auxiliaries (Lu be Oil Sys tems)

Pregu nt as y Respu est as