Mdp 02 p 02 Principios Basicos

PDVSA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO BOMBAS

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Indice 1 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

2 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

3 ANTECEDENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

4 DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

5 PR PROC OCED EDIM IMIE IENT NTOS OS DE DI DISE SEÑ ÑO PARA SERVICIOS DE BOMBEO

6

6 FACTORES DE SENSIBILIDAD EN EL COSTO DE INVERSION .

7

7 OPERACIO OPERACIONES NES NOMINALE NOMINALES, S, ALTERN ALTERNAS AS Y FUERA FUERA DE DISE DISEÑ ÑO

8

8 CO CONDICIONES DE ARRANQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

9 FLEXIBILIDAD DE EXPANSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

10 CAUDAL DE FLUJO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

11 PROPIEDADES DEL FLUIDO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

12 PRESION DE SUCCION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

13 CONTROL DE FLUJO DE LA BOMBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

14 PRESION DE DESCARGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

15 PRESION DIFERENCIAL Y REQUERIMIENTOS DE CABEZAL . .

20

16 TEMPERA TEMPERATURA TURA Y PRESIÓ PRESIÓN DE DISEÑ DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

17 SELECCION DE TIPOS DE EQUIPO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

18 SELECCION Y ESPECIFICACION DE MATERIALES . . . . . . . . . . .

23

19 MULTIPLICIDAD Y REPUESTOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

20 DISEÑO DE INSTALACIONES DE BOMBAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

21 REQUERIMIENTOS DE ENERGIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

22 DOCUMENTACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

23 NOMENCLATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Indice 1 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3 ANTECEDENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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4 DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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5 PR PROC OCED EDIM IMIE IENT NTOS OS DE DI DISE SEÑ ÑO PARA SERVICIOS DE BOMBEO

6

6 FACTORES DE SENSIBILIDAD EN EL COSTO DE INVERSION .

7

7 OPERACIO OPERACIONES NES NOMINALE NOMINALES, S, ALTERN ALTERNAS AS Y FUERA FUERA DE DISE DISEÑ ÑO

8

8 CO CONDICIONES DE ARRANQUE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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9 FLEXIBILIDAD DE EXPANSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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10 CAUDAL DE FLUJO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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11 PROPIEDADES DEL FLUIDO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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12 PRESION DE SUCCION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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13 CONTROL DE FLUJO DE LA BOMBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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14 PRESION DE DESCARGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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15 PRESION DIFERENCIAL Y REQUERIMIENTOS DE CABEZAL . .

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16 TEMPERA TEMPERATURA TURA Y PRESIÓ PRESIÓN DE DISEÑ DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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17 SELECCION DE TIPOS DE EQUIPO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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18 SELECCION Y ESPECIFICACION DE MATERIALES . . . . . . . . . . .

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19 MULTIPLICIDAD Y REPUESTOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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20 DISEÑO DE INSTALACIONES DE BOMBAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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21 REQUERIMIENTOS DE ENERGIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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22 DOCUMENTACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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23 NOMENCLATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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ALCANCE En este documento se presentan los procedimientos generales para dise ñar y especificar servicios de bombeo para plantas de proceso con especial énfasis en aquellos servicios donde normalmente se recurre a las bombas centr ífugas. En este documento se cubren solamente los aspectos m ás rutinarios. Los detalles adicionales sobre la tecnolog ía de aplicaci ón de bombas y sobre los servicios de bombeo que presentan dificultades especiales, se muestran en otros documentos de este capitulo. Los servicios con condiciones extremas merecen especial atenci ón de ingenier ía tal como estudios de casos de optimizaci ón, consultas con especialistas de maquinarias y uso de la informaci ón actualizada de los suplidores en lugar de la informaci ón generalizada. Los tipos de condiciones extremas m ás dignas de investigaciones especiales son: caudales de flujo altos, altos cabezales, requerimientos altos de energ ía y servicios con requerimientos potencialmente altos de NPSH. La Figura 5 presenta una l ínea de demarcaci ón de los rangos de cabezal –  –capacidad que normalmente requieren de estudios especiales de ingenier ía.

2

REFERENCIAS Prácticas de Dise ño (Además de otros Documentos de este cap ítulo) MDP –01 –DP –01 MDP –02 –FF –01 / 06 06

“Temperaturas de Dise ño y Presi ón de Diseño” “Flujo de Fluidos ”

Otras Referencias API STANDARD 610

Maxwell, J. B.

3

“Centrifugal Pumps for Petroleum, Heavy Duty, Chemical, and Gas Industry Service ”. Eighth Edition, August 1995. “Databook on Hydrocarbons, Aplication to Process Engineering ”.

ANTECEDENTES El proceso de dise ñar servicios de bombeo y las bombas que aplican a dichos servicios se lleva a cabo en tres etapas principales: 1.

Diseño de Servicios de Bombeo

2.

Selecci ón de Bombas y Dise ño de la Instalaci ón

3.

Diseño de Bombas.

El diseño del servicio de bombeo se prepara como un componente del dise ño global globa l del proceso. Los aspectos de selecci ón de equipos y aplicaci ón se realizan en forma compartida por ingenieros de maquinarias pertenecientes a los equipos

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de ingenier ía de detalle y los ingenieros de aplicaci ón de la compa ñía suplidora de bombas seleccionada; el dise ño detallado de la instalaci ón se realiza como una parte de la ingenier ía de detalle del proyecto. El dise ño de la bomba es realizado por los dise ñadores de las compa ñías suplidoras de bombas, quienes usan normalmente componentes prefabricados para ensamblaje. La Tabla 1 presenta un sumario de como los distintos par ámetros involucrados en el diseño de servicios de bombeo son procesados a trav és de todas las etapas de ingenier ía.

4

DEFINICIONES Normalmente especificado por:

La Funci ón del Servicio de Bombeo es un término que comúnmente se aplica a los requerimientos de funcionamiento y caracter ísticas del fluido para un servicio determinado, a diferencia de las caracter ísticas mecánicas y de instalaci ón de la bomba y del servicio.

Diseñador servicio

del

El Caudal de Flujo Nominal es el caudal de flujo de operaci ón normal sobre la cual se basan los rangos de funcionamiento de la bomba as í como las garant ías correspondientes. La Presi ón de Succi ón Nominal es la presi ón de succión para las condiciones de operaci ón en el punto de garant ía (según API 610). La Presión de Succi ón Máxima es la presión de succión más alta a la cual la bomba es sometida durante la operaci ón (según API 610). La Presi ón de Descarga Nominal es la presi ón de descarga de la bomba en el punto de garant ía con la capacidad, velocidad, presi ón de succi ón y densidad absoluta nominales (seg ún API 610). La Presión de Descarga M áxima es la Máxima presión de succión posible a ser encontrada, m ás la presi ón diferencial Máxima que la bomba es capaz de desarrollar cuando se opera a la condici ón especificada de velocidad, gravedad espec ífica, y temperatura de bombeo con el impulsor suministrado (seg ún API 610).

Diseñador servicio

del

Diseñador servicio

del

Diseñador servicio

del

Diseñador servicio

del

Suplidor Bombas

de

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La Presión de Dise ño es la mínima presión para la cual la bomba, su cuerpo y bridas deben ser seguras para operaci ón continua a la temperatura de dise ño, considerando el agotamiento de la holgura para corrosi ón estipulada. La Presi ón de Trabajo M áxima Permisible para el Cuerpo de la Bomba es la presi ón de descarga m ás grande a la temperatura especificada de bombeo para la cual se ha dise ñado el cuerpo de la bomba. Esta presi ón deberá ser igual o mayor que la M áxima presión de descarga (API 610). de bombas La Temperatura de Bombeo Nominal es la temperatura de operación normal sobre la cual se basan las garant ías y rangos de funcionamiento de la bomba. La Temperatura de Dise ño es la temperatura del metal para la cual la bomba, su cuerpo, bridas, holguras internas y estructuras de soporte deben ser seguras en operaci ón continua a la presi ón de diseño. La temperatura de dise ño es igual a la temperatura de bombeo nominal m ás un incremento para cubrir la flexibilidad operacional. La temperatura M áxima es la que normalmente controla y siempre se especifica. La temperatura m ínima también se especifica cuando la temperatura m ás baja del l íquido influye el dise ño y la selecci ón de material. Esto podr ía ocurrir por debajo de 15 °C (60°F). La Temperatura M áxima Permisible de Trabajo es la mayor temperatura del fluido para la cual el suplidor ha diseñado la bomba para ser segura y operable. Esta temperatura deber á ser igual o mayor a la temperatura de diseño especificada.

Diseñador servicio

Los Requerimientos de Cabezal para un Servicio son los requerimientos de presi ón total diferencial entre las presiones nominales de succi ón y descarga, convertidos a una altura equivalente de l íquido bombeado, a la densidad absoluta que corresponde a la temperatura de bombeo nominal de Bombas

Suplidor

del

Suplidor

Diseñador servicio

del

Diseñador Servicio

del

Suplidor Bombas

de

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La Capacidad de Cabezal de una Bomba es la tasa a la cual la energ ía puede ser a ñadida al fluido por la bomba para producir un aumento de presi ón a un caudal de flujo determinado. Las unidades comunes son:

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Suplidor Bombas

de

Suplidor Bombas

de

Suplidor Bombas

de

kJ de energ ía x gc, en m de fluido bombeado kg de masa x g pie.lbf de energ ía x gc,en pie de fluido bombeado. lb de masa x g La Potencia al Freno Nominal (kW (HP) es la potencia requerida por la bomba a las condiciones de operaci ón nominales especificadas, incluyendo capacidad, presiones, temperatura, densidad absoluta y viscosidad (según API 610). El Punto de Mayor Eficiencia ( “PME”) es el caudal flujo de operaci ón para una velocidad dada a la cual se logra la Máxima eficiencia. Las bombas centr ífugas se seleccionan para trabajar a caudales de flujo que est án entre 40 y 100% de la correspondiente al PME.

El Servicio de Bombeo describe los requerimientos de proceso para elevar la presi ón de una corriente l íquida. El servicio es efectuado por una estaci ón de bombeo. Una Unidad de Bombeo se refiere a la bomba y sus equipos auxiliares instalados en/o cerca de la base de la bomba: medio motriz, acoples, bases, pedestales de soporte, facilidades de autolimpieza, sistema de lubricaci ón, etc. Los Requerimientos de Instalaci ón se refieren a los sistemas de tuber ías y accesorios asociados a la bomba, los sistemas de control, facilidades de protecci ón, mantenimiento instrumentaci ón y otros servicios auxiliares que normalmente no est án instalados sobre la base de la bomba o que son suministrados por el suplidor. Una Estaci ón de Bombeo es un grupo de unidades de bombas instaladas en un lugar para cumplir el mismo servicio de bombeo o servicios muy relacionados entre sí, incluyendo todas las facilidades de instalaci ón.

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PROCEDIMIENTOS BOMBEO

DE

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DISEÑO

PARA

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SERVICIOS

DE

Los pasos siguientes se recomiendan para el dise ño de un servicio de bombeo. 1.

Obtener el caudal de flujo requerido por el proceso. Definir algunas variaciones con respecto al flujo de dise ño que deber ían ser incluidos en el diseño, tales como condiciones de arranque, expansi ón futura, flujo m áximo, etc. Seleccionar el valor para el caudal de flujo nominal.

2.

Convertir el caudal de flujo nominal a las condiciones de bombeo en unidades convencionales utilizadas para dise ño de bombas (normalmente dm3 /s (U.S. gpm).

3.

Determinar las propiedades del l íquido críticas para el dise ño de la bomba: densidad absoluta, temperatura, viscosidad, punto de fluidez, etc. Estos valores se requieren a las condiciones de bombeo y en algunos casos, a condiciones ambientales.

4.

Calcular las condiciones de succi ón disponibles presi ón de succi ón nominal, presión de succi ón Máxima, NPSH disponible.

5.

Determinar el efecto del sistema de control seleccionado sobre los requerimientos de funcionamiento de la bomba.

6.

Calcular los requerimientos de presi ón de descarga nominal para la bomba

7.

Calcular el requerimiento de presi ón diferencial para el servicio y convertirlo a cabezal a la densidad absoluta correspondiente a la temperatura nominal de bombeo. (A las diferentes condiciones de flujo establecidas).

8.

Determinar la presi ón y temperatura de dise ño requeridas por la bomba y las tuberías asociadas.

9.

Seleccionar el tipo de bomba y el tipo de medio motriz (Ing. de Procesos y Especialista en Equipos Rotativos).

10.

Seleccionar materiales de construcci ón (Especialista en Equipos Rotativos y Especialista en Materiales).

11.

Determinar requerimientos de bombas de repuesto y su necesidad para operaci ón en paralelo.

12.

Determinar otros requerimientos de instalaci ón tales como detalles de sistemas de control, arranque autom ático de la bomba de repuesto, etc.

13.

Seleccionar el tipo de sello del eje y determinar los requerimientos para limpieza externa o sistemas de sello (Ing. de Procesos y Especialista en equipos Rotativos).

14.

Estimar los requerimientos de servicios.

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Documentar el dise ño: cálculos, estudios, texto de la especificaci ón de diseño, sumario aproximado de los requerimientos de servicios, etc.

Los servicios con requerimientos de cabezal –capacidad por encima de la l ínea guía en la Fig. 5, se deber ían considerar en una forma de dise ño especial con los objetivos siguientes:

6

1.

Optimizar la multiplicidad de unidades de bombeo.

2.

Asegurar la compatibilidad del NPSH disponible con los requerimientos de modelos de bombas disponibles.

3.

Asegurar la exactitud de los valores estimados para requerimientos de potencia y especificaci ón del medio motriz.

4.

Determinar si un estilo particular de construcci ón debería ser especificado para asegurar una selecci ón óptima de la bomba.

eficiencia,

FACTORES DE SENSIBILIDAD EN EL COSTO DE INVERSION Los siguientes factores en el dise ño de servicios de bombeo tienen una marcada influencia sobre el costo de la unidad de bombeo y su instalaci ón, están en listados en orden descendente de influencia. Número de bombas instaladas en el servicio (alineadas en paralelo) Material de cuerpo NPSH disponible Requerimiento de cabezal Caudal de flujo por bomba Presión de dise ño Temperatura de dise ño Selecci ón de tipo de bomba Daños o peligros causados por inflamabilidad del fluido, toxicidad y Corrosividad Contenido de s ólidos en el l íquido Requerimientos de potencia Selecci ón del tipo de medio motriz Estos factores deber ían tener una consideraci ón especial durante la fase de diseño del servicio para asegurar que se evita un costo de inversi ón innecesario.

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OPERACIONES NOMINALES, ALTERNAS Y FUERA DE DISEÑO En adición a las condiciones nominales de la bomba, el dise ñador deber ía considerar las variaciones en los siguientes factores por las razones que se indican en cada caso: Mí nimo

Máximo

Caudal de Flujo

Se puede requerir re circulación por bajo flujo

El NPSH disponible ser á probablemente más bajo que para el flujo normal. Esto tiene influencia sobre el dimensionamiento del medio motriz

Temperatura

Se pueden requerir materiales especiales con resistencia al impacto

El diseño mecánico de la bomba debe ser adecuado

Densidad absoluta

Influencia sobre el cabezal para el cual debe ser diseñada la bomba

Determinar requerimientos máximos de potencia

Viscosidad

De mucha significaci ón en la estimaci ón del funcio – namiento de las bombas rotatorias

Débito en el funcionamiento de las bombas centr ífugas; el valor de la viscosidad a temperatura ambiente tiene influencia sobre las insta – laciones requeridas para el calentamiento inicial

Punto de fluidez

Normalmente n o es tan importante

Determina la necesidad de facilidades de calentamiento inicial y su dise ño.

Contenido de s ólidos

Sin importancia

Afecta el dise ño interno y el tipo de bomba. Igualmente tiene influencia sobre los requerimientos de mante – nimiento

Presión de succi ón

Se necesita calcular la presión diferencial reque – rida y el NPSH R

Se utiliza para determinar la presión de diseño

Presión de descarga

Podría indicar si es de valor el considerar medio motriz con velocidad variable

Se necesita para calcular la presión diferencial requerida y la presión de diseño del cuerpo de la bomba.

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CONDICIONES DE ARRANQUE Las condiciones de arranque algunas veces difieren de una forma tan significativa de las condiciones nominales que afectan el funcionamiento de la unidad de bombeo. Por ejemplo, algunas veces las unidades de proceso se ponen en operaci ón con alimentaciones diferentes a las de dise ño. Esto ocasiona que los caudales de flujo y propiedades del fluido de varias corrientes intermedias difieran de los valores de dise ño. La operaci ón inicial, a ún con las alimentaciones de diseño, pueden estar fuera de control por un tiempo tan prolongado que tendr ía el mismo efecto sobre las condiciones del servicio de bombeo. Cuando se prevean condiciones de operaci ón de arranque fuera del dise ño, el Diseñador debe decidir si el dise ño del servicio de bombeo debe hacerse para las condiciones nominales y las de fuera de dise ño. La experiencia ha demostrado que el dise ño para condiciones de arranque anormales generalmente es innecesario. Usualmente se pueden aplicar mecanismos para realizar las operaciones de arranque necesarias sin requerir inversiones en instalaciones adicionales. Por esta raz ón, el dise ño para las condiciones de arranques normalmente no se recomienda a menos que existan circunstancias muy especiales. Un ejemplo importante de la operaci ón de la bomba a condiciones diferentes de las nominales es el uso de bombas de hidrocarburos para circulaci ón de agua antes de la operaci ón inicial del proceso. El agua se circula para lavar los recipientes y sistemas de tuber ías y para probar las bombas mec ánicamente. Ya que el agua tiene una densidad absoluta mucho mayor que la de casi todos los hidrocarburos, los requerimientos de potencia de la bomba con agua pueden ser mayores que la capacidad del medio motriz de que se dispone. Esto requiere de sumo cuidado al planificar y supervisar la operaci ón con agua, pero la experiencia no justifica dise ños especiales o inversiones adicionales para tal fin.

9

FLEXIBILIDAD DE EXPANSION La planificaci ón a largo plazo y la estrategia de inversi ón en instalaciones para manufactura, ocasionalmente justifica la inversi ón previa en equipo inicial de planta para permitir una expansi ón futura en capacidad a un costo bajo. Los servicios de bombeo, en conjunto con otros equipos de la planta, pueden ser diseñados inicialmente para el grado de flexibilidad de expansi ón deseada. La forma más simple de prepararse para un futuro aumento en el caudal de flujo es el de especificar simplemente aquel espacio que se estipular á en el diagrama de planta inicial para una bomba adicional que opere en paralelo con la bomba original.

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Una mejor manera, en muchos casos, consiste en especificar los datos de la operaci ón futura, en conjunto con las condiciones nominales iniciales, y especificar que la bomba y sus facilidades de instalaci ón sean pre –especificadas desde el punto de vista de ingenier ía para la expansi ón futura de la planta. En este caso la l ínea de succi ón debería ser dimensionada para el caudal de flujo futuro y se deber ía tener cuidado al especificar el cabezal neto de succi ón positiva disponible (NPSH D) para el caudal de flujo.

10 CAUDAL DE FLUJO El caudal de flujo volum étrico, Q, (a la temperatura de bombeo) puede ser calculado a partir del Flujo Másico o Flujo Volum étrico a condiciones est ándar según se indica en MDP –02 –P –06. Los caudales de flujo por debajo de 6.3 dm 3 /s (100 gpm) con cabezales sobre los 107 m (350 pie) y por debajo de 3.2 dm 3 /s (50 gpm) con cabezales bajo los 107 m (350 pie) est án generalmente por debajo de los caudales de flujo óptimos para bombas centrífugas y requieren especial cuidado en el dise ño del servicio, ver MDP –02 –P –03.

11 PROPIEDADES DEL FLUIDO Fuentes de Informaci ón Las propiedades del fluido podr ían ser obtenidas del Maxwell Databook on Hydrocarbons o a trav és del uso de Paquetes de Simulaci ón de Procesos. Otras fuentes de informaci ón podrían ser usadas cuando sean validadas en forma adecuada. Temperatura del Fluido La temperatura del fluido afecta los siguientes aspectos del dise ño de la bomba: 1.

Estilo de construcci ón de la bomba

2.

Materiales

3.

Necesidad de agua de enfriamiento

4.

Niveles de presi ón adecuados de las bridas est ándar.

Si las propiedades del fluido, tales como la densidad absoluta y la viscosidad, difieren significativamente a la temperatura nominal de operaci ón y a la temperatura ambiente, y si se requiere el arranque bajo las condiciones de temperatura ambiente, entonces el rango de temperatura ambiente conveniente a ser utilizado se debe especificar.

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Presión de Vapor del Fluido El fluido que viene del rehervidor de una torre o del tambor de destilado del tope normalmente estar á en su punto de ebullici ón, y en tales casos la presi ón en este recipiente al nivel del l íquido se puede utilizar como la presi ón de vapor del l íquido. Cuando este no es el caso, la presi ón de vapor del fluido debe ser determinada mediante los gr áficos de presi ón de vapor o fugacidad. Densidad Absoluta La densidad absoluta del fluido afecta los siguientes aspectos del dise ño de la bomba. 1.

Los requerimientos de cabezal para producir una presi ón diferencial dada.

2.

La capacidad de presi ón diferencial de los tipos de bombas con capacidad de cabezal limitado, tales como las bombas centr ífugas.

3.

El flujo másico para un caudal de flujo volum étrico dado.

4.

Requerimientos de potencia.

La densidad absoluta deber ía ser especificada a la temperatura nominal de bombeo. Los valores se pueden obtenerse a 15 °C (60°F) y luego aplicarle los factores de correcci ón apropiados para la temperatura real. Viscosidad La viscosidad del fluido afecta los siguientes aspectos del dise ño de la bomba: 1.

Selecci ón del tipo de bomba

2.

Eficiencia y caracter ísticas de cabezal –capacidad

3.

Necesidad para facilidades de calentamiento inicial y calentamiento del cuerpo de la bomba.

El impacto de la viscosidad en la selecci ón de las bombas centrífugas es esquematizado tanto en MDP –02 –P –05 como en MDP –02 –P –08 correspondiente a la selecci ón de bombas de desplazamiento positivo. El efecto específico de viscosidad en el funcionamiento de la bomba centr ífuga se presenta en MDP –02 –P –07. La viscosidad deber ía ser especificada si su valor excede de 5 mm2 /s (50 SSU, 5 cSt) a la temperatura nominal de bombeo. Las relaciones de viscosidad y unidades que se usan com únmente en el dise ño de plantas de proceso son las siguientes:

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Viscosidad Unidades Métricas Absoluta

Cinemática

Pa.s

mm2/s

Saybolt Universal

Sí mbolo

Unidades Inglesas gr/cm.s Poise (P)

= =

cm2  /s Stoke (St) = 100cSt. s

106

F2

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Calculado mediante:

 ––––

µ

100 centipoise (cP) = 100 centistoke

SSU

m n+ò

xF 2

Ec.(1)

Por debajo de 250 SSU, ver las conversiones en “Maxwell Databook ” on hydrocarbons. Por encima de 250 SSU, SSU = (cSt) x 4.62

62.428

Una variedad de diferentes viscos ímetros industriales se usan en el mundo, incluyendo Saybolt Thermo, Saybolt Universal, Saybolt Furol, Redwood Standard y viscosímetros Engler. Las curvas de conversi ón para estas mediciones se pueden encontrar en el “Maxwell Databook on Hydrocarbons ”. Punto de Fluidez El punto de fluidez tiene influencia sobre la necesidad de facilidad desde calentamiento inicial para la bomba. Esta temperatura deber ía ser especificada si es más alta que la m ínima temperatura ambiente del lugar. Corrosividad La corrosividad del fluido afecta los siguientes aspectos del dise ño de bombas: 1.

Materiales de construcci ón y tolerancias para corrosi ón seleccionadas

2.

Necesidad de un l íquido externo de lavado para mantener el l íquido corrosivo fuera del alcance del sello del eje.

3.

Diseño del cuerpo de la bomba cuando se requiere de materiales costosos.

La mayoría de las corrientes de refiner ía contienen compuestos de azufre corrosivos, y muchos productos qu ímicos utilizados en refinaci ón de petr óleo son corrosivos. Únicamente los productos destilados terminados se pueden clasificar normalmente como no corrosivos.

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La identificación y concentraci ón de sustancias corrosivas no comunes en el fluido deben ser se ñaladas en las Especificaciones de Dise ño. Ejemplos comunes son SO2 líquido, 45% H2SO4, solución c áustica de 15 °Bé, fenol, H2S, cloruros, etc. Si se conoce informaci ón adicional sobre sustancias corrosivas y materiales adecuados provenientes de experiencias previas de planta o pruebas de laboratorio, esta deber ía ser incluida en la Especificaci ón de Dise ño. Contenido de S ólidos El contenido de s ólidos en la corriente de l íquido afecta los siguientes aspectos del diseño de la bomba: 1.

Caracter ísticas del fluido (Newtoniano, no –Newtoniano, etc.), as í como los requerimientos de presi ón diferencial.

2.

Diseños para resistencia a la erosi ón

3.

Dimensiones del canal de flujo, tipo de impulsor

4.

Velocidad perif érica del impulsor

5.

Caracter ísticas de dise ño para desintegrar las part ículas grandes, tales como el diseño del tipo “Desintegrador de Coque ”

6.

Diseño del sello al eje.

Los sólidos más comunes encontrados en las corrientes de refiner ía son las partículas de coque en tubos rehervidores (o calderas) y en los fondos del fraccionador primario de craqueadores con vapor, sistemas de enfriamiento directo de craqueadores con vapor y torres lavadoras de unidades de coquificaci ón, y partículas de catalizador en servicios de aceite lodos o en las unidades de craqueo catal ítico. En los servicios con s ólidos, las bombas deber ían ser protegidas de las part ículas grandes tales como aglomerados de coque mediante filtros permanentes en la succión de la bomba y/o con mecanismos tales como filtros de coque en el fondo de los destiladores de vac ío. Las Especificaciones de Dise ño deben señalar el tipo, distribuci ón de tamaño de partículas, densidad y concentraci ón de los sólidos en la corriente de l íquido que llega a la bomba. El porcentaje en peso se usa normalmente como la forma m ás conveniente de expresar la concentraci ón de sólidos en las Especificaciones de Diseño. A partir de esta y de los valores de densidad, el Dise ñador de la bomba puede calcular la concentraci ón en volumen.

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Si se conoce que ciertos tipos de construcci ón de bombas, tales como el tipo de desintegrador de coque o del tipo de lodo (de suspensi ón), son satisfactorios según experiencia previa de planta, éstas deber ían ser especificadas. El carácter abrasivo de los s ólidos en la suspensi ón es extremadamente importante para el dise ño de la bomba y para los requerimientos de mantenimiento. La mejor forma de describir la abrasividad es especificando los datos de dureza del s ólido. Con frecuencia, se utilizan dos escalas en ingenier ía de suspensiones, las cuales son la escala de dureza de Moh y el n úmero de Knoop. Si la fractura de los sólidos es da ñina para el proceso, como ocurre en algunas aplicaciones de semis ólidos, esto se deber ía indicar. Una suspensi ón se define arbitrariamente como aquella mezcla donde hay m ás de un 1% en peso de s ólidos en un l íquido. La construcci ón de bombas convencionales de proceso normalmente es adecuada para concentraciones de sólidos hasta un 2% en peso, y cuando los s ólidos son menores de 100 micrómetros (= micrones) en tama ño. Las bombas de etapas m últiples no deberían usarse en concentraciones de s ólidos mayores de 1%; un dise ño preferible es el de dos bombas en serie, tal vez, con un medio motriz com ún. Caracter í sticas del Flujo La gran mayor ía de los l íquidos en las refiner ías y plantas de procesos qu ímicos tienen caracter ísticas de flujo que permiten denominarlos “Newtonianos ”, lo cual significa que la tasa de esfuerzo (flujo) es linealmente proporcional al esfuerzo de corte (fuerza que causa el flujo). Debido a que la tasa de esfuerzo y el esfuerzo de corte son proporcionales, su relaci ón, que se denomina viscosidad absoluta (Pa.s (centipoises)) es constante. As í, la viscosidad absoluta de los fluidos Newtonianos permanece constante frente a cambios en el caudal de flujo. Algunas suspensiones y otros l íquidos que se manejan en las industrias qu ímicas, de plástico, de alimentos, de procesamiento de papel y miner ía tienen caracter ísticas de flujo que no var ían linealmente con el caudal de flujo y se denominan “no –Newtonianos”. Las caídas de presi ón en las tuber ías de succión y descarga no pueden ser calculadas por los m étodos normales cuando se manejan suspensiones no –Newtonianas. El tama ño de la l ínea debe asegurar que la velocidad de transporte cr ítica de la suspensi ón se alcance. Los datos con los cuales se realiza el dise ño deben provenir de pruebas, experiencias, o fuentes de literatura calificadas.

12 PRESION DE SUCCION Nivel de Referencia de la Bomba La presión de succión normal se calcula y se especifica para un nivel de referencia arbitrario de 600 mm (2 pie) sobre el nivel de referencia del piso. Este nivel es

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típico de la l ínea central del impulsor en los tipos de bombas com únmente utilizados  – bombas de proceso horizontales de una etapa y de capacidad media (15 a 65 dm 3 /s (200 a 1000 gpm)). La elevación de la línea central de la bomba seleccionada realmente para el servicio normalmente diferir á algo de los 600 mm (2 pie) arbitrarios, dependiendo de la altura de la base de la bomba escogida, tipo de bomba, tama ño y orientaci ón. La diferencia entre el nivel de referencia arbitrario y el nivel de referencia real es muy peque ña para tener alg ún significado en la determinaci ón de los requerimientos de cabezal en la mayor ía de los servicios, pero es un factor de suma importancia en el establecimiento del NPSH de que se dispone realmente para la bomba instalada, y debe verificarse por consiguiente cuando se seleccione la bomba y se realice el dise ño de la base. Una verificaci ón de la elevaci ón de la línea central real de la bomba contra el nivel de referencia de 600 mm (2 pie), es especialmente necesaria para bombas de alta capacidad las cuales ser án físicamente grandes y podr ían tener sus l íneas centrales más de 600 mm (2 pie) por encima del piso, y para bombas verticales que podrían tener sus bridas de succi ón muy cercanas al piso. Seleccionar y especificar el nivel de referencia que requiere de especial atenci ón en casos de: 1.

Bombas alineadas a ser localizadas en sistemas de bombeo elevados, en vez de al nivel del piso.

2.

Bombas de agua de pozo profundo y bombas de agua de enfriamiento que están localizadas con respecto al nivel de la superficie del agua, en vez de al nivel del piso.

El nivel de referencia convencional de 600 mm (2 pie) deber ía ser usado tambi én para bombas de proceso verticales de m últiples etapas, aunque el impulsor de la primera etapa est á localizado por debajo de este nivel y el NPSH D a dicho nivel será mayor que al nivel de 600 m (2 pie). El suplidor de la bomba puede hacer la conversi ón necesaria, utilizando la localizaci ón real de la brida de succi ón de la bomba y de la longitud de la bomba seleccionada. La Especificaci ón de Diseño debería establecer a que nivel de referencia de la bomba han sido calculados tanto la presi ón de succi ón especificada como el NPSH disponible, normalmente 600 mm (2 pie) sobre el piso. El API 610 especifica que los suplidores de las bombas establecen sus requerimientos de NPSH para bombas horizontales como aquel requerido en la línea central del eje y para bombas verticales como aquel requerido en la l ínea central de la brida de entrada.

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Nivel del Tambor de Succi ón El nivel de l íquido en el envase de succi ón que se utiliza para c álculos de NPSH debería ser el nivel m ínimo operable. Para recipientes verticales con cabezales convexos, se asume normalmente que est á en la línea tangente del fondo del recipiente. Para alcanzar los requerimientos de NPSH de las bombas centr ífugas comerciales un dise ño económico normalmente coloca la l ínea tangente del fondo de los recipientes de succi ón que contienen fluidos en su punto de burbuja, aproximadamente, 4500 mm (15 pie) sobre el piso. Las unidades de proceso con una capacidad muy grande podr ían requerir elevaciones de recipientes m ás altos debido a los requerimientos mayores de NPSH para las bombas de altos caudales de flujo. Se requiere de estudios de casos individuales para determinar la elevaci ón óptima del recipiente. La Figura 5. indica los servicios que normalmente ameritan un estudio individual. Presión de Succi ón Sub –Atmosf érica Con la excepci ón de las bombas que succionan de equipos de vac ío, la presi ón de succión de las bombas no deber ía ser dise ñada para estar muy por debajo de la presión atmosférica. A presiones reducidas la filtraci ón de aire al interior de la línea y/o la vaporización de gases disueltos podr ían causar problemas. La presi ón de succión mínima recomendada es de 83 kPa absolutos (12 psia). Esto es aplicable para casos tales como el de succionar desde tanques que tienen l íneas de succión muy largas. Cálculo de la Presi ón Normal de Succi ón El cálculo de la presi ón normal de succi ón se realiza por los m étodos presentados en el capitulo de Flujo de Fluidos de este Manual. Cuando se requieren filtros permanentes en la succi ón, una ca ída de presi ón 7 kPa (1 psi) deber ía ser considerada para el filtro. Para los servicios donde las l íneas de succi ón son muy largas, o si el margen de NPSH disponible por sobre los requerimientos de la bomba se sabe que son pequeños, un estimado exacto de la ca ída de presión en la tuber ía de succi ón es necesario. Los estimados de longitudes equivalentes deber ían basarse en el diagrama de planta real y en una aproximaci ón bastante buena de la ruta real de la línea. Presión Máxima de Succi ón Este valor se obtiene sumando la presi ón de ajuste de la v álvula de seguridad (si existe alguna) del recipiente desde el cual succiona la bomba, la ca ída de presi ón desde la válvula de seguridad al punto donde se mantiene el nivel de l íquido y el máximo cabezal est ático de líquido en la succi ón. Al calcular el cabezal est ático, utilizar el “alto nivel de l íquido” de diseño para el recipiente.

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La caída de presi ón por fricci ón en la línea de succi ón no se considera en este cálculo debido a que se asume que la condici ón de Máxima succión ocurre cuando el flujo a trav és de la bomba es cero, con la v álvula en la descarga cerrada. NPSH Ver MDP –02 –P –04.

13 CONTROL DE FLUJO DE LA BOMBA El caudal de flujo de la gran mayor ía de las bombas centr ífugas se controla con una válvula de control en la l ínea de descarga. El caudal de flujo de muchas bombas de desplazamiento positivo se controla reciclando una porci ón del flujo de descarga a la succi ón de la bomba, con una v álvula de control en la l ínea de reciclo. Las válvulas de control pueden ser posicionadas por se ñales de nivel, presi ón, flujo o controladores de temperatura para cumplir con los requerimientos de proceso. Para bombas centr ífugas, la V álvula de control impone una cantidad variable de caída de presi ón sobre los requerimientos naturales de presi ón del sistema. Un aumento de la cantidad de ca ída de presi ón a través de la v álvula de control incrementa la presi ón de descarga de la bomba, su generaci ón de cabezal y reduce el caudal de flujo. Una disminuci ón en la caída de presi ón a través de la Válvula de control tienen el efecto opuesto. Cuando la V álvula de control est á completamente abierta, el flujo no est á bajo control, sino que est á determinado por la interacci ón natural de la caracter ística de funcionamiento de la bomba con la resistencia caracter ística del sistema. La funci ón de la Válvula de control se ilustra en la Figura 6. Igualmente, pueden usarse motores de velocidad variable para controlar el flujo de una bomba centr ífuga. Este t ópico se cubre en MDP –02 –P –07.

14 PRESION DE DESCARGA Factores que Contribuyen a los Requerimientos de Presi ón de Descarga La presión de descarga requerida es el resultado de la suma de los requerimientos de presión de tres tipos diferentes: 1.

Estático, independiente del caudal de flujo

a.

Presión de operaci ón en el punto donde se controla la presi ón (normalmente un recipiente) a la cual la bomba est á descargando su flujo, o presi ón atmosférica en el caso de tanques de almacenamiento atmosf érico.

b.

La diferencia de elevaci ón entre el nivel de referencia de la bomba y el nivel de líquido del recipiente de descarga (m áximo) que suma el cabezal est ático a los requerimientos de cabezal de descarga. Se debe considerar la M áxima

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altura de líquido en el recipiente de descarga para obtener el m áximo cabezal de elevaci ón requerido. 2.

Cinética, dependiente del caudal de flujo

a.

La caída de presión a través de equipos de procesos en el circuito de descarga tales como intercambiadores de calor, reactores, filtros, hornos, etc.

b.

Boquillas de inyecci ón, algunas veces con ca ídas de presi ón altas para atomizaci ón, y algunas veces expuestas a ensuciamiento.

c.

Orificios para medici ón de flujo.

d.

Resistencia en sistemas de tuber ías, incluyendo codos, conexiones en T, bridas, válvulas de compuerta y de retenci ón.

3.

Variable, modulada de acuerdo a los requerimientos de control del proceso

a.

Válvula de control Para todos los factores que dependen del caudal de flujo, es necesario calcular la caída de presión para el máximo caudal de flujo deseado. Un valor aproximado de ella se obtiene mediante la siguiente expresi ón: DPmax

+ DPnormal x





tasa máxima tasa normal

2

Cálculo de Ca í das de Presi ón en Tuber í as y Válvulas de Control Las caídas de presi ón en la tuber ía de descarga (y succi ón) podría ser calculada por los métodos del capitulo de Flujo de Fluidos de este Manual. Se debería tener especial cuidado al calcular la ca ída de presi ón para servicios de bombeo que succionan de tanques de almacenaje ya que podr ían existir líneas muy largas y muchos codos en el sistema. Como una base para el C álculo, se debería usar el diagrama de planta previsto para el sistema de tuber ías y se deberían señalar las bases consideradas en las Especificaciones de Dise ño. La caída de presi ón a través de las Válvulas de control puede asignarse de la siguiente manera: A veces est á automáticamente asignada, cuando est án en una l ínea entre dos recipientes de succi ón y descarga que tienen presi ón controlada. Cuando se encuentra a la descarga de una bomba que env ía liquido a trav és de una serie de equipos intermedios hasta un punto de presi ón controlada, la ca ída de presión de la válvula de control puede fijarse en un 20% de las perdidas totales

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de presión por fricci ón del circuito mas una cantidad adicional de acuerdo a la diferencia de presi ón estática (DPE) del circuito (10% de DPE para DPE< 1400 kPa, 140 kPa para DPE entre 1400 y 2800 kPa y 5% de DPE para DPE>2800 kPa). Estas reglas deben usarse con cuidado pues pueden resultar en valores muy alto o muy bajos dependiendo del sistema, en estos casos debe privar el criterio Ingenieril y la experiencia para asignar la ca ída de presi ón. Para informaci ón adicional refi érase a la Secci ón 12 –Instrumentaci ón del Manual de Dise ño de Procesos. Practicas de Dise ño versión de 1986. Presión de Descarga M áxima Esta presi ón se utiliza para determinar la presi ón de dise ño y es la suma de la presi ón de succi ón Máxima y la presi ón diferencial M áxima. La Máxima presión diferencial para las bombas centr ífugas normalmente ocurren a flujo cero (Shut Off) y se asume que es 120% del diferencial nominal (Ver MDP –02 –P –07) basado en la M áxima densidad absoluta prevista para el fluido. Si se encuentra que el diferencial m áximo es mayor de 120% del diferencial nominal (lo cual es particularmente predominante en bombas de m últiples etapas y de altos caudales de flujo) para la bomba seleccionada, entonces las presiones Máximas de descarga y de dise ño deberían ser incrementadas de acuerdo a esto. Esto tiende a ocurrir con bombas de caudal alto de flujo debido a las caracter ísticas de impulsores de alta velocidad espec ífica que se utilizan. Por el contrario, las bombas se pueden especificar para tener una presi ón de disparo a alg ún nivel menor que 120% del diferencial de modo que se pueda bajar la presi ón nominal de diseño de las l íneas y los intercambiadores de una clasificaci ón a otra. Esto no debería hacerse a menos que se obtenga alg ún crédito por el hecho de reducir la presión nominal de dise ño de las l íneas y equipos. No se debe especificar menos de 110% del diferencial, ya que esto promueve el uso de una curva caracter ística de operaci ón de la bomba tan plana que hace que su funcionamiento sea inestable. La Máxima presión de descarga de una bomba de desplazamiento positivo est á determinada por el ajuste de la V álvula de seguridad de la descarga. Ver MDP –02 –P –08 para los detalles.

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Caracter í sticas de los Requerimientos de Presi ón del Sistema Cuando se dise ña un nuevo servicio de bombeo o se estudia el comportamiento de un servicio existente, una ayuda importante para comprender los requerimientos de control de flujo es el de describir en forma gr áfica la relaci ón entre la curva caracter ística de los requerimientos de presi ón del sistema y la curva caracter ística de funcionamiento de la bomba. En el caso de nuevos dise ños, la curva de la bomba centr ífuga se puede estimar utilizando el punto de capacidad –cabezal nominal y la forma de la curva promedio que se muestra en el apéndice del MDP –02 –P –07. Los requerimientos de presi ón del sistema pueden graficarse con los valores de presiones de descarga calculados para flujo nominal, flujo cero y algunos flujos adicionales tales como 0.5, 0.8, 1.2 y 1.5 del valor nominal. Este gráfico puede usarse para mostrar como una velocidad de motor de la bomba variable podr ía utilizarse para control, cuanto cabezal se consume a trav és de la Válvula de control que sucede con la V álvula de control cuando est á completamente abierta, cuanto incremento en el flujo se podr ía lograr al operar una segunda bomba id éntica en paralelo, etc.

15 PRESION DIFERENCIAL Y REQUERIMIENTOS DE CABEZAL Cálculos Para los c álculos de cabezal a partir de la presi ón diferencial ver MDP –02 –P –06. Use las presiones nominales de succi ón y descarga para el C álculo de presi ón diferencial y del cabezal. No es necesario reportar el cabezal en las Especificaciones de Dise ño, ya que los valores necesarios para calcularlo, diferencial de presi ón y densidad absoluta, se especifican separadamente. Se debe tomar precauci ón para presentar el requerimiento de cabezal de la bomba y el NPSH disponible, ambos en t érminos del l íquido bombeado, a las condiciones de bombeo, y no en t érminos de agua fr ía.

16 TEMPERATURA Y PRESIÓN DE DISEÑO Temperatura de Dise ño El documento MDP –01 –PD –01 de este manual presenta el procedimiento general para determinar todas las temperaturas de dise ño de los equipos. La temperatura de diseño para las bombas normalmente es especificada con un margen de 28 °C (50°F) por encima de la temperatura nominal de bombeo. Para bombas que operan por debajo de 15 °C (60°F), como las bombas criog énicas, es necesario especificar una temperatura m ínima de diseño, basada en las caracter ísticas del servicio particular.

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Presión de Diseño La presión de diseño de una bomba se calcula agregando la presi ón máxima de succión a la diferencia M áxima de presi ón operando a temperatura nominal de bombeo con la densidad absoluta a condiciones nominales. La diferencia M áxima de presión para bombas centr ífugas se define como el 120% de la diferencia nominal de presi ón para prop ósitos de Especificaciones de Dise ño. Si la bomba seleccionada finalmente tiene una capacidad de diferencia M áxima de presi ón mayor que el 120% del valor nominal, entonces el valor de la presi ón de dise ño del cuerpo se debe aumentar apropiadamente. Si la densidad absoluta del l íquido está sujeta a cambio, se debe usar la densidad absoluta M áxima prevista para computar la presi ón diferencial a flujo cero (Shut off). Las bombas centr ífugas accionadas por turbinas de vapor se pueden operar continuamente hasta 105% de la velocidad nominal dentro del rango normal de la velocidad de sus reguladores. Por lo tanto, la bomba es capaz de desarrollar (105%) 2 ó 110% del cabezal nominal de desconexi ón. Esto se debe tomar en cuenta al establecer la presi ón de diseño de las bombas centr ífugas accionadas por turbinas de vapor. Clasificaci ón de Bridas Las clasificaciones de temperatura y presi ón de diseño determinadas anteriormente suministran al suplidor de las bombas y al Dise ñador del sistema de tubería la base para la selecci ón de clasificaci ón de brida. El suplidor de la bomba usualmente selecciona la misma clasificaci ón para la brida de succi ón como para la de descarga. Sin embargo, en el caso de bombas con alto diferencial de presión como las bombas de alimentaci ón a calderas, a veces se usa una clasificaci ón inferior para la brida de succi ón. Esta deber ía satisfacer naturalmente la presi ón Máxima de succión. La clasificación presión temperatura de la brida de succi ón debe ser compatible con la de la tuber ía de succión tal como se define en el document o MDP –01 –PD –01; es decir, en ning ún caso debe ser menor que 3/4 de la presi ón de descarga M áxima de la bomba a la temperatura normal de bombeo.

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17 SELECCION DE TIPOS DE EQUIPO Selecci ón del Tipo de Bomba El tipo de bomba se especifica normalmente en las Especificaciones de Dise ño. La selección del mejor tipo de construcci ón para cumplir con unos requerimientos dados de servicio normalmente se efect úa en la etapa de ingenier ía de detalle del proyecto, basado en cualquier gu ía incluida en las Especificaciones de Dise ño. Las Figuras 1 y 2 presentan al Dise ñador una indicaci ón de los tipos de bombas centrífugas que se aplican a varios requerimientos de cabezal y capacidad. Si como resultado de una investigaci ón se ha determinado que un tipo especial de construcci ón o algunas características de dise ño son las mejores para el servicio, se deben especificar estos detalles. Si se desea la construcci ón de bombas en línea donde sea econ ómico y beneficioso para la distribuci ón de la planta, o si no es deseado espec íficamente, se debe especificar la posici ón deseada. Las siguientes gu ías se presentan para ayudar a decidir cuan espec íficas se deben hacer las especificaciones de dise ño de acuerdo al tipo de bomba y al tipo de construcci ón. Las especificaciones de diseño siempre deben indicar el tipo de bomba a este nivel Centrífuga

Las especificaciones de diseño incluirán con frecuencia este requerimiento

Las especificaciones de diseño en ocasio – nes incluir án detalles tan espec í ficos como éstos

Orientación vertical

Tipo de alta velocidad Tipo carga de estopera Anillos de desgaste con facilidades para lavado

Tipo de suspensi ón

Rotativa

Características del tritu – rador de coque Tipo rotor cil índrico Soporte externo cons – tante con camisa de calentamiento

Tipo

Tipo pistón Tipo émbolo Caja de estopera de vástago especial simple, doble, triple

Reciprocante Accionador de máquina de vapor Accionador de motor Dosificadora

Tipo tornillo engranaje

Dise ño de control de flujo

Tipo diafragma.

El documento MDP –02 –P –05 presenta informaci ón más extensa en la selecci ón del tipo de bomba. Selecci ón del Tipo de Medio Motriz Ver MDP –02 –P –11.

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18 SELECCION Y ESPECIFICACION DE MATERIALES Procedimientos El m étodo normal de seleccionar y especificar materiales de construcci ón para bombas es usar los “Hydraulic Institute Standards ” para la selecci ón de materiales y el sistema de c ódigo de API 610 para reportar los requerimientos en las especificaciones de dise ño. Si el API 610 no tiene un c ódigo que incluya los materiales deseados, estos deben ser especificados individualmente. El uso del t érmino materiales “estándar” del suplidor debe ser evitado ya que parece permitir el uso de materiales “estándar” en servicios que podr ía ser muy bien difíciles y “no –estándar”.

19 MULTIPLICIDAD Y REPUESTOS Consideraciones para Decidir sobre Repuestos La Tabla 2 presenta un sumario de las consideraciones utilizadas para decidir si se necesitan bombas de repuesto y de que manera es necesario instalarlas. Las preferencias y pol íticas del cliente en cuanto a repuestos deber án ser respetadas. Donde el dise ño de servicio óptimo requiere dos o m ás bombas que operen normalmente en paralelo, se debe estipular una bomba de repuesto cuando los requerimientos de mantenimiento por s í solos dictan la necesidad de la misma. Si el servicio de bombeo debe continuar operando durante una falla del suministro del servicio al accionador primario, entonces se debe tener unidades de repuesto suficientes para cubrir adecuadamente la falla del suministro del servicio. El número total de unidades en paralelo puede a veces ser minimizado dividiendo los tipos de accionador de las bombas de operaci ón. Repuestos Comunes Las bombas centr ífugas de proceso han sido lo suficientemente confiables como para que una dotaci ón de repuesto de 100% que es una bomba completa de repuesto por cada bomba en operaci ón no será necesaria en la mayor parte de los servicios en la mayor ía de las plantas de proceso. Se obtiene una continuidad de servicio adecuada usando una sola bomba como repuesto para dos o m ás en servicio. El uso de bombas de repuesto comunes se limita por la proximidad de los servicios a ser comunitarios y la compatibilidad de las condiciones de sus servicios. Se deben comparar las siguientes condiciones de servicio: 1.

El punto de capacidad de cabezal requerido de cada servicio debe estar dentro del rango de trabajo del repuesto com ún.

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2.

La temperatura normal no debe diferir m ás de 85°C (150°F).

3.

Presión de succi ón no debe diferir m ás de 345 kPa (50 psi).

4.

El NPSH disponible para la bomba de repuesto com ún debe ser mayor que los requerimientos de cada servicio.

5.

Si un servicio de alto flujo usa un repuesto en com ún con un servicio de bajo flujo, el repuesto com ún se debe dise ñar para el flujo alto y cuando opera como repuesto para el servicio de bajo flujo, puede necesitar un reciclo de flujo bajo para evitar cavitaci ón y sobrecalentamiento.

6.

La presión y la temperatura de dise ño y las clasificaciones resultantes de la brida para el repuesto com ún deben ser adecuados para ambos servicios.

7.

Si un servicio de cabezal alto usa un repuesto en com ún con un servicio de cabezal bajo, el repuesto com ún debe ser dise ñado para el cabezal alto y se debe tomar una ca ída de presi ón grande a trav és de la V álvula de control.

8.

El diseño del sello del eje debe ser adecuado para ambos servicios.

No se deber ían usar repuestos comunes en los siguientes casos: 1.

Donde uno de los l íquidos de servicio contiene agua y el otro ácido como el reflujo (ácido) del depropanizador y el reflujo (acuoso) del separador de C3 /C4. Las posibilidades de que los dos flujos se mezclen en los tubos distribuidores en la succi ón y la descarga causando una corrosi ón severa son demasiado grandes.

2.

Servicio donde se requiere un flujo continuo del fluido pero se esperan altos requerimientos de mantenimiento de la bomba, tales como en los servicios de suspensi ón en plantas de craqueo catal ítico y en coquificadores.

20 DISEÑO DE INSTALACIONES DE BOMBAS Ver MDP –02 –P –10. SELLOS PARA EL EJE Ver MDP –02 –P –09.

21 REQUERIMIENTOS DE ENERGIA Para los cálculos de requerimientos de energ ía de las bombas ver MDP –02 –P –06.

22 DOCUMENTACION La Tabla 1 presenta una lista de los datos que se deben reportar en las Especificaciones de Dise ño, y una lista de los C álculos adicionales que normalmente son realizados por el Dise ñador del servicio pero que no se reportan en las Especificaciones de Dise ño.

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23 NOMENCLATURA NOMENCLATURA Sí mbolo

UNIDADES Sistema Sistema métrico inglés

Parámetro

A

Área

mm2

pulg 2

PF

Potencia al freno

kW

HP

CP

Calor específico a presi ón constante

KJ/kg °K

BTU/lb. °R

E

Eficiencia adimensional

Decimal

EO

Eficiencia global, incluyendo las pérdidas hidráulicas y mec ánicas Factores que dependen de las unidades usadas (Ver lista al final)

“

g

Aceleración de gravedad

m/s 2

pie/s2

gc

Constante dimensional

103 kg/s 2 kPa.m

32.17lb.pie/lbf.s 2

H

Diferencia neta de cabezal

∆HS

pie de líq. bombeado pie

ESMP

Diferencia en el cabezal est ático entre las dos elevaciones Altura de succi ón M áxima permisible

m de l íquido bombeado m kPa de vac ío

pulg de Hg

NPSH

Cabezal neto de succi ón positiva

m

de vac ío pie

N

Velocidad rotativa de la bomba

rev./s

rpm

NS

Velocidad específica del impulsor

rev./s

rpm

P

Potencia

kW

HP

P

Presión

kPa man.

psig

PV

Presión de vapor

kPa abs.

psia

∆p

Diferencial de presi ón, incremento de presión Caudal de flujo volumétrico

kPa

psi

dm3/s

U.S.gpm

Qs

Caudal de flujo volum étrico condiciones est ándar

dm3 15°C, 101.325 kPa

U.S.gpm 60°F, y 1 atm

Sss

Velocidad específica a la succi ón

rev./s

rpm

SSU

Viscosidad Saybolt Universal

segundos

segundos

∆T

Elevación de temperatura

°C

°F

W

Flujo másico de líquido

kg/s

lb/h

a

Factor de expansi ón t érmica

adimensional

µ

Viscosidad absoluta

Pa.s

cP

n

Viscosidad cinem ática

mm2/s

cSt

Fi

Q

a

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NOMENCLATURA Sí mbolo

UNIDADES Sistema Sistema métrico inglés

Parámetro

ρc

Densidad

kg/m 3

lb/pie 3

d

Coeficiente de cavitaci ón

adimensional

adimensional

Subí ndices a

Permisible

c

A condiciones de operaci ón

D

Disponible (en el sistema)

min

Mínimo (permisible continuo)

max

Máximo (permisible continuo)

PME

Punto de mayor eficiencia

o

Global, al caudal de flujo de operaci ón

R

Requerido

s

A condiciones est ándar (15°C, 101,325 kPa (60 °F y 1 atm))

1

Aguas arriba; succi ón

2

Aguas abajo; descarga

Factores que dependen de las unidades usadas En unidades métricas

En unidades inglesas

F1

=

Ec. (1) MDP –02 –P –06

103

0.1247

F2

=

Ec. (1) MDP –02 –P –02

106

62.428

F3

=

Ec. (4) MDP –02 –P –06, Ec. (5),(6) (8) y (10), Ec. (1) MDP –02P –04

1

144

F4

=

Ec. (12) MDP –02 –P –06

1

1.98x10 6

F5

=

Ec. (13) MDP –02 –P –06

1x10 3

246873.0

F6

=

Ec. (14) MDP –02 –P –06, MDP –02 –P –08, Ec. (1) y MDP –02 –P –11

(1) (2)

1000

1714

F7

=

Ec. (2) y (4) MDP –02P –07

(1)

1.63

1

F8

=

Ec. (3) MDP –02P –04

1

70.726

F9

=

Ec. (3) MDP –02P –04

101

29.9

F10

=

Ec. (1) Subs. H

85

649

F11

=

Ec. (2) Subs. H

102

778

MDP –02P –04,

Ec. Ec. Ec.

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Fig 1. RANGO DE APLICACION DE VARIOS MODELOS DE BOMBAS CENTRIFUGAS VELOCIDADES DE MOTOR DE 60 HZ.

CLAVE: A. B. C. D.

HORIZONTAL, UNA ETAPA 30 rps (1750 rmp) HORIZONTAL, UNA ETAPA 60 rps (3550 rpm) HORIZONTAL, DOS ETAPAS 60 rps (3550 rpm) HORIZONTAL, MULTIETAPAS ETAPAS 60 rps (3550 rpm)

A. B. C. D.

VERTICAL, MULTIETAPA 60 rps (3550 rpm) EN LINEA ALTA VELOCIDAD  – EXPERIENCIA EXTENSA ALTA VELOCIDAD  – EXPERIENCIA LIMITADA Y SELECCION DE MODELO

NOTAS: 1. LA SELECCION ENTRE BOMBAS CENTRIFUGAS CON RECICLO Y OTROS TIPOS DE BOMBAS REQUIERE UN ESTUDIO INDIVIDUAL. 2. EL CAUDAL DE FLUJO EN ESTA REGION REQUIERE MODELOS DE BOMBAS ESPECIALMENTE ELABORADOS.

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Fig 2. RANGO DE APLICACION DE VARIOS MODELOS DE BOMBAS CENTRIFUGAS VELOCIDADES DE MOTOR DE 60 HZ.

CLAVE: A. B. C. D.

HORIZONTAL, UNA ETAPA 25 rps (1450 rmp) HORIZONTAL, UNA ETAPA 50 rps (2950 rpm) HORIZONTAL, DOS ETAPAS 50 rps (2950 rpm) HORIZONTAL, MULTIETAPAS ETAPAS 50 rps (2950 rpm)

E. F. G. H.

VERTICAL, MULTIETAPA 50 rps (2950 rpm) EN LINEA ALTA VELOCIDAD  – EXPERIENCIA EXTENSA ALTA VELOCIDAD  – EXPERIENCIA LIMITADA Y SELECCION DE MODELO

NOTAS: 1. LA SELECCION ENTRE BOMBAS CENTRIFUGAS CON RECICLO Y OTROS TIPOS DE BOMBAS REQUIERE UN ESTUDIO INDIVIDUAL. 2. EL CAUDAL DE FLUJO EN ESTA REGION REQUIERE MODELOS DE BOMBAS ESPECIALMENTE ELABORADOS.

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Fig 3. DATOS DE FUNCIONAMIENTO DE BOMBAS CENTRIFUGAS VELOCIDADES DE MOTOR DE 60 H Z.

NOTAS: 1. LA EFICIENCIA ES EN % 2. EL CNSPR (NPSHR) ESTA EN METROS Y EN PIES 3. NO SUPONGA UN CNSPR (NPSHR) MENOR QUE 1.83m (6 Pie) SIN CONSULTA CON UN ESPECIALISTA DE MAQUINAS 4. LA DISCONTINUIDAD EN EL CNSPR (NPSHR) EN ESTA REGION SE DEBE AL CAMBIO EN LA VELOCIDAD DE LA BOMBA DE 30 a 60 rps. (1750 a 3550 rpm).

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Fig 4. DATOS DE FUNCIONAMIENTO DE BOMBAS CENTRIFUGAS VELOCIDADES DE MOTOR DE 50 HZ.

NOTAS: 1. LA EFICIENCIA ES EN % 2. EL CNSPR (NPSHR) ESTA EN METROS Y EN PIES 3. NO SUPONGA UN CNSPR (NPSHR) MENOR QUE 1.83m (6 Pie) SIN CONSULTA CON UN ESPECIALISTA DE MAQUINAS 4. LA DISCONTINUIDAD EN EL CNSPR (NPSHR) EN ESTA REGION SE DEBE AL CAMBIO EN LA VELOCIDAD DE LA BOMBA DE 30 a 60 rps. (1750 a 3550 rpm).

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Fig 5. DATOS DE FUNCIONAMIENTO TIPICOS PARA BOMBAS CENTRIFUGAS DE ALTO CABEZAL Y CAPACIDAD (2).

NOTAS: 1. LA EFICIENCIA ES EN %. CNSPR ESTA EN METROS (m) Y EN PIES 2. LA FRECUENCIA DE LA LINEA DE ENERGIA ELECTRICA NO ES UNA CONSIDERACION PRIMARIA YA QUE LAS BOMBAS EN ESTE RANGO NORMALMENTE REQUIEREN ALGUN CAMBIO DE VELOCIDAD CON SINCRONISMO CON UNIDADES DE ENGRANAJE, PARA UNA OPERACION OPTIMA. 3. LA EFICIENCIA EN ESTA AREA ES 85% DE LA NOMINAL. SE PUEDE USAR BOMBAS VERTICALES Y HORIZONTALES. 4. LA EFICIENCIA EN ESTA AREA ES 85% DE LA NOMINAL. PARA BOMBAS DE AGUA EN ESTE RANGO EL ESTILO DE CONSTRUCCION ES VERTICAL CON CNSP ADAPTADO AL DISE ÑO DE SUMERSION DEL SUPLIDOR.