Norma API, NPSH y Seleccion de Bomba

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SAN LUIS POTOSÍ, COORDINACIÓN ACADÉMICA REGIÓN HUASTECA SUR

TAREA DE INVESTIGACIÓN “REALIZAR UN RESUMEN DE LA NORMATIVA API, PARA LA SELECCIÓN DE BOMBAS Y LA PRUEBA NPSH.” ALUMNO: JOSÉ DE JESÚS MOLINA ÁVILA MAESTRO: ING. JOSÉ DE JESÚS GOMES HERNÁNDEZ TAMAZUNCHALE, S.L.P.

JUNIO 2019

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ÍNDICE INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 3 GENERALIDADES DE LAS NORMAS API ............................................................ 4 RESUMEN NORMA API ........................................................................................ 5 NORMAS API PARA BOMBAS Y SISTEMAS DE APOYO .................................... 8 ELEMENTOS DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA ..................................................... 9 CLASIFICACION DE BOMBAS............................................................................ 10 Bombas Rotodinámicas. ................................................................................... 10 Bombas de Desplazamiento Positivo................................................................ 11 CURVA CARACTERÍSTICA DE UNA BOMBA .................................................... 13 PUNTO DE COLOCACIÓN DE UNA BOMBA...................................................... 14 CAVITACIÓN DE UNA BOMBA ....................................................................... 17 NPSH ............................................................................................................... 17 CURVA NPSH – CAUDAL ................................................................................... 18 ............................................................................................................................. 18 BOMBA IDEAL ..................................................................................................... 19 SELECCIÓN DE UNA BOMBA ............................................................................ 20 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 21

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INTRODUCCIÓN El desplazamiento de fluidos, líquidos o gases (en ocasiones incluso con sólidos en suspensión) se desarrolla normalmente en sistemas de flujo, más o menos largos y complejos que implican conducciones rectas, generalmente cilíndricas de diámetros variados, enlazadas por uniones convenientes, curvaturas, codos, válvulas, etc. A través de estos sistemas el fluido sólo fluye espontáneamente si su energía total disminuye en la dirección del flujo. De no ser así, habrá que comunicarle energía desde el exterior mediante dispositivos tales como bombas, en el caso de líquidos, o compresores, soplantes o ventiladores, en el caso de gases. Tal aporte de energía puede invertirse en aumentar la velocidad, la altura o la presión del fluido. (I. Martín, 1997) En el presente trabajo de hablará de las bombas, especialmente las bombas centrifugas ya que este modelo es el más utilizado a nivel nacional. Se hablara de la selección de bombas con base en la normativa, cuáles serían los criterios que debería tener una bomba ideal y cuáles son los que realmente tiene, esto servirá para comparar una bomba ideal con una real, y por último de la prueba NPSH de estos equipos.

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GENERALIDADES DE LAS NORMAS API

El American Petroleum Institute, conocido comúnmente como API, en español Instituto Americano del Petróleo, es la principal asociación comercial de lo EE. UU., representando cerca de 400 corporaciones implicadas en la producción, el refinamiento, la distribución, y muchos otros aspectos de la industria del petróleo y del gas natural. Esta asociación se refiere a menudo como AOI (en inglés, The American Oil Industry) o industria de petróleo americana. Las principales funciones de la asociación a nombre de la industria incluyen la defensa, negociación con las agencias gubernamentales, asuntos legales, y negociación con organismos reguladores; investigación de efectos económicos, toxicológicos, y ambientales; establecimiento y certificación de los estándares de la industria, y programas de acercamiento a la comunidad a través de la educación. (WIKIPEDIA, 2017)

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RESUMEN NORMA API Desde que empezamos nuestra carrera de petróleo u otro vinculados a este escuchamos acerca de la API y una de las primeras ideas que entendemos acerca de la API es una unidad de medida que mide la calidad del petróleo, pero el concepto va más allá porque la API no es sólo un número, simplemente, de la API es una gran institución que aumenta en todo el mundo la industria del petróleo nació en los EE.UU. Por ejemplo, el servicio de este Instituto en la industria petrolera incluye: representaciones legales, investigaciones, normas (un punto conocido), certificaciones (una variedad y muy importante para los procedimientos de la industria), eventos y más. Bueno, aquí vamos a ir con una descripción más detallada. El Instituto Americano del Petróleo (API) es la única asociación comercial nacional que representa todos los aspectos de petróleo de Estados Unidos y la industria del gas natural. Tiene cerca de 400 miembros corporativos, de la mayor compañía de petróleo a los más pequeños de los independientes, proceden de todos los segmentos de la industria como los productores, refinadores, proveedores, operadores de oleoductos y los transportistas marítimos, así como empresas de servicios y de suministro que ayuda a todos segmentos de la industria. Hoy API es reconocido en todo el mundo por su amplia gama de programas: 1. Promoción API habla de la industria petrolera y de gas natural al público, el Congreso y el Poder Ejecutivo, los gobiernos estatales y los medios de comunicación. Que negociar con las agencias reguladoras, representan a la industria en los procedimientos judiciales, etc. 2. Investigaciones y Estadísticas API realiza o patrocina la investigación de los análisis económicos y mantiene publicar estadísticas y datos sobre todos los aspectos de las operaciones de la industria de EE.UU., incluyendo la oferta y la demanda de diversos productos, las importaciones y las exportaciones, las actividades de perforación y los costos, y bien acabados. Semanal API Boletín Estadístico es la publicación más reconocida. 3. Normas (Normas API) Durante más de 75 años, API ha liderado el desarrollo de las normas de petróleo y petroquímica y equipos de operación. API mantiene más de 500 normas y prácticas recomendadas. Muchos han sido incorporados a las regulaciones estatales y federales, y cada vez más, también están siendo adoptadas por la 5

Organización Internacional de Normalización, una federación global de más de 100 grupos de normas. 4. Certificación Diseñado para los fabricantes de la producción, de perforación y equipos de refinería, el monograma del API programa verifica que los fabricantes que operan en el cumplimiento de estándares de la industria. API también proporciona salud de calidad, ambiental y ocupacional y certificación de la seguridad de sistemas de gestión a través de APIQR. Este servicio está acreditado por la ANAB (ANSI-ASQ Nacional Accreditation Board) para ISO 9001 e ISO 14001. Que APIQR experiencia de la industria certifica su organización con el API Spec Q1, ISO / TS 29001 y 18001 SSO. API también certifica a los inspectores de los equipos de la industria a través de programas individuales de Certificación, diseñado para reconocer a los profesionales que trabajan y que tienen conocimiento de los códigos de control de la industria y el desempeño de sus puestos de trabajo en conformidad con estos códigos. API proporciona testigos con conocimiento y experiencia para observar material crítico y el equipo de prueba y verificación. Formación de la API de Proveedores del Programa de Certificación proporciona certificación de tercera parte para una variedad de petróleo y gas de la industria cursos de formación, lo que garantiza que cualquier formación impartida responda a las necesidades de la industria. Al ayudar a mejorar la seguridad de la industria, la API de WorkSafe ™ es una estación de servicio de seguridad de los contratistas del programa de cualificación del personal que identifica a quienes han recibido capacitación para y se pasa en línea exámenes estandarizados que abarque los servicios de la estación de las prácticas de seguridad de la industria. Para los consumidores, API proporciona motor de la API de Petróleo de Licencias y Certificación de Sistema (eolcs). Se trata de una concesión de licencias voluntarias y el programa de certificación que autoriza a los vendedores de aceite de motor que cumplan con los requisitos especificados para utilizar la API de aceite del motor Marcas de Calidad. Estos emblemas ir directamente en cada envase de aceite que conserva la certificación y está ahí para ayudar a los consumidores a identificar los aceites de motor de calidad para sus vehículos de gasolina y diésel. 5. Educación API organiza seminarios, talleres, conferencias y simposios sobre temas de política pública. A través de API de la Universidad, proporciona materiales de 6

capacitación para ayudar a la gente en el negocio de petróleo y gas natural, cumplir con los requisitos normativos y estándares de la industria. API ha entrado en la nomenclatura de la industria petrolera en: Gravedad API, una medida de la densidad del petróleo. Número de API, un identificador único aplicado a cada exploración de petróleo o la producción de pozo perforado en los Estados Unidos. Unidad de API, una medida estándar de la radiación gamma natural se mide en un pozo. (PETROBLOGGER, 2011)

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NORMAS API PARA BOMBAS Y SISTEMAS DE APOYO  610 Bombas centrífugas.  681 Bombas y compresores de anillo líquido.  674 Bombas de desplazamiento positivo reciprocante.  675 Bombas de desplazamiento positivo de volumen controlado (diafragma).  676 Bombas de desplazamiento positivo rotativo.  685 Bombas centrífugas sin sello para productos petrolíferos, petroquímicos y procesos de la industria del gas.  682 Sellos para bombas centrífugas y rotativas.  614 Lubricación. Las bombas descritas en este estándar internacional están clasificadas y designadas según lo muestra la Tabla 1.

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ELEMENTOS DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA Los elementos constructivos que la conforman son a) Una tubería de aspiración b) El impulsor o rodete, formado por una serie de álabes de diversas formas que giran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte móvil de la bomba. c) Difusor, El difusor junto con el rodete, están encerrados en una cámara, llamada carcasa o cuerpo de bomba. El difusor está formado por unos álabes fijos divergentes, que al incrementarse la sección de la carcasa, la velocidad del agua irá disminuyendo lo que contribuye a transformar la energía cinética en energía de presión, mejorando el rendimiento de la bomba. d) Eje, El eje de la bomba es una pieza en forma de barra de sección circular no uniforme que se fija rígidamente sobre el impulsor y le transmite la fuerza del elemento motor. Las bombas centrífugas para agua se clasifican atendiendo a la posición del eje en bombas de eje horizontal y bombas de eje vertical.

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CLASIFICACION DE BOMBAS Clasificación según el principio de funcionamiento: 1. Bombas Rotodinámicas. Impulsor rotante – incrementa la inercia del fluido. 2. Bombas de Desplazamiento Positivo. Elementos móviles – desalojan el fluido por reducción de volumen.

Bombas Rotodinámicas. Las Bombas centrífugas también llamadas Rotodinámicas, son siempre rotativas y son un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor, el fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las tuberías de salida. Las bombas centrífugas son máquinas denominadas “receptoras” o “generadoras” que se emplean para hacer circular un fluido en contra de un gradiente de presión.

Las bombas centrífugas están dotadas principalmente de un elemento móvil: el rotor, o rodete, o impulsor. Es el elemento que transfiere la energía que proporciona el motor de accionamiento al fluido. Esto sólo se puede lograr por un intercambio de energía mecánica y, en consecuencia, el fluido aumenta su energía cinética y por ende su velocidad. Además, por el hecho de ser un elemento centrífugo, aparece un aumento de presión por el centrifugado que se lleva a cabo al circular el fluido desde el centro hasta la periferia. Para que un fluido fluya 10

desde donde hay mayor presión hasta donde hay menos presión no se necesita ningún gasto de energía.

Bombas de Desplazamiento Positivo

Las bombas de desplazamiento positivo son equipos hidrostáticos. Bombean un volumen definido independientemente de las revoluciones del motor, pero de manera prácticamente independiente de la presión. Se trata de bombas de bombeo forzado que, a pesar de sus distintos principios constructivos, a menudo son capaces de dominar tareas de bombeo similares. Los tipos de bombas de desplazamiento positivo mundialmente más extendidos son las bombas de rueda dentada, con émbolos giratorios y rotativos así como las bombas con paleta celular. La mayor parte de estas bombas se han diseñado de tal forma que puedan dominar un gran número de tareas de bombeo. Las bombas de émbolo rotatorio son capaces de bombear medios con partículas considerablemente más grandes que otros tipos de bombas de desplazamiento positivo. Por otro lado, las distancias entre los expulsadores son mayores, lo que hace que el rendimiento de estas bombas merme en cuanto decrezca la viscosidad. No soportan tanto esfuerzo como, por ejemplo, las bombas helicoidales de husillo o las bombas con émbolos giratorios, y sus características succionadoras se

sitúan también

detrás de los tipos de bombas de

desplazamiento positivo antes citados. De todo ello se deduce que algunos principios constructivos resultan más adecuados que otros para determinadas aplicaciones. Las bombas de desplazamiento positivo demuestran sus puntos fuertes, en comparación con las bombas centrífugas, esencialmente en el movimiento de medios de bombeo viscosos. También son la primera opción cuando el producto deba transportarse de un punto a otro con sumo cuidado. Este transporte cuidadoso es imprescindible en la industria alimentaria y de las bebidas, pero 11

también en la fabricación de productos farmacéuticos y cosméticos, tan indispensable como unas bombas diseñadas siguiendo los fundamentos del Hygienic Design. (Junk Process Systems)

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CURVA CARACTERÍSTICA DE UNA BOMBA La curva característica de una bomba describe la relación entre la altura manométrica (caída de presión) y el caudal, datos que permiten escoger la bomba más adecuada para cada instalación. La altura manométrica de una bomba es una magnitud, expresable también como presión, que permite valorar la energía suministrada al fluido, es decir, se trata de la caída de presión que debe de vencer la bomba para que el fluido circule según condiciones de diseño.

Como puede observarse en la figura anterior, para cada velocidad de rotación n, hay una curva característica. Nótese también que si la velocidad se reduce, también disminuye la altura manométrica máxima y el caudal máximo.

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PUNTO DE COLOCACIÓN DE UNA BOMBA Supongamos que en la figura 1 donde un líquido es bombeado desde una altura z1 a otra superior z2, pero en este caso supongamos que la conducción es siempre ascendente. En la figura 2 se ha representado el diagrama de alturas o cargas para este sistema, representando en este caso presiones absolutas.

Figura 1

Figura 2

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La línea a trazos que va desde 1 a 3 es la línea de alturas geográficas, de tal manera que z1 < z3 = z4 < z2. La bomba por lo tanto está más elevada que el depósito en el punto 1. La energía total en el punto 1 corresponde a la suma de la carga potencial y la carga de presión, que es la atmosférica. Como existen pérdidas por fricción, la altura total en 3 habrá de ser inferior que en 1. Dado que en 3 la cota es superior que en 1 y que el fluido tiene una velocidad, para cumplirse el balance de energía mecánica, la presión en 3 habrá de ser inferior a la atmosférica, por lo que se habrá creado un vacío en el punto de succión de la bomba. Si la presión en 3 se hace igual o inferior a la presión de vapor del líquido impulsado, el líquido hervirá, apareciendo burbujas de gas que producen vibraciones y ruido en las conducciones que, además de hacer imposible la impulsión del mismo, puede llegar a producir daños serios y roturas en las conducciones. A este fenómeno se le denomina cavitación. Por tanto, la colocación de la bomba en un sistema de impulsión de líquidos habrá de hacerse en un punto tal que la presión a su entrada sea superior a la presión de vapor. Se denomina Carga neta de aspiración o NPSH (del inglés "net positive suction head") a la carga de aspiración total, determinada en la succión de la bomba, menos la presión de vapor del líquido a la temperatura que circula, ambas expresadas en metros, es decir:

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Para el cálculo del NPSH, es necesario tomar como origen de energías potenciales (z=0) la cota geográfica donde se encuentre la bomba. Este NPSH, denominado “disponible" (NPSHdisp), en un punto es una característica del sistema e independiente de la bomba utilizada, que se puede calcular a partir de la ecuación (2.9). Cuando el origen de energías potenciales es la cota de la bomba, el NPSHdisp deberá ser siempre positivo (> 0) para que no haya cavitación. Este NPSH disponible se ha calculado a la entrada de la bomba y no en el punto físico donde la bomba impulsa al fluido. Dado que el fluido por el interior de la bomba puede pasar por estrechamientos y accesorios que produzcan más pérdidas de carga antes de llegar a las partes móviles que comunican la energía, los fabricantes de las bombas proporcionan "NPSH requerido", característica de la misma y función del diseño de la bomba. El "NPSH requerido" es el valor en que la presión absoluta, en el punto de succión de la bomba, debe exceder a la presión de vapor del líquido. Por tanto para que una bomba funcione correctamente sin riesgos de cavitación, el NPSH disponible del sistema habrá de ser mayor que el NPSH requerido de la bomba (NPSHdisponible > NPSHrequerido), teniendo que tomar en ambos la cota de la bomba como origen de energías potenciales.

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CAVITACIÓN DE UNA BOMBA

Durante la entrada del fluido en el rodete de una bomba, se produce una aceleración que, cuando la presión es suficientemente baja, genera la formación de burbujas de vapor. Esto tiene dos efectos sobre el funcionamiento, en primer lugar, la cavitación erosiona el rodete, y con el tiempo lleva a su destrucción. En segundo lugar, cuando la cavitación es fuerte disminuye la altura de elevación.

NPSH Para evitar la cavitación, hace falta mantener una presión suficiente (3), por encima de la presión de vapor, en la entrada de la bomba. El valor necesario es calculado por el fabricante como NPSHr (Net Positive Suction Head required). Desde el punto de vista de la utilización, hay que asegurar que el NPSH d (disponible) en el sistema sea superior al NPSHr. La forma de calcula el NPSHd es:

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CURVA NPSH – CAUDAL

El NPSH (Net Positive Suction Head, o altura neta positiva en la aspiración) es la presión mínima que debe haber en la entrada de la bomba para evitar fenómenos de cavitación.

Se puede apreciar que, si la velocidad de rotación n se mantiene constante, la curva de potencia absorbida P aumenta con el caudal ̇. El rendimiento η, en cambio, tiene un máximo en presencia de un determinado caudal ̇ y disminuye cuando el caudal ̇ se hace superior o inferior a dicho valor.

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BOMBA IDEAL La bomba ideal debería tener los siguientes factores: 

Manejar solidos suspendidos, tolerar indefinidamente marcha en seco.



Tolerar ingreso de gas con solo una ligera pérdida de performance.



Adaptarse a los cambios no especificados.



Poseer vida infinita, o un costo muy pequeño, que no haga cara su reparación o cambio.



No demandar un mantenimiento preventivo o que sea mínimo.

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Poseer vida infinita en rodamientos y sellos..

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Poseer una silueta intercambiable internacionalmente..



No tener restricciones de operación en la ventana operativa ( la eficiencia t el NPSH requerido permanecen constantes a todos los caudales).

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Ser autocebante.

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Que no necesité soportes de vida periféricos, tales como agua de enfriamiento y aceites de lubricación.

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Poder trabajar con baja presión de operación.

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SELECCIÓN DE UNA BOMBA

Para seleccionar una bomba debemos conocer los siguientes datos: 1. Caudal 2. Altura manométrica a vencer por la bomba o pérdida de presión del circuito 3. Valor de 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑 A continuación mostramos un diagrama de flujo para la selección de una bomba:

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BIBLIOGRAFÍA I. Martín, R. S. (1997). MECÁNICA DE FLUIDOS. Alicante. Junk

Process Systems. (s.f.). Obtenido de https://www.jung-processsystems.de/es/glosario/bombas-de-desplazamiento-positivo.html

PETROBLOGGER. (16 de ENERO de 2011). Obtenido de http://www.ingenieriadepetroleo.com/descripcion-del-instituto-americanodel/ WIKIPEDIA. (9 de Sep. de 2017). Obtenido https://es.wikipedia.org/wiki/American_Petroleum_Institute

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