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  1. 1. PDVSA N° TITULO REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB. APROB. FECHAAPROB.FECHA BOMBAS E1994 MDP–02–P–05 TIPOS DE BOMBAS APROBADA NOV.97 NOV.97 NOV.97 L.R.0 28 L.R. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO ESPECIALISTAS PDVSA
  2. 2. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 1 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Indice 1 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 ANTECEDENTES 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 ILUSTRACIONES 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 INFLUENCIA DEL DISEÑO DE SERVICIO SOBRE LA SELECCIÓN DEL TIPO DE BOMBA 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 COMPARACIÓN DE TIPOS DE BOMBAS Y ESTILOS DE CONSTRUCCIÓN 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 BOMBAS CENTRIFUGAS 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 BOMBAS DE FLUJO AXIAL 20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 BOMBAS RECIPROCANTES 20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 BOMBAS ROTATIVAS 20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 NOMENCLATURA 21. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  3. 3. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 2 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 1 ALCANCE Este Documento presenta información acerca de los tipos de bombas disponibles comercialmente para cumplir diversos requerimientos de servicio en las áreas de aplicación de: procesos, químicos y servicios. Se desea ayudar al diseñador del servicio a especificar el mejor tipo general de bomba para un determinado servicio, y familiarizarlo con los factores que afectan la selección de los estilos de construcción y las características del diseño específico. 2 REFERENCIAS American Voluntary Standard for Centrifugal Pumps for Chemical Industry Use. Proposed Voluntary Standard for Vertical in–line Centrifugal Pumps for Process Use, by Manufacturing Chemists Association. API, Standard 610, Centrifugal Pumps for Petroleum, Heavy Duty Chemical, and Gas Industy Service. Perry’s Chemical Engineer’s Handbook – Section on Pumping Liquids and Gases. 3 ANTECEDENTES La gran mayoría de las bombas que se usan actualmente en las refinerías, plantas químicas y de servicios son centrífugas. El cambio de las bombas de desplazamiento positivo principalmente reciprocantes comenzó en la década de los 30 y se completó a mediados de los 50. El diseñador del servicio de bombeo usualmente indica, en la Especificación de Diseño, el tipo general de bomba, tal como se explica en este Documento. La selección del estilo de construcción y las características de diseño usualmente se realiza en la ingeniería de detalles. A veces, sin embargo, un estilo de construcción y/o característica de diseño es tan importante para el cumplimiento exitoso de un servicio que el diseñador del mismo especificará también este detalle. El tipo de bomba comúnmente usado en las aplicaciones de plantas de proceso entra en las siguientes categorías: centrífuga, axial, tipo turbina regenerativa, reciprocante, dosificadora, diafragma y rotativa. 4 ILUSTRACIONES Las ilustraciones de tipos de bombas, estilos y nomenclatura de componentes se pueden encontrar en Perry’s Chemical Engineer’s Handbook, Sección de “Pumping of Liquids and Gases”. El apéndice de este Documento contiene ilustraciones complementarias. (Figura 1).
  4. 4. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 3 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 5 INFLUENCIA DEL DISEÑO DE SERVICIO SOBRE LA SELECCIÓN DEL TIPO DE BOMBA Los siguientes aspectos del diseño de servicio de bombeo tienen la mayor influencia en la selección del tipo de bomba más económica, usualmente en este orden: 1. Caudal de flujo 2. Requerimientos de cabezal 3. Requerimientos de mantenimiento, confiabilidad 4. Viscosidad a temperatura de bombeo y ambiente 5. Requerimientos de control de flujo. La selección del estilo particular de construcción, dentro de un tipo general, está influenciada principalmente por: 1. Presión de descarga 2. NPSH disponible 3. Temperatura del fluido 4. Restricciones de instalación y oportunidades, tales como limitaciones de espacio, montaje en línea, montaje directo de la bomba en un recipiente de proceso, etc. 6 COMPARACIÓN DE TIPOS DE BOMBAS Y ESTILOS DE CONSTRUCCIÓN Generalidades Los tipos y estilos de construcción de bombas usadas en servicios de bombeo en refinerías, plantas químicas y de servicios se resumen y describen en las Tablas 1 y2. Los valores reportados para los distintos parámetros de funcionamiento son de naturaleza típica y descriptiva y no son suficientemente precisos para propósitos de tomas de decisión. Las bombas dinámicas ––centrífugas y axiales–– operan desarrollando una velocidad de líquido alta y convirtiendo la velocidad en presión en un pasaje de difusión de flujo. Tienden a tener una eficiencia menor que las bombas de desplazamiento positivo, pero operan a una velocidad relativamente alta para permitir un caudal de flujo alto en relación con el tamaño físico de la bomba. Las bombas dinámicas tienden a tener requerimientos mucho menores de mantenimiento que las bombas de desplazamiento positivo.
  5. 5. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 4 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Las bombas de desplazamiento positivo operan forzando a un volumen fijo de líquido a ir desde la zona de presión de entrada de la bomba hacia la zona de descarga. Esto se lleva a cabo intermitentemente en el caso de las bombas reciprocantes y continuamente, en el caso de las bombas rotativas de tornillo y engranaje. Las bombas de desplazamiento positivo operan a una velocidad rotativa menor que las bombas dinámicas y tienden a ser físicamente más grandes que las bombas dinámicas de igual capacidad. Tipos de Bombas de Alto Cabezal Los siguientes estilos de construcción de bombas están disponibles para cabezales mayores que los de una centrífuga de una sola etapa (300 m), ordenados en orden descendiente de conveniencia según sus requerimientos de servicio y mantenimiento. Estilo Comentarios Dos etapas de suspensión superior Si se requiere lavado externo, asegúrese que la presión sea suficiente para oponerse a la presión que existe en la caja de estoperas. Multietapa horizontal Adecuada para temperaturas y presiones mayores que las bombas de alta velocidad. Alta velocidad Con frecuencia son significativamente más baratas que las bombas multietapa para servicios dentro de sus rangos de presión–temperatura, pero tienden a tener un requerimiento de NPSH alto y están limitadas a 230/260°C (450/500°F). Multietapa vertical Bajo requerimiento de NPSH. Alto requerimiento de mantenimiento. Bombas reciprocantes Caudales de flujo bajos, capacidad de cabezal muy alta. 7 BOMBAS CENTRIFUGAS Generación de Presión Las bombas centrífugas comprenden una clase muy amplia de bombas en las que la generación de presión se logra con la conversión del cabezal de velocidad en cabezal estático. El movimiento rotativo de uno o más impulsores comunica energía al fluido en la forma de un incremento de velocidad que se convierte en cabezal estático útil en la sección de difusión del cuerpo. No hay válvulas en las bombas de tipo centrífugo; el flujo es uniforme y libre de pulsaciones de baja frecuencia. Como este tipo de bomba opera convirtiendo el cabezal de velocidad en cabezal estático, una bomba que opera a velocidad fija desarrollará el mismo
  6. 6. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 5 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma cabezal teórico en metros (pies) de fluido bombeado, independientemente de su densidad. Sin embargo, la presión en kPa (psi) (correspondiente al cabezal desarrollado) depende de la densidad del fluido. El cabezal máximo (en m (pie) de fluido) que una bomba centrífuga puede desarrollar se determina principalmente por la velocidad de la bomba (rps (rpm)), el diámetro del impulsor, y el número de impulsores en serie. Refinaciones en el diseño del impulsor y el ángulo de hoja principalmente afectan la pendiente y la forma de la curva cabezal–capacidad y tiene un efecto menor sobre el cabezal desarrollado. Existen bombas de múltiples etapas que desarrollarán cabezales muy altos; de hasta 1500 m (5000 pie) y flujos de hasta 75 dm3/s (1200 gpm). Ya que 1500 m (5000 pie) es equivalente a 6900 a 13800 kPa (1000 a 2000 psi) para el rango de líquidos normalmente encontrados en los servicios de refinería, las bombas centrífugas pueden cumplir con casi todos los requerimientos de refinería y son por lo tanto ampliamente aplicados. Los impulsores convencionales de bombas centrífugas se limitan a velocidades de boca en el orden de 60 m/s (200 pie/s). Para limitar la erosión, las velocidades de boca de impulsores de bomba para suspensiones de sólidos se limitan normalmente a 30 m/s (100 pie/s). Capacidad Normal Las Figuras 1 y 2 en MDP–02–P–02 muestran el rango de capacidad normal para varios tipos de bombas centrífugas a dos rangos de velocidades diferentes: 60 rps y 50 rps (3550 rpm y 2950 rpm). Estos valores corresponden a las máximas velocidades disponibles con corriente de 60 y 50 Hz, respectivamente. La mayoría de las aplicaciones de refinería usan estos rangos de velocidad. Velocidades menores se usan cuando hay requerimientos bajos o medianos de cabezal y altos de flujo, y para suspensiones especiales abrasivas o líquidos corrosivos. Las aplicaciones de bombas centrífugas de baja capacidad pueden requerir circuitos de recirculación especiales en el sistema de proceso para mantener un flujo mínimo a través de la bomba. Por consideraciones prácticas en la construcción de impulsores, el tipo de bomba centrífuga más pequeña disponible tiene su punto de mayor eficiencia (PME) en alrededor de 3 dm3/s (50 gpm). Capacidad Alta y Baja Las bombas con capacidades que exceden los límites mostrados en las Figuras 1 y 2 de MDP–02–P–02 tendrán normalmente altos requerimientos de potencia. Normalmente se justificarán investigaciones especiales sobre eficiencia, velocidad, requerimientos de NPSH, etc., para servicios por encima de la línea mostrada en la Figura 5 de MDP–02–P–02. Cabezales en o por encima de los límites mostrados para bombas de multietapa a velocidades de motor típicas se pueden obtener con un aumento de velocidad de los engranajes (accionador de motor), o de las turbinas para suministrar a la bomba velocidades de operación por
  7. 7. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 6 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma encima de las velocidades máximas del motor. Los requerimientos de NPSH también se incrementan con la velocidad. En general, las bombas centrífugas no se deberían operar continuamente a caudales de flujo menores que 10 a 25% de su punto de mayor eficiencia. El Documento MDP–02–P–10 presenta información para el diseño de sistemas de recirculación de bajo flujo para protección contra flujo insuficiente. La relación de flujo nominal a PME y la necesidad de sistemas de recirculación para flujo bajo se puede estimar sólo durante la etapa de diseño de la planta. Después que se seleccionan los modelos específicos de bombas, las necesidades pueden ser reevaluadas y el diseño del sistema finalizado. Características de Funcionamiento Las características de funcionamiento de las bombas centrífugas se presentan en los Documentos MDP–02–P–02 y MDP–02–P–07. Sensibilidad a la Viscosidad Los niveles normal y máximo de viscosidad tienen un impacto significativo en la selección del tipo de bomba debido al deterioro del funcionamiento de las bombas centrífugas con el incremento de la viscosidad. El deterioro es continuo y gradual y por lo tanto cualquier regla que aplique a niveles específicos de viscosidad es necesariamente arbitraria. Las siguientes guías indican la práctica típica. Viscosidad, Guías mm2/s SSU 7 50 Viscosidad nominal mínima para bombas rotativas. La eficiencia de las bombas centrífugas comienza a disminuir a medida que la viscosidad aumenta a este nivel. La viscosidad debería ser especificada para servicios de bombas centrífugas cuando excede este nivel. < 30 < 150 Siempre se prefieren las centrífugas frente a las rotativas donde las condiciones permiten la aplicación de los dos tipos. 30 50 Las condiciones de cabezal–capacidad de la centrífuga comienzan a deteriorarse. 30–110 150–500 Normalmente se prefieren las bombas centrífugas frente a las rotativas a pesar de alguna caída de eficiencia. 110–220 500–1000 Las bombas de desplazamiento positivo son casi siempre usadas si la viscosidad esperada excede este nivel.
  8. 8. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 7 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 220–650 1000–3000 Se prefiere la rotativa si la viscosidad está usualmente en este rango; si la viscosidad rara vez es tan alta como esta se prefiere la centrífuga. 650 3000 No se deben especificar bombas centrífugas cuando se espera que la viscosidad llegue a este nivel. El efecto de la viscosidad en el funcionamiento de las bombas centrífugas se presenta en MDP–02–P–07. Líneas de Succión Para Cebado de la Bomba Las bombas centrífugas convencionales no son autocebantes. O sea, no se puede evacuar vapor de la línea de succión para que el líquido fluya en la línea y en el cuerpo de la bomba, sin ayuda externa. La razón por la cual las bombas centrífugas no son auto–cebantes es por que sus impulsores están diseñados para bombeo eficiente de líquido, y no son operadas a velocidades de boca lo suficientemente altas para hacerlas efectivas como compresores de vapor. La diferencia de cabezal que es capaz de desarrollar el impulsor de la bomba es la misma para vapor y para líquido, pero, la capacidad de elevación de presión diferencial equivalente es ampliamente menor. Por lo tanto, los impulsores de las bombas centrífugas no pueden producir una reducción significativa de la presión del vapor en la línea de succión para permitir el flujo de líquido. Las bombas de desplazamiento positivo, por otro lado, pueden autocebarse, se dispone de tiempo suficiente, sacando el vapor desde la línea de succión hacia el sistema de descarga (o a la atmósfera). El hecho de que las bombas de desplazamiento positivo pueden autocebarse, no implica, sin embargo, que tengan requerimientos despreciables de NPSH. Sus requerimientos de NPSH son frecuentemente tan críticos como los de las bombas centrífugas. Algunos modelos de bombas centrífugas son diseñadas especialmente para ser “auto–cebantes”, pero estos tipos rara vez se aplican en servicios continuos de proceso. Un tipo de bomba auto–cebante logra la evacuación del vapor de la línea de succión por arrastre de burbujas de vapor desde el lado de succión del impulsor en una carga de líquido mantenida en el cuerpo de la bomba, o en una botella de retención/separación unida a él. La carga de líquido es recirculada hacia el lado de succión después de separar el vapor arrastrado. Otro tipo de bomba auto–cebante es el “Roto–prime” de Gilbarco que tiene una pequeña bomba de álabe deslizante (del tipo usado en las bombas dispensadora de las estaciones de servicio de gasolina), dentro del cuerpo de la bomba principal, del lado de la caja de estoperas del impulsor de la centrífuga. Cuando existe vapor en la línea de succión, la bomba de álabes deslizantes lo evacúa a través de los orificios y aberturas especiales de balance del impulsor. Cuando el cebado se ha
  9. 9. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 8 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma completado, el estator de la bomba cebante se reposiciona automáticamente para parar la operación de cebado. Como las bombas centrífugas convencionales no son auto–cebantes, se deben cebar antes de arrancar, o sea, la línea de succión y el cuerpo de la bomba se deben llenar con líquido antes de arrancar la bomba. Cuando la fuente de succión está a presión positiva, o se coloca encima de la bomba, el cebado se lleva a cabo simplemente abriendo la válvula de succión y descargando o “ventilando” el vapor atrapado desde una conexión con válvula en el cuerpo de la bomba o en la línea de descarga (antes de la válvula de bloqueo de descarga). El líquido fluye en la línea de succión y el cuerpo de la bomba para desplazar el vapor a ventilar. Ventilación del Cuerpo de la Bomba La mayoría de los tipos de construcción aplicados a los servicios de proceso son “auto–ventilantes”. Es decir, que una cantidad mínima de vapor atrapado en el cuerpo al arranque, después que el cebado de succión es completado, es rápidamente sacado, hacia la línea de descarga, cuando la bomba se arranca. Algunos tipos de bombas centrífugas como las horizontales con cuerpos divididos, sin embargo, no están concebidas para ser auto–ventilantes y están provistas con conexiones especiales con válvula de venteo las cuales requieren operación manual. Las bombas centrífugas de una sola etapa con conexiones de descarga en el tope tienen un buen funcionamiento de auto–venteo a pesar de que la forma del cuerpo coloca una pequeña bolsa de vapor de punto alto en el tope de la espiral de descarga. La decisión de que un tipo de construcción sea auto–ventilada o no se basa en si es necesario sacar las bolsas de vapor atrapadas en los puntos altos para lograr el funcionamiento especificado. Mientras que las predicciones de las características auto–ventilante se puede hacer por inspección de geometría, la determinación es hecha en base a demostración de funcionamiento. Los requerimientos de ventilación del cuerpo de la bomba rara vez es preocupación del diseñador del servicio, pero ocasionalmente, los venteos deben ser llevados hasta los recipientes de succión, por seguridad, control de emisiones o buenas razones de cuidado. Las bombas criogénicas, por ejemplo, requieren líneas de venteo del cuerpo para remover continuamente el producto vaporizado durante las operaciones de arranque. Costos Los costos de las bombas centrífugas, se pueden estimar usando los paquetes comerciales de estimación de costo. Las bombas en línea, donde se pueden aplicar, son con frecuencia las más económicas. Con ellas se ahorra en disposición, fundaciones, tubería y válvulas, mantenimiento, y pueden reducir la necesidad de repuestos.
  10. 10. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 9 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Características de los Tipos de Construcción más Comunes Las características generales y de funcionamiento de los tipos de construcción de bombas centrífugas usadas más comúnmente en los servicios de refinerías se presentan en las Tablas 1 y 2. La siguiente información complementa las tablas. Una Sola Etapa de Suspensión Superior – El tipo de construcción usado más comúnmente en los servicios de proceso, y comúnmente llamadas “bombas de proceso de refinería” tiene un impulsor de una sola etapa de suspensión superior; su cuerpo es soportado en la línea media. Los dos cojinetes del eje son montados juntos en la misma cartela de cojinetes, con el impulsor suspendido por encima de ellos. Este tipo por lo general tiene bridas de succión y descarga superiores; anillos de desgaste en el frente y detrás del impulsor y del cuerpo; opciones de agua de enfriamiento en el pedestal, caja de estopera y cojinetes; una sola succión, impulsores cerrados, y una caja de estopera lo suficientemente profunda para 6 anillos de empaque, pero fijada con un sello mecánico. Los aspectos más significativos de su diseño son la disponibilidad para operaciones de temperatura alta, la remoción fácil del rotor y de los cojinetes internos del cuerpo para mantenimiento sin desensamblar las bridas de las tuberías, y la seguridad en el manejo de fluidos inflamables. Dos Etapas de Suspensión Superior – Una variante menor de la bomba de proceso de una sola etapa es la versión de dos etapas de este mismo tipo de bomba, que simplemente tiene mayor capacidad de cabezal. Con este tipo, la presión de la caja de estopera normalmente es un valor intermedio entre las presiones de succión y descarga. Una Sola Etapa, Impulsor–entre–Cojinetes – Bombas con capacidades por encima del rango de las de construcción de suspensión vertical tienen el impulsor (es) montado entre los cojinetes y por lo tanto tienen dos cajas de estoperas. Las versiones de una sola etapa desarrollan cabezales hasta 330m (1100 pie). Los cuerpos pueden ser divididos axialmente para temperaturas de 200 a 260°C (400 a 500°F), y son divididos radialmente para temperaturas hasta 455°C (850°F). En Línea – Las bombas en línea son verticales con el cuerpo diseñado para ser atornillado directamente en la tubería, como una válvula. Existen modelos para servicio de procesos de alrededor 65 dm3/s (1000 gpm), y para servicios de transporte a caudales de flujo mayores. El campo de funcionamiento de los modelos en línea disponibles se incluyen en las Figuras 1 y 2 de MDP–02–P–02. Las bombas en línea se construyen comúnmente en dos tipos: acopladas y de acople cercano (el impulsor sobre la extensión del eje del motor sin acoples intermedios). La vida de servicio y los requerimientos de mantenimiento de los dos tipos han demostrado ser prácticamente los mismos. El tipo acoplado se prefiere normalmente para simplificar el mantenimiento de la bomba y del motor. Las refinerías que han usado un gran número de bombas en línea han encontrado que son económicamente competitivas con las bombas horizontales
  11. 11. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 10 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma convencionales. El servicio de mantenimiento del tipo en línea ha sido más frecuente (intervalos de 25 a 30% mas cortos entre períodos de mantenimiento) que para bombas horizontales convencionales, pero el costo menor de cada servicio y el ahorro en el costo primario han eliminado la desventaja de la mayor frecuencia de mantenimiento, como resultado de lo anterior, la selección entre los dos tipos no depende del precio y los costos potenciales de mantenimiento, sino de las situaciones específicas de instalación. Si el costo de tubería asociado con la bomba se puede reducir por una instalación en línea, o si el espacio es un factor dominante, entonces se prefiere el tipo en línea. Por otro lado, si se requiere un sello mecánico doble, o si se desea tiempo máximo entre acondicionamiento, entonces se prefiere el tipo horizontal convencional. La experiencia de refinería ha indicado que las bombas en línea para servicios medianamente pesados no tienen requerimientos de mantenimiento mayores que los modelos para servicio pesado; por lo tanto se prefiere el más bajo costo de las bombas para servicios medianamente pesados cuando las condiciones del servicio lo permiten. La experiencia también ha indicado que las bombas en línea de estructura extendida con un acople rígido entre motor y bomba tienen unos requerimientos de mantenimiento iguales a los de estructura corta sin acople. La duración promedio de tiempo de trabajo entre períodos de mantenimiento en dos refinerías con experiencia extensa con bombas en línea ha sido de 11 meses. Las normalizaciones de la industria química para bombas en línea se resumen en “Proposed Voluntary Standard: Vertical In line Centrifugal Pumps for Process Use”, febrero 1971, por Manufacturing Chemists Association. Altas Velocidades – Las bombas de velocidad alta son modelos de un solo impulsor diseñado para velocidades de 170 a 280 rps (10000 a 17000rpm), y ocasionalmente tan altas como 400 rps (24000 rpm), y para cabezales de hasta 1600 m (5200 pie). Las altas velocidades de los modelos que se encuentran corrientemente en el mercado se logra con engranajes de precisión entre el motor eléctrico y el eje de la bomba. Las Figuras 1 y 2 en MDP–02–P–02 muestran el campo de funcionamiento actualmente disponible. La temperatura de bombeo está limitada a 230/260°C (450/500°F). Un modelo de dos etapas fue introducido en 1970 con cabezales hasta 3650 m (12000 pie), presión hasta 31000 kPa man.(4500 psig), y rangos de flujo de 3.2 a 25 dm3/s (50 a 400 gpm). El cabezal alto se logra en esta clase de bombas centrífugas usando velocidades periféricas de 20 a 60% mayores que la que se emplean en las bombas convencionales. Los niveles de esfuerzos en los impulsores son mayores que en las bombas convencionales, pero son minimizados por el uso de construcción semiabierta y álabes simples radiales. La forma de los álabes radiales tiende a
  12. 12. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 11 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma producir un decremento indeseable en la forma de la curva cabezal–capacidad, pero maximiza la generación de cabezal. Las bombas de alta velocidad tienden a tener un requerimiento alto de NPSH por el repentino incremento de velocidad que sufren cuando el líquido entra en el impulsor. A veces se requiere un NPSH tan alto como 30 m (100 pie). Si el NPSHD está limitado, se puede estipular un inductor helicoidal de aumento de espacio, semejante a un tornillo extendiéndose desde el ojo del impulsor hacia el pasaje de succión, el cual contribuirá a un aumento suficiente en presión para compensar el incremento de velocidad y producir un 50 a 75% de reducción en el NPSHR. Como la configuración helicoidal es difícil de manufacturar con la mayoría de las aleaciones, su costo es significativo. Por lo tanto, es aplicado solamente cuando se justifica por reducción del NPSHR. Los requerimientos de mantenimiento para bombas de alta velocidad tienden a ser mayores que para bombas de una sola etapa de velocidades típicas, pero aproximadamente iguales a los de modelos de múltiples etapas con los cuales ellas compiten para los servicios de cabezal alto. Químicas – La clasificación de bombas químicas es imprecisa, pero el término generalmente describe bombas cuyo cuerpo tiene un diseño de formas que pueden ser moldeadas en aleaciones de alto costo a precios moderados. Con frecuencia los cuerpos de estas bombas se soportan por la base o mediante cartelas de cojinetes en lugar de soportarlos por su línea central. Las bombas están limitadas a presiones, temperaturas y caudales de flujo relativamente bajos. Ellas son frecuentemente manufacturadas según AVS, en vez de las normalizaciones API. Algunos modelos especiales de bombas químicas son diseñados con recubrimiento fenólico o de vidrio lo cual evita la exposición del metal al fluido bombeado. Suspensiones – Las bombas para suspensiones son modelos con características concebidas para combatir las condiciones severas del bombeo de suspensiones. Las características especiales frecuentemente utilizadas son: 1. Pasajes de flujo anchos para evitar taponamiento. 2. Impulsores abiertos o semiabiertos que son menos sensitivos que los impulsores cerrados al taponamiento. 3. Impulsores de algunos tipos de bombas no–taponables, de cabezal bajo son semiabiertos y protegidos hasta el punto que la acción del vórtice, y no la acción directa del álabe, es la que cumple el bombeo. 4. Arreglos que desintegran las partículas grandes (semejante al “demoledor de coque”). 5. Velocidades de fluido bajas generadas por el uso de velocidades rotativas y periféricas tan bajas como sea posible.
  13. 13. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 12 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 6. Arreglos especiales de sello de eje que minimizan los requerimientos de mantenimiento. 7. Posición del rotor ajustable para restaurar el espacio axial sin desmantelar la bomba. 8. Platos de desgaste reemplazables y álabes de bombeo detrás del impulsor, en vez de anillos de desgaste que están sujetos a erosión. 9. Recubrimientos especiales del cuerpo, de caucho por ejemplo, algunos de los cuales son reemplazables. 10. Selección de materiales para resistencia a la erosión y la corrosión. 11. Velocidad ajustable y variable para limitar la velocidad interna al mínimo requerido para cumplir los requerimientos de cabezal. Bombas encapsuladas – Las bombas encapsuladas son unidades motor–bomba con el rotor rotativo y el impulsor completamente dentro de un sistema cerrado a presión. El arreglo elimina la necesidad de una caja de estopera. Los cojinetes son lubricados por el fluido bombeado, y el rotor del motor es enfriado por él mismo. El tipo de construcción está limitado a servicios de presión, flujo y temperaturas bajas en las aplicaciones químicas, pero los modelos grandes y sofisticados se aplican a sistemas de potencia con reactor nuclear y algunos servicios de proceso. Horizontales multietapa – Las bombas horizontales de múltiples etapas usualmente se limitan a aproximadamente 12 etapas debido a la dificultad en limitar la deflexión sobre el gran tramo entre cojinetes. Las bombas horizontales de múltiples etapas tienden a ser 10% menos eficientes que su contra parte vertical por debajo de 20 dm3/s (300 gpm) y 3 a 5% menos eficientes entre 20 dm3/s y 32 dm3/s (300–500 gpm). Ellas tienen aproximadamente los mismos requerimientos de NPSH que las bombas de una etapa de la misma capacidad. Verticales multietapa – Las bombas verticales múltiples etapas pueden tener hasta 24 etapas, y a veces más. Los modelos de alto diferencial de presión usan un arreglo de presión opuesta. Por debajo de aproximadamente 370 m de cabezal, están fácilmente disponibles bombas verticales con construcción tipo plato (Bowl), para valores de NPSHR tan bajos como 0.3 m (1pie) en la brida de succión. Frecuentemente se usan impulsores de flujo “mezclado” (o de velocidad específica alta). La primera etapa está en el fondo del ensamblaje, de bajo del nivel. El requerimiento de NPSH en la brida de succión es usualmente alrededor de 1.8 m (3 pie) pero puede hacerse tan bajo como 0.3m (1 pie). Las bombas verticales de múltiples etapas emplean frecuentemente impulsores de alta velocidad específica o de “flujo mezclado”, que generan un cabezal relativamente bajo por etapa. Esta es la razón que origina el gran número de etapas encontradas frecuentemente en las bombas verticales. Las razones para
  14. 14. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 13 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma el uso de impulsores de alta velocidad específica son: la necesidad de minimizar el diámetro de los impulsores y el cuerpo de la bomba, y el deseo de mantener una eficiencia alta en una unidad de múltiples etapas y de cabezal alto. El tipo de construcción de bombas de múltiples etapas verticales requiere un gran número de espacios estrechos de movimiento. Por lo tanto la bomba es usualmente sensible al daño por admisión de sólidos y por operaciones en seco o de dos fases. Cuando se efectúa el mantenimiento, muchas partes deben ser desarmadas, reparadas o sustituidas, y luego reensambladas. Estos factores causan que las bombas verticales de múltiples etapas requieran de mantenimiento con mayor frecuencia que las bombas horizontales, y además que el costo de cada servicio sea mayor que el comparable de las bombas horizontales. Para evitar estos costos de mantenimiento más altos y la baja confiabilidad, los servicios de bombeo se deben diseñar para evitar la necesidad de usar bombas verticales de múltiples etapas, siempre que sea posible. Facilidad Relativa del Mantenimiento para los Tipos de Construcción más Usuales Los distintos tipos de construcción de bombas centrífugas de uso común difieren en su facilidad de mantenimiento, siguiendo aproximadamente este orden: (más fácil) Vertical en línea, una etapa. Horizontal de una sola etapa y de dos etapas de suspensión superior, dividida radialmente. Horizontal de una sola etapa, impulsor entre los cojinetes, dividida axialmente. Horizontal de múltiples etapas, dividida axialmente. Alta velocidad de una sola etapa. Horizontal de una sola etapa, impulsor entre los cojinetes, dividida radialmente. Horizontal de múltiples etapas, dividida radialmente. Vertical, eje largo, una etapa. Vertical, eje corto, de múltiples etapas. (más difícil) Vertical, eje largo, de múltiples etapas. Características de Diseño de las Bombas Centrífugas Una amplia variedad de características de diseño están disponibles y se aplican a muchos de los tipos básicos de construcción. El siguiente sumario desea familiarizar al diseñador del servicio con la naturaleza y la terminología de las características más significativas de diseño mecánico disponibles. Clasificación de Carga al Cuerpo – La clasificación de presión–temperatura de los modelos de bomba suministra un índice para la clasificación de carga del servicio. El tipo Construcción para servicio “liviano” o “general” está disponible
  15. 15. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 14 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma comúnmente, para servicios industriales domésticos e intermitentes, pero sus características no están bien normalizadas ni claramente definidas. El servicio “medianamente pesado” corresponde a rangos entre –29 y 150°C (–20 y 300°F), a 2100 kPa man. (300 psig), 32 dm3/s (500 gpm), y 60 rev/s (3600 rpm). El tipo de construcción para servicio “pesado”, se refiere a rangos fuera de estos límites. Para servicios no inflamables, no riesgosos, y por debajo de los limites de servicio “pesado” se puede considerar la compra de bombas que no cumpla API 610 en algunos renglones y con otras restricciones según se define en dicha norma. La experiencia ha indicado que las bombas para servicio “medianamente pesado” trabajan tan bien como las bombas para servicio pesado que no tienen requerimientos de mantenimiento mayores. Diseño de Conversión de Presión: Espirales, Difusores – Muchas bombas comerciales tienen canales divergentes llamados espirales colocados en la sección de descarga del cuerpo. El flujo a través de la espiral causa una disminución en la velocidad desde la velocidad de boca (típicamente 60 m/s (200 pie/s)) a la velocidad de la línea de descarga (típicamente 5 m/s (15 pie/s)), lo cual a su vez causa un incremento de la presión. Los pasajes de las espirales individuales se usan en la mayoría de los diseños de bombas ya que son simples y eficientes. Sin embargo, el diseño delas espirales individuales impone una carga radial no balanceada en el impulsor, debido a la variación en presión alrededor de la periferia. Para diseños donde los niveles de fuerzas no balanceados puedan causar una deflexión significativa del eje, (típicamente por encima de 150 m/etapa (500 pie/etapa)) se usa el diseño de espiral doble. Los canales dobles de descarga tienden a balancear las fuerzas radiales y por lo tanto a reducir el esfuerzo cíclico en el eje. Pocas bombas de proceso usan difusores con álabes para conversión de presión en vez de espirales. Estas incluyen algunas bombas en línea, algunas bombas de flujo axial, y algunas bombas diseñadas para cabezal alto, y rango de bajo flujo. Las ventajas de los difusores con álabes son las fuerzas radiales balanceadas, el tamaño compacto, y la eficiencia pico a cabezales altos y flujos bajos. Las desventajas son que estas resultan más complicadas de construir y reparar que las bombas con espirales, y las curvas de funcionamiento tienden a caer, con caídas severas en las eficiencia debajo del 50% del PME. Tipos de Impulsores – La mayoría de los impulsores usados en las bombas de refinería están encerrados con todos los discos y las cubiertas y se denominan “cerrados”. Los impulsores semiabiertos son usados ocasionalmente, y tienen un disco de apoyo completo, pero sin cubierta. Los impulsores completamente abiertos, que tienen álabes pero poco o ningún material de disco, son ocasionalmente usados en cabezales bajos, en servicios de manejo de sólidos.
  16. 16. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 15 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma La mayoría de los impulsores usados en las bombas de refinería tienen arreglos para succión de un solo lado y se denominan diseño de “una sola succión”. Los modelos de bomba de flujo alto usan impulsores que aceptan succión de ambos lados y se denominan de “succión doble”. La mayoría de los impulsores usados en las bombas de refinería son del tipo centrífugo puro, caracterizados por una velocidad específica baja. Las bombas de flujo muy alto usan impulsores de “flujo mezclado” que incluyen un componente axial significativo en la dirección del flujo de fluido. La mayoría de las bombas verticales de múltiples etapas, especialmente las bombas de pozo profundo, usan impulsores de flujo mezclado para mantener pequeño el diámetro por conveniencias de instalación. El diámetro pequeño y la velocidad específica se combinan para limitar el cabezal por etapa a valores bajos, típicamente de 30 m a 45 m (100–150 pie), y tienden a requerirse muchas etapas. Este estilo de bomba vertical es a veces llamado bomba tipo “turbina”, (por la dirección semi–axial del flujo) a pesar que su diseño es totalmente diferente al de las bombas clásicas de tipo turbina regenerativa. Arreglos de anillos de desgaste – La mayoría de las bombas de refinería se diseñan con espacios estrechos de corrida por el lado de la succión para separar la zona de presión de descarga de la bomba, de las zonas de la presión de succión y minimizar el retroflujo o “deslizamiento”. Los anillos de desgaste se acomodan en el espacio estrecho del cuerpo de la bomba y usualmente en una posición opuesta sobre el impulsor para permitir un recobro fácil del espacio libre de diseño. Estos dos anillos se denominan anillos de desgaste del “cuerpo” y del “impulsor”, respectivamente. En muchas bombas de refinería de alta presión, los anillos de desgaste también se colocan en el lado trasero (disco) del impulsor para reducir la fuerza de presión sobre el impulsor, y para minimizar la presión a la que se expone la caja de estoperas. En algunos modelos, se colocan pequeños álabes de bombeo en la parte de atrás del impulsor con el mismo propósito que los anillos de desgaste trasero. En algunos modelos de bombas para servicios de baja presión donde el potencial de presión de carga es insignificante, no se aplican arreglos para limitación de la contrapresión y la caja de estoperas opera a la presión de descarga. Localización y Orientación de las Boquillas – La mayoría de las bombas horizontales de proceso en refinerías están provistas de boquillas de succión y descarga en el tope del cuerpo. Este arreglo es conveniente para arreglos de grupos de bombas en filas y sus bancos de tuberías y para diseñar las tuberías para fuerzas y momentos mínimos contra las bridas de las bombas. Las boquillas de succión pueden también ser ubicadas en los extremos de las bombas horizontales de proceso, coaxialmente a la línea central del eje. Las bombas para temperaturas moderadas y las bombas de transferencia de productos frecuentemente se seleccionan con succión en los extremos. Las
  17. 17. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 16 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma bombas diseñadas para limpieza de anillos de desgaste, con frecuencia, solamente están disponibles con arreglos de succión en el extremo, debido a los requerimientos de configuración del cuerpo. Las conexiones de succión lateral usualmente se utilizan en bombas horizontales divididas horizontalmente, para permitir la colocación de la boquilla en la mitad del fondo del cuerpo, a fin de que esta mitad no requiera ser removida cuando se realiza mantenimiento en los internos de la bomba. Las conexiones de descarga lateral se usan frecuentemente en bombas horizontales divididas horizontalmente, y con poca frecuencia en las bombas horizontales divididas verticalmente. En servicios como agua de alimentación de calderas ocasionalmente existe la necesidad de que una parte del flujo total está a una presión menor que la presión final de descarga. Las bombas se pueden diseñar con boquillas de descarga lateral al nivel de presión intermedio deseado a fin de suplir esta necesidad a los costos mínimos de equipos y operación. Sin embargo, la construcción de la bomba es no convencional, garantizando una consulta con el especialista de máquinas durante el diseño del servicio. Construcción del Cuerpo: Simple, Doble – La mayoría de las bombas centrífugas usadas en los servicios de refinería tienen cuerpos simples, es decir, una sola pared entre el líquido a la presión de descarga y la atmósfera. Por otro lado, los cuerpos dobles se usan en dos tipos importantes de bombas. El tipo más común de bombas horizontales, de múltiples etapas, y de alta presión usadas actualmente envuelven el grupo de diafragmas de las etapas con una pesada carcaza en forma de barril. El grupo de diafragmas es conocido como el cuerpo interno, y el barril como el cuerpo externo. Las bombas de alimentación a calderas con frecuencia son de este tipo de construcción. Un segundo ejemplo de bombas de doble cuerpo es la bomba vertical que consiste en un cilindro vertical enterrado en el suelo en el que se inserta un elemento de bombeo. El líquido de succión normalmente entra en el cilindro o cuerpo externo, fluye hacia el fondo y luego hacia arriba a través de las etapas de la bomba. Los diafragmas de las etapas en los elementos de bombeo incluyen el cuerpo interno de la bomba. Orientación de las Juntas del Cuerpo – Los cuerpos de las bombas deben tener juntas para permitir el ensamblaje y el desensamblaje. El cuerpo puede estar unido en el mismo plano del eje (dividido axialmente), o perpendicular al eje (dividido radialmente). Las bombas horizontales divididas axialmente se llaman con frecuencia “divididas horizontalmente”. Las bombas horizontales divididas radialmente se llaman con frecuencia “divididas verticalmente”. Las juntas axiales se usan comúnmente en las bombas para agua y otros líquidos con densidades superiores a los 700 kg/m3 (44 lb/pie3), temperaturas bajas (por
  18. 18. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 17 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma debajo de 200°C (400°F)) y presiones de bajas a moderadas. Las juntas radiales se usan en bombas horizontales de proceso suspendidas superiormente para permitir una remoción conveniente del rotor y del ensamblamiento de las cartelas de cojinetes para mantenimiento. También se usan en bombas de alta presión de múltiples etapas por el problema estructural de diseñar tornillos adecuados para las porciones del cuerpo divididas axialmente expuestas a presión interna alta. El cuerpo externo de bombas verticales es dividido radialmente. El cuerpo interno de bombas verticales de doble cuerpo se diseña para juntas radiales, axiales o radiales y axiales. Soportes de Cuerpo – La mayoría de las bombas horizontales de refinería tienen sus cuerpos soportados por las placas de base, y las cartelas de cojinetes, a su vez, se apoyan en el cuerpo. Esta construcción simplifica el mantenimiento ya que los internos de la bomba pueden recibir servicio sin molestar las bridas de las boquillas. La mayoría de las bombas con cuerpo soportado tienen extensiones a los lados del cuerpo a nivel de la línea central que descansan sobre pedestales. Este tipo de bomba se define como “soportadas por la línea central”. El movimiento de la línea central a medida que la temperatura del cuerpo de la bomba aumenta es minimizado con este arreglo ya que se mantiene una buena alineación de las uniones. Los cuerpos de bombas para servicios a niveles de temperaturas ambientales y moderadamente bajos son soportados con frecuencia por el fondo del cuerpo y se conocen como “soportados por el fondo”. Algunos modelos de bombas se diseñan para soportar el cuerpo mediante la caja de los cojinetes internos, la cual es soportada por la placa de base. Esto requiere la desconexión de las bridas de las boquillas para efectuar el mantenimiento interno de la bomba. Este tipo de construcción usualmente se limita a bombas pequeñas de costo bajo, y no cumple con los requerimientos del API. Control de Presión Axial en Bombas de una Sola Etapa – Las fuerzas axiales que actúan sobre el impulsor de la bomba en dirección hacia el acople raramente son iguales a las que actúan en sentido contrario. O sea, las fuerzas de presión no están perfectamente balanceadas, y la carga neta resultante es soportada por los cojinetes de presión de la bomba. Para mantener el cojinete de presión a baja carga y dentro de su rango de carga admisible, el diseñador debe tener cuidado de balancear las fuerzas de presión axial tan bien como sea posible. Las fuerzas resultantes de la presión de succión, descarga e intermedia del líquido bombeado, más la presión atmosférica sobre los extremos de los acoples del eje se aplican sobre las diversas áreas proyectadas. En el diseño de bombas para altas presiones de succión y descargas, el elemento principal en el desbalance de presión es la presión de succión impuesta contra el área final del eje. A esta fuerza sólo se opone la presión atmosférica en el extremo del acople.
  19. 19. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 18 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma En las bombas que tienen presión de descarga actuando sobre la parte posterior del impulsor, el elemento principal del desbalance de presión es la presión de descarga que actúa sobre la parte posterior del disco. Para reducir esta fuerza, se colocan anillos de desgaste en la parte posterior del impulsor y se perforan unos orificios de balance en el disco para bajar la presión detrás del área de orificio del impulsor hasta virtualmente la presión de succión. El espacio pequeño del anillo de desgaste mantiene el flujo que recircula a través de las perforaciones de balance, en un mínimo. A veces se usan álabes de bombeo en la parte posterior del impulsor en vez de los anillos de desgaste para lograr los mismo propósitos, es decir, reducción de presión, y limitación de la presión de la caja de estoperas. Un método para predecir la presión a la que esta expuesta la caja de estoperas se presenta en la MDP–02–P–09. Control de Presión Axial en Bombas Múltiples Etapas – Las bombas de múltiples etapas para diferenciales de presión moderados se diseñan para cargas de presión unidireccional, con los cojinetes de presión absorbiendo la totalidad de la carga. En el caso de bombas verticales el peso de rotores usualmente aditivo a la presión hidráulica. Para diferenciales de presión altos, se usan arreglos de impulsores opuestos, de modo tal que la presión axial de un grupo de impulsores está opuesta en dirección a la del segundo grupo. La fuerza de presión es por lo tanto mantenida a un nivel bajo. Diseños de Cajas de Estoperas – La mayoría de las bombas de refinería se diseñan con cajas de estoperas convencionales que pueden ser llenadas con material empacado como alambre trenzado o anillos de hoja metálica, o con un sello mecánico. Los cuerpos de bomba que se diseñan para montar sólo un sello mecánico del eje y no son convertibles a sello empacado, se dice que tienen sellos “internos”. Este estilo minimiza la suspensión del eje, y cuesta menos que el tipo de caja de estopera convencional. Se usa comúnmente en servicios limpios, de presión de succión moderada y niveles de temperatura moderados. Las desventajas de este tipo de construcción son: 1. Alta sensibilidad al sucio en el líquido bombeado 2. Se pueden aplicar menos remedios para corregir los problemas crónicos en servicios de sellos mecánicos 3. “El último recurso” de recurrir a empacado convencional no es posible. Por estas razones, la aplicación de “sellos internos” ha sido limitada en las plantas de proceso. Arreglos de Acoples del Eje – Los ejes de las bombas pueden estar unidos al eje del accionador por un acople separado removible y flexible, o pueden estar
  20. 20. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 19 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma directamente integrados con el eje del accionador. La gran mayoría de bombas de plantas de proceso tienen acoples separados. El tipo de eje integral se conoce como “acople cercano”. Las bombas de servicio de nivel comercial pequeño son con frecuencia de este tipo. Las bombas verticales de aceite vertical auxiliar accionadas con turbinas de vapor en sistemas de compresión con aceite lubricante son a veces de este tipo, así como también las bombas encapsuladas. Facilidades de Enfriamiento – Las bombas centrífugas han sido tradicionalmente equipadas con una variedad de facilidades de enfriamiento que los constructores han considerado esenciales para evitar el sobrecalentamiento de los cojinetes, para mantener la alineación, y para asegurar el funcionamiento apropiado del sello mecánico. Sin embargo, la experiencia ha demostrado que la mayoría de las bombas en servicios por debajo de 200°C(400°F) pueden trabajar sin enfriamiento con agua, sin provocar ninguna reducción significativa de la confiabilidad de la bomba. Las Basic Practices permiten el uso de agua de enfriamiento en servicios por encima de 200°C(400°F), donde se requiera para los siguientes propósitos específicos: S Enfriamiento del aceite de los cojinetes – El agua de enfriamiento se circula bien sea a través de una camisa que alberga los cojinetes, de un serpentín de enfriamiento o de un enfriador externo de aceite, para mantener la temperatura del aceite por debajo de 82°C (180°F), que es la temperatura máxima permisible para una lubricación apropiada de los cojinetes. S Enfriamiento de la Camisa de la Caja de Estoperas – Frecuentemente se circula el agua de enfriamiento a través de la camisa para remover el calor de fricción generado por el sello mecánico, y para evitar que el líquido de lavado del sello se evapore. También, el enfriamiento de la caja de estoperas ayuda a aislar el cuerpo de la bomba caliente de la caja de cojinetes. S Enfriamiento de Líquido de Lavado del Sello – Para servicios entre 200 y 315°C (400°F y 600°F), el liquido de lavado del sello usualmente se enfría en un enfriador externo, a fin de mantenerlo dentro de los límites de temperatura admisibles por los materiales de sello mecánico. (El líquido de limpieza de sello también se puede enfriar en servicios de temperatura baja si el líquido puede evaporarse en la caja de estopera). Además de las aplicaciones anteriores para agua de enfriamento, a veces se usa vapor de baja presión para enfriar los platos de sello y las cajas de estoperas en servicios de temperatura alta, superiores a 315°C (600°F), por ejemplo. Los requerimientos de servicio para cumplir con estas necesidades pueden ser estimados durante la etapa de diseño de la planta usando los métodos presentados en MDP–02–P–11. Las conexiones de servicios específicos y su consumo se calculan después de seleccionar los modelos de bombas.
  21. 21. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 20 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 8 BOMBAS DE FLUJO AXIAL Las bombas de flujo axial se aplican para caudales muy altos, y bajos cabezales en servicios con agua y substancias químicas. Algunos servicios típicos con agua son: irrigación, control de inundación, bombas/turbinas para bombeo a almacenaje en plantas de generación de potencia, y bombas de circulación para condensadores barométricos, etc. Algunos servicios típicos de plantas químicas son el de circulación para el reactor de propileno, y los servicios de circulación asociados con evaporadores y cristalizadores en la producción de sulfato de amonio, ácido fosfórico, potasio, soda cáustica y productos de azúcar. 9 BOMBAS RECIPROCANTES Las bombas de tipo reciprocante son especificadas con poca frecuencia en los diseños nuevos. Se prefiere el uso de bombas centrífugas y deberían usarse excepto en las pocas situaciones donde sea necesario otro tipo. Circunstancias especiales que pueden favorecer las bombas reciprocantes incluyen las siguientes: 1. Fluidos de alta viscosidad. 2. Capacidades relativamente bajas (de 0.2 a 1.3 dm3/s (3 a 20 gpm)) a cabezales altos. 3. Servicios intermitentes, como bombeo externo o separador de lodo y residuo, donde se debe manejar un rango de fluidos, los costos de equipos son favorables, y hay disponible un NPSH suficiente. 4. Servicio de lodo y suspensiones. 5. Servicios de bombeo simple con un rango amplio de presiones de descarga o caudales de flujo. Las bombas reciprocantes producen un flujo pulsante, desarrollan una presión de parada alta, tienen una capacidad constante cuando son accionados por un motor, y están sujetas a atrapar vapor a condiciones de NPSH bajas. Las fugas a través del empaque deben ser consideradas, ya que los sellos de tipo mecánico no son aplicables a rodillos o símbolos. Ver MDP–02–P–10 para métodos de reducción de la pulsación del flujo. 10 BOMBAS ROTATIVAS Las bombas rotativas, como clase, normalmente se refieren a las bombas de desplazamiento positivo con elementos de bombeo rotativos tales como engranajes, tornillos, álabes y lóbulos. Sólo los tipos de engranaje y de tornillo se usan en un número significativo de servicios de refinería. Todas las bombas rotativas tienen estrechos espacios entre las partes móviles, lo cual posiblemente produciría la obstrucción del movimiento de las partes en
  22. 22. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 21 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma servicios de altas temperaturas o desgaste cuando se requieren aleaciones por corrosión. Las bombas rotativas para aplicaciones de refinería están disponibles en rangos de 0.06 a 315 dm3/s (1 a 5000 gpm) y para presiones diferenciales de hasta 21000 kPa (3000 psi). Normalmente están limitadas a servicios con fluidos demasiado viscosos para ser manejados económicamente por bombas centrífugas o de otro tipo, tales como aceites combustibles pesados, lubricantes, grasas y asfalto. Las bombas rotativas que manejan líquidos por debajo de 21 mm2/s (100 SSU) pueden tener un desgaste excesivo y fugas internas. Este desgaste, debido a las propiedades lubricantes inadecuadas del líquido, es particularmente serio en aquellos diseños que tienen cojinetes internos, engranajes de cebado internos, o donde un elemento interno acciona otros elementos de bombeo. Las bombas rotativas no son aptas para manejar fluidos con cantidades apreciables de sólidos duros o abrasivos. Cuerpos con camisas de vapor están disponibles para servicios de alta viscosidad, tales como el de asfalto. Las bombas rotativas se usan en los dispensadores de gasolina, bombas de descarga de camiones (incluyendo GLP), etc., donde el requerimiento de factor de servicio es bajo, el diferencial de presión es bajo, se requiere auto–cebado ocasionalmente, y el mantenimiento usualmente consiste en la sustitución rápida de la bomba. 11 NOMENCLATURA (Ver MDP–02–P–02)
  23. 23. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 22 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma TABLA 1. COMPARACION DE TIPOS DE BOMBAS Y TIPOS DE CONSTRUCCION: CARACTERISTICAS GENERALES Tipos de bombas y de construcción Características resaltantes de construcción Orientación N° usual usual de etapas Requerimiento relativo de mantenimiento Comentarios Dinámica La capacidad varía con el cabezal. Centrífuga Velocidad específica entre baja y media. Horizontal Tipo de proceso de una etapa y suspensión superior Un apoyo impulsor después de los cojinetes. Horizontal 1 Bajo Tipo más común usado en los servicios de proceso. Tipo de proceso de dos etapas y suspensión superior Dos apoyos de impulsor después de los cojinetes. “ 2 Bajo Para cabezales por encima de las capacidades de la bomba una etapa Impulsor de una etapa entre cojinetes Impulsor entre cojinetes; cuerpo dividido radialmente o axialmente. “ 1 Bajo Para flujos altos hasta 330 m (1100 pie) de cabezal. Químico Estructura del cuerpo diseñadas con secciones delgadas debido al alto costo de las aleaciones; tamaños pequeños. “ 1 Medio Niveles bajos de presión y temperatura. Suspensión Pasajes de flujo grandes, dispositivos de control de erosión. “ 1 Alto Velocidad baja; espacio libre axial ajustable. Encapsuladas Bombas y motores encerrados en carca zas a presión; sin caja de estoperas. “ 1 Bajo Límites de cabezal–capacidad bajos para los modelos usados en servicios químicos. De múltiples etapas dividido horizontalmente Boquillas usualmente en la mitad inferior del cuerpo. “ Multi. Bajo Para niveles moderados de temperatura–presión. De múltiples etapas tipo barril El cuerpo externo cubre el bloque de diafragmas. “ Multi. Bajo Para niveles altos de temperatura–presión. Vertical Tipo de proceso de una etapa Orientación vertical. Vertical 1 Bajo Tipo usado principalmente para aprovechar los requerimientos bajos de CNSP. Tipo de proceso, de múltiples etapas Muchas etapas, bajo cabezal/etapa. “ Multi. Medio Capacidad de cabezal alto, requerimientos bajos de CNSP. En línea Concebida para instalación en línea, como una válvula “ 1 Bajo Permite lograr bajos costos de instalación y sistemas de tuberías simplificados.
  24. 24. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 23 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Tipos de bombas y de construcción ComentariosRequerimiento relativo de mantenimiento Orientación N° usual usual de etapas Características resaltantes de construcción Velocidad alta Velocidades hasta 380 rps (23000 rpm), cabezales hasta 1770 m (5800 pie). “ 1 Medio Costo atractivo para cabezal alto / flujo bajo. Pozo Cuerpo inmerso en pozo por conveniencia de instalación y facilidad de cebado. “ 1 Bajo Bajo costo de instalación. De múltiples etapas, pozo profundo Eje muy largo. “ Multi. Medio Servicio de pozo de agua con accionador a nivel de suelo. Axial (propela) Impulsor tipo propela, usualmente de gran tamaño. Vertical 1 Bajo Pocas aplicaciones en plantas químicas y refinerías. Turbina (regenerativa) Impulsor acanalado; trayectoria de flujo como tornillo hacia afuera. Horizontal 1,2 Mediano a Alto Funcionamiento a flujo bajo/cabezal alto. Capacidad virtualmente independiente del cabezal. Desplazamiento positivo Reciprocante Pistón, émbolo Velocidades bajas; válvulas, cilindros, cajas de estoperas sujetas a desgaste. Horizontal 1 Alto Accionado por cilindros de máquinas de vapor o motores con caja de cigueñal. Dosificadora Unidades pequeñas con sistema de precisión para el control de flujo. “ 1 Medio Tipos diafragma y émbolo empacado. Diafragma Sin caja de estoperas; puede ser actuada neumática o hidráulicamente. “ 1 Alto Usado para suspensiones químicas; diafragma propenso a falla. Rotativas Tornillo 1, 2 o 3 rotores de tornillo. “ 1 Medio Para viscosidad alta, alto flujo y alta presión. Engranaje Ruedas de engranajes entrelazadas. “ 1 Medio Para viscosidad alta, presión moderada, flujo moderado.
  25. 25. 1100 TIPO DE BOMBA Y CONSTRUCCION CAPACIDAD dm /s (1) CABEZAL MAX. m P MAX. kPa REQ. TIPICOS DE (NPSH). m VISC. MAX. mm /s EFICIENCIA % TOLERANCIA DE SOLIDOS TEMP. MAX. DE BOMBEO C DINAMICA CENTRIFUGA HORIZONTAL UNA ETAPA SUSPENSION SUPERIOR DOS ETAPAS SUSPENSION SUPERIOR UNA ETAPAS IMPULSOR ENTRE COJINETES QUIMICA SUSPENSION DE SOLIDOS (SLURRY) ENCAPSULADA MULTIETAPAS DIVIDIDA HORIZONTALMENTE MULTIETAPAS TIPO BARRIL VERTICAL TIPO DE PROCESO EN UNA ETAPA MULTIETAPA EN–LINEA VELOCIDAD ALTA POZO MULTIETAPA POZO PROFUNDO 1–320 1–75 1–2500 65 65 0.1–1250 1–700 1–550 150 425 335 73 120 1500 1675 1675 4100 4100 6800 1400 4100 68900 20100 41400 2–6 2–6.7 2–7.6 1–2.6 1.5–7.6 2–6 2–6 2–6 650 430 650 650 650 430 430 430 20–80 20–75 30–90 20–75 20–80 20–70 65–90 40–75 Mod. ALTA Mod. ALTA Mod. ALTA Mod. ALTA ALTA BAJA MEDIA MEDIA 455 455 205–455 (5) 205 455 540 205–260 455 1–650 1–5000 1–750 0.3–25 1.0–45 0.3–25 245 1830 215 1770 60 1830 4100 4800 3400 13800 1380 13800 0.3–6 0.3–6 2–6 2.4–12 (2) 0.3–6.7 0.3–6 650 430 430 109 430 430 20–85 25–90 20–80 10–50 45–75 30–75 MEDIA MEDIA MEDIA BAJA Mod. ALTA MEDIA 345 260 260 260 205 AXIAL (PROPELA) TURBINA (REGENERATIVA) DESPLAZAMIENTO POSITIVO RECIRPOCANTES PISTON, EMBOLO DOSIFICADORA DIAFRAGMA 1–6500 0.1–125 12 760 1030 10300 2 (4) 2–2.5 650 109 65–85 55–85 ALTA MEDIA 65 120 1–650 0–1 345000 kPa 51700 kPa 34500 kPa (3) 345000 24100 3.7 4.6 3.7 1100 750 55–85 20 20 MEDIA BAJA MEDIA 290 300 260 ROTATIVAS DE TORNILLO DE ENGRANAJES 0.1–125 0.1–320 20700 kPa 3400 kPa 20700 3400 3 3 150 x 10 (6) 150 x 10 (6) 50–80 50–80 MEDIA MEDIA 260 345 NOTAS: 91) NORMALMENTE NO SIMULTANEO CON EL CABEZAL MAXIMO (2) SE PUEDE REDUCIR A 3–3,66 m (10–20 pie) AGREGANDO UN INDUCTOR (3) DEPENDIENTE DE LA RESISTENCIA DE LOS MATERIALES Y PUEDE SER MAYOR QUE 345000 kPa (50000 Psi) (4) SUMERSION MINIMA DE PROPELA (5) LIMITE DE 205 – 260 C (400–500 F) PARA CUERPOS DIVIDIDOS HORIZONTALMENTE, LIMITE DE 455 C (850 F) PARA CUERPOS DIVIDIDOS (6) VISCOSIDAD SSU. (7) FACTORES DE CONVERSION: PARA LLEVAR DE: dm /s m mm /s C A: MULTIPLIQUE POR: GPM Pie SSU F 15.8504 3.2808 4.6348 USE: F = 1.8 x C + 32 VERTICALMENTE. 3 2 2 3 2 6 6 ° ° ° ° ° ° ° 0.1–6 kPa Psi 0.145 REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 24 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma TABLA 2. COMPARACION DE TIPOS DE BOMBAS Y ESTILOS CONSTRUCCION: CARACTERISTICAS DE FUNCIONAMIENTOS ESTOS DATOS SON SOLO TIPICOS. EXISTEN MUCHOS CASOS EXCEPCIONALES
  26. 26. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 25 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 1. ILUSTRACION DEL TIPO DE CONSTRUCCION DE BOMBA CENTRIFUGA Y NOMENCLATURA DE SUS COMPONENTES 1–A BOMBA CENTRIFUGA DE PROCESO CON EXTREMO DE SUCCION SENCILLO, DE UNA ETAPA Y SUSPENSION SUPERIOR
  27. 27. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 26 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 1. (CONT.)
  28. 28. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TIPOS DE BOMBAS NOV.970 PDVSA MDP–02–P–05 Página 27 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 1. (CONT.)

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