bombas rotativas

1. Bombas Rotativas
Dr. Frank KenyeryDr. Frank Kenyery

2. Bombas Rotativas
Definiciones y Nomenclatura, Partes de una bomba
rotativa. Acción de Bombeo. Tipos de bombas
rotativas y Clasificación Industrial. Características de
Operación. Aplicaciones.
Bombas de Cavidades Progresivas (BCP):
Descripción de partes y componentes. Construcción y
Conceptos de Diseño. Eficiencia Mecánica y
Volumétrica. Comportamiento y Operación.
Cavitación.
Bombas de Doble Tornillo (BDT): Descripción de
partes y Componentes. Comportamiento y Operación.

3. Flujo axial y circunferencial

4. Bombas de Un Tornillo

5. Bombas de Doble Tornillo

6. Bomba de Triple Tornillos

7. Bomba de Triple Tornillos
ΔP ≤ 5.000 psi

8. Perfil de PresionesPerfil de Presiones
Bomba de Triple Tornillos
Q

9. Bombas de Cavidades
Progresivas (BCP)

10. BombasBombas dede CavidadesCavidades ProgresivasProgresivas
BCPBCP
El estatorEl estator debedebe tenertener unun dientediente mmááss queque elel
rotor.rotor.
CadaCada dientediente del rotordel rotor siempresiempre estaesta enen contactocontacto
con lacon la superficiesuperficie internainterna del estator.del estator.
El rotor y estatorEl rotor y estator formanforman longitudinalmentelongitudinalmente dosdos
engranajesengranajes helicoidaleshelicoidales..
ParaPara formarformar unauna cavidadcavidad eses necesarionecesario::

11. RelaciRelacióónn GeomGeoméétricatrica
(m+1):m(m+1):m
R
S
H
H
R
S
R
S
R
R
P
P
N
N
R ===
RR -- RelaciRelacióónn geomgeoméétricatrica dede
lala bombabomba
NNRR -- NNúúmeromero dede dientesdientes deldel
rotorrotor
NNSS -- NNúúmeromero dede dientesdientes deldel
estatorestator
PPRR -- Paso del rotorPaso del rotor
PPSS -- Paso del estatorPaso del estator
RRHSHS -- Radio delRadio del ccíírculorculo base debase de
lala HipocicloideHipocicloide del rotordel rotor
RRHRHR -- Radio delRadio del ccíírculorculo base debase de
lala HipocicloideHipocicloide del estatordel estator

12. EngranajeEngranaje HipocicloideHipocicloide 4:34:3

13. MRH = EjeEje principal del Rotorprincipal del Rotor MS = EjeEje del Estatordel Estator
EngranajeEngranaje HipocicloideHipocicloide 2:12:1
deA ⋅⋅= 4 estatorpdeD ⋅⋅⋅= 4

14. BCP 2:1BCP 2:1
Caudal TeCaudal Teóóricorico npdenDQ estator ⋅⋅⋅⋅=⋅= 4

15. LasLas cavidadescavidades sese muevenmueven enen unauna trayectoriatrayectoria
helicoidalhelicoidal desdedesde lala succisuccióónn a laa la descargadescarga::
BCP 2:1BCP 2:1

16. EjeEje dede
acoplamientoacoplamiento
excexcééntricontrico
RodamientosRodamientos
SelloSello
RotorRotor
EstatorEstator
JuntaJunta
HomocinHomocinééticatica
PrincipalesPrincipales PartesPartes

17. Curvas CaracterCurvas Caracteríísticassticas
Caudal vs. DP
0
40
80
120
160
200
240
280
320
360
400
440
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
DP(psi)
Q(bbl/d)
25rpm
50rpm
100rpm

18. EscurimientoEscurimiento
0
40
80
120
160
200
240
280
320
360
400
440
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
DP(psi)
Escurrimiento(bbl/d)
25rpm
50rpm
100rpm
Zona de
BAJO
Escurrimiento
Zona de
ALTO
Escurrimiento

19. Escurrimiento EstEscurrimiento Estááticotico
Caudal vs. Diferencia de Presión
0
20
40
60
80
100
120
140
0 20 40 60 80 100 120
Presión (Psi)
Caudal(BBL/d)

20. Interferencia:
w =
dR - dS
2
InterferenciaInterferencia

21. W opt
Interferencia OptimaInterferencia Optima

22. 6 3 2
1
-1
5
4
0
DistribuciDistribucióónn dede PresionesPresiones

23. xx
0
50
100
150
200
250
300
350
400
-1 0 1 2 3 4
P[psig]
0
40
80
120
160
200
240
280
320
360
N = 650 RPM
ΔP[psi]
ΔP
DistribuciDistribucióónn dede PresionesPresiones
GVF = 0GVF = 0

24. xx
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
-1 0 1 2 3 4
P/Psuction
GVF=20%
GVF=40%
GVF=60%
GVF=80%
n = 650 rpm
Δp =100 psi
GVF
DistribuciDistribucióónn dede PresionesPresiones
GVF > 0GVF > 0

25. Caudal vsCaudal vs ΔΔPP
GVF = 20 %GVF = 20 %
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
0 50 100 150 200 250 300 350 400
ΔP(psi)
Q(m3/h)
300 RPM 400 RPM 500 RPM
600 RPM 700 RPM 800 RPM

26. ModeloModelo DesarrolladoDesarrollado
BCP 2:1BCP 2:1

27. 1 2
3
ModeloModelo DesarrolladoDesarrollado
EscurrimientoEscurrimiento PPcavidadcavidad << PPdescargadescarga

28. ModeloModelo SimplificadoSimplificado
V=Q/AV=Q/A
PPSS PPDD
QS QS QS
ΔPf ΔPf ΔPf
Bomba de Cavidades ProgresivasBomba de Cavidades Progresivas

29. Bombas de Doble Tornillo BDT

30. PrincipalesPrincipales PartesPartes
TornillosTornillos
CojinetesCojinetes
Engranajes deEngranajes de
SincronizaciSincronizacióónn
SellosSellos

31. MovimientoMovimiento tornillostornillos

32. Ps
Pd
Ps Ps
Pd
Ps
Vista LateralVista Lateral VistaVista
SuperiorSuperior
DobleDoble FlujoFlujo

33. EscurrimientoEscurrimiento
FlUJO
Circunferencial
FlUJO
Circunferencial
Radial
+
Flancos
VrotaciónVΔP
fugast QQQ −=

34. Modelo de Discos CircularesModelo de Discos Circulares
ModeloModelo SimplificadoSimplificado
Pd
Ps

35. PPSS
V=Q/AV=Q/A
PPDD
QS QS QS
ΔPf ΔPf ΔPf
ModeloModelo SimplificadoSimplificado
Bomba de Doble TornilloBomba de Doble Tornillo

36. PerfilPerfil dede PresionesPresiones
P
x
Pd
Ps
flujo
GVF=0
GVF > 0
Bomba de Doble TornilloBomba de Doble Tornillo

37. 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
x [%]
P[bar]
GVF = 0%
GVF = 50%
GVF = 80%
GVF = 90%
GVF = 94%
PerfilPerfil dede PresionesPresiones
ResultadosResultados ExperimentalesExperimentales
Bomba de Doble TornilloBomba de Doble Tornillo

38. ModeloModelo SimplificadoSimplificado
Anillo de lAnillo de lííquido GVF < 80 %quido GVF < 80 %
Líquido
Gas

39. 0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 5 10 15 20 25 30
ΔP [ bar ]
Q[m3
/h]
1 cSt Líquido 5000 cSt Líquido
n = 1800 rpm
Curvas CaracterCurvas Caracteríísticassticas

40. Curvas CaracterCurvas Caracteríísticassticas
3600 rpm
1800 rpm
Q
ΔP
220 cSt
20 cSt
220 cSt
20 cSt

41. Curvas CaracterCurvas Caracteríísticassticas
Drotor =135 mm, 1800 RPM
20
30
40
50
60
0 5 10 15 20 25
Δp [bar]
Qsucción[m
3
/hr]
0
25
50
75
100
P [kW]
100% Air
68% Air
45% Air
100% Water
kW 100% Air
kW 100% Water
Bombas Multifásicas

42. Efecto del Tamaño

43. Efecto del ΔP
Típicas curvas de rendimiento

44. VariaciVariacióónn deldel FlujoFlujo

45. 3/13/2008
PulsaciPulsacióón del flujo BDTMn del flujo BDTM

46. α
θ
α
ωωωω
V
θ360°0
α
360°-α
VariaciVariacióón del Volumenn del Volumen

47. Volumen de la CavidadVolumen de la Cavidad
V
( )θfV =
θ360°0 180° 540°θ
θ
I II
III II
Vcavidad
I
I

48. V
θ360°0 180° 540°
Pulsaciones a 2xN
VariaciVariacióón del flujon del flujo

49. 0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
Q[m3
/s]
Una Hélice (180°)
Dos Hélices (90°)
PulsaciPulsacióón del flujon del flujo
4xN2xN
0° 90° 180° 270° 360°
θ

50. I

51. PresiPresióón en la primera Cavidad de una BCPn en la primera Cavidad de una BCP
0
10
20
30
40
50
60
70
0 90 180 270 360
θ[grados]
P[psi]
GVF = 0%GVF = 0%
GVF = 80%GVF = 80%
PS
Pulsaciones de PresiPulsaciones de Presióónn

52. PulsacionesPulsaciones dede PresiPresióónn
Bomba de Doble TornilloBomba de Doble Tornillo
ΔΔP = 15P = 15 barbar,, αα = 75 %, 2900= 75 %, 2900 rpmrpm

53. FuerzasFuerzas AxialesAxiales yy RadialesRadiales

54. PresiPresióónn enen loslos FlancosFlancos
R R
Pi+1
Pi
i+1 i

55. FuerzasFuerzas RadialesRadiales
Bombas de Doble tornilloBombas de Doble tornillo
d
GVF = 0GVF = 0
L
FRFR

56. L
d
FR
GVF > 0GVF > 0
FR
FuerzasFuerzas RadialesRadiales

57. Control de laControl de la HolguraHolgura RadialRadial
FuerzasFuerzas RadialesRadiales