2. INTRODUCCIÓN
El módulo tiene una duración de 16 horas
La intensidad horaria es:
Jueves 28 - 2:00 p.m. – 6:00 p.m. Conceptos Básicos
Viernes 29 – 2:00 p.m. – 6:00 p.m. Bombas. Principios de
funcionamiento. Clasificación.
Sábado 30 - 6:00 a.m. – 2:00 p.m. Bombas Centrífugas.
Bombas de desplazamiento positivo.
3. OBJETIVOS
El enfoque es del Mantenedor con la observancia de la
ventana operativa.
Entender la operación básica de una bomba
Relacionar los parámetros que afectan la operación de una
bomba
Comprender como estos parámetros se relacionan
Reducir el tiempo entre la detección de un problema y su
resolución para evitar que se convierta en un problema
mayor
Consultar y manejar el troubleshooting de bombas
5. FLUIDO
Un fluido es una sustancia o medio continuo que se
deforma continuamente en el tiempo ante la aplicación
de una tensión tangencial sin importar la magnitud de
ésta.
También se puede definir un fluido como aquella
sustancia que, debido a su poca cohesión
intermolecular, carece de forma propia y adopta la
forma del recipiente que lo contiene.
6. CARACTERÍSTICAS DE LOS
FLUÍDOS
La posición relativa de sus moléculas puede cambiar
continuamente.
Todos los fluidos son compresibles en cierto grado.
Tienen viscosidad.
Dependiendo de su viscosidad fluyen a mayor o
menor velocidad. Mientras más viscoso fluye con
menor velocidad, mientras menos viscoso fluye con
mayor velocidad.
Su viscosidad es independiente de la densidad
7. CLASIFICACIÓN DE FLUIDOS
Se clasifican en compresibles e incompresibles
COMPRESIBLES: Aquellos cuya densidad
cambia cuando son sometidos a alguna fuerza.
Ejemplo: Aire y otros gases.
INCOMPRESIBLES: Son aquellos cuya
densidad no cambia si son sometidos a alguna
fuerza. Ejemplo: Agua y líquidos en general.
8. MASA
La masa es la magnitud que cuantifica la cantidad de
materia de un cuerpo.
La unidad de masa, en el Sistema Internacional de
Unidades es el kilogramo (kg). No debe confundirse
con el peso, que es una fuerza.
9. PESO
Es la medida de la fuerza que ejerce la gravedad sobre un
cuerpo. En su uso cotidiano, el término "peso" se utiliza a
menudo como sinónimo de masa.
A diferencia de la masa, el peso depende de la posición
relativa del objeto o de su distancia a la Tierra, y de la
aceleración con que se mueve.
10. MASA Y PESO
La fuerza gravitatoria que actúa sobre un objeto de masa m
se puede expresar matemáticamente por la expresión:
p=m*g
donde: p= peso, m= masa y g= aceleración de la gravedad
(aproximadamente 9,81 metros sobre segundo al cuadrado).
No se debe confundir el peso con la masa ya que, la masa es
igual:
m=p/g
11. DENSIDAD
La densidad de una sustancia es la masa que
corresponde a un volumen unidad de dicha
sustancia. Su unidad en el SI es el cociente entre la
unidad de masa y la del volumen, es decir kg/m3 o
g/cm3
La densidad está relacionada con el grado de
acumulación de materia (un cuerpo compacto es,
por lo general, más denso que otro más disperso),
pero también lo está con el peso.
12. TIPOS DE DENSIDAD
DENSIDAD ABSOLUTA: Se denomina también densidad
normal o real. Expresa la masa por unidad de volúmen.
Densidad=masa/volumen
DENSIDAD RELATIVA: También conocida como
Gravedad específica. Es una comparación de la densidad de
una sustancia, con la densidad del agua. Se expresa así:
Densidad relativa=densidad sustancia/densidad absoluta
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_
iniciacion_interactiva_materia
/curso/materiales/propiedades/volumen.htm
13. PRESIÓN
Es la fuerza por el área de la unidad. Se representa
como P = F/A
CLASES DE PRESIÓN
Presión atmosférica (ATM):
Es la fuerza que ejerce el peso de la atmósfera en
una unidad de área. Mientras mayor sea la altura
sobre el nivel del mar, menor es la presión
atmosférica.
14. CLASES DE PRESIÓN
Presión del Manómetro (Gauge psig):
Es la presión que indica un manómetro de presión. Se usa la
fórmula: psig=psia-ATM
Presión absoluta (psia):
Es la presión que se mide de la referencia cero. Y es 14.7 al
nivel del mar.
Vacío: Se refiere a la presión por debajo de la presión
atmosférica.
15. CABEZA (HEAD) DE LÍQUIDO
Es la altura que tiene una COLUMNA
determinada de líquido.
La presión ejercida por una cabeza de líquido no
depende del diámetro del recipiente. Depende
solamente de la altura del líquido sobre el punto
h
16. MÁQUINAS
Una máquina es un conjunto de piezas o elementos
móviles y fijos, que por efecto de sus enlaces son
capaces de transformar la energía. Se denomina
maquinaria al conjunto de máquinas que se aplican
para un mismo fin.
17. MÁQUINAS
Mecanismo: es el conjunto de elementos mecánicos,
de los que alguno será móvil, destinado a
transformar la energía proporcionada por el motor
en el efecto útil buscado.
18. TURBOMÁQUINA
Es una máquina cuyo elemento principal es un rodete (rotor) a
través del cual pasa un fluido de forma continua, cambiando éste
su cantidad de movimiento por acción de la máquina, dándose
así una transferencia de energía entre la máquina y el fluido, la
cual puede ser en sentido máquina-fluido o fluido-máquina.
19. CLASIFICACIÓN DE LAS
TURBOMÁQUINAS
Pueden clasificarse de acuerdo al funcionamiento,
composición o sentido de flujo de la energía.
De acuerdo con el sentido del flujo de energía:
Motoras: la energía es entregada por el fluido a la máquina,
y esta entrega trabajo mecánico. La mayoría de las
turbomáquinas motoras son llamadas "turbinas", pero
dentro de este género también entran los molinos de viento.
20. CLASIFICACIÓN DE LAS
TURBOMÁQUINAS
De acuerdo con el sentido de flujo de energía:
Generadoras: la energía es entregada por la máquina
al fluido, y el trabajo se obtiene de este. Ejemplo:
bombas, sopladores, turbocompresores,
ventiladores, y otros.
21. CLASIFICACIÓN DE LAS
TURBOMÁQUINAS
De acuerdo con el tipo de fluido que manejan:
Térmicas: Cuando el cambio en la densidad del fluido es
significativo dentro de la máquina, como en compresores.
Hidráulicas: Cuando el cambio en la densidad del fluido no
es significativo dentro de la máquina, como en bombas o
ventiladores.
22. MAQUINAS HIDRÁULICAS
Es una variedad de máquina de fluido que emplea
para su funcionamiento las propiedades de un
fluido incompresible o que se comporta como tal,
debido a que su densidad en el interior del sistema
no sufre variaciones importantes.
23. CONCEPTOS BÁSICOS DE BOMBAS
Definición
Clasificación: Centrífugas y de desplazamiento
positivo.
Curva Característica de la Bomba
Curva del Sistema
Cavitación
Cabeza Neta de Succión Positiva
24. BOMBA
Máquina que convierte la energía mecánica en
energía cinética, generando presión y velocidad en
el fluido.
25. TIPOS DE BOMBAS
BOMBAS CENTRIFUGAS
BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO
POSITIVO
Los dos tipos de bombas que más se encuentran
en una refinería o planta química son bombas
centrífugas y de desplazamiento positivo.
26. TIPOS DE BOMBAS
BOMBAS CENTRÍFUGAS
Son bombas cuya energía cinética se imparte al fluido por un impulsor
rotante que genera fuerza centrífuga.
El principio de Bernoulli dice que a medida que la velocidad del fluido
disminuye, su presión incrementa simultáneamente.
BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
El volumen que contiene el líquido se reduce hasta que la presión del
líquido es igual a la presión del sistema de descarga. El líquido se
comprime mecánicamente causando un aumento directo en energía
potencial.
27. BOMBAS CENTRÍFUGAS
ASÍ OPERAN LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS:
GENERAN FLUJO Y PRESIÓN ACELERANDO Y
LUEGO FRENANDO EL MOVIMIENTO DEL
FLUIDO DENTRO DE LA BOMBA.
1. El fluido entra en la boquilla de succión de la bomba
para atraparse luego entre los álabes del impulsor.
2. El impulsor gira a la velocidad del motor. Mientras, el
fluido pasa desde el diámetro interior hasta el diámetro
exterior del impulsor y se acelera bruscamente.
28. BOMBAS CENTRÍFUGAS
3. El líquido que sale del diámetro exterior del impulsor, se tira
contra la pared interna de la voluta y luego se frena mientras
se recolecta en el caracol de la voluta.
4. La velocidad se convierte en altura o presión disponible en
la boquilla de descarga de la bomba
Debido a que la velocidad del motor se considera constante, y que el
diámetro del impulsor es fijo, se dice que, en teoría, la bomba
centrífuga es de “altura o presión constante”.
31. TIPOS DE BOMBAS SEGÚN API
STÁNDARD 610
OVERHUNG:
- OH1 Foot Mounted
- OH2 Centerline mounted
- OH3 Vertical in-line separate bearing frame
- OH4 Vertical in line separate bearing frame
- OH5 Vertical in-line closed coupled
- OH6 High speed integral gear
32. BOMBAS ANSI
Este tipo de bombas se usan extensivamente en la
industria química. En esta industria existen mas
bombas de este tipo que el total de todas otras.
33. BOMBAS ANSI
Es el tipo de bomba mas usada en las industrias del
proceso.
Maneja los líquidos abrasivos y los corrosivos.
Una etapa, succión del extremo, desmonte en
retroceso (“back pull out”).
Disponible en una amplia variedad de materiales.
Opción de diseño de impulsor.
34. BOMBAS API
Esta bomba se usa extensivamente en la industria del
petróleo. Esta bomba es diferente a la bomba que se usa en
la industria química ANSI, ya que se diseña para líquidos no
corrosivos, aplicaciones de presión y temperatura altas e
incorpora un impulsor cerrado con agujeros de equilibrio.
35. BOMBAS API
Cumple con las especificaciones 610 del Instituto de Petróleo
Americano API.
Servicio riguroso, temperaturas altas, bomba de alta presión.
Una etapa, succión del extremo, desmonte en retroceso (“back pull
out”).
Montura de soporte en la línea central:
- Diseñado para alta temperatura (Montaje de eje horizontal en
servicio > 350°F)
- Minimiza la tensión en la tubería y la distorsión térmica.
Impulsor cerrado con agujeros de equilibrio:
- Modera la presión de prensa-estopa.
36. TIPOS DE BOMBAS SEGÚN API
STÁNDARD 610
BETWEEN BEARINGS
- BB1 Axially split, 1 and 2 stage
- BB2 Radially split, 1 and 2 stage
- BB3 Axially split, multistage
- Radially split, multistage:
- BB4 Single casing
- BB5 Double casing
38. OVERHUNG
IMPULSOR TIPO
SOBRESALIENTE:
En este grupo, el impulsor
( o impulsores) está
montado en el extremo de
un eje que está en “
cantilevered”, o colgando
de sus rodamientos
(bearings) de apoyo.
39. BETWEEN BEARINGS
IMPULSOR TIPO ENTRE “BEARINGS”:
En este grupo, el impulsor o impulsores está
montado en un eje con rodamientos (bearings) a
ambos extremos. El impulsor está montado entre
los bearings
40. VERTICALLY SUSPENDED
Las bombas verticales son
iguales que otras bombas
centrífugas excepto que el
impulsor descarga en un
difusor ( tipo campana) en
lugar de una voluta.
El difusor tiene álabes
múltiples que dirigen el
líquido bombeado a la
columna o al próximo
impulsor.
Debe bombearse líquido
desde aguas subterráneas
El uso de un difusor equilibra las
cargas de empuje radiales en el
eje/difusor.
41. PARTES DE LA BOMBA
CENTRÍFUGA
RODAMIENTOS
AXIALES
VOLUTA
IMPULSOR
CAJA DE
RODAMIENTOS
SELLO
MECANICO
EJE
VISOR
CAJA DE SELLOS
SUCCION
DESCARGAVENTEO
DRENAJE
42. PARTES INTERNAS
EJE O FLECHA:
- La flecha de una bomba centrífuga tiene como función
transmitir el torque que recibe del motor impulsor durante
la operación de bombeo, a la vez sujeta al impulsor y a las
otras partes giratorias.
- La elaboración de una flecha debe ser muy precisa debido
a que el espacio que existe entre las partes giratorias de la
bomba y las partes fijas es casi cero. Cualquier desviación en
la flecha, podría dar como resultado serios daños en el
mecanismo.
43. PARTES INTERNAS
COJINETES:
- Mantienen la flecha o rotor en correcto alineamiento con
las partes estacionarias bajo la acción de cargas radiales y
transversales.
- Aquéllos que le dan la colocación radial al rotor se
conocen como cojinetes de alineación, y los que sitúan el
rotor axialmente se llaman cojinetes de empuje.
- En la mayoría de las aplicaciones los cojinetes de empuje
en realidad sirven como cojinetes de empuje y de alineación.
44. PARTES INTERNAS
IMPULSORES
- Es el corazón de la bomba centrífuga.
- Hace girar la masa de líquido con la velocidad periférica de
las extremidades de los álabes, determinando así la altura de
elevación producida o la presión de trabajo de la bomba.
- Como regla general, la velocidad y el diámetro del impulsor,
determinarán la altura o presión que la bomba pueda general.
- También como regla, la velocidad y la altura de los álabes del
impulsor, determinarán el flujo “galones por minuto” que la
bomba puede generar.
45. PARTES INTERNAS
La mayoría se encuentran
en bombas de flujo axial.
Se encuentran en bombas
que tienen una función de
moler o triturar.
Mueven mucho volúmen
(gal/min) pero no
desarrollan mucha altura o
presión.
IMPULSORES ABIERTOS
46. PARTES INTERNAS
Tienen los álabes
expuestos pero con un
plato redondo de
soporte en un lado.
Se especifican para
líquidos con un
porcentaje reducido de
partículas sólidas tal
como sedimento en el
fondo de un río.
IMPULSORES SEMI
ABIERTOS O
SEMICERRADOS
47. PARTES INTERNAS
Se diseñan con los
álabes entre dos platos
redondos de soporte.
Son para líquidos
completamente libres
de partículas sólidas.
Las tolerancias son
mínimas entre el ojo
del impulsor y la
carcaza.
IMPULSORES CERRADOS
48. PARTES INTERNAS
CLASIFICACIÓN DE LOS IMPULSORES SEGÚN EL
DISEÑO DE SUCCIÓN
a) Impulsores de admisión simple:
El líquido entra al ojo de succión de la bomba por un solo lado.
b) Impulsores de doble admisión:
Son un par de impulsores de admisión simple arreglados uno
contra otro en una sola fundición, por lo que el líquido entra al
impulsor simultáneamente por ambos lados.
Los dos conductos de succión de la cubierta están normalmente
conectados a un conducto común de succión y a una sola
boquilla de succión.
49. PARTES INTERNAS
SELLO MECÁNICO:
Es un dispositivo que forma un sello entre las partes
rotatorias y estacionarias. Debe sellar en tres puntos:
- Entre la parte estacionaria y la cara del prensa-estopa (sello
estático).
- Entre la parte rotatoria y el eje (sello estático/dinámico).
- Entre la cara del sello rotaria y la cara del sello estacionaria.
50. PARTES EXTERNAS
ACOPLE: Dispositivo mediante el cual se transmite a la
bomba movimiento y potencia. Básicamente pueden ser:
acoples flexibles y rígidos
VOLUTA: Dispositivo en forma de caracol (gusano) en
aumento, utilizado para añadir presión a un líquido
aumentando su velocidad a través de la fuerza centrífuga y
entonces, transformando su velocidad en presión mediante
la conducción del líquido de un área de tolerancia estricta, a
un área de mayor tolerancia.
51. PARTES EXTERNAS
- CAJA DE COJINETES: donde se alojan los
cojinetes de empuje radial y axial para soportar el
eje; actúa también como depósito de reserva del
lubricante para la lubricación de los cojinetes.
52. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO
POSITIVO
ASÍ OPERAN LAS BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO
POSITIVO:
GENERAN PRESIÓN O BOMBEAN, EXPANDIENDO Y
LUEGO COMPRIMIENDO UNA CAVIDAD O ESPACIO
DENTRO DE LA BOMBA
1. Capturan el líquido y físicamente lo transportan por la bomba
hasta la boquilla de descarga.
2. Dentro de la bomba donde la cavidad se expande, se genera una
zona de baja presión o vacío, que causa que el líquido entre en la
boquilla de succión.
53. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO
POSITIVO
3. La bomba transporta el líquido hacia la boquilla
de descarga donde la cavidad se comprime,
generando una zona de alta presión.
En este sentido, debido a que la cavidad es fija, podemos
decir que en teoría, estas bombas son de “volúmen constante”
por cada revolución o ciclo de mando.
60. Ejercicio #1: Solución
Calcular la Densidad del Agua
Primero, calcular el peso del agua.
Pagua = Penvaselleno– Penvasevacío
Pagua = 126.8 lbs – 2.0 lbs
Pagua = 124.8 lbs
Segundo, calcular la densidad del agua.
D = P = 124.8 lbs
V 2 ft3
Dagua = 62.4 lbs/ft3
61. Ejercicio #1: Solución
Calcular la Densidad del Agua
Primero, calcular el peso del agua.
Pagua = Penvase lleno – Penvase vacío
Pagua = 126.8 lbs – 2.0 lbs
Pagua = 124.8 lbs
Segundo, calcular la densidad del agua.
D = P = 124.8 lbs
V 2 ft3
Dagua = 62.4 lbs/ft3
62. Ejercicio #2:
Calcular la Densidad de la Gasolina
Exposición del Ejercicio:
Seguir los mismos pasos del ejercicio #1:
Llenar el envase con gasolina.
Pesar el contenedor. El peso es de 94.04 lbs.
Calcular la densidad.
63. Ejercicio #2:
Calcular la Densidad de la Gasolina
Primero, calcular el peso de la gasolina.
Pgasolina = Penvaselleno – Penvasevacío
Pgasolina = 94.04 lbs – 2.0 lbs
Pgasolina = 92.04 lbs
Segundo, calcular la densidad de la gasolina.
D = P = 92.04 lbs
V 2 ft3
Dgasolina = 46.02 lbs/ft3
64. Ejercicio #2: Solución
Calcular la Densidad de la Gasolina
Primero, calcular el peso de la gasolina.
Pgasolina = Penvase lleno – Penvase vacío
Pgasolina = 94.04 lbs – 2.0 lbs
Pgasolina = 92.04 lbs
Segundo, calcular la densidad de la gasolina.
D = P = 92.04 lbs
V 2 ft3
Dgasolina = 46.02 lbs/ft3
65. Se puede observar que la densidad de la gasolina es
menor que la del agua.
En general, la densidad de hidrocarburos es menor
que la del agua.
66. GRAVEDAD API
La gravedad específica puede convertirse a gravedad
API usando la siguiente fórmula:
°API = 141.5 - 131.5
SG
67. Ejercicio #3 : Solución
Calcular la Gravedad API de la Gasolina
Sustituir la gravedad específica de la gasolina en la
fórmula de API y resolver para API:
°API = 141.5 - 131.5
SG
°API = 141.5 - 131.5
0.74
= 191.2 – 131.5
°API = 59.7
69. 231 pies de agua en un
cilindro de cristal ejerce
una presión de 100psig en
el instrumento de presión,
en el fondo del cilindro.
Se observa que la presión
disminuye a medida que la
densidad del líquido baja,
pero los pies de cabeza
permanecen iguales a 231
pies.
CABEZA EN PIES DE AGUA
71. CABEZA
Si el agua que se estaba
bombeado se cambia a
gasolina, podemos decir
lo siguiente:
Ps,agua Ps,gasolina
Pd,agua Pd,gasolina
Cabezaagua = Cabezagasolina
72. CABEZA
La razón principal de usar
cabeza en vez de presión es que
la presión de una bomba cambia
si la gravedad específica del
líquido cambia, pero la cabeza
permanece igual.
73. CABEZA Y PRESIÓN
La cabeza y la presión se relacionan por
medio de la siguiente fórmula:
Cabeza = Presión x 2.31
Gravedad Específica
H = p*2.31
SG
o
75. Ejercicio #5: Solución
Calcular la Presión de Descarga (Pd)
Primero, mover los términos de la fórmula de abajo para resolver
para presión (Pd):
Resolver para Pd.
Pd = Hd*SG
2.31
Pd = 255*0.74
2.31
Pd = 81.7 psig
H = p*2.31
SG
78. INCREMENTO EN LA PRESIÓN
El incremento de presión a través de una bomba (Pd -
Ps) se relaciona con la cabeza a través de la
siguiente fórmula
2.31
ΔP = (SG) ΔH
Donde ΔP = incremento en la presión, (Pd – Ps)
ΔH = incremento en los pies de cabeza, (Hd – Hs)
SG = gravedad específica del líquido
80. CABEZA
Estos son varios términos de cabeza:
Cabeza de Succión Estática, hs
Cabeza de Descarga Estática, hd
Cabeza de Fricción, hf
Cabeza de Presión de Vapor, hvp
Cabeza de Presión, hp
Cabeza de Velocidad, hv
Cabeza de Succión Total, Hs
Cabeza de Descarga Total, Hd
Cabeza Diferencial Total, HT
83. CABEZA
Cabeza de Succión Total (Hs): La cabeza de presión del
tanque de la carga en la succión (hps) más la cabeza de
succión estática (hs) más la cabeza de velocidad en la
succión de la bomba (hvs) menos la cabeza de fricción
en la línea de succión.
Hs = hps + hs + hvs – hfs
Cabeza de Descarga Total (Hd): La cabeza de presión
(hpd) del tanque más la cabeza de descarga estática
(hd) más la cabeza de velocidad en la descarga de la
bomba (hvd) más la cabeza de fricción total en la línea
de descarga (hfd).
Hd = hpd + hd + hvd + hfd
85. Cabeza
Cabeza Diferencial Total (HT): Es la cabeza
de descarga total menos la cabeza de
succión total.
HT = Hd – Hs
A la cabeza diferencial total también se le
refiere como “aumento de cabeza”, ΔH, o
simplemente, “cabeza desarrollada”.
87. Ejercicio
Calcular la Cabeza de Succión Total (Hs), la Cabeza de
Descarga Total (Hd) y la Cabeza Diferencial Total (HT)
hs = 24 ft
0 psig
0.20 psi
0.50 psi
hd =
Lado de Descarga :
ptanque=
pf,válvula A =
pf,tubería =
Lado de Succión :
85 ft
ptorre = 100 psig
pf,válvula B = 0.40 psi
pf,válvula de control = 9.00 psi
pf,tubería = 3.00 psi
88. Solución
Calcular la Cabeza de Succión Total (Hs), la Cabeza de
Descarga Total (Hd) y la Cabeza Diferencial Total (HT)
Primero, vamos a convertir todos los valores de cabeza a
presión, puesto que la mayor parte de los datos se dan en
presiones.
= 6.23 psighs = 24 ft:
hd = 85 ft: = 22.08 psig
Segundo, calculemos la presión total de succión :
Psucción = Pelevación + Ptanque – Pf,válvula A – Pf,tubería
Psucción = 6.23 + 0.0 – 0.20 – 0.50
Psucción = 5.53 psig
89. Solución (Cont.)
Calcular la Cabeza de Succión Total (Hs), la Cabeza de Descarga
Total (Hd) y la Cabeza Diferencial Total (HT)
Tercero, calculemos la presión total de descarga:
Pdescarga = Pelevación + Ptorre + Pf,válvula B + Pf,válvula de control + Pf,tubería
Pdescarga = 22.08 + 100.00 + 0.40 + 9.00 + 3.00
Pdescarga = 134.48 psig
Convirtamos la presión de succión total a cabeza de succión total:
Hs = 21.29 pies
90. Solución (Cont.)
Calcular la Cabeza de Succión Total (Hs), la Cabeza de
Descarga Total (Hd) y la Cabeza Diferencial Total (HT)
Ahora, convertir la presión de descarga total a cabeza de descarga total:
Hd = 517.75 pies
Y por último, calculemos la cabeza diferencial total, HT:
HT = Hd - Hs = 517.75 – 21.29
HT = 496.46 pies
= 134.48. x 2.31
0.6
92. Repaso
Para convertir la presión a cabeza, se usa la
siguiente fórmula:
Para convertir la cabeza a presión, se usa la siguiente
fórmula:
Cabeza = Presión*2.31
Gravedad específica
Presión = Cabeza*Gravedad específica
2.31
93. ΔPresión = ΔCabeza x Gravedad específica
2.31
Repaso
Para convertir un incremento en la presión a través de la
bomba a cabeza diferencial, se usa la siguiente fórmula:
Para convertir la cabeza diferencial a un incremento en la
presión a través de la bomba, se usa la siguiente
fórmula:
ΔCabeza = ΔPresión x 2.31
Gravedad específica
96. Curva Característica de la Bomba
¿Por qué hemos puesto tanto énfasis en entender cómo
convertir de presión a cabeza y viceversa?
La razón es que las curvas características de las
bombas están expresadas en términos de cabeza, para
ser más exactos en cabeza diferencial.
Aún cuando presiones es lo que se utiliza durante la
operación normal para vigilar el proceso, si hay un
problema en el proceso, puede ser necesario consultar
la curva característica de la bomba, y las curvas
características de bombas se expresan en términos de
cabeza!
97. Curva Característica de la Bomba
Esta es una típica curva
característica de una
bomba centrífuga a una
velocidad constante de
rotación.
La curva indica que a
medida que el flujo de
la bomba (eje x)
aumenta, la cabeza
desarrollada (eje y)
disminuye
98. Ejercicio
Usted está teniendo dificultad logrando alcanzar el flujo
deseado a través de una línea de proceso. La hoja de
especificación de la bomba indica que la bomba tiene un
impulsor de 9”. Usted ha determinado que el flujo de la bomba
es de 400 gpm, con una cabeza total diferencial (TDH) de 85
pies. ¿Cómo compara esto con el TDH esperado? ¿Está la
bomba operando apropiadamente?
99. Solución
Usted está teniendo dificultad logrando alcanzar el flujo
deseado a través de una línea de proceso. La hoja de
especificación de la bomba indica que la bomba tiene un
impulsor de 9”. Usted ha determinado que el flujo de la bomba
es de 400 gpm, con una cabeza total diferencial (TDH) de 85
pies. ¿Cómo compara esto con el TDH esperado? ¿Está la
bomba operando apropiadamente?
Respuesta: El TDH previsto de
la curva es acerca de 100 pies.
Por lo tanto, la bomba no está
funcionando apropiadamente.
100. Ejercicio
Una bomba de agua con un impulsor de 8.5” tiene una presión de succión
de 5 psig y una presión de descarga de 45 psig. El flujo de la bomba es de
200 gpm. ¿Está la bomba funcionando correctamente?
Fórmula:
ΔH = ΔP*2.31/SG
donde, ΔP = Pdescarga - Psucción
ΔH =TDH = Hd – Hs
SG = 1.0
101. Solución
Una bomba de agua con un impulsor de 8.5” tiene una presión de
succión de 5 psig y una presión de descarga de 45 psig. El flujo
de la bomba es de 200 gpm. ¿Está la bomba funcionando
correctamente?
Fórmula:
ΔH = ΔP*2.31/SG
donde, ΔP = Pdescarga - Psucción
ΔH =TDH = Hd – Hs
SG = 1.0
Respuesta:
ΔP = 45 – 5 = 40 psi
ΔH = 40*2.31/1.0 = 92.4 pies
De acuerdo con la curva, el TDH esperado
es de 97 pies. La bomba está funcionando
correctamente, ya que el TDH actual es de
92.4 pies.
102. Ejercicio
¿Si necesita bombear 300 gpm con una TDH de
100 pies, cuál es el tamaño mínimo de impulsor que
se debe usar, el de 9” o el de 8.5”?
103. Solución
¿Si necesita bombear 300 gpm con una TDH de
100 pies, cuál es el tamaño mínimo de impulsor que
se debe usar, el de 9” o el de 8.5”?
Respuesta: El de 9”.
El impulsor de 8.5” solo
producirá acerca de 93 pies a
300 gpm. El impulsor de 9”
produce 110 pies.
104. Ejercicio
¿Qué valor debe de tener la cabeza total
desarrollada (TDH) cuando el flujo de la bomba
es de 475 gpm y el diámetro del impulsor es de
8.5”?
105. Solución
¿Qué valor debe de tener la cabeza total
desarrollada (TDH) cuando el flujo de la bomba
es de 475 gpm y el diámetro del impulsor es de
8.5”?
Respuesta:
El TDH es de alrededor
de 72 pies.
107. CURVA DEL SISTEMA
La Curva del Sistema define la capacidad y presión
de un sistema de tuberías.
La Curva del Sistema define la relación entre el flujo
del fluido y las caídas de presión (pérdidas
hidráulicas) del fluido en el sistema de tuberías.
Las caídas de presión en sistemas de tuberías
resultan por el esfuerzo que hace el líquido para
sobrepasar las fuerzas de fricciones creadas por la
tubería misma, las válvulas conectadas a la tubería,
codos en la tubería, y otros componentes del
sistema de tuberías.
108. CURVA DEL SISTEMA
Un sistema de bombeo funciona en la intersección
entre la curva característica de la bomba y la curva
del sistema. Este punto se llama el punto operativo.
Es imposible que un punto operativo cumpla con
todas las condiciones operativas deseadas.
Por ejemplo, cuando se cierra la válvula de control
de la descarga, la curva del sistema se traslada
hacia la izquierda, moviendo también el punto
operativo.
109. CURVA DEL SISTEMA
La caída de presión
es debido a la fricción
de la tubería y de la
válvula.
Aquí se ve un ejemplo
de cómo se mueve
una curva de sistema
cuando la válvula de
control en la descarga
se cierra.
110. CURVA DEL SISTEMA
La caída de
presión es debido
a la fricción creada
por la tubería, por
la válvula, por los
dos codos y por la
cabeza estática de
descarga.
112. Regulación del Flujo de Descarga
Este diagrama demuestra
cómo el flujo puede ser
regulado imponiendo una
contrapresión sobre la bomba.
Ajustando la abertura de la
válvula de control traslada la
curva del sistema.
Mientras que la caída de
presión a través de la válvula
de control aumenta de ΔP1 a
ΔP2 a ΔP3, el flujo a través de
la válvula disminuye de Q1 a
Q2 a Q3.
113. CAÍDA DE LA PRESIÓN DE LA VÁLVULA DE
CONTROL
Esta gráfica
demuestra cómo una
válvula de control
afecta el flujo en un
sistema de tuberías.
Mientras que el flujo
aumenta, la caída de
la presión a través de
la válvula disminuye
hasta P1 = P2 el flujo
máximo.
115. CAVITACIÓN
Es la formación y derrumbamiento (explosión e
implosión) subsiguiente de vapor dentro de una
bomba.
Es causada porque la presión absoluta sobre el
líquido cae por debajo de la presión de vapor.
PRESIÓN DE VAPOR: Es la presión absoluta a la
que el líquido se transforma en vapor a una
temperatura dada.
116. CAVITACIÓN
Cuando la presión de succión del líquido se reduce a
un valor igual o por debajo de su presión de vapor, el
líquido comienza a hervir y pequeñas burbujas de
vapor comienzan a formarse.
A medida que las burbujas de vapor se forman y se
desintegran, la bomba puede ser dañada
severamente.
La desintegración es tan rápida que se puede oir
como un estruendo, como si estuviese bombeando
arena o piedras.
La capacidad de la bomba se afecta debido al vapor
que se forma.
Se debe esperar observar oscilaciones rápidas en la
presión de descarga.
118. TÉRMINOS ÚTILES PARA DISCUTIR
CAVITACIÓN
Presión de Vapor de un Líquido
Cabeza de Presión de Vapor de un Líquido
NPSHr, Cabeza Neta de Succión Positiva
Requerida
NPSHa, Cabeza Neta de Succión Positiva
Disponible
119. Presión de Vapor
Un líquido hierve cuando su presión de vapor es igual a la
presión que lo rodea.
La presión de vapor es causada por un equilibrio entre las
moléculas del fluido en el estado gaseoso y las moléculas del
fluido en el estado líquido.
Por ejemplo, a 150°F, la presión de vapor del agua es de 3.7
psia. A 180°F, la presión de vapor es de 7.5 psia.
# de moléculasfluido al gas = # de moléculasgas al fluido
120. Cabeza de Presión de Vapor - hvp
La cabeza de presión de vapor (hvp) es la presión
de vapor de un líquido convertida a cabeza.
Por ejemplo, la presión de vapor de agua a 150°F
es 3.7 psia y convertida a cabeza (hvp) es 8.55
pies. H = p*2.31
SG
hvp = 3.7 x 2.31
1.0
hvp = 8.55 pies
122. Cabeza Neta De Succión Positiva (NPSH)
Las bombas pueden bombear solamente líquidos, no
vapores.
La operación satisfactoria de una bomba requiere que
la vaporización del líquido que es bombeado no ocurra
bajo ninguna condición de operación.
1 pie3
de agua a temperatura ambiental se convierte en
1700 pies3
de vapor.
Si se quiere bombear un fluido efectivamente, se debe
mantener siempre en forma líquida.
La vaporización comienza cuando la presión del vapor
del líquido es igual a la presión de succión o la cabeza
total de succión.
Hs = hvp
123. NPSH
Cualquier disminución en la presión de succión o aumento
en la temperatura de operación puede inducir la
vaporización.
Así que, la bomba necesita tener siempre una cantidad de
cabeza total de succión suficiente para impedir la
vaporización. Aquí es donde entra el concepto de NPSHr.
NPSHr se define como la cabeza neta de succión positiva
requerida.
Son valores que publica el fabricante de bombas en forma
de curva para el rango de capacidad de la bomba que
indican el valor mínimo de cabeza total de succión donde
vaporización del líquido comienza.
124. NPSH
El NPSHr es obtenido por el fabricante de la bomba
probando la bomba a diferentes flujos de agua. Cuando
las primeras señales de vaporización ocurren, se apunta
la presión de succión y se convierte a cabeza.
Esta cabeza es el número principal publicado en la curva
característica de la bomba, bajo la curva denominada
NPSH Req.
Una manera sencilla de entender el NPSHr es llamarlo la
presión de succión mínima necesaria para mantener el
fluído bombeado en su forma líquida
126. Cabeza Neta de Succión Positiva
Disponible (NPSHa)
NPSHa es función del sistema en el cual la bomba funciona, en
comparación con NPSHr, que es función del diseño de la
bomba.
NPSHa es el exceso de presión que el líquido tiene sobre su
presión de vapor al llegar a la succión de la bomba, para
asegurar que la bomba seleccionada no entre al proceso de
cavitación..
NPSHa = Hs- hvps
NPSHa debe ser más grande que NPSHr para que la bomba
opere apropiadamente.
Es práctica normal tener por lo menos de 2 a 3 pies
adicionales de NPSHa en la succión para evitar
problemas.
127. Ejercicio
Usted tiene una bomba que está tratando de bombear 300 gpm
de agua a una temperatura de 110 grados F. La presión de
succión de la bomba indica 3 psig. ¿Es el NPSHa mayor que el
NPSHr? ¿Llegará a cavitar la bomba?
Fórmula: h=p*2.31/SG
SG del agua = 1.0
NPSHa = Hs – hvp
hvp del agua a 110°F = 2.94 pies
128. Solución
Usted tiene una bomba que está tratando de bombear 300 gpm
de agua a una temperatura de 110 grados F. La presión de
succión de la bomba indica 3 psig. ¿Es el NPSHa mayor que el
NPSHr? ¿Llegará a cavitar la bomba?
Fórmula: h=p*2.31/SG
SG del agua = 1.0
NPSHa = Hs – hvp
hvp del agua a 110°F = 2.94 pies
Respuesta:
Hs = 2.31*3/1 = 6.93 pies
NPSHa = 6.93-2.94= 3.99 pies
El NPSHr a 300 gpm es alrededor de 10
pies, por lo tanto cavitación ocurrirá.
129. Ejercicio
Usted está teniendo problemas con el desempeño de una bomba
que está bombeando agua y quiere determinar si es un problema
mecánico o si la bomba está cavitando. Determine si el NPSHa es
suficiente para impedir la cavitación. El flujo actual es de 500 gpm,
la presión de succión es de 15 psig, y la temperatura es de 80°F.
Fórmula: h=p*2.31/SG
SG del agua = 1.0
NPSHa = Hs – hvp
hvp del agua a 80°F = 1.17 pies
130. Ejercicio: Solución
Usted está teniendo problemas con el desempeño de una bomba
que está bombeando agua y quiere determinar si es un problema
mecánico o si la bomba está cavitando. Determine si el NPSHa es
suficiente para impedir la cavitación. El flujo actual es de 500 gpm,
la presión de succión es de 15 psig, y la temperatura es de 80°F.
Fórmula: h=p*2.31/SG
SG del agua = 1.0
NPSHa = Hs – hvp
hvp del agua a 80°F = 1.17 pies
Respuesta:
Hs = Psucción*2.31/SG = 15*2.31/1 Hs =
34.65 pies
NPSHa = 34.65 – 1.17 = 30.05 pies
El NPSHr a 500 gpm es alrededor de 23
pies, por lo tanto cavitación no ocurrirá.
131. OPERACIONES DE BOMBAS EN SERIE
O EN PARALELO
Cuando la descarga de una bomba alimenta
la succión de otra bomba, las dos bombas
operan en serie.
134. ANÁLISIS Y RESOLUCIÓN DE
PROBLEMAS
Al abordar un problema en el sistema de
bombeo, se deben seguir tres pasos básicos en
procura de definir una causa raíz:
1. Consulta y análisis de hoja de vida e historial del
equipo.
2. Utilizar cualquier método para el análisis y la
solución de problemas, 5 W´s, análisis causa-
raíz
3. Manejar el ciclo PHVA en la implementación de
soluciones y evitar repetición de fallas.
135. ANÁLISIS DE FALLOS EN
BOMBAS CENTRÍFUGAS
Para una solución permanente a un fallo de una
bomba, es esencial que la raíz-causa de un
problema se identifique.
Una vez la causa-raíz es conocida y entendida,
puede tomarse un curso de acción para resolver el
problema.
Un proceso de pensamiento lógico (sentido común)
para identificar el problema sería como sigue:
136. ANÁLISIS DE FALLOS EN BOMBAS
CENTRÍFUGAS
1. Pregunte: “¿Qué está sucediendo aquí?” Es
probable que a lo que nosotros llamamos un
problema, en realidad es un síntoma. Ej: “Baja
presión de descarga”, “Fallo del sello
mecánico”, “Ruidos en la bomba”
2. Busca la evidencia – La evidencia es la
manifestación de los síntomas. La evidencia nos
indica que hay un problema con el sistema de
bombeo. Ej: “El manómetro de descarga nos
indica baja presión”
137. ANÁLISIS DE FALLOS EN BOMBAS
CENTRÍFUGAS
3. Verifique la evidencia – Ej. “¿Está el manómetro
calibrado?”. Verifique que el problema no está en el
manómetro. Elimine o cancele otras razones por la
evidencia. Ej: “La bomba no genera presión y no
podemos llenar este tanque”. Esta segunda
evidencia apoya la primera evidencia confirmando
que el manómetro está conectado.
4. Identifique la causa-raíz del problema que sostienen
la evidencia – Ej “ ¿Qué podría causar baja
presión? La causa es el origen de la falla.
The expected TDH at 400 gpm from the curve is marked with an x. It is about 103 ft. Since the actual TDH is only 85 ft at 400gpm, the pump is not performing properly.