PROGRAMA DE CAPACITACIONTECNICOS DE MATENIMIENTO DE LA REFINERIA GUALBERTO VILLARROEL W. Gonzales M. Cochabamba - Bolivia BOMBAS Y COMPRESORES W. Gonzales M. Transporte de Líquidos Tipos de Bombas Desplazamiento positivo Reciprocante Rotarivo Pistón Varillas Diafragma Tornillo Lóbulos Venas Cámara y pistón Doble efecto Simple efecto Flujo continuo o cinéticas Centrífugas Periféricas Especiales Flujo radial Flujo radial y axial Flujo axial Simple succión Simple succión Doble succión BOMBAS W. Gonzales M. Ecuación de flujo de Líquidos Ecuación de conservación de energía mecánica aplicada a un ducto inclinado (Ecuación de Bernoulli): Z=Elevación (ft) P1=Presión en 1(lbf/ft2) P2=Presión en 2 (lbf/ft2) µ1=Densidad en 1(lb/ft3) µ2=Densidad en 2 (lb/ft3) V1=Velocidad en 1(ft/s) V2=Velocidad en 2 (ft/s) g=Aceleración de Gravedad=32,2 (ft/s2) gc=Constante=32,2 L=Longitud del tubo (ft) D=Diámetro del tubo (ft) f m =Factor de fricción P 1 P 2 z 1 z 2 N.R D L Despreciando variaciones de energía cinética: 2 1 2 1 ) ( 2 1 1 2 ÷ ÷ A + A = A + ÷ = ÷ f z f c P P P z z g g P P µ D g V L f P c m f 2 2 µ = A Transporte de Líquidos W. Gonzales M. Ecuación de flujo de Líquidos P 1 P 2 z 1 z 2 N.R D L 2 1 2 1 ) ( 2 1 1 2 ÷ ÷ A + A = A + ÷ = ÷ f z f c P P P z z g g P P µ | | | | 5 2 3 6 ) ( ) ( ) / ( ) ( 10 914819 , 5 in D bpd Q G ft lb ft L f P m f µ ÷ × = A 144 / ) ( 2 1 z z G P agua z ÷ = A µ Para que las caídas de presión estén en psia, se puede utilizar: Transporte de Líquidos W. Gonzales M. Longitud Equivalente de Accesorios en (ft) Transporte de Líquidos W. Gonzales M. Bomba centrífuga de procesos horizontal de una etapa Transporte de Líquidos W. Gonzales M. Bomba centrífuga multietapas horizontal Transporte de Líquidos W. Gonzales M. Transporte de Líquidos W. Gonzales M. Puntos de referencia para medir alturas de elevación Transporte de Líquidos W. Gonzales M. Parámetros de Dimensionamiento de Bombas Altura Neta de Succión (NPSH): El NPSHA es el NPSH disponible en el sistema y debería ser suficiente para que la bomba trabaje apropiadamente, sin cavitación, en los rangos de capacidad esperados. Usualmente el margen de seguridad de 2 a 3 ft en el NPSHA es adecuado. El NPSHA está dado por: sv f vp sv sv c i vp i i h G P P z g V G P P z NPSHA ÷ ÷ + = + ÷ + = ) ( 31 , 2 2 ) ( 31 , 2 2 donde, zi = Altura de entrada al equipo positiva o negativa, ft Pi = Presión de entrada, psia Pvp = Presión de vapor del líquido a la temperatura de flujo, Psia G = Gravedad específica del líquido Vi = Velocidad de entrada Z sv = Altura del nivel de líquido del recipiente de succión, ft Psv = Presión en el recipiente de succión, psia h fsv = Altura de presión de fricción en el recipiente de succión, ft Transporte de Líquidos W. Gonzales M. Fluido=Propano Q=360 gpm T=100 oF Pvp = 200 psia Cálculo de NPSHA Presión del Tanque de Alimentación = 200 psia Elevación 20 ft*0,485/2,31 = +4,2 psia Fricción válvulas = - 0,2 psia Fricción tubería = - 0,5 psia Presión de vapor = - 200 psia 3,5 psia NPSH 3,5 * 2,31 / 0,485 = 16,7 ft Transporte de Líquidos W. Gonzales M. Curvas de Eficiencia, capacidad, altura de elevación y NPSH de Bombas. Transporte de Líquidos W. Gonzales M. Parámetros de Dimensionamiento de Bombas Altura Neta de Elevación (H): La elevación siempre es medida desde el punto de referencia del equipo (Datum elevation). La altura total en cualquier punto del sistema estará constituido por la altura de elevación (H z ), altura de energía cinética (h v ), y la altura de fricción en la linea y los accesorios, o sea: 2 1÷ + + = f V z H H H H Transporte de Líquidos W. Gonzales M. Altura de Elevación Requerida 1. Preparar un esquema del sistema en el cual la bomba será instalada, incluyendo los tanques de aguas arriba y abajo, además de todos los equipos que puedan crear pérdidas por fricción en la carga y descarga (válvulas, orificios, filtros e intercambiadores de calor). 2. Representar en el esquema el punto de referencia para las elevaciones, la dimensiones y elevaciones de las secciones de entrada y salida de la bomba, el nivel de líquido mínimo en el tanque de succión, la máxima elevación al cual el líquido será bombeado y la altura perdida esperada por elementos que producen fricción. 3. Uniformizar las unidades de los distintos parámetros y utilizar las ecuaciones de cálculo de altura de elevación. 4. Es prudente adicionar un factor de seguridad a la altura de elevación calculada, por lo general un 10% es utilizado. Transporte de Líquidos W. Gonzales M. Presión absoluta en la succión Presión del Tanque de Alimentación = 200 psia Elevación 20 ft*0,485/2,31 = +4,2 psia Fricción válvulas = - 0,2 psia Fricción tubería = - 0,5 psia 203,5 psia Presión absoluta en la descarga Presión de entrega = 220 psia Elevación 74 ft*0,485/2,31 = +15,5 psia Fricción válvulas = +2 psia Fricción tubería = +3 psia Fricción orificio = +1, 2 psia Fricción de filtro = +13 psia Fricción de válvula ckeck = +1 psia Fricción válvula de control = +9 psia 264,7 psia AP 12 = 264,7 – 203,5 = 61,2 psi H total = 61,2 * (2,31 / 0,485) = 292 ft Con 10% de factor de seguridad resulta: H total = 1,1 * 292= 321,2 ft Transporte de Líquidos W. Gonzales M. 3960 QHG HP = Potencia Necesaria en la Bomba Donde, HP = Potencia hidráulica, hp Q = Caudal volumétrico, gpm H = Altura de elevación total del equipo, ft G = Gravedad específica a la temperatura de flujo AP 1-2 = Caída de presión total, Psia µ agua = Densidad del agua, lb/ft3 q HP BHP = Donde, BHP = Potencia real en el eje, hp q = Eficiencia de la bomba G g P g H agua c µ 2 1 144 ÷ A = Transporte de Líquidos W. Gonzales M. Curva de Desempeño de una Bomba Transporte de Líquidos W. Gonzales M. Leyes de Afinidad en Compresores Centrífugos ; ; | | . | \ | = 1 2 1 2 D D Q Q 2 1 2 1 2 | | . | \ | = D D H H 3 1 2 1 2 | | . | \ | = D D BHP BHP Para cambio de diámetro: Para un cambio de solamente la velocidad: | | . | \ | = 1 2 1 2 N N Q Q 2 1 2 1 2 | | . | \ | = N N H H 3 1 2 1 2 | | . | \ | = N N BHP BHP | | . | \ | × = 1 2 1 2 1 2 N N D D Q Q 2 1 2 1 2 1 2 | | . | \ | × = N N D D H H 3 1 2 1 2 1 2 | | . | \ | × = N N D D BHP BHP Para un cambio de diámetro y de velocidad D = Diámetro del impulsor, in H = Elevación , ft Q = Caudal volumétrico, gpm N = Velocidad, rpm BHP = Potencia en el eje, hp 1 = Indice de condición original 2 = Índice de nuevas condiciones de diseño Transporte de Líquidos W. Gonzales M. Bombas Recíprocas La capacidad de la bomba estará en función del volumen de desplazamiento (VD) y el rendimiento volumétrico (q v ), así: Para simple efecto, Para doble efecto, donde, VD = Volumen de desplazamiento, gpm A = Sección transversal del pistón o varilla, in 2 a = Sección transversal de la biela del pistón, in 2 m = Número de pistones o varillas L s = Carrera del pistón o varilla, in n = Velocidad de rotación, rpm v s n AmL VD q 231 = v s n mL a A VD q 231 ) 2 ( ÷ = ( ) ( ¸ ( ¸ | | . | \ | ÷ ÷ ÷ = = s e f v r s µ µ q q q µ 1 1 1 Rendimiento Volumétrico donde, s = Factor de fugas (~ 0,3) r = Fracción de espacio nocivo (4 a 5%) µ e = Densidad del fluido en la entrada, lb/ft3 µ s = Densidad del fluido en la salida, lb/ft3 Transporte de Líquidos W. Gonzales M. Bombas Recíprocas- NPSH La línea de succión deb ser lo mas corta posible y dimensionada para proporcionar no mas de 3 ft/s de velocidad del fluido, con un mínimo de conexiones. El NPSH requerido en una bomba recíproca es calculada de la misma manera que las bombas centrífugas, con excepción del requerimiento adicional definido como altura de aceleración. Esta es la altura requerida para acelerar la columna de fluido en cada carrera de succión. c a kg LvnC h = donde, L = Longitud de la línea de succión, ft V = Velocidad del líquido promedio en el punto del sistema, ft/s n = Velocidad de rotación, rpm C y k están dados en la tabla. Transporte de Líquidos W. Gonzales M. Bombas Recíprocas- NPSH Constantes de altura de aceleración Transporte de Líquidos