Trabajo Final de Instrumentación Industrial

OPERACIÓN Y CONTROL DE BOMBAS CENTRIFUGAS

Bombas

• Las Bombas se usan para desplazar líquidos comunes desde agua hasta ácidos en procesos químicos, en el campo petrolero es común transportar varios derivados como benceno o nafta, desde las bases de almacenamiento hacia los campos finales de proceso, el caso es que todos estos líquidos tienen propiedades distintas como su viscosidad, densidad, partículas en suspensión, o incluso corrosivos todos estos factores son analizadas antes de escoger algún tipo de bomba.

Tipos de Bombas

La energía que consume una bomba depende de:

• La altura que tiene que atravesar el fluido.

• La presión que se necesita para descargar el fluido.

• Las propiedades físicas de la tubería (diámetro, longitud, rugosidad)

• Rapidez del flujo.

• Propiedades Físicas del Fluido.

Tipos de Bombas

BOMBASCinéticas Desplazamiento

Bombas CentrifugasDe Flujo Bomba Recipriocante Bombas Rotativas

Axial Mixto Radial De Diafragma De Pistón De Tornillo De engranaje De lóbulo

Bombas Centrífugas de Flujo

• El funcionamiento consiste en succionar el fluido con la ayuda del la fuerza centrífuga del rotor (flecha) y desplazarlo desde una posición inicial a una final con la ayuda de un disco impulsor que tiene unas aspas, el motor que acciona la bomba puede ser de combustión interna o eléctrico.

Características:

•Transportan líquidos fríos, calientes, contaminantes, no contaminantes, incluso químicos.

•Los fluidos muy viscosos perjudican el rendimiento.

•Presentan un bajo mantenimiento y un rendimiento optimo para caudales pequeños.

Bombas Centrífugas de Flujo

Partes de una Bomba Centrífuga de Flujo

Componentes principales y auxiliares de una bomba centrifuga.

•Cojinetes: son elementos que permiten los giros y alineación de la flecha, también son conocidos como rodamientos.•Flecha: es una barra cilíndrica metálica, que como eje se encarga de transmitir el movimiento giratorio del motor, la alineación de este elemento influye en el accionamiento del equipo. •Cuerpo: es la cubierta del impulsor, dependiendo del servicio que presta la se realiza el diseño de la caja.•Impulsor: es el elemento que se conecta a la flecha por esto gira con la misma, la utilidad principal es impulsar el agua, de acuerdo al servicio que presta depende sus múltiples diseños.•Arrancador eléctrico: es el elemento que permite el paso de la energía eléctrica al motor.•Válvula: se consideran como elementos auxiliares son esenciales para controlar el paso o salida de los fluidos.•Tablero de Control: en el tablero se encuentran todos los elementos de maniobra necesarios que realizan distintas funciones, estos elementos eléctricos están programados para operar las bombas.•Motor: puede ser eléctrico o de combustión interna que transmite el movimiento giratorio por medio de la flecha.

TIPOS DE IMPULSORES DE UNA BOMBA CENTRIFUGA.

Impulsor Flujo Radial

Impulsor Flujo Axial

Impulsor Flujo Mixto

Bombas Centrifugas de flujo Radial: utilizadas para líquidos limpios que no contengan sólidos en suspensión, los caudales que manejan son pequeños usa impulsores angostos para cargas altas.Bombas Centrifugas de flujo Mixto: utilizadas para líquidos con sólidos en suspensión, los caudales son intermedios y usa impulsores más anchos que los radiales además los alabes tienen una doble curvatura, torciéndose en el extremo de la succión, la velocidad especifica aumenta. Bombas Centrífugas de flujo Axial: utilizadas para cargas pequeñas y grandes caudales, tienen impulsores tipo propela, de flujo completamente axial. Estos impulsores son los de mayor velocidad específica y son adecuadas para drenaje en ciudades.

Impulsor Flujo Radial Impulsor Flujo Mixto

Impulsor Flujo Axial

TIPOS DE IMPULSORES DE UNA BOMBA CENTRIFUGA.

Principio de Operación

Suponiendo que el líquido se encuentra en el punto A, en este nivel con las válvulas B y C abiertas, el líquido se llenara en toda la tubería y la bomba sin necesitar ningún esfuerzo, manteniéndose en el nivel E (acción de vasos comunicantes).

Principio de Operación

Con el giro del rotor R en el sentido de la figura, el paquete de liquido que se encuentra en el conducto toma la velocidad V que depende de la rapidez angular (w) del rotor, al situarse a una distancia H del centro de giro, actúa una fuerza F lo cual lo hace alejarse del centro, entonces el paquete de liquido de masa m con una velocidad V, adquiere la energía cinética suficiente para desplazarse por la tubería y alejarse completamente, con la válvula B abierta finalmente el liquido sale por el punto S.

Principio de Operación

Si la válvula en B está cerrada, el giro del rotor seguirá incrementando la energía de los paquetes de líquido que hay en la carcasa hasta que salgan de ella, se creará un vacío dentro de la carcasa, así que si en este preciso momento el nivel del tanque de suministro se encuentra en A entonces será el fenómeno de la presión atmosférica quién lleve nuevamente líquido a la carcasa, continuando esta sucesión de acontecimientos mientras el rotor permanezca girando.

Operación de Bombas Centrífugas• Como el sistema cuenta con dos válvulas: la válvula de aspiración A debe estar abierta, mientras que la válvula de salida (punto S) B cerrada.

• Antes de comenzar el funcionamiento, la bomba debe ser llenada con el líquido que se va a bombea junto con la cañería de aspiración.

• Sacar el aire que se encuentra en la caja del sello, retirando el respectivo tapón de salida, haciendo girar el eje a mano un par de vueltas, en caso de ser necesario llenar nuevamente de líquido.

• Si la bomba tiene prensaestopas con enfriamiento de agua, se debe abrir la válvula de paso de la cañería de agua.

Operación de Bombas Centrífugas• Se debe controlar que la presión de entrada de la bomba es suficiente, para evitar la formación de vapor en ella.

• El ajuste de la empaquetadura en caso del prensaestopas, es necesario solo un tiempo de dos horas. Durante este período la empaquetadura filtrará abundantemente; después se debe ajustar el prensaestopas de tal modo que el agua salga gota a gota.

• No se debe regular ni mucho menos controlar la capacidad de la bomba con la válvula ubicada en la tubería de aspiración, debido a que debe estar abierta cuando la bomba este en funcionamiento.

• No se debe poner a funcionar la bomba en vacío (sin liquido).

Curva Característica de una bomba

La altura de presión H de una bomba es el trabajo mecánico útil transmitido por la bomba al líquido bombeado dividido por la fuerza originada por el peso del líquido bombeado bajo el efecto de la aceleración de la gravedad local.

En el eje vertical, la ordenada, se muestra la altura de presión H de la bomba en metros [m]. El eje horizontal, la abscisa, está dividida en unidades del caudal Q de la bomba en metros cúbicos por hora [m3/h].

Operación de bombas en serie o en paralelo

Bombas en serie

• Con esta configuración se puede lograr una mayor altura de elevación, manteniendo constante el caudal, el caudal que descarga la primera bomba es captado por la segunda y el que ésta descargando es impulsado por la siguiente, con el propósito de aumentar la altura de elevación.

Bombas en paralelo

• Con esta configuración se logra aumentar el caudal de entrega. Consiste básicamente en colocar 2 o más bombas a aspirar desde un mismo lugar, con el propósito de aumentar el caudal elevado.

Rendimiento de bombas en serie o en paralelo

Bombas en serie

El rendimiento de una bomba esta dado por:

El rendimiento de las bombas conectadas en serie está dado por:

Bombas en paralelo

El rendimiento de las bombas conectadas en serie está dado por:

Donde:

• H= altura de Presión Q = Caudal del Fluido

• p = densidad del fluido Pm= potencia en el eje g = gravedad.

Control de velocidad Variable

El control de velocidad variable es económico y el rendimiento no se ve afectado, se trata de adaptar con datos específicos a la regulación de caudal pero con velocidad variable.

Un sistema de bombeo controlado por presostatos o fujostatos incrementa la presión hasta ubicarse en un nuevo de trabajo (punto 2) siempre y cuando la demanda cambia de caudal inicial a uno final Q (1 – 2) a velocidad nominal.

Con un variador de velocidad se pasa a suministrar el caudal reduciendo la velocidad de la bomba, situándola en el punto (2’), conservando la presión constante y reduciendo la potencia consumida.

El ajuste de velocidad con la ayuda de un variador, se adapta a la demanda necesaria, lo que significa la velocidad promedio menor que la nominal esto quiere decir que se tiene un ahorro en consumo considerable.

Variación de Velocidad

Control de Bombas Centrifugas

Control de Velocidad Constante

Se trata en estrangular de la tubería de impulsión para regular el caudal deseado pero sufre una disminución en el rendimiento aunque es un método simple y fácil de adoptar.

Una bomba que suministra un caudal Q, a una altura H, vertiendo el líquido a través de una tubería cuya característica resistente esté representada por la curva R1

Si por requerimientos especiales de servicio se desea que a esa misma altura H1 entregue un caudal menor Q2 , se debe crear una pérdida adicional que haga pasar la curva resistente de la tubería R1, a R2.

Esta pérdida suplementaria será igual a H2–H3, y la tendrá que producir la válvula de estrangulación, puesto que la tubería instalada par el caudal deseado Q2 solo puede producir una perdida equivalente a H3, sobre la curva resistente R1 .

Control de Bombas Centrifugas

Regulación de Bombas Centrífugas

Adaptación de una bomba a las condiciones del sistema, recorte del rodete

Se puede influenciar en una parte mecánica de la bomba específicamente reduciendo el diámetro exterior del impulsor.

La curva característica de una bomba dada y el punto de funcionamiento (2) demandado por la instalación. Para calcular el nuevo diámetro del rodete adecuado que modifique la curva característica original de la bomba y conseguir que pasar por el punto de trabajo deseado 2, se debe trazar una recta desde el origen hasta el punto 2, para que corte la curva característica de la bomba se sitúa el punto 1 similar al punto 2.

Control de Bombas Centrifugas

Recorte del Rodete del 0% al 15% máximo

Adaptación de una bomba a las condiciones del sistema, recorte del rodete

El diámetro a buscar se obtiene a partir del diámetro inicial D1 correspondiente al punto 1 aplicando las relaciones de semejanza siguientes:

Ahora se puede conocer el diámetro D2 , que en teoría será el necesario para que la curva de funcionamiento de la bomba se adapte a los datos de funcionamiento requeridos por el sistema.

Cuando el recorte es grande se tiende alejarse de las condiciones requeridas en teoría lo que afecta en gran manera al rendimiento.

Control de Bombas Centrifugas

FIN