1. ¿Que es una Bomba?2. Partes Principales3. Clasificación y tipos de Bombas4. Conceptos fundamentales

1. Propiedades de los fluidos2. Altura Dinámica Total3. Caudal y Presión4. Eficiencia y Potencia5. Correcciones por Viscosidad6. Velocidad Específica y Velocidad Específica en la Succión7. Cavitación, NPSHd y NPSHr8. Curvas Características9. Sistemas en Serie y en Paralelo10.Regiones de Operación

5. Criterios de selección de Bombas Centrífugas6. Hoja de Datos API 610

Máquina que transforma la energía mecánica en energía hidráulica a travésde un impulsor.

En bombas centrífugas del tipo horizontal,(La mas usada) el flujo entra axialy sale en dirección perpendicular al eje de rotación.

Salida

Rotor

Entrada

Carcasa

Como funciona una Bomba Centrifuga

IMPULSOR

CARCASA

SUCCION

CAJA DE SELLO

EJE

SELLO

RODAMIENTO

CAJA DE RODAMIENTO

DESCARGA

Visor

Eje

IMPULSOR

SUCCION

EJE

SELLO

RODAMIENTO y CAJA

DESCARGA

CARCASA

IMPULSOR

Impulsor o impulsores.

Carcasa.

Eje.

Sellos o Estoperas.

Cojinetes.

Sistemas de lavado de sellos.

Sistema de lubricación.

Brida de Descarga

Brida de

Succión

ImpulsorSello

Eje Cojinetes

Voluta

Sistema de

lavado de

sellos

Sistema de

lubricación

Brida de descarga

Impulsor Sello del eje

Cojinetes de bola Eje

Brida de succión

Las Bombas centrífugas siempre están acompañadas de un Motor y

dependiendo del tipo de Bomba, de una Placa Base.

Bomba CentrífugaMotor

Placa Base

Acople

Bomba ANSI B73.1

Bomba API-610 Bomba HI

OH1

OH2

OH3

OH4

OH5

OH6

BB1

BB2

BB3

BB4

BB5

VS1 VS2 VS3 VS4 VS5 VS6 VS7

La presión de un fluido (P) se define como la cantidad de fuerza que se ejerce sobre un área unitaria A.

Pa m

N

A

F P

2

Se define la presión absoluta como la presión medida respecto

del vacío.

Debido a que la mayoría de los instrumentos para medir la

presión lo hacen respecto de la atmosférica, a esta medida se

le denomina presión manométrica.

manatmabs P P P

Temperatura

Presión de Vapor

Corresponde a la presión en que el líquido y el gas puedencoexistir en equilibrio. Si en un líquido la presión es menor oigual que su presión de vapor, éste se evaporará.

Para el agua, en condiciones estándares, Pv = 0,016 atm

Indica la intensidad de calor o frío de un fluido.

3 3

M kg slugρ = ;

V m pie

El peso específico corresponde a la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia

f

3 3

lbw Nγ = ;

V m pie

La relación entre densidad y peso específico es:

La densidad relativa puede definirse como el cociente entre la densidad de una sustancia y la densidad del agua a 4ºC

g V

gm

V

w

1 aguarel .GS

La viscosidad de un fluido es aquella propiedadque determina la cantidad de resistencia queopone el fluido al movimiento relativo de susmoléculas (fluidos newtonianos).

Se define la viscosidad cinemática de un fluido como el

cuociente entre la viscosidad absoluta y la densidad del fluido.

s

m

2

Es la energía total que requiere un equipo para impulsar el fluido de un sitio a otro. Se define como la diferencia entre la energía en la salida menos la energía en la entrada. Esta definición esta orientada hacia sistemas de bombeos en general.

ADT(Pump Head) = Hd ± Hs

Donde:

Hd: Altura dinámica total de descarga Hs: Altura dinámica total de succión

◦ a) + Succión Lift :

◦ b) - Succión Head :

a) Suction Lift b) Suction Head

Altura Dinámica

Total

Altura Dinámica

Total

ℎ(𝑚) = 𝑃(𝐵𝑎𝑟𝑔)𝑥105

𝜌𝐾𝑔𝑚3 . 𝑔(

𝑚𝑠2)

ℎ(𝐹𝑡) =𝑃 𝑃𝑠𝑖𝑔 ∗ 2,31 ∗ 𝜌(𝐻2𝑂)

𝜌(𝐿𝑖𝑞)𝑃(𝑐 𝐿𝑖𝑞) =

𝑃(𝑐 𝐻2𝑂)

𝑆. 𝐺

Una bomba con un determinado diámetro de impulsor y una mismavelocidad de giro, desarrollara una presion de descarga dependiendo de lagravedad especifica del liquido a bombear.

Por esta razón se habla en términos de altura de bombeo en lugar de presióncuando se trabaja con bombas centrífugas

100 Ft. 100 Ft. 100 Ft.

Para seleccionar una bomba centrífuga es necesario conocer el caudal mínimo, elcaudal de operación, caudal de diseño y caudal máximo, todo dependerá de lascondiciones del proceso.

Donde :

Q = Caudal, m3/s

V = Velocidad del líquido, m/s

A = Área interna de la tubería, m

También es necesario indicar las presión máxima, de diseño y mínima tanto en la succión como en la descarga. En las unidades que se exija.

Todos los cálculos hidráulicos: Altura, Caudales y Presiones pertenecen al alcance de la Disciplina de Procesos y deben estar indicados en la Hoja de Datos.

AVQ

La eficiencia de un equipo es la relación entre la energía que produce y lo quecuesta producirla. Es un indicador de que tan eficiente es el equipo convirtiendoenergía. En el caso de una bomba se produce energía hidráulica suministrandoenergía mecánica para su accionamiento, el proceso de transferencia de energíano es ideal ya que existen las llamadas perdidas de energía ya sean hidráulicas,mecánicas o eléctricas .

Para una bomba

Ph = Potencia hidráulica

Pm = Potencia mecánica o potencia al freno.

= Peso específico

Q = caudal

ADT = altura dinámica total

Pm

Ph ADTQPh **

Se puede calcular a condiciones de Diseño o Potencia máxima a caudal máximo.

Para una bomba:

Ph = Potencia hidráulica

= gravedad especifica

Q = caudal

H = altura dinámica total

ηb = Eficiencia tomada de la curva de la bomba

SG

Potencia al Freno (BHP):

(Kw)

(HP)b

ftHgpmQSGBHP

3960

)()(

m

SGmHh

mQKwB

35,367

)()()(

3

Qmax

BHP

(API 610)

Punto 7.1 MotoresLos motores deben tener una potencia nominal que exceda a la potencia requerida por la bomba a condiciones nominales, aplicando como mínimo los factores que se indican en la tabla a continuación. El mínimo aceptado es 5 hp.

Punto 7.1 MotoresEjemplo:

S:G * Q * H

3960*ηbBHP =

Potencia al Freno (BHP):

Qrated =

TDH =

S.G =

109 m

0.956

119.2 m3/h

ηb = 0.6658

0.956 *119.2*109

367,35*0.6658Bkw =

S.G * Q * H

367,35ηbBHP = (SI)

(US)

Bkw = 50,78 Kw Factor = 1.15

BKw= 58,4 Kw(78,3 Hp)

Tabla de motores comercial 100 Hp (75 Kw)

Caudal volumétrico

Efic

ien

cia

Pote

nci

aal

fren

oA

ltu

ra d

e B

om

beo

Gráfica de corrección para fluidos viscososANSI/HI 1.3-2000

Factores de corrección

Altura CHCaudal CQ

Eficiencia Cη

Qvis = Qwater*CQHvis = Hwater*CHηv is= ηwater*Cη

Pvis = Qvis*Hvis*γvis (Kw)367*ηvis

centistokes

Qrated @BEP (m3/h)

H (m)

Viscosity(cSt)

Bombas que manejen líquidos másviscosos que el agua deben darcorrecciones

Es un número que define la geometría del impulsor y la operación de una bombade acuerdo a la siguiente clasificación: Centrifugas o Radiales, Flujo Mixto y FlujoAxial.

Specific speed (Ns) is calculated using the following equations:

Donde: N = Velocidad de la bomba en R.P.M

Q = Caudal en galones por minuto(GPM) en el B.E.P.

H = Altura de la bomba (por estapa) en Pies (ft) en el B.E.P.

43

H

Q N N s

La Velocidad específica de succión (Nss) Se utiliza para ayudar en la descripciónde las condiciones hidrodinámicas existentes en el ojo del impulsor de unabomba centrífuga. Es determinada en el punto de mejor eficiencia con el diámetromáximo del impulsor. La formula para calcularla es:

Donde: Nss = Velocidad específica de succión

N = R.P.M

Q = Caudal en galones por minuto (GPM) en el B.E.P y máximo impulsor

NPSHr = Altura neta positiva de succión requerida (ft liq) en el B.E.Pmáximo impulsor

Es un indicador del NPSHr para valores dados de la capacidad y la velocidadrotativa y proporciona una evaluación de la susceptibilidad de una bomba para larecirculación interna.

43

NPSHr

Q N N ss

Consecuencias de la Cavitación

La cavitación es un fenómeno que trae daños en la bomba como perdida deeficiencia, ruido, vibraciones, y daños en los materiales de la bombas.

EL NPSHd depende del sistema de bombeo y se calcula de la siguiente relación:

Donde: PS = presión absoluta en el recipiente.

Pvapor = presión de vapor a temperatura de bombeo.

Hs = Altura de aspiración o colocación de la bomba.

hf1-2 = Perdidas por fricción en tramo se succión.

= Peso específico

El valor del NPSHd siempre

debe ser positivo.

21

hfHsPvaporPs

NPSHd

El NPSHd depende de la presión atmosférica, caudal, diámetro y longitud detubería.

Presión atmosférica : NPSHd

Viscosidad : NPSHd

Presión de vapor : NPSHd

Caudal : NPSHd

Diámetro de tubería : NPSHd

El NPSHr depende: área ojo del impulsor, diámetro de entrada, ángulo deentrada / salida del flujo, RPM y diámetro del impulsor.

Este es determinado por el fabricante de la bomba, quien lo presenta en suscatálogos en forma de curva en función del caudal de operación, en el caso debombas centrifugas.

Para un funcionamiento adecuado de la bomba (sin cavitación) el NPSH disponibledebe ser superior al requerido. Por razones de seguridad se acostumbra estableceruna diferencia mínima de 1 m entre ambos valores.

En vista de que un NPSHd bajo, es la condición mas crítica, éste debe ser calculado ala condiciones que conllevan a su mínimo valor, como:

Nivel de líquido en el tanque de succión mínimo

Caudal máximo

Presión absoluta mínima en el recipiente de succión

Presión de vapor máxima, lo cual se cumple para una máxima temperatura deoperación.

Se establecen los siguientes criterios para el diseño de una bomba en régimencavitacional:

NPSHd debe ser mayor al NPSHr

NPSHd - NPSHr >1mts

El funcionamiento de una bomba centrífuga se puede representargráficamente a través de la curva característica. Generalmente las curvascaracterísticas muestran la Altura Dinámica Total, la Potencia al freno, laEficiencia y el NPSHr, en función del Caudal.

El requerimiento de un sistema puede implicar el uso de varias bombas.

Bombas en serie: Q = Q1 = Q2 Bombas en paralelo: H = H1 = H2 H = H1 + H2 Q = Q1 + Q2

QBEP

Región de Operación Admisible

MFC Límite de Vibración

Región de Operación

Preferida

120%70% 80% 110%

Región de Caudal de

Diseño

MFC: Mínimo Flujo Continuo

1) API 610 (6.1.12) El punto de diseño debe estar ubicado lo más cerca posibledel punto de máxima eficiencia, para el diámetro del impulsor y la velocidadseleccionada.

%100110%80 BEP

rated

Q

QBEP

QBEP = 2250 gpm

2) Algunas especificaciones establecen que: Qrated 0.85 Q en el punto finalde la curva.

%10085%@

EOC

ratedEOC

Q

QCAUDAL

QEOC = 3600 gpm

3) API 610 (6.1.11) Para sistemas de bombas en paralelo, la caída de alturadesde el punto de diseño al Shutoff debe ser de al menos 10%.

%100120%110 TDH

HShutoff

Shutoff

%Shutoff

4) API 610 (6.1.13) Se recomienda que el B.E.P. debe estar ubicado entre elpunto de operación y el punto de diseño.

normalrated QPEBQ ...

5) API 610 (8.3.4.3.3) El NPSH disponible debe ser, al menos 1m (3ft) superior aNPSH requerido. Para bombas de alta energía el margen debe ser de 1.5m(5ft) según el Instituto Hidráulico (9.6.4).

ftNPSHrNPSHd 3

NPSH3 = 9.84 ft

6) Para una bomba nueva, debe evitarse seleccionar un diámetro del impulsormáximo. Por norma API 610 (6.1.4) se debe poder lograr un incrementomínimo de un 5% de la altura nominal, con la instalación de un nuevoimpulsor.

%100%105% @ rated

rMAXimpulso

QratedTDH

TDHTDH

TDH a imp max = 220 ft

7) No es recomendable seleccionar una bomba con un diámetro nominal delimpulsor muy cercano al mínimo correspondiente debido a su baja eficienciay alta recirculación.

Diam 3

Diam 2

Diam 1

8) Instituto Hidráulico (1.3.4.1.15) y Estándar de Chevron. La velocidad específica de succión debe estar comprendido entre 6000 y 11000 (US) para que no exista cavitación. Para bombas multietapas de alta-energía girando a 3600 rpm el valor de Nss debe ser menor a 9000.

43

NPSHr

Q N N ss 110006000 Nss

NPSH3@BEP imp max = 20.1 ft

QBEP a imp max = 2800 gpm

9) Los materiales de construcción de la bomba dependen del fluido manejado ysegún el tipo de bomba los materiales serán de acuerdo a las normascorrespondientes

Materiales API 610

Materiales ANSI

Materiales Instituto Hidráulico

10) No se debe operar una bomba por debajo del mínimo flujo continuo. Este escaracterístico de cada bomba centrífuga y representa el mínimo caudal al cual la bombapuede operar en forma continua y prolongada, sin que se produzcan altas vibraciones,calentamiento y fuerza en los cojinetes.

Para bombas ANSI se puede establecer el Mínimo flujo continuo como un porcentajedel BEP dependiendo de las dimensionesde la bomba y las RPM.

Mínimo flujo continuo