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UMSA
FACULTAD DE INGENIERIA
INGENIERIA PETROLERA
TRANSPORTE Y ALMACENAJE
DE HIDROCARBUROS I (PET – 213)
SEMESTRE 1-2014
NOMBRE: UNIV. AGUILAR CHURA JUAN CARLOS
C.I.: 8346887 L.P.
FECHA DE ENTREGA: 28/04/2014 ATRABAJO PRACTICO #3
EL EFECTO DE JOULE-THOMSONEl proceso de Joule-Thomson consiste en el paso desde un contenedor a presión constante a otro a presión también constante y menor (Pf < Pi), de un gas a través de un estrangulamiento o una pared porosa. El gas se expande adiabáticamente en el paso de un contenedor a otro, y se produce una variación en su temperatura. La variación de temperatura depende de las presiones, inicial y final, y del gas utilizado. Está relacionada con la desviación del gas de su comportamiento ideal.
El proceso de paso de un gas por un estrangulamiento o pared porosa es irreversible. Sin embargo hay una magnitud termodinámica llamada ENTALPIA que es la misma en los estados inicial y final para una cierta masa de gas que ha pasado por el estrangulamiento.
En primer lugar es fácil comprobar que las entalpías de los estados iniciales y finales del gas son las mismas. En efecto, al tratarse de un proceso adiabático, y mantenerse las presiones de los dos contenedores constantes la variación de energía interna de un mol de gas es igual al trabajo realizado por el compresor sobre el mol de gas (Pi vi, siendo vi el volumen de un mol de gas a la presión constante Pi), menos el trabajo del gas al expandirse a presión constante en el segundo contenedor,
Así, la energía interna del gas permanece constante lo mismo que PV, y en consecuencia la temperatura es la misma antes y después de la expansión.
Sin embargo, cuando se trabaja con gases reales, esto no sucede sino que al expandirse se produce una disminución de temperatura, este efecto fue estudiado por Joule-Thomson}
El proceso de Joule-Thomson se suele caracterizar por el parámetro μ:
μ=(∂p/ ∂ T)
que puede determinarse experimentalmente a partir de las medidas de variación de temperatura frente a las variaciones de presión
El dispositivo se trata de un tubo aislado para simular condiciones adiabáticas, en medio del tubo hay un tapón poroso que permite el paso del gas a ambos lados del tubo.
El gas se expande adiabáticamente en el paso de un contenedor a otro, y se produce una variación en su temperatura.
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El coeficiente de Joule Thomson mide la velocidad de variación de la temperatura con la presión en un proceso de flujo a través de un tapón o estrangulamiento.
Puede considerarse como el numero de grados que cambia la temperatura por variación de la presión a entalpia constante.
TURBOEXPANSORES Los turboexpansores son turbomáquinas destinadas a disminuir la presión y la temperatura de los gases, aumentando su volumen para así poder licuarlos o condensarlos, este dispositivo convierte la energía de la presión de gas en trabajo útil el cual es aprovechado en forma de trabajo producido para generar potencia.
El trabajo es extraído por un compresor centrífugo que es ayudado por un “Re-Compresor” que aumenta la corriente del gas después de que se hayan extraído los líquidos condensados de LGN (Las ruedas del Expansor y del compresor están unidas por los extremos de un eje común.) Esta combinación del expansor y del compresor en una sola máquina conocida por una variedad de nombres, con Expander/Compressor, ExpanderBrake-Cornpressor y Expander/Booster-Compressor siendo la más común. El Expander/compressor (compresor Expansor) el cual es el corazón de las plantas criogénicas.
En general la palabra turboexpansor o simplemente expansor es utilizada para hacer referencia al sistema completo, formado por la turbina en si donde se produce la expansión propiamente dicha del fluido y el compresor asociado sobre el mismo eje que es la carga, empleado para comprimir algún fluido del proceso.
Cuando la potencia a extraer no es significativa suele usarse directamente un freno hidráulico como carga, en ese caso la energía se disipa en aeroenfriadores perdiéndose al medio. Hay distintos tipos de expansores pero los que más se usan son los radiales de reacción, turbina centrípeta que ha permitido cubrir una extensa gama de aplicaciones vedadas hasta ese entonces en otro tipo de turbinas, en particular en el caso de la criogenia.
Los turboexpansores se usan normalmente en procesos de gas natural que tienen altas presiones de alimentación (más de 400 psig), productos con alimentación variable y donde se desea una gran cantidad (mayor de 30%) de recuperación de etano. Consisten en juegos alternados de toberas y álabes rotativos a través de los cuales el vapor o gas fluyen en un proceso de Expansión estable. El turboexpansor se utiliza también para convertir la energía de una corriente de gas que se expande en un trabajo mecánico.
El uso del turboexpansor, sin embargo, no elimina la necesidad de la válvula de expansión Joule Thompson que se usa en los sistemas convencionales de refrigeración.
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EXPANSIÓN JOULE – THOMPSON EN UN TURBO-EXPANSOR
En la expansión Joule – Thompson el gas pasa primero por un intercambiador de calor para recibir un pre-enfriamiento, y posteriormente a través de una válvula de expansión o estrangulador. Esta expansión es un proceso isoentálpico donde la caída de presión genera una disminución de temperatura, cual provoca una separación de los líquidos condensables.
Generalmente en este tipo de proceso, el gas debe comprimirse para alcanzar la presión requerida para su transporte
CLASIFICACION GENERAL DE BOMBASLas bombas se clasifican según las consideraciones generales diferentes entre las cuales se tienen:
1. La que toma en consideración la características de movimiento de los líquidos.
2. La que se basa en el tipo de aplicación específica para los cuales se ha diseñado la bomba.
Clases y tipos.- Hay tres clases de bombas en uso común del presente:
Centrífuga Rotatoria Reciprocante.
BOMBAS CENTRÍFUGAS
Las bombas centrífugas, también denominadas rotativas, tienen un motor de paletas giratorio sumergido en el liquido. El liquido entra en la bomba cerca del eje del motor, y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta presión. El motor también proporciona al liquido una velocidad relativamente alta, que puede transformarse en presión en una parte estacionaria de la bomba, conocida como difusor; el difusor suele ser un canal en espiral cuya superficie transversal aumente de forma gradual para reducir la velocidad. El motor debe ser cebado antes de
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empezar a funcionar, es decir, debe estar rodeado de liquido cuando se arranca la bomba.
La gran holgura ofrecida en este tipo de bombas al paso de los fluidos, hace que estas resulten adecuadas para la manipulación de fluidos que lleven en suspensión partículas sólidas, y además permiten el estrangulado o aun el cierre temporal de la válvula de la tubería de descarga (de impulsión).
Bombas de tipo Voluta
El impulsor descarga en una caja espiral que se expande progresivamente, proporcionada en tal forma que la velocidad del líquido se reduce en forma gradual. Por este medio, parte de la energía de velocidad del líquido se convierte en presión estática.
Bombas de Tipo Turbina
También se conocen como bombas de vórtice, periféricas y regenerativas; en este tipo se producen remolinos en el liquido por medio de los paletas a velocidades muy altas dentro del canal anular en el que gira el impulsor. El liquido va recibiendo impulsos de energía. La bomba del tipo difusor de pozo profundo, se llaman frecuentemente bombas turbinas.
Tipos de bombas de Flujo Mixto y de Flujo Axial
Las bombas de flujo mixto desarrollan su columna parcialmente por fuerza centrifuga y parcialmente. por el impulsor de los álabes sobre el líquido . El diámetro de descarga de los impulsores es mayor que el de entrada. Las bombas de flujo axial desarrollan su columna por la acción de impulso o elevación de las paletas sobre el líquido.
BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO ROTATORIASLas bombas rotatorias, que generalmente son unidades de desplazamiento positivo, consisten de una caja fija que contiene engranajes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc., que operan con un claro mínimo. En lugar de "arrojar" el liquido, como en una bomba centrífuga, una bomba rotatoria lo atrapa, lo empuja contra la caja fija. La bomba rotatoria descarga un flujo continuo. Aunque generalmente se les considera como bombas para líquidos viscosos, las bombas rotatorias no se limitan a este servicio solo, pueden manejar casi cualquier liquido que este libre de sólidos abrasivos.
Bombas de engranajes internos
Este tipo (Fig. 3) tiene un motor con dientes cortados internamente y que encajan en un engrane loco, cortado externamente. Puede usarse una partición en forma de luna creciente para evitar que el liquido pase de nuevo al lado de succión de la bomba.
Bombas de aspa
Consiste en un rotor excéntrico que contiene un conjunto de aspas deslizantes que corren dentro de una carcasa. Un anillo de levas en la carcasa controla la posición radial de las aspas
La selección de la entrega variable es manual, eléctrica, hidráulica o neumática Las capacidades comunes de presión van de 2000 a 4000 psi (13.8 a 27.6 Mpa)
Bombas de tornillo
Una desventaja de las bombas de engranes, pistón y aspas es que distribuyen un flujo por impulsos hacia la salida, debido a que cada elemento funcional mueve un elemento, volumen capturado, de fluido de la succión a la descarga
Bombas de cavidad progresiva
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Produce un flujo suave que no pulsa y se utiliza sobre todo para enviar fluidos de procesos Conforme el rotor central grande gira dentro del estator, se forman cavidades que avanzan hacia el extremo de descarga de la bomba que mueve el material en cuestión. El rotor está hecho de una placa de acero con placas gruesas de cromo y la mayoría de los estatores están construidos de caucho natural o sintético
Las capacidades de flujo llegan a ser hasta de 1860 gal/min y la presión de 900 psi.
Bombas de lobulo
O bomba de levas opera en forma similar a la de engranes.Los dos rotores que giran en sentido contrario tienen dos, tres o más lóbulos que coinciden uno con otro y se ajustan muy bien en su contenedor
El fluido se mueve alrededor de la cavidad formada entre los lóbulos contiguos
Bombas peristalticas
Consta de una tubería flexible la cual captura al liquido mediante la acción de un rodillo. Se usa para manipular fluidos en pequeñas cantidades, a bajas presiones y manteniendo una limpieza constante
Bombas de Leva y Pistón
También llamadas "Bombas de émbolo rotatorio", consisten de un excéntrico con un brazo ranurado en la parte superior. La rotación de la flecha hace que el excéntrico atrape el liquido contra la caja. Conforme continúa la rotación, el liquido se fuerza de la caja a través de la ranura a la salida de la bomba.
Bombas de engranajes externos
Estas constituyen el tipo rotatorio mas simple. Conforme los dientes de los engranajes se separan en el lado de succión de la bomba (Fig. 2), el liquido llena el espacio entre ellos. Este se conduce en trayectoria circular hacia fuera y es exprimido al engranar nuevamente los dientes.
BOMBAS RECIPROCANTESLas bombas reciprocantes o también denominadas alternativas son también unidades de desplazamiento positivo descargan una cantidad definida de liquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de carrera.En este tipo de bombas el fluído se desplaza mediante movimiento alternativo ; al moverse en un sentido succiona y en el sentido inverso expulsa.
Bombas de Acción Directa.
En este tipo, una varilla común de pistón conecta un pistón de vapor y uno de líquido o émbolo .
Las bombas de acción directa se construyen, simplex (un pistón de vapor y un pistón de líquido, respectivamente) y dupkx (dos pistones de vapor y dos de líquido). Los extremos compuestos y de triple expansión, que fueron usados en alguna época no se fabrican ya como unidades normales.
Las bombas de acción directa horizontales simplex y dúplex, han sido por mucho tiempo muy apreciadas para diferentes servicios, incluyendo alimentación de calderas en presiones de bajas a medianas, manejo de lodos, bombeo de aceite y agua, y muchos otros. Se caracterizan por la facilidad de ajuste de columna, velocidad y capacidad. 'Tienen buena eficiencia a lo largo de una extensa región de capacidades . Las bombas de émbolo se usan generalmente para presiones más altas que los tipos de pistón . Al igual que todas las bombas reciprocantes, las unidades de acción directa tienen un flujo de descarga pulsaste.
Bombas de Potencia.
Estas tienen un cigüeñal movido por una fuente externa generalmente un motor eléctrico, banda o cadena. Frecuentemente se usan engranes entre el motor y el
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cigüeñal para reducir la velocidad de salida del elemento motor.Cuando se mueve a velocidad constante, las bombas de potencia proporcionan un gasto casi constante para una amplia variación de columna, y tienen buena eficiencia.
El extremo líquido, que puede ser del tipo de pistón o émbolo, desarrollará una presión elevada cuando se cierra la válvula de descarga Por esta razón, es práctica común el proporcionar una válvula de alivio para descarga, con objetode proteger la bomba y su tubería. Las bombas de acción directa, se detienen cuando la fuerza total en el pistón del agua iguala a la del pistón de vapor; las bombas de potencia desarrollan una presión my elevada antes de detenerse. La presión de parado es varias veces la presión de descarga normal de las bombas de potencia.Las bombas de potencia se encuentran particularmente bien adaptadas para servicios de alta presión y tienen algunos usos en la alimentación de calderas, bombeo en líneas de tuberías, proceso de petróleos y aplicaciones similares.
Las bombas de potencia del tipo manivela volante en los primeros diseños eran generalmente movidas por vapor. En el presente, sin embargo es más común el movimiento por motor eléctrico o de combustión interna debido a que este arreglo da una instalación más económica y compacta y requiere menos mantenimiento. Las bombas de potencia del tipo émbolo de alta presión pueden ser horizontales o verticales . Generalmente se usan para prensas hidráulicas, procesos de petróleos y servicios similares. Sin embargo, hay otros diseños que también encuentran uso para los mismos servicios. muestra una bomba de potencia del tipo de pistón. Las bombas de potencia de alta presión son generalmente verticales. pero también se construyen unidades horizontales.
Bombas de diafragma
La bomba combinada de diafragma puede ser comandada mecánica, hidráulica o neumáticamente. En una bomba de diafragma existe un flexible que va sujeto a una cámara poco profunda, y este es accionado . Un diafragma de material flexible no metálico puede soportar mejor la acción corrosiva o erosiva que las partes metálicas de algunas bombas alternativas.
También son apropiados para pulpas gruesas, drenajes, lodos, disolusiones ácidas y alcalinas, así como mezclas de agua con sólidos que pueden ocasionar erosión.
Bomba de émbolo ( buzo )
El líquido es desplazado en forma axial dentro de un cilindro, por un embolo que por medio de válvulas permite succionar o expulsar el fluído. El movimiento rectilinio del embolo es provocado por un sistema de cigüeñal.
Bomba de pistones
El líquido es desplazado en forma axial dentro de un cilindro, por un pistón que por medio de válvulas permite succionar o expulsar el fluído.
BOMBAS HIDRÁULICASUna bomba hidráulica es un medio para convertir energía mecánica en energía fluida o hidráulica". Es decir las bombas
Bombas de volumen fijo o bombas de desplazamiento fijo
Estas bombas se caracterizan porque entregan un producto fijo a velocidad constante. Este tipo de bomba se usa más comúnmente en los circuitos industriales básicos de aplicación mecánica de la hidráulica.
1. Bombas de engranes o piñones
La bomba de engranes se denomina también "caballo de carga" y se puede asegurar que es una de las más utilizadas. La capacidad puede ser grande o pequeña y su costo variará con su capacidad de presión y volumen. Además la
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simplicidad de su construcción permite esta ventaja de precio. Las bombas de engranes exhiben buenas capacidades de vacío a la entrada y para las situaciones normales también son autocebantes; otra característica importante es la cantidad relativamente pequeña de pulsación en el volumen producido. En este tipo de bombas de engrane, el engranado de cada combinación de engranes o dientes producirán una unidad o pulso de presión
Bombas de engranes de baja presión.
Su funcionamiento es a grandes rasgos el siguiente: La flecha impulsora gira, los dos piñones como están engranados, girarán en direcciones opuestas. La rotación es hacia el orificio de entrada desde el punto de engrane. Conforme los dientes de los dos piñones se separan, se formará una cavidad y se producirá un vacío en el orificio de entrada. Este vacío permitirá a la presión atmosférica forzar el fluido al lado de entrada de la bomba. El fluido será confinado en el espacio entre los dientes del engrane. La rotación continuada de los engranes permitirá que el fluido llegue hasta la salida.
Una desventaja de este tipo de bombas son los escapes o perdidas internas en la bomba producidas en la acción o esfuerzo para bombear un fluido a presión. El desgaste de este tipo de bombas generalmente es causado por operar a presiones arriba de la presión prevista en el diseño, aunque también puede ser usado por cojinetes inadecuados.
Bombas de engranes de alta presión.
Los factores que mejoran la capacidad de una bomba para desarrollar un vacío alto en la admisión, también producirán incrementos muy favorables en la eficiencia volumétrica y total de la bomba.
La capacidad relativamente alta de vacío en la admisión de las bombas de engrane, las ha hecho más adaptables a los problemas que se presentan en el equipo móvil y para minería.
Bombas de engranes de 1500 lb/plg2. (Tándem)
También se les conoce como bombas de la serie "Commercial D". En este tipo de bombas se incorporan engranes dentados rectificados con acabados lisos y con tolerancias muy cerradas. Estos engranes tienen el contorno de los dientes diseñado para mejorar la eficiencia de la bomba y disminuir el nivel de ruido en la operación.
Un mejoramiento adicional se ha logrado machihembrando los engranes con respecto al diámetro y espesor.
Bomba de engranes de 2000 lb/plg2.
La bomba Commercial de la serie H esta indicada para tener un valor de presión máximo de 2000 lb/plg2, y para la mayoría de las bombas de la serie H es una versión mejorada y más pesada que la unidad de serie D. Los fundamentos de operación son casi idénticos, pero ninguna de las partes son intercambiables entre estos dos tipos de diseños.
El funcionamiento con las cargas mayores a presión de 2000 lb/plg2, ha exigido el uso de cajas mucho más gruesas y resistentes. El cojinete impulsor principal TIMKEN es el único ofrecido en este tipo de bombas. Los tamaños de engranes y cojinetes han sido aumentados hasta el máximo que el espacio permite, y dichos engranes han sido modificados de la forma de engranes rectos de la serie D a engranes helicoidales.
Bomba de engranes de 2000 lb/plg2 – Serie 37-X.
Los cambios de diseño en el modelo 37-X confirman la existencia de la zona crítica analizada en relación con los diseños de la serie D y serie H. Cojinetes verdaderamente masivos de trabajo pesado y del tipo de baleros de corona han sustituido a los cojinetes de aguja marcados como inadecuados. Para tener espacio para estos cojinetes agrandados se ha utilizado un concepto
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enteramente nuevo sobre el diseño de los engranes para bombas. Los nuevos engranes tienen dientes rectos de tipo involuta. Dichos diente son más pocas en número, cortados más profundamente y más fuertes, entregando más descarga por pulgada de anchura del engrane que los diseños ordinarios o convencionales.
2. Bombas de paletas
Bombas de paletas desequilibradas o de eje excéntrico.
Con este diseño un rotor ranurado es girado por la flecha impulsora. Las paletas planas rectangulares se mueven acercándose o alejándose de las ranuras del rotor y siguen a la forma de la carcasa o caja de la bomba. El rotor esta colocado excéntrico con respecto al eje de la caja de la bomba.
La rotación en el sentido de las manecillas del reloj del rotor en virtud de la mayor área que hay entre dicho rotor y la cavidad de la caja, producirá un vacío en la admisión y la entrada del aceite en los volúmenes formados entre las paletas.
La bomba mostrará desgaste interior de la caja y en las aristas de las paletas, causado por el deslizamiento de contacto entre las dos superficies.
Este tipo de bomba tendrá la misma situación en lo que se refiere a la carga sobre los cojinetes que el caso de las bombas de engranes.
Bombas de paletas equilibradas de 1000 lb/plg2 de presión.(Vickers)
La compañía VickersIncorporated ha sido acreditada por haber desarrollado el diseño de bomba de paletas equilibrada.
El balance hidráulico logrado en este diseño, permite a los cojinetes de las flechas dedicarse a la carga de impulsión de la bomba. La carga hidráulica o de presión esta equilibrada y queda completamente contenida dentro de la unidad de cartucho de la bomba. La unidad de cartucho esta compuesta por, dos bujes, un rotor, doce paletas, un anillo de leva y una espiga de localización.
El sentido de la operación de esta bomba puede alterarse para ajustarlo a la necesidad que se tenga. Al sustituir el anillo de levas con uno más grande o uno más pequeño, se pueden tener diversos volúmenes de rendimiento o salida de la bomba, pero en ciertas conversiones, el rotor, las paletas y el cabezal también deben cambiarse para acomodar el nuevo anillo.
Procurando incorporar un cabezal modificado o corregido y una flecha impulsora, podemos construir una bomba Vickers en Tándem.
Bombas de Paletas equilibradas de 2000 lb/plg2 de presión. (Denison)
Las bombas de paletas Denison emplean la misma condición de equilibrio descrita en el análisis de las bombas de paletas Vickers mediante la incorporación de dos orificios de admisión o entrada y de dos orificios de salida con una separación de 180 .
Una diferencia en estos dos diseños consiste en que el valor de la presión máxima sube hasta 2000 lb/plg2 por medio de una construcción más pesada y de la alteración de los diseños de paletas y del rotor para asegurar un contacto adecuado de las paletas en todo tiempo. Esta condición de contacto constante de las paletas con el anillo de levas, permitirá a la unidad funcionar como bomba o como motor sin alteración mecánica.
El balance hidráulico de la caja de bombeo y en este caso la carga equilibrada de las paletas, permite a estas bombas funcionar durante periodos más prolongados con condiciones máximas de presión.
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3. Bombas de pistón
Las bombas de pistón generalmente son consideradas como las bombas que verdaderamente tienen un alto rendimiento en las aplicaciones mecánicas de la hidráulica. Algunas bombas de engranes y de paletas funcionarán con valores de presión cercanos a los 2000 lb/plg2, pero sin embargo, se les consideraran que trabajan con mucho esfuerzo. En cambio las bombas de pistón, en general, descansan a las 2000 lb/plg2 y en muchos casos tienen capacidades de 3000 lb/plg2 y con frecuencia funcionan bien con valores hasta de 5000lb/plg2.
Bomba de Pistón Radial.
La bomba de pistón radial, aloja los pistones deslizantes dentro de un bloque del cilindro que gira alrededor de un perno o clavija estacionaria o flecha portadora.
En las bombas de pistón radial se logra una eficiencia volumétrica alta debido a los ajustes estrechos de los pistones a los cilindros y por el cierre adecuado entre el bloque del cilindro y el perno o clavija alrededor del cual gira.
Bombas de Pistón Axial.
Las bombas de pistón axial son las bombas más comunes que se encuentran. Las bombas de pistón axial derivan su nombre del hecho que los pistones se mueven dentro y fuera sobre un plano paralelo al eje de la flecha impulsora.
Bombas de Pistón de Barril angular.(Vickers)
Las varillas del pistón van conectadas al pistón con una junta socket de bola y también el bloque del cilindro o barril va conectado a la flecha de impulsión por una junta combinada universal de velocidad constante de tipo Williams.
Las cargas para impulsión de la bomba y las cargas de empuje por la acción del bombeo van soportadas por tres cojinetes de bolas de hilera simple y un cojinete de bolas de hilera doble.
Bomba de Pistón de Placa de empuje angular.(Denison)
El diseño de este tipo de bombas incorpora zapatas de pistón que se deslizan sobre la placa de empuje angular o de leva.
Esta bomba debe llenarse con aceite antes de arrancarla.
La contaminación causará raspaduras y pérdida ligera de eficiencia. La falta de lubricación causará desgaste.
Bomba Diseño Dynex.
La placa de empuje angular se llama placa excéntrica, dicha placa va acuñada a la flecha impulsora y esta soportada por cuatro hileras de cojinetes de bolas. Las principales cargas de empuje de bombeo están a cargo de cojinetes colocados a cada lado de la placa excéntrica.
Este diseño de bomba ha tenido una utilización considerable en el equipo móvil.
USO DE BOMBAS EN LA INDUSTRIA PETROLERA
Perforación
Producción
Transportes
Refinación
Distribución
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Comercialización
Distribución
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