Bombas rotatorias

Bombas rotatorias ContenidoIntroduccin.4 Bombas rotatorias (Definicin). 4.1 Principio de funcionamiento. 4.2 Tipos de bombas rotatorias. 4.3 Aplicaciones tpicas para las bombas rotatorias 4.4 Limitaciones de las bombas rotatorias, normatividad.Conclusin. INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 2Introduccin Las bombas son equipos mecnicos que sirven para elevar los lquidos y conducirlos de un lugar a otro, o lo que es lo mismo, comunicarles cierta cantidad de energa (carga) que les permita vencer la resistencia de las tuberas a la circulacin, as como, la carga que representa la diferencia de nivel entre el lugar de donde se toma el lquido y el lugar a donde se pretende llevar.INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 3Definicin INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 4Las bombas rotatorias son unidades de desplazamiento positivo, que consisten en una caja fija que contiene engranes, aspas u otros dispositivos que rotan, y que actan sobre el lquido atrapndolo en pequeos volmenes entre las paredes de la caja y el dispositivo que rota, desplazando de este modo el lquido de manera similar a como lo hace el pistn de una bomba reciprocante. Como se muestra en la figura 7.4. sistemas de bombeo en la industria petrolera FIG. 7.4 BOMBA ROTATORIA DE ENGRANES EXTERNOS

INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 5Principios de FuncionamientoPero las bombas rotatorias en vez de suministrar un flujo pulsante como sucede con las bombas reciprocantes, descargan un flujo uniforme, por el movimiento de rotacin de los engranes que es bastante rpido. Las bombas rotatorias se usan generalmente para aplicaciones especiales, con lquidos viscosos, pero realmente pueden bombear cualquier clase de lquidos, siempre que no contengan slidos en suspensin. No obstante, debido a su construccin, su uso ms comn, es como bombas de circulacin o transferencia de lquidos.

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Caractersticas principales:

- Son de accin positiva - Desplazamiento rotativo - Flujo uniforme - Construccin compacta - Carga alta - Descarga relativamente baja - Velocidades de operacin de moderadas a altas - Pocas partes mviles - Requieren toda la potencia para llevarlas a su velocidad de operacin - Flujo constante dentro de ciertos lmites para carga variable - Aspiracin limitada INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 7Pasos en que funciona una bomba rotatoria 1. El lquido entra a la bomba por el canal de succin, entre el engrane exterior ( en grande de mayor tamao) y el engrane interior.2. El lquido fluye a travs de la bomba en medio de los espacios que hay entre los dientes. La forma creciente (forma de media luna) divide al lquido y acta como sello entre la entrada y la salida.3. La presin del lquido es elevada justo antes de que este salga por el conducto de salida.4. Los dientes de los dos engranes se acoplan completamente, formando un sello equidistante, entre el conducto de entrada y el de salida. El sello fuerza al lquido a salir por el conducto de salida.

INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 8VentajasSolo dos piezas se muevenDescarga continuaIdeal para lquidos con alto grado de viscosidad.Descarga continua sin importar cambios de presin.Operacin en cualquier direccin.Puede operar con una direccin de flujo, con cualquier rotacin.Requiere de bajo NPSH.Bajo costo en mantenimientoSu diseo flexible permite su uso en una amplia gama de aplicacionesDesventajasRequiere de velocidades moderadas.Limitadas a presiones mediasCojinete en contacto con el lquido bombeadoSobre carga en el cojinete de la flechaINGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 9Tipos de bombasRotatorias INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 10INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 11

Bombas De Engranajes Externosstas constituyen el tipo rotatorio ms simple. Conforme los dientes de los engranes se separan en el lado el lquido llena el espacio, entre ellos. ste se conduce en trayectoria circular hacia afuera y es exprimido al engranar nuevamente los dientes. Los engranes pueden tener dientes simples, dobles, o de involuta. Algunos diseos tienen agujeros de flujo radiales en el engrane loco, que van de la corona y del fondo de los dientes a la perforacin interna. stos permiten que el liquido se comunique de un diente al siguiente, evitando la formacin de presiones excesivas que pudiesen sobrecargar las chumaceras y causar una operacin ruidosa.

INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 12Bombas De LbulosSon bombas rotativas de engranajes externos, que difieren de estas en la forma de accionamiento de los engranajes. Aqu ambos engranajes son accionados independientemente por medio de un sistema de engranajes externo a la cmara de bombeo.INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 13

Presin de descarga excesiva y/o cambio de la viscosidad del fluidoEl funcionamiento de una bomba de lbulos con fluidos de baja viscosidad se ve altamente afectado por la excesiva presin de descarga y/o por cambios en la viscosidad del fluido. Esto se debe al Slip, definido como la perdida de fluido por fugas a travs de las separaciones de la bomba. La direccin del slip ser desde la zona de alta presin de la bomba hacia la de baja presin. La cantidad del slip depende de diversos factores:INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 14

Efecto de presinLa cantidad del slip crecer conforme se incremente la presin, lo cual se muestra en la imagen. Para una velocidad dada, la cantidad de slip se puede ver como el flujo a 0.0 bar menos el flujo a una presin x.Para superar esta cantidad de slip ser necesario aumentar la velocidad de la bomba para mantener lacapacidad requerida.INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 15

La cantidad del slip se reduce conforme la viscosidad del fluido aumenta. Este efecto se ilustra a continuacin. Las lneas de presin x continuaran movindose hacia la lnea de presin cero conforme la viscosidad aumentaINGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 16Efecto de la viscosidad

Bombas De HusillosTambin llamadas de tornillos, son bombas de engranajes de caudal axial. Existen tres tipos de bombas de husillo: de un solo husillo, un rotor en forma de espiral excntricamente en el interior de un estator. De doble husillo, dos rotores paralelos que se entrelazan al girar en una carcasa mecanizada con ciertas tolerancias. De triple husillo, un rotor central (motriz), y dos rotores que se entrelazan con el primero.

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Bombas de Aspas.

Tienen una serie de aspas articuladas que se balancean conforme gira el rotor, atrapando al lquido y forzndolo en el tubo de descarga de la bomba. Las bombas de aspas deslizantes usan aspas que se presionan contra la carcasa por la fuerza centrifuga cuando gira el rotor. El liquido atrapado entre las dos aspas se conduce y forza hacia la descarga de la bomba.

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Bombas de tubo flexible.Tienen un tubo de hule que se exprime por medio de un anillo de compresin sobre un excntrico ajustable. La flecha de la bomba, unida al excntrico, lo hace girar. Las bombas de estediseose construyen con uno o dos pasos.INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 19

Comportamiento de un fluido NewtonianoEjemplos de fluidos newtonianos tpicos: Agua Cerveza Hidrocarburos Leche Aceites minerales Resinas JarabeINGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 20

Comportamiento de un fluido No NewtonianoEjemplos de fluidos no newtonianos tpicos: Sangre Emulsiones Gomas Lociones Jabones Pasta dental LevaduraINGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 21

POTENCIA DE LOS SISTEMAS DE BOMBEOINGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 22VALOR ACTUAL NETO ( VAN )El valor actual neto (VAN), conocido como valor presente neto (VPN), se define como la diferencia de la sumatoria de los beneficios y la sumatoria de los costos que son actualizados a una tasa de inters fija, menos la inversin en el momento ceroINGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 23Representacin Matemtica del VANConsiste en actualizar el flujo de beneficios netos, para cuyo fin se multiplican por el factor de descuento correspondiente, siendo necesario contar con datos del flujo de caja proyectado para simplificar la operacin de clculo y utilizar la siguiente frmula: Expresin Matemtica:INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 24Calculo del VAN

INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 25Una localidad se abastece de un pozo cuyas caractersticas se indican a continuacin: nivel esttico 5.50 m, nivel de bombeo 31.00 m, profundidad 38.00 m, caudal 2.5l/s, cota terreno 173.44 m, altura del estanque 19 m desde la superficie del terreno, periodo de funcionamiento 16 horas, como se muestra en la figura 1, la tubera utilizada en toda la obra es acero galvanizado (C=110). Problema 1Se pide calcular las perdidas de carga de la tubera y la potencia de la bomba.ejemploINGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 26

Datos: Nivel esttico: 5.50 [m] Nivel de bombeo: 31.00 [m] Profundidad: 38.00 [m] Caudal: 2.5 [l/s] Cota terreno: 173.44 [m] Altura del estanque 19 m desde la superficie del terreno El bombeo es continuo durante16 horas (N)ejemploINGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 27Solucin: 1. Dimetro econmico de la tubera de bombeo (frmula de Bresse)

D = 0.059 [m] = 2.32 [pulg]Dimetro comercial: 3 [pulg] = 0.0762 [m]2. Perdidas de carga tubera del pozo al punto A. (Hazen-Williams)

ejemploINGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 28entonces la perdida de carga ser hf=S * L = 0.00749 [m/m] * 45 [m] = 0.337 [m] 3. Perdidas de carga tubera del punto A al tanque. (Hazen-Williams)

entonces la perdida de carga ser hf= S * L = 0.00749 [m/m] * 6650 [m] = 49.81[m]ejemploINGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 294. Calculo de la perdida de carga total (HT) H1= (perdida de carga del pozo al punto A) + (perdida de carga del punto A al tanque) H1= 0.337 [m] + 49.81 [m] = 50.15 [m] H2= (cota terreno del tanque + altura del tanque) (cota terreno del pozo) H2 = (194.44 [m] + 19 [m] 173.44 [m] = 40 [m] HT = H1 + H2 + nivel de bombeo = 50.15 [m] + 40 [m] + 31 [m] = 121.15 [m] HT = 121.15 [m] ejemploINGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 305. Calculo de la potencia de la bombaDonde: = Peso unitario del agua (1000 kg/m3) = Eficiencia (70 %) HT= Altura total de carga [m]Q = Caudal [l/s]

Potencia = 6(HP)NOTA: Adoptamos 7.5 (HP) porque en el comercio no existe de 6 (HP), entonces adoptamos esta potencia: Potencia adoptada = 7.5 (HP) ejemploINGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 31Se escoge una bomba con estas caractersticas: de 7.5 HP, con un caudal de 2.5 [l/s] 40[gal/min]; y que tenga una altura total de carga de 121.15 [m] 398 [pies]; se verifica que cumpla estos requisitos. Como se muestra en la figura

CURVA CARACTERSTICA DE LA BOMBA SELECCIONADA Fluidos y sus densidadesmanejables por la bombas rotatorias Aceite 0.92 g/cm3Mercurio1.35g/cm3Aceite de Motor1g/cm3Alcohol Etlico0.810 g/cm3Bitumen1.28g/cm3INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 32La densidad manejada en una bomba rotatoria es de un 1.0 g/cm3 hasta 1.5 g/cm3Gasto de luzMientras tanto el gasto de luz diario de una bomba rotativa es de 8.0895x10-5 Kw mucho menor que una bomba centrifuga, eso ahorra considerable mente el gasto de luz emitido.INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 33Aplicaciones tpicas para las bombas rotatorias1.-Manejo de lquidos de cualquier viscosidad.2.-Procesos qumicos.3.-Manejo de alimentos.4.-Descargas marinas.5.-Bombas para cargar carros tanque.6.-Proteccion contra incendios.7.-Transmisiones hidrulicas de potencia.8.-Lubricacion a presin.9.-Pintura.10.-Enfriamiento para maquinas herramientas.11.-Bombeo de petrleo (lneas, oleoductos).12.-Bombas para quemadores de petrleo.13.-Refinerias.14.-Manejo de grasas.15.-Gases licuados (propano, butano, amoniaco, fren).16.-Aceites calientes17.-Las bombas rotatorias son generalmente fabricadas para capacidades que no exceden de 500 gpm (31.54 l/s) y cargas que no sobrepasan 500 pies (152.4 m).

INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 34ConclusinLas bombas rotativas de desplazamiento positivo son apropiadas como bombas de transporte y dosificacin en un amplio rango de caudal de bombeo. A menudo son una alternativa econmica, especialmente en las industrias alimentaria, farmacutica y de biotecnologa, as como en caso de bajos requerimientos de presin.INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 35Referencias http://q-pumps.com/view.php?doc=42http://www.lewa.com/es/productos/bombas/bombas-rotativas/INGENIERIA PETROLERA BOMBAS ROTATORIAS 36