32

Click here to load reader

Unidad 5. Bombas Reciprocantes

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Sistema de bombeo en la industria petrolera

Citation preview

Page 1: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

{

Bombas Reciprocantes

Unidad 5.Sistema de Bombeo en la industria petrolera

Equipo 4Nallely Rojas Palacio

Page 2: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

Las bombas reciprocantes se utilizan en numerosas aplicaciones que exceden la capacidad de las bombas centrífugas o rotatorias. Algunos servicios se podrían efectuar con una centrífuga o rotatoria, pero a expensas de un aumento en los requisitos de potencia y de mantenimiento. Debido a los altos costos de la energía, la bomba de potencia, con su elevada eficiencia mecánica, se utiliza cada vez más en muchas aplicaciones.

Introducción

Sistema de bombeo

2

Page 3: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

3

Las bombas reciprocantes son unidades de desplazamiento positivo descargan una cantidad definida de liquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de carrera. Sin embargo, no todo el líquido llega necesariamente al tubo de descarga debido a escapes o arreglo de pasos de alivio que puedan evitarlo. Despreciando éstos, el volumen del líquido desplazado en una carrera del pistón o émbolo es igual al producto del área del pistón por la longitud de la carrera.Existen básicamente dos tipos de bombas reciprocantes las de acción directa, movidas por vapor y las bombas de potencia.

5.1 Principio de funcionamiento

Sistema de bombeo

Page 4: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

4

Pero existen muchas modificaciones de los diseños básicos, construidas para servicios específicos en diferentes campos. Algunas Se clasifican como bombas rotatorias por los fabricantes, aunque en realidad utilizan movimiento reciprocante de pistones o émbolos para asegurar la acción de bombeo.

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 constituyen de simplex (un pistón de vapor y un pistón de líquido, respectivamente) y duplex (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.

Sistema de bombeo

Page 5: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

5

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 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 objeto de proteger la bomba y su tubería. Bombas del Tipo Potencia de Baja Capacidad.- Estas

unidades se conocen también como bombas de capacidad variable, volumen controlado y de "proporción". Su uso principal es para controlar el flujo de pequeñas cantidades de líquido para alimentar calderas, equipos de proceso y unidades similares. Como tales ocupan un lugar muy importante en muchas operaciones industriales en todo tipo de plantas. La capacidad de estas bombas puede variarse cambiando la longitud de la carrera.

Sistema de bombeo

Page 6: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

6

Bombas del Tipo de Diafragma. La bomba combinada de diafragma y pistón generalmente se usa sólo para capacidades pequeñas. Las bombas de diafragma se usan para gastos elevados de líquidos, ya sea claros o conteniendo sólidos. También son apropiados para pulpas gruesas, drenajes, lodos, soluciones ácidas y alcalinas, así como mezclas de agua con sólidos que puedan ocasionar erosión. Un diafragma de material flexible no metálico, puede soportar mejor la acción corrosiva o erosiva que las partes metálicas de algunas bombas reciprocantes.

Sistema de bombeo

Page 7: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

7

Las bombas reciprocantes, por lo general, se clasifican por sus características:

Extremo de impulsión, es decir, potencia o acción directa.

Orientación de la línea de centros del elemento de bombeo, es decir, horizontal o vertical.

Número de carreras de descarga por ciclo de cada. biela, es decir, acción sencilla o doble acción.

Configuración del elemento de bombeo: pistón, émbolo o diafragma.

Número de varillas o bielas de mando, es decir, simplex, dúplex o múltiplex.Clasificación de

Bombas

Sistema de bombeo

Page 8: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

{

8

Las bombas de potencia tienen motor eléctrico para el propulsor y pueden ser horizontales o

verticales.

Sistema de bombeo

Page 9: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

{

Volumen desplazado, teorico y real

Funcionamiento

El funcionamiento de una Bomba Reciprocante depende del llenado y vaciado sucesivo de receptáculos de volumen fijo, para lo cual cierta cantidad de agua es obligada a entrar al cuerpo de la bomba en donde queda encerrada momentáneamente, para después ser forzada a salir por la tubería de descarga. De lo anterior se deduce, en términos generales, que el gasto de una Bomba Reciprocante es directamente proporcional a su velocidad de rotación y casi independiente de la presión de bombeo.

Sistema de bombeo

Page 10: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

10

Bombas de émbolo reciprocante. Bombas de embolo reciprocante de

descarga variable. Bombas reciprocantes de diafragma.

Clasificación

Sistema de bombeo

Page 11: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

11

Ocasionalmente, las bombas reciprocantes están provistas de un diafragma flexible recíprocamente en vez de un émbolo o pistón reciprocante, con lo cual se elimina la fricción y las fugas en el punto donde el émbolo atraviesa la caja de empaque.

Tales bombas son muy comunes en la actualidad para levantar combustible de los tanques posteriores de los automóviles a los carburadores de los mismos.

BOMBA DE DIAFRAGMA

Sistema de bombeo

Page 12: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

12

Los elementos de una Bomba Reciprocante, comúnmente llamada de émbolo o de presión. En ella, la Manivela o Cigüeñal gira con una velocidad uniforme, accionada por el motor, el émbolo o pistón e mueve hacia adelante y hacia atrás en el cuerpo del cilindro; en el golpe hacia afuera un vacío parcial detrás del émbolo permite a la presión atmosférica que obra sobre la superficie el agua en el pozo hacer subir el agua dentro del tubo de acción, la cual, pasando por la válvula de succión llena el cilindro; en el golpe hacia adentro, la válvula de succión se cierre y el agua es presionada a salir hacia el tubo de descarga.

BOMBA DE EMBOLO

Sistema de bombeo

Page 13: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

13

En sistemas de transmisión de circuito hidráulico cerrado, es algunas veces necesaria una forma de bomba cuyo gasto de descarga pueda ser variado sin cambiar la velocidad de rotación.

En esta clase de bombas el movimiento reciprocante de pistones o émbolos para asegurar la acción de bombeo. Descargan una cantidad determinada de fluido durante el movimiento del pistón durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de carrera.

BOMBA RECIPROCANTE DE EMBOLO DE DESCARGA VARIABLE.

Sistema de bombeo

Page 14: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

14

Consisten en un diafragma o membrana elástica cogida por una biela o embolo y movidas por un cigüeñal o excéntrica, esta membrana toma posición extrema, baja y alta, provocando una compresión y una sucesión o depresión, dejando ir y cerrar una válvula normalmente esférica.

Generalmente son bombas de muy poca potencia y se utilizan pequeños caudales y en aguas cenagosas o cargadas de limo y arenas.

BOMBAS DE MEMBRANA

Sistema de bombeo

Page 15: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

15

También llamadas de embolo rotatorio. Tienen cinco o siete émbolos en un círculo, cada embolo está conectado a una placa de articulación común accionada por motor. La rotación de la placa produce el movimiento reciprocante de los émbolos, provocando las acciones de succión y descarga. El flujo de descarga en este tipo de bombas es constante.

BOMBAS ROTATORIAS DE PISTÓN

Sistema de bombeo

Page 16: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

16

Cuando el elemento de bombeo se retrae de la cámara de bombeo, el líquido que hay dentro de ella se expande y se reduce la presión. Como la mayor parte de los líquidos no son comprensibles, se requiere muy poco movimiento del elemento para disminuir la presión. Cuando la presión disminuye lo suficiente a menos de la presión de succión, entonces la presión diferencial (o sea la presión de succión menos la presión en la cámara) empuja la válvula de succión y la abre. Esto ocurre cuando el elemento se mueve con lentitud, por lo cual la válvula abre en forma gradual y suave según aumenta la velocidad del elemento. Después, el líquido circula por la válvula y sigue al elemento en su carrera de succión.

Características del flujo

Sistema de bombeo

Page 17: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

17

En resumen, las variaciones en la velocidad de las bombas de potencia

Sistema de bombeo

Page 18: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

18

Las aplicaciones típicas de las bombas reciprocantes son:

Carga deglicoles. El etilenglicol o el trietilenglicol se bombea a un absorbedor a unas 1 000 psig para eliminar la humedad del gas natural. El glicol absorbe el agua, se lo estrangula a presión atmosférica y se lo calienta para eliminar el agua. Después, se enfría y se devuelve con la bomba al absorbedor. Para este servicio se utilizan bombas de potencia con motor y reciprocantes de acción directa.5.3 Aplicaciones y

limitaciones de las bombas reciprocantes, normatividad

Sistema de bombeo

Page 19: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

19

Carga de aminas. La monoetanolamina, otras aminas y los absorbentes patentados eliminan el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de carbono del gas natural. Se bombea el absorbente hacia un absorbedor a unas 1 000 psig y produce una acción similar a la de los glicoles. En las plantas grandes para tratamiento de gas se suelen utilizar bombas centrífugas; en las pequeñas, son más adecuadas las bombas de potencia propulsadas por motor eléctrico.

Petróleo pobre. El aceite para absorción se utiliza igual que los glicoles y aminas pero absorbe los hidrocarburos como butano, propano y etano del gas natural.

Sistema de bombeo

Page 20: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

20

Inyección de agua salada. Un método que se utiliza mucho para la recuperación secundaria de petróleo y gas en los campos casi agotados, es inundar los yacimientos con agua, por lo general, agua salada en pozos periféricos para obligar a los hidrocarburos a moverse hacia el pozo central. En los campos pequeños se utilizan bombas de potencia.

Eliminación de agua salada. Se suelen utilizar bombas de potencia para bombear el agua salada a un pozo para eliminarla.

Sistema de bombeo

Page 21: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

21

Evitadores de reventones. Los evitadores de reventones, hidráulicos, siempre están listos durante la perforación de pozos de petróleo y gas para cerrar el pozo si se inicia el llamado reventón. La potencia hidráulica se aplica con bombas reciprocantes, con motor eléctrico o neumático. La presión normal de funcionamiento es entre 1 000 y 3 000 psig.

Sistemas de oleoductos y gasoductos. Se utilizan bombas de potencia para inyectar amoniaco o hidrocarburos ligeros en estas tuberías. Se envían diversas pastas aguadas y petróleo crudo en las tuberías con bombas de potencia de pistón y émbolo.

Sistema de bombeo

Page 22: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

22

Sistemas hidráulicos. Se utiliza un líquido hidráulico, corno aceite soluble y agua en laminadoras de acero y petróleo diáfano (Keroseno) y aceite en las laminadoras de aluminio, para colocar los rodillos de las laminadoras y se emplean cilindros hidráulicos para mover el metal que se lamina. Estos sistemas de cargas con bombas de potencia con motor a una presión entre 1 000 y 5 000 psig. Producción de fertilizantes. Se utilizan

bombas de potencia con prensaestopas especiales para bombear amoniaco a presiones hasta de 5 500 psig. Se utilizan bombas de potencia con extremos para líquido hechos de acero inoxidable y prensaestopas especiales para bombear carbonato de amonio a presiones hasta de 3 500 psig para la producción de urea.

Sistema de bombeo

Page 23: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

23

Limpieza. El agua a presiones entre 7 000 y 10 000 psig enviada con bombas de potencia se utiliza para lavar equipos y estructuras.

Tambores deshidratadores. La bomba de acción directa, de mínima holgura es muy adecuada para bombear los hidrocarburos desde los tambores deshidratadores en las refinerías, debido a su velocidad variable y su baja carga neta positiva de succión NPSH.

Sistema de bombeo

Page 24: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

24

Pruebas hidrostáticas. Se utilizan bombas de potencia y de acción directa para las pruebas hidrostáticas de equipos y sistemas. La bomba con émbolo de acción directa es muy adecuada para este servicio porque se “ahoga” a determinada presión y sólo bombea si falla la presión.

Pastas aguadas. Se emplean bombas de potencia y de acción directa para manejar pastas aguadas como mantequilla de cacahuate, detergentes, plásticos, carbón y minerales pulverizados en procesos y tuberías. Las presiones pueden llegar hasta unas 10 000 psig y las temperaturas a unos 700°F.

Sistema de bombeo

Page 25: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

25

Dosificación. Se utilizan diversas configuraciones de bombas de potencia y de acción directa para dosificar líquidos desde bombas grandes para tuberías con propulsión de velocidad variable y también las hay pequeñas, de volumen controlado para inyectar cantidades precisas de productos químicos en la corriente de proceso.

Homogeneización. La leche y otros productos alimenticios y no alimenticios se homogeneizan para hacerlos uniformes y evitar la separación. Gran parte de la homogeneización se logra al bombear el material con una bomba de potencia de émbolo hasta una alta presión y, luego, con la estrangulación con una 0 más válvulas especiales.

Sistema de bombeo

Page 26: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

26

Las bombas reciprocantes tienen ciertas desventajas y la más común es el flujo a pulsaciones; por ello, se debe tener cuidado en el diseño del sistema. Más adelante en este artículo aparece información al respecto.

En la mayoría de las aplicaciones los costos inicial y de mantenimiento de las bombas reciprocantes serán mayores que para las centrífugas o las rotatorias. La empaquetadura típica en una bomba de potencia dura menos de tres meses, o sea mucho menos que un sello mecánico en un eje rotatorio.

Desventajas de las bombas reciprocantes

Sistema de bombeo

Page 27: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

27

La mayoría de los problemas con las bombas reciprocantes se pueden evitar con la selección de bombas que trabajen a velocidades conservadoras, con diseño cuidadoso del sistema de bombeo y con métodos de mantenimiento que conversen la aleación entre el embolo y el prensaestopas.

Sistema de bombeo

Page 28: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

28

La eficiencia mecánica (llamada también eficiencia de la bomba) de una bomba de potencia se define como la relación entre la potencia de salida, Po y la potencia de entrada P, y en forma de ecuación es:

En donde ηm = eficiencia mecánica total de la bomba Q = capacidad, gpm AP = presión de descarga menos presión de succión, psi p = potencia de entrada del propulsor, hp.

Eficiencia mecánica: bomba de potencia

Sistema de bombeo

Page 29: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

29

En la bomba de acción directa, la eficiencia mecánica es la relación entre la fuerza aplicada al líquido por el pistón o el émbolo y la fuerza aplicada al pistón propulsor o de mando por el fluido motor. Dado que la mayor parte de estas bombas son de doble acción, se utilizan las presiones diferenciales en ambos extremos de ellas y dado que las pérdidas por fricción de fluido en las válvulas y orificios se incluyen en las de la bomba, estas presiones se miden en los orificios de entrada y de salida.

Al expresarlas en forma de ecuación se tiene:  En donde: ηm = eficiencia mecánica de la bomba AL = superficie del pistón o émbolo para líquido APL = presión diferencial a través del extremo del líquido AD = superficie del pistón propulsor APD = presión diferencial a través del extremo de potencia.Eficiencia mecánica: bomba de acción directa

Sistema de bombeo

Page 30: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

30

En una bomba reciprocante, la eficiencia volumétrica se define como la relación entre la capacidad Q y el desplazamiento D o sea

ηv = Q/D dónde: ηv = eficiencia volumétrica de la bomba Q =capacidad de la bomba

Eficiencia Volumétrica

Sistema de bombeo

Page 31: Unidad 5. Bombas Reciprocantes

31

La bomba reciprocante no es cinética como la centrífuga y no requiere velocidad para producir presión, pues se pueden obtener presiones altas a bajas velocidades. Esta es una de las ventajas de la bomba reciprocante en particular para manejar pastas aguadas abrasivas y líquidos muy viscosos.

En la bomba de potencia se hace alternar el elemento de bombeo con una manivela o un cigüeñal. Esta bomba se mueve con un propulsor con eje rotatorio, como motor eléctrico, de combustión interna o turbina.

Conclusión

Sistema de bombeo