UNIDAD I

SISTEMAS DE

BOMBEO EN LA

INDUSTRIA

PETROLERA

UNIDAD 1: INTRODUCCION

EQUIPO: 2

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SISTEMAS DE BOMBEO EN LA INDUSTRIA PETROLERA

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ndice General

1. Introduccin ................................................................................. 3

1.1 clasificacin de bombas y compresores ................................... 4

1.2 Importancia del bombeo y compresin de hidrocarburos ........ 12

1.3 Equipos que utilizan bombas .................................................. 13

Ecuacin para el diseo de bombas .............................................. 16

Nomenclatura ................................................................................ 17

Ejemplo ......................................................................................... 18

Conclusin ..................................................................................... 20

Bibliografa .................................................................................... 21

ndice De Figuras

Fig.1.- Bomba de mbolo alternativo .............................................. 4

Fig.2.- Bomba de mbolo rotativo ................................................... 4

Fig.3.- Bomba Rotodinmicas ........................................................ 5

Fig.4.- Bomba axial .......................................................................... 6

Fig.5.- Bomba mixta ........................................................................ 6

Fig.6.- Bombas centrifugas .............................................................. 7

Fig.7.- Bomba Rotatoria .................................................................. 7

Fig.8.- Bomba Centrifuga................................................................. 8

Fig.9.- Compresor Axial ................................................................. 11

Fig.10.- Bombas Dplex ................................................................ 13

Fig.11.- Bombas de agua .............................................................. 14

Fig.12.- Bomba Triplex .................................................................. 15

Fig.13.- Curva caracterstica de la bomba seleccionada ................ 19

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Introduccin

La bomba es un sistema hidrulico tambin llamada bomba hidrulica,

se encarga de trasformar la energa mecnica proveniente del equipo

de accin en energa.

Las bombas en general son utilizadas para lquidos. Estas trabajan

simultneamente con la presin atmosfrica de forma que esta impulse

el lquido hacia el interior de la bomba por la depresin que tiene lugar

en el centro de la misma.

Las bombas empleadas para gases y vapores suelen llamarse

compresores. Los compresores poseen una tubera de succin por

donde es aspirado el gas que dentro del compresor reduce su volumen

y aumenta su presin.

Un sistema de bombeo consiste en un conjunto de elementos que

permiten el transporte a travs de tuberas y el almacenamiento

temporal de los fluidos, de forma que se cumplan las especificaciones

de caudal y presin necesarias en los diferentes sistemas y procesos.

Las bombas y compresores cumplen la funcin de generar el

movimiento de los fluidos desde un punto a otro del proceso.

La diferencia fundamental entre las bombas y compresores es que los

lquidos se bombean mientras que los gases se bombean, y por lo tanto,

no hay una distincin clara si una maquina es una bomba o un

compresor en ciertas aplicaciones.

Para el clculo de bombas se utiliza el balance de energa mecnica o

ecuacin de Bernoulli, ya que la diferencia de temperaturas en bombas

es moderada. Para compresores se utiliza el balance de energa

trmica.

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1.1Clasificacin de Bombas y Compresores

Existen muchos tipos de bombas para diferentes aplicaciones.

Los factores ms importantes que permiten escoger un sistema de

bombeo adecuado son: presin ultima, presin de proceso, velocidad

de bombeo, tipos de gases a bombear (la eficiencia de cada bomba

vara segn el tipo de gas).

Las bombas se clasifican en tres tipos principales:

De mbolo alternativo

De mbolo rotativo

Rotodinmicas

Las dos primeras clasificaciones se encuentran en el grupo de bombas

de desplazamiento positivo y bombas rotodinmicas se encuentran en

el grupo de bombas de desplazamiento no positivo.

Fig.1.- Bomba de mbolo alternativo Fig.2.- Bomba de mbolo rotativo

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Las primeras operan de forma volumtrica: desplazan un determinado

volumen por unidad de tiempo, independientemente de la presin. Son

bombas de mbolos, paletas, engranajes, etc., utilizadas en

oleohidrulica, donde se requieren unos caudales con presiones muy

elevadas.

Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo es cuando su

rgano propulsor contiene elementos mviles de modo tal que cada

revolucin se genera de manera positiva en un volumen dado o

cilindrada, independientemente de la contrapresin a la salida. En este

tipo de bombas la energa mecnica recibida se trasforma directamente

en energa de presin que se trasmite hidrostticamente en el sistema

hidrulico.

Las bombas rotodinmicas, en cambio, consiguen incrementar la

energa del fluido a base de aumentar la energa cintica por medio de

la deflexin y el efecto centrfugo que provocan los labes del rodete

recuperando esta energa posteriormente en forma de presin.

La principal forma de clasificacin de las bombas rotodinmicas es

separarlas en bombas axiales, mixtas y radiales, segn la direccin de

salida del flujo con respecto al eje.

Fig.3.- Bomba Rotodinmicas

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El nombre comn para las radiales es bombas centrfugas, y as se

denominarn en adelante, a pesar de que algunos autores utilizan este

trmino para referirse a todo el conjunto de bombas rotodinmicas.

La bomba de desplazamiento no positivo es cuando su rgano al

propulsar no contiene elementos mviles; es decir, que es de una sola

pieza o de varias ensambladas en una sola. A este caso pertenecen las

bobas centrifugas, cuyo elemento propulsor es el rodete giratorio. En

este tipo de bombas se trasforma la energa mecnica recibida en

energa hidro-cintica imprimiendo a las partculas cambios en la

proyeccin de sus trayectorias y en la direccin de sus velocidades.

La utilizacin de bombas axiales est indicada cuando se necesitan

grandes caudales con pequeas alturas de elevacin. Las centrfugas,

cuando se necesitan grandes alturas y pequeos caudales. Las bombas

mixtas constituyen un caso intermedio.

Hay otras muchas caractersticas que hacen a las bombas susceptibles

de clasificaciones distintas, y as se pueden tener bombas de una o

varias etapas, bombas de cmara partida, bombas autoaspirantes,

bombas sumergibles, bombas horizontales o verticales, etc.

Fig.5.- Bomba mixta Fig.4.- Bomba axial

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Bombas de Desplazamiento Positivo

Bombas Rotatorias: generalmente son unidades de desplazamiento positivo, consisten de una caja fija que contiene

engranajes, aspas, pistones, levas, segmentos y tornillos, que operan

con un claro mnimo. Generalmente se consideran como bombas para

lquidos viscosos, las bombas rotatorias no se limitan a este servicio

solo pueden manejar casi cualquier lquido que est libre de solidos

abrasivos.

Fig.6.- Bombas centrifugas

Fig.7.- Bomba Rotatoria

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Tipo de Bombas Rotatorias

Bombas de leva

Bomba de pistn

Bombas de tornillo

Bombas de segmentos

Bombas Alternativas: son tambin unidades de desplazamiento positivos, descargan una cantidad definida de lquido durante el

movimiento del pistn o mbolo a travs de la distancia de carrera.

Tipos de Bombas Alternativas

Bombas de accin directa

Bombas de potencia

Bombas de Desplazamiento no Positivo

Bombas Centrifugas: tambin denominadas rotativas tienen un motor de paletas giratorio sumergido en el lquido. El lquido entra a la

bomba cerca del eje del motor y las paletas lo arrastran hacia sus

extremos a alta presin. El motor tambin proporciona al lquido una

velocidad relativamente alta, que puede transformarse en presin en

una parte estacionaria de la bomba, conocida como difusor.

Bomba de engranajes externos

Bombas de engranajes internos

Bombas de aspas

Bombas de potencia de baja

capacidad

Bombas de diafragma

Fig.8.- Bomba Centrifuga

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Tipos de Bombas Centrifugas

Bombas voluta

Bombas turbinas

Bombas mltiples

Bombas inatacable

Compresores

Un compresor es una mquina que eleva la presin de un gas, un vapor

o una mezcla de gases y vapores. La presin del flujo se eleva

reduciendo el volumen especifico del mismo durante su paso atreves

del compresor. Comparados con turbo soplentes y ventiladores

centrfugos o de circulacin axial, en cuanto a la presin de salida los

compresores se clasifican generalmente como mquinas de alta presin

mientras que los ventiladores y soplantes se consideran de baja presin.

Los compresores se emplean para aumentar la presin de una gran

variedad de gases y vapores para un gran nmero de aplicaciones.

Clasificacin de los Compresores

Segn el indicio constructivo los compresores volumtricos se

subdividen en los embolo motor, paletas en centrfugos y axiales. Es

posible la divisin de los compresores en grupos de acuerdo con el

gnero de gas que se desplaza, del tipo de trasmisin y de la

destinacin del compresor.

Compresores de Desplazamiento Positivo

Compresores Alternativos o de mbolo: el compresor de mbolo, de vaivn o de movimiento alternativo es una mquina de

desplazamiento positivo que aumenta la presin de un volumen

determinado de gas mediante la reduccin de su volumen inicial. La

Bomba difusor

Bombas de flujo mixto y axial

Bombas acopladas directamente

Bombas turbinas regenerativa

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compresin se verifica por el movimiento de vaivn de un embolo

encerrado en un cilindro.

Los compresores que se utilizan ms comnmente para comprimir

gases que tienen una cruceta a la que se conectan la biela y la varilla

del pistn.

Tipos De Compresores Alternativos O De Embolo

Compresor de embolo oscilante

Compresor de membrana

Compresor de mbolo rotativo

Compresores soplantes

Compresores De Desplazamiento No Positivo

Compresores centrfugos: es el mismo que el de una bomba centrifuga, se diferencial principal es que el aire o el gas manejado en

un compresor es compresible, mientras que los lquidos con los que se

trabaja una bomba son prcticamente incomprensible.

Los compresores centrfugos pueden desarrollar una presin en su

interior, que depende de la naturaleza en las condiciones del gas que

manejan y es virtualmente independiente a la carga del procesamiento.

Las condiciones que es preciso tomar en cuenta son :la presin

baromtrica ms baja, la presin de admisin ms baja, la temperatura

mxima de admisin, la razn ms alta de calores especficos, la menor

densidad relativa, el volumen mximo de admisin y la presin mxima

de descarga.

Compresor Axial: se desarroll para utilizarse en turbinas de gas y posee diversas ventajas para servicios en motores de reaccin de la

aviacin. En los compresores de este tipo la corriente de are fluye en

direccin axial, atreves de una serie de paletas giratorias de un motor y

de los fijos de un estator, que estn concntricos respecto al eje de

rotacin.

Compresores de tornillo

Compresores de paletas

deslizantes

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Fig.9.- Compresor Axial

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1.2 Importancia Del Bombeo Y Compresin De

Hidrocarburos

En la industria petrolera las bombas se dividen en 8 grupos:

Perforacin

Produccin

Trasporte

Refinacin

En produccin se usan cuatro tipos de sistemas de bombeo para extraer

el crudo de los pozos de produccin y descargarlo al nivel del suelo:

sistema de produccin y succin, sistema hidrulico, sistema

sumergible y sistema de elevacin por gas.

El trasporte de lquidos en la industria petrolera se hace atreves de miles

de kilmetros en el mundo entero, tanto en oleoductos, petrleo ductos

propiamente dichos y gaseoductos. En ciertos casos el ducto puede

servir para trasportar diferentes fluidos. Las estaciones de bombeo

estn instaladas a intervalos adecuados a lo largo del ducto, pues aun

en terreno plano las cargas de friccin son grandes y se requieren

bombas de alta presin.

Durante todo el ao las bombas de estos oleoductos estn a expuesta

a grandes cambios de temperatura. Este problema y el de las grandes

presiones requieren que se usen bombas de diseos especiales.

Fracturacin

Pozos submarino

Porttiles

Dosificacin

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1.3 Equipos que utilizan bombas

Los Equipos De Perforacin Somera O Los Quipos Que

Reparan Pozos

Utilizan las bombas Dplex. Estas bombas se caracterizan por estar

constituidas de dos pistones y manejar altos gastos pero baja presin

de descarga. Son de doble accin, o sea que bombean el fluido en los

dos sentidos. La presin mxima recomendada de trabajo para estas bombas es de 3,000 lb/pg2.

Equipos De Instalacin Hidrulica

El uso que se le da a las Bombas de agua es para poder incrementar la

presin de un lquido aadiendo energa a la instalacin hidrulica del

inmueble en cuestin, para mover cierta cantidad del lquido en

cuestin, de una zona de menor presin o altitud a otra de mayor altitud.

Generalmente este concepto de Bombas de Agua es utilizado para

referirse a las mquinas que transfieren energa a un lquido, o

bombean fluidos, a diferencia de otras mquinas como lo son las

Compresoras de aire, cuya aplicacin es el trabajo Neumtico. Pero

tambin es comn encontrar el trmino Bombas de Agua para referirse

a aparatos que puedan bombear otro tipo de lquidos, as como lo son

las bombas de vaco o las bombas de aire.

Fig.10.- Bombas Dplex

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Los Equipos De Perforacin

Bombas De Circulacin Todas las bombas utilizadas en perforacin operan con grandes caudales de bombeo y altas presiones de descarga. En general se instalan dos bombas de circulacin, cuya seleccin depende de la profundidad mxima de perforacin, que se traduce en presiones y caudales de fluido en circulacin. Las bombas utilizadas son en general bombas alternativas de dos (dplex) o tres (triplex) cilindros.

Como las presiones y caudales de circulacin varan en las distintas etapas de la perforacin, estas bombas son construidas de tal modo que permitan cambiar los pistones y cilindros, pudiendo variar caudales y presiones, esto es, un cilindro de menor dimetro que el usado en una etapa proveer menores caudales pero entregara mayores presiones de descarga.

Fig.11.- Bombas de agua

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Bombas triplex: El lodo se descarga por un lado en la carrera hacia delante. Cuando el pistn regresa se llena de lodo la nica cmara que ser vaciada al moverse el pistn hacia delante nuevamente.

El lodo es bombeado a travs del stand pipe, el cual esta fijo sobre una de las columnas de la torre y sigue por la manguera del Kelly a travs del tubo en cuello de ganso. Por la manguera del Kelly, el lodo pasara por otro tubo en cuello de ganso, a travs del Swivel o top drive, donde entra a la sarta de perforacin de la cual sale a travs de las boquillas del trepano, regresando a la superficie por el espacio anular entre la sarta de perforacin y la pared del pozo.

Fig.12.- Bomba Triplex

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Ecuaciones Para El Diseo De Bombas

Balance de energa o ecuacin de Bernoulli

Energa de presin+ energa potencial+ energa cintica+ energa de

bomba+ energa de friccin =0

Todos los trminos estn expresados en J (Joules) S.I. si trabajamos

por unidad de masa J/kg.

Dividiendo cada termino por (g), tenemos la expresin en la altura

baromtrica.

Si trabajamos en el sistema ingles tendremos

Dnde: p (psia), (lbm/ft3), g (ft/s2), V (ft/s), gc (=32.174 ft-lbm/s2-lbf),

Ws y F (ft-lbf/lbm).

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Nomenclatura

= velocidad del fluido en la seccin considerada.

= densidad del fluido.

= presin a lo largo de la lnea de corriente.

= aceleracin gravitatoria

= altura en la direccin de la gravedad desde una cota de referencia.

P1= presin inicial

P2= presin final

=disipacin por friccin a travs del recorrido del fluido

http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Densidad_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_la_gravedadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gravedadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Cota

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Ejercicio

Ecuacin Para Calcular La Potencia De La Bomba

Potencia (HP)=

76.

Donde: = Peso unitario del agua (1000kg/m3) = Eficiencia (70 %) HT = Altura total de carga [m] Q= Caudal [l/s]

Potencia (HP)=0.0025(

3

)121.15()1000(

3)

760.70= 5.69 ()

Potencia= 6 (HP)

Adoptamos 7.5 (HP) porque en el comercio no existe 6 (HP), entonces

adoptamos esa potencia.

Potencia adoptada= 7.5 (HP)

Se 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.

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Fig.13.- Curva caracterstica de la bomba seleccionada

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Conclusin

En la industria petrolera los componentes de sistema de bombeo,

juegan un papel fundamental dentro de las instalaciones y procesos de

la empresa por tanto la aplicacin de los sistemas de bombeo son

indispensables ya que estos son los que se encargan de impulsar a

presin los fluidos.

Como se mencion anteriormente las bombas son una mquina que

absorben energa mecnica que pueden provenir de un motor elctrico,

trmico, etc., y la transforman en energa que la transfiere a un fluido

como energa hidrulica la cual permite que el fluido pueda ser

transportado de un lugar a otro.

Generalmente las bombas en la industria petrolera se subdividen en 8

grupos los cuales son: perforacin, produccin, transporte, refinacin,

fracturacin, pozos submarinos, porttiles y dosificacin.

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Obras Consultadas

Bombas Centrfugas Y Turbo Compresores, Carl Pfleider, Ed. Labor S.

A Barcelona Madrid1960.

Los Compresores, P. Chambadal Nuevos manuales Tcnicos Labor,

Ed. Labor S.A Calabria Barcelona 1973.

http://es.wikipedia.org/wiki/ingenier%c3%ada_del_petr%c3%b3leo.

http://www.jackzavaleta.galeon.cm/balw9.pdf

Documents

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