Mdp 02 p-11 accionadores de bombas y requerimientos de serv

PDVSA N° TITULO

REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.

APROB. FECHAAPROB.FECHA

BOMBAS

�1994

MDP–02–P–09 ACCIONADORES DE BOMBAS Y REQUERIMIENTOSDE SERVICIOS INDUSTRIALES

APROBADA

NOV.97 NOV.97

NOV.97 L.R.0 L.R.

MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO

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PRACTICAS DE DISEÑO

ACCIONADORES DE BOMBAS YREQUERIMIENTOS DE SERVICIOS

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PDVSA MDP–02–P–09

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.Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

Indice1 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 ANTECEDENTES 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 DEFINICIONES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 SELECCION DEL TIPO DE ACCIONADOR 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 MOTORES ELECTRICOS 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 TURBINAS DE VAPOR PARA USO GENERAL 8. . . . . . . . . . . . . . . . .

8 TURBINAS HIDRAULICAS 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9 TRANSMISIONES 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10 AGUA DE ENFRIAMIENTO PARA BOMBAS 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11 NOMENCLATURA 16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

http://www.intevep.pdv.com/santp

http://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/indice_mdp.htm

http://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/bombas/indice_bombas.htm

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1 ALCANCEEsta subsección presenta la base para la selección del tipo de accionador ypresenta los requerimientos de servicio de las unidades de bombas.

2 REFERENCIASPrácticas de Diseño (Además de otros documentos de este capítulo)

“Compresores”

“Seguridad en el Diseño de Plantas”

PDVSA

H–251–R Requerimientos de Diseño de Tuberías de Proceso yServicios

G–203–R Turbinas a Vapor de Uso General

G–201–R, Mid. Vol. 14 Turbinas a Vapor para Uso Especial

NB–212, Mid. Vol. 4–II Motores Eléctricos

N–201, Mid. Vol. 4–I Obras Eléctricas

Otras Referencias

API, Standard 611, General Purpose Steam Turbines for Refinery Services

NEMA SM 20, Mechanical Drive Steam Turbines

3 ANTECEDENTESLa mayoría de los servicios de bombeo en las plantas de proceso requierenaccionadores de bombas en el rango de 7 a 300 kW (10 a 400 HP). Las bombasde carga de crudo y las bombas de carga de producto a tanqueros frecuentementecaen en el rango de 525 a 1500 kW (700 a 2000 HP), pero otros servicios parahidrocarburos muy pocas veces exceden los 525 kW (700 HP). Los servicios deagua de alimentación a calderas y de agua de enfriamiento de planta en refineríasy plantas químicas comúnmente requieren accionadores en el rango de 300 a1100 kW (400 a 1500 HP), con ejemplos ocasionales de 1500 a 2100 kW (2000a 2800 HP).

Los motores de inducción se seleccionan para accionar la mayoría de las bombas.Normalmente, se usan accionadores directos con acoples flexibles. Se requierenrazones y circunstancias especiales para seleccionar cualquier otro tipo prácticode accionador turbina de vapor, turbina hidráulica, máquina diesel o para justificartransmisiones de velocidad variable o ajustable para motores de inducción. Lanecesidad de unidades de engranaje (u otras transmisiones de velocidadconstante) se determina durante la procura de los equipos.




http://www.intevep.pdv.com/~citonline/espanol/cat_normas_int_es.html

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4 DEFINICIONESPara las definiciones de los términos de clasificación de turbina a vapor, verManual de Diseño de Proceso, Subsección 11–M, versión 1986, PDVSAG–203–R y PDVSA G–201–R.

5 SELECCION DEL TIPO DE ACCIONADORAlternativas Disponibles

Los tipos de accionadores prácticos para bombas dentro de plantas se limitan amotores de inducción, turbinas de vapor de propósitos generales, máquinas devapor (para bombas de vapor de acción directa) y turbinas hidráulicas. Paraservicios de proceso fuera de planta, no existen oportunidades de aplicación deturbinas hidráulicas, pero las máquinas de combustión interna (usualmente diesel)encuentran una aplicación ocasional. Las turbinas de gas se usan comoaccionadores de bombas en tuberías y servicios de producción, pero no soneconómicas en el rango de potencia de las bombas. Los motores sincrónicos raravez se usan como accionadores de bombas, ya que su mayor costo en los rangostípicos de velocidad y potencia de las bombas centrífugas rara vez se justifican elmejoramiento en el factor de potencia que ellos proveen.

Bombas de Operación Normal

Las dos consideraciones que mayormente influencian la selección de los tipos deaccionadores para bombas de operación normal son:

1. Costos de energía del servicio industrial y

2. Balance del sistema del servicio industrial

Los costos de energía y el balance del sistema es el resultado de muchos factoresque han influenciado en el diseño del sistema de servicio de planta. Losaccionadores para bombas de operación normal se especifican para serconsistentes con el diseño del sistema de servicio de la planta. En la mayoría delos casos, se especifican motores de inducción.

Ahorros en el costo de energía de los accionadores se pueden lograr a veces porrecuperación de energía de corrientes líquidas a través de la aplicación de turbinashidráulicas, y por el uso de velocidad variable en vez de estrangulamiento dedescarga o reciclos para el control del flujo de la bomba. En ambos casos, sedeben realizar estudios individuales para determinar si se justifican la inversiónincremental.

Otros factores que a veces influencian la selección del tipo de accionador parabombas de operación normal son:

1. Reducción de la carga del mechurrio por fallas de una fuente de serviciodeterminada.




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2. Costos de inversión de las líneas de suministro de servicio requerido, porejemplo en las localidades remotas, fuera de planta.

3. Simplicidad operacional. Este factor favorece los motores eléctricos y bajoalgunas circunstancias puede prevalecer sobre otras consideraciones.

4. Requerimientos de mantenimiento. Las turbinas tienden a requerir másmantenimiento que los motores. Las bombas centrífugas en línea puedenser mantenidas más convenientemente cuando están equipadas conaccionadores de motores eléctricos.

Los factores que usualmente no influyen sobre la selección del tipo de accionadorson:

1. Velocidad de la bomba, ya que la inclusión de una unidad de engranajepuede producir cualquier velocidad con cualquier tipo de accionador.

2. Precio del accionador, ya que otros factores son siempre más significativosen la selección del tipo de accionador para bombas que las diferencias en elcosto inicial del accionador.

3. Compatibilidad entre unidades de bombeo paralelas, ya que los sistemas decontrol se pueden suministrar para compensar las diferencias decaracterísticas de los accionadores.

Bombas de Repuesto y Auxiliar

Cuando el propósito primario de proveer una bomba de repuesto instalada escubrir requerimientos de mantenimiento de la bomba, en vez de brevesinterrupciones en el suministro del servicio de energía, se debe usar el mismo tipode accionador para el servicio y para el repuesto. Usar tipos diferentes deaccionadores (por ejemplo, motores y turbinas) incrementa innecesariamente lainversión de la planta. Los servicios de bombeo de proceso dentro de plantanormalmente se apoyan en alimentadores de poder dobles y en sistemas dereaceleración para confiabilidad de accionadores de bombas, y por lo tanto, usemotores tanto para bombas de repuesto como para bombas en operación.

Cuando el requerimiento de alta confiabilidad de un servicio de bombeo justificael empleo de un segundo tipo de accionador, el arreglo común es un motor parala bomba en operación y una turbina para el repuesto. Este arreglo se aplicanormalmente en sistemas de servicio para prevenir fallas en los servicios duranteuna falla de energía. Los sistemas de bombeo de servicio normalmente provistoscon repuestos con turbinas son: los suministros de combustible, agua dealimentación de caldera y agua de enfriamiento de planta.




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Los servicios de proceso, dentro de planta que requieren bombas de repuesto conturbina por razones de seguridad son limitados a los requeridos para evitar unacrisis mayor de seguridad, tales como salidas grandes de vapor de válvulas dedonde se justifican seguridad, durante una falla de energía. Las situaciones dondese justifican repuestos con turbinas normalmente ocurren en unidades de refineríade muy alta capacidad.

Donde una bomba de repuesto tiene un servicio alterno para bombeo deemergencia se debería especificar con turbina de vapor.

En servicios que usan turbinas hidráulicas para operar las bombas, la bomba derepuesto debería tener como accionador motor o turbina de vapor. VerMDP–02–P–02, Repuesto y Multiplicidad, para Detalles Adicionales.

Servicios de Bombeo de Emergencia

Una de las dos bombas normalmente suministradas para servicio de bombeo deagua contra fuego debería tener un motor eléctrico. La segunda bomba deberíatener una turbina de vapor si es práctica una línea de suministro de vapor hastael sitio de instalación y si una sola contingencia no puede causar falla en suministrode vapor y energía (Ver capítulo de Seguridad de Diseño). Si cualquiera de estascondiciones no es satisfecha, se debería especificar una máquina de combustióninterna (normalmente diesel).

Las bombas auxiliares de los pozos de agua con frecuencia se especifican conaccionadores tipo motor diesel para dar confiabilidad en el caso de fallas delsistema de servicio y para evitar tener líneas de servicio hasta los lugares remotosde los pozos de agua.

Los servicios de bombeo deberían tener accionadores con vapor para tomarventaja del mayor potencial de seguridad.

6 MOTORES ELECTRICOS

Generalidades

Los motores eléctricos de inducción normalmente usados como accionadores debomba se construyen en un rango de fracciones de kW (<1) hasta 16400 kW(22000 HP). PDVSA NB–212 presenta las bases para dimensionar el motor conla siguiente ecuación:

�PF nominal de la bomba centrífuga x 1.1

Eficiencia mecánica de transmisiónPF requerida mínima,

del accionador




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El factor de carga 1.1 da un 10% de margen de seguridad. La eficiencia mecánicade la transmisión será 1.0 para un acople directo del motor a la bomba. Laeficiencia de la unidad de engranaje se puede obtener de la Subsección 11–L dela versión de 1986 del Manual de Prácticas de Diseño. Las eficiencias de unidadesde velocidad variable acarga total y parcial se debería obtener por consulta conel especialista en máquinas.

Vea también la Subsección 11–L antes indicada para obtener un sumario detamaños de motores, eficiencias, factores de potencia y cargas conectadas.

Las especificaciones de diseño deberían incluir una tabla de los siguientesrenglones de bombas con motor, incluyendo las notas numeradas:

Equipo Operación Carga de Operación, kW(1) Clasificación deReaceleración

P–XXX N, S o I(2) XXX A, B, o C

(1) Potencia al motor a la PF nominal estimado para la bomba, kW (BHP),usando una eficiencia de motor estimada.

(2) N = Operación normal; S = Repuesto, I = Carga intermitente.

Si el diseñador de la planta ha incluido un 20% u otra contingencia en la carga deoperación reportada, tiene que anotarlo en la especificación de diseño.

Ejemplo de Cálculo

Q = 50 dm3/s (794 gpm), �P = 700 kPa (101 psi), Eo bomba = 72%

PF �Q x �PF6 x E0

�(50) (700)

(1000) (0.72)� 49 kW (66 HP) Ec. (1)

En unidadesmétricas

En unidadesinglesas

F6 = Factor cuyo valor depende de lasunidades usadas

1000 1714

PF mínimo requerido = 49 x 1.1 = 53.9. Se usará un motor de 75 kW (100 HP).La eficiencia a carga máxima es 91%; la eficiencia a 3/4 de carga es 89%.

Carga de operación �49

0.89� 55kW (72 HP)

Reaceleración

Los servicios de bombeo en una unidad de proceso se deben clasificar de acuerdoa sus necesidades para reaceleración automática en el caso de un cambio




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temporal de voltaje que causa un retraso o una parada de la bomba. Lasclasificaciones son las siguientes:

Clasificación Necesidad para Reaceleración Automática

Bases

A Necesario El servicio de bombeo requeridopara mantener la unidadoperando sin daño al equipo y sinabertura de la válvula deseguridad, pero nonecesariamente en lasespecificaciones de producto.

B Deseable Servicios de bombeo adicionalesrequeridos para mantener losproductos en especificación.

C Innecesario Arranque manual es suficiente sinefectos contrarios en la unidad olas especificaciones de producto.

Las bombas accionadas por motores con bombas auxiliares con turbinas de vapor,especificadas con arranque automático se deberían incluir en la clasificación Acomo protección contra la contingencia de la necesidad de mantenimiento de labomba auxiliar, su turbina o el sistema de arranque automático, cuando haya unareducción de voltaje.

PDVSA N–201 “Obras Eléctricas”, especifica como las clasificaciones dereaceleración se deben implementar durante el diseño de detalles del sistema. Sedeben establecer prioridades relativas entre los servicios de bombeo, y entre losservicios de bombeo y otros equipos con motores en la planta (intercambiadoresde aire, compresores, etc.) para implementar la secuencia de reaceleración.

Tipos Especiales de Motores

Circunstancias no usuales ocasionalmente justifican investigación de los tipos demotores especiales para servicios de accionadores de bombas:

1. Motores sincrónicos para mejoramiento de factores de potencia de la planta

2. Motores de velocidad variable para control de bomba

3. Motores de dos velocidades para condiciones de operación dobles.

Se debería consultar especialistas eléctricos cuando se consideran tiposespeciales de motores.




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7 TURBINAS DE VAPOR

Propósitos Generales

El tipo de turbina de vapor usada para manejar bombas se define en API Standardscomo “Propósitos Generales”. Esta clase de turbina es limitada nominalmente alas condiciones de entrada del vapor de 4100 kPa man. (600 psig) y 400°C (750°F)y 100 rps (6000 rpm). Los modelos comerciales disponibles son tan altos como4800 kPa man. (700 psig) para el vapor de entrada y presión de descarga entrevacío total y 520–2600 kPa man. (75 a 375 psig), tamaños de bridas de entradade vapor hasta 150 mm (6 pulg), y caudales de flujo de vapor hasta 12.6 kg/s(100000 lb/h). La potencia para turbinas está usualmente por debajo de 1120 kW(1500 HP), pero puede ser tan alta como 2200–3000 kW (3000 a 4000 HP).

Las turbinas de propósitos generales tienen válvulas de admisión de vapor demodulación simple y 1 ó 2 etapas de expansión. Estas son equipadas con válvulasseparadas de cierre rápido para disparo por alta velocidad, pero normalmente nose proveen válvulas reguladoras manuales con las turbinas. Tiene sistemas delubricación simples y auto–contenidos.

Condiciones de Vapor de Descarga

Normalmente se selecciona vapor de 860 a 4100 kPa man. (125 y 600 psig) paraturbinas de vapor accionadoras de bombas. Los accionadores de las bombasauxiliares frecuentemente descargan a la atmósfera porque la pequeña cantidadde vapor no usada no justifica su recuperación. Los accionadores de bombas enoperación normal descargan a líneas de vapor de 100–860 kPa man. (15 a 125psig).

Instalaciones de condensación no son prácticas para turbinas por su pequeñotamaño y su localización dispersa en el área de la unidad de proceso.

La temperatura de descarga se puede estimar con el diagrama de Mollier y laeficiencia obtenida de la Subsección 11–M de la versión 1986 del Manual dePrácticas de Diseño.

Las turbinas de vapor de propósitos generales pueden tolerar hasta11–12% dehumedad en la descarga sin requerimientos excesivos de mantenimiento.




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Eficiencia y Consumo de Vapor

La eficiencia global de una turbina de vapor es la relación entre el trabajo de ejey la energía del vapor teóricamente disponible a entropía constante calculada conel diagrama de Mollier. Esta eficiencia global es el producto de las eficienciasmecánicas y térmicas. Las pérdidas de turbinas se debe en parte a las pérdidaspor fricción mecánica del eje de la turbina sobre sus cojinetes, pero mayormentese debe a las pérdidas termodinámicas ya la turbulencia. Estimados de laseficiencias globales de las turbinas de vapor se presentan en la subsección deservicios de la Subsección 11–M de la versión 1986 del Manual de Prácticas deDiseño.

La eficiencia de turbina tiende a incrementar con el aumento de velocidad ytamaño. Para ilustrar el efecto del tamaño, una turbina para una instalación de 1.5kW (2 HP) tendrá aproximadamente una rueda de 230 mm (9 pulg) y una eficienciade 10%, mientras que una de 150 kW (200 HP), de una sola etapa tendrá unarueda de 640 mm (25 pulg) y una eficiencia de 30 a 40%. Una turbina multietapamuy grande puede tener una eficiencia de 65%.

El “caudal de agua” o flujo de vapor requerido por una turbina para una aplicacióndada de potencia y condiciones dadas de vapor, puede variar ampliamente,dependiendo del tamaño, constructor y selección del modelo. Los flujos de aguase pueden estimar de los datos incluidos en la Subsección 11–M de la versión 1986del Manual de Prácticas de Diseño. Estas figuras están basadas en datospromedio del suplidor y se puede desviar mucho de la eficiencia de la selecciónde una turbina específica. La desviación, sin embargo, tenderá a cancelarse si sesuman el caudal de agua de varias turbinas de una planta. En general, lacorrelación dará un valor de caudal de agua dentro del 10% del flujo real de aguapara turbinas mayores de 19 kW (25 HP). Para turbinas menores el error puedeser mayor, pero su importancia en el diseño de planta es pequeño. Losrequerimientos de vapor son iguales al flujo de agua obtenido en la Subsección11–M de la versión 1986 del Manual de Prácticas de Diseño, multiplicado por lapotencia desarrollada.

Control de Velocidad

Las turbinas de vapor de propósitos generales son equipadas con reguladores develocidad con características de control seleccionadas para adaptar la aplicación.Los reguladores pueden ser mecánicos, actuando directamente en la válvula deadmisión de vapor, o del tipo relé de aceite el cual opera la válvula de admisión devapor por presión de aceite modulada hidráulicamente. Este tipo es adecuadopara respuesta a una señal de control de proceso externa (como la presión dedescarga de la bomba), afectando el control de velocidad variable. Ambos tipospermiten un arreglo manual de velocidad con un “regulador de velocidad manual”.Una combinación especial de los dos tipos básicos (a veces llamado “control de




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carga”) se aplica una señal de control externo directamente para posicionar laválvula de admisión de vapor de turbina y emplea un regulador mecánico o de reléde aceite sólo para limitaciones de velocidad máxima (antes del disparo porexceso de velocidad). El funcionamiento de control de los reguladores de turbinaes definido por NEMA SM20 y se clasifica en cuatro clases normalizadas: A, B, C,D. La clase A corresponde a un regulador mecánico de acción directa. La claseD corresponde a un regulador hidráulico preciso más comúnmente usado paraturbinas de vapor para propósitos especiales, y para turbinas de vapor depropósitos generales que tienen requerimientos críticos de control como serviciosde agua de alimentación a calderas o generación de potencia de emergencia parainstrumentos. La clase B es el requerimiento mínimo recomendado para turbinasque normalmente manejan bombas en operación en paralelo con bombas conmotores.

Válvulas Manuales

Se pueden colocar válvulas manuales de bajo costo en las turbinas de vapor parapermitir aumentar la eficiencia térmica cuando operan a cargas menores que lamáxima. Las válvulas manuales se usan para cerrar manualmente una porciónde la boquilla de entrada de la primera etapa; esto incrementa la velocidad delvapor en el resto de las boquillas, incrementando la eficiencia de la turbina. Unaporción de las boquillas se puede cerrar con frecuencia porque normalmenteexiste un margen significativo de potencia en una turbina de vapor, especialmenteuna en nuevas condiciones. El margen existe debido a una serie de factoresconservativos usados en el diseño:

1. API 611, requiere que la turbina sea diseñada para una potencia nominal acondiciones de entrada mínima y máxima descarga de vapor. Esto da comoresultado una capacidad extra de potencia a las condiciones normales devapor.

2. PDVSA NB–212, requiere que la turbina sea calculada con 10% por encimadel requerimiento de potencia nominal.

3. El requerimiento nominal de la bomba frecuentemente excede las demandasde una condición de operación real.

4. El constructor provee normalmente algún margen para asegurar obtener lapotencia nominal garantizada.

La válvula manual, en efecto devuelve este margen de potencia para aumentar laeficiencia a las condiciones de operación real.

El aumento de eficiencia de las válvulas manuales no se requiere paraaccionadores de bombas auxiliares y no se requiere en turbinas de operaciónnormal en sistemas de vapor donde el consumo de vapor no es significativo. Sinembargo, si se desea la eficiencia máxima de la turbina en las condiciones de




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bombeo nominales, entonces se debería indicar en las especificaciones dediseño, para que se coloque por lo menos una válvula manual.

Sistema de Tuberías

Los requerimientos del sistema de tuberías se presentan en PDVSA H–251–R yG–203–R. Los criterios de dimensionamiento de tubería de entrada de turbinasde vapor del capítulo de Flujo de Fluidos de este Manual, normalmente resulta envelocidades de vapor inferiores a 45m/s (150 pie/s). Las velocidades de vapor dedescarga están por debajo de 75m/s (250 pie/s). Los coladores permanentes,requeridos en las líneas de suministro a las turbinas de vapor, según H–251–R,están normalmente equipadas con mallas reforzadas de 8 mesh, o con huecos de2.5 mm (0.1 pulg) de diámetro en platos perforados.

Arranque Automático

Ver MDP–02–P–10.

8 TURBINAS HIDRAULICAS

Situaciones de Aplicación

Las unidades de proceso que operan con líquido a altas presiones(hidrocraqueadores, plantas de amoníaco, etc.) frecuentemente requieren dereducción de presión de las corrientes de líquido de caudales grandes a nivelesde presión atmosférica. Esta situación se presenta en oportunidades pararecuperación de energía de la corriente de líquido despresurizado. La máquinaaplicada para la recuperación de energía es la turbina hidráulica del tipo deproceso. Los modelos se construyen casi idénticamente a las bombas centrífugasde proceso, pero el líquido se pasa a través de la máquina en la dirección opuestaa la de la bomba centrífuga, y se extrae potencia del eje, generalmente paramanejar una bomba.

Los límites comunes de aplicación son como sigue:

Caudal de flujo: 13–230 dm3/s (200 a 3600 gpm) Presión de entrada: 1400–14500kPa man. (200 a 2100 psig) Capacidad de potencia: 110–970 kW (150 a 1300BHP)

El incremento de inversión para la instalación de una turbina hidráulica sobre unmotor eléctrico o una turbina de vapor requiere justificación en base de la potenciaahorrada. El ahorro potencial disponible para unidades menores de 110 kW (150HP) es demasiado baja para justificar un número significativo de instalaciones, ypor lo tanto, raramente garantiza estudios específicos de ingeniería. Los ahorrosde potencia por encima de 110 kW (150HP) justifican el estudio del caso. El




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potencial de recuperación de potencia para una corriente de líquido endespresurización se puede estimar con la ecuación (1).

PF �

(Q) �P) (E0)F6

Ec. (2)

La eficiencia hidráulica de la turbina, Eo, se puede asumir igual a la de una bombacentrífuga con un caudal de flujo y un nivel de cabezal similar.

Las turbinas hidráulicas se usan de la industria de energía eléctrica para manejargeneradores, (en estaciones hidráulicas) pero en las plantas de proceso ellas songeneralmente limitadas a manejar bombas de proceso en las unidades decorrientes líquidas de alta presión.

Diseño del Sistema

La consideración más importante en el diseño de un servicio de turbina hidráulicaes soportar posibles fluctuaciones en el flujo disponible de líquido de alta presión,para diseñar el equipo con una potencia de eje adecuado para el manejo delequipo en todo momento. Esto se logra en una de las dos maneras siguientes:

1. Se puede colocar un accionador adicional, junto con la turbina hidráulica parasuministrar potencia cuando el flujo reducido de líquido en la turbina reducela recuperación de potencia.

2. El servicio se puede arreglar con un desvío continuo alrededor de la turbinahidráulica que tome toda variación de flujo del proceso, siempre dejando elflujo mínimo requerido en la turbina.

Con el sistema de accionador doble, el motor o la turbina de vapor se dimensionapara 50 a 100% de la carga de la bomba nominal. Se usa para arranque de launidad, antes de que el líquido de alta presión está disponible para la turbinahidráulica, y se desenergiza o se disminuye la carga,dependiendo de suclasificación (Rating), en operación normal.

Con este sistema, el flujo en la turbina se modula para controlar una variable deproceso tal como el nivel en el recipiente aguas arriba. Un regulador principal yuna válvula de estrangulamiento o desvío se requieren para limitar la velocidadmáxima de operación.

Con el sistema de desvío, la velocidad de la turbina hidráulica se mantieneconstante mediante un regulador que modula una válvula aguas abajo de laturbina. El nivel en los recipientes aguas arriba se controla modulando la corrientede desvío a la turbina. Refinamientos en el sistema de control como la integraciónde velocidad y controles de nivel permiten aumentar la recuperación de energíaa expensas de la complejidad del sistema. El arranque de la unidad se opera conla bomba auxiliar manejada convencionalmente.




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Los Diseños de sistemas de control específicos requieren consideración individualy se deberían desarrollar por consulta con especialistas de máquina y control.

La recuperación de energía de corrientes de líquido con alto potencial se puededividir en varias turbinas hidráulicas, en serie o en paralelo, para igualar losrequerimientos de carga de bomba. Los arreglos en serie de turbinas simplificael diseño de maquinas, pero requiere instalaciones para control de nivel de presiónintermedia. El arreglo en paralelo aumenta las etapas y el costo de la turbina, perosimplifica el sistema del fluido de proceso.

Existe el peligro de falla por velocidad excesiva cuando el flujo de la bomba sereduce repentinamente o se para, antes que el flujo a través de la turbina se pare,justo como con una turbina de vapor. Para evitar este tipo de fallas se deberíaespecificar un dispositivo contra velocidad excesiva.

Un factor crítico en el diseño de patrón de flujo de turbinas hidráulicas, de múltiplesetapas y de cabezal alto, es la velocidad a la que el gasse forma a partir del líquidoa medida que éste se despresuriza en la turbina. La especificación de diseñodebería incluir un análisis completo de la corriente de líquido para que el diseñadorde turbina pueda optimizar los pasos de flujo para la producción anticipada de gas.Las turbinas de una sola etapa, para cabezales de 250 a 300 m (800 a 1000 pie),son relativamente insensibles a la producción de gas.

Las turbinas hidráulicas de proceso normalmente emplean sellos de eje mecánicoidénticos a los aplicados en bombas. El lavado externo es frecuentementerequerido para prevenir la producción de gases en la caja de estoperas, sinembargo, la necesidad específica y el diseño de lavado externo no se puededeterminar hasta que se seleccione un modelo específico de turbina.

Para un caso específico en estudio, el diseño del sistema, la tolerancia de lamáquina de vapor y otros detalles de funcionamiento, y preparación del texto deespecificaciones, se debería consultar a los especialistas en máquinas.

9 TRANSMISIONESVelocidad ConstanteLas unidades de engranaje se usan entre los accionadores y las bombas paracambiar el nivel de velocidad en 5 a 10% de las unidades de la bomba usada enservicio de planta de procesos.

Excepto para bombas centrífugas sofisticada de alta velocidad, el cambio develocidad es usualmente una reducción de velocidad. El cambio de velocidad seproduce para igualar la velocidad óptima de la bomba con la velocidad óptima delaccionador. La necesidad de cambio de velocidad se desarrolla durante la procurade equipos.

En los tamaños aplicados a los accionadores de la bomba, las unidades deengranaje consumen de 3 a 5% de la potencia transmitida; por ejemplo,tienen una




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eficiencia mecánica de 95 a 97%. La potencia perdida aumenta la temperatura delaceite lubricante en la unidad de engranaje y frecuentemente necesita suministrode agua de enfriamiento a un enfriador de aceite lubricante.

El uso de correas es un segundo método para alcanzar una velocidad en la bombadiferente de la velocidad del accionador. No son normalmente permitidas paraservicios dentro de refinerías, pero se usan ocasionalmente en plantas químicasy servicios fuera de planta. Tienen la desventaja de la necesidad demantenimiento frecuente y mayor peligro para la seguridad del personal, perotienen la ventaja de un costo bajo y un ajuste fácil de velocidad con el reemplazode una polea.

Velocidad Variable

Se pueden aplicar cuatro tipos de transmisión de velocidad variable paraaccionadores de bombas, pero se utilizan con muy poca frecuencia:

1. Acople hidráulico

2. Acople electromagnético

3. Accionadores de frecuencia ajustable (El costo inicial alto es una desventaja)

4. Unidades de correas variables.

Las dos principales razones para usar accionadores de velocidad variable son lade ahorrar potencia en el control de flujo, desarrollando sólo la presión dedescarga de la bomba que el servicio requiere y para mantener la velocidad de labomba tan baja como sea posible para evitar la erosión o la fractura de partículassólidas. El acople hidráulico y el electromagnético desperdician una parte de laenergía que ahorran en calor y por lo tanto requieren agua de enfriamiento. Ambosfactores tienen un efecto adverso en la economía de la aplicación. Serecomiendan estudios de casos de aplicación para muchos servicios de refineríacuando el nivel de energía exceda 370 kW (500 HP) y para servicios conrequerimientos de presión de descarga por encima de 220 kW (300 HP).

El alto mantenimiento es la principal desventaja de la unidad con correa variable.Los especialistas de máquinas deberían ser consultados en servicios donde seconsideran transmisiones de velocidad variable.




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10 AGUA DE ENFRIAMIENTO PARA BOMBASLas bombas en servicios por encima de 200°C (400°F) pueden requerir agua deenfriamiento para los cojinetes, camisas de cajas de estoperas, y líquido de lavadode sello. Debido a que la mayoría de estos pasajes de enfriamiento están en elcuerpo del equipo y no son fáciles de limpiar o sustituir, se prefiere el agua fresca.No se debería usar agua salada para enfriamiento sin reconocer los costos altosde mantenimiento por corrosión y los requerimientos de limpieza. También, eltaponamiento de los pasajes de enfriamiento hace inefectivo el uso de aguasalada.

Para enfriamiento con agua fresca, el agua a las camisas de enfriamiento en losenfriadores de aceite de sello, cojinetes y caja de estoperas se envía en serie parabombas con un solo cojinete y en dos corrientes paralelas para bombas con doscojinetes. Para servicio de agua salada, el agua es enviada en paralelo para evitarun aumento excesivo de temperatura y depósitos de sal, lo cual incrementa elcaudal requerido de agua de enfriamiento.

Para propósitos de diseño preliminar de plantas, se pueden usar los siguientescaudales de flujo aproximados de agua de enfriamiento se pueden usar parapropósitos de diseño preliminar de plantas. Para sistemas de agua salada, lascantidades indicadas se deben duplicar. Estos caudales de flujo son valoresaproximados, solamente se deben revisar después que se conozcan los valoresreales para los modelos de bomba seleccionada.

Caudal de Flujo de Agua de EnfriamientoTamaño de la Bomba dm3/S

Bombas �63 >63Temperaturas de bombeo:<200°C ninguno ninguno200°C – 260°C 0.13 dm3/s 0.25 dm3/s>260°C 0.19 dm3/s 0.38 dm3/sTurbinas de vaporVapor de entrada:�860 kPa man. 0.13 dm3/s>800 kPa man. 0.25 dm3/sPara convertir de: a: multiplique por:

°C °F use °F = °C* 1.8 + 32kPa psig 0.145

dm3/s gpm 15.85




REVISION FECHA



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11 NOMENCLATURA(Ver MDP–02–P–02)




REVISION FECHA



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Fig 1. SECCION TRANSVERSAL DE UNA TURBINA DE VAPOR TIPICA PARAPROPOSITOS GENERALES.




Engineering

Mdp 02 p-11 accionadores de bombas y requerimientos de serv