Elaboración y puesta en práctica de una metodología para...
150
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA Elaboración y puesta en práctica de una metodología para estandarizar el diseño de sistemas de bombeo de hidrocarburos en RECOPE Trabajo final de graduación sometido a la consideración de la UNIVERSIDAD DE COSTA RICA Como parte de los requisitos para aspirar al título y grado de LICENCIATURA EN INGENIERÍA MECÁNICA Daniel A. Aguilar Mora A60106 Sergio I. Chaves Salas A61619 Andrés A. Rodríguez Herrera A64825 Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Abril, 2016
Transcript of Elaboración y puesta en práctica de una metodología para...
-
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
Elaboración y puesta en práctica de una metodología para
estandarizar el diseño de sistemas de bombeo de hidrocarburos en
RECOPE
Trabajo final de graduación sometido a la consideración de la
UNIVERSIDAD DE COSTA RICA
Como parte de los requisitos
para aspirar al título y grado de
LICENCIATURA EN INGENIERÍA MECÁNICA
Daniel A. Aguilar Mora A60106
Sergio I. Chaves Salas A61619
Andrés A. Rodríguez Herrera A64825
Ciudad Universitaria Rodrigo Facio
Abril, 2016
-
i
-
TRIBUNAL EXAMINADOR
Este trabajo de graduación fue aceptado por el Tribunal Examinador de la Escuela de
Ingeniería Mecánica de la Universidad de Costa Rica, como requisito para optar por el
::d~:i~:::~l:_ª_· __ _::cB::::'=·~·· ;:· ~· ;m~.· ;::~. -~· ::· ::· ·::•~, =· )·'....__ ________ _ Profesor Asesor Director
Ing. José Rubén Madrigal. ;ú.)_J,: )kJ.~d~ ~~~r------=~~~~7~T-"'1==---~~~-
P ro fes o r Asesor Interno
M.Sc. Jhymer Rojas ~ Representante de la direc~id
M.B.A. Marco Calvo. ~:::r-Ll-· ....,x:::::=:::::::::==-1.·=·~~· --+------------------------~
'-Profesor Curso de Proyecto Mecánico IM-0418
Ponente 1
Sergio Chaves Salas
Ponente 2
Daniel Aguilar Mora
Ponente 3
Andrés Rodríguez Herrera
11
-
iii
AGRADECIMIENTO
Queremos dejar un agradecimiento a las personas que han colaborado en este trabajo de
graduación. Agradecemos a los ingenieros Daniel Murillo, José Rubén Madrigal y Felipe
Wing-Ching por sus aportes en la revisión y recomendaciones en este documento, así
como al Ingeniero Marco Calvo y Juan Gabriel Monge como coordinadores de Proyectos
de Graduación de la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Costa Rica.
-
iv
DEDICATORIA
A nuestros familiares por el apoyo incondicional durante el desarrollo de este trabajo de
graduación.
-
v
ÍNDICE
I. RESUMEN ........................................................................................................................................... X
1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................. 1
1.1 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA ...................................................................................................................... 1
1.2 JUSTIFICACIÓN .......................................................................................................................................... 2
1.3 OBJETIVOS ............................................................................................................................................... 4
1.4 ALCANCE ................................................................................................................................................. 5
1.5 METODOLOGÍA ......................................................................................................................................... 5
2. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................................ 7
2.1 GENERALIDADES DE FLUIDOS ....................................................................................................................... 7
2.1.1 Viscosidad ................................................................................................................................... 7
2.1.2 Numero de Reynolds ................................................................................................................... 8
2.1.3 Sistemas de tuberías ................................................................................................................. 10
2.2 PERDIDAS EN TUBERÍAS ............................................................................................................................ 12
2.2.1 Ecuación de Darcy-Weisbach .................................................................................................... 13
2.2.2 Pérdidas menores ..................................................................................................................... 13
2.2.3 Fórmulas generales para sistemas de tuberías. ....................................................................... 14
2.3 SOPORTERÍA ........................................................................................................................................... 17
2.4 BOMBAS ............................................................................................................................................... 20
2.4.1 Bombas centrífugas. ................................................................................................................. 20
2.4.2 Bombas de desplazamiento positivo ........................................................................................ 22
2.4.3 Curva característica de las bombas .......................................................................................... 23
2.4.4 Leyes de afinidad en las bombas .............................................................................................. 27
2.4.5 Cavitación en las bombas ......................................................................................................... 29
2.5 MATERIALES. ......................................................................................................................................... 31
2.5.1 Corrosión ................................................................................................................................... 31
2.5.2 Tipos de materiales. .................................................................................................................. 32
2.6 SELLADO DE BOMBAS ......................................................................................................................... 32
2.7 EMPAQUETADURA ................................................................................................................................... 32
2.8 SELLOS MECÁNICOS ................................................................................................................................. 33
2.9 MOTORES ELÉCTRICOS. ............................................................................................................................ 34
2.9.1 Motor de inducción ................................................................................................................... 34
2.10 HIDROCARBUROS ............................................................................................................................... 36
2.10.1 Gasolina ............................................................................................................................... 37
-
vi
2.10.2 Diésel .................................................................................................................................... 38
2.10.3 Bunker (Fuel oil) ................................................................................................................... 39
2.11 NORMAS .......................................................................................................................................... 41
2.12 HERRAMIENTA DE DISEÑO .................................................................................................................... 44
3. DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA PARA LA SELECCIÓN DE BOMBAS ............................................. 46
3.1 PRODUCTOS ........................................................................................................................................... 46
3.1.1 Combustibles para transporte .................................................................................................. 46
3.1.2 Combustibles de uso industrial ................................................................................................. 46
3.1.3 Combustibles de Aviación ......................................................................................................... 47
3.1.4 Cementos Asfálticos .................................................................................................................. 47
3.2 ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES DE LOS PRODUCTOS DE RECOPE ...................................................................... 48
3.2.1 Presión de Vapor ....................................................................................................................... 49
3.2.2 Viscosidad ................................................................................................................................. 52
3.2.3 Punto de ebullición. .................................................................................................................. 53
3.2.4 Inflamabilidad ........................................................................................................................... 53
3.3 CLASIFICACIÓN DEL PRODUCTO BOMBEADO .................................................................................................. 54
3.4 DETERMINACIÓN DE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN DE UN SISTEMA DE BOMBEO. ............................................. 56
3.5 OTRAS CONSIDERACIONES PARA ESCOGER ENTRE UNA BOMBA CENTRÍFUGA Y UNA DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO. ..... 62
3.5.1 Velocidad específica.................................................................................................................. 63
3.5.2 Características de la Presión y el caudal .................................................................................. 63
3.5.3 Sistemas en paralelo, en serie y bombas de múltiples etapas .................................................. 66
3.5.4 Clasificación de bombas de acuerdo a las normas aplicadas en RECOPE. ................................ 68
3.5.5 Corrosiones atmosféricas y materiales. Consideraciones para la selección de la bomba. ....... 70
3.5.6 Selección del material ............................................................................................................... 72
3.5.7 Selección del sello mecánico ..................................................................................................... 73
3.5.8 Pasos de selección del sello....................................................................................................... 76
3.5.9 Arreglos..................................................................................................................................... 77
3.5.10 Planes de sellos mecánicos .................................................................................................. 78
4. DISEÑO DE LOS CARGADEROS DE BUNKER ....................................................................................... 85
5. SELECCIÓN DE LA BOMBA PARA EL SISTEMA DE CARGADEROS. ....................................................... 93
5.1 POSIBLES BOMBAS Y BOMBA ESCOGIDA ...................................................................................................... 95
6. PRESUPUESTO ................................................................................................................................ 109
7. INSTRUMENTACIÓN........................................................................................................................ 111
-
vii
7.1 CONDICIONES DEL DISEÑO: ...................................................................................................................... 111
7.2 DESCRIPCIÓN DE PROTECCIONES A UTILIZAR ................................................................................................ 111
7.3 DESARROLLO DEL SISTEMA DE CONTROL ..................................................................................................... 111
7.4 CONSIDERACIONES ELÉCTRICAS DE FUNCIONAMIENTO ................................................................................... 113
8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................................................................... 117
CONCLUSIONES ........................................................................................................................................ 117
RECOMENDACIONES ................................................................................................................................ 121
9. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................. 123
10. ANEXOS .......................................................................................................................................... 127
ANEXO 1. CONFIGURACIONES DE SELLADOS PARA BOMBAS. .................................................................................... 127
ANEXO 2. CONVERSIÓN DE UNIDADES DE VISCOSIDAD. ........................................................................................... 128
ANEXO 3. DIMENSIONES Y PESO UNITARIO DE TUBOS. .......................................................................................... 129
ANEXO 4. DIAGRAMAS DEL SISTEMA DE CARGADEROS ............................................................................................ 130
ANEXO 5. RESULTADOS OBTENIDOS CON EL PROGRAMA PIPE FLOW ......................................................................... 132
ANEXO 6. RECOMENDACIONES DE ESTA METODOLOGÍA PARA SELECCIÓN DE BOMBAS .......................... 134
ANEXO 7. CANTIDAD DE SULFATOS Y CLORUROS DE ACUERDO A ZONAS CLIMATOLÓGICAS DE COSTA RICA
................................................................................................................................................................... 137
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 2.1. RÉGIMEN LAMINAR Y TURBULENTO. ........................................................................................... 10
FIGURA 2.2. TEES Y CODOS. ............................................................................................................................. 11
FIGURA 2.3. VÁLVULA DE GLOBO. .................................................................................................................... 12
FIGURA 2.4. TUBERÍA CON 2 MANÓMETROS BOURDON. ................................................................................ 12
FIGURA 2.5. CONFIGURACIONES DE SOPORTERÍA ........................................................................................... 18
FIGURA 2.6. SOPORTE DE ANCLAJE .................................................................................................................. 20
FIGURA 2.7. TIPO DE IMPULSOR SEGÚN VELOCIDAD ESPECIFICA. ................................................................... 22
FIGURA 2.8. COMPARACIÓN CURVAS CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE AMBOS TIPOS DE BOMBAS. ................. 24
. FIGURA 2.9. CURVAS DE BOMBA DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO. .............................................................. 26
-
viii
FIGURA 2.10. EMPAQUETADURA. .................................................................................................................... 33
FIGURA 2.11. SELLO MECÁNICO. ..................................................................................................................... 33
FIGURA 2.12. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LA GASOLINA SUPER PARA EL AÑO 2010. ................... 38
FIGURA 2.13. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL DIÉSEL AUTOMOTRIZ PARA EL AÑO 2010. ................. 39
FIGURA 2.14. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL BUNKER PARA EL AÑO 2010. ...................................... 40
FIGURA 2.15. GRÁFICO DE VISCOSIDAD Y TEMPERATURA.. ............................................................................. 41
FIGURA 2.16. CLASIFICACIÓN DE BOMBAS SEGÚN API 610.. ........................................................................... 42
FIGURA 3.1 4A. SUCCIÓN ABIERTA A LA ATMÓSFERA CON LEVANTAMIENTO DE SUCCIÓN. 4B. SUCCIÓN
ABIERTA A LA ATMOSFERA CON CABEZA DE SUCCIÓN. 4C. SUCCIÓN CERRADA A LA ATMÓSFERA CON
LEVANTAMIENTO DE SUCCIÓN. 4D. SUCCIÓN CERRADA A LA ATMÓSFERA CON CABEZA DE SUCCIÓN. ....... 50
FIGURA 3.2. CLASIFICACIÓN DE ACUERDO AL PRODUCTO BOMBEADO .......................................................... 54
FIGURA 3.3 CURVA DE UN SISTEMA DE BOMBEO. ........................................................................................... 57
FIGURA 3.4 CURVAS DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA......................................................................................... 59
FIGURA 3.5 GRÁFICOS DE FABRICANTE DE BOMBA. ........................................................................................ 60
FIGURA 3.6 DIFERENCIA ENTRE EL COMPORTAMIENTO DE UNA BOMBA CENTRIFUGA Y UNA DE
DESPLAZAMIENTO POSITIVO CON CAMBIOS DE VISCOSIDAD.. ....................................................................... 64
FIGURA 3.7. TIPO DE BOMBA RECOMENDADA POR NELIK DE ACUERDO AL TDH .......................................... 65
FIGURA 3.8. COMPORTAMIENTO DE BOMBAS TRABAJANDO EN PARALELO.................................................. 66
FIGURA 3.9 COMPORTAMIENTO DE BOMBAS TRABAJANDO EN SERIE. ......................................................... 67
FIGURA 3.10. ESQUEMA DE PLAN API 11. ....................................................................................................... 80
FIGURA 3.11 ESQUEMA DE PLAN API 52. ......................................................................................................... 80
FIGURA 3.12 SIMBOLOGÍA PARA PLANES API. ................................................................................................. 81
FIGURA 5.1 BOMBA HILLMANN. ..................................................................................................................... 95
FIGURA 5.2. DIAGRAMA DE POTENCIAS HILLMANN. ....................................................................................... 96
FIGURA 5.3. INFORMACIÓN TÉCNICA DE BOMBAS HILLMANN MM2 .............................................................. 97
FIGURA 5.4. BOMBA MULTIFÁSICA DE DOBLE TORNILLO. ............................................................................... 98
FIGURA 5.5. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN PARA BOMBAS DE DOBLE TORNILLO ...................................... 99
-
ix
FIGURA 5.7. BOMBA DE DOBLE SUCCIÓN, DOBLE TORNILLO........................................................................ 100
FIGURA 5.8. DATOS DEL FABRICANTE PARA BOMBA REQUERIDA. ................................................................ 101
FIGURA 5.9. EXTRACTO DE ALGUNAS CONDICIONES DE OPERACIÓN DEL SISTEMA DE CARGADEROS DE
BUNKER. ......................................................................................................................................................... 102
FIGURA 5.10. RENDIMIENTO DE LA BOMBA. ................................................................................................. 102
FIGURA 7.1. DIAGRAMA BÁSICO REPRESENTATIVO DE UN SENSOR. ............................................................. 113
FIGURA 7.2. DIAGRAMA EXPLICATIVO DE UN RELÉ........................................................................................ 114
ÍNDICE DE TABLAS
TABLA 3.1 PROPIEDADES DE LOS PRODUCTOS DE RECOPE .......................................................................... 48
TABLA 3.2 CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS DE ACUERDO A API 610 .......................................................... 69
TABLA 3.3 TABLA DE SELECCIÓN DE BOMBA 1 ........................................................................................... 83
TABLA 3.4 TABLA DE SELECCIÓN DE BOMBA 2 ........................................................................................... 83
TABLA 3.5 ASPECTOS A CONSIDERAR PARA SELECCIONAR UNA BOMBA ...................................................... 84
TABLA 5.1 BOMBAS CONSIDERADAS PARA EL SISTEMA DE CARGADEROS ................................................. 104
-
x
I. RESUMEN
RECOPE es una institución que se encarga de distribuir combustibles en distintas
localidades del país. Para hacerlo, requiere de sistemas de bombeo que transportan los
fluidos desde los tanques de almacenamiento hasta los cargaderos en donde los vehículos
cisterna se abastecen.
Este trabajo detalla las consideraciones que se deben tomar en cuenta para elegir una
bomba en RECOPE, tales como tipo de bomba el cual se clasifica según el fluido a
trasegar, además del material, que se califica por la localidad del país donde se va colocar,
con eso se asegura la vida útil del equipo sin importar las distintas zonas climáticas, de
manera que cada vez que se requiera diseñar un sistema de trasiego, se pueda tener una
metodología que sirva de ayuda para los ingenieros de dicha institución a realizar la mejor
selección de la bomba.
Materiales para las bombas, condiciones de operación, normas a las cuales RECOPE
se somete, propiedades de los materiales a trasegar entre otros se toman en cuenta en esta
metodología, de manera que la selección de la bomba o bombas requeridas en los distintos
sistemas de trasiego se pueda hacer de manera precisa, considerando aspectos que puedan
afectar el rendimiento del sistema de trasiego.
En este documento, se desarrolla el diseño de cargaderos de la primera etapa del
Proyecto Terminal Pacifico, Sistema de Bunker en Barranca Puntarenas, considerando
los aspectos que se mencionan en la metodología, para la correcta selección de los
sistemas que componen el sistema de trasiego como la bomba, tuberías y soportes. Se
incorpora el cálculo energético para determinar el sistema de tuberías de calentamiento
que va ser necesario para mantener el Bunker a la temperatura necesaria para poder ser
trasegado.
-
xi
El desarrollo de esta metodología permite conocer de los factores mencionados para
seleccionar una bomba, lo cual es de gran importancia para el diseñador, de manera que se
pueda diseñar sin afectar técnica y económicamente el proyecto.
De igual forma, es importante señalar que para diseñar un sistema de trasiego no
necesariamente se requieren de una bomba única, sino que existen distintas configuraciones
de las cuales un diseñador puede acogerse dependiendo de las necesidades de cada sistema.
-
1
1. INTRODUCCIÓN
1.1 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA
El proyecto se pretende desarrollar en la Refinería Costarricense de Petróleo
(RECOPE), institución creada en 1961 mediante la Ley N°6588, la cual establece que la
empresa será la encargada de refinar y distribuir los combustibles en Costa Rica, es
importante mencionar que la calidad del combustible importado es definida por el poder
ejecutivo mediante decretos y podrá ser variada por ese mismo medio.
El proyecto será ejecutado específicamente en el plantel ubicado en Barranca,
Puntarenas. Dicho plantel es el último punto del poliducto de la empresa y colinda con
el mar pacifico.
Se necesita el diseño de un par de cargaderos de Bunker para abastecer los cisternas
que trasladan el combustible hacia las industrias, el diseño debe contemplar el sistema de
tubería térmico necesario para mantener el bunker a temperatura de trasiego, las bombas
necesarias para trasegar de los tanques de almacenamiento a los cargaderos y el sitio
físico estructural para la correcta descarga del combustible en los cisternas.
Misión
Abastecer los combustibles requeridos por el país, mediante la administración del
monopolio del Estado de la importación, refinación y distribución al mayoreo de
combustibles, asfalto y naftas; para promover el desarrollo del país.
Visión
Ser un pilar de la competitividad de Costa Rica.
-
2
1.2 JUSTIFICACIÓN
Parte de los trabajos que se realizan en Recope y que se relacionan al área de estudio
son la selección de bombas para los sistemas de bombeo del combustible dependiendo
de las necesidades que se presenten.
El problema surge debido a que en RECOPE no existe una estandarización para la
selección de bombas, en lugar de esto cada ingeniero decide bajo los criterios adquiridos
por su experiencia, cuál es la bomba más conveniente de acuerdo a las necesidades
existentes.
El ingeniero Hanzell Rodríguez (comunicación personal, 20 de abril, 2012), quien
trabaja en RECOPE, explica que para seleccionar una bomba, primero se debe conocer
la temperatura y viscosidad del fluido, de esta forma ya se tiene un criterio para escoger
una bomba de desplazamiento positivo o centrífugo. También afirma que en la selección
del tipo de bomba no se maneja un criterio fijo y más bien la experiencia del proveedor
sirve como apoyo para la selección. Según Rodríguez, posteriormente se analiza el
sistema hidráulico para determinar pérdidas, diámetro, velocidad y cabeza óptima,
manejando un caudal que lo específica el usuario o se obtiene mediante normas. El precio
también es determinante al seleccionar el tipo de bomba, así como el mercado que se
maneja y las normas que deben cumplir como la especificada por API. De acuerdo con
el experto de RECOPE la composición del fluido es un parámetro trascendental, ya que
esto influye en el material de la bomba.
Por último el ingeniero Rodríguez comenta que el proveedor siempre va ofrecer lo
más barato para vender su producto y es por esto que es necesario tener un amplio criterio
de selección, además concluye que en RECOPE no hay estandarización y todo se traduce
al conocimiento y experiencia del ingeniero.
Felipe Wing-Ching (comunicación personal, 23 de abril, 2012), quien también es
ingeniero en RECOPE argumenta de igual forma cuáles son las consideraciones que se
-
3
toman en cuenta a la hora de seleccionar una bomba. Él hace énfasis acerca de la
importancia de conocer el sistema y las necesidades requeridas, así como conocer los
elementos que interfieren en el sistema de bombeo como topografía, tanques, presión
final y parámetros del fluido. Adicionalmente manifiesta el conocimiento que hay que
tener de las características de los materiales y tuberías a partir del tipo de fluido que se
trasiega.
El ingeniero Wing-Ching comenta que hay que definir los enrutamientos que afectan
tanto la cabeza, como la robustez que debe tener la bomba de acuerdo a la viscosidad que
tenga el fluido.
Además es importante conocer el mercado y las bombas que se puedan adquirir en
Costa Rica. Por último, el ingeniero Wing-Ching concluye en que el criterio individual
es muy importante.
Una de las razones que justifican este estudio es la necesidad que presentan los
profesionales de RECOPE de establecer una metodología que considere los aspectos
nombrados anteriormente por los ingenieros Wing-Ching y Rodríguez.
Además, en el año 2009 se aprueba mediante Resolución de Despacho de la
Contraloría General de la República, Las Normas de control interno para el Sector
Público, donde se establece que se debe “Exigir confiabilidad y oportunidad de
información. El SCI (Sistema de Control Interno) debe procurar que se recopile, procese
y mantenga información de calidad sobre el funcionamiento del sistema y sobre el
desempeño institucional, y que esa información se comunique con prontitud a las
instancias que las requieran para su gestión, dentro y fuera de la institución, todo ello con
conformidad con la atribuciones y competencias organizacionales y en procura del logro
de los objetivos institucionales” (CGR, 2009, sección 1.2.b Objetivos)
De esta forma se pretende tener una metodología de selección de bombas en RECOPE
que permita a profesionales recién graduados en ingeniería tener una guía que compense
-
4
la falta de experiencia que no les permite tener un criterio sólido para la toma de
decisiones. Además, esta metodología permitirá a ingenieros con experiencia pero en
otras áreas como mantenimiento, tener un soporte en caso de que sus servicios sean
requeridos en algún momento en la selección de bombas.
Finalmente, se pretende que una vez completa la metodología, ésta se pueda
implementar en el diseño del sistema de trasiego de Bunker del sistema de cargaderos de
la primera etapa del Proyecto Terminal Pacífico, Sistema de Búnker en Barranca
Puntarenas.
1.3 OBJETIVOS
Objetivo general
Analizar los criterios de selección de bombas que poseen los profesionales en
RECOPE, y de esta forma poder desarrollar una metodología que permita tener una guía
para la correcta selección de bombas, además se pretende aplicar esta metodología para
escoger las bombas adecuadas en el diseño del sistema de cargaderos de la primera etapa
del Proyecto Unidad Terminal Pacífico en Barranca Puntarenas.
Objetivos específicos
Analizar las condiciones externas con más repercusión en la vida útil de la bomba,
tales como humedad relativa y sales disueltas en el ambiente.
Determinar las variables que se deben someter a consideración para elegir una bomba
en RECOPE tales como caudal, cabeza, y máxima eficiencia. Permitiendo que el
equipo cumpla satisfactoriamente con las condiciones del proceso y del fluido
trasegado.
Tomar en cuenta las normas técnicas utilizadas por RECOPE, para la elaboración de
la metodología de selección de bombas.
-
5
Establecer una metodología que permita estandarizar el procedimiento de selección
de las bombas que se utilizan en RECOPE para los sistemas de bombeo.
Diseñar el sistema de trasiego de Bunker, del sistema de cargaderos de la primera
etapa del Proyecto Terminal Pacífico, Sistema de Bunker en Barranca Puntarenas,
incluyendo especificaciones y presupuesto de la obra.
1.4 ALCANCE
Se elaborará una metodología para la selección de bombas en RECOPE, con el fin de
obtener una estandarización. Dicha metodología será exclusiva para los diseños de
RECOPE, ésta no pretende abarcar otras compañías.
Se generará el diseño del sistema de trasiego de Bunker del sistema de cargaderos de
la primera etapa del Proyecto Terminal Pacífico, Sistema de Bunker en Barranca
Puntarenas, haciendo uso de la metodología desarrollada.
1.5 METODOLOGÍA
Inicialmente se debe conceptualizar el problema existente, por lo que se acudirá a los
ingenieros del departamento de diseño de RECOPE, con el fin de recopilar sus opiniones
y experiencias profesionales en cuanto a la selección de equipos de bombeo, además de
recomendaciones técnicas respecto a cuáles son las variables que utilizan para realizar
dicha selección.
En base a los criterios técnicos recolectados procedentes de los profesionales de
RECOPE, así como en la literatura del marco teórico, se determinaran las variables más
preponderantes en la selección de bombas, esto para considerar los elementos
tradicionales en la selección de bombas así como elementos externos que puedan llegar
a repercutir en el funcionamiento de ésta.
-
6
Se estudiaran las normas utilizadas por la empresa para posteriormente incorporarlas
de forma integral a la metodología a elaborar, adjuntando los aspectos mencionados con
anterioridad. Con dicha metodología se pretende estandarizar el diseño de selección de
bombas, para finalmente ponerla en práctica al diseñar el sistema de trasiego de Bunker
de los sistemas de cargaderos del proyecto Terminal Pacifico en Barranca, Puntarenas.
-
7
2. MARCO TEÓRICO
2.1 GENERALIDADES DE FLUIDOS
2.1.1 Viscosidad
La viscosidad es la propiedad de un líquido o gas que indica la facilidad que tiene
dicho fluido para trasladarse sobre una superficie cuando se le impregna una fuerza, ya
sea la fuerza de gravedad que hace que un fluido fluya de arriba hacia abajo o la fuerza
que una bomba le da a un líquido para trasladarlo de un lugar a otro, entre otras.
Existen fluidos muchos más viscosos que otros, por ejemplo la miel tiene un grado
de viscosidad mucho más alto que el del agua. Para comprender de mejor forma la
terminología y unidades que se usan para describir la viscosidad de un fluido se debe
considerar dos tipos existentes, la absoluta o dinámica y la cinemática. (Crane, 2004;
Mott, 2006)
2.1.1.1. Viscosidad Absoluta (Dinámica)
“La viscosidad absoluta de un fluido es la medida de su resistencia al deslizamiento
o a sufrir deformaciones internas” (Crane, 2004, p.2).
Las unidades usadas en el Sistema Internacional de Unidades (SI) son sPa lo cual
es equivalente a 2msN . Además, en el sistema CGS de unidades (Sistema Cegesimal de
Unidades) se utiliza el cP (centipoise). A continuación se expresa las relaciones entre
los valores del SI y el CGS. (Crane, 2004).
1𝑐𝑃 = 10−3𝑃𝑎 ∙ 𝑠 (2.1)
-
8
2.1.1.2. Viscosidad Cinemática
La viscosidad cinemática de un fluido es simplemente la viscosidad absoluta de dicho
fluido dividida entre la densidad del fluido. Las unidades que se utilizan para la
viscosidad cinemática son los sm2 en el SI y de cSt (centistokes) en el CGS.
Las relaciones entre estas unidades son:
1 𝑐𝑆 = 10−6𝑚2
𝑠
(2.2)
Es importante mencionar que los valores de viscosidad absoluta o dinámica así
como la viscosidad cinemática dependen de la temperatura que posea el fluido. Debido a
que la viscosidad cinemática depende de la densidad del fluido, esta última también
depende de dicha propiedad.
En los líquidos, la viscosidad es menor conforme aumenta la temperatura, caso
contrario sucede en los gases que al aumentar la temperatura las moléculas del gas se
juntan más y hacen que el fluido sea más viscoso. (Crane, 2004;Mott, 2006)
2.1.2 Numero de Reynolds
Mott define el número de Reynolds como “la relación de la fuerza de inercia sobre
un elemento de fluido a la fuerza viscosa” (Mott, 2006, p.231).
𝑁𝑅 =𝐷 × 𝑉 × 𝑝
µ
(2.3)
Donde:
NR: Número de Reynolds. (adimensional)
D: Diámetro interno de la tubería por donde pasa el fluido. (mó ft)
V: Velocidad del fluido. ( m/só ft/s)
-
9
: Es la densidad de dicho fluido. (kg/m3ó lb/ft3) : Es la viscosidad absoluta del fluido.( Pa∙sócP)
El número de Reynolds es un valor adimensional que permite conocer el régimen de
flujo en que se encuentra un fluido. Estos regímenes pueden ser laminar o turbulento.
Siguiendo cada una de las variables de la ecuación 1, un flujo es laminar cuando se
tienen valores de velocidad, diámetro o densidad relativamente bajos en comparación al
valor de su viscosidad absoluta, es decir se tienen valores de NR bajos como más adelante
se explica, y el flujo es turbulento cuando el valor de la viscosidad absoluta es
relativamente bajo en comparación a las otras variables mencionadas, y por tanto se
obtiene valores de NR altos.
Si NR < 2000 el flujo es laminar y si NR > 4000 el flujo es turbulento, y si el valor
del número de Reynolds está entre 2000 y 4000 se encuentra en una región llamada crítica
donde no es posible predecir qué tipo de flujo se tiene. (Mott, 2006).
Estos valores son una aproximación, sin embargo no hay un valor exacto del número
de Reynolds para separar cada uno de los regímenes, ya que el número de Reynolds
también depende de otros factores además de las variables mencionadas en la ecuación
1, tal y como lo explica Cengel y Ghajar:
…la transición del flujo laminar al turbulento también depende del grado de
perturbación que ese flujo recibe por parte de la aspereza de la superficie, las
vibraciones del tubo y las fluctuaciones en el flujo. En las condiciones más prácticas
el flujo en un tubo es laminar para NR < 2300, turbulento para NR > 10000 y, en los
valores intermedios, de transición. (Cengel y Ghajar, 2011, p.468)
Una manera visual de reconocer si el flujo es laminar o turbulento es observando las
características de las líneas de flujo que posee el fluido. Cuando estas líneas se mueven
-
10
de manera uniforme el fluido es laminar, cuando existe un movimiento desordenado el
flujo es turbulento, tal y como se observa en la figura 2.1.
Figura 2.1. Régimen laminar y turbulento. Fuente: Cordón, sf.
2.1.3 Sistemas de tuberías
Un sistema de tuberías está compuesto por una serie de tubos, y accesorios como
válvulas, tees, codos, filtros, coladores, indicadores de presión y temperatura, así como
de una serie de soportes que sostienen al sistema, que permiten el adecuado
funcionamiento del mismo cuando se trasiega un fluido mediante una bomba. (Drinnan
and Spellman, 2001).
A nivel comercial los tubos se venden en tramos rectos con una longitud determinada
por cada fabricante, dichos tubos se unen a través de distintas juntas que pueden ser
bridas, roscas o soldaduras que unen un tubo con otro. Debido a que un tubo es
simplemente un tramo recto como se menciona anteriormente, los accesorios como tees
y codos son de gran importancia cuando se requiere de un sistema de tuberías que no sean
rectas.
-
11
Figura 2.2. Tees y codos. Fuente: Bibliocad, 2012
La figura 2 muestra una serie de tees y codos que permiten desviar un fluido cuando
el trasiego del mismo no se hace en línea recta.
Las válvulas son accesorios que también desempeñan una función importante en el
sistema de tuberías.
Existen diversos tipos de válvulas, como la de globo que sirve para regular el flujo o
las de compuerta o bola que sirven únicamente para cortar o permitir el paso del flujo.
Según Crane es difícil clasificar las válvulas.
“La variedad en diseños de válvulas dificulta una clasificación completa.
Si las válvulas se clasificaran según su resistencia al flujo, las que presentan un paso
directo del flujo, como las válvulas de compuerta, bola, macho y de mariposa
pertenecen al grupo de baja resistencia; las que tienen un cambio en la dirección del
flujo, como las válvulas de globo y angulares, están en el grupo de alta resistencia”.
(Crane, 2004, p.2-2)
Las válvulas mencionadas anteriormente son válvulas que también son conocidas
como válvulas de control ya que regulan, permiten o cortan el paso del fluido. También
existen válvulas llamadas válvulas de seguridad, y su función es proteger diversos
dispositivos de la tubería por lo que estas están diseñadas para abrirse o cerrarse
automáticamente cuando hay caídas de presión importantes que podrían dañar la tubería
u otros accesorios en ella. (Drinnan et al, 2001).
-
12
Figura 2.3. Válvula de Globo. Fuente: Windmill, 2009.
Los coladores y filtros son accesorios que se utilizan cuando no se quiere que
material sólido trasiegue a través del sistema de tuberías, por lo cual su uso depende del
tipo de flujo que se esté usando.
2.2 PERDIDAS EN TUBERÍAS
Tal y como describe Crane “El flujo de fluidos en tuberías está siempre
acompañado de rozamiento de las partículas del fluido entre sí y, consecuentemente, por
la pérdida de energía disponible” (Crane, 2004, p. I-7). Es decir, no existe un sistema
ideal donde la tubería por la cual se trasiega el fluido no tenga un factor de fricción que
produzca pérdidas de energía. Estas pérdidas de energía se pueden cuantificar como
pérdidas de presión del fluido desde su punto de inicio hasta su punto final.
Crane describe que si se conectan dos manómetros de Bourdon a una tubería por
la cual pasa un fluido el manómetro 1 tendrá una presión mayor que el manómetro 2 que
se muestra en la figura 2.4. (Crane, 2004)
Figura 2.4. Tubería con 2 manómetros Bourdon. Fuente: Crane, 2004.
-
13
2.2.1 Ecuación de Darcy-Weisbach
La ecuación de Darcy denota la pérdida de energía debido a la fricción que hay en la
tubería y se mide en pies o metros de columna de líquido. (Crane, 2004; Mott, 2006).
Esta ecuación se define como:
ℎ𝑓 =𝑓 × 𝐿 × 𝑉2
𝐷 × 2𝑔
(2.4)
Donde:
f: Es el factor de fricción. (adimensional)
L: Es la longitud total de la tubería. (mó ft)
v: Es la velocidad promedio del flujo. (m/só ft/s)
D: Es el diámetro interno de la tubería. ( mó ft)
g: Es la aceleración de la gravedad.( 9,81 m/s2ó 32,2 ft/s2)
El valor del factor de fricción f, es un valor adimensional que depende de la rugosidad
de la tubería, el diámetro de la misma y el número de Reynolds. Las correlaciones de
dichos valores se encuentran en el Diagrama de Moody, el cual permite conocer el factor
de fricción sabiendo las variables anteriormente mencionadas.
La ecuación de Darcy permite conocer las pérdidas por fricción en tuberías rectas de
área circular, ya sea que el flujo presente sea turbulento o laminar. (Mott, 2006).
2.2.2 Pérdidas menores
La ecuación 2 de Darcy denota las pérdidas por fricción que hay en una tubería
recta, sin embargo las pérdidas de energía también se dan debido a los accesorios que el
sistema posea. Accesorios como los mencionados anteriormente como válvulas, codos
ytees, provocarán pérdidas de energía, de igual forma, cuando hay expansión o
contracción de la sección de flujo se producen pérdidas de energía. (Mott, 2006).
-
14
Las pérdidas de energía en un sistema de tuberías se generan debido a la fricción
en la tubería, cambios en la dirección del flujo, obstrucciones en el paso del flujo y
cambios repentinos o graduales en la superficie y contorno del paso del flujo. (Crane,
2004).
Siguiendo la ecuación de Darcy:
ℎ𝑓 =𝑓 × 𝐿 × 𝑉2
𝐷 × 2𝑔
Donde:
𝐾 =𝑓 × 𝐿
𝐷
(2.5)
En un accesorio, las pérdidas por fricción son muy bajas en comparación a los
otros puntos mencionados por lo que se puede decir que K es independiente del factor de
fricción y por consecuencia del número de Reynolds, además el valor de L/D se
denomina longitud equivalente y busca obtener un valor igual de pérdidas en tubería recta
que produce un accesorio. (Crane, 2004).
De esta forma, la ecuación generada para obtener los valores de pérdidas menores
en accesorios está dada por:
ℎ𝐿 =𝐾 × 𝑉2
2𝑔
(2.6)
Los valores de K para cada tipo de accesorio se obtienen en tablas que ya han sido
verificadas.
2.2.3 Fórmulas generales para sistemas de tuberías.
Así como se explicaron las fórmulas para el cálculo de pérdidas de energía en los
sistemas de trasiego, a continuación se explican algunas otras fórmulas importantes que
-
15
se aplican en los diseños de los sistemas de tuberías para el cálculo relacionado a las
pérdidas de calor.
A. Número de Prandtl
El número de Prandtl, de acuerdo a Dewitt (1999), proporciona una medida de
efectividad relativa del transporte del momento y energía por difusión en las capas límite
hidrodinámico y térmico.
𝑃𝑟 =𝐶𝑝 × µ
𝐾
(2.7)
Donde
Pr = número de Prandtl, adimensional
𝐶𝑃= calor específico
µ= viscosidad del fluido.
𝐾= conductividad térmica
B. Numero de Nusselt
El número de Nusselt según explica Dewitt (1999) es un gradiente de temperatura
adimensional en la superficie, y se calcula de la siguiente forma:
𝑵𝒖 = 𝟎, 𝟎𝟐𝟑 × 𝑹𝒆𝟎,𝟖 × 𝑷𝒓𝟎,𝟑
(2.8)
Donde
Nu = número de Nusselt, adimensional
Re = número de Reynolds, adimensional
Pr = número de Prandtl, adimensional
-
16
C. Coeficiente de transferencia de calor
El coeficiente de transferencia de calor es un valor que es requerido para obtener
la trasferencia de calor entre superficies. Este valor, según González Pérez en su libro
Criogenia, 2013, se puede calcular de la siguiente manera.
𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝐹𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 =𝑁𝑢 × 𝑘
𝑑
(2.9)
Donde
Coeficiente de transferencia del fluido, W/m² K
Nu = Nusselt, adimensional
k = coeficiente de conductividad térmica, W/m K
d = diámetro, m
D. Transferencia de Calor
El flujo de calor se puede interpretar como la diferencia de temperaturas entre superficies por el área de contacto por el coeficiente de transferencia de calor
𝑄 = ℎ × ∆𝑇 × 𝐴
Donde
Q= razón de perdida de calor, W
H= coeficiente total de transferencia de calor, W/m² K
∆T= diferencial de temperatura, K
A= área de transferencia, determinado por longitud del tubo y
diámetro, m.
(2.10)
-
17
2.3 SOPORTERÍA
Como se menciona en el capítulo anterior, los soportes forman parte de un sistema
de tuberías y su función es sostener la tubería y sus accesorios cumpliendo una serie de
objetivos. Esos objetivos según describe Antaki (2003), son:
1. Minimizar el esfuerzo en la tubería
2. Mantener su forma y pendiente
3. Evitar el hundimiento excesivo
4. Minimizar las reacciones en las boquillas de los equipos
5. Optimizar el tipo, tamaño y localización de los soportes en la tubería
En este apartado se pretende explicar cómo cumplir con los objetivos expuestos
excepto con el objetivo 3 que es un caso meramente de topografía.
Antaki (2003) describe que el esfuerzo por flexión que deben soportar los soportes
está dado por:
𝜎 =𝑤 × 𝐿2
10 × 𝑧
(2.11)
Donde:
: Esfuerzo por flexión máximo. (kg/m2 ó lb/in2)
w: Es el peso total de la tubería y su contenido (kg/m ó lb/in)
z: Módulo de sección (m3 ó in3)
L: Es el espacio que hay entre un soporte y otro. (m ó in)
Con la ecuación 2.11 es posible conocer cuál es el espaciamiento L necesario que
deben tener los soportes para aguantar la carga de la tubería. El peso total de la tubería
está dado por el peso de cada uno de los tubos y el peso del fluido que se trasiega, tales
valores son proporcionados por las tablas de tuberías según el tipo, al igual que el módulo
de sección. También, el esfuerzo por flexión es un dato que lo proporciona el fabricante
de la tubería según el material que ésta tenga y la temperatura a la cual está siendo
sometida.
-
18
Así que, si la ecuación 2.11 se cumple, se puede lograr los objetivos 1 y parte del
5 (localización de los soportes) expuestos por Antaki (2003), ya que si los soportes están
ubicados a una distancia adecuada, la tubería no sufrirá esfuerzos mayores a los
admisibles.
El objetivo 2 es un requerimiento más de estética que de seguridad, es decir, una
vez cumplido el primer objetivo la tubería puede soportar los esfuerzos a los cuales está
sometida, sin embargo es posible que la tubería tenga un grado de deflexión que según
expone Antaki (2003), se determina de la siguiente forma para las siguientes
configuraciones más comunes:
Figura 2.5. Configuraciones de soportería. Fuente: Antaki, 2003.
Caso a:
𝒅 =𝟓𝒘𝑳𝟒
𝟑𝟖𝟒𝑬𝑰
Caso b:
𝒅 =𝒘𝑳𝟒
𝟑𝟖𝟒𝑬𝑰
-
19
Caso c:
𝒅 =𝟐. 𝟓𝒘𝑳𝟒
𝟑𝟖𝟒𝑬𝑰
Donde w y L son los valores de peso total y espaciamiento que ya se había explicado
anteriormente.
E: El módulo de elasticidad del tubo, el cual es un dato que se obtiene tabulado según
el material de la tubería.
I: Es el momento de inercia del tubo que se encuentra tabulado en los datos del
fabricante de cada material de tubería.
En un sistema de tuberías siempre existirá una deflexión, y está depende de la longitud
de espaciamiento entre los soportes además de las otras variables mostradas en cada uno
de los casos, sin embargo, la longitud L es la única que se puede variar ya que el módulo
de elasticidad y el momento de inercia son valores que dados de acuerdo al material y
tipo de tubo, así como el peso el cual no se puede cambiar, es por esto que dependiendo
de la exigencias que se tengan en un sistema dado, la pendiente en una tubería se puede
disminuir acercando los soportes a distancias inferiores a las encontradas con la ecuación
2.11.
Para evitar reacciones en las boquillas de los equipos, nunca se debe colocar soportes
debajo de los accesorios o de las uniones
.
Para elegir el tipo de soporte es importante conocer las dos categorías de soportes que
existen, el soporte estándar, el cual es el tipo de soporte que está dado en los catálogos
del vendedor y son diseñados para soportar un rango determinado de carga y movimiento.
El soporte personalizado es el tipo de soporte que se diseña para un caso especial de
operación. (Antaki, 2003).
-
20
Existe gran variedad de soportes de acuerdo a las cargas y movimientos que tenga la
tubería, dentro de los más comunes están los soportes rígidos que no permiten
movimiento alguno de la tubería, soportes que si permiten movimiento y otros soportes
que poseen amortiguadores para soportar las vibraciones de la tubería.
Figura 2.6. Soporte de anclaje. Fuente: Antaki, 2003
La figura 2.6 muestra un soporte de anclaje que restringe el movimiento de la
tubería en cualquier dirección. (Antaki, 2003).
2.4 BOMBAS
Las bombas son dispositivos mecánicos que se utilizan para trasegar fluidos mediante
el cambio en su presión estática y dinámica. Estas se dividen en 2 grandes familias,
bombas centrífugas y de desplazamiento positivo, dichas bombas presentan su diferencia
en la forma de transmitir energía, a su vez estas se subdividen en varias categorías según
el funcionamiento requerido.
2.4.1 Bombas centrífugas.
Las bombas centrífugas son máquinas cinéticas en las que la energía está siendo
continuamente impartida al fluido bombeado por medio de un impulsor giratorio, hélice
o del rotor. Los tipos más comunes de bombas centrífugas son flujo centrífugo (radial),
mixto y axial (Hydraulic Institute 2008). En las bombas centrífugas radiales la corriente
líquidase verifica en planos radiales, en las axiales en superficies cilíndricas alrededor del
-
21
eje de rotación y en las diagonales radial y axialmente, denominándose también de flujo
mixto.
El tipo de una bomba que atiende al diseño hidráulico del rodete impulsor (abierto,
semiabierto, cerrado), viene caracterizado por su velocidad específica.
La velocidad específica (Ns) es un índice adimensional de diseño utilizado para
clasificar los impulsores de la bomba n cuanto a su tipo y proporciones. Se define
como la velocidad en revoluciones por minuto en el que un impulsor
geométricamente similar operaría si se tratara de un tamaño tal como para entregar
un galón por minuto contra un pie de cabeza (Gould Manual, 2006). Dicha velocidad se
puede calcular de la siguiente forma:
𝑁𝑠 =𝑁 × √𝑄
𝐻3
4
(2.12)
Donde: 𝑁𝑠 : velocidad específica, rpm
N : velocidad de la bomba
Q : caudal en el punto de mayor eficiencia, GPM o m/s
H : cabeza total por etapa en el punto de mayor eficiencia, psi o m
Mediante el dato brindado por la ecuación (2.12) se puede seleccionar el tipo de
impulsor haciendo uso de la siguiente figura:
-
22
Figura 2.7. Tipo de impulsor según velocidad especifica. Fuente: GouldPump Manual
(2006)
Las bombas centrífugas por lo general tienen menos partes móviles, no tienen
válvulas de retención asociadas, como las bombas de desplazamiento positivo lo hacen,
producen pulsaciones mínimas de presión, no tienen contacto con el rotor de la bomba, y
no están sujetos a la fatiga y carga de los cojinetes y sellos. (Volk. M, 1999).
Debido a varias razones entre las que se encuentran las antes mencionadas las bombas
centrifugas deben ser consideradas primero al momento de seleccionar un equipo para
trasegar un fluido, sin embargo no siempre serán las más adecuadas para un sistema.
Entre las opciones de selección de una bomba de este tipo se encuentran las tipo
horizontal, vertical, sumergibles, pozo profundo, las de una o varias etapas, de turbina,
tipo jet, entre otras.
2.4.2 Bombas de desplazamiento positivo
En una bomba de desplazamiento positivo, la energía se añade periódicamente
al líquido mediante la aplicación directa de una fuerza a uno o más
volúmenes desplazables de líquido. Esto provoca un aumento de la presión
hasta el valor requerido para desplazar el líquido a través de los puertos de la línea de
descarga. Los puntos más importantes son que la energía se transmite periódicamente y
hay una fuerza aplicada directamente al líquido. (Volk. M, 1999)
-
23
Como se mencionó anteriormente las bombas de desplazamiento positivo no son la
primera opción de selección para un sistema de trasiego de fluidos, sin embargo cuando
se presentan las siguientes aplicaciones son de gran utilidad:
• Alta viscosidad
• Auto-cebado
• Alta presión de descarga
• Bajo flujo volumétrico
• Alta eficiencia
• Baja velocidad
• Manejo de sólidos frágiles
• Bombeo sin sellos
• Flujo constante pero con variación de presión en el sistema
• Flujo de 2 fases
Sin embargo la mayor ventaja de este tipo de bombas es su capacidad de trasegar
fluidos altamente viscosos. (Volk. M, 1999)
Entre los tipos de bombas se encuentran de paletas, tornillo, engranes y de pistón.
2.4.3 Curva característica de las bombas
La curva característica de cada bomba es un elemento trascendental en la correcta
selección de una bomba tanto centrífuga como de desplazamiento positivo, pues permite
observar el punto de operación al que la bomba será utilizada. Esta curva presenta gran
diferencia en su comportamiento según el tipo de máquina utilizada, a continuación un
ejemplo de esto:
-
24
Figura 2.8. Comparación curvas características típicas de ambos tipos de bombas.
Fuente: Volk, 1999
Como puede observar en la figura 2.8, la bomba centrifuga varia su caudal según la
presión de descarga que sea necesario que brinde, por lo que por su curva característica,
puede notar que entre más presión debe ejercer, menor será el caudal que trasiegue. A
diferencia de esto, las bombas de desplazamiento positivo siempre brindarán el caudal
que se les exija aumentando la presión en la bomba.
Para obtener las variables que influyen en la selección de una bomba como lo son
cabeza, caudal y máxima eficiencia se debe considerar la ecuación general de energía la
cual es una expansión de la ecuación de Bernoulli y permite resolver problemas donde
hay pérdidas y ganancias de energía como es el caso de los sistemas de bombeo.
(Mott,2006).
La ecuación general de energía se define de la siguiente forma para el caso de sistemas
de bombeo:
-
25
𝑃1𝛾
+𝑣1
2
2𝑔+ 𝑧1 + 𝑇𝐷𝐻 − ℎ𝑓 =
𝑃2𝛾
+𝑣2
2
2𝑔+ 𝑧2
(2.13)
Donde, P1 y P2 son las presiones a las cuales están sometidos los puntos de succión y
descarga. Estos puntos son definidos por cada diseñador, sin embargo, normalmente se
toman los niveles de líquido en los tanques, tanto del tanque que provee el líquido
(succión) como al que se descarga el líquido. Los factoresv1 y v2 son las velocidades del
líquido en los puntos mencionados, z1 y z2 son las distancias a la que se encuentran los
puntos 1 y 2 respecto a un nivel de referencia definido, hf es la energía que se pierde
debido a la fricción que hay en la tubería y los accesorios que ésta posee. Dicha pérdida
de energía se explica en la sección 2.1.3 de este documento. TDH es la Cabeza Dinámica
Total por sus siglas en inglés, este valor es el valor de H que se muestra en la figura 2.8,
y es el valor de cabeza que tiene que dar la bomba para satisfacer las necesidades del
sistema.
El caudal es otra variable de gran importancia en la selección de una bomba. Esta
variable se obtiene de acuerdo a las necesidades que se tengan en un determinado sistema
de bombeo. Tal y como se muestra en la figura 2.8 esta variable normalmente se muestra
en las curvas de bombas en GPM (galones por minuto).
La figura 2.8 muestra una curva de cabeza contra caudal para bomba centrífuga y de
desplazamiento positivo. Sin embargo, esta curva no es la más usada para el caso de
bombas de desplazamiento positivo ya que, al mantenerse el caudal estable a distintas
presiones, esta curva no ofrece mucha información.
-
26
Figura 2.9. Curvas de bomba de desplazamiento positivo. Fuente: Pipe Flow (s.f)
La figura 2.9 muestra una gráfica de una bomba de desplazamiento positivo. Esta es
la curva típica que se muestra en los catálogos para este tipo de bombas. Como variables
se muestran la velocidad de rotación de la bomba, capacidad o caudal que se obtiene de
acuerdo a las necesidades del sistema y las cuales provee el fabricante
En la parte superior de la gráfica se muestra las potencias del motor que se debe usar
basándose en las variables anteriormente mencionadas.
Si se quiere saber la potencia de la bomba, ya sea ésta centrífuga o de desplazamiento
positivo se deben obtener las variables mencionadas (caudal y TDH) y el peso específico
del fluido que se está trasegando. (Mott, 2006). La potencia de define como:
-
27
𝑃 = 𝑇𝐷𝐻 ∙ 𝑄 ∙ 𝛾 (2.14)
Donde:
TDH: es la presión de descarga de la bomba (m ó ft)
P: es la potencia de la bomba ( N.m/s (W) ó hp)
es el peso específico (N/m3ólbf/ft3).
La última variable de importancia que se analiza es la eficiencia mecánica, la cual da
una relación entre la energía que la bomba le transmite al fluido y la energía que se
transmite a la bomba. (Mott, 2006). Esta relación la provee el fabricante de la bomba en
sus curvas de operación, especialmente en las bombas centrífugas, en las bombas de
desplazamiento positivo esta información no se suele dar. En una bomba centrífuga, se
debe buscar seleccionar una bomba que trabaje en su máxima eficiencia posible.
La eficiencia mecánica se define como:
ŋ =𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎 𝑎𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎
(2.15)
2.4.4 Leyes de afinidad en las bombas
Las leyes de afinidad son una serie de ecuaciones que permiten hacer una relación
entre varias variables que interfieren en el rendimiento de una bomba, tal y como lo
explica el manual de Goulds (2006), p. 1233, dichas ecuaciones se enumeran a
continuación y donde las variables a considerar son las siguientes:
-
28
Q= Caudal (GPM)
H= Cabeza (ft)
BHP= Caballos de Fuerza (Brake Horse Power)
N= Velocidad rotativa (RPM)
Diámetro del impulsor de la bomba constante:
𝑄1
𝑄2=
𝑁1
𝑁2
𝐻1
𝐻2= (
𝑁1
𝑁2)
2
𝐵𝐻𝑃1
𝐵𝐻𝑃2= (
𝑁1
𝑁2)
3
Velocidad constante:
𝑄1
𝑄2=
𝐷1
𝐷2
𝐻1
𝐻2= (
𝐷1
𝐷2)
2
𝐵𝐻𝑃1
𝐵𝐻𝑃2= (
𝐷1
𝐷2)
3
(2.16)
(2.17)
(2.18)
(2.19)
(2.20)
(2.21)
-
29
Las leyes de afinidad permiten al diseñador calcular como cambian cada una de las
variables cuando las condiciones de alguna de las otras varían.
2.4.5 Cavitación en las bombas
La cavitación es causada por vaporización local del fluido, cuando la presión estática
de un líquido desciende por debajo de la presión de vapor del líquido. Las pequeñas
burbujas o cavidades llenas de vapor se forman, estas de pronto colapsan con tremenda
fuerza al avanzar con el flujo en las regiones de alta presión, dando lugar a una presión
tan alta como 3500 atm. En una bomba centrífuga, estas zonas de baja presión son
generalmente en la entrada del impulsor, donde el fluido se aceleró sobre las superficies
de los alabes (Rama. S, 2003).
Cuando la cavitación se presenta da lugar a las siguientes consecuencias:
• Picaduras y erosión en la superficie metálica.
• Graves daños por erosión prolongada.
• Vibración de la máquina y ruido.
• Disminución de le eficiencia debido a la formación de vapor. (Rama. S, 2003)
Para problemas de cavitación, en la selección del equipo es importante hacer uso del
NPSH, método por el cual se asegura la no presencia de tan destructor fenómeno.
NPSH (Cabeza de Succión Neta, por sus siglas en ingles).
El NPSH debe ser examinado cuando se utilizan bombas centrífugas para predecir la
posibilidad de la cavitación, un fenómeno que tiene tanto efectos mecánicos destructivos
como hidráulicos que se producen cuando se forman burbujas de vapor y se mueven a lo
largo del alabe de un impulsor. (Larock. B et al, 1999)
Para determinar si una bomba cumple con los requerimientos de succión para un
sistema dado es necesario tomar en cuenta el NPSH requerido y el admisible, estos
-
30
representan el de la bomba y el del sistema respectivamente, cabe resaltar que el
admisible debe ser siempre mayor que el requerido para evitar problemas de cavitación.
i. 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑎 (Cabeza de Succión Neta Admisible, por sus siglas en ingles)
La cabeza se succión neta admisible depende de la configuración del sistema y no
depende bajo ninguna circunstancia de la bomba. A continuación se presenta la ecuación
correspondiente:
NPSHa = P ± Hest − Hvp − Hf (2.22)
Donde:
P =Presión absoluta del tanque donde se encuentra el fluido (ft ó m).
Hest =Distancia vertical entre la superficie del fluido y el eje de la bomba (ft ó m)..
Hvp =Presión de vapor del fluido trasegado (ft ó m)..
Hf =Pérdidas en la tubería y sus accesorios (ft ó m)..
ii. 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑟(Cabeza de Succión Neta Requerida, por sus siglas en ingles)
La cabeza de succión positiva neta requerida (NPSHr) es la cabeza de succión
requerido en la boca o brida de succión por encima del vapor, la presión del líquido.
NPSHr es estrictamente una función de la bomba diseño de entrada, y es independiente
del sistema de tubería de succión. (Larock. B et al, 1999).
El fabricante es el encargado de proporcionar el dato basado en pruebas exhaustivas
realizadas según las normas correspondientes.
Es de gran importancia considerar la relación entre el NPSH admisible y el NPSH
requerido en la selección de una bomba. El NPSH admisible debe ser mayor al requerido
por la bomba, de manera que se pueda evitar problemas de cavitación. Algunos expertos
en RECOPE recomiendan al menos un 5% más del valor del NPSH admisible sobre el
requerido.
-
31
2.5 MATERIALES.
Para seleccionar el equipo más adecuado y eficiente para un sistema de trasiego de
fluidos, es un punto trascendental la correcta selección de los materiales, pues estos
estarán sometidos a esfuerzos mecánicos e incluso ataques químicos ya sea por el medio
en que se encuentra o por el mismo fluido de trabajo. Dado esto se pueden presentar
diferentes tipos de corrosión en los equipos, por lo que se mencionaran brevemente.
2.5.1 Corrosión
Corrosión es un ataque destructivo al metal ya sea química o electroquímicamente
por parte del ambiente en que se encuentra. (Gould, 2006).
El tipo de corrosión más usual se da debido a las condiciones presentes alrededor de
los equipos, el cual es conocido como corrosión atmosférica. Esta es el resultado de la
interacción entre un material, principalmente un metal y su medio ambiente atmosférico
(Leygraf, 2002). Debido a que es un proceso electroquímico y, como tal depende, de la
presencia de un electrolito. El electrolito usual asociado con la corrosión atmosférica es
el agua resultante de la lluvia, niebla, rocío, nieve derretida, o alta humedad (Schweitzer,
2006).
Los entornos fueron clasificados como "rural", "urbano", "marino", e "industrial", y
rápidamente es reconocido que las tasas de corrosión varían considerablemente entre
diferentes tipos demedio ambiente (Leygraf, 2002).
A continuación otros tipos de corrosión importantes según el manual Goulds:
• Corrosión galvánica
• Corrosión Uniforme
• Corrosión Intergranular
• Picaduras por corrosión
-
32
• Hendiduras por corrosión
• Corrosión por tensión
• Erosión por corrosión
2.5.2 Tipos de materiales.
Según la aplicación y fluido que se deba trasegar, tomando en cuenta su temperatura
viscosidad y abrasividad, así se debe seleccionar el material a utilizar entre los que se
encuentran acero, bronce, acero inoxidable y varios tipos de aleaciones de aluminio.
2.6 SELLADO DE BOMBAS
En las bombas existe un eje que esta adherido al rotor, este es el encargado de trasmitir
potencia para poder hacer el cambio de presión estática y dinámica necesaria para
movilizar un fluido de una posición a otra.
Para que la selección de un sello sea correcto se debe obligatoriamente con las
características del líquido, presión, temperatura, manejo de sólidos y que tan abrasivo es
químicamente.
Para evitar las fugas de fluido se utilizan dos tecnologías, las cuales son la
empaquetadura y el sello mecánico, estas se describen seguidamente.
2.7 EMPAQUETADURA
La función de la empaquetadura es controlar las fugas y no eliminarlas
completamente. Esta debe ser lubricada, y un flujo de 40 a 60
gotas por minuto fuera de la caja de relleno deben ser mantenidos para una
lubricación adecuada. (Gould Manual, 2006)
A continuación un arreglo típico de una empaquetadura.
-
33
Figura 2.10. Empaquetadura. Fuente: Gould Manual, 2006
2.8 SELLOS MECÁNICOS
Cada sello mecánico tiene en común tres puntos de sellado, que consta de dos juntas
estáticas y un cierre dinámico. El término sello "estático" significa que no hay
movimiento relativo entre las dos partes. Cada cierre mecánico tiene un sello estático
entre el conjunto giratorio y el manguito (o eje), y una segunda junta estática entre la
parte estacionaria dela junta y el sello de la caja. El sello dinámico está entre las dos
caras del sello, una rotando y la otra estacionaria. (Volk. M, 1999)
Los sellos mecánicos se clasifican en balanceados, desbalanceados, sencillos y
dobles. La siguiente figura presenta un sello mecánico desbalanceado.
Figura 2.11. Sello mecánico. Fuente: Gould Manual, 2006
-
34
2.9 MOTORES ELÉCTRICOS.
El motor con el que trabajará la bomba que sea seleccionada es un punto crítico a la
hora de seleccionar un equipo de bombeo, debido a que este será el encargado de
transmitirle potencia a la bomba para que esta ejerza la potencia hidráulica necesaria en
el fluido para completar el trasiego de este.
2.9.1 Motor de inducción
Los motores eléctricos son la fuente de energía en muchas áreas, tales como la
industria, el comercio y residencia.
Un conocimiento básico del diseño y aplicaciones de un motor eléctrico le permite al
ingeniero obtener las habilidades necesarias para elegir de manera correcta el motor más
adecuado que permita una selección segura y con un gasto mínimo de energía. (Capehart,
2007).
Existen muchas clasificaciones de motores eléctricos lo cual dificulta realizar una
clasificación de los mismos, sin embargo, tal y como expone Capehart, existen tres tipos
básicos de motores, los motores de corriente alterna por inducción (asincrónicos), los
motores de corriente alterna sincrónicos y los motores de corriente directa, y de los cuales
más del 90 % de la energía de entrada es corriente alterna para motores de inducción.
(Capehart, 2007).
Los motores de inducción se categorizan en motores de una fase simple
(monofásicos) y motores de tres fases (trifásico).
Dentro de las diferencias entre los motores de una fase y los de tres se encuentran
el método de manejo, por ejemplo, en los motores monofásicos, sus ejes están
directamente conectados al aparato al cual le están suministrando potencia (bombas,
compresores, etc) lo cual genera una desventaja en caso de que el motor falle ya que si
-
35
esto sucede, toda la estructura debe ser remplazada. Caso contrario sucede con los
motores trifásicos ya que estos están acoplados a los aparatos con correas lo que facilita
el remplazo del motor. (Capehart, 2007).
Capehart expone algunos criterios que se deben tomar en cuenta a la hora de
escoger un motor:
• Potencia de salida requerida.
• Torque requerido para la aplicación.
• Ciclos de operación (cuantas veces enciende y apaga el motor).
• Requerimientos de velocidad.
• Orientación de la operación (horizontal, vertical o inclinada).
• Dirección de rotación.
• Limitaciones de empuje.
• Temperatura ambiental.
• Condiciones ambientales a las que es expuesto el motor.
• Fuente de potencia.
• Limitaciones en la corriente de inicio.
• Tarifas eléctricas.
• Aplicación de potencia con controlador de frecuencia variable. (Capehart, 2007).
Otro aspecto muy importante para seleccionar un motor es considerar el factor de
servicio. Si un motor tiene un factor de servicio de 1, quiere decir que este motor no puede
trabajar por encima de la carga máxima total sin que este falle en un período de tiempo
significativo. Si el factor de servicio tuviera un valor de 1,2, significa que el motor puede
operar hasta un 20 % por encima de su carga máxima sin sufrir ningún daño. (Capehart,
2007).
Por último, Capehart explica que es debido no sobrecargar un motor, es por esto
que, la curva de la bomba que suministran los fabricantes siempre estará a la izquierda
de la curva de potencia del motor. Sin embargo, esto puede traer como consecuencia bajas
-
36
eficiencias, ya que si por ejemplo, se tiene una bomba con una potencia requerida de 2,3
hp se puede tener un motor de 5 hp trabajando para cumplir con dicha necesidad sin
embargo dicho motor estará trabajando a eficiencias inferiores a las que trabajaría a carga
completa.(Capehart, 2007).
Es por esto que se debe hacer un balance entre la elección de un motor
sobredimensionado que afecte las eficiencias, o el uso de un factor de servicio que podría
generar las cargas necesarias e incrementar la carga máxima del motor hasta en un 35 %,
sin embargo, tal y como explica Capehart, operar en estas condiciones puede reducir la
vida útil del motor hasta en un 50 %. (Capehart, 2007).
Los motores de inducción de 3 fases son los más utilizados en equipos industriales
y se seleccionan mediante el criterio de NEMA (Asociación Nacional de Manufactureros
Eléctricos, por sus siglas en ingles), a continuación su clasificación:
• Diseño NEMA A: altos torques, bajo deslizamiento y amperajes altos.
• Diseño NEMA B: torques normales, deslizamiento normal y amperajes normales.
• Diseño NEMA C: altos torques, bajo deslizamiento y amperajes altos.
• Diseño NEMA D: alto torque de arranque y alto deslizamiento.
En general los motores de entre 1 y 200 HP tienen un deslizamiento de alrededor
del 3 % (Emadi, 2004).
2.10 HIDROCARBUROS
El petróleo es una mezcla compleja de hidrocarburos y otros compuestos de
carbono, que se compone de elementos tales como carbono (84-87%) e hidrógeno (12-
14%), así como oxígeno, nitrógeno y azufre (1-2%). El contenido de azufre a veces puede
ser de hasta 3-5%. En general, el petróleo está compuesto de hidrocarburos, asfaltenos,
resinas, parafinas, azufre y cenizas. Hay tres grupos principales de hidrocarburos en
-
37
petróleo, es decir, parafínicos, hidrocarburos nafténicos y aromáticos. (Simanzhenkov. V
et al, 2003)
Durante el proceso de refinación el petróleo es fraccionado en varios compuestos.
Esto dependiendo del producto final deseado, los compuestos son procesados y luego
mezclados nuevamente para obtener cantidad de productos (Simanzhenkov. V et al,
2003). Entre ellos:
• Gases para síntesis químicas
• Gasolina
• Diésel
• Aceites residuales
• Lubricantes
• Ceras
2.10.1 Gasolina
Uno de los productos de refinación del petróleo es la gasolina, la cual es
sumamente volátil y tiene un índice de octano elevado. La Refinadora Costarricense de
Petróleo distribuye dos tipos de gasolina, súper y plus 91, las cuales presentaron una
presión de vapor de 67 kPa y 61,5 kPa respectivamente, para el año 2010. (Recope, 2015)
Seguidamente otras propiedades de interés de la gasolina súper antes mencionada.
-
38
Figura 2.12. Propiedades físicas y químicas de la gasolina súper. Fuente: Manual de
productos de Recope (2015)
2.10.2 Diésel
El diésel se deriva del petróleo. Los combustibles diésel, gasolina y jet son
diferentes derivados de la refinación de petróleo, la diferencia radica en que el diésel
contiene hidrocarburos más pesados, con un punto de ebullición más alto que la gasolina
y combustible para aviones. (Simanzhenkov. V et al, 2003)
Recope distribuye 2 tipos de diésel, automotriz y para generación eléctrica, este
último consumido mayoritariamente por el ICE (Instituto Costarricense de Electricidad).
(Recope, 2015). La presente tabla muestra sus principales propiedades.
-
39
Figura 2.13. Propiedades físicas y químicas del Diésel automotriz. Fuente: Manual de
productos de Recope (2015)
2.10.3 Bunker (Fuel oil)
El Bunker es el resultado del primer proceso de refinación del petróleo, por lo que
se le conoce como producto negro, este es utilizado para generación eléctrica
principalmente. Es un fluido muy viscoso, lo cual hay que tomar en cuenta pues influye
directamente en su capacidad de fluir y ser bombeado.
-
40
Figura 2.14. Propiedades físicas y químicas del Bunker para el año 2010. Fuente:
Manual de Productos de Recope, 2011
La tabla anterior refleja las propiedades del producto negro, sin embargo la
viscosidad es dato trascendental en el manejo del Bunker, ya que esta se ve enormemente
afectada por la temperatura, en la siguiente figura se puede observar el comportamiento
de la propiedad contra la temperatura.
-
41
Figura 2.15. Gráfico de viscosidad y temperatura. Fuente: Recope, 2011.
La figura 2.15 muestra cómo se comporta la viscosidad con el bunker. Las curvas
descendentes denotan que a mayor temperatura el bunker tiende a ser menos viscoso.
2.11 NORMAS
Las normas son herramientas de suma importancia pues estandarizan y aseguran
un cumplimiento de requisitos mínimos en el diseño de cualquier sistema mecánico. Entre
las normas más importantes para diseño de sistemas de tuberías y selección de bombas
se encuentran la ASTM A-53, API 610, API 682, ISO 2531, ASME B31.4 y API 676.
API 610
La norma API 610 es basada en la ISO 13709:2003, sin embargo se varía
editorialmente, dado esto ambas normas son técnicamente equivalentes entre sí. Esta
norma internacional especifica los requisitos para las bombas centrífugas, así como
bombas funcionando a la inversa, entre estaslas turbinas hidráulicas de
-
42
recuperación. Para su uso en productos petrolíferos, petroquímicos y gas de la industria
de procesos.(API 610, 2004). A continuación la figura muestra la clasificación de bombas
que realiza la norma.
Figura 2.16. Clasificación de bombas según API 610. Fuente: API 610, 2004.
API 676
La norma API 676 cubre los requisitos mínimos para las bombas de
desplazamiento positivo, para su uso en el petróleo, industria química y el gas. (API 676,
1994)
API 682
La norma API 682 es basada en la ISO 21049:2004, por lo que son técnicamente
equivalentes. Esta norma internacional especifica los requisitos y da recomendaciones
para los sistemas de sellado, tanto para bombas centrífugas como rotativas, se utilizan en
las industrias del petróleo, del gas natural y productos químicos. Es aplicable
principalmente para servicios peligrosos, inflamables y / o tóxicos, donde se requiere un
Montaje -pie OH1
OH2
Vertical en línea con soporte de rodamiento OH3
Acople rígido Vertical en línea OH4
Vertical en línea OH5
Alta velocidad con engranes internos OH6
Dividida Axialmente BB1
Dividida Radialmente BB2
Dividida Axialmente Carcasa simple BB3
BB4
BB5
Difusor VS1
Voluta VS2
Flujo axial VS3
Eje línea VS4
En voladizo VS5
Difusor VS6
Voluta VS7
Tipo código
Bo
mb
as C
entr
ífu
gas
Vo
lad
izo
Entr
e r
od
amie
nto
s
Descarga por la columna
Descarga separada
Soporte central
Ve
rtic
alm
en
te s
usp
en
did
as
Acople cerrado
1 y 2 etapas
Acople Flexible
Multi etapas
Carcasa Simple
Carcasa doble
Tipo de bomba Orientación
Horizontal
Dividida Radialmente Carcasa Doble
-
43
mayor grado de fiabilidad para la mejora de la disponibilidad de los equipos y la
reducción de las emisiones a la atmósfera y el ciclo de vida de los sellos. Cubre juntas
para diámetros de eje de la bomba de 20 mm (0,75 pulgadas) a 110 mm (4,3 pulg.) (API
682, 2004)
La norma menciona lo siguiente como sus objetivos:
• Todos los sellos deben operar de forma continua durante 25 000 horas sin necesidad
de reemplazo
• Los sellos de contención (secos o húmedos) deben operar de forma continua bajo
cualquier presión igual o inferior a la presión de fuga
• Todos los sellos deben funcionar durante 25 000 horas sin necesidad de reemplazo,
mientras que cumplan con las normas locales sobre emisiones, o que tengan un valor
de detección máxima de 1 000 ml/m3 (1 000 ppm vol) medido por el método EPA
21, cualquiera que sea más riguroso.
ASTM A-53
Esta especificación trata sobre tubos de acero galvanizados por inmersión en
caliente, negro, soldado y sin costura en NPS (tamaño nominal de tubo) 1/8 hasta NPS
26 inclusive, con espesor nominal de pared. Debe permitirse suministrar tubos que tengan
otras dimensiones siempre que tales tubos cumplan con todos los otros requisitos de esta
especificación. Se proveen requisitos suplementarios de naturaleza opcional y deben
aplicarse solo cuando sea especificado por el comprador. (ASTM Standard c33, 2003)
ASME B31.4
Esta norma de trasiego de líquidos en sistemas de tuberías es una de varias
secciones de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME, por sus siglas en
inglés) siendo este código para tuberías a presión. La norma aplica para hidrocarburos,
gas licuado de petróleo (GLP), alcoholes y dióxido de carbono. (ASME B 31.4, 2009)
-
44
ISO 2531
La presente Norma Internacional especifica los materiales, dimensiones y
tolerancias, las propiedades mecánicas y recubrimientos estándar de tuberías, accesorios
y piezas especiales. También da a los requisitos de rendimiento para todos componentes,
incluyendo las articulaciones. Esta Norma Internacional se aplica a los tubos, accesorios
y piezas especiales emitidos por cualquier tipo de proceso de fundición o fabricado por
la fabricación de piezas fundidas, así como las articulaciones correspondientes. (ISO
2531, 2008)
2.12 HERRAMIENTA DE DISEÑO
La herramienta de diseño PIPEFLOW, se utiliza como método de cálculo de
pérdidas en tuberías, utilizando tanto la fórmula de Darcy-Weisbach,así como Hazen-
Williams. También calcula perdidas en accesorios utilizando su base de datos de
coeficientes de pérdidas de cada accesorio solicitado por el usuario.
PIPEFLOW es una aplicación basada en WINDOWS para diseñar, documentar y
resolver sistemas de tuberías. Ayuda a los ingenieros en tuberías a analizar y resolver una
gran variedad de problemas donde el flujo y pérdidas de presión en la tubería deben ser
determinados.
Se pueden modelar tanto circuitos abiertos como cerrados, con múltiples tanques
de suministro, bombas y puntos de descarga. (PipeflowBrochure, 2012)
El programa toma en cuenta:
• Elevación del tanque
• Nivel de líquido en el tanque
• Presión en el tanque
• Diámetro del tubo
• Rugosidad del tubo
-
45
• Longitud del tubo
• Accesorios del tubo
• Válvulas y componentes
• Demandas de flujo
• Presión de descarga
• Desempeño de la bomba
-
46
3. DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA PARA LA SELECCIÓN DE
BOMBAS
3.1 PRODUCTOS
La valoración de distintas propiedades de los productos que se trasiegan en
RECOPE es determinante para seleccionar una bomba. Propiedades como viscosidad,
punto de ebullición así como presión de vapor son valores que se deben considerar para
una correcta selección de bomba.
En la RECOPE se trasiegan una variedad de productos para uso de transporte,
industrial, aviación y cementos asfálticos los cuales se usan para la construcción de vías
públicas. Seguidamente, se resume la lista de productos que RECOPE ofrece tal y como
se explicó anteriormente:
3.1.1 Combustibles para transporte
Gasolina Súper Gasolina Plus 91 Diésel Automotriz.
3.1.2 Combustibles de uso industrial
Diésel Térmico Queroseno Bunker (Fuel Oil) IFOS (Fuel Intermedios) Gas Licuado de Petróleo (LPG) Diésel Pesado (Gasoleo) Nafta Pesada
-
47
3.1.3 Combustibles de Aviación
JET AT AV-GAS
3.1.4 Cementos Asfálticos
Asfalto AC-30 Emulsión Asfáltica
En la siguiente tabla se muestran las propiedades más importantes de cada uno de los
productos que RECOPE ofrece.
-
48
Tabla 3.1. Propiedades de los productos de RECOPE
3.2 ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES DE LOS PRODUCTOS DE RECOPE
Para la correcta selección de un sistema de bombeo se debe hacer un análisis de cada
una de las propiedades de los distintos productos que ofrece RECOPE, con el fin de
entender cómo influye cada una de dichas propiedades en la selección de una bomba,
dado esto se deben tomar en cuenta la propiedades a continuación mencionadas.
Producto
Transporte
Gasolina Súper 0,5-1,5 mm2/s a 20 °C (1) 34,18 °C 746,9 Kg/m3 a 15°C 61,7 KPa a 37,8 °C _43 °C
Gasolina Plus 91 0,5-1,5 mm2/s a 20 °C (1) 34,18 °C 743,6 Kg/m3 a 15 °C 61,5 Kpa a 37 8°C _43 °C
