BOMBAS CENTRÍFUGAS

HORIZONTALES

En la mayoría de los procesos que se requieren en la industria petrolera, la bomba es un esencial medio mecánico para obtener una transferencia de energía de presión.

Existen bombas centrífugas de tipo turbina, las cuales constan de un difusor o alabes guías dentro de la carcasa y bombas tipo voluta que no tienen difusor; ambos tipos transforman la Energía de Velocidad en Energía de Presión, teniendo mayor capacidad las de tipo turbina.

El principio de funcionamiento de una bomba centrífuga esencialmente consiste en que el líquido penetra mediante presión atmosférica o cualquier otra clase de presión a un impulsor, que tiene alabes curveados girando sobre una flecha y encerrado dentro de una concha o carcasa.

El líquido entra al impulsor axialmente a la flecha, descargándose posteriormente por su periferia a alta velocidad, siendo recogida por la carcasa o voluta donde se convierte la energía de velocidad en energía de presión, impulsando dicho fluido por la descarga.

La cantidad de líquido descargado valora la Capacidad de la Bomba y generalmente se mide en galones por minuto (G.P.M.), aunque puede medirse en pies cúbicos por segundo (Ft³/seg.) litros por segundo (lt/seg.) y en metros cúbicos por hora (m³/hr.).

La carga desarrollada por una bomba centrífuga está dada por el diámetro del impulsor y la velocidad de rotación “Revoluciones por Minuto” (R.P.M.).

Terminología - Carga: Al esfuerzo y manejo que efectúa el impulsor del líquido que se bombea y se mide en pies de líquido o presión en psi (Lbs/plg²).

- NSPHD: Presión Neta de Succión Positiva Disponible es la presión que tiene sobre la bomba, el líquido que se desea bombear y se mide en Pies de líquido o en psi.

- NSPHR: Presión Neta de Succión Positiva Requerida es la presión de succión que requiere la bomba para operar eficientemente y se mide en pies de líquido o en psi.

- CAPACIDAD: Es el volumen de líquido que es capaz de ser bombeado en un determinado tiempo. Valorado en Trabajo x Tiempo.

Observe en esta imagen que el esfuerzo que tiene una bomba centrífuga, está íntimamente relacionado con las instalaciones donde se encuentra ubicada.

Fig.71 Niveles de Succión y Descarga bajo Presión

7.1 CONDICIONES DE DISEÑO Y OPERACIÓN DE BOMBAS CENTRÍFUGAS HORIZONTALES

Es importante respetar las especificaciones de diseño del equipo de bombeo, para establecer condiciones óptimas de operación, obteniendo con ello, mayor rendimiento y menores costos de mantenimiento.

Todas las modificaciones a los diseños y procedimientos así como los cambios de uso de un equipo o sistema, deben tener su fundamento en un estado previo realizado por personal autorizado y estará de acuerdo con los códigos, especificaciones normas y reglamentos vigentes que garanticen su correcto funcionamiento. Este personal debe fijar con precisión al personal de operación y mantenimiento las condiciones de trabajo y sus limitaciones (Cap. II Art. 4).

Dentro de la empresa petrolera existen 2 situaciones que pueden ocurrir ante la colocación de una Unidad de Bombeo:

1. Cuando se quiere la adquisición de una Bomba Nueva.2. Cuando se requiere seleccionar entre unidades disponibles,

adquiridas con anterioridad por la Empresa pero que corresponden a diferentes tipos y modelos.

En el primer caso:

Debe mencionarse al fabricante, las características del trabajo que se quiere desarrollar, para que él proporcione las opciones de selección, de acuerdo con el estudio de las necesidades requeridas y su correlación con las especificaciones propias de cada una de las unidades.

Los datos de las Condiciones de Operación que se requieren proporcionar son:

1. Características del Líquido.2. Temperatura del Fluido en ( ºF) Normal y Máxima.3. Gravedad Específica.4. Viscosidad Normal y Máxima.5. Capacidad Normal y Máxima (G.P.M.).6. Presión de Descarga Normal y Máxima.7. Presión de Succión Normal y Máxima.8. Presión Diferencial (Psi).9. NSPH Disponible (pies).10. Potencia Hidráulica (HHP).

Cuando se solicita un Tipo Específico de Bomba, se agregan los siguientes datos:

1. Tipo y Número de Bombas.2. Tipo de Servicio3. Modelo.4. Tipo de Motor o Turbina.5. Especificaciones de Diseño:

Velocidad (R.P.M.). NSPH Requerido. Deslizamiento (G.P.M.). Potencia Mecánica. Eficiencia Volumétrica. Eficiencia Total. Rotación. Características del Rotor.

6. Especificaciones de Construcción en cuanto a Tamaño, Rango, Cara y Localización de las Boquillas de: Succión. Descarga. Dren. Venteo. Chaqueta. Prensaestopas.

7. Características de la Carcasa: Presión Máxima Permitida (Psig). Presión Prueba HID (Psig).

8. Tipo de Empaquetadura o de Sello Mecánico9. Tipo de Cople10. Tipo y Localización de Rodamientos11. Tipo de Lubricación12. Materiales de Construcción de:

Carcasa. Flecha. Base. Rotor. Manga. Caja de Rodamientos. Caja Estopero. Bushing de estopero. Tornillos del Cuerpo.

13.Al entregar, el fabricante se compromete a instalar y a efectuar pruebas Hidrostáticas y de Comportamiento.

En caso de solicitar también Unidad Motriz, se requieren los siguientes datos:

1. Motor2. Tipo3. Corriente4. Carcasa5. Rodamientos6. Potencia7. Armazón8. Lubricación9. Velocidad

En dicha solicitud se debe anotar el Peso de la Bomba, del Motor, del Variador de velocidad (incrementador o reductor de velocidad), así como el peso de la base.

En el segundo caso:

Se debe también efectuar un Estudio de Campo que proporcione todas las condiciones de operación así como las Especificaciones de los Equipos que se tienen, para efectuar la correlación antes mencionada.

En el caso de que alguna de las unidades llene los requisitos más importantes, pero con la persistencia de que algunas características no son satisfactorias, se debe valorar la posibilidad de su adecuación.

A continuación se mencionan los criterios de selección más importantes y las formas en que pueden adecuarse las unidades de bombeo a las Condiciones de Operación.

Las ventajas de la bomba Centrífuga sobre las de Desplazamiento Positivo, son las siguientes:

1. Maneja mayores volúmenes de fluido.2. Tiene Flexibilidad operacional al adaptarse a diversos usos y

necesidades, pues tiene variantes en su carga y en su capacidad al: Modificar el diámetro del impulsor. Reducir la descarga con estranguladores de flujo. Modificar el número de impulsores que conforman la bomba, el

número y/o forma de sus alabes dentro de ciertos rangos.

Las Desventajas consisten en:

1. Estar diseñadas para bombear líquidos relativamente limpios con escasos residuos de partículas sólidas.

2. Requieren Presión Neta de Succión disponible (NPSH)D, superior a la Presión Neta Succión Requerida (NSPH)R, aunque esto se puede solucionar de la siguiente manera:

Aumentando la Presión Neta de Succión Disponible al:

a) Subir el nivel donde se encuentra el líquido que se quiere bombear.b) Bajar la ubicación de la bomba.c) Reducir las pérdidas por fricción en los tubos de Succión.d) Utilizar una bomba reforzadora de succión.e) Enfriar el líquido.

Reduciendo la Presión Neta de Succión Requerida.

a) Operar la bomba a velocidades más bajas.b) Utilizar Impulsor con doble succión, disminuye la velocidad de

entrada.c) Emplear impulsor con ojo de succión más grande, disminuye la

velocidad de entrada.d) Colocar una bomba más grande, disminuye la velocidad de entrada.e) Usar en lugar de una bomba, varias bombas más pequeñas en

paralelo, para poner en operación sólo las necesarias para el volumen que se desea bombear.

Por lo antes referido se entiende que debe haber una buena relación CARGA-CAPACIDAD, porque cuando la Carga es menor que la Capacidad existe:

1. Falta de Cebamiento llenándose la voluta de aire o gas y no desplaza.2. Cuando la Carga es ligeramente menor que la capacidad, ¡sí existe

bombeo! pero se producen pequeñas vaporizaciones del fluido, “Punto de burbujeo”, que se adhieren al impulsor produciéndole cavitación, que es más notable cuando se bombea agua, que cuando se trata de hidrocarburos (aceite crudo).

Efectos de la Temperatura

Las altas temperaturas aumentan la velocidad de corrosión en el acero al carbón y provocan expansión térmica de las partes de la bomba, tendiendo entonces a distorsionar los claros internos y el alineamiento de la flecha, por este motivo deberá seleccionarse una bomba con montaje al

centro, enfriamiento con agua y materiales especiales para el sello mecánico.

Las bajas temperaturas hacen potencialmente quebradizas las fundiciones de acero al carbón y los hidrocarburos son altamente volátiles perdiendo sus propiedades lubricantes, pudiéndose afectar el sello mecánico.

Efectos de la Viscosidad

Cuando la viscosidad del producto no es la adecuada a las especificaciones de la bomba, se disminuye su Eficiencia y su Carga-Capacidad. Un fluido altamente viscoso dificulta el arranque y puede taponar las líneas de purga y de balance.

En estos casos se debe efectuar el lavado después de cada operación, así como una chaqueta de vapor para la carcasa y caja de empaques, colocando un sello mecánico con purga y previsiones para limpieza y verificación frecuente del funcionamiento de la unidad.

Terminología:

La viscosidad expresa la facilidad que tiene un líquido para fluir cuando se le aplica una fuerza externa. La viscosidad se mide según el tiempo que tarda en suspenderse la caída de un fluido determinado. Dicho tiempo se valora en Segundos Saybolt Universales (S.S.U.).

La Viscosidad de un fluido reduce la efectividad operacional de una bomba centrífuga cuando llega a 2000 S.S.U. siendo mejor para efectuar esta función las bombas de desplazamiento positivo.

Efectos de la Corrosividad

Cuando un fluido supera la corrosión permisible especificada para los materiales de que está construida una bomba, disminuirá su tiempo operacional y aumentará los costos, requiriendo entonces la aplicación de un líquido externo de lavado.

Efectos de los contenidos sólidos

Cuando el producto que se bombea contiene mayor cantidad de partículas sólidas del permitido, de acuerdo al diseño de unidad de bombeo condicionará erosión, alterará el flujo afectando a los impulsores y el sello mecánico.

Efectos de Alta Presión de Succión

Coloca en estado crítico el funcionamiento del Sello debido a que aumenta la presión diferencial, conduciendo a que la carga hidráulica sobre las caras del sello sea alta, requiriéndose entonces Sello Balanceado con presión de Succión mayor de 75 psi. e impulsor con orificios de balance. Además aumenta la tendencia del empuje axial de los rodamientos que también debe corregirse.

Efectos del Aire o Gas

El Aire y el Gas arrastrados en el líquido de una bomba centrífuga disminuyen su rendimiento, siendo la máxima tolerancia sin deterioro operacional del 5% del volumen total que maneja.

Este aire o gas causa alteración del flujo en el interior de la carcasa o voluta, condicionando con ello turbulencia que llevará a cavitaciones y deterioro del impulsor y la flecha.

La manera como pueden ingresar estos productos al interior es:

1. Puede ser producido al gasificar por aumento de la temperatura del producto.

2. Puede ingresar a través de empaquetaduras dañadas o torques deficientes que no permiten sellar perfectamente la parte hidráulica de la bomba, incluyéndose el Sello Mecánico.

Las pérdidas de presión por fricción son condicionadas por:

1. La altura en que se encuentra el depósito del fluido que se desea bombear.

2. El diseño de las tuberías de succión. Los codos, las tees, alteran el libre fluir de los líquidos. Una boca bien acampanada reduce la zona de fricción.

3. El diámetro de las tuberías debe ser el especificado por el fabricante.4. El estado de la tubería, en cuanto a la rugosidad que existe en su

interior, como sucede en la corrosión aumenta la fricción del líquido, además de que produce flujo turbulento en lugar de Flujo Laminar como se observa a continuación:

Flujo Laminar Flujo de Transición Flujo TurbulentoFig.72

Las Condiciones de Operación son específicas para cada tipo, marca, modelo y número de serie de la Unidad de Bombeo y siempre son proporcionadas en un Manual Técnico por el fabricante.

Sin embargo, apoyados en que el Principio de Funcionamiento es fundamentalmente el mismo, se insertan a continuación las Condiciones de Operación de las bombas utilizadas en el Activo, de las Bombas Centrífugas Horizontales de un Paso, Multipaso y Verticales.

BOMBA CENTRÍFUGA HORIZONTAL DE PROCESO DE UN PASO

Marca BYRON JACKSONTamaño 3 X 4 X 10 HTipo BOMBA HORIZONTAL DE PROCESO

CANTILIVER DE UN PASO-TIPO SC7

Diseñada para proporcionar servicio de varios fluidos, operando con máxima eficiencia sobre una limitada porción de la Curva “Gasto-Carga”.

Con comportamiento Hidráulico satisfactorio basado en pruebas con agua limpia y fresca, libre de: aire, gas y de cantidades excesivas de arena y materiales abrasivos.

Para asegurar un servicio largo y libre de problemas, debe ser manejada por un Operador que haya recibido instrucciones especiales relativas a la unidad y por un personal de mantenimiento familiarizado con los principios básicos y herramientas requeridas en la instalación, cuidados y servicio de la bomba.

DATOS DE DISEÑO

Centrífuga, Horizontal de Partición Radial (Vertical). Tipo Proceso con un Impulsor Voladizo (UN PASO) de Succión

Sencilla.

Impulsor estático y dinámicamente balanceado.

Impulsor unido a flecha mediante tuerca y cuña.

Anillos de Desgaste frontales y traseros tanto en el impulsor, como en la Carcasa y Cubierta.

Rotación (CCW) Contraria al sentido de las manecillas del reloj, vista desde el lado cople.

Soporte en línea de centro de construcción robusta. Carcasa montada en línea de centro con ajuste a cubierta

maquinada, manteniendo entre sí, un empaque.

Cople con Espaciador.

Succión de 4” de diámetro, que puede ser Vertical u Horizontal. Descarga de 3” de diámetro.

Bomba Auto-venteada.

Estopero en la cubierta de la bomba con alojamiento para Sello Mecánico

API-610 7AED, que también permite adaptación para Prensa-estopas convencional.

Soporte para Rodamientos con Depósito de Aceite para Lubricación por Anillos con su retenedor, que aloja los Rodamientos Tipo Bola, tanto de empuje Axial como Radial e incluye una chaqueta de agua de enfriamiento.

El Soporte de Rodamientos está cerrado a cada extremo por una cubierta y un Deflector, teniendo su parte interior cerrada por una Tapa que empaca con 2 Anillos “O” (Orring) sostenidos en dicha cubierta interior del soporte. Su cuerpo consta de aletas fundidas para disipación térmica por aire (opcionalmente con ventilador o con agua ).

Rodamientos: DS Radial (Hilera Sencilla) Axial (Hilera Doble)

TS Radial (Hilera Sencilla) Axial (Dúplex)DD Radial (Hilera Doble) Axial (Hilera Doble)TD Radial (Hilera Doble) Axial (Dúplex)

Fig.73 Bomba Centrífuga Horizontal Byron Jackson(1 Paso)

Bomba CENTRÍFUGA HORIZONTAL CON CAJA DE CHUMACERAS CON LUBRICACIÓN FORZADA

Marca FLOWSERVETamaño y Tipo4 X 6 X 10M 6 PASOS DVMXD Servicio AGUA CONGÉNITA

Es una unidad diseñada para dar máxima eficiencia sobre una porción limitada de la Curva Carga-Capacidad. El Comportamiento Hidráulico está basado en pruebas de laboratorio con agua limpia de 50º a 85º F. Requiere

que el líquido bombeado esté limpio, libre de aire o gas y de cantidades excesivas de arena o materiales abrasivos.

Para asegurar un servicio largo y libre de problemas, debe ser manejada por un Operador que haya recibido instrucciones especiales relativas a la unidad y por un personal de mantenimiento familiarizado con los principios básicos y herramientas requeridas en la instalación, cuidados y servicio de la bomba.

CONDICIONES DE OPERACIÓN DE BOMBA CENTRÍFUGA HORIZONTAL DE 6 PASOS

Servicio - Bombeo de Agua CongénitaLíquido bombeado - Agua CongénitaTemperatura - 35ºC (95ºF)Flujo - 231.8 m³/hr (1021 GPM)Presión de Succión - .5 Kg/cm² (7.11 PSIG)Presión de Descarga - 65.14 Kg/cm² (926.61 PSI)Carga Dinámica Total - 645.16 m (2116.66 PIES)Velocidad - 3550 RPMEficiencia - 79 %Potencia al Freno - 683.4 BHPRotación (Vista desde Cople [CCW] Inverso a las manecillas del

Reloj.

Bombas de Postlubricación

Fig.28 Bombas de Inyección de Agua Congénita

DATOS DE DISEÑO DE BOMBA CENTRÍFUGA HORIZONTAL DE 6 PASOS

1. Bomba Centrífuga Horizontal con Caja de Voluta Bipartida Axialmente, ambas mitades selladas por una junta y retenidas por espárragos y tuercas de acero tratado térmicamente.

2. Las boquillas de Succión y Descarga son integrales a la mitad inferior de la caja, lo que permite retirar la tapa y el elemento rotatorio sin desconectar líneas de succión y descarga

3. El elemento rotatorio consiste en la Flecha, 6 impulsores, manga de balanceo accionados por cuñas que se colocan en la flecha con apriete y se posicionan con anillos partidos y con cuñas candado para evitar el movimiento axial.

4. Los Anillos de Desgaste de la Caja así como las piezas de paso, se posicionan por medio de una unión macho-hembra en mitades de la caja, donde cada macho tiene un tope que evita que gire la pieza y que provee una unión con la mitad inferior de la caja en un diámetro mayor.

5. Cajas de Chumaceras que alojan.

Una Chumacera Axial sobre el extremo abierto, formada por la combinación de una Chumacera de Manga partida con una Chumacera de empuje de zapatas Kingsbury (tamaño JHJ5) y un anillo localizador.

Una Chumacera Radial en el Lado Cople de tipo Manga Partida con perno localizador prensado en parte superior, que evita el giro.

6. Una consola de Lubricación Forzada que suministra el aceite adecuado tanto para la bomba como para el Motor.

7. Dos sellos mecánicos (duales) No presurizados en tandem colocados en la misma dirección, dentro de una sola Caja de Estoperos.

El sello Interno con cara de Carburo de Silicio contra Carburo de Silicio (anticorrosivos) que opera hacia el lado proceso.El Sello Externo con una cara de Carburo de Silicio contra Carbón (sello de respaldo) que opera con un fluido de barrera.

MOTOR DE INDUCCIÓN ELÉCTRICO IEM PARA SERVICIO CONTINUO

- Capacidad: l000 TRIFASICO 3589 RPM CON CARGA EFICIENCIA 95.0 %

- Amperes a FS: 120 a 218 Forma: FACM – 220 Frecuencia 60 Hz

- Tipo HAPE Conexión DELTA ESTRELLA Aislamiento F

- Elevación 105 ºC.