Manual Oper.Bomba Centrífugas

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OPERADOR DE EQUIPO Revisión BOMBAS CENTRIFUGAS Pág.1 de 21 Fecha Nov´04 MANUAL DE BOMBAS CENTRIFUGAS

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    Las bombas centrifugas son usadas en todo el mundo por BJ para lasoperaciones en pozos petroleros. Prcticamente no existe en el mundo ningnequipo de perforacin o cementacin que no utilice bombas centrifugas.El concepto de bomba centrifuga fue deducido por un seor llamado ByronJackson, el cual la invento a fines del siglo pasado, y que fue el fundador de lacompaa.

    La bomba que se describe es

    Horizontal

    De nica etapa

    De succin

    Este tipo de bomba es la mas usada en nuestros equipos para el bombeo defluidos a baja presin, alimentacin de las bombas triplex, mezcla de fluidosentre s o con cemento o arena.La presin de operacin mxima de las bombas centrifuga varia entre 100 a1000 psi.La bomba centrifugarecibe el fluidoperpendicularmentea las aletas, las queal rotar a altavelocidad, la

    expulsan por laperiferia. La fuerzacentrifuga generadapor las paletas,impulsan el fluido amayor presin.

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    La eficiencia de una bomba, se puede definir como el cociente o la relacionentre la potencia entregada a labomba y la potencia entregada por labomba.En esa eficiencia, intervienen factores mecanicos, hidraulicos.

    En los sistemas mecanicos, el disminuir los rozamientos y transmitir la mayorcantidad de energia al sistema. Esto se logra con un adecuado mantenimientode la parte mecanica, el correcto montaje y lubricacion del eje y los rodamientos,y un adecuado enfriamiento del empaquetamiento del eje.En la parte hidraulica, evitar las perdidas de energia reduciendo la luz entre elimpeller y la carcasa o cuerpo e inspeccionando el desgaste de las aletas delimpeller. Cada bomba por diseno tiene una forma de aleta, que es la que le da lamxima eficiencia de velocidad tangencial de fluido en la parte externa del fluido.El secreto de una buena operacin de una bomba centrifuga consiste enoperarla en los rangos de presion y caudal para la cual fue disenada y mantenerla mxima eficiencia mecanica e hidraulica del conjunto.

    La ubicacinde la bomba centrifuga en relacin con el fluido que va a serbombeado es muy importante.La succinde la bomba debe estar colocada lo mas cerca posible a laalimentacin, con una lnea o caera lo mas derecha y corta posible, con elmnimo de vlvulas y uniones posibles.Las bombas centrifugas y sus caeras, deben estar lo mas rgidamente unidasal chasis o montaje del blender, cementador o camin de cido. Toda vibracindebe ser evitada.La vibracin en la centrifuga es la causa de falla de las empaquetaduras, sellosy/o rodamientos, acortando la eficiencia y la vida til de la misma.Tambin una causa de vibraciones es la cavitacin.La cavitacin o chupado de aire causa vibraciones que ocasionan un excesivodesgaste tanto del impeler como en la carcasa o voluta.La lnea de succinde las centrifugas, cuando son mangueras,deben teneruna ligera pendiente ascendente hacia la entrada de la bomba, para evitar todaposibilidad de bolsones de aire. Tambin es importante de ubicar estas lneas lomas derechas posibles.Tpicamente las mangueras de succin son de 4, flexibles, con un refuerzohelicoidal de metal, para prevenir el colapso debido a la succin generada por labomba. El colapso de la manguera de alimentacin, bajara el rendimiento de labomba y ocasionara cavitacin.

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    El motor y la bomba deben estaralineados. Esto significa que los ejesdeben ser concntricos y paralelos.La manera de verificar si sonconcentricos es con una regla o hierroangulo midiendo si coinciden los ejeshaciendo 4 mediciones a 90.Y si son paralelos midiendo con unvernier o espaciador, tambien haciendo4 mediciones a 90.

    Las bombas deben tener sus ejes lubricados. Chequee con su Supervisor el tipode lubricante que emplea cada bomba.

    Mantenimiento preventivoLas bombas centrifugas, solo tienen una parte mvil, que es el impulsor oimpeler y el eje que lo mueve. No tiene vlvulas como las de pistn aspirante impelente.El mantenimiento, adecuadamente realizado en una bomba centrifuga, prolongala vida til, de la misma. Bsicamente consiste en:

    Mantener las empaquetaduras.Engrasar con grasa resistente al agua antes de cada trabajo o cada 8 horas de

    operacin continua.No apretar los ajustes de las empaquetaduras, lo correcto es dejar una pequeaperdida en la misma.

    Lubricar los rodamientos.Engrasar cada 150 horas (cinco emboladas de grasa una vez por semana).Si estn en bao de aceite, controlar nivel da por medio.

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    Operacin correcta:

    Cebar o cargar la bomba antes de usarla. Cargar con la triplex lostanques y luego llenar la centrifuga por gravedad. En el caso de tanquesllenar por desnivel la centrifuga del blender por desnivel del tanque. Nohacer funcionar la bomba en vaco.

    No cerrar bruscamente la vlvula de salida de la bomba. Esto puede

    quebrar la espiga (chaveta), daar el eje o el impulsor. No dejarla en funcionamiento con la vlvula de salidacerrada.

    Al ajustar las empaquetaduras, dejar un goteo de 30 a 50 gotas porminuto. (algo menos de una por segundo).

    Durante la operacin de la bomba, controlar la temperaturade la caja deempaquetaduras y de la caja de rodamientos o engranajes.

    Controlar la presinde la bomba peridicamente, y la separacin entre elrotor y la tapa de succin.

    En zonas fras vaciar la bomba luego de usarla. Antes de poner enmarcha, verificar manualmente la libre rotacin del eje. (Si a la noche helo,puede mantenerse congelada durante el da).

    En clima clido, la bomba centrifuga puede cavitar con fluidos de bajapresin de vapor. (hidrocarburos no estabilizados).

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    Posibles causas de bajo caudal.

    Baja velocidad. Alta presin de descarga.

    Excesiva altura de succin

    Sentido de giro incorrecto

    Cebado o carga incompletas.

    Succin o descarga tapadas parcialmente

    Viscosidad de fluido alta.

    Lista de chequeo operacional.Temperatura de rodamientos - No debe ser superior a los 130 140 oF o 55 a60 oC, en operacin normal. Puede haber un incremento durante el arranque por

    un corto periodo de tiempo. Recuerde que el tocar con la mano la zona de losrodamientos no es la forma de medir la temperatura.

    La entrada del fluido de una centrifugaes perpendicularmente al eje deimpulsion, y ese eje es el que transmitetodo el esfuerzo mecanico al impeller.Los rulemanes del eje deben estarlubricados, y tienen una separacion dela empaquetadura que aisla la presiondel cuerpo de la bomba.

    La empaquetadura se regula demanera tal que un poco de fluidoescape entre la misma y el eje. Estopermite un enfriamiento y prolongar lavida de la misma.

    Goteo de la empaquetadura.Un leve goteo de las empaquetaduras, permite elenfriamiento de la misma. Las tuercas de ajuste permiten controlar la velocidadde goteo. Reajuste las empaquetaduras despus de un trabajo. El aumento detemperatura de bombeo va a generar una expansin de la empaquetadura.

    Vibracin. Toda vibracin es indicacin que algo incorrecto esta sucediendo.Excesiva vibracin generalmente indica un alineamiento incorrecto de la bombacon el motor, problemas mecnicos en el eje, o impeler trabado.

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    El peor enemigo de un rodamiento esel trato inadecuado, cuando esta

    afuera de su montaje. Cubralo.Envuelvalo. Es un elemento deprecision, no lo martille paraencastrarlo!. Si tiene que calentar losrodamientos para instalarlos en el eje,solo use aceite caliente. No los martilleen forma directa. Use las herramientasadecuadas. Entre el eje y el impeler,hay un acople mecanico, con unachaveta y tuerca de ajuste. El ajustedel impeller al cuerpo hidraulico de la

    bomba es una de las claves paramantener una alta eficiencia hidraulicadel sistema.

    Paradas. Cuando pare su centrifuga, asegrese que no haya slidos quepuedan sedimentar en el cuerpo. Si los slidos se decantan y reinicia la marcha,ocasionara un serio dao en el impeler y la carcasa, y muy posiblemente en eleje o la espiga o chaveta. Cuando cualquier centrifuga no va a ser empleada pormas de 12 horas, debe ser drenada si hay posibilidades de helada.Toda centrifuga debe ser limpiadas de cualquier fluido corrosivo, o cualquier otrofluido que no sea agua, debe ser drenado.

    Mantenimiento de la parte hidrulicaEl mantenimiento de la parte hidrulica consiste en la inspeccin de la voluta ocarcasa, del impeler, del disco de succin y la tapa de succin. Tambin en larevisin de las empaquetaduras del eje.El disco de succin del impeler, no debe mostrar erosiones mayores de . Encaso que la erosin sea mayor requerir un cambio.Revisar el impeler. Mas si el disco de succin muestra signos de desgaste oerosin. La erosin del impeler se puede medir en desgaste de paletas, tanto enla superficie interna, si ha bombeado considerable volumen de fluidos abrasivos,habr un adelgazamiento de las paletas y deformacion del borde.como en el extremo de las mismas.

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    Una bomba centrifuga, tiene un rendimiento calculado para determinadascondiciones de trabajo que estan dadas por

    Presion de trabajo

    Revoluciones del Impeler

    Diametro interno y externo del impeller

    Angulo de entrada y salida de las aletas

    Ancho y numero de aletas.

    Y el rendimiento se vera afectado por el espacio entre el impeller y la carcasa yla viscosidad y densidad del fluido.Siempre se cumple la relacion :

    RPM x Torque = Presion x Caudal

    El mantenimiento de la parte hidrulica de una centrifuga requiere tener unconocimiento de cmo y por que funciona la misma. En una bomba a piston, elprincipio basico de funcionamiento es simple y facilmente entendible, un pistonque alternativamente llena una cavidad, y dos valvulas, una de admision y otrade descarga que impiden cada una el flujo en una direccion.En una centrifuga, no hay camaras de volumen variable, ni valvulas.El fluido entra axialmente a un rotor que impulsa en un movimiento circular elfluido a la periferia, aprovechando la fuerza centrifuga provocada por la rotacionde ese impulsor.

    Este rotor o impeler, tiene aletasque direccionan el fluido hacia laperiferia o parte de afuera de lacarcasa o voluta. La eficiencia deuna bomba dependera del ajustedel impeller con la carcasa y de laforma de las aletas. El rendimientode la bomba, depende de ladiferencia que haya entre V2y V1,que son un factor de diseno.Cuando bombeamos fluido

    abrasivo, las aletas sufren undesgaste, tanto en la salida de laaleta como en la luz entre elimpeler y la carcasa. La luz entreel impeller y la carcasa o voluta estambien determinante de laeficiencia de la bomba.

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    Las bombas centrifugas son denominadas por el diametro de sus bridas deentrada y salida. El diametro exterior del impeller es el necesario para definir elrendimiento de la bomba. Una bomba puede denominarse 3 x 4 tener undiametro de impeller variable, entre 7 a 13.

    Supongamos que la bomba tiene unimpeller de 13, y que el caudal debombeo es de 300 gal/min, con unaaltura de columna de 85 pies deagua, para lo cual se requiere de unmotor de por lo menos 9 HP,girando a 1150 rpm. Las curvasmarcadas como NPSH (Net PositiveSuction Head), es la altura critica decolumna para evitar cavitacion de labomba. NPSH es caso 5 pies.

    En el mismo caso anterior, (300gal/min) con el impeller de 13, perogirando a 1750 rpm, podra bombearcon una columna total de 200 piesde agua. Pero su consumo depotencia sera de casi 24 HP. ElNPSH de casi 9 pies.

    En el grafico de la derecha, se puede calcular conel impeller de 13, cual sera el requerimiento depotencia para varias columnas de agua.

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    Las bombas centrifugas son denominadas por el diametro de sus bridas deentrada y salida. El diametro exterior del impeller es el necesario para definir elrendimiento de la bomba. Una bomba puede denominarse 3 x 4 tener undiametro de impeller variable, entre 7 a 13.En la mayoria de las curvas de eficiencia de los fabricantes de bombas, traenuna familia de curvas de NPSH, (Net Positive Suction Head), en dondeNPSH = Hs + - He - HF - Hvp

    En dondeHs = ContrapresionHe = Altura de la bombaHf = Perdida equivalente por friccionHvp = Presion de Vapor del fluido a la temperatura de bombeo.

    Supongamos que la bomba tieneun impeller de 13, y que elcaudal de bombeo es de 300gal/min, con una altura decolumna de 85 pies de agua,para lo cual se requiere de unmotor de por lo mento 9 HP,girando a 1150 rpm. Las curvasmarcadas como NPSH (NetPositive Suction Head), es laaltura critica de columna paraevitar cavitacion de la bomba.NPSH es caso 5 pies.

    Para pasar de pies de agua de altura a psi, la formula de conversion es:

    Pies de agua x Gravedad especifica del fluido = psi 2 . 3 1

    o bien : Ph = 0.052 x Densidad (lbs/gal) x altura (pies) = psi

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    En el mismo caso anterior, (300gal/min) con el impeller de 13,pero girando a 1750 rpm, podrabombear con una columna total de200 pies de agua. Pero suconsumo de potencia sera de casi24 HP. El NPSH de casi 9 pies.

    En el grafico de la derecha, sepuede calcular con el impeller de13, cual sera el requerimiento depotencia para varias columnas deagua.

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    Todas estas curvas de rendimiento son en condiciones ideales, con la succioncompletamente llena, sin bolsones de aire. Para evitar esto, es necesario teneren cuenta algunas indiciaciones operativas. Entre ellas,

    Evitar la formacion de burbujas por derramecerca de la succion.La caeria de entrada o circulacion debe estaralejada de la succion, y la salida por debajo de lamitad de la altura del tanque.

    El extremo de la caeria de succion,debe tener una placa deflectora, o uncodo y campana, para evitar laformacion de remolinos embudos ovortices.

    Las caerias o mangueras no debenpresentar curvas que permitan laformacion de bolsones de aire, los quepueden ocasionar la descarga de labomba. Ante un aumento de caudal, labomba se puede descargar porsuccion de aire entrampado en elbolson.

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    Bomba Morris

    Modelo JC

    El eje de esta bomba esdesplazable.Se puede regular la luz oseparacion entre el discode desgaste y el impeller oimpulsor.

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    Bomba centrifuga Gorman Rupp

    Bomba Allis ChalmersModelo F8 FrameLos rodamientos estan lubricados enbao de aceite. Se debe controlar elnivel del deposito (12) antes decomenzar.

    Bomba Centrifuga BJ, modelo Mark IEn los cementadores, tiene una caja deengranajes con la relacion 1:1,64.Tanto la empaquetadura como los

    rodamientos tiene puntos de engrase(8). Los rodamientos son de empuje(13) y el radial (12) mas cercano a labomba.

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    Bomba Supercargadora de lechada de cemento

    En algunos modelos de cementadores (118) hay una bomba de cemento que sela llama supercargadora. En este tipo de bomba, le flujo no es radial como en lacentrifuga, donde la descarga del fluido sale tangencialmente al eje, sino que eneste caso la descarga sale paralelamente al eje de rotacion del mecanismoimpulsor. El mecanismo de impulsion, es una helice, y no una aleta. Esta bombausada para sobrealimentar la Pacemaker desde el cajon de mezcla, puedealimentar con 16 BPM a 12 psi si bien la eficiencia es relativamente baja, puedeoperar en un amplio rango de viscosidades y densidades, inclusive muestrapoca sensibilidad a una lechada de cemento con algo de aire entrampado.Debido a su bajo nivel hidrostatico en la succion, no tiene muchas limitacionesen cavitacion. Como la mayoria de la centrifugas es movida por un motor

    hidrulico.

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    REVISION Y DETECCION DE FALLAS.

    La bomba no estacebada.

    Cerrar succin, llenarbomba por gravedad.

    La bomba no tiene lasRPM adecuadas. (no giralo suficientemente rpido)

    Revisar transmisin a labomba. Presin hidrulica,correas o transmisin,segn el caso

    La presin de descargaes alta, o el desnivel altopara esa caracterstica dela bomba.

    Verificar lnea de descargaque no tenga vlvulaparcialmente cerrada, uobstruida, o lacontrapresion del sistemano sea alta.

    Desnivel de succin muygrande, (muy bajo el niveldel liquido).

    Verificar nivel de succin onivel de tanques.

    El impeler o la lnea desuccin tapadas.

    Obstrucciones en lamanguera de succin ovlvula de pie o retencin.

    Bomba gira en sentidocontrario.

    Revisar sentido de giro(marcado en la carcasa ovoluta)

    Entrada de aire en lasuccin o por laempaquetadura del eje.

    Revisar succin.Mangueras con problemasde hermeticidad en la unin

    manguera acople, o en lazona de mxima flexin, a2 pies del acople. Revisarempaquetadura del eje.

    Si la bomba gira endireccin incorrecta,revisar la tuerca de ajustedel impeler, que no sehaya aflojado (Torquede160 lbs-pie)

    El Impeler esta fijo por unatuerca que tiene un sentidode apriete segn el giro deleje. Revisar si tenia el giroincorrecto.

    Vlvula de succin o

    descarga cerradas.

    Abrirlas.

    La bomba nobombea

    Vlvula de pie o lnea desuccin no sumergidas losuficiente.

    En tanques con manguerasumergida puede generarvrtice o embudo de aire sino tiene sumergencia.

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    Lnea de succin pierde. Revisar succin.Mangueras con problemasde hermeticidad en la unin

    manguera acople, o en lazona de mxima flexin, a2 pies del acople.

    Aire o gas entrampado enla bomba.

    Por el tapn superior de lacarcasa, revisar que nohaya bolsa de aire.

    No hay suficiente NPSH.(Net Positive SuctionHead).

    Verificar desniveles y/ocontrapresiones.

    La bomba sedescarga despus

    de comenzar abombear.

    Puede haber entrada deaire en la lnea de

    succin.

    Revisar succin.Mangueras con problemas

    de hermeticidad en la uninmanguera acople, o en lazona de mxima flexin, a2 pies del acople.

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    Poco y/o demasiadocaudal de bombeo.

    Potencia consumida envelocidad (Q), sincontrapresion. Calorgenerado por friccin porexceso de velocidad.

    Densidad o Viscosidadmayores que lascalculadas por diseopara el motor.

    Calor generado porexceso de torque.

    Altas RPM Vlvula o comandohidrulico mal registrado.

    El motor calienta

    Motor defectuoso Motor hidrulico con

    problemas. Consultar.Entrada de aire por lalnea de succin o porla empaquetadura.

    Revisar succin.Mangueras conproblemas dehermeticidad en la uninmanguera acople, o enla zona de mxima flexin,a 2 pies del acople.Revisar empaquetaduradel eje.

    RPM de la bomba muybajas o insuficientes.

    Circuito hidrulico conotros motores

    conectados, y no haypotencia disponible paraese consumo.

    Contrapresion endescarga o desnivel enla succin

    Vlvula estrangulada ensuccin o descarga.Verificar presin endescarga. Revisar nivel yobstruccin en succin.

    Impeler o succinparcialmente tapado

    Revisar por objetosextraos.

    Insuficiente NPSHdisponible.

    Desgaste de voluta Bomba con baja eficienciapor desgaste, erosin dela carcasa.

    Caudal y presin

    insuficientes.

    Desgaste, erosin omucho juego en impeler

    Desgaste o erosin en laaleta del impeler ocasionabaja de eficiencia

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    BOMBAS CENTRIFUGAS Pg.19 de 21FechaNov04

    Conjunto bomba motordesalineado

    Verificar alineacin delconjunto.Desalineado paralelo.Desalineado concntrico.

    Conjunto flojo. Montajeno apretado

    Apretar tuercas demontaje. Verificararandelas.

    Impeler parcialmentetapado, condesbalance.

    Verificar Impeler tapado,gastado desparejo.

    Bomba con defectomecnico

    Eje doblado o montura

    del eje incorrecta

    Verificar montaje del eje.

    Impeler desbalanceado Impeler gastadodesparejo. Corrosin.

    Rodamientos orulemanes gastados,defectuosos

    Rulemanes malmantenidos. Pista concorrosin o desgaste.Cambiar.

    Caneria de succin odescarga flojas.

    Verificar apriete decaeras. Ajustar.

    Aire entrampado en lavoluta.

    Chequear tapn superiorcmara llena. Llenar ytapar.

    Vibracin en la

    bomba o con ruido

    Acople del eje daado. Acople mal ajustado.Manchn defectuoso.Reemplazar.

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    Empaquetaduragastada, acorchado ovitrificado, ocontaminado.

    Empaque de eje gastado omuy apretado generacalor y se vitrifica ypierde hermeticidad.Cambiar

    Empaque no lubricado Lubricar. Verificar tipo delubricacin.

    Camisa del eje gastadao rayada o estriada.

    Eje gastado o rayadodaa empaquetadura.Verificar ovalizacion oprofundidad de estra.Consultar Mecnico.

    Empaquetadura con

    ajuste incorrecto.

    Verificar ajuste parejo dela empaquetadura.

    NPSH muy alta Alta Contrapresionexcede el sistema.

    Perdida por el eje

    excesiva

    Empaque incorrecto Empaquetaduras malpuestas. Mal cruzadas.Circunferencia corta.Reempaquetar bien.

    La eficiencia de una bomba centrifuga depender fundamentalmente delcorrecto armado del impeler y del empaquetamiento de la bomba.El impeler tiene que tener la luz correcta entre la base y la tapa, y la base serperpendicular al eje de rotacin.

    El ajuste del impeler serealiza haciendo retrocederel eje hasta que el impelertoque levemente la base, yse retrocede 1/6 de vueltahasta que gire libremente.Se ajusta tuerca ycontratuerca y verifica elgiro libre del impeler sinroce.

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    BOMBAS CENTRIFUGAS Pg.21 de 21FechaNov04

    Los diferentes modelos de bombas tienen distintos tipos de ajustes.