APNDICE BOMBAS

Diseo de bombas Balance energa del lquido que entra a la bomba E-1 por una toma de succin 2 y que sale de

la bomba por una descarga 3. Aplicando la ecuacin de Bernoulli entre los puntos de succin y

descarga. Se tiene:

Consideraciones en el balance:

- La nica friccin que existe es la que se produce en el interior de la bomba y esta se incluye en el rendimiento de la misma, por tanto se puede despreciar el trmino de

h3-2 =0

- La diferencia de altura entre la altura y salida de la bomba Z3-Z2, suele ser muy

pequea o igual a cero y puede ser elimina de la ecuacin Z= 0.

- Se est considerando que las tuberas de succin y descarga son del mismo tamao, por lo que las cargas correspondientes a la velocidad de cancelan, sin embargo en general la tubera de succin es mayor que la de descarga.

Nota:

Como los costos se relacionan con la potencia y los costos de operacin son proporcionales a la

potencia, stas son las nicas ecuaciones necesarias para el diseo preliminar.

Y luego, calculando la potencia:

Datos para el diseo preliminar:

Para el diseo preliminar en la bomba del fluido secundario, se cuenta con los siguientes datos,

con los cuales se ha hallado el Heat de la bomba (metros) y la potencia (HP) de la bomba. (S.I.)

Bomba L-101 Centrfuga radial multietapa Fluido: Isobutano lquido saturado

i-C4 Flujo volumtrico(m3/s) 0.21 i-C4 Flujo volumtrico(GPM) 3100

P Succin(bar) 3.5 Pdescarga(bar) 40.8

P vapor a T=38C (Bar) 4.48

Temperatura del fluido (C) 38 Eficiencia de la bomba 80%

Head bomba(m) 702.12 P requerido (HP) 1048.2

NPSH requerido (m) 0.2

Potencia real de cada bomba(HP) 1310 N bombas 4

POTENCIA TOTAL CONSUMIDA(HP) 4192.8

El clculo de NPSH, se determina de la siguiente manera:

Fuente perry

Consideraciones:

- Para evitar problemas por cavitaciones, aseguramos el NPSH). Para lo cual se

consider que el tanque pulmn est lleno hasta una altura de 2.85m (9.35 ft). y el

tanque esta elevado a 0.5m (1.64ft) sobre el nivel del piso. Resultando NPSH = 1.5 m

(4.8ft)

Eleccin preliminar de las bombas de lquidos

Para la seleccin se tiene en cuenta:

- Las bombas de turbina o regenerativa, son ms atractivas para las aplicaciones de alta presin y flujo bajo. Sin embargo, ya que las bombas centrfugas radiales pueden efectuar el mismo servicio a un costo competitivo, podemos enfocarnos en el diseo con la seguridad de que las unidades regenerativas (turbinas) crearan un cambio despreciable en la economa del proceso.

- La bomba centrifuga, es el transportador ms confiable, de trabajo pesado y econmico.

Por lo tanto, el tipo de bomba que ms se cerca es el centrifuga radial, entonces ese ser el

que escogeremos.(Ver anexo bomas)

SELECCIN DE

BOMBAS:

ESPECIFICACIONES DE LA BOMBA:

BOMBA DE SECCION DE ANILLOS DE ETAPAS MULTIPLES DE ALTA PRESION

FABRICADO POR: GOULDS PUMPS

MATERIAL ACERO AL CARBONO

CAPACIDAD POR BOMBA ( GPM ) 3000 (680 m3/h)

HEAD (M) 1000 (3300 ft)

TEMPERATURA (C) 204 ( 400F)

PRESIN (PSIG) 1650 (114 Bar)

FRECUENCIA 60 HZ

DIAMETRO DE DESCARGA 6"

DIAMETRO DE SUCCION 8"

DIAMETRO DEL IMPULSOR 13"

Bombas en el mercado

Fuente: Pump Selection Guide / Gould Pumps/ section: Multistage/axial Flow/Double Suction/page 12

Costo de la bomba de proceso

Se tiene un conjunto de 16 evaporadores agrupados en trenes (04 evaporadores /tren). El flujo

de 02 trenes de evaporadores se dirige a 03 tanques pulmn, para luego succionar el

isobutano condensado mediante 02 bombas. Por lo que el flujo i -C4 requerido para el diseo

de cada bomba es la cuarta parte del total.

Se requieren: 1 bomba / tren de condensadores

COSTO BOMBAS = f ( m3/seg, tipo de bomba, material, temperatura)

Segn la grafica de costo obtenemos

FUENTE: Aspen IcarusProcessEvaluator 2002, User Guide, Apndice B: Factores de correccin para el costo de

equipos

Pero aplicando factores de correccin, para las siguientes consideraciones:

De la correccion de la grafica adjunta arriba(VER ANEXOS TABLAS DE CORRECCION)

- Material Acero inoxidable: Am :1.0..Tabla B.3

- Presin de diseo: Ap :2.1..Tabla B.4

- Temperatura de diseo 300C: At : 1.0..Tabla B.5

Ahora calculamos el costo de intercambiador hacia el ao 2009

Tenemos el precio para el ao 2002 con ndices de costo lo pasamos al ao actual (2013)

Ahora, cambiamos el costo del intercambiador hacia un ao actual (2009)

Indice(2009) =897.3; Indice(2002) = 699.2

Calculando

Resumen

Evaporador

Costo / bomba 26950 Numero de bomba 4

Costo de bombas torre de enfriamiento

Por arreglo de trenes: 1 bombas / tren de torres de enfriamiento

Costo de bomba:

FUENTE: Aspen IcarusProcessEvaluator 2002, User Guide, Apndice B: Factores de correccin para el costo de

equipos

Pero aplicando factores de correccin, para las siguientes consideraciones:

De la correccion de la grafica adjunta arriba(VER ANEXOS TABLAS DE CORRECCION)

- Material Acero inoxidable: Am :2.4..Tabla B.3

- Presin de diseo: Ap :2.1..Tabla B.4

- Temperatura de diseo 300C: At : 1.0..Tabla B.5

Ahora calculamos el costo de intercambiador hacia el ao 2009

Tenemos el precio para el ao 2002 con ndices de costo lo pasamos al ao actual (2013)

Ahora, cambiamos el costo del intercambiador hacia un ao actual (2009)

Indice(2009) =897.3; Indice(2002) = 699.2

Calculando

Resumen

Evaporador

Costo / bomba 69853 Numero de bomba 8

Los costos, segn las especificaciones dadas, se complementan con la siguiente grfica:

APENDICE TURBINA

Diseo Turbina Datos de la turbina

CONDICIONES DE OPERACIN FLUJO DE ISOBUTANO(lb/h) 3591720

FLUJO DE ISOBUTANO(Kg/s) 453.5

Entrada salida Entalpia(Btu/lb) 355 Entalpia(Btu/lb) 315

Entalpia(KJ/Kg) 826 Entalpia(KJ/Kg) 733 T(F) 300 T(F) 100

P (psia) 600 P (psia) 50 T (C) 149 T (C) 38

P(bar) 41 P(bar) 3.5

POTENCIA GENERADA

DIFERENCIA DE ENTALPIA (BTU/lb) 40

POTENCI A GENERADA POR EL i -C4(BTU/h) 143668800

POTENCI A GENERADA POR EL i -C4(MW) 42.109

POTENCI A GENERADA POR EL i -C4(Hp) 56523

Para turbinas de 15000 Hp se tiene:

CANTIDAD DE TURBINAS

POTENCI A DE TURBINA ESTANDAR (Hp) 15000

CANTIDAD DE TURBINAS DE 15000 Hp 4

POTENCI A TOTAL DE LAS TURBINAS DE 15000 Hp 60000

POTENCI A TOTAL(Hp) 60000

POTENCI A TOTAL (MW) 44.7

Consiguientemente calculamos la eficiencia para una turbina de 15000 HP, notar que hemos

interpolado para una presin de entrada de 600Psia.

Figura 15-13 del GPSA(ver Anexos Turbinas)

Eficiencia= 76.5 %

- Perdida de eficiencia en la turbina por estrangulacin en la valvula

Luego, calculamos primero la prdida de eficiencia, perdida en la turbina debido a la

vlvula, para ello calculamos la relacin de presin:

Segn la grfica de prdida de eficiencia versus relacin de presin, GPSA Data

BookFigura 15-7(ver anexos turbina)

Eficiencia perdida = 3.5%

- Correccin de eficiencia por fluido de sobrecalentamiento

Temperatura de sobrecalentamiento para T= 300F:

Ts= 486 F

Segn la GPSA Data BookFigura 15-15(ver anexos)

Eficiencia = 99.9%

- Perdida de eficiencia por factor velocidad de turbina.

Las revoluciones de la turbina sern 5000 rpm (Segn estndar del mercado)

Siguiendo las reglas heursticas del dedo pulgar la velocidad de entrada a una turbina es de

(Ver GPSA Data Book Figura 15-15(ver anexos))

Por ltimo, sabemos que:

EFICIENCIA

RELACION DE PRESION (Pent/Psal) 12.0

PORCENTAJE DE EFICIENCIA PERDIDA POR VALVULA 3.5%

TEMPERATURA DE SOBRESATURACION(F) 486

SOBRECALENTAMIENTO DE TEMPERATURA(F) 186

PORCENTAJE DE EFICIENCIA PERDIDA POR SOBRECALENTAMIENTO 99.9%

VELOCIDAD DE TURBINA(rpm) 5000

PORCENTAJE DE EFICIENCIA PERDIDA POR VELOCIDAD 97.6%

EFICIENCIA SEGN PRESION Y POTENCIA(15000 hp) 76.5%

TOTAL EFICIENCIA(15000 hp) 72.0%

Por lo tanto:

Eficiencia total = 72.0 %

Calculando la potencia real entregada:

POTENCIA REAL

POTENCIA REAL(hp) POR CADA TURBINA DE 15000 hp 10796.8

POTENCIA REAL ENTREGADA(HP) 43187.2

POTENCIA REAL ENTREGADA(MW) 32.2

DIAMETRO DE ENTRADA Y SALIDA

Calculamos el dimetro de entrada

Teniendo en cuanta la regla heurstica del dedo pulgar la velocidad de salida ser el

dimetro de salida ser:

NUMERO DE ETAPAS

Segn la grfica Los indicadores estn entre 1.85 y 2.15 El nmero de etapas estarn entre:

FUENTE: GPSA, Data Book, Versin FPS, Volumes I & II, Seccin 15, Figura 15-18, pg. 15-8

Por lo tanto el nmero de etapas es:

Costo Turbina

ESPECIFICACIONES DE DISEO

Flujo del fluido de trabajo 3591720 lb/h Presin de entrada del i-C4 600 Psia

Presin de salida del i- C4 50 Psia Temperatura de operacin mxima 149 C

Nmero de turbinas de 15 000 hp 4

Ahora, utilizamos la grfica de costos para turbinas en funcin de la potencia, nos ubicamos en la

recta para turbinas de gas, luego intersecamos nuestra nueva potencia:

FUENTE: Aspen IcarusProcessEvaluator 2004.2, User Guide, Apndice A: Costos de Equipos. Figura A6

Y tenemos:

Pero aplicando factores de correccin, para las siguientes consideraciones (VER ANEXOS TABLAS

DE CORRECCION)

- Material : Acero al carbn AM= 1.0(Tabla B.1)

- Temperatura de diseo : 150C AT=1.6(Tabla B.5)

Entonces, el nuevo costo por turbina es:

Ahora cambiamos el costo de la turbina hacia un ao actual (2009), utilizando el mtodo de

ndices de costo, para ello utilizamos como referencia los artculos de ChemicalEngineering,

para el ao 2009:

Indice(2009) = 597.0 ; Indice(2002) = 444.2

Calculando:

Resumen

Turbina

Costo / turbinar 645 1155 $ Numero de turbina 4