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CAPITULO 14

BOMBAS

Ing. Jorge Barrientos, MSc. 14-1

CAP. 14. BOMBAS

Debido al uso y aplicación de sistemas de bombas en una amplia variedad de servicios en las operaciones del gas, es importante destacar ciertos conceptos fundamentales relacionados con el diseño, selección, operación y mantenimiento de estos equipos.

1. DEFINICION DE CONCEPTOS.

ELEVACIÓN DE SUCCIÓN.

Existe elevación de succión cuando la fuente de suministro del líquido a ser manejado por la bombas, se encuentra por debajo del eje central de la misma. Así, se puede definir como la distancia vertical en pies o metros, desde el eje de la bomba hasta el nivel del líquido a ser bombeado.

COLUMNA ESTÁTICA DE SUCCIÓN.

Existe cuando la fuente de líquido se encuentra por encima del eje central de la bomba. Es la distancia vertical en pies o metros, entre el eje de la bomba y la altura de la cual se suministra.

COLUMNA ESTÁTICA DE DESCARGA.

Es la distancia vertical en pies o metros del eje central de la bomba al punto de entrega libre de líquido.

COLUMNA ESTÁTICA TOTAL.

Es la distancia vertical medida entre los niveles de líquido a la succión y a la descarga. (Ver Figura 1).

COLUMNA DE FRICCIÓN.

Las tuberías, válvulas y demás accesorios de un sistema de bombeo, ofrecen cierta resistencia al flujo de los líquidos. Esta resistencia se traduce en una pérdida de presión, conocida como pérdida por fricción. La misma depende de la velocidad del líquido y de su naturaleza, del tamaño de la tubería y sus condiciones internas, y del número y tipo de válvulas y accesorios existentes en el sistema. La suma de todas las pérdidas asociadas a los elementos citados, se conoce como columna de fricción. Se expresa en pies o metros de líquido.


FIG. 1 COLUMNA DE UNA BOMBA


COLUMNA DE VELOCIDAD.

Es la energía contenida en el líquido a causa de su movimiento a una cierta velocidad. Puede interpretarse como la altura desde la cual tendría que caer el líquido para alcanzar la velocidad deseada. Esta variable se expresa en pies o metros de líquido.

COLUMNA DE PRESIÓN.

Debe considerarse cuando un sistema succiona o descarga a un tanque en el cual existe una presión diferente a la atmosférica. Una presión de vacío en la succión o una presión positiva en la descarga, debe sumarse al sistema de columna, mientras que debe restarse si se tiene lo contrario.

ELEVACIÓN DINÁMICA TOTAL DE SUCCIÓN.

Es la elevación estática de succión más la columna de fricción en la línea de succión, más la columna de velocidad en la brida de succión.

COLUMNA DINÁMICA TOTAL DE SUCCIÓN.

Es la columna estática de succión menos la columna de fricción en la línea de succión.

COLUMNA DINÁMICA TOTAL DE DESCARGA.

Es la columna estática de descarga más la columna de velocidad y la columna de fricción en la línea de descarga.

COLUMNA DINÁMICA TOTAL.

Es la columna dinámica total a la descarga menos la columna dinámica total a la succión o más la elevación dinámica total de succión.

CAPACIDAD.

También conocida como caudal, flujo o gasto, es el volumen de líquido manejado por una bomba en una unidad de tiempo. Según las unidades de medición usadas, puede expresarse en:

Litros por minuto LPM

Galones por minuto GPM

Barriles por día BPD


POTENCIA.

La potencia de una bomba es el trabajo que se requiere efectuar en una unidad de tiempo para elevar una cantidad de líquido a determinada altura. Se expresa en HP o caballos de potencia. El BHP (potencia al freno) es el caballaje actual entregado a la bomba por su impulsor. El WHP (caballaje hidráulico) es la potencia que la bomba entrega al líquido.

EFICIENCIA.

Es la relación entre la energía que suministra la bomba y la que recibe del impulsor. Estos valores difieren entre sí debido a que existe un consumo interno o disipación de energía en la bomba.

COLUMNA NETA DE SUCCIÓN POSITIVA (NPSH).

El “Hydraulic Institute” define el NPSH como la columna total de succión determinada en la brida de succión, menos la presión de vapor del líquido. Dicho de otra manera, es un análisis de la energía disponible en el lado de succión de la bomba para determinar si el líquido manejado vaporizará en los puntos más bajos de presión de la bomba.

La presión que un líquido ejerce sobre sus alrededores, depende de su temperatura. Esta presión conocida como presión de vapor es una característica de cada líquido y aumenta con la temperatura. Cuando la presión del vapor dentro del líquido alcanza la temperatura del medio ambiente, el líquido comienza a vaporizarse. La temperatura a la que esto ocurre disminuye a medida que la presión del ambiente disminuye.

El NPSH requerido por una bomba, es función de su diseño. A medida que el líquido entra a la bomba, su velocidad aumenta y su presión disminuye, existen además pérdidas de presión debido al choque del líquido con los álabes. El NPSH requerido es la presión positiva en pies de líquido para soportar todas estas pérdidas sin llegar a la presión de vapor. Es claro que a medida que aumenta el flujo los requerimientos de NPSH aumentan.

El NPSH disponible es una función del sistema de bombeo. Depende de la columna o elevación de succión, columna de fricción y presión de vapor del líquido. En la Figura 2 se ilustra el cálculo del NPSH disponible para cuatro sistemas típicos de succión.


FIG. 2 ILUSTRACION DEL CÁLCULO DE NPSH DISPONIBLE PARA CUATRO SISTEMAS TIPICOS DE SUCCION


CAVITACIÓN.

Es un fenómeno que ocurre cuando el NPSH disponible llega a ser menor que el NPSH requerido. Cuando la presión alcanza su presión de vapor, comienza la formación de burbujas de vapor, las cuales al chocar con los álabes producen un fuerte ruido y generan altas presiones que causan severos esfuerzos sobre los impelentes trayendo como consecuencia su desgaste o fractura. Además de esto el fenómeno reduce considerablemente la eficiencia de la bomba.

2. TEORIA Y CLASIFICACION.

Una bomba es una máquina que absorbe energía de un elemento motriz y la entrega parcialmente a un líquido aumentando su presión. Como consecuencia de ello puede impulsar un líquido desde una baja elevación hasta una alta elevación; desde un área de baja presión hasta un área de alta presión, y todo a altas ratas de flujo.

Existe un gran número de bombas disponibles en el mercado actual. El Hidraulic Institute de Estados Unidos, clasifica las bombas tal como se ilustra en la Figura 3. La clasificación es bastante extensa, pero limitaremos nuestro estudio a aquellas de uso más frecuente en las operaciones de gas. Ellas son básicamente de tres tipos:

• Reciprocantes

• Rotatorias

• Centrífugas

Las dos primeras están clasificadas como bombas de desplazamiento positivo y las últimas como cinéticas.

La clasificación anterior se basa en las características de movimiento de los líquidos a través de la bomba, esto es, en la forma en que ésta suministra la energía. En efecto, en las bombas de tipo reciprocantes y rotatorias se transfiere la energía por "compresión” del líquido a través de la disminución del volumen ocupado. En las bombas centrífugas la energía se transfiere por incremento de la velocidad del fluido principalmente.


BOMBAS RECIPROCANTES.

Las bombas reciprocantes son unidades de desplazamiento positivo, como se dijo anteriormente, que descargan una cantidad fija de líquido gracias al movimiento de un pistón o émbolo a través de un cilindro. A la longitud del cilindro se le llama carrera.

TIPOS.

Existen básicamente dos tipos de bombas reciprocantes, las de acción directa movidas por vapor y las de potencia, movidas por agentes externos.

En las bombas de acción directa, una varilla común de pistón conecta un pistón de vapor y uno de líquido. Las mismas se construyen principalmente del tipo simplex (un pistón de vapor y uno de líquido) o del tipo duplex (dos pistones de vapor y dos de líquidos).

Estas bombas han sido por mucho tiempo indicadas para servicios tales como alimentación de calderas, manejo de lodos, bombeo de aceite, etc.

Las bombas de potencia tienen un cigüeñal movido por un elemento externo. Frecuentemente se usan engranajes entre el motor y el cigüeñal para reducir la velocidad de salida del elemento motriz.

Cuando se mueven a velocidad constante, las bombas de potencia proporcionan un flujo casi constante para una amplia variación de columna y tienen buena eficiencia.

El extremo líquido puede llegar a desarrollar presiones elevadas cuando se cierra la válvula de descarga, por ello es práctica acostumbrada colocar una válvula de alivio a la descarga para proteger el sistema.


CARACTERÍSTICAS.

El flujo de descarga de las bombas reciprocantes es pulsante y su curva característica depende del tipo de bomba y de que esta tenga o no una cámara de colchón.

Las bombas de vapor tienen una curva de descarga como la que se muestra en la Figura 4. El flujo es constante hasta el final de la carrera, en donde el pistón se detiene y regresa. Sin una cámara de colchón, el flujo sería cero cuando el pistón se detiene, sin embargo una cámara de aire evita esto, dando las características mostradas.

Las bombas de acción directa duplex tienen generalmente la descarga de un cilindro desplazado media carrera con respecto a la del otro. Los dos se juntan para dar la curva mostrada en la Figura 5, la cual tiene el doble de depresiones que la bomba simplex, pero nunca se encuentran más abajo que los de esta última.

H

Carrera Q

FIGURA 4 CURVAS CARACTERISTICAS DE UNA BOMBA DE VAPOR SIMPLEX

H

Carrera Cilin-1 Q

FIGURA 5 CURVAS CARACTERISTICAS DE UNA BOMBA DE VAPOR DUPLEX


Las curvas de descarga para las bombas de potencia toman la forma de ondas senoidales debido a que los pistones están movidos por manivelas. El flujo de descarga no cambia en forma tan pronunciada como en las bombas de acción directa (Ver Figura 6).

Conforme aumenta la velocidad en una bomba recíprocamente, aumenta su capacidad. Las curvas que se muestran en la Figura 7 son las velocidades básicas para bombas de potencia y acción directa.

H

2

1

(a) Bomba Simple de Doble Acción

FIG. 6 CURVAS CARACTERISTICAS DE BOMBAS DE POTENCIA


FIG. 7

BOMBAS ROTATORIAS.

Estas bombas consisten de una caja fija que puede contener engranajes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc., que operan con una tolerancia mínima. La bomba atrapa el líquido, lo empuja contra la caja fija en forma muy similar a como lo hace el pistón en una bomba reciprocante; pero a diferencia de ella, una bomba rotatoria descarga un flujo continuo. Aunque generalmente se les considera como bombas para líquidos viscosos, no se limitan a este tipo de servicio. Pueden manejar casi cualquier líquido que esté libre de sólidos abrasivos.

Las bombas rotatorias se caracterizan por descargar un flujo constante independiente de las presiones variables de descarga. La capacidad varía en forma directamente proporcional con la velocidad, sólo que la viscosidad del líquido puede ser un factor limitante. Las pérdidas en capacidad a través de los vacíos entre la carga y el elemento rotatorio, suponiendo viscosidad constante, aumentan con la presión de descarga. La potencia requerida por una bomba rotatoria aumenta con la viscosidad del líquido; la eficiencia disminuye con el incremento de viscosidad.


En la Figura 8 se muestran los tres tipos de bombas rotatorias más usados.

FIG. 8 TIPOS MAS USADOS DE BOMBAS ROTATORIAS

BOMBAS CENTRÍFUGAS.

Una bomba centrífuga es una turbo-máquina que suministra energía al líquido de un modo diferente a como lo hacen las bombas de desplazamiento positivo. Cuando el fluido entra a la bomba a través del ojo del impelente, es impulsado hacia la periferia de éste por los álabes, los cuales incrementan la energía cinética del líquido (aumenta de velocidad), y producen un aumento de la presión.

Inmediatamente a la salida del impelente el líquido pasa a través de un difusor para convertir parte de la energía cinética en presión, de esta manera el aumento de presión en la máquina es compartido por el impulsor y los difusores.

No existe una clara diferenciación entre los tipos de bombas centrífugas, tal como existe con las bombas de desplazamiento positivo. Usualmente, la clasificación se hace en base a las características de diseño.


Por ejemplo:

• Número de etapas: Una sola etapa, multietapas.

• Diseño de los impelentes: Succión simple, doble succión.

• Diseño de la carcaza: Dividida horizontalmente o radialmente.

• Planos de eje: Horizontal, vertical.

• Conversión de la energía cinética a presión: Voluta simple, voluta doble y difusores.

A continuación se indican las bombas centrífugas de uso más común en el campo:

Considerando el número de bombas involucradas, la bomba centrífuga de una sola etapa es la más usadas en operaciones de gas. Para flujos desde 30 GPM hasta 6000 GPM y presiones de descarga menores de 500 pies de líquido, este tipo de bomba es invariablemente la primera escogencia.

La Figura 9 muestra una bomba de una sola etapa, doble succión y carcaza dividida horizontalmente. Por mucho tiempo este tipo de bomba fue muy popular para servicios continuos y exigentes.


Fig. 9 BOMBA DE DOBLE SUCCION, UNA ETAPA Y CARCAZA DIVIDIDA HORIZONTALMENTE


Sus principales ventajas son:

• Un eje sencillo de configuración de viga que reduce las deflexiones bajo empujes radiales.

• La división horizontal de la carcaza con las conexiones de tuberías en la parte inferior, permite efectuar mantenimiento sin interferencias con las tuberías y conexiones eléctricas.

• El impelente de doble succión permite balancear el empuje axial.

Con respecto a sus desventajas se tiene:

• El eje ocupa un área demasiado grande dentro del ojo del impelente lo que incrementa los requerimientos de NPSH.

• El área de la división de la carcaza es extensa e irregular, lo cual dificulta el sellado, especialmente a altas presiones.

La Figura 10 muestra una bomba de doble succión, de una sola etapa, con la carcaza dividida radialmente.

Este diseño supera el problema de sellado, pero dificulta el mantenimiento. Es obvio que el cojinete y el “Coupling” del lado izquierdo deben ser removidos antes de sacar el elemento rotativo por el lado derecho.

En la Figura 11 se muestra una bomba de una sola etapa, de carcaza dividida radialmente. Pueden observarse los sellos mecánicos lubricados y los anillos de desgaste tanto para el impelente como en la carcaza.

El arreglo de cojinetes que se muestra es común para este tipo de bomba y es muy similar en casi todas las bombas horizontales; el cojinete sencillo cercano al impelente soporta cargas radiales solamente; mientras que el cojinete de doble hilera del lado del acoplamiento soporta cargas radiales y de empuje. La lubricación se efectúa por medio de un anillo de aceite entre los cojinetes; se prefiere el aceite a la grasa porque se puede controlar mejor su nivel a través de un visor y por que ofrece mejor enfriamiento debido a que se puede recircular

En la Figura 12 se observa una bomba de dos etapas de carcaza dividida radialmente. Los impelentes están montados con caras opuestas para minimizar el efecto del empuje axial. Este tipo esta limitado a dos etapas debido a la longitud del eje sin apoyo.

La Figura 13 presenta el esquema de construcción para bombas de tres o más etapas obsérvese que los impelentes están montados con caras opuestas para minimizar el empuje axial.


CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

A diferencia de las bombas de desplazamiento positivo una bomba centrífuga que se opera a velocidad constante puede suministrar cualquier capacidad desde cero hasta un cierto valor máximo dependiendo de la columna y succión. Las curvas características muestran la relación existente entre columnas de la bomba, capacidad, potencia y eficiencia para un diámetro de impulsor específico y para un tamaño de carcaza determinado. Es práctica habitual graficar la presión de descarga o columna, la potencia y la eficiencia en función de la capacidad a velocidad constante. (Ver Figura 14)

Cuando una bomba puede operar a varias velocidades se presenta un mapa que muestra el comportamiento completo para una elevación de succión dada. Para construir este mapa, se trazan las curvas H-Q para las diferentes velocidades. Luego se sobreponen las curvas que representan puntos de operación de igual eficiencia, las cuales permiten encontrar la velocidad requerida y la eficiencia para cualquier condición de la columna dentro de los límites de capacidad de la gráfica. (Ver Figura 15)

Similarmente se puede construir un mapa de curvas para diámetros diferentes de impulsores. (Ver Figura 16)

3.- LEYES DE AFINIDAD

Las leyes de afinidad expresan la relación matemática entre las variables involucradas en el comportamiento de una bomba. Estas se pueden aplicar a todos los tipos de bombas centrífugas y de flujo axial, tal como sigue:

1· Para un diámetro constante del impelente:

QQ

12

= NN

12

; HH

12

= NN

12

2 ; BHPBHP

1

2 N

N12

3

2· Para velocidad constante:

QQ

12

= DD

12

; HH

12

= DD

12

2 ; BHPBHP

1

2 ; D

D12

3

donde :

Q = Capacidad

H = Columna total

BPH = Potencia


N = Velocidad

D = Diámetro

A partir de las relaciones anteriores y conocidos los valores de las variables, se pueden calcular nuevos valores para otras velocidades u otros diámetros, siempre que las diferencias sean pequeñas entre los valores correspondientes a las dos velocidades o diámetros.

FIG. 10 BOMBA DE DOBLE SUCCION, UNA ETAPA Y CARCAZA DIVIDIDA RADIALMENTE


FIG. 11 BOMBA DE UNA ETAPA Y CARCAZA DIVIDIDA RADIALMENTE


FIG. 12 BOMBA DE DOS ETAPAS Y CARCAZA DIVIDIDA RADIALMENTE


FIG. 13 BOMBA MULTIETAPA


FIG. 14 CURVAS CARACTERISTICAS DE ALTURA ESTATICA, POTENCIA Y EFICIENCIA EN FUNCION DE LA CAPACIDAD DE LA BOMBA A VELOCIDAD

CONSTANTE.


FIG. 15 CURVAS CARACTERISTICAS DE ALTURA “HEAD” EN FUNCION DE LA CAPACIDAD PARA DIFERENTES VELOCIDADES.

FIG. 16 CURVAS CARACTERISTICAS DE ALTURA ESTATICA “HEAD” EN FUNCION DE LA CAPACIDAD PARA DIFERENTES DIAMETROS DE

IMPULDORES.


4.- SELECCIÓN:

La tarea más difícil para quien diseña un sistema de bombeo es la selección de la bomba apropiada, es decir elegir la clase, tipo, capacidad, columna, materiales constituyentes, tipo de lubricación, clase impulsor, etc. La selección se complica si se toma en cuenta que debido a la variedad de bombas y a las múltiples aplicaciones para una de ellas, es posible que más de una bomba sea capaz de cubrir los requerimientos específicos. Obviamente la selección debe recaer a aquella que brinde la mayor satisfacción desde el punto de vista operacional, económico y de seguridad.

Para efectuar la selección existen varias alternativas:

• Quien diseña el sistema de bombas posee la suficiente experiencia, o recoge la experiencia por precedentes y luego de efectuar todos los cálculos requeridos procede a seleccionar la bomba.

• Quien diseña el sistema efectúa todos los cálculos requeridos y suministra la información completa a los fabricantes más reconocidos de bombas para que cada uno de ellos haga su mejor proposición para una bomba que cubre los requerimientos.

• Otra alternativa, que es la más aplicada, resulta una combinación de las anteriores, es decir, el seleccionador especifica de manera general sus requerimientos para que los fabricantes propongan su mejor opción. Una vez hecho esto, el seleccionador elige entre lo que existe en el mercado.

A continuación se indica la información mínima que debe ser suministrada al fabricante, a fin de que su propuesta se ajuste a los requerimientos especificados:

1· Número de unidades requeridas

2· Características del líquido a· Temperatura b· Gravedad específica c· Presión de vapor d· viscosidad e· Agentes corrosivos/ erosivos f· Sólidos en suspensión

3· Capacidad (máxima, mínima, normal)

4· Condiciones a la succión (NPSH disponible)


5· Condiciones requeridas a la descarga

6· Columna total

7· Clase de servicio (continuo, intermitente)

8· Potencia disponible o fuente de energía

9· Tipo de impulsor deseado

10· Limitaciones de espacio

11· Lugar geográfico de operación

12· Medio ambiente en que operará

Los términos de capacidad, características del liquido, clase de servicio, limitaciones de espacio y ambiente para la bomba se encuentran fijados por consideraciones del proceso involucrado.

Los parámetros de columna y potencia son objeto de cálculo para cada configuración. Es claro que para el cálculo de columna es necesario conocer la configuración del sistema y los elementos de control a usarse, a objeto de poder calcular las pérdidas asociadas a ellos.

Si no se conocen de antemano, puede realizarse un cálculo aproximado o una estimación por supuesto el grado de precisión depende de cada sistema.

Con la columna, la capacidad y las características de fluido se puede conocer el caballaje hidraúlico. Si se tiene alguna noción del tipo de bomba a usarse podría estimarse la potencia requerida asumiendo un valor típico de eficiencia.

Para tener una idea del tipo y clase de bomba a usarse, puede recurrirse a las características típicas de cada una de ellas. De acuerdo con la tabla 1, cuando se requiere un servicio de columna elevada y baja capacidad, una bomba reciprocante es la más indicada. Si se toma en cuenta la naturaleza del líquido a bombear, se descarta la opción de la bomba centrífuga cuando éste resulta ser muy viscoso.

Puede notarse, que las características mismas de los procesos y los requerimientos de los sistemas de bombeo son los que conducen a seleccionar una clase y tipo de bomba específica. No obstante, lo anterior es grandemente influenciado por lo que los fabricantes ofrecen. No es práctico mandar a construir una bomba para un servicio específico.


TABLA 1. CARACTERISTICAS DE BOMBAS TIPO DE BOMBA CENTRIFUGAS ROTATORIAS RECIPROCANTES

CARACTERISTICAS Tipo de descarga Continua Continua Pulsante Máxima elevación normal 4.5 6.60 6.60 de succión (mts). Líquidos manejados Limpio, claro, sucio, Viscoso, no abrasivo Limpio y claro Abrasivo con alto

Cont. Sólido. Variación de la presión de descarga. Baja a alta Media Pequeña a la máxima

que se produce

Región de capacidad Pequeña a la Pequeña a media Pequeña habital. Mayor obtenible.

5 FUENTE DE IMPULSION O ELEMENTOS MOTRICES

Tipos y Características Principales

Dentro de los elementos motrices para impulsar una bomba se tienen:

1· MOTOR ELÉCTRICO

El motor de inducción de corriente altena es el impulsor de bombas más comúnmente usado, debido a las conocidas características de la electricidad como medio de potencia y a que las velocidades de rotación estándar (1750 y 3500 RPM) son fácilmente adaptables para la acción directa de las bombas centrífugas, que son las de operación más frecuentes.

A continuación se presentan algunas características generales acerca de motores eléctricos.


a. TIPO DE MOTORES

A prueba de explosión, TEFC totalmente cerrados y enfriados por ventiladores, en las operaciones de gas, en cápsulas to talmente cerradas a prueba de agua y de las condiciones ambientales.

b. MONTAJE DE MOTOR

Pueden ser horizontal o vertical. Debe especificarse si es un montaje directamente acoplado a la bomba, si se necesitan espaciadores y si se trata de bombas verticales en línea, esto se debe a que los cojinetes y la bridas son especiales para cada tipo de acoplamiento.

c. VOLTAJE

Usualmente 440 voltios

d. FASE

Se recomienda 3 fases, pero los motores pequeños pueden ser monofásicos.

e. RPM

Varía de acuerdo al diseño de la bomba, 1750 RPM para bombas de desplazamiento positivo que requieren reductores de velocidad.

f. POTENCIA

Los motores para las bombas reciprocantes se seleccionan normalmente concapacidades10% mayores. Para bombas centrífugas son normalmente seleccionedas con la potencia suficiente para prevenir o soportar sobrecargas a través del rango de capacidad de la bomba

2· TURBINAS DE VAPOR

En las plantas donde existen instalaciones de calderas, se usan turbinas de vapor para impulsar bombas grandes, como las de agua de alimentación para las mismas calderas.

Es prácticamente común seleccionar turbinas asignadas a la velocidad de la bomba y a los requerimientos de potencia, tomando en cuenta la flexibilidad de la turbina para suministrar un margen adiciona.


3· TURBINAS DE EXPANSIÓN

En operaciones de plantas de gas, existen a menudo corrientes de flujo a altas presiones que deben ser reducidas para procesos posteriores. En algunas plantas esta energía es recuperada en turbinas de expansión para impulsar las bombas.

4. TURBINAS A GAS

La tendencia hacia plantas que requiera menos esfuerzo en la parte operativa, indica que el vapor puede ser una fuente de muchos problemas. La turbina a gas es, por lo tanto, la selección lógica para accionar bombas grandes.

5. MÁQUINAS

Las máquinas de combustión interna se usan para impulsar bombas, donde otras fuentes de energía no están disponibles, o donde se desea una fuente auxiliar de energía. Las aplicaciones más comunes son para servicios de protección y extinción de incedios.

6. ACOPLAMIENTOS Y REDUCTORES DE VELOCIDAD

a. ACOPLAMIENTOS

El propósito básico del sistema de acoplamiento es transmitir la potencia del impulsor a la bomba; aunque existen otras acciones que debe llevar a cabo, por ejemplo, permitir desalineamientos moderados entre la bomba y el impulsor, prevenir la transmisión de movimientos entre máquinas, amortiguar las vibraciones torsionales (esto es crítico cuando una máquina rotativa a una reciprocante o viceversa ), prevenir la transmisión inversa de potencia y posicionar el impelente de la bomba.

b. REDUCTORES DE VELOCIDAD

Un reductor de velocidad es necesario cada vez que la velocidad del impulsor no se ajuste a la velocidad requerida por la bomba, Las formas más comunes de realizar dichos ajustes son por medio de correas o por engranajes.


6.- INSTALACIÓN

Lo primero que debe tenerse en cuenta es que una bomba no debe someterse a esfuerzos externos, diferentes a aquellos para los cuales ha sido diseñada. Esto significa que la bomba debe instalarse en la posición y con las tolerancias que indica su fabricación y debe alinearse con el impulsor con todo el cuidado requerido. Esto también implica que la tubería conectada a ella debe ser soportada rígidamente para evitar vibraciones que pudieran inducir esfuerzos no completados en el diseño.

El diseño de los sistemas de tuberías tiene una importancia de primer orden en la operación de bombas. La selección de los diámetros es obviamente influenciada por factores como: Velocidad del líquido, aspecto económico, etc., pero existen reglas generales en lo que respecta a las caídas de presión las cuales si son excesivas representan un consumo adicional de potencia.

Para bombas centrífugas, las pérdidas deben limitarse a 1 pie de líquido fluyente por cada 100 pies de tubería a la succión. Para la descarga las pérdidas deben ser limitadas a 1 psi. Por cada 100 pies de longitud de línea.

Para bombas reciprocantes, la velocidad en la línea de succión debe ser menor de 2 pies/seg. Y en la línea de descarga menor que 4 pies /seg.

La línea de succión nunca debe ser de un diámetro menor que el de la brida de succión de la bomba. La misma debe ser lo más corta y recta posible. Si se necesitan codos y reductores, estos deben colocarse lo más lejos posibles de la boca de succión de la bomba. Esto es crítico para bombas centrífugas. Adicionalmente, cuando se succiona de un tanque deben instalarse elementos rompe vórtices para minimizar los disturbios del flujo a la sección.

7.- ARRANQUE

Todas las tuberías de succión y descarga deben ser limpiadas a través de válvulas de purga; ésto involucra el bombeo de líquido limpio, usualmente agua Posteriormente, si es requerido el agua puede ser desplazada con aire o con el mismo líquido de proceso.

Una vez limpiada la tubería, la bomba debe ser llenada con líquido, para ello es necesario asegurarse que la fuente de líquido posea la suficiente cantidad para un flujo continuo.

Las bombas centrífugas deben ser arrancadas con la válvula de descarga casi cerrada para prevenir que la bomba por causa del alto flujo sobrecargue al


impulsor e induzcan cargas de empuje excesivas sobre el eje que pudiera dañar los cojinetes.

También puede darse el caso que la bomba por su alto flujo llegue a operar en una zona donde los requerimientos de NPSH superen los límites adecuados produciéndose un efecto de cavitación.

Para las bombas reciprocantes se aplican los mismos principios generales, excepto que nunca deben arrancarse con válvulas cerradas a la descarga y no deben operarse por mucho tiempo con restricciones de flujo a la descarga.

8.- PROBLEMAS OPERACIONALES Y MANTENIMIENTO

1. PROBLEMAS OPERACIONALES DE BOMBA

La pérdida de cebado es uno de los problemas más comunes en la operación de bombas. Ello puede deberse a un venteo incompleto, a una línea bloqueada en la succión que impide el paso de líquidos a la bomba o a la presencia de gases en el líquido. Esto último puede ser a causa de la formación de vórtices a la salida del recipiente alimentador o a escapes de liquido a través de uniones, cuellos, empaques de la bomba de las válvulas, todo lo cual causa un descenso en la presión local.

La razón por la cual una bomba centrífuga deja de bombear líquidos cuando el impelente se llena de aire, es que la presión de salida se reduce drásticamente. El impelente puede desarrollar la misma columna en pies del líquido manejado, pero la diferencia de gravedades entre los dos fluidos hace que el valor de la presión a la descarga se reduzca a tal punto, que no es suficiente para mover el líquido que está en la línea de descarga. Esto hace que la bomba se detenga.

En las bombas reciprocantes este fenómeno es un poco diferente. El aire es succionado en la cámara de bombeo, donde el pistón trata de comprimirlo. Si existe presión en las líneas para mantener la válvula de descarga cerrada, entonces el aire es comprimido sin ser descargado. Cuando el pistón efectúa la carrera de regreso, el aire se expande nuevamente a la presión de succión.

Este ciclo se repetirá hasta que los empaques se quemen y/o el pistón y las camisas del cilindro se rayen.


2. SOBRECARGA DEL MOTOR

Si se trata de una bomba centrífuga hay que revisar los cojinetes o la vibración. Las partes internas de los cojinetes pueden desgastarse por fricción y fallar, causando una sobrecarga del motor.

Una presión reducida de descarga indica que la bomba se encuentra operando fuera de su mejor zona de comportamiento, lo cual requiere más potencia. Si la bomba tiene desgaste interno, puede existir recirculación, el flujo puede estar en el punto de diseño pero la presión de descarga es reducida, esto puede ser la indicación de que una cantidad extra de líquido está pasando a través del impelente.

Si se cambia el servicio de la bomba, la gravedad específica del nuevo líquido puede ser mayor, requiriendo más potencia.

Si se instala un impelente de mayor diámetro, también aumentan los requerimientos de potencia.

La velocidad de la bomba es otro factor importante, debido a que la potencia varía en una relación cúbica respecto a la velocidad.

Un cambio en la viscosidad del líquido requiere mayor potencia aún cuando la columna y la capacidad disminuyen.

Si la bomba de desplazamiento positivo se sobrecarga, hay que revisar el ajuste de las empacaduras, el desgaste de los cojinetes y de los engranajes, las presiones de descarga o el incremento de la viscosidad del líquido.

3. VIBRACIÓN

Los problemas de vibración en una bomba pueden ser debidos a fallas de los cojinetes o a desalineamiento del acoplamiento. Otros puntos que merecen revisión cuando existen problemas de vibración son:

a. Revisión del eje para determinar posibles deflexiones.

b. Inspección del acoplamiento para constatar que no existen pérdidas del material.

c. Revisión del impelente para verificar que no hay objetos extraños en su interior.

d. Revisión de las tuberias. Algún soporte flojo puede originar vibraciones que puedan trasmitirse a la bomba.


e. Revisión de las condiciones del sistema, NPSH, rompe vórtices, fugas en la línea de succión, etc.

4. FALLA DE COJINETES

Las fallas de los cojinetes pueden ser causadas por agua o algún otro elemento contaminante presentes en el aceite lubricante. Cargas de empuje anormales producto de altas presiones de succión y altos flujos o bombeo en seco, son causas de fallas.

También es necesario verificar la instalación correcta y los materiales de los cojinetes. La desalineación del acoplamiento también puede causar fallas, aunque esto siempre crea vibraciones; a muy bajas velocidades en sistemas muy rígidos, se puede desarrollar grandes cargas sobre los cojinetes.

5. FALLA DE SELLOS MECÁNICOS

Un muestreo sobre datos de campo revelan que la falla de sellos mecánicos, constituye el mayor porcentaje de las fallas reportadas sobre bombas.

Debido al calor que se genera en las caras de fricción del sello, el lubricante puede evaporarse. Es necesario asegurarse que en todo momento exista el flujo de lubricante.

6. CONDICIÓN DEL LÍQUIDO BOMBEADO

La condición del fluido bombeado, puede tener efectos severos sobre la vida de la bomba. Un fluido sucio, corrosivo, causará desgaste rápido, ocasionando una operación ineficiente. Se ha demostrado por estudios realizados, que cuando los sólidos se mantienen por debajo de 0,001 lbs/barril de líq uido, el desgaste es normal.

La eficiencia de operación de una bomba es un indicio de la existencia o no de problemas. Para ello se efectúa una simple comparación de las condiciones actuales de operación con las de diseño. Para bombas centrífugas, la columna y la capacidad de operación se corrige a la velocidad de diseño para hacer la comparación y determinar la eficiencia de la bomba.

Para bombas de desplazamiento positivo, la única corrección necesaria es por la velocidad de la bomba. La presión de descarga puede ser un indicio de la eficiencia con la cual está trabajando la misma.

Para efectuar las correcciones antes requeridas, se hace uso de las leyes de semejanza citadas en la sección 3.

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