Bombas Centrifugas 4v5v49
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CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
4.3.1 Principios de Funcionamiento Una Bomba centrífuga es una máquina que transforma la Energía Motriz generada por un motor o por una turbina, en una fuerza centrífuga, transmitida por la flecha a los elementos rotatorios donde se encuentran los impul sores, que a su vez mueven fluidos como aceite crudo, agua y otros que ingresan por la Línea de Succión, hacia la Línea de Descarga. El funcionamiento de una bomba centrífuga: a) Debe obtener de la succión producto a presión positiva permanentement e, para mantenerlas “Cebadas”. b) A través de su impulso centrífugo debe desplazar su fluido: b.1) En forma horizontal a través de la tubería o cuesta arriba. b.2) Hacia sitios de Presión. SU PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO es simple, pues basta que la flecha de la bomba reciba a través de su acoplamiento con el motor, una energía rotatoria que se transmite a todos los elementos rotatorios que tiene ensamblados, haciendo girar su o sus impulsores como se observa a continuación.
Descarga
Flecha Succión (Vacío)
Rotatoria
Impulsor de alabes
Fig.37 Bomba Centrífuga
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Sin embargo los problemas inician cuando se quiere encauzar el fluido impulsado por los Alabes de los Impulsores, por lo que es necesario un recipiente que lo recolecte y lo guíe a la descarga, usándose para ello La Voluta, que independientemente de darle dirección al Flujo, le crea resistencia por lo que el producto adquiere Presión dentro de su cámara, llamada Presión de Descarga. Otro problema que plantea este mecanismo centrífugo es la Velocidad a la que tienen que girar todos los Elementos Rotatorios sobre los Estacionarios o Fijos, existiendo zonas de Fricción que condicionarían Calentamientos, por ello es necesario la presencia de los Rodamientos (Baleros). A pesar de que los Rodamientos se encargan de mantener tanto a la Flecha como a los elementos rotatorios alineados con respecto a los estacionarios, existen zonas de Desgaste frecuente, por lo que es necesaria la presencia de partes intercambiables como son Las Mangas y Los Anillos de Desgaste cuyo cambio es sencillo y de bajo costo. A pesar de todo lo antes referido, cuando la bomba se encuentra en operación se genera Aumento de la Temperatura siendo indispensable contar con un Sistema de Enfriamiento que se analizará en su momento. Otra dificultad que existe cuando funciona una bomba centrífuga consiste en que maneja líquidos que alcanzan grandes presiones siendo algunos corrosivos, volátiles o tóxicos por lo que requiere de paredes de gran espesor y resistencia atribuibles a la Carcaza. Para evitar Fugas indeseadas cuenta con Sistema Anti-Fugas conformado por Empaquetaduras o Sellos Mecánicos. El número y dimensiones de los impulsores, influidos por la velocidad a la que giran y por la forma de sus alabes, son condiciones que se relacionan con Potencia y Capacidad.
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Impulsor de succión única
Elemento rotativo de
Fig.38 Impulsor de Simple Succión
4 pasos
Fig.38a Elemento de Bomba Centrifuga
4.3.2 Componentes de las Bombas Centrífugas Las Bombas Centrífugas Horizontales, están conformadas por 2 partes: 1. ELEMENTOS ROTATORIOS.- Son las partes que giran, impulsados por el motor. 2. ELEMENTOS ESTACIONARIOS.- Son las partes fijas, donde se apoyan los elementos Rotatorios. Estas bombas son de Carcaza Bipartida: 1. Las Bombas de Uno y Dos Pasos constan de Carcaza Bipartida Vertical. 2. Las Bombas Multipasos tienen Carcaza Bipartida Horizontal.
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Elemento estacionario
Elemento rotatorio Centrifuga multipasos Carcasa bipartida axial
Fig.39 Elementos Rotativos y Estacionarios de Bombas Centrífugas de un Paso y Multipasos. ELEMENTOS ROTATIVOS El Eje o Flecha Flecha.- Es la portadora de todos los elementos rotativos, localizándose en el centro de la Bomba. Función: Transmite el movimiento al arrancar y durante la operación al impulsor y a todos los elementos rotativos, haciendo que giren a la misma velocidad, manteniendo además una alineación que debe acercarse a lo perfecto, ya que los elementos que giran sólo tienen escasas milésimas de tolerancia con respecto a la carcasa. 88 PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN ACTIVO DE PRODUCCIÓN POZA RICA OPERACIÓN DE EXPLOTACIÓN
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Generalmente son de Acero Inoxidable, Acero 4140 o Acero Monel. El material de que está constituida es muy importante, por que al poner en operación al motor su primer esfuerzo es romper la inercia de reposo que tiene el equipo (parado). El motor al iniciar su giro se lleva en el movimiento al cople y éste a la flecha, condicionándoles torsión, ya que por un lado tienen la fuerza del impulso y por otro lado el peso de los elementos rotatorios, al alcanzar velocidad las partes rotatorias, la flecha recupera del 80% al 90% de su estado original. Así pues el material de la flecha debe tener capacidad para resistir esta deformación inicial con un margen de seguridad, llamado Tolerancia, que le permita no llegar al punto de Ruptura.
Cople que soporta impulso del motor
Flecha que transmite movimiento
Peso de los elementos rotatorios (resistencia)
Fig.40 Elemento de Bomba Centrifuga Multipasos con cajas de rodamientos
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El diseño de Una Flecha o eje debe tomar en cuenta: La Desviación máxima permisible, la cual tiene mucha relación con los Claros y las tolerancias que existen entre las partes que giran y las fijas. La distancia entre los apoyos. (Rodamientos y Chumaceras) La localización y los pesos de las cargas. La Velocidad Crítica de arranque y Operación. Una FLECHA O EJE puede tener al deformarse: DEFLEXIÓN. TORSIÓN. ALARGAMIENTO (o tensión). Un MATERIAL tiene: UN PUNTO PROPORCIONAL que corresponde a su estado de reposo (sin cargas). UN PUNTO DE FLEXIBILIDAD. UN PUNTO DE FLUENCIA O DEFORMACIÓN. UN PUNTO DE RUPTURA. Las Flechas varían de forma y longitud de acuerdo al Tipo y Marca de la Bomba, contando en su trayecto longitudinal, con diferentes diámetros, que tienen la función de alojar a los elementos rotatorios y les sirven de tope para fijar su posición. Las Flechas de las Bombas Centrífugas se protegen de la corrosión, erosión y desgaste a nivel de los Estoperos (Sello Mecánico), de los Cojinetes (Rodamientos y chumaceras), de las Juntas de Escurrimiento o de las Vías de Agua, colocando una Funda Metálica llamada MANGA O BUJE. Por el sitio donde se encuentran se denominan MANGAS DE SELLO MECÁNICO, BUJE CENTRAL, etc. Estos rios son importantes porque son económico s, fácilmente desmontables y reemplazables, evitando daños al eje rotatorio y a la carcasa, cuya reparación o sustitución suele ser costosa.
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Obsérvese la manga introducida sobre la flecha en el sitio donde se coloca el sello
Manga del tambor central de balance
Fig.41 Elemento Rotatorio de una Bomba Centrífuga Multipasos El Buje central (Tambor Central de Balance) como el que se aprecia en la ilustración anterior, es el que se encarga de separar las cámaras de Alta y de Baja Presión en el centro de la flecha, también es reemplazable. LOS COPLES Y LA BOMBA CENTRÍFUGA Las Bombas Centrífugas están conectadas a las máquinas motrices por medio de ACOPLAMIENTOS.
Tolva
Fig.42 Bomba Centrífuga Multipasos Acoplada a un Motor Eléctrico Estos ACOPLAMIENTOS son elementos también rotativos ya que se encuentran fijos a los ejes del Motor y de la Bomba.
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Por encontrase en el exterior de las máquinas siempre deben estar cubiertos por una tolva. El acoplamiento es un punto muy complejo y delicado, por lo que debe tener las siguientes características: Tener una parte que amortigüe la deformación que provoca el arranq ue y al mismo tiempo tener la capacidad de recuperar el l00% de lo que pudiera tener de atraso la flecha con los elementos rotativos de la bomba al arrancar. Ser fuerte para resistir los esfuerzos cortantes tan terribles que se presentan en el arranque y durante la operación de la bomba. Ser fácil de montar y desmontar, con manejo sencillo. Debe ser fácil de lubricarse. Tener un diseño que se adapte a las necesidades de diferentes bombas. LOS ACOPLAMIENTOS se clasifican en: a) ACOPLAMIENTOS RÍGIDOS b) ACOPLAMIENTOS FLEXIBLES. Un Acoplamiento Rígido consiste básicamente en una Brida dividida, provista de tornillos, de manera que puedan presentarse en los extremos adjuntos, las dos flechas y formar una conexión sólida. Un Acoplamiento Flexible, es un dispositivo que conecta 2 flechas y que transmite el movimiento de rotación de la máquina motriz a la máquina impulsada, pero aceptando un pequeño desalineamiento que puede ser angular, paralelo o una combinación de ambos. A continuación se muestran algunos TIPOS DE ACOPLAMIENTOS usados en la Industria petrolera.
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COPLE DE PASADOR Y BUJE ELÁSTICO En este Cople, los pasadores están sujetos a una de las mitades y atraviesan los bujes que se montan en la otra mitad. Los bujes están hechos de hule o de algún material compresible que le dan la flexibilidad necesaria. Los Pernos tienen una holgura libre con los bujes de tal modo que el movimiento axial se efectúa fácilmente.
Fig.43 Cople de Pasador y Buje Elástico COPLE TIPO LOVE JOY Es una variación del Cople de Perno y Buje elástico. Consiste en 2 cubos de bridas montadas en las flechas “Impulsada e Impulsora“ con patas salientes que encajan en el elemento central flexible, en forma de araña, que absorbe los pequeños desalineamientos y vibraciones.
Fig.44 Cople Tipo Love Joy 93 PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN ACTIVO DE PRODUCCIÓN POZA RICA OPERACIÓN DE EXPLOTACIÓN
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COPLE TIPO ENGRANES MARCA FAST La Campana del acoplamiento lleva dentro de cada extremo, unos anillos con engranes interiores, que embonan con los engranes de las mitades impulsora e impulsada del acoplamiento. El torque se transmite a través de los dientes de engrane, mientras que la acción deslizante necesaria y la capacidad de ligeros ajustes de posición se deriva en cierta libertad de acción que existe entre los 2 juegos de dientes. Para evitar cualquier tendencia a pegarse debido a la fricción de los engranes, deben trabajar en baño de aceite o grasa, que se retiene dentro de las campanas.
Fig.45 Cople Fast Tipo Engranes
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COPLE THOMAS TIPO MEMBRANA Es un acoplamiento flexible, todo metálico y no lubricado, formado por dos cubos montados respectivamente en las flechas, consta de una brida central conectada a las bridas de los cubos por medio de un grupo de discos flexibles. La fuerza se transmite por tensión de estos discos que e stán atornillados alternadamente a las bridas terminales y al elemento central. La flexión de estos discos intenta compensar el desalineamiento.
Fig 46 Cople Thomas Tipo Membrana
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COPLE DE REJILLA Consiste en dos cubos de acero con bridas, un resorte especial en forma de rejilla y una cubierta. Las periferias de los cubos están ranuradas para recibir el resorte. Las ranuras se ensanchan interiormente unas hacia otras en forma de arco que mantiene una relación definida con el espesor de las barras de la parrilla del resorte. La curvatura es de tal forma, que los puntos de apoyo se acercan uno a otro al aumentar la carga.
Fig.47 Cople Falk del tipo de Rejilla
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COPLE DE CADENA Las partes que lo forman son 2 cubos con dientes de catarina, montados respectivamente en los extremos de la flecha motriz y conducida sobre las catarinas se monta una cadena de doble hilera de rodillos que tiene un perno de desconexión rápida. Usualmente se lubrica con grasa, su aplicación principal es en instalaciones que tienen doble motriz, siendo conveniente que una de ellas esté inactiva.
Fig.48 Cople de Cadena
ELEMENTOS ROTATIVOS EL IMPULSOR ES EL CORAZÓN DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA FUNCIÓN: Es el elemento Rotatorio que tiene como función mover el fluido. Generalmente constituidos por materiales de bronce, Acero inoxidable, Acero Monel, Acero 4140 y otros más, de acuerdo al fluido que maneja.
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ABIERTOS. Conjunto de Álabes que sobresalen a una pequeña tapa que le sirve de soporte, pero son estructuralmente débiles, no controlan el flujo centrifugado, se usan generalmente en bombas baratas o para manejar líquidos abrasivos.
Fig.49 Impulsor Abierto
SEMIABIERTOS Conjunto de Álabes cubiertos totalmente en un lado por una tapa fundidos en una sola pieza, que le reduce la presión sobre el cubo de succión evitando que la sustancia centrifugada se acumule detrás e interfiera con la propia operación de la bomba.
Fig 50 Impulsor Semiabierto
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Vista de frente
Vista posterior
Fig.51 Impulsor Abierto con Caja Parcial
CERRADOS Conjunto de Álabes cubiertos por tapas en ambas caras, de tal manera que separan los fluidos correspondientes a cada impulsor y consta de una cámara de Succión Central y otra de Descarga Periférica. Si estos impulsores succionan por uno de sus lados se llama de ISION SIMPLE, si lo hace por los 2 lados, se denominan de DOBLE SUCCIÓN.
Impulsor cerrado isión simple – Alabes francis
Impulsor cerrado isión simple - Álabes derechos
Fig.52 Impulsor Cerrado con isión Simple
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LOS ALABES Pueden ser: rectos o curvos, anchos o angostos, escasos o abundantes, grandes o pequeños. El diseño está basado con respecto a la función que requiera la bomba. El Volumen está dado por Álabes rectos y anchos girando a baja velocidad. La Presión está dada por Álabes Curvos y Angostos girando a gran velocidad.
Impulsor Cerrado isión Simple Álabes Francis de Alta Velocidad
Impulsor Cerrado isión Simple Álabes Francis de Baja Velocidad
Fig.53 Álabes
El Fluido dentro de una Bomba Centrífuga, suele salir disparado en varias direcciones proyectado por cada uno de los impulsores; por ello la bomba cuenta con dispositivos que encauzan adecuadamente al producto dentro de la bomba, tendiendo a evitar que estos flujos desordenados produzcan turbulencias. Estas condiciones están dadas por LA CARCAZA, LOS ANILLOS DE DESGASTE Y LOS ANILLOS CORTADORES DE FLUJO.
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ANILLOS DE DESGASTE Son anillos colocados sobre el Cono de Succión del Impulsor, para evitar recirculaciones de fluidos dentro de la bomba que condicionen turbulencias que a su vez conduzcan a erosiones de la Carcasa y/o el Impulsor. Por encontrarse en una zona de fricción entre el impuls or y la Carcaza, evitan los desgastes a esas piezas de difícil reparación y como son fácilmente removibles y reemplazables disminuyen los costos de mantenimiento. Están constituidos generalmente de Bronce, Acero inoxidable o Acero al carbón.
Anillo de desgaste
Cono de succión
Alabes
Fig 54 Anillos de Desgaste Hay varios tipos de ANILLOS DE DESGASTE. La selección depende de:
La Presión diferencial a través de la junta de escurrimiento. La Velocidad. El Diseño particular de la Carcaza. El Flujo que está manejando.
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más apropiada
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Existen diversas formas de ANILLOS DE DESGASTE, las más comunes son: los Planos, en forma de “L” o de “T”. La Junta de Escurrimiento en los Anillos de Desgaste: Tipo Planos: Tipo “L”:
Es un espacio libre anular derecho. Es un gran espacio libre axial entre el impulsor y el anillo de desgaste de la cubierta de la carcasa, de manera que la velocidad de líquido que fluye dentro de la corriente que entra al ojo de succión del impulsor sea baja.
Manga de Buje
Pieza de paso
Anillos de desgaste
Fig.55 Anillos de Desgaste
Fig.56 Pieza de Paso o Cortador de Flujo
ANILLOS CORTADORES DE FLUJO Los ANILLOS CORTADORES DE FLUJO son indispensables, pues su función es evitar recirculaciones anormales de flujo dentro de la Carcaza, que condicionarían turbulencias y esto a su vez erosiones costosas. Constituidos de Acero Inoxidable o de Acero al Carbón, de gran resistencia a altas temperaturas y soportan satisfactoriamente la fricción. Se localizan entre el impulsor y la Carcaza.
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Anillos Cortadores de Flujo
Ubicación de las Mangas Ubicación del Buje Centtral
Ubicación de los Anillos de Desgaste
Fig.57 Parte Inferior de una Carcaza sin Componente Rotatorio. Bomba Centrífuga Multipasos (4 Impulsores)
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MECANISMO ANTI-FRICIÓN Como ya se ha comentado, existen PARTES ROTATORIAS, que giran sobre PARTES ESTACIONARIAS, esta situación lógicamente condiciona rozamiento en los puntos de giro. Para llevar a cabo la función Anti-Fricción contamos con unos "COJINETES", conocidos como “RODAMIENTOS” y CHUMACERAS cuyas funciones son: Reducir la fricción en los puntos de giro. Mantener una correcta alineación del eje o flecha y de todas las piezas que giran, con respecto a las partes fijas, en función de evitar las cargas axiales y radiales. LOS RODAMIENTOS La función del RODAMIENTO es la de soportar cargas axiales y / o radiales que se ejercen sobre el elemento rotativo permitiendo un giro libre, disminuyendo con ello las fricciones y calentamientos, sirviendo de apoyo al rotor, para que este gire sobre él, manteniendo alineadas sus partes principales. LOS MATERIALES que lo constituyen varían de acuerdo al servicio de carga que presta, el cual puede ser: Muy ligero, Ligero, Pesado y Muy pesado. Cada Rodamiento está constituido por: A) UN ANILLO ESTACIONARIO FIJO. B) ELEMENTOS ROTATORIOS C) UN ANILLO GIRATORIO. Por el tipo de sus elementos rodantes se clasifican en:
RODAMIENTO DE BOLAS. RODAMIENTO DE RODILLOS CILÍNDRICOS RODAMIENTO DE RODILLOS CÓNICOS. RODAMIENTOS DE RODILLOS DE RÓTULA.
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Estos grupos a su vez se dividen en Rodamientos para soportar: Cargas RADIALES. Cargas RADIALES Y AXIALES (MIXTOS). Cargas AXIALES.
Ro d am ie nt os r íg i d os d e u na h il er a d e b ol as
Ro d am ie nt o d e bo l as de r ót u la Ro d am ie nt o d e un a h i l er a de bo l as c o n c o nt ac t o a n gu l ar
Ro d am ie nt o d e dos hi l er as de bo l as c o n c o nt ac t o a n gu l ar Ro d am ie nt o d e r o di l l o s a rót u las Ro d am ie nt o d e r o di l l o s c i lí n dr ic os Ro d am ie nt os d e r o di l l os c ón ic os Ro d am ie nt os ax ia l es d e b ol as de s im pl e ef ec to . Ro d am ie nt os ax ia l es d e b ol as de do b le ef ec t o
Fig.58 Tipos de Rodamientos
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Las Marcas de Rodamientos más comunes son S.K.F., U.S.A, SWEEDEN, TIMKEN, N.T.N., y KOYO. Existen Rodamientos PRE-LUBRICADOS Y ABIERTOS (Para lubricación exterior) Cuando los rodamientos son del tipo abierto, requieren de lubricación, por lo que deben encontrarse dentro de una caja que contenga aceite, el cual es levantado por uno o dos anillos generalmente de bronce, de diámetro mayor que la flecha, llamados “ANILLOS DE ACEITE” cuyo movimiento giratorio hace que baje al aceite y lo suba salpicando al rodamiento que se encuentra inmediato a él. Las Bombas que operan a 1800 RPM usan aceite Turbinas 15 y las de 3600 RPM el tipo Turbinas 9. Los motores Eléctricos usan Rodamientos Radiales en ambos extremos del rotor. Las Bombas Centrífugas Multipasos: Rodamiento Radial Lado Cople. Rodamientos Axiales (Espalda con Espalda) Lado opuesto al cople. Las Bombas Centrífugas de Uno y Dos Pasos tipo Cantiliver usan: Rodamiento Radial del Lado Impulsor. Rodamientos Axiales (Espalda con Espalda) lado cople. CODIFICACIÓN S.K.F. PARA RODAMIENTOS Los rodamientos tienen 4 números. tabla:
1.- El Primer Número indica el tipo de Rodamiento de acuerdo a la siguiente
7 = Rodamiento de una hilera de bolas para Carga axial y o angular. 6 = Rodamiento Rígido de una hilera de bolas para Carga radial. 3 y 5 = Rodamiento de Doble hilera de bolas para Carga axial y o angular. 106 PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN ACTIVO DE PRODUCCIÓN POZA RICA OPERACIÓN DE EXPLOTACIÓN
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4 = Rodamiento Rígido de Doble hilera de bolas para Carga axial. 2.- El Segundo Número indica el Tipo de Servicio que soporta el rodamiento. 0= 2= 3= 4=
Servicio Servicio Servicio Servicio
Muy Ligero Ligero Pesado Muy Pesado
3.- El Tercer y Cuarto Número indican las dimensiones que tiene su Diámetro Interior en mm. cuando los multiplicamos por el Factor 5. EJEMPLO: Rodamiento 6314 6 3 Una hilera de bolas Servicio pesado Carga radial
14 X5 70 mm. de ø interior de rodamiento
Para convertir el Diámetro Interior en mm. en pulgadas con milésimas: Multiplique 70 x .03937 = 2.7559 ”
Para terminaciones menores, deben guiarse por los valores siguientes: 00 = l0 mm. 01 = 12 mm. 02 = l5 mm. 03 = l7 mm. (De la terminación 04 en adelante, todas se multiplican por el factor 5)
Para saber el Número de Rodamiento se requiere conocer: El tipo de Rodamiento, el Tipo de Servicio y el Diámetro de la Flecha. (en mm.). EJEMPLO: Rodamiento tipo: Una hilera de bolas carga axial o angular =7 Servicio Pesado = 3 Diámetro de Flecha = 1.772” 1.772 x 25.4 = 45 mm 45 5 = 09 RODAMIENTO 7309= Rodamiento de 1 hilera de bolas de carga axial y o angular para servicio pesado con 45 mm. de diámetro interior. NOTA: Si la medida se toma en mm, sólo se divide entre 5.
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En términos generales los Ajustes de un Rodamiento se consideran de la siguiente manera:
Ajuste contra caja Claro de 0.000” a 0.0005”. Ajuste contra flecha Apriete de 0.000” a 0.0005”
CARACTERÍSTICAS ESPECIALES DE LOS RODAMIENTOS Rodamiento Axial de Bolas de Simple Efecto Consta de una hilera de bolas entre 2 aros, donde el aro fijo al eje es el asiento plano, mientras que el aro apoyado en el soporte puede tener asiento plano o esférico, (en este último) el rodamiento se apoya en una contra placa. Los rodamientos con asientos planos se prefieren en la mayoría de las aplicaciones, pero los esféricos son útiles para compensar inexactitud de los soportes por el fabricante. Este Rodamiento está destinado a resistir solamente carga axial en una dirección.
Fig.59 Rodamiento Axial de Bolas de Simple Efecto
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RODAMIENTO DE UNA HILERA DE BOLAS CON O ANGULAR Tiene dispuestos sus caminos de rodadura de forma que la presión ejercida por las bolas está dirigida en ángulo agudo con respecto al eje. Este rodamiento está hecho especialmente para resistir una gran carga axial, debiendo montarse, en contraposición de otro que pueda recibir la carga axial en sentido contrario. No es desmontable.
Fig.60 Rodamiento de 1 Hilera de Bolas con o Angular
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RODAMIENTO DE DOS HILERAS DE BOLAS CON O ANGULAR Tiene dispuestos sus caminos de rodadura de tal manera que las líneas de presión formadas por las 2 hileras de bolas, se dirigen a dos puntos del eje relativamente distantes entre sí. A diferencia de otros tipos de rodamiento, este tiene una cierta carga previa que le permite reducir a muy estrechos límites, los movimientos axiales del eje, aún bajo cargas de dirección variable. Este rodamiento es apropiado por su diseño, para órganos giratorios de maquinas que requieren dos apoyos, pero en los que únicamente se dispone de espacio para un rodamiento.
Fig.61 Rodamiento Dos Hileras de bolas con o Angular
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RODAMIENTO DE BOLAS A RÓTULAS CON 2 HILERAS DE BOLAS Tiene un camino esférico de rodadura común en el aro interior, por lo que es autorregulable y por ello insensible a ligeras faltas de alineación del eje, originadas por errores en el montaje, torceduras en dicho eje o en los cimientos de la bomba etc. Por si solo, no puede ocasionar deflexiones en el eje. Este rodamiento es importante cuando se trata de aplicaciones que requieren de gran velocidad.
Fig.62 Rodamiento de Bolas a Rótulas con 2 Hileras de Bolas
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RODAMIENTO DE RODILLOS CILÍNDRICOS Tiene rodillos guiados por rebordes en uno de los aros, pues el otro aro generalmente no tiene rebordes, esto representa la ventaja de permitir que el eje se desplace axialmente dentro de ciertos límites, con respecto al soporte. Los rodamientos con rebordes en los 2 aros pueden fijarse axialmente al eje, siempre que los empujes sean muy reducidos. El desmontaje es muy fácil, aunque ambos aros estén montados sobre ajuste fuerte. Es adecuado para Cargas Radiales, relativamente grandes y puede también soportar altas velocidades.
Fig.63 Rodamiento de Rodillos Cilíndricos
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RODAMIENTO AXIAL DE RODILLOS A RÓTULAS Tiene una hilera de rodillos situados oblicuamente, los cuales guiados por un resalte del aro giratorio, giran sobre la superficie esférica del aro fijo. En consecuencia, el autorregulación completa.
rodamiento
posee
gran
capacidad
de
carga
y
Debido a la especial ejecución de la superficie de apoyo de los rodillos en el resalte de guía, los rodillos giran separados del resalte por una capa fina de aceite. El rodamiento puede, girar a gran velocidad, soportando una elevada carga. Contrariamente a los otros rodamientos axiales, este puede resistir cargas radiales.
Fig.64 Rodamiento Axial de Rodillos a Rótula
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RODAMIENTO DE RODILLOS CÓNICOS Debido a la posición oblicua de los rodillos y los caminos de rodadura, el rodamiento es especialmente adecuado para resistir cargas radiales y axiales simultáneas. Este rodamiento debe montarse en oposición con otro, capaz de soportar los esfuerzos axiales en sentido contrario. Este Rodamiento es desmontable, pues es posible separar el aro interior con sus rodillos del aro exterior. Su montaje se efectúa por separado.
Fig.65 Rodamiento de Rodillos Cónicos.
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COJINETES ANTIFRICCIÓN POR CHUMACERAS Existen algunas Bombas Centrífugas Multipasos (Byron Jackson, Bingham y otras) que usan Chumaceras Rígidas, generalmente una Axial en Lado opuesto y otra Radial en el Lado Cople. Las Chumaceras sirven para: 1. Reducir la fricción en los puntos de giro. 2. Mantener el correcto alineamiento del eje, logrando con ello que todos los elementos que giran mantengan su ubicación con respecto a las Estacionarias. 3. Soporta las cargas Axiales y Radiales.
Canaleta de distribución de aceite Canaleta de recolección de aceite Perforación de drenaje del aceite recolectado Anillo de aceite
Existen Chumaceras tipo Basculantes tipo Kingsbury.
Manga
Bi-Partida
y
Chumaceras
de
Zapatas
Fig 66 Chumacera Radial Lubricada por Anillo de Aceite Las Chumaceras tienen forma tubular y están recubiertas por dentro con una capa de “Babbitt” material blando de consistencia semejante al plomo, cuya superficie debe encontrarse sin asperezas, para disminuir la resistencia que provoca el apoyo de todo el peso de los elementos rotatorios sobre los fijos, pues condicionan fricciones, que cuando son muy importantes, provocan calentamientos que superan la tolerancia 115 PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN ACTIVO DE PRODUCCIÓN POZA RICA OPERACIÓN DE EXPLOTACIÓN
CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
del “Babbitt“ al calor pudiendo causar deformaciones en el mismo, situación que dificultaría el giro del eje o flecha.
Para poner en operación tanto a las CHUMACERAS como a LOS RODAMIENTOS se requiere instalarlos en una cavidad llamada CAJA DE CHUMACERA o de RODAMIENTO la cual incluye el depósito del lubricante y se encuentra ubicada en ambos extremos del cuerpo de la Bomba, pues ahí es donde se requieren los apoyos a la Flecha cuando se trata de Bomba Multipasos. Tanto LOS COJINETES DE CHUMACERA como LOS DE RODAMIENTO requieren de un Sistema de Lubricación Permanente que puede ser como se observa a continuación.
A ni l l os d e ac ei t e
Rec irc u lac i ó n de ac e i te Ro d am ie nt os
Fl ec h a
Fig.67 Rodamientos Lubricados por Collar Fijo a la Flecha
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CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
LAS BOMBAS MULTIPASOS Y DE CARGAS ALTAS, que justifica el uso de CHUMACERAS AXIALES.
incrementan el empuje, lo
LAS CHUMACERAS RÍGIDAS AXIALES TIPO KINGSBURY
Funcionan en forma paralela al eje de la flecha. Con zapatas radiales que contrapuntean. Mediante presión de aceite. Sobre un tambor de empuje.
Como el esfuerzo Axial se registra moviendo el eje de derecha a izquierda en función de sus extremos, esta chumacera se encarga de reducir los desplazamientos a distancias permisibles, cuyas medidas tienen rangos de milésimas.
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CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
G uí a ( t ap er p i n) Car c am o
T orn il l o s (c aps c r e w)
T apó n d e i ns pec c i ón ( i ns p - p l ug)
T apa (s up) d e c h um ac er a ( to p h a lf h o us in g)
J un t a ( gas k e t) Ar an d e la ( loc k was h er) A ni l l o d e ac ei t e ( o i l r i ng)
Ch um ac er a (be ar i ng s he l l)
E nf ri ad or (c o o l er) E np a qu e d e l e nf ri ad or (c oo l er s e a l) J un(tdef a ( lec gast kore t)d i s c ) Def lec tor Dis c o d ef l ec t or ( d ef l ec tor d is c ) C/ Pr is i on er o
Def lec tor
Caj a ( i nf er i or) d e c h u m ac era ( bo tt om h a lf h o us i n g)
Fig.68 Caja Típica de Chumacera Radial de una Bomba Bingham.
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4.3.1 Principios de Funcionamiento Una Bomba centrífuga es una máquina que transforma la Energía Motriz generada por un motor o por una turbina, en una fuerza centrífuga, transmitida por la flecha a los elementos rotatorios donde se encuentran los impul sores, que a su vez mueven fluidos como aceite crudo, agua y otros que ingresan por la Línea de Succión, hacia la Línea de Descarga. El funcionamiento de una bomba centrífuga: a) Debe obtener de la succión producto a presión positiva permanentement e, para mantenerlas “Cebadas”. b) A través de su impulso centrífugo debe desplazar su fluido: b.1) En forma horizontal a través de la tubería o cuesta arriba. b.2) Hacia sitios de Presión. SU PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO es simple, pues basta que la flecha de la bomba reciba a través de su acoplamiento con el motor, una energía rotatoria que se transmite a todos los elementos rotatorios que tiene ensamblados, haciendo girar su o sus impulsores como se observa a continuación.
Descarga
Flecha Succión (Vacío)
Rotatoria
Impulsor de alabes
Fig.37 Bomba Centrífuga
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CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
Sin embargo los problemas inician cuando se quiere encauzar el fluido impulsado por los Alabes de los Impulsores, por lo que es necesario un recipiente que lo recolecte y lo guíe a la descarga, usándose para ello La Voluta, que independientemente de darle dirección al Flujo, le crea resistencia por lo que el producto adquiere Presión dentro de su cámara, llamada Presión de Descarga. Otro problema que plantea este mecanismo centrífugo es la Velocidad a la que tienen que girar todos los Elementos Rotatorios sobre los Estacionarios o Fijos, existiendo zonas de Fricción que condicionarían Calentamientos, por ello es necesario la presencia de los Rodamientos (Baleros). A pesar de que los Rodamientos se encargan de mantener tanto a la Flecha como a los elementos rotatorios alineados con respecto a los estacionarios, existen zonas de Desgaste frecuente, por lo que es necesaria la presencia de partes intercambiables como son Las Mangas y Los Anillos de Desgaste cuyo cambio es sencillo y de bajo costo. A pesar de todo lo antes referido, cuando la bomba se encuentra en operación se genera Aumento de la Temperatura siendo indispensable contar con un Sistema de Enfriamiento que se analizará en su momento. Otra dificultad que existe cuando funciona una bomba centrífuga consiste en que maneja líquidos que alcanzan grandes presiones siendo algunos corrosivos, volátiles o tóxicos por lo que requiere de paredes de gran espesor y resistencia atribuibles a la Carcaza. Para evitar Fugas indeseadas cuenta con Sistema Anti-Fugas conformado por Empaquetaduras o Sellos Mecánicos. El número y dimensiones de los impulsores, influidos por la velocidad a la que giran y por la forma de sus alabes, son condiciones que se relacionan con Potencia y Capacidad.
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Impulsor de succión única
Elemento rotativo de
Fig.38 Impulsor de Simple Succión
4 pasos
Fig.38a Elemento de Bomba Centrifuga
4.3.2 Componentes de las Bombas Centrífugas Las Bombas Centrífugas Horizontales, están conformadas por 2 partes: 1. ELEMENTOS ROTATORIOS.- Son las partes que giran, impulsados por el motor. 2. ELEMENTOS ESTACIONARIOS.- Son las partes fijas, donde se apoyan los elementos Rotatorios. Estas bombas son de Carcaza Bipartida: 1. Las Bombas de Uno y Dos Pasos constan de Carcaza Bipartida Vertical. 2. Las Bombas Multipasos tienen Carcaza Bipartida Horizontal.
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Elemento estacionario
Elemento rotatorio Centrifuga multipasos Carcasa bipartida axial
Fig.39 Elementos Rotativos y Estacionarios de Bombas Centrífugas de un Paso y Multipasos. ELEMENTOS ROTATIVOS El Eje o Flecha Flecha.- Es la portadora de todos los elementos rotativos, localizándose en el centro de la Bomba. Función: Transmite el movimiento al arrancar y durante la operación al impulsor y a todos los elementos rotativos, haciendo que giren a la misma velocidad, manteniendo además una alineación que debe acercarse a lo perfecto, ya que los elementos que giran sólo tienen escasas milésimas de tolerancia con respecto a la carcasa. 88 PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN ACTIVO DE PRODUCCIÓN POZA RICA OPERACIÓN DE EXPLOTACIÓN
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Generalmente son de Acero Inoxidable, Acero 4140 o Acero Monel. El material de que está constituida es muy importante, por que al poner en operación al motor su primer esfuerzo es romper la inercia de reposo que tiene el equipo (parado). El motor al iniciar su giro se lleva en el movimiento al cople y éste a la flecha, condicionándoles torsión, ya que por un lado tienen la fuerza del impulso y por otro lado el peso de los elementos rotatorios, al alcanzar velocidad las partes rotatorias, la flecha recupera del 80% al 90% de su estado original. Así pues el material de la flecha debe tener capacidad para resistir esta deformación inicial con un margen de seguridad, llamado Tolerancia, que le permita no llegar al punto de Ruptura.
Cople que soporta impulso del motor
Flecha que transmite movimiento
Peso de los elementos rotatorios (resistencia)
Fig.40 Elemento de Bomba Centrifuga Multipasos con cajas de rodamientos
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El diseño de Una Flecha o eje debe tomar en cuenta: La Desviación máxima permisible, la cual tiene mucha relación con los Claros y las tolerancias que existen entre las partes que giran y las fijas. La distancia entre los apoyos. (Rodamientos y Chumaceras) La localización y los pesos de las cargas. La Velocidad Crítica de arranque y Operación. Una FLECHA O EJE puede tener al deformarse: DEFLEXIÓN. TORSIÓN. ALARGAMIENTO (o tensión). Un MATERIAL tiene: UN PUNTO PROPORCIONAL que corresponde a su estado de reposo (sin cargas). UN PUNTO DE FLEXIBILIDAD. UN PUNTO DE FLUENCIA O DEFORMACIÓN. UN PUNTO DE RUPTURA. Las Flechas varían de forma y longitud de acuerdo al Tipo y Marca de la Bomba, contando en su trayecto longitudinal, con diferentes diámetros, que tienen la función de alojar a los elementos rotatorios y les sirven de tope para fijar su posición. Las Flechas de las Bombas Centrífugas se protegen de la corrosión, erosión y desgaste a nivel de los Estoperos (Sello Mecánico), de los Cojinetes (Rodamientos y chumaceras), de las Juntas de Escurrimiento o de las Vías de Agua, colocando una Funda Metálica llamada MANGA O BUJE. Por el sitio donde se encuentran se denominan MANGAS DE SELLO MECÁNICO, BUJE CENTRAL, etc. Estos rios son importantes porque son económico s, fácilmente desmontables y reemplazables, evitando daños al eje rotatorio y a la carcasa, cuya reparación o sustitución suele ser costosa.
90 PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN ACTIVO DE PRODUCCIÓN POZA RICA OPERACIÓN DE EXPLOTACIÓN
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Obsérvese la manga introducida sobre la flecha en el sitio donde se coloca el sello
Manga del tambor central de balance
Fig.41 Elemento Rotatorio de una Bomba Centrífuga Multipasos El Buje central (Tambor Central de Balance) como el que se aprecia en la ilustración anterior, es el que se encarga de separar las cámaras de Alta y de Baja Presión en el centro de la flecha, también es reemplazable. LOS COPLES Y LA BOMBA CENTRÍFUGA Las Bombas Centrífugas están conectadas a las máquinas motrices por medio de ACOPLAMIENTOS.
Tolva
Fig.42 Bomba Centrífuga Multipasos Acoplada a un Motor Eléctrico Estos ACOPLAMIENTOS son elementos también rotativos ya que se encuentran fijos a los ejes del Motor y de la Bomba.
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Por encontrase en el exterior de las máquinas siempre deben estar cubiertos por una tolva. El acoplamiento es un punto muy complejo y delicado, por lo que debe tener las siguientes características: Tener una parte que amortigüe la deformación que provoca el arranq ue y al mismo tiempo tener la capacidad de recuperar el l00% de lo que pudiera tener de atraso la flecha con los elementos rotativos de la bomba al arrancar. Ser fuerte para resistir los esfuerzos cortantes tan terribles que se presentan en el arranque y durante la operación de la bomba. Ser fácil de montar y desmontar, con manejo sencillo. Debe ser fácil de lubricarse. Tener un diseño que se adapte a las necesidades de diferentes bombas. LOS ACOPLAMIENTOS se clasifican en: a) ACOPLAMIENTOS RÍGIDOS b) ACOPLAMIENTOS FLEXIBLES. Un Acoplamiento Rígido consiste básicamente en una Brida dividida, provista de tornillos, de manera que puedan presentarse en los extremos adjuntos, las dos flechas y formar una conexión sólida. Un Acoplamiento Flexible, es un dispositivo que conecta 2 flechas y que transmite el movimiento de rotación de la máquina motriz a la máquina impulsada, pero aceptando un pequeño desalineamiento que puede ser angular, paralelo o una combinación de ambos. A continuación se muestran algunos TIPOS DE ACOPLAMIENTOS usados en la Industria petrolera.
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COPLE DE PASADOR Y BUJE ELÁSTICO En este Cople, los pasadores están sujetos a una de las mitades y atraviesan los bujes que se montan en la otra mitad. Los bujes están hechos de hule o de algún material compresible que le dan la flexibilidad necesaria. Los Pernos tienen una holgura libre con los bujes de tal modo que el movimiento axial se efectúa fácilmente.
Fig.43 Cople de Pasador y Buje Elástico COPLE TIPO LOVE JOY Es una variación del Cople de Perno y Buje elástico. Consiste en 2 cubos de bridas montadas en las flechas “Impulsada e Impulsora“ con patas salientes que encajan en el elemento central flexible, en forma de araña, que absorbe los pequeños desalineamientos y vibraciones.
Fig.44 Cople Tipo Love Joy 93 PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN ACTIVO DE PRODUCCIÓN POZA RICA OPERACIÓN DE EXPLOTACIÓN
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COPLE TIPO ENGRANES MARCA FAST La Campana del acoplamiento lleva dentro de cada extremo, unos anillos con engranes interiores, que embonan con los engranes de las mitades impulsora e impulsada del acoplamiento. El torque se transmite a través de los dientes de engrane, mientras que la acción deslizante necesaria y la capacidad de ligeros ajustes de posición se deriva en cierta libertad de acción que existe entre los 2 juegos de dientes. Para evitar cualquier tendencia a pegarse debido a la fricción de los engranes, deben trabajar en baño de aceite o grasa, que se retiene dentro de las campanas.
Fig.45 Cople Fast Tipo Engranes
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COPLE THOMAS TIPO MEMBRANA Es un acoplamiento flexible, todo metálico y no lubricado, formado por dos cubos montados respectivamente en las flechas, consta de una brida central conectada a las bridas de los cubos por medio de un grupo de discos flexibles. La fuerza se transmite por tensión de estos discos que e stán atornillados alternadamente a las bridas terminales y al elemento central. La flexión de estos discos intenta compensar el desalineamiento.
Fig 46 Cople Thomas Tipo Membrana
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COPLE DE REJILLA Consiste en dos cubos de acero con bridas, un resorte especial en forma de rejilla y una cubierta. Las periferias de los cubos están ranuradas para recibir el resorte. Las ranuras se ensanchan interiormente unas hacia otras en forma de arco que mantiene una relación definida con el espesor de las barras de la parrilla del resorte. La curvatura es de tal forma, que los puntos de apoyo se acercan uno a otro al aumentar la carga.
Fig.47 Cople Falk del tipo de Rejilla
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COPLE DE CADENA Las partes que lo forman son 2 cubos con dientes de catarina, montados respectivamente en los extremos de la flecha motriz y conducida sobre las catarinas se monta una cadena de doble hilera de rodillos que tiene un perno de desconexión rápida. Usualmente se lubrica con grasa, su aplicación principal es en instalaciones que tienen doble motriz, siendo conveniente que una de ellas esté inactiva.
Fig.48 Cople de Cadena
ELEMENTOS ROTATIVOS EL IMPULSOR ES EL CORAZÓN DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA FUNCIÓN: Es el elemento Rotatorio que tiene como función mover el fluido. Generalmente constituidos por materiales de bronce, Acero inoxidable, Acero Monel, Acero 4140 y otros más, de acuerdo al fluido que maneja.
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ABIERTOS. Conjunto de Álabes que sobresalen a una pequeña tapa que le sirve de soporte, pero son estructuralmente débiles, no controlan el flujo centrifugado, se usan generalmente en bombas baratas o para manejar líquidos abrasivos.
Fig.49 Impulsor Abierto
SEMIABIERTOS Conjunto de Álabes cubiertos totalmente en un lado por una tapa fundidos en una sola pieza, que le reduce la presión sobre el cubo de succión evitando que la sustancia centrifugada se acumule detrás e interfiera con la propia operación de la bomba.
Fig 50 Impulsor Semiabierto
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Vista de frente
Vista posterior
Fig.51 Impulsor Abierto con Caja Parcial
CERRADOS Conjunto de Álabes cubiertos por tapas en ambas caras, de tal manera que separan los fluidos correspondientes a cada impulsor y consta de una cámara de Succión Central y otra de Descarga Periférica. Si estos impulsores succionan por uno de sus lados se llama de ISION SIMPLE, si lo hace por los 2 lados, se denominan de DOBLE SUCCIÓN.
Impulsor cerrado isión simple – Alabes francis
Impulsor cerrado isión simple - Álabes derechos
Fig.52 Impulsor Cerrado con isión Simple
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LOS ALABES Pueden ser: rectos o curvos, anchos o angostos, escasos o abundantes, grandes o pequeños. El diseño está basado con respecto a la función que requiera la bomba. El Volumen está dado por Álabes rectos y anchos girando a baja velocidad. La Presión está dada por Álabes Curvos y Angostos girando a gran velocidad.
Impulsor Cerrado isión Simple Álabes Francis de Alta Velocidad
Impulsor Cerrado isión Simple Álabes Francis de Baja Velocidad
Fig.53 Álabes
El Fluido dentro de una Bomba Centrífuga, suele salir disparado en varias direcciones proyectado por cada uno de los impulsores; por ello la bomba cuenta con dispositivos que encauzan adecuadamente al producto dentro de la bomba, tendiendo a evitar que estos flujos desordenados produzcan turbulencias. Estas condiciones están dadas por LA CARCAZA, LOS ANILLOS DE DESGASTE Y LOS ANILLOS CORTADORES DE FLUJO.
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ANILLOS DE DESGASTE Son anillos colocados sobre el Cono de Succión del Impulsor, para evitar recirculaciones de fluidos dentro de la bomba que condicionen turbulencias que a su vez conduzcan a erosiones de la Carcasa y/o el Impulsor. Por encontrarse en una zona de fricción entre el impuls or y la Carcaza, evitan los desgastes a esas piezas de difícil reparación y como son fácilmente removibles y reemplazables disminuyen los costos de mantenimiento. Están constituidos generalmente de Bronce, Acero inoxidable o Acero al carbón.
Anillo de desgaste
Cono de succión
Alabes
Fig 54 Anillos de Desgaste Hay varios tipos de ANILLOS DE DESGASTE. La selección depende de:
La Presión diferencial a través de la junta de escurrimiento. La Velocidad. El Diseño particular de la Carcaza. El Flujo que está manejando.
101 PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN ACTIVO DE PRODUCCIÓN POZA RICA OPERACIÓN DE EXPLOTACIÓN
más apropiada
CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
Existen diversas formas de ANILLOS DE DESGASTE, las más comunes son: los Planos, en forma de “L” o de “T”. La Junta de Escurrimiento en los Anillos de Desgaste: Tipo Planos: Tipo “L”:
Es un espacio libre anular derecho. Es un gran espacio libre axial entre el impulsor y el anillo de desgaste de la cubierta de la carcasa, de manera que la velocidad de líquido que fluye dentro de la corriente que entra al ojo de succión del impulsor sea baja.
Manga de Buje
Pieza de paso
Anillos de desgaste
Fig.55 Anillos de Desgaste
Fig.56 Pieza de Paso o Cortador de Flujo
ANILLOS CORTADORES DE FLUJO Los ANILLOS CORTADORES DE FLUJO son indispensables, pues su función es evitar recirculaciones anormales de flujo dentro de la Carcaza, que condicionarían turbulencias y esto a su vez erosiones costosas. Constituidos de Acero Inoxidable o de Acero al Carbón, de gran resistencia a altas temperaturas y soportan satisfactoriamente la fricción. Se localizan entre el impulsor y la Carcaza.
102 PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN ACTIVO DE PRODUCCIÓN POZA RICA OPERACIÓN DE EXPLOTACIÓN
CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
Anillos Cortadores de Flujo
Ubicación de las Mangas Ubicación del Buje Centtral
Ubicación de los Anillos de Desgaste
Fig.57 Parte Inferior de una Carcaza sin Componente Rotatorio. Bomba Centrífuga Multipasos (4 Impulsores)
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CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
MECANISMO ANTI-FRICIÓN Como ya se ha comentado, existen PARTES ROTATORIAS, que giran sobre PARTES ESTACIONARIAS, esta situación lógicamente condiciona rozamiento en los puntos de giro. Para llevar a cabo la función Anti-Fricción contamos con unos "COJINETES", conocidos como “RODAMIENTOS” y CHUMACERAS cuyas funciones son: Reducir la fricción en los puntos de giro. Mantener una correcta alineación del eje o flecha y de todas las piezas que giran, con respecto a las partes fijas, en función de evitar las cargas axiales y radiales. LOS RODAMIENTOS La función del RODAMIENTO es la de soportar cargas axiales y / o radiales que se ejercen sobre el elemento rotativo permitiendo un giro libre, disminuyendo con ello las fricciones y calentamientos, sirviendo de apoyo al rotor, para que este gire sobre él, manteniendo alineadas sus partes principales. LOS MATERIALES que lo constituyen varían de acuerdo al servicio de carga que presta, el cual puede ser: Muy ligero, Ligero, Pesado y Muy pesado. Cada Rodamiento está constituido por: A) UN ANILLO ESTACIONARIO FIJO. B) ELEMENTOS ROTATORIOS C) UN ANILLO GIRATORIO. Por el tipo de sus elementos rodantes se clasifican en:
RODAMIENTO DE BOLAS. RODAMIENTO DE RODILLOS CILÍNDRICOS RODAMIENTO DE RODILLOS CÓNICOS. RODAMIENTOS DE RODILLOS DE RÓTULA.
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CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
Estos grupos a su vez se dividen en Rodamientos para soportar: Cargas RADIALES. Cargas RADIALES Y AXIALES (MIXTOS). Cargas AXIALES.
Ro d am ie nt os r íg i d os d e u na h il er a d e b ol as
Ro d am ie nt o d e bo l as de r ót u la Ro d am ie nt o d e un a h i l er a de bo l as c o n c o nt ac t o a n gu l ar
Ro d am ie nt o d e dos hi l er as de bo l as c o n c o nt ac t o a n gu l ar Ro d am ie nt o d e r o di l l o s a rót u las Ro d am ie nt o d e r o di l l o s c i lí n dr ic os Ro d am ie nt os d e r o di l l os c ón ic os Ro d am ie nt os ax ia l es d e b ol as de s im pl e ef ec to . Ro d am ie nt os ax ia l es d e b ol as de do b le ef ec t o
Fig.58 Tipos de Rodamientos
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CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
Las Marcas de Rodamientos más comunes son S.K.F., U.S.A, SWEEDEN, TIMKEN, N.T.N., y KOYO. Existen Rodamientos PRE-LUBRICADOS Y ABIERTOS (Para lubricación exterior) Cuando los rodamientos son del tipo abierto, requieren de lubricación, por lo que deben encontrarse dentro de una caja que contenga aceite, el cual es levantado por uno o dos anillos generalmente de bronce, de diámetro mayor que la flecha, llamados “ANILLOS DE ACEITE” cuyo movimiento giratorio hace que baje al aceite y lo suba salpicando al rodamiento que se encuentra inmediato a él. Las Bombas que operan a 1800 RPM usan aceite Turbinas 15 y las de 3600 RPM el tipo Turbinas 9. Los motores Eléctricos usan Rodamientos Radiales en ambos extremos del rotor. Las Bombas Centrífugas Multipasos: Rodamiento Radial Lado Cople. Rodamientos Axiales (Espalda con Espalda) Lado opuesto al cople. Las Bombas Centrífugas de Uno y Dos Pasos tipo Cantiliver usan: Rodamiento Radial del Lado Impulsor. Rodamientos Axiales (Espalda con Espalda) lado cople. CODIFICACIÓN S.K.F. PARA RODAMIENTOS Los rodamientos tienen 4 números. tabla:
1.- El Primer Número indica el tipo de Rodamiento de acuerdo a la siguiente
7 = Rodamiento de una hilera de bolas para Carga axial y o angular. 6 = Rodamiento Rígido de una hilera de bolas para Carga radial. 3 y 5 = Rodamiento de Doble hilera de bolas para Carga axial y o angular. 106 PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN ACTIVO DE PRODUCCIÓN POZA RICA OPERACIÓN DE EXPLOTACIÓN
CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
4 = Rodamiento Rígido de Doble hilera de bolas para Carga axial. 2.- El Segundo Número indica el Tipo de Servicio que soporta el rodamiento. 0= 2= 3= 4=
Servicio Servicio Servicio Servicio
Muy Ligero Ligero Pesado Muy Pesado
3.- El Tercer y Cuarto Número indican las dimensiones que tiene su Diámetro Interior en mm. cuando los multiplicamos por el Factor 5. EJEMPLO: Rodamiento 6314 6 3 Una hilera de bolas Servicio pesado Carga radial
14 X5 70 mm. de ø interior de rodamiento
Para convertir el Diámetro Interior en mm. en pulgadas con milésimas: Multiplique 70 x .03937 = 2.7559 ”
Para terminaciones menores, deben guiarse por los valores siguientes: 00 = l0 mm. 01 = 12 mm. 02 = l5 mm. 03 = l7 mm. (De la terminación 04 en adelante, todas se multiplican por el factor 5)
Para saber el Número de Rodamiento se requiere conocer: El tipo de Rodamiento, el Tipo de Servicio y el Diámetro de la Flecha. (en mm.). EJEMPLO: Rodamiento tipo: Una hilera de bolas carga axial o angular =7 Servicio Pesado = 3 Diámetro de Flecha = 1.772” 1.772 x 25.4 = 45 mm 45 5 = 09 RODAMIENTO 7309= Rodamiento de 1 hilera de bolas de carga axial y o angular para servicio pesado con 45 mm. de diámetro interior. NOTA: Si la medida se toma en mm, sólo se divide entre 5.
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CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
En términos generales los Ajustes de un Rodamiento se consideran de la siguiente manera:
Ajuste contra caja Claro de 0.000” a 0.0005”. Ajuste contra flecha Apriete de 0.000” a 0.0005”
CARACTERÍSTICAS ESPECIALES DE LOS RODAMIENTOS Rodamiento Axial de Bolas de Simple Efecto Consta de una hilera de bolas entre 2 aros, donde el aro fijo al eje es el asiento plano, mientras que el aro apoyado en el soporte puede tener asiento plano o esférico, (en este último) el rodamiento se apoya en una contra placa. Los rodamientos con asientos planos se prefieren en la mayoría de las aplicaciones, pero los esféricos son útiles para compensar inexactitud de los soportes por el fabricante. Este Rodamiento está destinado a resistir solamente carga axial en una dirección.
Fig.59 Rodamiento Axial de Bolas de Simple Efecto
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CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
RODAMIENTO DE UNA HILERA DE BOLAS CON O ANGULAR Tiene dispuestos sus caminos de rodadura de forma que la presión ejercida por las bolas está dirigida en ángulo agudo con respecto al eje. Este rodamiento está hecho especialmente para resistir una gran carga axial, debiendo montarse, en contraposición de otro que pueda recibir la carga axial en sentido contrario. No es desmontable.
Fig.60 Rodamiento de 1 Hilera de Bolas con o Angular
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CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
RODAMIENTO DE DOS HILERAS DE BOLAS CON O ANGULAR Tiene dispuestos sus caminos de rodadura de tal manera que las líneas de presión formadas por las 2 hileras de bolas, se dirigen a dos puntos del eje relativamente distantes entre sí. A diferencia de otros tipos de rodamiento, este tiene una cierta carga previa que le permite reducir a muy estrechos límites, los movimientos axiales del eje, aún bajo cargas de dirección variable. Este rodamiento es apropiado por su diseño, para órganos giratorios de maquinas que requieren dos apoyos, pero en los que únicamente se dispone de espacio para un rodamiento.
Fig.61 Rodamiento Dos Hileras de bolas con o Angular
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CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
RODAMIENTO DE BOLAS A RÓTULAS CON 2 HILERAS DE BOLAS Tiene un camino esférico de rodadura común en el aro interior, por lo que es autorregulable y por ello insensible a ligeras faltas de alineación del eje, originadas por errores en el montaje, torceduras en dicho eje o en los cimientos de la bomba etc. Por si solo, no puede ocasionar deflexiones en el eje. Este rodamiento es importante cuando se trata de aplicaciones que requieren de gran velocidad.
Fig.62 Rodamiento de Bolas a Rótulas con 2 Hileras de Bolas
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CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
RODAMIENTO DE RODILLOS CILÍNDRICOS Tiene rodillos guiados por rebordes en uno de los aros, pues el otro aro generalmente no tiene rebordes, esto representa la ventaja de permitir que el eje se desplace axialmente dentro de ciertos límites, con respecto al soporte. Los rodamientos con rebordes en los 2 aros pueden fijarse axialmente al eje, siempre que los empujes sean muy reducidos. El desmontaje es muy fácil, aunque ambos aros estén montados sobre ajuste fuerte. Es adecuado para Cargas Radiales, relativamente grandes y puede también soportar altas velocidades.
Fig.63 Rodamiento de Rodillos Cilíndricos
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CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
RODAMIENTO AXIAL DE RODILLOS A RÓTULAS Tiene una hilera de rodillos situados oblicuamente, los cuales guiados por un resalte del aro giratorio, giran sobre la superficie esférica del aro fijo. En consecuencia, el autorregulación completa.
rodamiento
posee
gran
capacidad
de
carga
y
Debido a la especial ejecución de la superficie de apoyo de los rodillos en el resalte de guía, los rodillos giran separados del resalte por una capa fina de aceite. El rodamiento puede, girar a gran velocidad, soportando una elevada carga. Contrariamente a los otros rodamientos axiales, este puede resistir cargas radiales.
Fig.64 Rodamiento Axial de Rodillos a Rótula
113 PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN ACTIVO DE PRODUCCIÓN POZA RICA OPERACIÓN DE EXPLOTACIÓN
CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
RODAMIENTO DE RODILLOS CÓNICOS Debido a la posición oblicua de los rodillos y los caminos de rodadura, el rodamiento es especialmente adecuado para resistir cargas radiales y axiales simultáneas. Este rodamiento debe montarse en oposición con otro, capaz de soportar los esfuerzos axiales en sentido contrario. Este Rodamiento es desmontable, pues es posible separar el aro interior con sus rodillos del aro exterior. Su montaje se efectúa por separado.
Fig.65 Rodamiento de Rodillos Cónicos.
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CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
COJINETES ANTIFRICCIÓN POR CHUMACERAS Existen algunas Bombas Centrífugas Multipasos (Byron Jackson, Bingham y otras) que usan Chumaceras Rígidas, generalmente una Axial en Lado opuesto y otra Radial en el Lado Cople. Las Chumaceras sirven para: 1. Reducir la fricción en los puntos de giro. 2. Mantener el correcto alineamiento del eje, logrando con ello que todos los elementos que giran mantengan su ubicación con respecto a las Estacionarias. 3. Soporta las cargas Axiales y Radiales.
Canaleta de distribución de aceite Canaleta de recolección de aceite Perforación de drenaje del aceite recolectado Anillo de aceite
Existen Chumaceras tipo Basculantes tipo Kingsbury.
Manga
Bi-Partida
y
Chumaceras
de
Zapatas
Fig 66 Chumacera Radial Lubricada por Anillo de Aceite Las Chumaceras tienen forma tubular y están recubiertas por dentro con una capa de “Babbitt” material blando de consistencia semejante al plomo, cuya superficie debe encontrarse sin asperezas, para disminuir la resistencia que provoca el apoyo de todo el peso de los elementos rotatorios sobre los fijos, pues condicionan fricciones, que cuando son muy importantes, provocan calentamientos que superan la tolerancia 115 PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN ACTIVO DE PRODUCCIÓN POZA RICA OPERACIÓN DE EXPLOTACIÓN
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del “Babbitt“ al calor pudiendo causar deformaciones en el mismo, situación que dificultaría el giro del eje o flecha.
Para poner en operación tanto a las CHUMACERAS como a LOS RODAMIENTOS se requiere instalarlos en una cavidad llamada CAJA DE CHUMACERA o de RODAMIENTO la cual incluye el depósito del lubricante y se encuentra ubicada en ambos extremos del cuerpo de la Bomba, pues ahí es donde se requieren los apoyos a la Flecha cuando se trata de Bomba Multipasos. Tanto LOS COJINETES DE CHUMACERA como LOS DE RODAMIENTO requieren de un Sistema de Lubricación Permanente que puede ser como se observa a continuación.
A ni l l os d e ac ei t e
Rec irc u lac i ó n de ac e i te Ro d am ie nt os
Fl ec h a
Fig.67 Rodamientos Lubricados por Collar Fijo a la Flecha
116 PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN ACTIVO DE PRODUCCIÓN POZA RICA OPERACIÓN DE EXPLOTACIÓN
CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
LAS BOMBAS MULTIPASOS Y DE CARGAS ALTAS, que justifica el uso de CHUMACERAS AXIALES.
incrementan el empuje, lo
LAS CHUMACERAS RÍGIDAS AXIALES TIPO KINGSBURY
Funcionan en forma paralela al eje de la flecha. Con zapatas radiales que contrapuntean. Mediante presión de aceite. Sobre un tambor de empuje.
Como el esfuerzo Axial se registra moviendo el eje de derecha a izquierda en función de sus extremos, esta chumacera se encarga de reducir los desplazamientos a distancias permisibles, cuyas medidas tienen rangos de milésimas.
117 PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN ACTIVO DE PRODUCCIÓN POZA RICA OPERACIÓN DE EXPLOTACIÓN
CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE BOMBEO
G uí a ( t ap er p i n) Car c am o
T orn il l o s (c aps c r e w)
T apó n d e i ns pec c i ón ( i ns p - p l ug)
T apa (s up) d e c h um ac er a ( to p h a lf h o us in g)
J un t a ( gas k e t) Ar an d e la ( loc k was h er) A ni l l o d e ac ei t e ( o i l r i ng)
Ch um ac er a (be ar i ng s he l l)
E nf ri ad or (c o o l er) E np a qu e d e l e nf ri ad or (c oo l er s e a l) J un(tdef a ( lec gast kore t)d i s c ) Def lec tor Dis c o d ef l ec t or ( d ef l ec tor d is c ) C/ Pr is i on er o
Def lec tor
Caj a ( i nf er i or) d e c h u m ac era ( bo tt om h a lf h o us i n g)
Fig.68 Caja Típica de Chumacera Radial de una Bomba Bingham.
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