calculo_de_bombas

8/6/2019 calculo_de_bombas

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CORPORACIN MEXICANA DE INVESTIGACIN EN MATERIALES, S.A. DE C.V.

GERENCIA DE APLICACIN DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE PROCESO

PROCEDIMIENTO DE CLCULO

CS - 01

CODIGO: PC-A-06-02 SECCION DE REF.: 5 PGINA : 1 DE: 29

REVISIN A BFECHA DICIEMBRE 2000 AGOSTO 2005

ELABOR: REVIS: AUTORIZ:

Ing. Ricardo Ros SerraldeIng. Amparo Martnez Bahena

Marco Antonio Gonzlez Gmez Ing. Jess Garca Ortiz

PROCEDIMIENTO PARA EL CLCULO DE BOMBAS.

B : PARA CHEQUEO CRUZADO


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CORPORACIN MEXICANA DE INVESTIGACIN Cdigo: PC A 06 02EN MATERIALES, S.A. DE C. V. Pgina: 2

GERENCIA DE APLICACIN DE TECNOLOGIA Autoriz: ING. JESS GARCIA O.DEPARTAMENTO DE PROCESO Revisin BPROCEDIMIENTO DE CLCULO Fecha: AGOSTO - 2005

TTULO: PROCEDIMIENTO PARA EL CALCULO DE BOMBAS

CS - 02

INDICE

1. OBJETIVO.

2. ALCANCE.

3. RESPONSABILIDADES.

4. VOCABULARIO.

5. DESARROLLO.

6. FORMATOS UTILIZADOS.

7. REFERENCIAS.

8. DISTRIBUCIN.

9. MODIFICACIONES.

10. ANEXOS


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1. OBJETIVO.

Este procedimiento establece los lineamientos para determinar la cabeza diferencial y el NPSH de lasbombas que se van a especificar, y estimar la potencia del accionador.

2. ALCANCE.

Aplica a todo tipo de bombas que manejen fluidos viscosos y no viscosos en flujos laminares yturbulentos, y cuando se tienen definidos los arreglos de equipo en forma preliminar o los arreglos detuberas en fase final ya que la aplicacin de este procedimiento depende de la trayectoria de latubera.

3. RESPONSABILIDADES

3.1. Subgerente de Ingeniera de Proyectos o responsable del rea.

Verificar que este procedimiento se aplique en todos los proyectos realizados en COMIMSA.

3.2. Especialista.

Aplicar este procedimiento en todos los proyectos donde se requiera calcular una bomba, ydeber solicitar que lo ejecuten todo el personal de trabajo que se encuentre bajo su cargo.

4. VOCABULARIO

4.1. General.

Presin inicial mnima Es la presin mnima que se presenta en el reciente odispositivo donde se encuentra alojado el fluido que se va asuccionar.

Presin en el recipiente Es la presin inicial mnima ms la presin atmosfrica.

Columna hidrosttica Es la altura que existe entre el nivel del liquido menos la alturade la boquilla de succin de la bomba, con respecto al mismopunto de referencia y tambin es la altura que existe entre elnivel o boquilla donde llega el fluido (lo que resulte ms alto)menos la altura de la boquilla de descarga de la bomba.

Presin de vapor Es la presin de vapor del fluido a la temperatura de bombeo.

Nivel mnimo de operacin Es el nivel mnimo del fluido que se presenta en el recipiente odispositivo donde se encuentra alojado el fluido.

Elevacin boquilla de succin Es la altura de la boquilla de succin de la bomba respecto a unpunto de referencia.

Presin terminal mxima Es la presin mxima que se presenta en el reciente odispositivo donde se va a alojar el fluido que se va a bombear.

4.2. Nomenclatura.

Variable Unidades Descripcin

BHP kW Potencia al freno del motor.

d mm Dimetro interno.

F.S. adim. Factor de servicio de la tubera debida al ensuciamiento.


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L m Longitud de tubera equivalente.

NPSH m Cabeza neta de succin positiva.(NPSH)d m NPSH disponible y es la capacidad que tiene un sistema para

que el fluido sea succionado por la bomba.

(NPSH)r m NPSH requerido y es la limitacin que tiene una bomba parasuccionar un fluido.

P kg / cm2 abs Presin atmosfrica del lugar.

Q m3 / h Flujo volumtrico de la bomba a capacidad de diseo.

T C Temperatura del fluido a condiciones de flujo.

V m / s Velocidad de fluido.

mm Rugosidad absoluta.

Densidad relativa del fluido a condiciones de flujo.

cp Viscosidad del fluido a condiciones de flujo.

% Eficiencia estimada de la bomba.

5. DESARROLLO.

5.1. Ecuaciones a ser empleadas.

Las siguientes ecuaciones debern ser aplicadas en este procedimiento

*d*Q

353024.39Re = 1

4

2

d

Q**K625.555P

= 2

12

11.512

BA

1

Re

88Ft

+

+

= 3

16

0.9

d

*0.27

Re

7

12.457lnA

+

=

4


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16

Re

37530B

= 5

2d

Q353.67v = 6

d

LFt*1000K = 7

5.2. Secuencia de clculo.

Antes de iniciar el clculo necesitamos previamente obtener los siguiente datos y quedescribiremos a continuacin, indicando en cada uno de ellos el documento de donde serobtenido o las acciones a seguir para su obtencin en algunos casos ser necesario recurrir aotro tipo de documento, cuando sea el caso el dato se encontrar repetido en otro documento:

Del Diagrama de Flujo y Balance:

Fluido a ser bombeado.

Flujo a ser bombeado.

Temperatura de bombeo.

Densidad relativa.

Viscosidad.Presin de vapor del fluido.

Presin inicial mnima.

Presin terminal mxima.

De Tablas de propiedades Fsicas de Fluidos (Crane, Perry, Sherwood, etc):

Densidad Relativa.

Viscosidad.

Presin de Vapor del fluido.

De las Bases de Diseo:Presin atmosfrica

Factor de sobrediseo (multiplicador que afecta al flujo para obtener un sobre diseoque tendrn las bombas).

Del Diagrama de Tuberas e Instrumentacin:

Arreglo del conjunto de equipos involucrados en el sistema de bombeo (de donde adonde va el fluido a ser bombeado) incluyendo las tuberas.

Dimetro de tuberas de succin y descarga.


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Especificacin de la tubera.

Nmero de vlvulas de corte.Placas de orificio.

Vlvulas de control.

Nivel del fluido en recipientes.


De las Hojas de datos de los equipos que se encuentran a la succin y a la descarga(normalmente recipientes, no se consideran equipos de paso como son los cambiadores).

Fluido a ser bombeado.

Temperatura de bombeo.

Densidad relativa.

Presin Inicial.

Presin Final.

Nivel del Fluido.

Elevacin de Boquillas.

De las Especificaciones de tuberas.

Material de la tubera.

Cdula de la tubera.

Tipo de vlvulas.

De los Isomtricos:

Arreglo del conjunto de equipos involucrados en el sistema de bombeo (de donde adonde va el fluido a ser bombeado).

Trayectoria de la tubera.


Tipo de vlvulas.

Vlvula de control.}

Placa de orificio.

Accesorios de tubera.

Elevaciones (tuberas, equipos y boquillas).

De los Arreglo de tuberas:

Trayectoria de la tubera (para clculos finales, se recomienda hacerlos conisomtricos).

Accesorios de la tubera.

Elevacin de boquillas.


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De los Arreglos de Equipo:

Trayectoria de la tubera (para clculos preliminares ya que la trayectoria serestimada).

Elevacin de boquillas.

Elevaciones de equipos.

De los datos anteriores siempre se debern considerar los ms crticos para el clculo de labomba, ejemplo: nivel mnimo en el tanque de succin, presin de vapor en el mes mscaluroso, cuando la descarga de la bomba tiene varios destinos considerar el que presente unmayor suministro de energa, etc.

Se pueden efectuar dos tipos de clculo para las bombas, el primero es obtener un clculopreliminar con trayectorias de tuberas estimadas, donde se desea solamente especificar el

equipo con un margen de error que sea manejable, es decir, que la seleccin de la bomba (enla etapa de cotizacin) sea un modelo tal que al efectuar el clculo final no cambie este.Cuando este sea el caso, el departamento de proceso estimar la trayectoria de la tubera enlos arreglos de equipo y sus accesorios y la segunda etapa es una paso previo a la compra delequipo y el clculo se har con documentos ms precisos, como son los isomtricos y que eneste momento ya podemos contar con ellos, estos debern ser solicitados previamente aldepartamento de tuberas (deben estar programados dentro de las actividades de tuberas).

5.2.1. Reglas a considerar en el clculo para el NPSH, vlvulas de control, placas de orificio,potencia al freno del motor (BHP), y cada de presin en equipos.

5.2.1.1. NPSH.

El NPSH siempre deber ser un valor positivo, cuando se obtiene un valor negativoquiere decir que la bomba no podr ser capaz de succionar el fluido y estefenmeno se conoce como cavitacin. Por otro lado la bomba cuenta con su propioNPSH el cual se conoce como NPSH requerido y el sistema (fluido, tanque ytubera a la succin) cuenta con su NPSH, que se conoce como NPSH disponible,por tanto para que la bomba o el conjunto de bombas que se encuentren enoperacin trabajen adecuadamente, es necesario que el NPSH disponible seamayor que el NPSH requerido.

Para tener una buena seleccin y no tener ningn problema de cavitacin de la (s)bomba (s), se recomienda que la diferencia mnima entre el NPSH disponiblerespecto al requerido sea mayor o igual a 0.6 m (2 ft).

Es importante observar que en esta etapa de clculo no contamos con el NPSHrequerido, ya que es un dato particular de la bomba seleccionada por tal motivodebemos tomar en cuenta la siguiente regla:

Para bombas que manejan flujos pequeos NPSH requeridos pequeos (entre 1.8a 3.04 m) y para bombas que manejan flujos grandes NPSH requeridos grandes(entre 3.6 a 4.8 m).

Como regla general se debe de obtener un NPSH disponible mayor a 4 m.

Existen varias formas de incrementar el NPSH disponible del sistema (se deberanalizar cual es la modificacin que resulta para incrementar el NPSH disponiblepor arriba del requerido, y sea el ms econmico) y son:


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Disminuir la cada de presin del equipo que se encuentra en la succin de labomba (cambiadores y principalmente filtros).

Incrementar el dimetro de la tubera.

Disminuir la longitud de la tubera entre la bomba y el tanque.

Subir el nivel mnimo del tanque (esto le resta capacidad).

Incrementar la diferencia de altura que existe entre el tanque y la bomba estoquiere decir que subimos el tanque o bajamos la bomba.

Aumentar la presin inicial manteniendo la temperatura constante ( si esfactible de llevar a cabo).

Disminuir la temperatura de bombeo, manteniendo la presin inicial constante

si es factible de llevar a cabo. Le adicionamos a la bomba un difusor (esta solucin seria cuando ninguna de

las anteriores podemos modificar y es cuando el equipo ya est instalado y elNPSH requerido, resultado de esta modificacin es menor que el disponible).

5.2.1.2. Vlvulas de control.

Cuando el sistema cuenta con una vlvula de control a la descarga, su funcinprimordial ser de controlar el flujo, independientemente de la variable a la queest especificada en el DTI (nivel, temperatura, flujo u otra variable), por tal motivopara poder controlar el flujo del sistema, es necesario que la cada de presin de lavlvula sea igual a las prdidas totales variables del sistema, a la descarga de labomba (tubera, accesorios, equipos, etc.), no se deben incluir cabezasdiferenciales estticas (presin total fija) como son alturas o presiones terminalesincluidas en este concepto las placas de orificio.

Es importante tomar en cuenta que si el resultado de la cada de presin de lavlvula, aplicando el criterio anterior es menor a 0.35 Kg / cm2, se deber tomarcomo mnimo este ltimo valor.

5.2.1.3. Placas de orificio y toberas.

Para estos dispositivos consideraremos una cada de presin en todos los sistemasque cuenten con este una placa de orificio o tobera de 5.08 m (200 in de agua) deagua.

5.2.1.4. Otros tipos de medidores de flujo.

Existen medidores de flujo que la cada de presin ocasionada por ellos esdespreciable como son:

Tubos pitot

Medidores venturi

Ultra sonido

Magnticos

Otros que la cada de presin es considerable y no siguen una regla en general y


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habr que solicitar el dato al departamento de instrumentacin y son:

Rotmetros

Turbina

Rotatorios

Coriolis (msicos)

5.2.1.5. Potencia al freno del motor (BHP).

El dato obtenido por medio de este calculo, ser con fines de tener una ideaaproximada de la potencia de los motores, debido a que en el clculo est basadoen la eficiencia de la bomba, dato que es estimado y que solo conoceremoscuando se compre la bomba, por que ni en la etapa de cotizacin se puedeconfirmar este dato (puede variar de marca a marca).

Para tener una dato aproximado de eficiencia y obtener un BHP, recomendamoslos siguientes criterios (habr casos que se salgan de esta regla):

Para bombas centrfugas.

Flujo Eficiencia

m3 / h %

Bombas muy pequeas 2 11 10 25

Bombas pequeas 13 18 40 50

Bombas medianas 22 450 60 70

Bombas grandes 570 - adelante 80 86Para bombas de desplazamiento positivo.

Viscosidad Eficiencia

cP %

Bombas rotatorias 0.6 10 60 70

Bombas rotatorias 20 100 70 80

Bombas rotatorias 110 adelante 95

Bombas reciprocantes 0.6 10 80

Bombas reciprocantes 20 - adelante 95

5.2.1.6. Cada de presin en equipos.

Filtros a la succin de las bombas: normalmente estos equipos se especifican detal forma, que la cada de presin que deben de tomar cuando se encuentrantotalmente sucios es de 0.07 kg / cm2

Equipo en general (Cambiadores de calor, Filtros (no son los de succin ejemcarbn), etc.): para determinar la cada de presin de estos equipos es necesarioconsultar la hoja de datos correspondiente y seleccionar la de diseo. Al tomareste dato no es necesario aplicar el factor de servicio.


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5.2.2. Clculo de la cada de presin en tuberas.

Si se trata de un clculo preliminar, donde no se cuenta con isomtricos de tuberas, con losarreglos de equipo determinar una posible trayectoria de tuberas.

Una vez determinado la trayectoria ya sea con el arreglo de equipo o con los isomtricos,identificar claramente lo que es la tubera de succin y lo que es la tubera de descarga, yas contabilizar lo que es longitud de tubera recta, y todos los accesorios que componen elsistema de tubera, separndolos por tipo de accesorio.

Con el tipo de material especificado, determinar la rugosidad absoluta de la tubera (verAnexo I) .

Con el dimetro y la especificacin del material, de las especificaciones de tuberasdeterminamos la cdula y con sta ltima el dimetro interno (ver Anexo II), d.

Calculamos el flujo de diseo multiplicando el flujo por el factor de sobrediseo, Q.Con el flujo de diseo Q, densidad relativa , dimetro interno d y viscosidad, ,calculamos el nmero de Reynolds con la ecuacin 1 y la velocidad con la ecuacin 6,correspondiente a cada dimetro, y su respectivo flujo, esto quiere decir que no todos lostramos de tubera tienen el mismo flujo ya que hay casos en donde se divide el flujo o seincrementa (bombas operando en paralelo).

Procedemos a calcular el factor de friccin Ft para cada caso con las ecuaciones 5, 4 y 3,tanto de las lneas de succin como de la descarga.

Y a continuacin, para cada dimetro y cada flujo, cada densidad y cada viscosidad con laecuacin 7 determinamos la K de la tubera recta, y del Anexo III se obtienen las K

correspondientes a cada accesorio, multiplicando esta ltima por el correspondiente nmerode accesorio y Ft (donde aplique) y posteriormente sumar todas ellas. De esta formaobtenemos una K para cada condicin.

Por ltimo, con la ecuacin 2 calculamos la P para cada tramo de tubera, vaciando estosdatos en los puntos 9 y 22 en la seccin de EVALUACIN PRDIDAS POR FRICCIN dela HOJA DE CLCULO PARA BOMBAS ver ANEXO IV y llenarla tambin con lossiguientes datos:

Cliente.

Equipo No.

Cantidad.

Lugar.

Unidad.

Servicio.

Fluido.

Flujo.

Presin Atmosfrica.

Temperatura.


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Densidad Relativa.

Viscosidad. Factor de Servicio.

Grados API.

Eficiencia Estimada (ver punto 5.2.1.5).

5.2.3. Clculo de la presin de succin.

En la HOJA DE CLCULO PARA BOMBAS.

1.) Llenar este rengln con la Presin inicial mnima.

7.) Llenar este rengln con la Columna hidrosttica.

9.) Calcular las prdidas por friccin de la lnea, sumando todos las P de lasuccin indicadas en la seccin EVALUACIN PRDIDAS PORFRICCIN correspondientes a la succin.

10.) Calcular la DP de la lnea a capacidad de diseo multiplicando el datoanterior por el F.S. al cuadrado.

11.) Llenar este rengln con la sumatoria de las prdidas por friccin deequipos (bsicamente filtros y cambiadores de calor).

12.) Calcular la DP del equipo a capacidad de diseo multiplicando el puntoanterior por el F.S: al cuadrado.

13.) Calcular al presin de succin, sumando los puntos 1y 7 y restando lospuntos 9 y 11.

14.) Calcular la presin de succin a capacidad de diseo, sumando lospuntos 1 y 7 y restando los puntos 10 y12.

5.2.4. Clculo del NPSH.


2.) Llenar este rengln con la presin en el recipiente.

3.) Llenar este rengln con la presin de vapor.

4.) Llenar este rengln con el nivel mnimo de operacin.

5.) Llenar este rengln con la elevacin de la boquilla de succin. 6.) Calcular la presin disponible restando al punto 2 el punto 3, sumando el

4 y restando el 5.

10A.) Llenar este rengln con el punto 10.

12A.) Llenar este rengln con el punto 12.

15.) Calcular el NPSH disponible ((NPSH)d) restando al punto 6 el punto 10A y12A.

5.2.5. Calculo de la presin de descarga.


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16.) Llenar este rengln con la presin terminal mxima. 17.) Llenar este rengln con la columna hidrosttica.

18.) Llenar este dato cuando exista una placa de orificio con 5.08 m columnade agua, no confundir con un orificio de restriccin ya que este dispositivotoma mas presin (la que sea necesaria para una aplicacin especfica)que la placa de orificio.

19.) Calcular la presin total fija sumando los puntos 16, 17 y 18.

20.) Llenar este rengln con la DP de todos los cambiadores de calor que seencuentren a la descarga.

21.) Llenar este rengln con la DP de todos los dems equipos que seencuentren a la descarga de la bomba.

22.) Calcular las prdidas por friccin de la lnea, sumando todos las DP de ladescarga indicadas en la seccin EVALUACIN PRDIDAS PORFRICCIN correspondientes a la descarga.

23.) Calcular las prdidas totales variables sumando los puntos 20, 21 y 22.

24.) Calcular las prdidas totales variables de diseo, multiplicando el puntoanterior por el F.S. al cuadrado.

25.) Calcular las prdidas totales, sumando 19 y 23.

26.) Calcular las prdidas totales de diseo sumando 19 y 24.

27.) Llenar este dato cuando exista una vlvula de control con 0.35 kg / cm2siempre y cuando la DP calculada en el punto 25 sea menor, en casocontrario igualarla al punto 25.

28.) Calcular la presin diferencial sumando 26 y 27 y restando 14.

29.) Calcular la columna diferencial con aproximacin de 1.5 m, y se obtieneredondeando el clculo anterior al mltiplo entero superior de 1.5.

30.)

31.) Calcular la presin de descarga de diseo sumando el punto 29 con elpunto 14

32.)

5.2.6. Clculo del BHP.


33.) Calcular el BHP del motor, y se obtiene multiplicando el flujo (Q) por elpunto 29 y por la densidad relativa () y dividiendo el producto entre366.96 y entre la eficiencia ().

6. FORMATOS UTILIZADOS.

S/n HOJA DE CLCULO PARA BOMBAS


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7. REFERENCIAS

CT- 200 Gua para el dimensionamiento de tuberas

Flow of fluids through valves, fittings, and pipe CRANE C o. Technical Paper N0 410 1972.

PERRY , Robert H ; GREEN Don , PERRY.

Manual del ingeniero qumico, Editorial Mc Graw Hill, 1998., 1998

MCNAUGHTON, Kenneth J., Bombas- seleccin, uso y mantenimiento . Editorial Mc Graw Hill1998.

Bombas Goulds.

Bombas Worthington.

8. DISTRIBUCION

Gerencia de Calidad Original y copia

Direccin General Copia


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9. MODIFICACIONES

NOMBRE DE QUIENAUTORIZOFECHA

FOLIO DE SOLICITUD DEMODIFICACIN

PUNTO MODIFICADO


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ANEXOS


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ANEXO I

RUGOSIDAD ABSOLUTA DE ALGUNOS MATERIALES DE TUBERAS

Material Rugosidad

Absoluta (mm)

Acero comercial 0.0457

Acero ribeteado 0.91 a 9.1Concreto 0.30 a 3.0

Fierro fundido 0.26

Fierro fundido asfaltado 0.12

Fierro galvanizado 0.15


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ANEXO IV

P R O Y . N o .

D I B . N o .

R E V .

C A L C U L O R E V I S O A P R O B O F E C H A H O J A D E

C L I E N T E E Q U I P O N o . C A N T I D A D

L U G A R U N ID A D

S E R V I C I O

C O N D I C I O N E S D E O P E R A C I O NF L U I D O F L U J O (m 3 / h ) P R E S I O N A T M . K g / c m

2a b s )

T E M P E R A T U R A ( C ) D E N S I D A D R E L . V I S C O S ID A D ( c P )

F A C D E S E R V I C I O ( F . S . ) G R A D O S A P I E F . E S T IM A D A %

S U C C IO N C A L C U L O D E N P S Hk g / c m

2m a n m k g / c m

2a b s m

1 . P R E S I O N IN IC IA L M IN I M A 2 . P R E S I O N E N E L R E C I P I E N T E ( 1 + P r e a tm )

7 . C O L U M N A H ID R O S T A T I C A (4 - 5 ) 3 . P R E S I O N D E V A P O R

8 . 4 . N I V E L M IN IM O D E O P E R A C IO N

9 . P E R D ID A S P O R F R I C C I O N L IN E A 5 . E L E V A C I O N B O Q U I L L A D E S U C C I O N

1 0 . D P L I N E A C A P . D IS E O ( 9 * ( F S ) ) 6 . P R E S I O N D I S P O N I B L E ( 2 - 3 + 4 - 5 )

1 1 . P E R D I D A S P O R F R IC C I O N E Q U I P O 1 0 A . D P L I N E A A C A P . D E D IS E O

1 2 . D P E Q U I P O A C A P . D E D IS E O (1 1 * (F S ) ) 1 2 A . D P E Q U I P O A C A P . D E D IS E O

1 3 . P R E S IO N D E S U C C I O N (1 + 7 - 9 - 1 1 ) 1 5 . N P S H D I S P O N I B L E (6 - 1 0 A - 1 2 A )

1 4 . P R E S I O N S U C . A C A P . D E D I S . ( 1 + 7 - 1 0 -1 2 ) N P S H R E Q U E R I D O

E V A L U A C I O N P E R D I D A S P O R F R I C C I O N9 D I A M . V E L . L O N G . D P 1 0 0 D P 2 2 D IA M . V E L . L O N G . D P 1 0 0 D P

S U C C I O N m m m / s m k g / c m2 / 1 0 0 m k g / c m

2D E S C A R G A m m m /s m k g / c m

2 / 1 0 0 m k g / c m2

L I N E A L IN E A

R A M A L R A M A L

D E S C A R G Ak g / c m

2m a n m k g / c m

2m a n m

1 6 . P R E S IO N T E R M I N A L M A X I M A 2 8 . P R E S I O N D I F E R E N C I A L ( 2 6 + 2 7 -1 4 )

1 7 . C O L U M N A H I D R O S T A T I C A 2 9 . C O L U M N A D IF . C O N A P R O X . D E 1 .5 m

1 8 . P E R D I D A S D E O R IF I C I O 3 0 . P R E S I O N D E D E S C A R G A ( 2 9 + 1 3 )

1 9 . P R E S IO N T O T A L F IJ A ( 1 6 + 1 7 + 1 8 ) 3 1 . P R E S I O N D E D E S C . D E D I S . (2 9 + 1 4 )

2 0 . D P C A M B I A D O R E S D E C A L O R

2 1 . D P ( O T R O S E Q U I P O S ) P O T E N C IA A L F R E N O

2 2 . P E R D I D A S P O R F R I C C I O N L I N E A

2 3 . P E R D I D A S T O T . V A R I A B L E S ( 2 0 + 2 1 + 2 2 )

2 4 . D P T O T A L E S V A R . D E D I S E O ( 2 3 * (F S ) ) B H P = Q * ( 2 9 ) * S . G . /3 . 6 6 9 6 * n

2 5 . P E R D I D A S T O T A L E S ( 1 9 + 2 3 )

2 6 . D P T O T . D E D I S E O ( 1 9 + 2 4 ) P O T E N C I A A L F R E N O M O T = k W

2 7 . D P M I N . V A L V U L A D E C O N T R O L

N O T A S :

C O R P O R A C I N M E X I C A N E N IN V E S T IG A C I N

E N M A T E R I A L E S , S .A . D E C . V .

H O J A D E C A L C U L O P A R A B O M B A S


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ANEXO VEjemplos:

Ejemplo 1:

Calcular la presin diferencia de la bomba (centrfuga) 101 PA / B (una bomba es de repuesto) derecirculacin de agua cida.

Del Diagrama de Tuberas e Instrumentacin tenemos:

Datos:

Concepto Dato Documento.

Cliente: PEMEX Base de Diseo.

Equipo No: 101 PA / B Lista de Equipo.

Cantidad: 2 Lista de Equipo.Lugar: Refinera de ... Bases de Diseo.

Unidad: Endulzadora de Gas. Bases de Diseo.

Servicio: Bomba de recirculacin Lista de Equipo.

Fluido: Agua cida. Diagrama de Flujo y Balance.

Flujo: 10.22 m3 / h Diagrama de Flujo y Balance.

Sobrediseo 10 % Bases de Diseo.


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Presin Atmosfrica: 0.99 kg / cm2 abs Bases de Diseo.

Temperatura: 115 C Diagrama de Flujo y Balance.Densidad Relativa: 0.947 Diagrama de Flujo y Balance.

Viscosidad: 0.25 cP De tablas de propiedades.

Factor de Servicio: 1.1 Bases de Diseo.

Eficiencia Estimada: 50 % ver punto 5.2.1.5. de este proced.

Presin inicial mnima 0.7 kg / cm2 man. Diagrama de Flujo y Balance.

Presin final mxima 0.77 kg / cm2 man. Diagrama de Flujo y Balance.

Presin de vapor a 115 C 1.69 kg / cm2 abs De tablas de propiedades.

De los isomtricos obtenemos los siguientes datos:Tubera de succin:

4 dimetro ced. 40 De las espec. 1P2

4 ced 40 102.3 mm dim. interno del ANEXO II

Material de la tubera Acero al carbn De las espec de tuberas.

Rugosidad absoluta 0.0457 mm Del ANEXO I

Clculo del Ft:

El flujo de diseo es por tanto = 10.22 X 1.1 = 11.24 m3 / h

De la ecuacin 1 tenemos:( )( )( )( )

1469280.25102.3

0.94711.24353024.39

*d

*Q353024.39Re ===

De la ecuacin 5 tenemos:

103.283E14692837530

Re37530

B1616

=

=

=


16

0.9

d

*0.0027

Re

712.457lnA

+

=


22/29




CS - 02

( )( )( )

20E8.8803

102.3

0.04570.27

146928

7

1ln2.457

0.9=

+

=

16


0.0192

10E3.28320E8.8803

1

146928

88

BA

1

Re

88Ft

12

11.51212

11.512

=

+

+

=

+

+

=

Clculo de la K para la tubera recta por cada metro:


( )( ) 0.1882102.3

10.01921000

d

LFt*1000K ===

Clculo de la K para la reduccin:

De la ecuacin de reduccin tenemos:

0.7543

grandedchicod

===

( )( ) ( )( )0.427

0.75

sen22.50.7510.5seno22.5-10.5K

4

0.52

4

2

=

==

Concepto Cantidad K (ANEXO III) Subtotal

Tubera recta 5.8 m 0.188 1.090

Vlvula de compuerta 1 8*Ft 0.153

Codo de 90 2 14*Ft 0.537

T flujo desviado 1 60*Ft 1.152

Entradas 1 0.78 0.78

Reducciones (4 X 3) 1 0.62 0.42

Total 4.132

La cada de presin a la succin por concepto de tubera es:


( )( )( )0.00282

102.3

11.240.9474.132625.555

d

Q**K625.555P

4

2

4

2

===

kg / cm2


23/29




CS - 02

Clculo de la longitud equivalente de la ecuacin 7 tenemos:

dLFt*1000K = por tanto: ( )( )

( )( )m22.01

0.01921000102.34.132

Ft*1000d*KL ===

Clculo de la DP100:

0.012810022.01

0.00282100

L

PDP100 ==

= kg / cm2 / 100m

Clculo de la velocidad con la ecuacin 6:

0.379102.3

11.24353.67

d

Q353.67v

22=== m / s

La altura del nivel del liquido a partir del piso es: 2.15 m

La altura de la boquilla de succin de la bomba es: 0.3 m

Filtro a la succin de la bomba: 0.07 kg / cm 2

Tubera de descarga:

3 dimetro ced. 40 De las espec. 1P2

3 ced 40 77.9 mm dim. interno del ANEXO II

Material de la tubera Acero al carbn De las espec de tuberas.

Rugosidad absoluta 0.0457 mm Del ANEXO I

Clculo del Ft:

El flujo de diseo es por tanto = 10.22 X 1.1 = 11.24 m3 / h


( )( )( )( )

192949.440.2577.9

0.94711.24353024.39

*d

*Q353024.39Re ===


124.197E192949

37530

Re

37530B

1616

=

=

=


16

0.9

d

*0.27

Re

7

12.457lnA

+

=


24/29




CS - 02

( )( )( )

20E8.246

77.9

0.04570.27

192949

7

1ln2.4570.9

=

+

=

16


0.0194

10E4.19720E8.2461

1929498

8BA

1Re8

8Ft12

11.51212

11.512

=

+

+

=

+

+

=

Clculo de la K para la tubera recta por cada metro:De la ecuacin 7 tenemos:

( )( ) 0.24977.9

10.01941000

d

LFt*1000K ===

Clculo de la K para la expansin:

De la ecuacin de expansin tenemos:

0.663

2

granded

chicod===

( ) ( ) 1.6780.660.6611K 422

4

2

===

2

Clculo de la reduccin:

De la ecuacin de la reduccin tenemos:

( )( ) ( )( )0.920

0.66

sen22.50.6610.5seno22.5-10.5K

4

0.52

4

2

=

==

Concepto Cantidad K (ANEXO III) Subtotal

Tubera recta 61.5 m 0.249 15.313Vlvula de compuerta 3 8*Ft 0.465

Vlvula de retencin 1 75*Ft 1.455

Codo de 90 12 14*Ft 3.259

T de flujo recto 2 20*Ft 0.776

T flujo desviado 1 60*Ft 1.164

Salidas 1 1 1.000

Expansiones (2 X 3) 2 1.678 3.356


25/29




CS - 02

Reducciones (3 X 2) 1 0.92 0.920

Total 27.708La cada de presin a la descarga por concepto de tubera y accesorios es:


( )( )( )0.0563

77.9

11.240.94727.708625.555

d

Q**K625.555P

4

2

4

2

===

kg / cm2

Clculo de la longitud equivalente de la ecuacin 7 tenemos:

d

LFt*1000K = por tanto:

( )( )( )( )

m111.260.01941000

77.927.708

Ft*1000

d*KL ===

Clculo de la DP100:

0.0506100111.26

0.0563100

L

PDP100 ==

= kg / cm2 / 100m

Clculo de la velocidad con la ecuacin 6:

0.65577.9

11.24353.67

d

Q353.67v

22=== m / s

Altura de la boquilla al final de la tubera es: 23.1 m

Altura de la boquilla de descarga de la bomba es 0.6 m

La columna hidrosttica por lo tanta es = 23.1 0.6 = 22.5 m

A continuacin procedemos a llenar la HOJA DE CLCULO PARA BOMBAS (nota: los datos que seencuentran marcados en negritas son lo que se llenaron y los dems fueron calculados a partir de losintroducidos):


26/29




CS - 02

P R O Y . N o .

D I B . N o .

R E V .

C A L C U L O R R S R E V I S O A P R O B O F E C H A H O J A 1 D E 1

C L I E N T E P E M E X E Q U I P O N o . 1 0 1 - P A / B C A N T I D A D 2

L U G A R R E F I N E R I A D E . . U N I D A D E N D U L Z A D O R A D E G A S

S E R V I C I O B O M B A D E R E C I R C U L A C I N

C O N D I C I O N E S D E O P E R A C I O NF L U I D O A G U A C I D A F L U J O ( m

3/ h ) 1 1 . 2 4 P R E S I O N A T M . ( k g / cm

2a b s ) 0 . 9 9

T E M P E R A T U 1 1 5 D E N S I D A D R E L . 0 . 9 5 V I S C O S I D A D ( C P ) 0 . 2 5

F A C D E S E R V I C I O ( F . S .) 1 .1 G R A D O S A P I E F . E S T IM A D A % 5 0

S U C C IO N C A L C U L O D E N P S Hk g / c m

2m a n m k g / c m

2a b s m

1 . P R E S I O N I N I C I A L M I N I M A 0 . 7 0 0 0 7 .3 6 0 0 2 . P R E S I O N E N E L R E C I P I E N T E ( 1 + P r e s a t m ) 1 .6 9 0 1 7 . 7 8 0

7 . C O L U M N A H ID R O S T A T I C A (4 - 5 ) 0 .1 7 5 0 1 .8 5 0 0 3 . P R E S I O N D E V A P O R 1 . 6 9 0 1 7 . 7 8 0

8 . 4 . N I V E L M IN IM O D E O P E R A C I O N 2 . 1 5 0

9 . P E R D I D A S P O R F R I C C I O N L I N E A 0 . 0 0 2 8 0 .0 2 9 4 5 . E L E V A C I O N B O Q U I L L A D E S U C C I O N 0 . 3 0 0

1 0 . D P L I N E A C A P . D IS E O ( 9 * ( F S ) ) 0 .0 0 3 4 0 .0 3 5 9 6 . P R E S I O N D I S P O N I B L E ( 2 - 3 + 4 - 5 ) 1 . 8 5 0

1 1 . P E R D I D A S P O R F R I C C I O N E Q U I P O 0 . 0 7 0 0 1 0 A . D P L I N E A A C A P . D E D IS E O 0 . 0 3 6

1 2 . D P E Q U I P O A C A P . D E D IS E O (1 1 * (F S ) ) 0 .0 8 5 0 0 .8 9 5 0 1 2 A . D P E Q U I P O A C A P . D E D IS E O 0 . 8 9 5

1 3 . P R E S IO N D E S U C C I O N (1 + 7 - 9 - 1 1 ) 1 5 . N P S H D IS P O N I B L E (6 - 1 0 A - 1 2 A ) 0 . 9 1 9

1 4 . P R E S I O N S U C . A C A P . D E D I S . ( 1 + 7 - 1 0 -1 2 ) N P S H R E Q U E R I D O

E V A L U A C I O N P E R D I D A S P O R F R I C C I O N9 D I A M . V E L . L O N G . D P 1 0 0 D P 2 2 D IA M . V E L . L O N G . D P 1 0 0 D P

S U C C IO N (m m ) m / s m k g / c m2 / 1 0 0 m k g / c m 2 D E S C A R G A (m m ) m / s m k g / c m

2 / 1 0 0 m k g / c m 2

L I N E A 1 0 2 .3 0 0 .3 8 2 2 . 0 0 .0 1 2 8 0 .0 0 2 8 L I N E A 7 7 .9 0 .6 6 1 1 1 . 3 0 .0 5 1 0 . 0 5 6

R A M A L R A M A L

D E S C A R G Ak g / c m

2m a n m k g / c m

2m a n m

1 6 . P R E S IO N T E R M I N A L M A X I M A 0 . 7 7 0 2 8 . P R E S I O N D I F E R E N C I A L ( 2 6 + 2 7 - 1 4 )

1 7 . C O L U M N A H I D R O S T A T IC A 2 2 . 5 0 0 2 9 . C O L U M N A D I F . C O N A P R O X . D E 1 . 5 m

1 8 . P E R D I D A S D E O R IF I C I O 3 0 . P R E S I O N D E D E S C A R G A ( 2 9 + 1 3 )

1 9 . P R E S IO N T O T A L F IJ A ( 1 6 + 1 7 + 1 8 ) 3 1 . P R E S I O N D E D E S C . D E D I S . (2 9 + 1 4 )

2 0 . D P C A M B I A D O R E S D E C A L O R .

2 1 . D P ( O T R O S E Q U I P O S ) P O T E N C IA A L F R E N O

2 2 . P E R D I D A S P O R F R I C C I O N L I N E A

2 3 . P E R D I D A S T O T . V A R I A B L E S ( 2 0 + 2 1 + 2 2 )

2 4 . D P T O T A L E S V A R . D E D I S E O ( 2 3 * (F S ) ) B H P = Q * ( 2 9 ) * S . G . /3 . 6 6 9 6 * n

2 5 . P E R D I D A S T O T A L E S ( 1 9 + 2 3 )

2 6 . D P T O T . D E D I S E O ( 1 9 + 2 4 ) P O T E N C I A A L F R E N O M O T = k W2 7 . D P M I N . V A L V U L A D E C O N T R O L

N O T A S :

C O R P O R A C I N M E X I C A N E N IN V E S T IG A C I N

E N M A T E R I A L E S , S .A . D E C . V .


Para convertir de kg / cm2 a metros tenemos:

2cm/kg10m =

Para convertir de m a kg / cm2 tenemos:


27/29




CS - 02

10

*mcm/kg 2

=

En el ejemplo anterior, el clculo no se ha concluido debido a que l (NPSH)d no cumple con larecomendacin del punto 5.2.1.1. ((NPSH)r para bombas pequeas entre 1.8 y 3.04 m) de esteprocedimiento, por tal motivo tenemos que incrementar el (NPSH)d por arriba de 3.04 m o igualarlocomo mnimo.

El (NPSH)d que se tiene calculado en este momento es de 0.919 y se requiere tener 3.6 m comomnimo (3 del lmite superior + 0.6 de margen), por lo tanto se requiere incrementar la columnahidrosttica en 3.6 0.919 = 2.691 m (0.25 kg / cm 2).

Para lograr lo anterior analizaremos el arreglo de equipo propuesto:

Nota: la plataforma esta a 5 m de altura

Analizando los puntos propuestos en al punto 5.2.1.1. de este procedimiento, podemos concluir en losiguiente:

Disminuir la cada de presin del equipo que se encuentra en la succin de la bomba

(cambiadores y principalmente filtros). Aun que reduzcamos la cada de presin a 0 en este equipo,solo contamos con 1.85 m de presin disponible, y requerimos de mas de 3.6 m

Incrementar el dimetro de la tubera. La conclusin sera la misma que el punto anterior.

Disminuir la longitud de la tubera entre la bomba y el tanque. Fsicamente no es posible ya queviendo el arreglo se cuenta con la trayectoria muy corta, adems de que tenemos la limitacin de lapresin disponible.

Subir el nivel mnimo del tanque (esto le resta capacidad). El nivel mnimo del tanque no sepuede incrementar por tratarse de un tanque separador, ya que sus dimensiones y el nivel estan enfuncin de su operacin


28/29




CS - 02

Incrementar la diferencia de altura que existe entre el tanque y la bomba esto quiere decir quesubimos el tanque o bajamos la bomba. Es la nica solucin y para no encarecer el diseo sesugiere invertir la posicin del tanque separador con respecto al condensador, siempre y cuandodespus de analizar el flujo a dos faces en direccin ascendente sea viable (por lo regular lo es).Adems la estructura resulta menos robusta y el acceso a los cambiadores para su mantenimientoes ms sencillo, por lo tanto ms econmico.

Le adicionamos a la bomba un difusor (esta solucin seria cuando ninguna de las anteriorespodemos modificar y es cuando el equipo ya est instalado y el NPSH requerido, resultado de estamodificacin es menor que el disponible). Se descarta por s sola.

El arreglo propuesto queda como sigue:

Incrementando notablemente la altura hidrosttica en aproximada mente 6 m.

Recalculando tenemos: nada ms incrementamos la longitud de la tubera recta en 6 m, la DP100 esconstante y por lo tanto corregimos la DP de la lnea a la succin y tambin incrementamos la columnahidrosttica de la succin y del (NPSH)d, concluyendo de eta forma todos los dems pasos, teniendocomo resultado la siguiente hoja.


29/29



TTULO: PROCEDIMIENTO PARA EL CALCULO DE BOMBASP R O Y . N o .

D I B . N o .

R E V .

C A L C U L O R R S R E V IS O A P R O B O F E C H A H O J A 1 D E 1

C L I E N T E P E M E X E Q U I P O N o . 1 0 1 - P A / B C A N T I D A D 2

L U G A R R E F I N E R I A D E . . U N I D A D E N D U L Z A D O R A D E G A S

S E R V I C I O B O M B A D E R E C I R C U L A C I N

C O N D I C IO N E S D E O P E R A C I O NF L U I D O A G U A C I D A F L U J O ( m 3 / h ) 1 1 . 2 4 P R E S I O N A T M . ( k g / cm 2a b s ) 0 .99

T E M P E R A T U 11 5 D E N S I D A D R E L . 0 .95 V I S C O S I D A D ( C P ) 0 .25

F A C D E S E R V I C I O ( F . S . ) 1 .1 G R A D O S A P I E F . E S T IM A D A % 50

S U C C IO N C A L C U L O D E N P S Hk g /c m

2m an m k g/c m

2ab s m

1 . P R E S I O N I N I C I A L M I N I M A 0 . 7 0 0 0 7 .3 6 0 0 2 . P R E S IO N E N E L R E C IP IE N T E (1 + P re s a tm ) 1 .6 9 0 1 7 .7 8 0

7 . C O L U M N A H ID R O S T A T IC A (4 - 5 ) 0 .7 4 3 3 7 .8 5 0 0 3 . P R E S IO N D E V A P O R 1 . 6 9 0 1 7 . 7 8 0

8 . 4 . N IV E L M IN IM O D E O P E R A C IO N 8 . 1 5 0

9 . P E R D I D A S P O R F R I C C I O N L I N E A 0 . 0 0 3 6 0 . 0 38 0 5 . E L E V A C IO N B O Q U I L L A D E S U C C I O N 0 . 3 0 0

1 0 . D P L IN E A C A P . D IS E O (9 * (F S )) 0 .0 0 4 3 0 .0 4 5 4 6 . P R E S IO N D IS P O N IB L E (2 -3 + 4 -5 ) 7 .8 5 0

1 1 . P E R D I D A S P O R F R I C C I O N E Q U I P O 0 . 0 7 0 0 0 .7 3 9 1 1 0 A . D P L IN E A A C A P . D E D IS E O 0 .0 4 5

1 2 . D P E Q U IP O A C A P . D E D IS E O (1 1 * (F S )) 0 .0 8 5 0 0 .8 9 5 0 1 2 A . D P E Q U IP O A C A P . D E D IS E O 0 .8 9 5

1 3 . P R E S IO N D E S U C C IO N (1 + 7 -9 - 1 1 ) 1 .3 6 9 0 1 4 .4 3 2 0 1 5 . N P S H D IS P O N IB L E ( 6 -1 0 A - 1 2 A ) 6 .9 1 0

1 4. P R ES IO N S UC . A CA P . D E D IS . (1 + 7 - 1 0 -1 2) 1 .3 5 8 0 1 4 .2 6 9 0 N P S H R E Q U E R I D O

E V A L U A C IO N P E R D I D A S P O R F R IC C I O N9 D IA M . V E L . L O N G . D P 1 0 0 D P 2 2 D IA M . V E L . L O N G . D P 1 0 0 D P

S U C C IO N (m m ) m / s m k g / c m2 /100m k g /c m 2 D E S C A R G A (m m ) m / s m kg /cm

2/100m k g /c m 2

L I N E A 1 0 2 .3 0 0 .3 8 2 8 .0 0 .0 1 2 8 0 .0 0 3 6 L I N E A 7 7 .9 0 .6 6 1 1 1 .3 0 .0 5 1 0 .0 5 6

R A M A L R A M A L

D E S C A R G Ak g /c m 2 m an m k g/c m

2m an m

1 6 . P R E S I O N T E R M I N A L M A X I M A 0 . 7 7 0 8 .1 3 1 2 8 . P R E S IO N D IF E R E N C IA L (2 6 + 2 7 -1 4 ) 2 .4 4 8 2 5 .8 5 2

1 7 . C O L U M N A H ID R O S T A T IC A 2 .1 3 1 2 2 . 5 0 0 2 9 . C O L U M N A D IF . C O N A P R O X . D E 1 .5 m 2 .5 5 7 2 7 .0 0 0

1 8 . P E R D ID A S D E O R IF IC IO 0 .4 8 1 5 . 0 8 0 3 0 . P R E S IO N D E D E S C A R G A (2 9 + 1 3 ) 3 .9 2 4 4 1 .4 3 2

1 9 . P R E S IO N T O T A L F IJ A (1 6 + 1 7 + 1 8 ) 3 .3 8 1 3 5 .7 1 1 3 1 . P R E S IO N D E D E S C . D E D IS . (2 9 + 1 4 ) 3 .9 0 8 4 1 .2 6 9

2 0 . D P C A M B IA D O R E S D E C A L O R 0 .0 0 0 0 .0 0 0

2 1 . D P (O T R O S E Q U IP O S ) 0 .0 0 0 0 .0 0 0 P O T E N C IA A L F R E N O

2 2 . P E R D I D A S P O R F R I C C I O N L I N E A 0 . 0 5 6 0 . 5 9 1

2 3 . P E R D ID A S T O T . V A R IA B L E S (2 0 + 2 1 + 2 2 ) 0 .0 5 6 0 .5 9 1

2 4 . D P TO T A L E S VA R . D E DIS E O (2 3 * (F S )) 0 .0 6 8 0 .7 1 5 B H P = Q *(2 9 ) *S .G ./3 .6 6 9 6 *n

2 5 . P E R D ID A S T O T A L E S (1 9 + 2 3 ) 3 .4 3 7 3 6 .3 0 2

2 6 . D P T O T . D E D IS E O ( 1 9 + 2 4 ) 3 .4 4 9 3 6 .4 2 6 P O T E N C IA A L F R E N O M O T = 1 .5 7 k W

2 7 . D P M IN . V A L V U L A D E C O N T R O L 0 .3 5 0 3 .6 9 5

N O T A S :

C O R P O R A C I N M E X I C A N E N I N V E S T IG A C I N

E N M A T E R I A L E S , S . A . D E C . V .


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