BOMBAS RECIPROCANTES

USO Y APLICACIÓN EN LA

PERFORACIÓN PETROLERA

GENERALIDADES.

Un equipo de bombeo es

un transformador de

Energía. Recibe energía

mecánica que puede

proceder de un motor

eléctrico, térmico, etc., y

la convierte en energía

que un fluido adquiere

en forma de presión,

posición y velocidad.

DESCRIPCION Y CLASIFICACION GENERAL.

Las Bombas se clasifican según dos consideraciones generales diferentes.

La que toma en consideración las características de movimiento de los líquidos.

La que se basa en el tipo de aplicación especifica para la cual se ha diseñado la bomba.

Existen tres clases de bombas de uso común

Centrifugas

Rotatoria

Reciprocantes

A su vez se subdividen en CENTRIFUGA

VOLUTA SENCILLA

DIFUSOR

TURBINA REGENERATIVA

FLUJO MIXTO

FLUJO AXIAL

ROTATORIA ENGRANES

ALABE

LEVA Y PISTON

TORNILLO

LOBULO

BLOQUE DE VAIVEN

RECIPROCANTE ACCION DIRECTA

POTENCIA

DIAFRAGMA

BOMBAS CENTRIFUGAS.

Las bombas centrífugas constituyen no menos del 80% de la producción mundial de bombas por que es la más adecuada para manejar más cantidad de líquido que la bomba de desplazamiento positivo.

Estas bombas también conocidas como cinéticas adicionan energía al fluido acelerándolo a través de la acción de un impulsor giratorio.

Bomba centrifuga de flujo axial La bomba cinética mas

común es la de flujo axial. En la cual el fluido se alimenta hacia el centro del impulsor y después se lanza hacia fuera a través de las paletas. Al dejar el impulsor, el fluido pasa a través de una voluta en forma de espiral en donde es frenado en forma gradual, provocando que parte de la energía cinética se convierta en presión del fluido.

Bomba centrifuga de potencia

BOMBAS ROTATORIAS.

Las bombas rotatorias son de

desplazamiento positivos, que por medio

de un rotor alojado en una caja fija

imparten energía de presión al liquido,

mediante el entrampamiento de este,

empujándolo con el rotor por el espacio

libre entre este y la carcaza.

Diferentes tipos de bombas rotatorias

Diferentes tipos de bombas rotatorias

BOMBAS RECIPROCANTES.

El principio de funcionamiento se basa en

el desplazamiento del líquido, por la acción

directa de un pistón o embolo sobre el

mismo. El liquido se introduce en la bomba

por la baja presión generada por el embolo

e impulsado por la presión atmosférica,

básicamente son dos los tipos de bomba

reciprocante.

LAS DE ACCION DIRECTA.

BOMBAS DE POTENCIA.

En la bomba de potencia

se hace alternar un

elemento de bombeo con

una manivela o un

cigüeñal. Esta bomba se

mueve con un propulsor

con eje rotatorio, como

motor eléctrico, de

combustión interna o

turbina.

BOMBAS DE POTENCIA.

Subdivisión

BOMBAS DE POTENCIA

Una bomba reciprocante es de

desplazamiento positivo, es decir, recibe

un volumen fijo de líquido en condiciones

casi de succión, lo comprime a la presión

de descarga y lo expulsa por la boquilla de

descarga.

Dentro de sus aplicaciones principales se encuentran:

Petróleo Pobre.

Inyección de Agua Salada.

Sistema de oleoductos y

gaseoductos.

Producción de fertilizantes.

Limpieza, Pruebas

Hidrostáticas.

Evitador de Reventones.

Evitador de Reventones.

Los evitadores de

reventones

Hidráulicos, siempre

están listos durante la

perforación de pozos

de petróleo y gas para

cerrar el pozo, si se

inicia el llamado

reventón.

Evitador de Reventones.

La potencia hidráulica se

aplica con bombas

reciprocantes de

potencia es decir con

motor de Combustión

interna o eléctrico. Las

presiones normales de

operación varían entre

los 1000 psi a 3000 psi,

pudiendo llegar a las

10000 psi.

Bombas Para Lodos Triplex

Bombas Para Lodos Triplex

Las bombas triplex se dividen en dos secciones para su estudio.

PARTE MECÁNICA.

PARTE HIDRAULICA.

PARTE MECÁNICA.

La parte mecánica de la bomba tiene la

función primordial de convertir el

movimiento rotatorio de la maquina motriz,

en movimiento alternativo en el extremo del

liquido. El componente principal es el

bastidor o carcaza. La cual soporta todas

las demás piezas motrices y por lo general

el extremo del liquido.

PARTE MECÁNICA.

PARTE MECÁNICA.

El segundo componente del extremo

mecánico es el cigüeñal, la función del

cigüeñal en la bomba de potencia es la

misma que en un motor de combustión

interna excepto que la aplicación de

energía es en sentido opuesto.

PARTE MECÁNICA.

PARTE MECÁNICA.

PARTE MECÁNICA

Los cojinetes

principales soportan el

eje o árbol en el

bastidor de potencia,

la biela se impulsa con

un codo o muñón del

cigüeñal en un

extremo e impulsa a

la cruceta y en el otro.

PARTE MECÁNICA

PARTE HIDRÁULICA. El extremo hidráulico es la

parte de la bomba donde se efectúa el bombeo, los componentes comunes en todos ellos son el cilindro el elemento de bombeo y las válvulas.

El cilindro o Modulo para liquido es la pieza que retiene la presión en el extremo hidráulico y es la parte mas importante de la cámara de bombeo. Suelen incluir o soportar a todos los demás elementos.

PARTE HIDRÁULICA.

PARTE HIDRÁULICA.

Todas las bombas reciprocantes cuentan con uno o más elementos de bombeo (Pistones o Émbolos). Que alternan hacia dentro y fuera de las cámaras de bombeo para producir su acción.

PARTE HIDRÁULICA.

El pistón es un disco

plano cilíndrico

montado en una biela

y suele tener algún

tipo de anillos

selladores.

PARTE HIDRÁULICA.

Cada cámara cuando

menos incluye una

cámara de succión y una

de descarga, estas son

válvulas de retención que

se abren por la presión

diferencial del líquido y la

mayor parte de ellas están

bajo carga de resorte.

PARTE HIDRÁULICA.

PARTE HIDRÁULICA.

PARTE HIDRÁULICA.

El embolo es una

varilla lisa en su

configuración inicial y

su configuración solo

puede ser de acción

sencilla.

CARACTERISTICAS DEL FLUJO.

Cuando el elemento de bombeo se retrae de la cámara de bombeo el liquido que hay dentro de ella se expande y se reduce la presión. Como la mayor parte de los líquidos son incomprensibles. Se requiere muy poco movimiento del elemento para disminuir la presión.

Cuando la presión disminuye lo suficiente a menos de la presión de succión entonces la presión diferencial. (o sea la presión de succión menos la presión de la cámara) empuja la válvula de succión y la abre.

Esto ocurre cuando el elemento se mueve con lentitud por lo cual la válvula abre en forma gradual y suave según aumenta la velocidad del elemento. Después el liquido circula por la válvula y sigue al elemento en su carrera de succión.

CARACTERISTICAS DEL FLUJO.

Cuando el elemento desacelera cerca del final de su carrera, la válvula de succión vuelve a su asiento en forma gradual y cuando se detiene el elemento se cierra la válvula.

Después el elemento invierte su movimiento y empieza su carrera de descarga. Se comprime el liquido atrapado en la cámara de bombeo hasta que la presión de la cámara excede la presión de descarga en una cantidad suficiente para empezar a separar la válvula de descarga de su asiento.

Debido a que la circulación en los tubos de succión y descarga no es constante, tiene que acelerar y desacelerar cierto número de veces por cada revolución del cigüeñal.

CARACTERISTICAS DEL FLUJO.

Dado que el líquido tiene masa y por tanto inercia

se requiere para producir la aceleración y retornar

al sistema al ocurrir la desaceleración. Se debe

prever suficiente exceso de presión para acelerar

el líquido en el lado de succión de la bomba y

evitar la cavitación en el tubo de succión, en la

cámara de bombeo o en ambos.

Para Poder evitar los problemas de cavitación

debemos conocer la NPSH.

CARGA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN NPSH.

El instituto de hidráulica define al NPSH

como la carga total de succión,

determinada en la boquilla de succión y

corregida a la línea de centros de la

succión de la bomba, menos la presión de

vapor de el liquido.

CARGA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN. NPSH

La presión que un líquido ejerce sobre sus alrededores depende de su temperatura. Esta presión llamada presión de vapor, es una característica única de cada fluido y se incrementa conforme a la temperatura.

Cuando la presión de vapor del fluido alcanza la presión del medio circundante, el fluido comienza a hervir o vaporizar. La temperatura a la que esta vaporización ocurre, disminuirá conforme la presión del medio circundante disminuya.

NPSH DISPONIBLE.

Es la presión absoluta en

la succión de la bomba,

transformada en carga

menos la presión de

vapor del líquido

bombeado transformado

en carga.

El NPSH disponible es

una función del sistema en

que la bomba opera.

NPSH REQUERIDA.

Es la carga positiva que se necesita en la succión de la bomba para superar las caídas de presión en la bomba y mantener el líquido arriba de su presión de vapor.

El NPSH requerido en cualquier bomba variara con la velocidad de la bomba y capacidad

La curva del fabricante nos debe proporcionar dicha información.

Para finalizar aquí les muestro algunas

fotografías de el armado y puesta en

operación de una bomba para lodos triplex.

Fin.

Ventajas

Altas presiones a fluidos pequeños y medios.

El gasto puede ser fácilmente controlado

mediante la velocidad o carrera.

Pueden manejar liquido muy viscoso.

Autocebantes

Buena duración

Pueden manejar líquidos con un alto contenido de

gases.

Desventajas

Requieren espacios grandes.

Tienen flujo pulsante y pueden requerir

amortiguador de pulsaciones.

Alto nivel de ruido comparadas con las

demás.

Requiere dispositivo de alivio de presión en

la descarga.

Cálculos básicos

HHP Potencia Hidráulica

HHP = (Pd x Q) / (1.714 x ev)

Donde: HHP caballaje Hidráulico necesario

Pd Presión de descarga de la bomba

en PSI.

Q Caudal de entrega de la bomba en

galones por minuto.

ev Eficiencia volumetrica de la bomba

(85%, 95%).

Cálculos básicos

BHP Caballaje hidráulico necesario

BHP= HHP / e mec

Em Eficiencia Mecánica del motor

(80%,90%)

Cálculos Básicos

Bombas de acción simple:

Q=0.0034 x S x D2 x SPM x ev. Sencilla

Q=0.0068 x S x D2 x SPM x ev. Doble

Q=0.0102 x S x D2 x SPM x ev. Triple

Donde: Q = caudal de la bomba gal/min

S = Longitud de la embolada

D = Diámetro interior de la camisa

SPM = Emboladas o carreras por minuto

ev = Eficiencia Volumétrica de la bomba