7.- Operación con Líquidos Viscosos

Una de las principales limitaciones de las bombas centrífugas es su dificultad para manejar eficientemente altas viscosidades. Las bombas centrífugas trabajan con una Eficiencia razonable hasta viscosidades de 660 centistokes (3.000 SSU), a partir de aquí se hacen cada vez más ineficientes, requiriendo corrección en su curva de rendimiento para reflejar el deterioro causado por las pérdidas debido a la alta viscosidad. Esta viscosidad de 660 centistokes (3.000 SSU) es solo referencial, ya que algunos diseños de bombas tienen buena Eficiencia con viscosidades mayores.

Otros factores que influyen en el comportamiento de la bomba con viscosidades altas son el tamaño de la bomba y su velocidad. Si la bomba es pequeña las dimensiones internas de los canales hidráulicos favorecen el incremento de las perdidas, en el caso de la velocidad la dinámica del fluido aumenta las perdidas por roce limitando la capacidad de la bomba para manejar líquidos viscosos. La figura N° 7-1 muestra la correlación entre las dimensiones de las boquillas de descarga de las bombas centrífugas y la máxima viscosidad que puede manejar una bomba, con Eficiencia razonable, que posea una brida de esas dimensiones.

En la figura N° 7-1 se pueden diferenciar dos áreas claramente separadas una donde es viable la operación de la bomba indicada como operación recomendada y otra más clara donde las pérdidas son excesivas denominada incremento de pérdidas. La figura se usa de la siguiente forma, con el diámetro de la brida de descarga se entra en el eje horizontal del diagrama, por ejemplo, con una brida de 10 pulgadas y se sube verticalmente hasta corta la horizontal de la viscosidad del líquido que está siendo bombeado por el equipo. Si la viscosidad es de 2.000 SSU el rendimiento de la bomba es aceptable las rectas se cortan en el área de operación recomendada. Ahora si la viscosidad es 4.000 SSU las rectas se cortan en el área de incremento de pérdidas.

En la Industria Petrolera la viscosidad es un elemento importante por las características propias de los fluidos manejados en los diferentes procesos, este punto en particular debe ser tomado en cuenta y tratado con mucho cuidado, cuando se debe seleccionar una bomba centrífuga. En la Industria Petrolera se usa para sistemas simples el nomograma de correcciones para las curvas de rendimiento de las bombas debido a la viscosidad publicada por el Instituto de Hidráulica de los Estados Unidos (AHI), En la actualidad comercialmente y disponible por sin cargos por internet existen hojas de cálculos que permiten evaluar los efectos de la viscosidad en el rendimiento de las bombas centrífugas.

Figura N° 7-1.- Diagrama de diámetro de boquilla de descarga vs viscosidad máxima del líquido bombeado.
Figura N° 7-1.- Diagrama de diámetro de boquilla de descarga vs viscosidad máxima del líquido bombeado.
Fuente: Centrifugal Pumps Design & Application – Lobanoff and Ross

También se está usando para las correcciones por viscosidad la norma ISO/TR 17766Centrifugal pumps handling viscous liquids – Performance corrections”, que es un Reporte Técnico (Technical Report) que establece como deben ser hechas las correcciones en rendimiento de las bombas que están bombeando líquidos viscosos. Las ecuaciones presentadas en este reporte técnico aplican para bombas horizontales y verticales de diseño convencional cuando bombean líquidos con viscosidades mayores a la del agua, equipadas con impulsores cerrados o abiertos, de succión simple o doble, bombeando líquidos Newtonianos en el rango de operación normal.

La principal limitación que pudiese tener la aplicación del reporte técnico es que las ecuaciones no están basadas en ensayos de laboratorio.

El nomograma del (AHI) es presentada en la figura N° 7-2. Las regulaciones para el uso de este nomograma indican que se puede usar confiablemente en el rango siguiente:

  • Se puede usar confiablemente solo en bombas de diseño hidráulico convencional.
  •  No incluyen bombas de flujo axial o mixto.
  • Es aplicable solo para el rango de operación normal de la bomba.
  • El NPSHA tiene que ser suficiente para evitar cavitación.
  • Los líquidos a bombear tienen que ser Newtonianos.

La manera de usar el nomograma de la figura 7-2 se describe a continuación.

  • Para la utilización del nomograma se requiere el caudal y el Cabezal en el Punto de Mejor Eficiencia (BEP) si es una bomba de una sola etapa, para bombas multietapas se toma el Cabezal desarrollado por la primera etapa.
  • Es recomendable preparar una tabla con los valores de caudal y Cabezal para el BEP, 60%, 80% y 120% del BEP, debido a que en el nomograma se medirán los valores de unos factores de corrección que serán utilizados para corregir los valores del cabezal, el caudal y la Eficiencia desarrolladas por la bomba cuando maneja agua
  • Se entra al nomograma con el valor del caudal en el Punto de Mejor Eficiencia (BEP) y se corta en línea recta el Cabezal desarrollado por la bomba, en el Punto de Mejor Eficiencia.
  • Desde este punto de corte se desplaza horizontalmente hasta cortar la línea correspondiente a la viscosidad del fluido. De este punto se traza una perpendicular recta hasta cortar los coeficientes de corrección de Eficiencia CE, caudal CQ y Cabezal CH, el último coeficiente tiene cuatro correcciones para el caudal en el Punto de Mejor Eficiencia (BEP), 60%, 80% y 120% de este flujo.
  • Multiplicando los valores registrados en la tabla, preparada con anterioridad con los diferentes caudales y Cabezales de la curva de rendimiento original, por los coeficientes de corrección tomados de la gráfica se realiza la corrección en los puntos de operación antes mencionados (BEP, 60%, 80% y 120%), para la nueva viscosidad del fluido con el que operará la bomba centrífuga.
Figura N° 7-2.- Diagrama para la corrección de la curva de rendimiento de una bomba centrífuga por los efectos de viscosidad.
Figura N° 7-2.- Diagrama para la corrección de la curva de rendimiento de una bomba centrífuga por los efectos de viscosidad.
Fuente: American Hydraulic Institute

Acerca del autor de este libro:

José Miguel Acosta Pérez

José Miguel Acosta Pérez, es Ingeniero Mecánico egresado de la Universidad Simón Bolívar (USB) (Venezuela-1982); Especialista en Equipos Rotativos, Universidad Simón Bolívar (USB) (Venezuela-1990), Especialista en Gerencia de Proyectos, Universidad Católica Andrés Bello (UCAB) (Venezuela-2001), Especialista en Equipos para Producción de Petróleo On and Offshore, Universidade de Iguazu (UNIG) (Brasil-2010). 

E-mail de contacto: jose.acosta_pumpbook.com.br

CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN

1.1.- ¿Qué es una Bomba?
1.2.- ¿Qué son las Bombas Centrífugas?

CAPÍTULO 2
PARTES DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA

2.1.- Impulsores
2.2.- Eje
2.3.- Carcasa
2.4.- Anillos de Desgaste
2.5.- Cojinetes
2.6.- Sellos Mecánicos

CAPÍTULO 3
¿CÓMO LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS TRANSMITEN LA ENERGÍA A LOS FLUIDOS?

3.1.- Cabezal Total de una Bomba Centrífuga
3.2.- Sistemas Asociados a las Bombas y sus Características
3.3.- Potencia y Eficiencia en las Bombas Centrífugas

CAPÍTULO 4
CURVAS DE RENDIMIENTO DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

4.1.- Forma de la Curva de Rendimiento
4.2.- Diseño Hidráulico de las Bombas Centrífugas

CAPÍTULO 5
CEBADO DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

5.1.- Cebado Manual con Válvula de Pie
5.2.- Cebado con Tanque de Cámara Simple
5.3.- Cebado por Succión Positiva
5.4.- Cebado con Eyectores
5.5.- Cebado con Bombas de Vacío

CAPÍTULO 6
CARACTERÍSTICAS DE SUCCIÓN DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA

6.1.- Como se Determina el NPSHA
6.2.- Como se Determina el NPSHR
6.3.- Como Mejorar el NPSHA de un Sistema de Bombeo
6.4.- Fenómeno de Cavitación

CAPÍTULO 7
OPERACIÓN CON LÍQUIDOS VISCOSOS

CAPÍTULO 8
FLUJO MÍNIMO

8.1.- Flujo Mínimo Térmico
8.2.- Flujo Mínimo Continuo

CAPÍTULO 9
LEYES DE AFINIDAD

9.1.- Aplicación de las Leyes de Afinidad
9.2.- Ajustes en los Impulsores Luego del Corte

CAPÍTULO 10
OPERACIÓN CON MÁS DE UNA BOMBA

10.1.- Bombas Operando en Paralelo
10.2.- Bombas Operando en Serie

CAPÍTULO 11
PARTES Y SISTEMAS ACCESORIOS PARA LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

CAPÍTULO 12
COJINETES

12.1.- Cojinetes Radiales
12.2.- Cojinetes de Empuje

CAPÍTULO 13
LUBRICACIÓN

13.1.- Tipos de Lubricación
13.2.- Lubricación con Grasa
13.3.- Lubricación con Aceite

CAPÍTULO 14
ACOPLAMIENTO

14.1.- Acoplamientos de Engranajes
14.2.- Acoplamientos de Rejilla de Agarre Continuo
14.3.- Acoplamientos Elastoméricos
14.4.- Acoplamiento Flexible de Láminas Metálicas

CAPÍTULO 15
SELLADO DEL EJE

15.1.- Caja de Sellos
15.2.- Empaquetaduras
15.3.- Sellos Mecánicos

CAPÍTULO 16
MATERIALES DE FABRICACIÓN

16.1.- Materiales de Acuerdo con el ASME B73.1
16.2.- Materiales de Acuerdo con el API 610
16.3.- Otras Consideraciones

CAPÍTULO 17
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL

17.1.- Control por Regulación de Flujo
17.2.- Control por Recirculación
17.3.- Control por Variación de Velocidad
17.4.- Otras Consideraciones para el Control de Flujo

CAPÍTULO 18
MOTORES ELÉCTRICOS

CAPÍTULO 19
VIBRACIÓN MECÁNICA EN BOMBAS CENTRÍFUGAS

19.1.- Como se Miden las Vibraciones y Como son Interpretadas
19.2.- Que Dicen el Asme B73.1 Y el API 610 Sobre Vibración
19.3.- Causas de las Vibraciones en las Bombas Centrífugas

CAPÍTULO 20
PRINCIPALES TIPOS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS

20.1.- Bomba de Succión Frontal
20.2.- Bomba Vertical en Línea
20.3.- Bombas Horizontales Multietapas
20.4.- Bomba Doble Succión Axialmente Partida, Entre Cojinetes
20.5.- Bomba Vertical Tipo Turbina

CAPÍTULO 21
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

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