BOMBAS TURBINA VERTICAL

BOMBAS TURBINA VERTICAL
OBJETIVOS:
• Ver los componentes de una bomba turbina vertical (BTV)
• Tipo de bombas turbina vertical (BTV)
• Comprender el funcionamiento de una bomba turbina
vertical (BTV).
• Comparación del diseño antiguo vs. Nuevo diseño de
Hidrostal.
• Tipo de accionamiento de BTV.
• Terminología usada en BTV.
• Datos requeridos para una correcta selección de una BTV.
• Selección de BTV.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Componentes principales:
Motor eléctrico
Linterna descarga
Columna
Cuerpo de bomba
Tubo succión
Canastilla
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Tipos de impulsores de flujo semi-axial:
Impulsor Semiabierto
Impulsor Cerrado
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Tipos de canastilla:
Cuerpo de bomba con
Impulsores Semiabiertos y
canastilla tipo cesto
Cuerpo de bomba con
impulsores cerrados y
canastilla tipo cónica
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Características principales:
•
•
•
•
Caudal hasta 550 lps.
Altura hasta 350 m.
Tamaño de tazones desde 5. 1/8” hasta 17”
Potencia hasta 1500 HP (sin soporte HMSS)
Diseño:
•
•
•
•
•
•
•
Impulsor de flujo mixto.
Linterna descarga en fierro fundido gris (opcional
nodular y acero inoxidable )
Eje en acero inoxidable AISI 416 opcional (acero inox.
AISI 316, 17-4PH y duplex)
Tazones en fe. fdo. Gris estándar opcional (fe. fdo.
nodular, acero inox. 316, duplex, bronce)
Impulsores en bronce estándar opcional (fe. fdo. Gris,
acero inoxidable 316, duplex, bronce)
Sellado por prensaestopa opcional (sello mecánico)
Tazones con recubrimiento de porcelana (especial)
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Tipos de bomba:
• Lubricada por agua (W) , aceite (A), agua con funda (X)
• Lubricada por aceite @ 1800 / 1200 RPM
• Lubricada por agua @ 1800 / 1200 / 3600 RPM
Servicios:
• Estaciones de bombeo
• Municipales
• Minería
• Agricultura
• Industria
BOMBAS TURBINA VERTICAL
DESCRIPCION ANTIGUA DE IMPULSORES:
CAPACIDAD ALTA
(GH)
CAPACIDAD ALTA
(CGH)
CAPACIDAD MEDIA
(GM)
CAPACIDAD MEDIA
(CGM)
CAPACIDAD BAJA
(GL)
CAPACIDAD BAJA
(CGL)
BOMBAS TURBINA VERTICAL
BOMBA TURBINA VERTICAL LUBRICADA POR ACEITE
TURBINA VERTICAL. LUB x ACEITE
167
404
397
427
419
403
212
76
266
414
252
393
620
681
465
404
380
396
514
415
272
78
243
30
403
742
401
485
420
744
816
817
400
484
176
394
384
404
103
422
79
416
428
PL8
167
397
603
76
212
109-A
109
ITEM
30
76
78
79
103
109
109-A
167
176
212
243
244
252
266
272
380
384
393
394
396
397
400
401
403
404
414
415
416
419
420
422
427
428
465
484
485
514
620
681
742
744
816
817
109-A
LEYENDA
NOMBRE
Contratuerca tensora
Tazón de descarga
Tazón intermedio
Tazón de succión
Bocina de succión
Brida
Empaquetadura de la brida
Eje de la bomba
Impulsor
Sello by-pass
Bocina intermedia
Guarda arena
Tuerca reguladora
Seguro de tuerca reguladora
Cuña cónica
Separador de jebe
Unión simple de columna exterior
Bocina columna interior superior
Bocina columna interior inferior
Bocina columna interior intermedia
Bocina campana superior
Eje de la columna inferior
Cople de eje de columna
Eje de la columna interior
Eje cabecero
Funda de columna interior superior
Funda de columna interior intermedia
Funda de columna interior inferior
Columna exterior superior ( 5' )
Columna exterior intermedia ( 10' )
Columna exterior inferior ( 5' )
Cople de eje cabezal
Cople de eje inferior
Linterna de descarga
Bocina tensora
Tuerca tensora
Soporte del tanque de aceite
Chaveta del eje cabecero
Tanque de aceite
Empaquetadura trenzada
Empaquetadura de cobre
Niple
Tuerca
Empaquetadura de la brida
BOMBASBOMBA
TURBINA
VERTICAL
TURBINA
VERTICAL LUBRICADA POR AGUA
TURBINA VERTICAL. LUB x AGUA
ITEM
167
397
401
266
252
620
400
212
404
76
406
241
111
220
407
812
742
236
272
427
50
243
402
176
220
103
79
465
744
233
50
76
78
79
103
109
109-A
111
167
176
220
233
241
243
244
252
266
272
334
380
380-1
384
397
400
401
402
404
427
428
465
620
742
744
812
LEYENDA
NOMBRE
Caja prensaestopa
Tazón de descarga
Tazón intermedio
Tazón de succión
Bocina de succión
Brida
Empaquetadura de la brida
Luneta prensaestopa
Eje de la bomba
Impulsor
Camiseta de eje
Bocina de prensaestopa
Deflector
Bocina intermedia
Guarda arena
Tuerca reguladora
Seguro de tuerca reguladora
Cuña cónica
Alambre de retención
Separador de jebe
Bocina de jebe del separador
Unión simple de columna exterior
Bocina campana superior
Eje de la columna inferior
Cople de eje de columna
Eje de la columna interior
Eje cabecero
Cople de eje cabezal
Cople de eje inferior
Linterna de descarga
Chaveta del eje cabecero
Empaquetadura trenzada
Empaquetadura de cobre
Boquilla para grasa
BOMBAS TURBINA VERTICAL
ALTERNATIVAS DE ACCIONAMIENTO DE LAS BTV
MOTOR ELECTRICO
CABEZAL SIMPLE
CABEZAL MIXTO
BOMBAS TURBINA VERTICAL
SISTEMA DE PRELUBRICACION (LUB x AGUA)
TABLERO DE CONTROL
VALVULA
FLOTADOR
MOTOR
TANQUE
DE AGUA
TEMPORIZADOR
UNION FLEXIBLE
VALVULA
SOLENOIDE
VALVULA
CHECK
VALV. COMPUERTA
BOMBAS TURBINA VERTICAL
SISTEMA DE PRELUBRICACION (LUB x AGUA)
Se compone de:
- 01 Tanque de 0.5 m3 de capacidad, de fibra de vidrio con su respectiva tapa.
- 02 Válvula selenoide de 220 voltios, 60 Hz, de 19 mm (3/4”) para agua.
- 04 Válvula de bola de cierre rápido de ¾” (19 mm).
- 02 Válvula check tipo swing ¾” (19 mm.) de bronce.
- 01 Válvula flotador de ¾” (19 mm.) para tanque de agua.
- 04 Uniones universales ¾” (19 mm.) fierro galvanizado.
- 02 Filtro “Y” para agua ¾” (19 mm.) de bronce.
- 06 Codos de fierro galvanizado de ¾” (19 mm.) x 90º
- 02 Tubos de fierro galvanizado de ¾” (19 mm)
BOMBAS TURBINA VERTICAL
TIPOS DE MOTORES UTILIZADOS:
• MOTOR ELECTRICO EJE SÓLIDO WEG EFICIENCIA ESTÁNDAR
• MOTOR ELECTRICO EJE SÓLIDO WEG ALTA EFICIENCIA
• MOTOR ELECTRICO EJE SÓLIDO WEG NEMA IEEE841
• MOTOR ELECTRICO EJE HUECO US MOTORS WPI
• MOTOR ELECTRICO EJE HUECO US MOTORS WPII
• MOTOR ELECTRICO EJE HUECO US MOTORS TEFC
• MOTOR DE COMBUSTION INTERNA (4 TIEMPOS)
BOMBAS TURBINA VERTICAL
MODELO ANTIGUO DE BOMBA:
12GH-03-08 x 08 x 1.7/16 L/AC
TAMAÑO ETAPAS SUCC X DESC
Ø COL. INT. TIPO LUBRIC.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
MODELO NUEVO DE BOMBA:
T12GH-03-HMSS-08 x 08 x 1.7/16 L/AC
TAMAÑO ETAPAS SOP. ROD.
SUCC X DESC
Ø COL. INT. TIPO LUBRIC.
T = TURBINA VERTICAL PARA POZO
B = TURBINA VERTICAL PARA BARRIL O CISTERNA
HMSS = Hidrostal motor solid shaft
BOMBAS TURBINA VERTICAL
EMPUJE AXIAL EN BOMBAS TURBINA VERT.
En toda bomba centrífuga en operación existe
Una fuerza axial que es la resultante de dos
Fuerzas opuestas (fig. 1) conformadas
Principalmente por:
Una fuerza dinámica en el sentido en el sentido
Del flujo (UPTHRUST) y una fuerza creada por
La diferencia de presiones en ambos lados del
Impulsor. Esta fuerza esta en función de la altura
Dinámica total desarrollada por la bomba y es en
Sentido contrario al movimiento del líquido
(DOWNTHRUST).
El sentido de la resultante depende de la magnitud
De cada componente, siendo en condiciones
normales de operación en sentido contrario al ingreso
del fluido. Sin embargo cuando una bomba está
Operando con un caudal excesivo, el “upthrust” puede
superar al “downthrust” especialmente en turbinas
Cortas y con impulsor cerrado.
DOWNTHRUST
UPTHRUST
Fig. 1
BOMBAS TURBINA VERTICAL
CURVA DE UNA BOMBA TURBINA
12CGL-1
THRUST O EMPUJE
HIDRAULICO
BOMBAS TURBINA VERTICAL
THRUST O EMPUJE HIDRAULICO
El empuje axial resultante que generan los impulsores cerrados es menor
Al que generan los impulsores semi-abiertos como se muestran en las
Figuras.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
INFLUENCIA DE LA “LUZ” EN EL
DESEMPEÑO DE LA BTV













BOMBAS TURBINA VERTICAL
NUEVO DISEÑO HIDROSTAL CON
MOTOR EJE SÓLIDO WEG TEFC
(HMSS)
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Tazones bridados
(solo para B17H)
Campana succión
BOMBAS TURBINA VERTICAL
SOLUCIÓN HIDROSTAL
MOTOR WEG TOTALMENTE CERRADO
ESTANDAR O DE ALTA EFICIENCIA.
CAJA DE RODAMIENTOS PARA EL EMPUJE
AXIAL DE LA BOMBA
ACOPLAMIENTO CON REGULACIÓN DE LUZ
DE IMPULSORES, COMPLETAMENTE
DESMONTABLE.
SISTEMA DE NO REVERSION DE BILLAS
BOMBAS TURBINA VERTICAL
ACCIONAMIENTO
HIDROSTAL CON MOTOR
DE EJE SOLIDO DE ALTA
EFICIENCIA
VENTAJAS :
• MOTORES TEFC DE
EJECUCIÓN ESTANDAR
O DE ALTA EFICIENCIA.
•RATCHET DE BILLAS.
•FÁCIL REGULACION DE
LUZ DE IMPULSORES.
•MANTENIMIENTO DE
PRENSAESTOPAS SIN
RETIRAR EL MOTOR.
•RODAMIENTOS DE ALTO
EMPUJE PARA
DOWNTHRUST Y
UPTHRUST.
•EJE ESTABLE PARA
APLICACIONES CON
SELLO MECÁNICO.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
NUEVO SOPORTE DE MOTOR
BOMBAS TURBINA VERTICAL
BOMBAS TURBINA VERTICAL
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Acople rígido tipo John Crane
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Terminología:
Nivel de referencia.- Es el plano horizontal
tomado como referencia para tomar las
medidas de los parámetros de la bomba.
normalmente se toma la base de la linterna.
Nivel estático.- Es la distancia vertical entre
el nivel de referencia y el nivel del agua
cuando el equipo esta parado.
Nivel dinámico.- Es la distancia vertical entre el nivel de referencia y el nivel que alcanza el agua en el pozo al caudal de bombeo
cuando la bomba esta operando.
Longitud de columna.- Es la distancia entre
el nivel de referencia y el cuerpo de la bomba.
Longitud de la bomba.- Distancia entre el
nivel de referencia y el punto más bajo de la
bomba.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Terminología:
Altura estática de descarga.- Es la distancia
vertical a la que debe elevarse el líquido desde
el nivel de referencia.
Altura de velocidad.- Es la energía cinética del
líquido bombeado por unidad de peso (se expresa en metros de líquido)
Altura de descarga.- Es la suma de la altura
estática de descarga, las pérdidas en la tubería
y accesorios desde la linterna hasta el punto de
descarga y la altura de velocidad.
Altura de campo.- Se define como la altura de
descarga más el nivel dinámico al caudal de
bombeo.
Altura de laboratorio.- Es la altura dinámica
total que desarrolla el cuerpo completo de la
bomba. Se puede expresar como la suma de
la altura de campo más las pérdidas por fricción
que se generan en la columna de descarga
desde la bomba hasta la linterna.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Terminología:
Eficiencia de laboratorio.- Es la eficiencia que
se muestra en la curva de la performance de la
bomba, incluyendo sus respectivas correcciones.
Potencia de laboratorio.- Es la potencia en HP
requerida en el extremo del eje del cuerpo de la
bomba para descargar el caudal solicitado contra
la altura de laboratorio. Es definido como:
Pot. Lab. (HP) = Caudal (lps) * Altura de lab. (m)
75 * Efic. Lab.
Pérdidas en el eje.- Es la pérdida por fricción
medida en hp que se genera entre el eje de
transmisión y sus apoyos.
Potencia de campo.- Es la potencia requerida
en el extremo superior del eje de transmisión.
se define como la suma de la potencia de laboratorio más las pérdidas en el eje de transmisión.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Terminología:
Eficiencia de campo.- Es la eficiencia del
equipo completo definido como:
Efic. campo (HP) = Caudal (lps) * Altura campo (m)
75 * Pot. Campo (HP)
Empuje total (Thrust total).- Esta compuesto
por la suma del peso de todos los componentes
en rotación en la bomba, el peso de los ejes y el
empuje hidráulico. El empuje hidráulico depende
del tipo de impulsor de la bomba, del líquido
bombeado y del punto de operación. Se calcula
como el número de etapas de la bomba por el
empuje hidráulico generado por etapa indicado
en la curva de performance de la bomba.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Datos requeridos para selección de BTV:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Análisis de agua de pozo (% arena, pH, conductividad, etc)
Diámetro de pozo
Perfil del pozo y curva de aforo de ser posible
Verticalidad del pozo
Caudal requerido
Nivel dinámico (largo de columna)
Profundidad del pozo
Tipo de lubricación
Tipo de descarga
Longitud descarga, altura descarga, accesorios ó ADT.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Curva típica de aforo
CURVA DE RENDIMIENTO DEL POZO No. 03 - FUNDO NIÑO JESUS
GANDULES INC
20
18
EC U A C I ON D E LA C U R VA
2
16
S =0.071377468Q + 3.783273 E-05Q
PROYECCION:
Q=60.00 l/ s
ABATIMIENTO
(metros)
14
N. Din.=25.10 m
ABAT. =17.20 m
12
10
8
DATOS DE AFORO:
6
Q
(l/ s)
4
2
0
0
5
10
15
20
25
Observacion : El nivel est át ico en el pozo es de 7.90 m.
El gráf ico muest ra la t endencia de la curva de rendimient o del pozo.
30
35
40
CAUDAL
(litros/segundo)
45
50
N.D.
(m)
S
(m)
17.39 11.60
3.70
22.45 13.55
5.65
27.00 15.20
7.30
34.92 17.75
9.85
41.12 19.85
11.95
48.89
55
21.65 6013.75
65
BOMBAS TURBINA VERTICAL
HOJA DE DATOS PARA
SELECCIÓN DE BTV
BOMBAS TURBINA VERTICAL
SELECCION DE UNA BOMBA
TURBINA VERTICAL
CONDICIONES DE OPERACION:
Se requiere cotizar bomba turbina vertical lubricada por agua para SEDAPAL, las pérdidas de
carga en la columna no excederán del 5%, la velocidad de flujo de agua en la columna no será
menor de 1.2 m/s. Impulsores serán del tipo cerrados. Motor arranque E-T, WPI, VHS, 440V,3F,
60 Hz. La elongación de la columna de ejes, a válvula cerrada (caudal “0”) no será mayor al 60%
de la luz axial máxima de regulación del cuerpo de impulsores.
LIQUIDO
CAUDAL
ADT
Efic. Min. Bomba
Efic. Min. Motor
Longitud de col.
:
:
:
:
:
:
AGUA LIMPIA A 25°C
50 l/s
94 m
84% (tiene que ser c/tazones aporcalanados)
86%
90 m
BOMBAS TURBINA
BOMBA 12CGL-6
CAUDAL
ADT
: 50 l/s
: 94 m
Para una etapa H = 16.2 m
entonces número de etapas:
n = 94/16.2 = 5.8 etapas
n=6
altura por etapa = 94/6 = 15.7 m
Diámetro Imp. :
201 mm
Eficiencia
:
84%
Potencia abs. :
74.6 HP
P. Máxima
:
74.9 HP
Velocidad
:
1770 rpm
NPSHr
:
3.0 m
Thrust (lb)
:
6x900 = 5,400 lb
________
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Selección del eje de columna interior:
De la tabla de selección de ejes para bombas turbina verticales:
Empuje en libras = 5,400 lbs
Velocidad oper. = 1760 rpm
Carga máx
= 186.9 HP
Por tanto seleccionamos eje de 1.7/16”
Selección de la columna exterior:
De la tabla de pérdidas por fricción en columnas estándar:
Caudal
= 50 lps (800 gpm aprox.)
Diám. Col. Inter. = 1.7/16”
Por tanto seleccionamos columna exterior de 8” (pérdidas 2.1% < 5%)
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Elongación total del eje a llave cerrada:
De la tabla de elongación del eje:
Thrust hidráulico (Empuje en libras) = 5,400 lbs
Diámetro de la col. Interior
= 1.7/16”
Por tanto (0.135 + 0.146) *90 * 3.28 / 100 = 0.4148”
2
Juego de la bomba (End play):
De la tabla de juego de la bomba (End play):
12” CGL
= 1. 1/32” = 1.0313”
La elongación de la columna de ejes, a válvula cerrada (caudal “0”) no será mayor al 60%
de la luz axial máxima de regulación del cuerpo de impulsores.
Por tanto :
0.6 * 1.0313” = 0.6189 > 0.4148”
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Experimental analysis and field experience have resulted in the following
empirical relationship:
S = D + ((0.574*Q)/D1.5)
Where S is submergence in inches
D is bell diameter in inches
Q is rate of flow in gpm
The required minimum submergence can also be determined from figure
9.8.26B taken from ANSI HI 9.8-1998 Pump Intake Design.
BOMBAS TURBINA VERTICAL
Ejemplo cálculo de sumergencia:
Q
ADT
D
= 126.2 l/s = 2000.27 gpm
= 195 mca
= 298 mm ( 11.73 pulg)
S = 11.73 + [(0.574*2000.27)/11.731.5)]
S = 40.31 pulg. = 1024 mm
Altura de canastilla (Hc) = 400 mm
Sumergencia mínima = 1024 + 400
= 1424 mm
= 1500 mm
BOMBAS TURBINA VERTICAL
BOMBAS TURBINA VERTICAL
BOMBAS TURBINA VERTICAL
BOMBAS TURBINA VERTICAL
BOMBAS TURBINA VERTICAL
BOMBAS TURBINA VERTICAL