BOMBAS II

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INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE COSAMALOAPAN PROGRAMA EDUCATIVO INGENIERIA PETROLERA MATERIA “SISTEMA DE BOMBEO EN LA INDUSTRIA PETROLERA” DOCENTE ING. JOSÉ ISIDORO BELTRAN TRABAJO MOTORES ACOPLADOS A BOMBAS UNIDAD II ESTUDIANTES JONATHAN SANCHEZ ARENAL GRUPO 607-AB 1 UNIDAD II MOTORES ACOPLADOS A BOMBAS

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INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE COSAMALOAPAN

PROGRAMA EDUCATIVOINGENIERIA PETROLERA

MATERIA“SISTEMA DE BOMBEO EN LA INDUSTRIA PETROLERA”

DOCENTEING. JOSÉ ISIDORO BELTRAN

TRABAJOMOTORES ACOPLADOS A BOMBAS

UNIDAD II

ESTUDIANTESJONATHAN SANCHEZ ARENAL

GRUPO607-AB

COSAMALOAPAN, VER. 05 DE MARZO DEL 2014INDICE

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UNIDAD II MOTORES ACOPLADOS A BOMBAS

Introducción…………………..…………………………………………………….... 32.1 Motores eléctricos………………………………………………..…………... 42.1.2 ventajas y desventajas de un motor eléctrico…………………….52.2 Motores de combustión interna………………………..………………. 82.3 Otros dispositivos empleados para el accionamiento del equipo de bombeo……………………………..………………………………… 10Conclusión…………………………………………………………………………… 14Referencias………………………………………………………………...………... 15

INDICE DE IMÁGENES

Fig.1 Motor eléctrico……………………………...…………………………………………..………4Fig.2 Rotor estator y ventilador de un motor eléctrico……………... 4Fig.3 Partes de un motor eléctrico…………………………………………… 7Fig.4 Motor antiguo de combustión…………………………………………. 8Fig.5 Diagrama de flujo funcional del motor de combustión interna del motor tipo Otto…………………………………………………….. 9Fig.6 Ciclo de motor de dos tiempos……………………………..……….. 11Fig.7 Arrancadores……………………………………………………………….. 13Fig.8 Interruptores…………………………………………….…………………. 13

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INTRODUCCION

Para la selección de un equipo de Bombeo ya sea una electrobomba o motobomba es necesario conocer principalmente Los diámetros de las tuberías los cuales deberán estar basados en el diseño y cálculo hidráulico de la presión y el caudal mínimo establecido y las características del ambiente de trabajo ya que es necesario y sumamente importante porque no todos los equipos de bombeos son iguales es decir no todos tienen la misma capacidad ya que varían de acuerdo a su tamaño y tipo de bomba al igual que también no tienen las misma capacidades de succión para ello es necesario saber muy bien el tipo de fluido que se requiere transportar, la cantidad que se desea transportar y la distancia a la cual se quiere transportar para así seleccionar el tamaño de potencial de la bomba que se necesite.

En la selección de un equipo de bombeo también influyen mucho los parámetros de velocidad y del tiempo es decir si se quiere transportar una gran cantidad de fluido en poco tiempo será necesario utilizar un equipo de bombeo de mayor potencia y una tubería de mayor diámetro ajustada al tipo de fluido que se transporte para que así la velocidad del fluido sea más rápida y la fricción de la tubería y el fluido no afecten este proceso y se logre el objetivo deseado.

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2.1 MOTORES ELECTRICOS

Estos motores utilizan la corriente eléctrica como fuente exterior de energía. Los más empleados en abastecimiento de agua son los de velocidad constante o los que tienen velocidad prácticamente constante. Es decir, se puede considerar únicamente los dos tipos siguientes:

a) Motor síncrono de velocidad rigurosamente constante, dependiente del número de polos y al ciclaje o frecuencia de la línea de alimentación.

b) Motor de inducción, es decir, asíncrono con velocidad dependiente al valor de la carga.

Figura 1.- Motor eléctrico Figura 2.- Rotor, estator y ventilador de un motor eléctrico

Los motores sincrónicos pueden resultar más económicos para accionamientos de gran

potencia y baja velocidad. En todo caso, la eficiencia del motor sincrónico es ligeramente

mayor que el motor de inducción. Las desventajas de estos motores están en que requieren

una operación más cuidadosa y no soportan bien las caídas de tensión. Los motores de

inducción con rotor bobinado, particularmente los de tipo de rotor en jaula o cortocircuito, ya

sea común o de alto par de arranque, constituyen en la actualidad las máquinas motrices más

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empleadas en la industria. La ventaja de estos motores está en su simplicidad, fiabilidad y

economía.

Los motores eléctricos por su principio sencillo y construcción robusta, no exigen grandes

requisitos de mantenimiento, evitando costosas interrupciones en el servicio que prestan y los

gastos consiguientes de reparación, si se tiene el cuidado de emplearlas correctamente, sobre

todo en lo que se refiere las siguientes características de placa: potencia, corriente, tensión,

frecuencia, velocidad, número de fases, temperatura, lubricación y condición del medio

ambiente donde opera. Los motores eléctricos son las máquinas motrices más empleadas

para propulsar de manera simple y eficiente las bombas utilizadas en los sistemas de

saneamiento. Sus ventajas radican en su reducido tamaño y peso en comparación con otros

sistemas motrices; en su limpieza, no contaminan el medio ambiente y producen menos ruido;

en su facilidad de operación y finalmente en menor costo en comparación a sus similares de

combustión interna. Su principal desventaja es que no pueden ser utilizadas en lugares donde

se carece de energía eléctrica. Los tipos de motores eléctricos usualmente utilizados en los

sistemas de bombeo en la industria petrolera son: síncronos de velocidad constante y

asíncrona o de inducción que admite una ligera variación de velocidad en función al valor de

la carga. Por su economía, fiabilidad y simplicidad se eligen motores de inducción para las

bombas de velocidad constante. Motores síncronos pueden resultar más económicos para

bombas de gran potencia y baja velocidad. En general, los motores eléctricos más

económicamente empleados son los trifásicos de 60 ciclos con corriente alterna, pero en

ocasiones no es posible seguir este criterio debido al tipo de corriente que se utiliza

localmente. El voltaje más frecuentemente utilizado, sobretodo en pequeñas plantas es de

220 voltios. A continuación se nombran los principales criterios para la selección de motores

eléctricos: Potencia Se determina directamente a partir de las indicaciones del fabricante de

la bomba. Se debe admitir en la práctica, un cierto margen para seleccionar el motor. Se

recomienda los siguientes incrementos: El motor eléctrico es un dispositivo que transforma la

energía eléctrica en energía mecánica por medio de la acción de los campos magnéticos

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generados en sus bobinas. Son máquinas eléctricas rotatorias compuestas por un estator y un

rotor.

Velocidad nominal

Determinada directamente a partir de las indicaciones del fabricante de la bomba. La

velocidad del motor es función de la frecuencia del sistema eléctrico local y de número de

polos del motor. Por tanto, al seleccionar la velocidad de la bomba se debe procurar que ella

sea compatible con las velocidades normales de motores eléctricos, las cuales aparecen

tabuladas en las normas de motores eléctricos.

Torque

Se debe considerar que durante el arranque del motor se consume una corriente varias veces

la de carga plena, que produce caídas de voltaje y por consiguiente reducciones en el torque

de arranque de motor. Una buena práctica es seleccionar un motor para que con el voltaje

reducido desarrolle un torque al menos 10% mayor que el requerido por la bomba durante el

proceso de aceleración.

Número de arranques

En cada arranque la temperatura interna del motor se incrementa, por tanto arranques muy

frecuentes del motor causará sobrecalentamiento y daño posterior a los devanados del rotor.

Frecuencia y número de fases

La frecuencia del motor debe ser la misma de la red eléctrica que lo alimenta. Las normas

permiten una variación del ±5% en la frecuencia de la red. Normalmente serán trifásicos lo

mismo que el sistema eléctrico, excepto en los sistemas de potencias pequeñas donde podrán

ser monofásicas.

Voltaje nominal

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En estaciones de bombeo pequeñas, alimentadas por una red de distribución de bajo voltaje,

220 o 380 voltios, deberá ser el voltaje trifásico nominal del motor.

En instalaciones alimentadas por redes primarias de media y alta tensión, deberá ser reducida

por medio de transformadores hasta los valores normalizados para los motores.

Factor de potencia

El factor de potencia, como la corriente de arranque, está regido por estipulaciones de las

compañías de energía eléctrica, quienes establecen valores mínimos para este factor. Con el

fin de evitar problemas inherentes a un bajo factor de potencia se debe evitar

sobredimensionar el motor y usar condensadores para mejorar el bajo factor de potencia de

las instalaciones.

Condiciones del medioambiente

Se debe especificar las condiciones ambientales donde trabajará el motor, como: -Si el motor

trabajara protegido de la intemperie por una edificación. -Si funcionará en un ambiente con

una temperatura mayor a 40ºC o a una elevación mayor de 1000 m.s.n.m. -Si trabajará en un

ambiente abundante en polvo, humedad, residuos y gases. -Se deberá establecer un

aislamiento para el motor compatible con las condiciones ambientales y de funcionamiento.

Criterios económicos

Se debe tener especial consideración de este criterio durante la selección final de una

instalación y en su operación. El costo de operación debe incluir el costo de la energía

eléctrica y los costos de amortización, reparación y manteniendo. Un motor eléctrico es

esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo

mecánico, a través de medios electromagnéticos. Algunos de los motores eléctricos son

reversibles, ya que pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando

como generadores o dinamo. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras o en

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automóviles híbridos realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa adecuadamente o

con frenos regenerativos.

Son utilizados en infinidad de sectores; instalaciones industriales, comerciales, particulares; como ventiladores, teléfonos, bombas, máquinas herramientas, aparatos electrodomésticos, herramientas eléctricas y disco. Los motores eléctricos pueden ser impulsados por fuentes de corriente continua (DC), tal como baterías, baterías de automóviles o rectificadores de corriente, y por fuentes de corriente alterna (AC)bien sea directamente de la red eléctrica bifásica o trifásica.

Los pequeños motores se pueden encontrar hasta en relojes eléctricos. Los motores de uso general con dimensiones y características más estandarizadas proporcionan la potencia adecuada al uso industrial. Los motores eléctricos más grandes se usan para propulsión de trenes, compresores y aplicaciones de bombeo con potencias que alcanzan 100 megavatios. Estos motores pueden ser clasificados por el tipo de fuente de energía eléctrica, construcción interna, aplicación, tipo de salida de movimiento, etcétera.

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Figura 3.- Partes de un motor eléctrico.

2.1.2 Ventajas y desventajas de un motor eléctricoVentajas • A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos. • Se pueden construir de cualquier tamaño. • Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante. • Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, aumentando a medida que se incrementa la potencia de la máquina). • Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la emiten contaminantes.

Desventajas Su principal desventaja es que no pueden ser utilizadas en lugares donde se carece de energía eléctrica.

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Se debe especificar las condiciones ambientales donde trabajará el motor, como: - Si el motor trabajara protegido de la intemperie por una edificación. - Si funcionará en un ambiente con una temperatura mayor a 40ºC o a una elevación mayor de 1000 m.s.n.m. - Si trabajará en un ambiente abundante en polvo, humedad, residuos y gases. - Se deberá establecer un aislamiento para el motor compatible con las condiciones ambientales y de funcionamiento.

Criterios económicos Se debe tener especial consideración de este criterio durante la selección final de una instalación y en su operación. El costo de operación debe incluir el costo de la energía eléctrica y los costos de amortización, reparación y manteniendo. Un motor eléctrico es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos.

2.2 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

Figura 4.- Motor antiguo de combustión

Un motor de combustión interna, motor a explosión o motor a pistón, es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química de un combustible que

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arde dentro de la cámara de combustión. Su nombre se debe a que dicha combustión se produce dentro de la propia máquina, a diferencia de, por ejemplo, la máquina de vapor Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor. Se emplean motores de combustión interna de cuatro tipos:

El motor cíclico Otto, cuyo nombre proviene del técnico alemán que lo inventó, Nikolaus August Otto, es el motor convencional de gasolina que se emplea en automoción y aeronáutica.

El motor diésel, llamado así en honor del ingeniero alemán nacido en Francia Rudolf Diésel, funciona con un principio diferente y suele consumir gasóleoEl motor rotatorio.La turbina de combustión.Casi todos los automóviles de hoy utilizan lo que es llamado un ciclo de combustión de cuatro tiempos para convertir gasolina a movimiento. El ciclo de cuatro tiempos también es conocido como ciclo de OTTO, en honor a Nikolaus Otto.

Estos son:1. Admisión: El pistón baja en el momento en que la válvula de admisión se abre, permitiendo el ingreso de la mezcla aire/gasolina.2. Compresión: El pistón sube comprimiendo la mezcla aire/gasolina, las dos válvulas están cerradas.3. Explosión: El pistón llega al máximo de su recorrido TDC, la bujía entrega la chispa, se produce la explosión y el pistón es impulsado hacia abajo.4. Escape: El pistón sube nuevamente, pero esta vez la válvula de escape se encuentra abierta permitiendo la salida de los gases quemados.Estos motores pueden ser, básicamente, atmosféricos o sobrealimentados por medio de un turbo. Todos ellos con inyección electrónica. Aunque también funcionaban mediante un sistema de carburación este tipo de ingreso de combustible ya ha quedado rezagado.

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Figura 5.- Diagrama de flujo funcional del Motor de combustión interna del motor tipo Otto.

En este tipo de bombas la presión máxima alcanzable variará en función de la velocidad de rotación del elemento impulsor; a pesar de ello se pueden conseguir presiones medias con bombas múltiples o de etapas, donde la salida de una es la aspiración de la siguiente, sumándose así las presiones. Debido a esta peculiaridad, las bombas hidrodinámicas sólo se emplean para mover fluidos en aplicaciones donde la resistencia a vencer sea pequeña. Bombas de desplazamiento positivo (hidrostáticas) las bombas hidrostáticas o de desplazamiento positivo son elementos destinados a transformar la energía mecánica en hidráulica. Cuando una bomba hidráulica trabaja, realiza dos funciones: primero su acción mecánica crea un vacío en la línea de aspiración que permite a la presión atmosférica forzar al líquido del depósito hacia el interior de la bomba; en segundo lugar su acción mecánica hace que este líquido vaya hacia el orificio de salida, forzándolo a introducirse en el sistema oleo hidráulico. Una bomba produce movimiento de líquido o caudal pero no genera la presión, que está en función de la resistencia al paso del fluido que se genera en el circuito.

Ventajas

Los motores de gasolina pueden operar a mayores velocidades y su lubricación es obtenida más fácilmente, debido a las temperaturas menores a que trabajan. Son máquinas de menor peso por caballo de fuerza, de más fácil operación y su costo inicial es menor. Probablemente, el motor diésel sea el más utilizado debido a su larga vida de servicio, a su alta eficiencia, al ahorro de combustible que se obtiene, a que emplea combustibles de menor precio y a que operan con un riesgo reducido de incendio.

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Desventajas

Las desventajas en seleccionar este tipo de motores radica a que son máquinas que requieren mayor inversión inicial, mayor costo de mantenimiento, su operación es más complicada y requieren una fuente exterior de energía para comprimir el aire a la temperatura de encendido en el cilindro, para lo cual generalmente utilizan acumuladores o recipientes de aire comprimido. Una de las mayores desventajas del empleo de estos motores está en los problemas derivados del almacenamiento del combustible. Antes de seleccionar este tipo de motores es recomendable hacer un análisis comparativo de costos entre ambos tipos de motores para las condiciones locales.

Criterios para la selección de este Equipo

Para la selección de motores de combustión se emplean curvas características suministradas por los fabricantes, las cuales ayudan a determinar los siguientes parámetros:

Esta curva indica la potencia que se puede esperar para cada número de revoluciones; es una curva ascendente con pendiente acentuada disminuyendo rápidamente a altas velocidades.

Consumo especifico

Esta curva varía muy poco en un gran rango de velocidades pero a altas velocidades aumenta el consumo específico notoriamente.

Torque o par al freno

Tiene en los motores a gasolina mayor variación con la velocidad que en los Diesel, los cuales tienen también un valor mayor del torque.

Presión media efectiva

Indica la potencia relativa de una máquina a una determinada velocidad por lo cual se prefieren valores altos, un medio de obtener valores altos es mejorando la eficiencia volumétrica o por sobrealimentación.

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Eficiencia térmica al freno

Esta curva tiene su valor máximo a la velocidad de mínimo consumo específico, la variación de ésta con la velocidad es inversa a la del consumo específico. Vacío en el múltiple de admisión Con esta curva se puede verificar el tamaño apropiado de carburador y la sincronización de las válvulas. Cuando es demasiado alto el vació, significa que hay mucha resistencia en el flujo de admisión lo cual reduce la eficiencia volumétrica y por lo tanto la potencia.

Los más empleados son los motores diesel y el de gasolina, sin embargo no se debe descartar la utilización de los motores a gas, sobretodo porque la comercialización del gas natural y del gas licuado de petróleo se ha multiplicado en los últimos tiempos.

2.3 OTROS DISPOSITIVOS EMPLEADOS PARA EL ACCIONAMIENTO DEL EQUIPO DE BOMBEOLas unidades de arranque, comúnmente llamadas "ARRANCADORES", son dispositivos

diseñados para iniciar la operación de los motores eléctricos, mantenerlos funcionando y

pararlos, además de protegerlos de sobrecargas o fallas de la línea de alimentación. Cada

unidad de arranque se aloja dentro de un gabinete metálico, para la protección del equipo y

del personal que lo opera.Las unidades de arranque se fabrican en dos tipos:  a) Unidades de

arranque a tensión plena. b) Unidades de arranque a tensión reducida. Dentro de estos dos

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tipos, se construyen para que operen con accionamiento manual y con accionamiento

eléctrico. A) Unidades de arranque a tensión plena Son aquellas unidades que conectan

directamente el motor a la línea de alimentación que viene del interruptor general. Este tipo de

arrancador se utiliza cuando las corrientes de arranque no causan disturbios a los demás

equipos o al sistema eléctrico. Generalmente se utilizan en motores que no excedan los 10

HP, aunque en casos especiales, dependiendo de la ubicación y del valor de la tensión

suministrada, pueden utilizarse para motores de grandes potencias. b) Unidades de arranque

a tensión reducida 

Son aquellos dispositivos que proporcionan una tensión menor a la nominal en el arranque del

motor, por sólo unos segundos (entre 8 y 15), ya que cuando el motor ha vencido la inercia del

rotor en el estado de reposo, el arrancador suministra el 100 % de la tensión. 

Estos arrancadores se utilizan para no causar molestias o perturbaciones en el sistema

eléctrico; en general su campo de aplicación se ubica en el arranque de motores con

potencias mayores a 15 HP. Se construyen para accionamiento manual o accionamiento.

Interruptores Los interruptores son dispositivos de protección y desconexión de circuitos eléctricos. 

Se fabrican alojados en distintos tipos de gabinetes para cubrir cualquier aplicación.  

El voltaje, la corriente y el servicio (ligero o pesado), determinan la robustez o tamaño del

interruptor. Los interruptores más usados en los sistemas de agua potable y alcantarillado

son:

a) De navajas con fusibles. Son interruptores que operan térmicamente, con listones fusibles

desechables, al pasar a través de ellos corrientes de cortocircuito. Combinan las funciones de

detección de fallas de cortocircuito e interrupción; no son ajustables y su operación es

relativamente lenta a valores moderados de sobre corriente.b) Termomagnético. 

Son interruptores diseñados para proteger las instalaciones contra las corrientes excesivas de

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sobrecarga y cortocircuito que se presenten. Cuentan con dos elementos de disparo: uno

térmico, y otro magnético. Cuando se produce una sobre corriente debido a sobrecargas

sostenidas, el elemento térmico, se calienta y se efectúa el disparo; cuando la sobre corriente

es instantánea y de alto valor, tal como ocurre en un cortocircuito, actúa el elemento

magnético produciéndose el disparo. Estos dispositivos tienen la ventaja sobre el de navajas

con fusibles, en que son reusables mediante un sistema de restablecimiento y ajustables los

rangos de protección.

Figura 6.- Ciclos de motor de dos tiempos

Aplicaciones en la Industria Petrolera

Las bombas que se usan en la industria petrolera se dividen en 8 grupos: perforación,

producción, transporte, refinería, fracturación, pozos submarinos, portátiles y de

dosificación. En perforación, se usan las llamadas bombas de lodo, como la que se muestra

en la figura 4 Bombas de cristal para bombeo de ácido sulfúrico. Estas bombas son casi

siempre del tipo reciprocante. Deben desarrollar presiones altas a veces, superiores a los 200

kg/cm2. El lodo de perforación que manejan estas bombas pesa entre 2 y 20 kg/litro. En

producción se usan cuatro tipos de sistemas de bombeo para extraer el crudo de los pozos de

producción y descargarlo a nivel del suelo: sistema de cilindro de succión, sistema hidráulico,

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sistema sumergible y sistema de elevación por gas. Hay algunos pozos que no necesitan

bombeo ya que es suficiente la presión del crudo. El transporte de líquidos en la industria

petrolera se hace a través de miles de kilómetros en el mundo entero, tanto en oleoductos,

petróleo ductos propiamente dichos y gasoductos. En ciertos casos el ducto puede servir para

transportar diferentes fluidos. Las estaciones de bombeo están instaladas a intervalos

adecuados, a lo largo del ducto, pues aun en terreno plano, las cargas de fricción son grandes

y se requieren bombas de alta presión. Durante todo el año las bombas de estos oleoductos

están expuestas a grandes cambios de temperatura. Este problema y el de las grandes

presiones requieren que se usen bombas de diseños. La bomba vertical enlatada es un tipo

que ha venido teniendo mucha aplicación. Con este tipo de bombas, el fluido que circula en la

tubería entra en una “lata” donde se puede incrementar grandemente su presión mediante una

bomba de varios pasos. Tiene también la ventaja de que sus características de succión son

mucho mejores para líquidos que como los de la industria petrolera o petroquímica tienen

presiones en aeropuertos para bombear combustible a los aviones, con lo cual se reduce el

peligro de descargas eléctricas estáticas.

CONCLUSION

Para seleccionar un equipo de bombeo se deberá tener un conocimiento completo del sistema en que trabajará la bomba y motor, caso contrario puede hacer una selección errónea que causará el mal funcionamiento de la bomba, lo que a su vez afectará a la eficiencia y eficacia del sistema. Para seleccionar una bomba adecuadamente se debe conocer las relaciones que permiten obtener la curva característica de la bomba para una rotación diferente de aquella para la cual se conoce su curva característica. Otras relaciones permiten predecir la nueva característica de una bomba si se reduciría el diámetro del impulsor, dentro de los límites aceptables por cada tipo de bomba. Las bombas se eligen generalmente por uno de los tres métodos siguientes:- El cliente suministra detalles completos a uno ó más proveedores, de las condiciones de bombeo y pide una recomendación y oferta de las unidades que parezcan más

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apropiadas para la aplicación.- El comprador efectúa un cálculo completo del sistema de bombeo procediendo a elegir la unidad más adecuada de catálogos y graficas de características.- Una combinación de los anteriores métodos para llegar a la selección final.

REFERENCIAS

http://fain.uncoma.edu.ar/La.M.Hi/textos/Maquinas%20hidrualicas/BOMBAS.PDFhttp://www.koslan.cl/upload/tiposdebombas.pdfes.wikipedia.org/wiki/Motor _eléctrico

http://www.banrepcultural.org/blaavirtual/ciencias/sena/mecanica/gas-preconversion-vehiculos/gaspre5a.

ROCA, Felipe. Oleohidraulica Básica. Grupo Editorial Alfa Omega S.A.pag. 22

Manual de Hidráulica de Azevedo Netto & Acosta Alvarez, Sexta Edición.

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