1 ALCANCEEn este documento se presentan los procedimientos generales para diseñar yespecificar servicios de bombeo para plantas de proceso con especial énfasis enaquellos servicios donde normalmente se recurre a las bombas centrífugas. Eneste documento se cubren solamente los aspectos más rutinarios. Los detallesadicionales sobre la tecnología de aplicación de bombas y sobre los servicios debombeo que presentan dificultades especiales, se muestran en otros documentosde este capitulo.Los servicios con condiciones extremas merecen especial atención de ingenieríatal como estudios de casos de optimización, consultas con especialistas demaquinarias y uso de la información actualizada de los suplidores en lugar de lainformación generalizada. Los tipos de condiciones extremas más dignas deinvestigaciones especiales son: caudales de flujo altos, altos cabezales,requerimientos altos de energía y servicios con requerimientos potencialmentealtos de NPSH. La Figura 5 presenta una línea de demarcación de los rangos decabezal–capacidad que normalmente requieren de estudios especiales deingeniería.

2 REFERENCIASPrácticas de Diseño (Además de otros Documentos de este capítulo)MDP–01–DP–01 “Temperaturas de Diseño y Presión de Diseño”MDP–02–FF–01/06 “Flujo de Fluidos”Otras ReferenciasAPI STANDARD 610 “Centrifugal Pumps for Petroleum, Heavy Duty,Chemical, and Gas Industry Service”. Eighth Edition,August 1995.Maxwell, J. B. “Databook on Hydrocarbons, Aplication to ProcessEngineering”.

3 ANTECEDENTESEl proceso de diseñar servicios de bombeo y las bombas que aplican a dichosservicios se lleva a cabo en tres etapas principales:1. Diseño de Servicios de Bombeo2. Selección de Bombas y Diseño de la Instalación3. Diseño de Bombas.El diseño del servicio de bombeo se prepara como un componente del diseñoglobal del proceso. Los aspectos de selección de equipos y aplicación se realizanen forma compartida por ingenieros de maquinarias pertenecientes a los equipos

de ingeniería de detalle y los ingenieros de aplicación de la compañía suplidorade bombas seleccionada; el diseño detallado de la instalación se realiza como unaparte de la ingeniería de detalle del proyecto. El diseño de la bomba es realizadopor los diseñadores de las compañías suplidoras de bombas, quienes usannormalmente componentes prefabricados para ensamblaje.

La Tabla 1 presenta un sumario de como los distintos parámetros involucrados enel diseño de servicios de bombeo son procesados a través de todas las etapas deingeniería.

4 DEFINICIONESNormalmenteespecificado por:La Función del Servicio de Bombeo es un término quecomúnmente se aplica a los requerimientos defuncionamiento y características del fluido para unservicio determinado, a diferencia de las característicasmecánicas y de instalación de la bomba y del servicio.Diseñador delservicioEl Caudal de Flujo Nominal es el caudal de flujo deoperación normal sobre la cual se basan los rangos defuncionamiento de la bomba así como las garantíascorrespondientes.Diseñador delservicioLa Presión de Succión Nominal es la presión desucción para las condiciones de operación en el punto degarantía (según API 610).Diseñador delservicioLa Presión de Succión Máxima es la presión de succiónmás alta a la cual la bomba es sometida durante laoperación (según API 610).Diseñador delservicioLa Presión de Descarga Nominal es la presión dedescarga de la bomba en el punto de garantía con lacapacidad, velocidad, presión de succión y densidadabsoluta nominales (según API 610).Diseñador delservicioLa Presión de Descarga Máxima es la Máxima presiónde succión posible a ser encontrada, más la presióndiferencial Máxima que la bomba es capaz de desarrollarcuando se opera a la condición especificada develocidad, gravedad específica, y temperatura debombeo con el impulsor suministrado (según API 610).

La Presión de Diseño es la mínima presión para la cualla bomba, su cuerpo y bridas deben ser seguras paraoperación continua a la temperatura de diseño,

considerando el agotamiento de la holgura paracorrosión estipulada.Diseñador delservicioLa Presión de Trabajo Máxima Permisible para elCuerpo de la Bomba es la presión de descarga másgrande a la temperatura especificada de bombeo para lacual se ha diseñado el cuerpo de la bomba. Esta presióndeberá ser igual o mayor que la Máxima presión dedescarga (API 610). de bombasSuplidorLa Temperatura de Bombeo Nominal es la temperaturade operación normal sobre la cual se basan las garantíasy rangos de funcionamiento de la bomba.Diseñador delservicioLa Temperatura de Diseño es la temperatura del metalpara la cual la bomba, su cuerpo, bridas, holgurasinternas y estructuras de soporte deben ser seguras enoperación continua a la presión de diseño. Latemperatura de diseño es igual a la temperatura debombeo nominal más un incremento para cubrir laflexibilidad operacional.Diseñador delServicioLa temperatura Máxima es la que normalmente controlay siempre se especifica. La temperatura mínima tambiénse especifica cuando la temperatura más baja del líquidoinfluye el diseño y la selección de material. Esto podríaocurrir por debajo de 15C (60F).La Temperatura Máxima Permisible de Trabajo es lamayor temperatura del fluido para la cual el suplidor hadiseñado la bomba para ser segura y operable. Estatemperatura deberá ser igual o mayor a la temperatura dediseño especificada.Suplidor deBombasLos Requerimientos de Cabezal para un Servicio sonlos requerimientos de presión total diferencial entre laspresiones nominales de succión y descarga, convertidosa una altura equivalente de líquido bombeado, a ladensidad absoluta que corresponde a la temperatura debombeo nominal de Bombas

El Servicio de Bombeo describe los requerimientos de proceso para elevar lapresión de una corriente líquida. El servicio es efectuado por una estación de

bombeo.Una Unidad de Bombeo se refiere a la bomba y sus equipos auxiliares instaladosen/o cerca de la base de la bomba: medio motriz, acoples, bases, pedestales desoporte, facilidades de autolimpieza, sistema de lubricación, etc.Los Requerimientos de Instalación se refieren a los sistemas de tuberías yaccesorios asociados a la bomba, los sistemas de control, facilidades deprotección, mantenimiento instrumentación y otros servicios auxiliares quenormalmente no están instalados sobre la base de la bomba o que sonsuministrados por el suplidor.Una Estación de Bombeo es un grupo de unidades de bombas instaladas en unlugar para cumplir el mismo servicio de bombeo o servicios muy relacionadosentre sí, incluyendo todas las facilidades de instalación

5 PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO PARA SERVICIOS DEBOMBEOLos pasos siguientes se recomiendan para el diseño de un servicio de bombeo.1. Obtener el caudal de flujo requerido por el proceso. Definir algunasvariaciones con respecto al flujo de diseño que deberían ser incluidos en eldiseño, tales como condiciones de arranque, expansión futura, flujo máximo,etc. Seleccionar el valor para el caudal de flujo nominal.2. Convertir el caudal de flujo nominal a las condiciones de bombeo enunidades convencionales utilizadas para diseño de bombas (normalmentedm3/s (U.S. gpm).3. Determinar las propiedades del líquido críticas para el diseño de la bomba:densidad absoluta, temperatura, viscosidad, punto de fluidez, etc. Estosvalores se requieren a las condiciones de bombeo y en algunos casos, acondiciones ambientales.4. Calcular las condiciones de succión disponibles presión de succión nominal,presión de succión Máxima, NPSH disponible.5. Determinar el efecto del sistema de control seleccionado sobre losrequerimientos de funcionamiento de la bomba.6. Calcular los requerimientos de presión de descarga nominal para la bomba7. Calcular el requerimiento de presión diferencial para el servicio y convertirloa cabezal a la densidad absoluta correspondiente a la temperatura nominalde bombeo. (A las diferentes condiciones de flujo establecidas).8. Determinar la presión y temperatura de diseño requeridas por la bomba y lastuberías asociadas.9. Seleccionar el tipo de bomba y el tipo de medio motriz (Ing. de Procesos yEspecialista en Equipos Rotativos).10. Seleccionar materiales de construcción (Especialista en Equipos Rotativosy Especialista en Materiales).11. Determinar requerimientos de bombas de repuesto y su necesidad paraoperación en paralelo.12. Determinar otros requerimientos de instalación tales como detalles desistemas de control, arranque automático de la bomba de repuesto, etc.

13. Seleccionar el tipo de sello del eje y determinar los requerimientos paralimpieza externa o sistemas de sello (Ing. de Procesos y Especialista enequipos Rotativos).14. Estimar los requerimientos de servicios.

15. Documentar el diseño: cálculos, estudios, texto de la especificación dediseño, sumario aproximado de los requerimientos de servicios, etc.Los servicios con requerimientos de cabezal–capacidad por encima de la líneaguía en la Fig. 5, se deberían considerar en una forma de diseño especial con losobjetivos siguientes:1. Optimizar la multiplicidad de unidades de bombeo.2. Asegurar la compatibilidad del NPSH disponible con los requerimientos demodelos de bombas disponibles.3. Asegurar la exactitud de los valores estimados para eficiencia,requerimientos de potencia y especificación del medio motriz.4. Determinar si un estilo particular de construcción debería ser especificadopara asegurar una selección óptima de la bomba.

6 FACTORES DE SENSIBILIDAD EN EL COSTO DE INVERSIONLos siguientes factores en el diseño de servicios de bombeo tienen una marcadainfluencia sobre el costo de la unidad de bombeo y su instalación, están en listadosen orden descendente de influencia.Número de bombas instaladas en el servicio (alineadas en paralelo)Material de cuerpoNPSH disponibleRequerimiento de cabezalCaudal de flujo por bombaPresión de diseñoTemperatura de diseñoSelección de tipo de bombaDaños o peligros causados por inflamabilidad del fluido, toxicidad yCorrosividadContenido de sólidos en el líquidoRequerimientos de potenciaSelección del tipo de medio motrizEstos factores deberían tener una consideración especial durante la fase dediseño del servicio para asegurar que se evita un costo de inversión innecesario.

8 CONDICIONES DE ARRANQUELas condiciones de arranque algunas veces difieren de una forma tan significativade las condiciones nominales que afectan el funcionamiento de la unidad debombeo. Por ejemplo, algunas veces las unidades de proceso se ponen enoperación con alimentaciones diferentes a las de diseño. Esto ocasiona que los

caudales de flujo y propiedades del fluido de varias corrientes intermedias difierande los valores de diseño. La operación inicial, aún con las alimentaciones dediseño, pueden estar fuera de control por un tiempo tan prolongado que tendríael mismo efecto sobre las condiciones del servicio de bombeo.Cuando se prevean condiciones de operación de arranque fuera del diseño, elDiseñador debe decidir si el diseño del servicio de bombeo debe hacerse para lascondiciones nominales y las de fuera de diseño.La experiencia ha demostrado que el diseño para condiciones de arranqueanormales generalmente es innecesario. Usualmente se pueden aplicarmecanismos para realizar las operaciones de arranque necesarias sin requeririnversiones en instalaciones adicionales. Por esta razón, el diseño para lascondiciones de arranques normalmente no se recomienda a menos que existancircunstancias muy especiales.Un ejemplo importante de la operación de la bomba a condiciones diferentes delas nominales es el uso de bombas de hidrocarburos para circulación de aguaantes de la operación inicial del proceso. El agua se circula para lavar losrecipientes y sistemas de tuberías y para probar las bombas mecánicamente. Yaque el agua tiene una densidad absoluta mucho mayor que la de casi todos loshidrocarburos, los requerimientos de potencia de la bomba con agua pueden sermayores que la capacidad del medio motriz de que se dispone. Esto requiere desumo cuidado al planificar y supervisar la operación con agua, pero la experienciano justifica diseños especiales o inversiones adicionales para tal fin.

9 FLEXIBILIDAD DE EXPANSIONLa planificación a largo plazo y la estrategia de inversión en instalaciones paramanufactura, ocasionalmente justifica la inversión previa en equipo inicial deplanta para permitir una expansión futura en capacidad a un costo bajo. Losservicios de bombeo, en conjunto con otros equipos de la planta, pueden serdiseñados inicialmente para el grado de flexibilidad de expansión deseada. Laforma más simple de prepararse para un futuro aumento en el caudal de flujo esel de especificar simplemente aquel espacio que se estipulará en el diagrama deplanta inicial para una bomba adicional que opere en paralelo con la bombaoriginal.

Una mejor manera, en muchos casos, consiste en especificar los datos de laoperación futura, en conjunto con las condiciones nominales iniciales, yespecificar que la bomba y sus facilidades de instalación sean pre–especificadasdesde el punto de vista de ingeniería para la expansión futura de la planta. En estecaso la línea de succión debería ser dimensionada para el caudal de flujo futuroy se debería tener cuidado al especificar el cabezal neto de succión positivadisponible (NPSHD) para el caudal de flujo.

10 CAUDAL DE FLUJOEl caudal de flujo volumétrico, Q, (a la temperatura de bombeo) puede sercalculado a partir del Flujo Másico o Flujo Volumétrico a condiciones estándarsegún se indica en MDP–02–P–06.Los caudales de flujo por debajo de 6.3 dm3/s (100 gpm) con cabezales sobre los

107 m (350 pie) y por debajo de 3.2 dm3/s (50 gpm) con cabezales bajo los 107m (350 pie) están generalmente por debajo de los caudales de flujo óptimos parabombas centrífugas y requieren especial cuidado en el diseño del servicio, verMDP–02–P–03.

11 PROPIEDADES DEL FLUIDOFuentes de InformaciónLas propiedades del fluido podrían ser obtenidas del Maxwell Databook onHydrocarbons o a través del uso de Paquetes de Simulación de Procesos. Otrasfuentes de información podrían ser usadas cuando sean validadas en formaadecuada.Temperatura del FluidoLa temperatura del fluido afecta los siguientes aspectos del diseño de la bomba:1. Estilo de construcción de la bomba2. Materiales3. Necesidad de agua de enfriamiento4. Niveles de presión adecuados de las bridas estándar.Si las propiedades del fluido, tales como la densidad absoluta y la viscosidad,difieren significativamente a la temperatura nominal de operación y a latemperatura ambiente, y si se requiere el arranque bajo las condiciones detemperatura ambiente, entonces el rango de temperatura ambiente convenientea ser utilizado se debe especificar.

Presión de Vapor del FluidoEl fluido que viene del rehervidor de una torre o del tambor de destilado del topenormalmente estará en su punto de ebullición, y en tales casos la presión en esterecipiente al nivel del líquido se puede utilizar como la presión de vapor del líquido.Cuando este no es el caso, la presión de vapor del fluido debe ser determinadamediante los gráficos de presión de vapor o fugacidad.Densidad AbsolutaLa densidad absoluta del fluido afecta los siguientes aspectos del diseño de labomba.1. Los requerimientos de cabezal para producir una presión diferencial dada.2. La capacidad de presión diferencial de los tipos de bombas con capacidadde cabezal limitado, tales como las bombas centrífugas.3. El flujo másico para un caudal de flujo volumétrico dado.4. Requerimientos de potencia.La densidad absoluta debería ser especificada a la temperatura nominal debombeo. Los valores se pueden obtenerse a 15C (60F) y luego aplicarle losfactores de corrección apropiados para la temperatura real.ViscosidadLa viscosidad del fluido afecta los siguientes aspectos del diseño de la bomba:1. Selección del tipo de bomba2. Eficiencia y características de cabezal–capacidad3. Necesidad para facilidades de calentamiento inicial y calentamiento delcuerpo de la bomba.

El impacto de la viscosidad en la selección de las bombas centrífugas esesquematizado tanto en MDP–02–P–05 como en MDP–02–P–08correspondiente a la selección de bombas de desplazamiento positivo. El efectoespecífico de viscosidad en el funcionamiento de la bomba centrífuga se presentaen MDP–02–P–07. La viscosidad debería ser especificada si su valor excede de5 mm2/s (50 SSU, 5 cSt) a la temperatura nominal de bombeo.Las relaciones de viscosidad y unidades que se usan comúnmente en el diseñode plantas de proceso son las siguientes:

La identificación y concentración de sustancias corrosivas no comunes en el fluidodeben ser señaladas en las Especificaciones de Diseño. Ejemplos comunes sonSO2 líquido, 45% H2SO4, solución cáustica de 15Bé, fenol, H2S, cloruros, etc.Si se conoce información adicional sobre sustancias corrosivas y materialesadecuados provenientes de experiencias previas de planta o pruebas delaboratorio, esta debería ser incluida en la Especificación de Diseño.Contenido de SólidosEl contenido de sólidos en la corriente de líquido afecta los siguientes aspectos deldiseño de la bomba:1. Características del fluido (Newtoniano, no–Newtoniano, etc.), así como losrequerimientos de presión diferencial.2. Diseños para resistencia a la erosión3. Dimensiones del canal de flujo, tipo de impulsor4. Velocidad periférica del impulsor5. Características de diseño para desintegrar las partículas grandes, talescomo el diseño del tipo “Desintegrador de Coque”6. Diseño del sello al eje.Los sólidos más comunes encontrados en las corrientes de refinería son laspartículas de coque en tubos rehervidores (o calderas) y en los fondos delfraccionador primario de craqueadores con vapor, sistemas de enfriamientodirecto de craqueadores con vapor y torres lavadoras de unidades decoquificación, y partículas de catalizador en servicios de aceite lodos o en lasunidades de craqueo catalítico.En los servicios con sólidos, las bombas deberían ser protegidas de las partículasgrandes tales como aglomerados de coque mediante filtros permanentes en lasucción de la bomba y/o con mecanismos tales como filtros de coque en el fondode los destiladores de vacío.Las Especificaciones de Diseño deben señalar el tipo, distribución de tamaño departículas, densidad y concentración de los sólidos en la corriente de líquido quellega a la bomba. El porcentaje en peso se usa normalmente como la forma másconveniente de expresar la concentración de sólidos en las Especificaciones deDiseño. A partir de esta y de los valores de densidad, el Diseñador de la bombapuede calcular la concentración en volumen.

Si se conoce que ciertos tipos de construcción de bombas, tales como el tipo dedesintegrador de coque o del tipo de lodo (de suspensión), son satisfactorios

según experiencia previa de planta, éstas deberían ser especificadas.El carácter abrasivo de los sólidos en la suspensión es extremadamenteimportante para el diseño de la bomba y para los requerimientos demantenimiento. La mejor forma de describir la abrasividad es especificando losdatos de dureza del sólido. Con frecuencia, se utilizan dos escalas en ingenieríade suspensiones, las cuales son la escala de dureza de Moh y el número deKnoop. Si la fractura de los sólidos es dañina para el proceso, como ocurre enalgunas aplicaciones de semisólidos, esto se debería indicar.Una suspensión se define arbitrariamente como aquella mezcla donde hay másde un 1% en peso de sólidos en un líquido. La construcción de bombasconvencionales de proceso normalmente es adecuada para concentraciones desólidos hasta un 2% en peso, y cuando los sólidos son menores de 100micrómetros (= micrones) en tamaño. Las bombas de etapas múltiples nodeberían usarse en concentraciones de sólidos mayores de 1%; un diseñopreferible es el de dos bombas en serie, tal vez, con un medio motriz común.Características del FlujoLa gran mayoría de los líquidos en las refinerías y plantas de procesos químicostienen características de flujo que permiten denominarlos “Newtonianos”, lo cualsignifica que la tasa de esfuerzo (flujo) es linealmente proporcional al esfuerzo decorte (fuerza que causa el flujo). Debido a que la tasa de esfuerzo y el esfuerzode corte son proporcionales, su relación, que se denomina viscosidad absoluta(Pa.s (centipoises)) es constante. Así, la viscosidad absoluta de los fluidosNewtonianos permanece constante frente a cambios en el caudal de flujo.Algunas suspensiones y otros líquidos que se manejan en las industrias químicas,de plástico, de alimentos, de procesamiento de papel y minería tienencaracterísticas de flujo que no varían linealmente con el caudal de flujo y sedenominan “no–Newtonianos”. Las caídas de presión en las tuberías de succióny descarga no pueden ser calculadas por los métodos normales cuando semanejan suspensiones no–Newtonianas. El tamaño de la línea debe asegurarque la velocidad de transporte crítica de la suspensión se alcance. Los datos conlos cuales se realiza el diseño deben provenir de pruebas, experiencias, o fuentesde literatura calificadas.

12 PRESION DE SUCCIONNivel de Referencia de la BombaLa presión de succión normal se calcula y se especifica para un nivel de referenciaarbitrario de 600 mm (2 pie) sobre el nivel de referencia del piso. Este nivel es

típico de la línea central del impulsor en los tipos de bombas comúnmenteutilizados – bombas de proceso horizontales de una etapa y de capacidad media(15 a 65 dm3/s (200 a 1000 gpm)). La elevación de la línea central de la bombaseleccionada realmente para el servicio normalmente diferirá algo de los 600 mm(2 pie) arbitrarios, dependiendo de la altura de la base de la bomba escogida, tipode bomba, tamaño y orientación. La diferencia entre el nivel de referenciaarbitrario y el nivel de referencia real es muy pequeña para tener algún significadoen la determinación de los requerimientos de cabezal en la mayoría de los

servicios, pero es un factor de suma importancia en el establecimiento del NPSHde que se dispone realmente para la bomba instalada, y debe verificarse porconsiguiente cuando se seleccione la bomba y se realice el diseño de la base.Una verificación de la elevación de la línea central real de la bomba contra el nivelde referencia de 600 mm (2 pie), es especialmente necesaria para bombas de altacapacidad las cuales serán físicamente grandes y podrían tener sus líneascentrales más de 600 mm (2 pie) por encima del piso, y para bombas verticalesque podrían tener sus bridas de succión muy cercanas al piso.Seleccionar y especificar el nivel de referencia que requiere de especial atenciónen casos de:1. Bombas alineadas a ser localizadas en sistemas de bombeo elevados, envez de al nivel del piso.2. Bombas de agua de pozo profundo y bombas de agua de enfriamiento queestán localizadas con respecto al nivel de la superficie del agua, en vez deal nivel del piso.El nivel de referencia convencional de 600 mm (2 pie) debería ser usado tambiénpara bombas de proceso verticales de múltiples etapas, aunque el impulsor de laprimera etapa está localizado por debajo de este nivel y el NPSHD a dicho nivelserá mayor que al nivel de 600 m (2 pie). El suplidor de la bomba puede hacer laconversión necesaria, utilizando la localización real de la brida de succión de labomba y de la longitud de la bomba seleccionada.La Especificación de Diseño debería establecer a que nivel de referencia de labomba han sido calculados tanto la presión de succión especificada como elNPSH disponible, normalmente 600 mm (2 pie) sobre el piso.El API 610 especifica que los suplidores de las bombas establecen susrequerimientos de NPSH para bombas horizontales como aquel requerido en lalínea central del eje y para bombas verticales como aquel requerido en la líneacentral de la brida de entrada.

Nivel del Tambor de SucciónEl nivel de líquido en el envase de succión que se utiliza para cálculos de NPSHdebería ser el nivel mínimo operable. Para recipientes verticales con cabezalesconvexos, se asume normalmente que está en la línea tangente del fondo delrecipiente. Para alcanzar los requerimientos de NPSH de las bombas centrífugascomerciales un diseño económico normalmente coloca la línea tangente del fondode los recipientes de succión que contienen fluidos en su punto de burbuja,aproximadamente, 4500 mm (15 pie) sobre el piso. Las unidades de proceso conuna capacidad muy grande podrían requerir elevaciones de recipientes más altosdebido a los requerimientos mayores de NPSH para las bombas de altos caudalesde flujo. Se requiere de estudios de casos individuales para determinar laelevación óptima del recipiente. La Figura 5. indica los servicios que normalmenteameritan un estudio individual.Presión de Succión Sub–AtmosféricaCon la excepción de las bombas que succionan de equipos de vacío, la presiónde succión de las bombas no debería ser diseñada para estar muy por debajo dela presión atmosférica. A presiones reducidas la filtración de aire al interior de la

línea y/o la vaporización de gases disueltos podrían causar problemas. La presiónde succión mínima recomendada es de 83 kPa absolutos (12 psia). Esto esaplicable para casos tales como el de succionar desde tanques que tienen líneasde succión muy largas.Cálculo de la Presión Normal de SucciónEl cálculo de la presión normal de succión se realiza por los métodos presentadosen el capitulo de Flujo de Fluidos de este Manual. Cuando se requieren filtrospermanentes en la succión, una caída de presión 7 kPa (1 psi) debería serconsiderada para el filtro.Para los servicios donde las líneas de succión son muy largas, o si el margen deNPSH disponible por sobre los requerimientos de la bomba se sabe que sonpequeños, un estimado exacto de la caída de presión en la tubería de succión esnecesario. Los estimados de longitudes equivalentes deberían basarse en eldiagrama de planta real y en una aproximación bastante buena de la ruta real dela línea.Presión Máxima de SucciónEste valor se obtiene sumando la presión de ajuste de la válvula de seguridad (siexiste alguna) del recipiente desde el cual succiona la bomba, la caída de presióndesde la válvula de seguridad al punto donde se mantiene el nivel de líquido y elmáximo cabezal estático de líquido en la succión. Al calcular el cabezal estático,utilizar el “alto nivel de líquido” de diseño para el recipiente.

La caída de presión por fricción en la línea de succión no se considera en estecálculo debido a que se asume que la condición de Máxima succión ocurre cuandoel flujo a través de la bomba es cero, con la válvula en la descarga cerrada.NPSHVer MDP–02–P–04.

13 CONTROL DE FLUJO DE LA BOMBAEl caudal de flujo de la gran mayoría de las bombas centrífugas se controla conuna válvula de control en la línea de descarga. El caudal de flujo de muchasbombas de desplazamiento positivo se controla reciclando una porción del flujo dedescarga a la succión de la bomba, con una válvula de control en la línea de reciclo.Las válvulas de control pueden ser posicionadas por señales de nivel, presión,flujo o controladores de temperatura para cumplir con los requerimientos deproceso.Para bombas centrífugas, la Válvula de control impone una cantidad variable decaída de presión sobre los requerimientos naturales de presión del sistema. Unaumento de la cantidad de caída de presión a través de la válvula de controlincrementa la presión de descarga de la bomba, su generación de cabezal yreduce el caudal de flujo. Una disminución en la caída de presión a través de laVálvula de control tienen el efecto opuesto. Cuando la Válvula de control estácompletamente abierta, el flujo no está bajo control, sino que está determinado porla interacción natural de la característica de funcionamiento de la bomba con laresistencia característica del sistema. La función de la Válvula de control se ilustraen la Figura 6.Igualmente, pueden usarse motores de velocidad variable para controlar el flujo

de una bomba centrífuga. Este tópico se cubre en MDP–02–P–07.

14 PRESION DE DESCARGAFactores que Contribuyen a los Requerimientos de Presión de DescargaLa presión de descarga requerida es el resultado de la suma de los requerimientosde presión de tres tipos diferentes:1. Estático, independiente del caudal de flujoa. Presión de operación en el punto donde se controla la presión (normalmenteun recipiente) a la cual la bomba está descargando su flujo, o presiónatmosférica en el caso de tanques de almacenamiento atmosférico.b. La diferencia de elevación entre el nivel de referencia de la bomba y el nivelde líquido del recipiente de descarga (máximo) que suma el cabezal estáticoa los requerimientos de cabezal de descarga. Se debe considerar la Máxima

altura de líquido en el recipiente de descarga para obtener el máximo cabezalde elevación requerido.2. Cinética, dependiente del caudal de flujoa. La caída de presión a través de equipos de procesos en el circuito dedescarga tales como intercambiadores de calor, reactores, filtros, hornos,etc.b. Boquillas de inyección, algunas veces con caídas de presión altas paraatomización, y algunas veces expuestas a ensuciamiento.c. Orificios para medición de flujo.d. Resistencia en sistemas de tuberías, incluyendo codos, conexiones en T,bridas, válvulas de compuerta y de retención.3. Variable, modulada de acuerdo a los requerimientos de control delprocesoa. Válvula de controlPara todos los factores que dependen del caudal de flujo, es necesariocalcular la caída de presión para el máximo caudal de flujo deseado. Un valoraproximado de ella se obtiene mediante la siguiente expresión:

_Pmax _ _Pnormal x _tasa máxima

tasa normal _2

Cálculo de Caídas de Presión en Tuberías y Válvulas de ControlLas caídas de presión en la tubería de descarga (y succión) podría ser calculadapor los métodos del capitulo de Flujo de Fluidos de este Manual.Se debería tener especial cuidado al calcular la caída de presión para serviciosde bombeo que succionan de tanques de almacenaje ya que podrían existir líneasmuy largas y muchos codos en el sistema. Como una base para el Cálculo, sedebería usar el diagrama de planta previsto para el sistema de tuberías y sedeberían señalar las bases consideradas en las Especificaciones de Diseño.La caída de presión a través de las Válvulas de control puede asignarse de lasiguiente manera:

A veces está automáticamente asignada, cuando están en una línea entre dosrecipientes de succión y descarga que tienen presión controlada.Cuando se encuentra a la descarga de una bomba que envía liquido a través deuna serie de equipos intermedios hasta un punto de presión controlada, la caídade presión de la válvula de control puede fijarse en un 20% de las perdidas totales

de presión por fricción del circuito mas una cantidad adicional de acuerdo a ladiferencia de presión estática (DPE) del circuito (10% de DPE para DPE< 1400kPa, 140 kPa para DPE entre 1400 y 2800 kPa y 5% de DPE para DPE>2800 kPa).Estas reglas deben usarse con cuidado pues pueden resultar en valores muy altoo muy bajos dependiendo del sistema, en estos casos debe privar el criterioIngenieril y la experiencia para asignar la caída de presión. Para informaciónadicional refiérase a la Sección 12–Instrumentación del Manual de Diseño deProcesos. Practicas de Diseño versión de 1986.Presión de Descarga MáximaEsta presión se utiliza para determinar la presión de diseño y es la suma de lapresión de succión Máxima y la presión diferencial Máxima.La Máxima presión diferencial para las bombas centrífugas normalmente ocurrena flujo cero (Shut Off) y se asume que es 120% del diferencial nominal (VerMDP–02–P–07) basado en la Máxima densidad absoluta prevista para el fluido.Si se encuentra que el diferencial máximo es mayor de 120% del diferencialnominal (lo cual es particularmente predominante en bombas de múltiples etapasy de altos caudales de flujo) para la bomba seleccionada, entonces las presionesMáximas de descarga y de diseño deberían ser incrementadas de acuerdo a esto.Esto tiende a ocurrir con bombas de caudal alto de flujo debido a las característicasde impulsores de alta velocidad específica que se utilizan. Por el contrario, lasbombas se pueden especificar para tener una presión de disparo a algún nivelmenor que 120% del diferencial de modo que se pueda bajar la presión nominalde diseño de las líneas y los intercambiadores de una clasificación a otra. Estono debería hacerse a menos que se obtenga algún crédito por el hecho de reducirla presión nominal de diseño de las líneas y equipos. No se debe especificarmenos de 110% del diferencial, ya que esto promueve el uso de una curvacaracterística de operación de la bomba tan plana que hace que sufuncionamiento sea inestable.La Máxima presión de descarga de una bomba de desplazamiento positivo estádeterminada por el ajuste de la Válvula de seguridad de la descarga. VerMDP–02–P–08 para los detalles.

Características de los Requerimientos de Presión del SistemaCuando se diseña un nuevo servicio de bombeo o se estudia el comportamientode un servicio existente, una ayuda importante para comprender losrequerimientos de control de flujo es el de describir en forma gráfica la relación

entre la curva característica de los requerimientos de presión del sistema y la curvacaracterística de funcionamiento de la bomba. En el caso de nuevos diseños, lacurva de la bomba centrífuga se puede estimar utilizando el punto decapacidad–cabezal nominal y la forma de la curva promedio que se muestra enel apéndice del MDP–02–P–07. Los requerimientos de presión del sistemapueden graficarse con los valores de presiones de descarga calculados para flujonominal, flujo cero y algunos flujos adicionales tales como 0.5, 0.8, 1.2 y 1.5 delvalor nominal.Este gráfico puede usarse para mostrar como una velocidad de motor de la bombavariable podría utilizarse para control, cuanto cabezal se consume a través de laVálvula de control que sucede con la Válvula de control cuando estácompletamente abierta, cuanto incremento en el flujo se podría lograr al operaruna segunda bomba idéntica en paralelo, etc.

15 PRESION DIFERENCIAL Y REQUERIMIENTOS DE CABEZALCálculosPara los cálculos de cabezal a partir de la presión diferencial ver MDP–02–P–06.Use las presiones nominales de succión y descarga para el Cálculo de presióndiferencial y del cabezal.No es necesario reportar el cabezal en las Especificaciones de Diseño, ya que losvalores necesarios para calcularlo, diferencial de presión y densidad absoluta, seespecifican separadamente.Se debe tomar precaución para presentar el requerimiento de cabezal de la bombay el NPSH disponible, ambos en términos del líquido bombeado, a las condicionesde bombeo, y no en términos de agua fría.

16 TEMPERATURA Y PRESIÓN DE DISEÑOTemperatura de DiseñoEl documento MDP–01–PD–01 de este manual presenta el procedimiento generalpara determinar todas las temperaturas de diseño de los equipos. La temperaturade diseño para las bombas normalmente es especificada con un margen de 28C(50F) por encima de la temperatura nominal de bombeo. Para bombas queoperan por debajo de 15C (60F), como las bombas criogénicas, es necesarioespecificar una temperatura mínima de diseño, basada en las características delservicio particular.

Presión de DiseñoLa presión de diseño de una bomba se calcula agregando la presión máxima desucción a la diferencia Máxima de presión operando a temperatura nominal debombeo con la densidad absoluta a condiciones nominales. La diferencia Máximade presión para bombas centrífugas se define como el 120% de la diferencianominal de presión para propósitos de Especificaciones de Diseño. Si la bombaseleccionada finalmente tiene una capacidad de diferencia Máxima de presiónmayor que el 120% del valor nominal, entonces el valor de la presión de diseño

del cuerpo se debe aumentar apropiadamente. Si la densidad absoluta del líquidoestá sujeta a cambio, se debe usar la densidad absoluta Máxima prevista paracomputar la presión diferencial a flujo cero (Shut off).Las bombas centrífugas accionadas por turbinas de vapor se pueden operarcontinuamente hasta 105% de la velocidad nominal dentro del rango normal de lavelocidad de sus reguladores. Por lo tanto, la bomba es capaz de desarrollar(105%) 2 ó 110% del cabezal nominal de desconexión. Esto se debe tomar encuenta al establecer la presión de diseño de las bombas centrífugas accionadaspor turbinas de vapor.Clasificación de BridasLas clasificaciones de temperatura y presión de diseño determinadasanteriormente suministran al suplidor de las bombas y al Diseñador del sistemade tubería la base para la selección de clasificación de brida. El suplidor de labomba usualmente selecciona la misma clasificación para la brida de succióncomo para la de descarga. Sin embargo, en el caso de bombas con alto diferencialde presión como las bombas de alimentación a calderas, a veces se usa unaclasificación inferior para la brida de succión. Esta debería satisfacernaturalmente la presión Máxima de succión. La clasificación presión temperaturade la brida de succión debe ser compatible con la de la tubería de succión tal comose define en el documento MDP–01–PD–01; es decir, en ningún caso debe sermenor que 3/4 de la presión de descarga Máxima de la bomba a la temperaturanormal de bombeo.

17 SELECCION DE TIPOS DE EQUIPOSelección del Tipo de BombaEl tipo de bomba se especifica normalmente en las Especificaciones de Diseño.La selección del mejor tipo de construcción para cumplir con unos requerimientosdados de servicio normalmente se efectúa en la etapa de ingeniería de detalle delproyecto, basado en cualquier guía incluida en las Especificaciones de Diseño.Las Figuras 1 y 2 presentan al Diseñador una indicación de los tipos de bombascentrífugas que se aplican a varios requerimientos de cabezal y capacidad. Sicomo resultado de una investigación se ha determinado que un tipo especial deconstrucción o algunas características de diseño son las mejores para el servicio,se deben especificar estos detalles. Si se desea la construcción de bombas enlínea donde sea económico y beneficioso para la distribución de la planta, o si noes deseado específicamente, se debe especificar la posición deseada.Las siguientes guías se presentan para ayudar a decidir cuan específicas sedeben hacer las especificaciones de diseño de acuerdo al tipo de bomba y al tipode construcción.Las especificacionesde diseño siempredeben indicar el tipode bomba a este nivel

Las especificacionesde diseño incluiráncon frecuencia esterequerimientoLas especificacionesde diseño en ocasio–nes incluirán detallestan específicos comoéstosCentrífuga Orientación verticalTipo de suspensiónCaracterísticas del tritu–rador de coqueTipo de alta velocidadTipo carga de estoperaAnillos de desgaste confacilidades para lavadoTipo rotor cilíndricoRotativa Soporte externo cons–tante con camisa decalentamientoTipo tornillo TipoengranajeReciprocanteAccionador de máquinade vapor Accionador demotorTipo pistón Tipo émboloCaja de estopera devástago especial simple,doble, tripleDosificadora Diseño de control de flujo Tipo diafragma.El documento MDP–02–P–05 presenta información más extensa en la seleccióndel tipo de bomba.Selección del Tipo de Medio MotrizVer MDP–02–P–11.

18 SELECCION Y ESPECIFICACION DE MATERIALESProcedimientosEl método normal de seleccionar y especificar materiales de construcción parabombas es usar los “Hydraulic Institute Standards” para la selección de materialesy el sistema de código de API 610 para reportar los requerimientos en lasespecificaciones de diseño.Si el API 610 no tiene un código que incluya los materiales deseados, estos debenser especificados individualmente.El uso del término materiales “estándar” del suplidor debe ser evitado ya queparece permitir el uso de materiales “estándar” en servicios que podría ser muy

bien difíciles y “no–estándar”.

19 MULTIPLICIDAD Y REPUESTOSConsideraciones para Decidir sobre RepuestosLa Tabla 2 presenta un sumario de las consideraciones utilizadas para decidir sise necesitan bombas de repuesto y de que manera es necesario instalarlas.Las preferencias y políticas del cliente en cuanto a repuestos deberán serrespetadas.Donde el diseño de servicio óptimo requiere dos o más bombas que operennormalmente en paralelo, se debe estipular una bomba de repuesto cuando losrequerimientos de mantenimiento por sí solos dictan la necesidad de la misma.Si el servicio de bombeo debe continuar operando durante una falla del suministrodel servicio al accionador primario, entonces se debe tener unidades de repuestosuficientes para cubrir adecuadamente la falla del suministro del servicio. Elnúmero total de unidades en paralelo puede a veces ser minimizado dividiendo lostipos de accionador de las bombas de operación.Repuestos ComunesLas bombas centrífugas de proceso han sido lo suficientemente confiables comopara que una dotación de repuesto de 100% que es una bomba completa derepuesto por cada bomba en operación no será necesaria en la mayor parte delos servicios en la mayoría de las plantas de proceso. Se obtiene una continuidadde servicio adecuada usando una sola bomba como repuesto para dos o más enservicio. El uso de bombas de repuesto comunes se limita por la proximidad delos servicios a ser comunitarios y la compatibilidad de las condiciones de susservicios. Se deben comparar las siguientes condiciones de servicio:1. El punto de capacidad de cabezal requerido de cada servicio debe estardentro del rango de trabajo del repuesto común.

2. La temperatura normal no debe diferir más de 85C (150F).3. Presión de succión no debe diferir más de 345 kPa (50 psi).4. El NPSH disponible para la bomba de repuesto común debe ser mayor quelos requerimientos de cada servicio.5. Si un servicio de alto flujo usa un repuesto en común con un servicio de bajoflujo, el repuesto común se debe diseñar para el flujo alto y cuando operacomo repuesto para el servicio de bajo flujo, puede necesitar un reciclo deflujo bajo para evitar cavitación y sobrecalentamiento.6. La presión y la temperatura de diseño y las clasificaciones resultantes de labrida para el repuesto común deben ser adecuados para ambos servicios.7. Si un servicio de cabezal alto usa un repuesto en común con un servicio decabezal bajo, el repuesto común debe ser diseñado para el cabezal alto y sedebe tomar una caída de presión grande a través de la Válvula de control.8. El diseño del sello del eje debe ser adecuado para ambos servicios.No se deberían usar repuestos comunes en los siguientes casos:1. Donde uno de los líquidos de servicio contiene agua y el otro ácido como elreflujo (ácido) del depropanizador y el reflujo (acuoso) del separador deC3/C4. Las posibilidades de que los dos flujos se mezclen en los tubos

distribuidores en la succión y la descarga causando una corrosión severa sondemasiado grandes.2. Servicio donde se requiere un flujo continuo del fluido pero se esperan altosrequerimientos de mantenimiento de la bomba, tales como en los serviciosde suspensión en plantas de craqueo catalítico y en coquificadores.