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• EnriqueAzuara

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Bombas triples. 1 Objetivos En este módulo de capacitación usted aprenderá a hacer lo siguiente:  Identificar las partes básicas de una bomba triple.  Describir cómo funciona una bomba triple  Identificar los diferentes tipos de bombas triples y describir las diferencias entre ellas.  Identificar las partes del extremo de potencia de una bomba triple.  Describir cómo funciona el extremo de potencia de una bomba triple.  Describir el propósito del empaque de una bomba triple.  Identificar las partes del extremo del fluido de una bomba triple.  Describir cómo funciona el extremo del fluido de una bomba triple.  Identificar la fuerza máxima que una bomba de serie PG desarrolla en el extremo de potencia.  Identificar las consecuencias de exceder la fuerza máxima de la bomba. 2 Introducción a las bombas triples

Las bombas y el bombeo son la columna vertebral del trabajo de Dowell. Aproximadamente el 90% de los ingresos de Dowell se derivan de las operaciones de bombeo (cementación, fracturación, etc.) El propósito de una bomba es convertir la energía mecánica proporcionada por los motores, motores eléctricos y otros motores primarios, en energía de fluido. Hay varias clases de bombas utilizadas en Dowell. Hay bombas de baja presión, bombas centrífugas (tratadas en un módulo de capacitación separado), así como bombas de desplazamiento positivo de alta presión.

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Las bombas de desplazamiento positivo de alta presión utilizan émbolos para desplazar el fluido. Hay varios tipos de bombas de alta presión de desplazamiento positivo. Entre ellas se encuentran:  bombas dobles  bombas triples  bombas quíntuples El número en el nombre (doble=2, tri=3, quint=5) se refiere al número de émbolos que utiliza la bomba para desplazar el fluido. La bomba más común usada por Dowell es la bomba triple. 2.1 Partes de una bomba triple Una bomba triple es una bomba de desplazamiento positivo que consiste de un extremo de potencia y un extremo del fluido. El cárter de la cadena (o reductor de velocidad de engranajes) en el extremo de potencia conecta el extremo de potencia de la bomba al motor primario (motor eléctrico o de otro tipo) que suministra potencia a la bomba. El extremo del fluido está dividido en el extremo de succión y el extremo de descarga.

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Hay válvulas localizadas en el extremo de succión y en el extremo de descarga de la bomba. Estas válvulas controlan la entrada y salida del fluido de la cámara de la bomba. Los empaques se utilizan para proteger las partes de la bomba más allá de los émbolos, contra la contaminación o corrosión causada por los fluidos bombeados. 2.2 Cómo funciona una bomba triple

Un volumen grande de líquido entra constantemente a la cámara de una bomba en una bomba triple. ¿Piensa usted que el líquido es comprimido dentro de la cámara?

Puesto que los líquidos no pueden comprimirse (para todos los fines prácticos), cada vez que el émbolo se mueve hacia adelante en la cámara de la bomba, la presión en la cámara aumenta y el volumen de la cámara disminuye. Esto expulsa el fluido fuera de la válvula de descarga. El fluido no puede expandirse tampoco; por consiguiente, cada vez que el émbolo se mueve hacia atrás fuera de la cámara, la presión en la cámara disminuye y el volumen aumenta. Esto hace que el fluido sea aspirado a través de la válvula de succión. Por lo tanto, a medida que los émbolos se mueven dentro y fuera de la bomba, los émbolos aumentan y disminuyen tanto la presión como el volumen.

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A medida que los émbolos se mueven dentro y fuera de la cámara de la bomba, los émbolos aumentan y disminuyen tanto la presión como el volumen.

Las válvulas impiden que el fluido fluya en la dirección equivocada cerrando en el momento apropiado. El término "desplazamiento positivo" significa que el fluido siempre reemplaza el volumen reducido en el extremo de succión y el fluido siempre es desplazado por el émbolo en el extremo de descarga. Para lograr esto, el fluido debe ser un líquido y la cámara debe estar sellada, de manera que ningún gas (o aire) entre en la cámara de la bomba. 3 Tipos de bomba triple. Existen tres tipos básicos de bomba triple:  Tipo excéntrico (indicado por las iniciales PG y PD del modelo)  Tipo cigüeñal (indicado por las iniciales PQ, PT y OPI del modelo)  Tipo MD* 1000 3.1 Tipo excéntrico (PG, PD)

La bomba reciprocante tipo excéntrico consiste de ruedas (o levas) excéntricas (no centradas) insertadas en un eje recto, que encaja dentro del marco de potencia. Un extremo de la biela está conectado a cada excéntrica y el otro extremo de la biela esta acoplado al émbolo. A medida que la excéntrica gira, la misma mueve el émbolo dentro y fuera de la cámara de la bomba, convirtiendo el movimiento circular suministrado por el cárter de la cadena en el movimiento alternativo (de vaivén) requerido por el émbolo.

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3.2 Tipo cigüeñal (PQ, PT, OPI)

La bomba reciprocante tipo cigüeñal consiste de un eje de una pieza y un mecanismo excéntrico (similar al de un cigüeñal de motor), con la biela conectada a cada excéntrica en un extremo, y al émbolo en el otro extremo. A medida que el cigüeñal gira, mete y saca, alternativamente, el émbolo de la cámara de la bomba, convirtiendo el movimiento circular suministrado por el cárter de la cadena en el movimiento reciprocante (de vaivén) requerido por el émbolo. 3.3 Tipo MD 1000

La bomba triple tipo MD 1000 obtuvo su nombre de su inventor, Michel Drevet, y de su máximo rendimiento de potencia útil (HHP, por sus siglas en inglés), que es de 1000 HHP. A diferencia de los otros dos tipos de bomba triple, la MD 1000 utiliza una sola placa motriz en vez de ruedas separadas para hacer funcionar los tres émbolos.

La bomba tipo MD 1000 consiste de tres varillas de empuje conectadas a una placa oscilante a 120 grados. Cada varilla de empuje a su vez, está acoplada a una cruceta que hace funcionar un émbolo. A medida que la potencia gira los engranajes del extremo de potencia, una varilla de empuje está en la posición máxima hacia adelante (PMA), mientras la segunda está en movimiento hacia adelante y la tercera en movimiento hacia atrás.

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3.4 Ventajas de la bomba MD 1000. Estos modelos tienen muchas ventajas sobre las bombas triples tradicionales, pero comúnmente se utilizan sólo en aplicaciones costa afuera. Estas ventajas incluyen:  Eficiencia global: Mientras que una bomba tradicional de tipo cigüeñal típicamente tiene una eficiencia máxima del 80%, la bomba tipo MD 1000 tiene una eficiencia del 93%. Esto significa que más potencia útil se entrega al fluido que está siendo bombeado, que el caballaje intermitente es más cercano al caballaje continuo y que menos caballaje se disipa en calor. Este último punto es especialmente importante porque significa que la operación de enfriamiento requiere un enfriador de aceite más pequeño, lo que significa ahorro, tanto en peso como en tamaño.  Relación peso / caballaje: El peso de la bomba tipo MD 1000 con su caballaje de entrada tiene una relación de 6,68. La misma relación para una bomba de cigüeñal varía de 8,33 a 19,82. Esto significa que la bomba tipo MD 1000 proporciona más potencia útil por el mismo peso de bomba. En efecto, el peso de la bomba se puede disminuir hasta en un tercio del peso de la bomba de cigüeñal y entregar todavía el mismo caballaje. Esto significa que más potencia útil y menos peso muerto puede ser transportado. Para las operaciones costa afuera, donde los costos de transporte son significativos, esta es una gran ventaja.  Relación caballaje / volumen: El caballaje de entrada de la bomba tipo MD 1000 con su volumen total tiene una relación de 13,52. La misma relación para la bomba de cigüeñal está entre 3,5 y 10. Esto significa que si las dos bombas tienen el mismo volumen, la bomba MD 1000 entregará más potencia útil o que si el caballaje es el mismo, la bomba MD 1000 requerirá menos volumen total. Entonces, para una aplicación dada, la bomba MD 1000 será una unidad más pequeña, más compacta que la alternativa de cigüeñal y por consiguiente, será más fácil de transportar.  Balance: El diseño de la placa motriz permite que el conjunto del eje principal esté perfectamente balanceado. Esto reduce las vibraciones en el sistema y resulta en una vida útil del cojinete más larga y reducción de ruido. En relación con esto, la línea central principal de la bomba MD 1000 está alineada con la línea central del motor primario (motor eléctrico o de otro tipo). Esto permite un mejor diseño de la disposición del equipo y resulta en una disminución del espacio requerido.  Tamaño del émbolo: Si los émbolos de la bomba MD 1000 y de una bomba de cigüeñal son iguales, la bomba MD 1000 tendrá una mayor presión de trabajo y un mayor volumen de caudal.

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La PG es la bomba triple más común utilizada por Dowell, especialmente para trabajos de cementación. La carrera del émbolo de la PG es de 5 pulgadas. La PD, que tiene una carrera de 8 pulgadas, a menudo se utiliza para trabajos de fracturación. 4 Power end de una bomba triple

El extremo de potencia de una bomba triple convierte la potencia de rotación en potencia reciprocante, la que es utilizada por el extremo del fluido para transferir la potencia al fluido. 4.1 Caja de la cadena El corazón del extremo de potencia está dentro del cárter de la cadena. El cárter de la cadena es un ambiente sellado que aloja la cadena y une el motor primario (motor eléctrico o de otro tipo) con la bomba. A medida que el motor primario gira, mueve la cadena y la cadena a su vez hace girar el eje del piñón del extremo de potencia de la bomba.

Un par de varillas de torsión sujetan el cárter de la cadena al chasis o patín e impiden que el cárter de la cadena se mueva cuando se aplica potencia.

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Puesto que la bomba funciona bajo alta presión, es muy importante que la bomba esté asegurada para evitar la posibilidad de daños al equipo o a las personas.

La mitad inferior del cárter de la cadena está lleno de aceite hasta el nivel del eje de entrada inferior, y a medida que la cadena pasa a través del colector de aceite, se lubrica constantemente. El colector está lleno con aceite de peso 40 SAE y debe mantenerse en todo momento, el nivel correcto de aceite. El aceite usado puede ser reciclado, si está limpio y exento de impurezas o elementos corrosivos.

En cada extremo del cárter de la cadena existen cojinetes y sellos que requieren lubricación y mantenimiento periódico. Los orificios de grasa están localizados en cada uno de estos cojinetes y deben lubricarse de acuerdo con el programa de mantenimiento prescrito. 4.2 Lubricación del power end

El colector de aceite en el extremo de potencia proporciona aceite para lubricar los componentes del extremo de potencia de la bomba triple. Una bomba de lubricación tipo engranajes montada externamente empuja este fluido al tope del cuerpo, donde cae sobre las piezas móviles del extremo de potencia y las lubrica. 8

Un filtro se encuentra instalado en la línea entre la bomba de engranajes y el tope del extremo de potencia para eliminar las impurezas o materiales abrasivos del aceite. Una válvula de desvío de 75 libras/pulgada2 está instalada adelante del filtro. De esta manera, si el filtro se atascara o por cualquier otra razón comenzara a aumentar la contrapresión, el aceite lubricante es enviado alrededor del filtro y continuará lubricando el extremo de potencia. 5 Empaques de la bomba triple

El extremo del fluido de la bomba triple tiene una serie de sellos llamados “Empaques”. El propósito de los empaques es retener el fluido que está siendo bombeado a través del extremo del fluido durante la acción reciprocante de los émbolos. 5.1 Razones para el uso de empaques Sin el empaque correcto, varios problemas pueden ocurrir. Uno de ellos es el bloqueo del aceite, en el cual el aceite lubricante designado para proteger al émbolo es incapaz de lubricar el émbolo. Esto puede llevar al desgaste excesivo tanto del émbolo como del empaque. Otro problema potencial es la incapacidad de separar el fluido bombeado del fluido lubricante en el extremo de potencia. Si se permite que el fluido bombeado entre al extremo de potencia (a través de los sellos de vástago pulido) como resultado de un empaque deficiente, la naturaleza corrosiva y abrasiva de estos fluidos puede causar daños considerables (y caros) a las piezas del extremo de potencia. Por consiguiente, es necesaria la instalación correcta de los empaques para el funcionamiento de la bomba.

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5.2 Tipos de empaques

El empaque de apilado doble consiste en insertar dos empaques separados por un adaptador macho / hembra. También existen disposiciones de empaque de apilado sencillo. En la práctica, cuando se emplean empaques de apilado sencillo, Dowell usualmente utiliza hasta 8 empaques en un solo agujero. Los empaques pueden ser duros o blandos y típicamente se utilizan 4 empaques duros y 4 blandos, aunque algunos ingenieros utilizan 7 y a veces hasta 9 empaques en una bomba determinada.

En un tiempo, los "anillos en O" se instalaban adentro del empaque de los espaciadores del casquillo del prensaestopas para asegurar un sello total. Se encontró, sin embargo, que estos anillos en O producían bloqueo de aceite en el sistema de lubricación del émbolo. Además, como el mismo sistema de lubricación estaba conectado a las bombas centrífugas, las bombas centrífugas tampoco estarían lubricadas durante una situación de bloqueo de aceite. Por consiguiente, en la actualidad, estos anillos en O son obsoletos y no deben utilizarse.

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5.3 Lubricación de los empaques

Sin la lubricación apropiada, al igual que cualquier pieza móvil que está sometida a fricción, los empaques fallarán prematuramente, resultando en desgaste excesivo de los empaques y del émbolo. El casquillo de cierre hidráulico instalado en cada conjunto del empaque proporciona lubricación al empaque.

Se utiliza una bomba de lubricación de funcionamiento neumático para enviar el lubricante a un separador. Es importante que no haya puntos bajos en la línea entre la bomba y el separador, ya que podrían atrapar aire e interferir con el flujo del lubricante y con la presión.

A medida que el lubricante entra en el separador, se divide en tres flujos, cada uno de los cuales pasa por una válvula de retención al conjunto del casquillo de cierre hidráulico. A medida que el émbolo se mueve por el casquillo de cierre hidráulico, se cubre con una capa delgada de lubricante y distribuye el lubricante en todo el conjunto del empaque.

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6 Fluid end de una bomba triple

En esta sección se tratan los siguientes detalles del extremo del fluido.  cámara de la bomba  válvulas y sellos  discos de ruptura 6.1 Cámara de la bomba

El extremo del fluido de una bomba triple consiste de un alojamiento para la cámara de la bomba, el cual contiene las aberturas para cada uno de los tres émbolos y una válvula de succión y de descarga para cada émbolo.

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Cuando se da mantenimiento a una bomba triple, la cámara de la bomba debe examinarse para ver si tiene:      

roscas agrietadas agujeros desgastados problemas con los agujeros para el asiento de válvulas grietas en el cuerpo del metal ranuras en el agujero del empaque y fugas del orificio de descarga.

6.2 Válvulas y asientos

Para cada émbolo en una bomba triple hay una válvula de succión y una válvula de descarga. Dentro de la cámara de la bomba están los agujeros de la válvula, que son aberturas a través de las cuales puede fluir el líquido. Dentro de cada agujero de válvula hay un asiento de válvula. Esta es una parte reemplazable, diseñada para soportar los esfuerzos del cuerpo de la válvula cerrando contra sí, sin permitir que el fluido fluya alrededor del mismo.

Existe un "anillo en O " alrededor del asiento de la válvula que ayuda a sellar el asiento de la válvula en el agujero de la válvula. Además, existe un ahusamiento de 3/4 pulgada en el asiento de la válvula de manera que la presión ejercida por la válvula en el asiento de la válvula apriete el asiento en el agujero de la válvula. Esto es especialmente importante porque una falla en el asiento de la válvula permitiría que los fluidos fluyan cuando las válvulas están cerradas y haría que las bombas se volvieran ineficientes.

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La válvula misma consiste de cuerpo, patas e inserción.

El cuerpo de la válvula es un disco que está rodeado en el borde por una inserción, la cual está hecha de uretano o de goma. Las inserciones de uretano son amarillas y las inserciones de goma son negras. Normalmente, las inserciones de uretano se utilizan en procedimientos de fracturación y las inserciones de goma se utilizan en trabajos con cemento y ácidos. La inserción que ha sido instalada en la fábrica y ya viene acoplada al cuerpo de la válvula se llama "inserción moldeada". Las inserciones moldeadas se pueden sacar cuando se desgastan y cambiarse por inserciones nuevas. Las patas de la válvula se extienden hasta el asiento de la válvula y ayudan a estabilizar la válvula a medida que se mueve hacia arriba y abajo para asegurar un sello total cuando la válvula está cerrada. 6.3 Discos de estallido o ruptura

Las válvulas de succión están equipadas con un disco de estallido o ruptura en caso de que aumente excesivamente la presión en la cámara del émbolo. Cuando aumenta excesivamente la presión, el disco de ruptura "revienta" y permite la salida de la presión de la cámara a la cámara de succión. Los discos de estallido o ruptura son una parte integral de la válvula de succión. Vienen en tres ajustes de presión y deben instalarse de acuerdo con la presión anticipada en la cámara de la bomba. Las clasificaciones de presión de las válvulas de estallido o ruptura están codificadas por el color en la parte superior de la válvula de succión y son las siguientes:

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Color: Clasificación de presión del disco de estallido:  Rojo 10.000 libras/pulgada2  Verde 15.000 libras/pulgada2  Blanco 22.500 libras/pulgada2

Usted siempre debe estar seguro de que la válvula de succión correcta con el disco de estallido o ruptura correcto esté instalado en el lado de la succión de la cámara de la bomba. NUNCA instale un disco de succión en el lado de la descarga de la bomba. 7 Limitaciones de presión en la bomba Para garantizar la seguridad tanto del equipo como del personal, es importante que no se excedan las limitaciones de presión del equipo. La fuerza máxima que una bomba de la serie PG desarrolla en el extremo de potencia es de 110.000 libras (49.896 Kg.). Esta cifra debe utilizarse para determinar la máxima presión permisible dentro de la cámara de la bomba. Esto es importante porque si la fuerza de la cámara de la bomba (presión en la cámara de la bomba multiplicada por el área de la superficie del émbolo) excediera las 110.000 libras (49.896 Kg), pueden ocurrirle serios daños al extremo de potencia o a otros equipos. Además de la presión en la cámara de la bomba, también debe controlarse el volumen del caudal para limitar el daño de desgaste a la bomba. Los siguientes son los límites de presión y volumen de caudal en una bomba de la serie PG:

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Diámetro del émbolo Presión máxima; Volumen del caudal de la bomba Diámetro del émbolo

Presión máxima

Volumen del caudal de la bomba

3-3/4" (9,53 cm.) 4-1/2" (11,43 cm.) 5" (12,70 cm.)

10.000 libras/pulgada2 7.500 libras/pulgada2 5.500 libras/pulgada2

5,8 barriles/minuto 8,5 barriles/minuto 10,8 barriles/minuto

Es especialmente importante no exceder estos valores de la bomba, porque cualquier aumento aparente en la eficiencia excediendo estos límites es contrarrestado por aumentos significativos de desgaste al equipo, y por consiguiente, aumenta el tiempo fuera de servicio necesario para el mantenimiento. Si se requieren clasificaciones de bombas superiores a las indicadas arriba, se deben agregar bombas adicionales a la línea para aumentar el caudal, sin que ninguna bomba individual fluya más rápido que estos caudales o a presiones mayores que las indicadas. 8 Solución de problemas Para ayudarle en la resolución de los problemas comunes de una bomba triple, la pantalla siguiente está conectada a una lista interactiva para la solución de problemas. Algunas veces usted puede tener problemas con las bombas triples. Para enterarse de algunos síntomas de problemas que podría encontrar con las bombas triples, así como la causa y corrección de cada problema, haga clic en el botón "¿Qué piensa usted?". 9 Resumen En este módulo usted aprendió sobre:     

los componentes principales de una bomba triple y las partes de cada componente los tipos diferentes de bomba triple la manera en que funciona una bomba triple las limitaciones de presión en una bomba triple la solución de problemas en una bomba triple

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