Curso Bombas

ExcellentEngineeringSolutions

Weir Minerals Division

Presentado a:

Volcan Paragsha

7 de junio 2006

Preparado por:

Jose Antonio Bautista

Gerente de Producto

Curso Weir Vulco Perú

Conceptos Básicos de Bombeo

Bombas Centrífugas de Pulpa

Curso Weir Vulco Perú

Conceptos Básicos de Bombeo

Bombas Centrífugas de Pulpa



2Jose Antonio Bautista / Weir Vulco Perú

Bomba Centrífuga de Pulpa con Sello Centrífugo



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DISCOPRENSA

EXPULSOR LADO PRENSA

CARCASA PRENSA

CARCASASUCCION

IMPULSOR

REVESTIMIENTO PRENSA

DISCO SUCCION

REVESTIMIENTO SUCCION

REVESTIMIENTO CAJA EXPULSORA

EXPULSOR LADO IMPULSOR

PLATO TRASEROCAJA EXPULSORA

CAJAEXPULSORA

BOMBA ASH 200 MCC




Bomba

ASH 150 MCC

(Mill Circuit)



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Instalación Típica



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Instalación Típica Succión Negativa




¿ Qué es una curva característica?

Una curva característica es la huella digital de una bomba. Esta identifica el comportamiento que tendrá el equipo a diferentes RPM de operación y con diferentes presiones de descarga que vencer, para poder finalmente cumplir con el objetivo de transportar la pulpa hasta el punto indicado y a las condiciones establecidas.

Una curva característica depende directamente del diseño hidráulico de la bomba, y es independiente de factores externos ya que se ha elaborado en base al rendimiento del equipo en agua limpia.



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Los parámetros operativos que podemos obtener de una curva característica son:

Caudal

Presión de descarga

RPM

Eficiencia

NPSHR (mínima presión de succión requerida por la bomba)




¿ Cómo leer e interpretar una curva característica ?

La curva característica nos indica el comportamiento del equipo en condiciones definidas, determinadas principalmente por la curva de descarga del sistema y el caudal que deseamos transportar.

A continuación explicaremos con detalle como se lee y se interpreta una curva característica aplicada a un sistema de bombeo específico; explicaremos entonces como interpretar la operación de cualquier bomba centrífuga de pulpa analizando la curva del sistema transpuesta sobre la curva de la bomba.




La curva de la bomba adecuada para el trabajo que deseamos dependerá de varios factores, entre los que tenemos:

Características de la pulpa (granulometría, δ, Ws%, Ges, etc.)

Caudal

TDH y curva del sistema

NPSHA

Diseño de la bomba

Otros




Eficiencia

RPM

NPSHR

Altura dinámica total (TDH)

Caudal




¿Como comenzamos

la selección?




Escoger la bomba en base a las características de la pulpa

El equipo debe tener el diseño hidráulico que permita manejar el tipo de pulpa a ser bombeada:

Concentración y tipo de sólidos

Viscosidad

Sedimentación

Factor de Espuma

Tamaño y distribución de los sólidos




Caudal

Una vez definido el tipo de bomba que deseamos utilizar, es momento de seleccionar el tamaño.

El tamaño escogido debe ser capaz de bombear el caudal deseado y tener el punto operativo hacia el lado izquierdo de la curva de máxima eficiencia al TDH de operación. Hacia el lado derecho de la curva BEP el comportamiento de la bomba es incierto, no es una región operativa recomendable.




Curva BEP

Punto operativo




TDH

El TDH es la presión que la bomba necesita desarrollar para transportar la pulpa de acuerdo a las condiciones requeridas (caudal, diámetro interno y material de tubería, longitud de tubería, diferencia de altura estática, densidad de pulpa, concentración de sólidos en peso, D50, GE de los sólidos, NPSHA, etc.).

A mayor TDH mayores RPM. El desgaste de las partes internas del equipo aumentará a medida que las RPM aumenten.




TDH

El primer paso para determinar el TDH es conocer la altura estática y la presión final requerida.

La altura estática (He) debe medirse entre el nivel de succión sobre la bomba y el nivel final de descarga.

La presión final (Pf) normalmente se da en PSI o KPa, debemos transformarla a metros de columna de pulpa:

PSI/(1.42*densidad de pulpa) = metros de pulpa




TDH

La altura estática (He) y presión final de descarga (Pf) son valores predeterminados fijos, estos no dependen del caudal que requerimos transportar.

TDH = He + Pf + Pc, donde

He: Altura estática total (descarga – alimentación)

Pc: Pérdidas de carga




He

Pf




TDH

Existen cargas que no son fijas y dependen directamente de las características de la tubería, pulpa y caudal transportado.

Para fines prácticos, las características de la pulpa, diámetro interior de tubería y material de tubería se consideran constantes.

Las pérdidas de carga (Pc) se generan por fricción de los sólidos presentes en la pulpa, y aumentan cuando tratamos de transportar más caudal a través de la misma tubería.




He

Pf

Pc

TDH




TDH

A caudal cero no existen pérdidas de carga, a medida que aumenta el caudal aumentan las pérdidas de carga.

Al unir todos los TDH correspondientes a los diferentes caudales transportados, tenemos una curva llamada curva del sistema.

La curva del sistema refleja la presión que deberá tener la pulpa al principio de la tubería de descarga (en metros de pulpa) para poder hacer el trabajo bajo las condiciones establecidas, a diferentes caudales.




He

Pf

Pc

TDH




TDH

Recomendamos hacer siempre los cálculos en base a la pulpa que se va a transportar, y obtener el TDH en metros de pulpa.

Las curvas características de las bombas de pulpa han sido obtenidas en base a rendimiento en agua, sin embargo cada punto operativo en pulpa puede ser graficado en estas curvas teniendo en cuenta que existe una corrección por sólidos que depende exclusivamente de las características de la pulpa y el diámetro del impulsor.




NPSHR

El NPSHR (presión de succión neta positiva requerida) indica el valor mínimo de presión que debe tener la pulpa en la entrada al impulsor.

El NPSHR es una restricción mínima que debe ser cumplida para evitar la cavitación del equipo; si no cumplimos con el NPSHR, el agua presente en la pulpa pasará de fase líquida a gaseosa en la zona de baja presión, y luego nuevamente a fase líquida dentro de la bomba cuando la presión aumenta.







NPSHA

El NPSHA (presión de succión neta positiva disponible) es la presión que el sistema de alimentación podrá dar a la entrada de la bomba. El NPSHA debe ser siempre mayor que el NPSHR para asegurar que la bomba no cavitará.

NPSHA = Hes + Pa – Pv – Pcs > NPSHR

Hes: Altura de succión, mt. de pulpa sobre el eje de la bomba

Pa: Presión atmosférica, mt. de pulpa (mt. agua/densidad)

Pv: Presión de vapor, mt. de pulpa (mt. agua/densidad)

Pcs: Pérdidas de carga del sistema de alimentación




NPSHA

Hes y Pcs son controlables y permiten cierto manejo sobre el NPSHA.

En general se recomienda considerar siempre el peor escenario.

Pa

HesPcs




Cavitación

Para poder reemplazar la pulpa que descarga, la bomba ‘jala’ pulpa desde la línea de alimentación. Esto genera una zona de baja presión a la entrada de la bomba, y si no nos aseguramos de dar una presión mínima (NPSHR) entonces el agua dentro de la pulpa hervirá, es decir pasará de estado líquido a estado gaseoso debido a presiones demasiado bajas.

La burbuja entra al impulsor y la presión comienza a aumentar, haciendo que esta regrese a estado líquido. Cuando la burbuja ‘implosiona’ erosiona el impulsor, comiendo el material superficial y generando vibración en la bomba.



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Cuando un líquido fluye por una región donde la presión es menor que su presión de vapor, el líquido hierve y forma burbujas

de vapor.



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Efectos causados por Cavitación Perforaciones en los álabes Disminución de la Eficiencia de la Bomba Ruidos y Vibraciones




Selección de Tubería

El diámetro de la tubería determina la velocidad que tendrá la pulpa para un caudal establecido.

Q = V x A (A es el área de sección de la tubería)

m3/hr = m/hr x m2

El caudal será relativamente estable, entonces:

Q = V x A y Q = V x A





Siendo las pulpas básicamente agua con sólidos en suspensión, los sólidos tienden a asentarse - especialmente los que tienen un D50 mayor a 100 micrones y una distribución granulométrica amplia. Para cada pulpa existe una velocidad mínima de transporte, debajo de la cual las fuerzas de gravedad prevalecen sobre las fuerzas turbulentas que mantienen los sólidos en suspensión. A esta velocidad mínima se le llama velocidad de sedimentación o velocidad crítica (Vs).





El diámetro de tubería que seleccionemos tiene que asegurar un transporte de pulpa sobre la Vs, y a la vez debe ser el mayor posible para tener menos pérdidas de carga, menos TDH, menos RPM en la bomba y menos consumo de potencia.

En tuberías de bombeo con velocidades menores a la Vs, los sólidos más pesados tienden a formar una capa estacionaria o deslizante que no se mueve con el resto de la pulpa, y que eventualmente puede bloquear la línea.




Cambios en el Sistema

Podemos cambiar el punto operativo al cual trabajará la bomba cambiando:

Diámetro de tubería, o pérdidas de carga (codos, válvulas, restricciones, etc.).

Altura estática o presión final de descarga.

No olvidemos que la bomba operará en la intersección de la curva de RPM (a la cual está girando) con la curva del sistema.




Bajamos el diámetro:

Pc

Qmin

He, Pf, Q

RPM’




Cambios en el Sistema – Pérdidas de Carga

Si no corregimos las RPM de giro de la bomba esta seguirá a 700 RPM en un nuevo punto operativo, bombeando menos caudal y más presión de descarga que antes.

Si corregimos las RPM debemos poner la nueva velocidad de manera que la bomba bote el mismo caudal que antes, solamente que lo hará a una mayor presión de descarga.

En caso que el aumento de pérdidas de carga se deba a una disminución del diámetro de tubería, la velocidad de transporte de la pulpa será mayor y por lo tanto podremos transportar menos caudal que antes sin que haya sedimentación.




Subimos el diámetro:

Pc

Qmin

He, Pf, Q

RPM’




Cambios en el Sistema – Pérdidas de Carga

Si no corregimos las RPM de giro de la bomba esta seguirá a 700 RPM en un nuevo punto operativo, bombeando más caudal y menos presión de descarga que antes.

Si corregimos las RPM debemos poner la nueva velocidad de manera que la bomba bote el mismo caudal que antes, solamente que lo hará a una menor presión de descarga.

En caso que la disminución de pérdidas de carga se deba a un aumento del diámetro de tubería, la velocidad de transporte de la pulpa será menor y por lo tanto debemos transportar más caudal que antes para que no haya riesgo de sedimentación.




Bajamos el He o Pf:

Q, Pc

RPM’




Subimos el He o Pf:

Q, Pc

RPM’




Cambios en el Sistema – Valores Fijos

Para cambios en las pérdidas de carga, la curva del sistema se traslada en forma no paralela y apoyándose en el punto de caudal cero.

Para cambios en la altura estática o presión final de descarga, la curva del sistema se traslada en forma casi paralela cambiando el TDH a caudal cero – los conceptos de corrección de RPM se mantienen.

En el caso que el diámetro de tubería se mantenga constante, el análisis de velocidad de sedimentación no es aplicable.




Corrección HR




Corrección ER y Determinación de Potencia

La energía requerida para hacer el trabajo de transporte de pulpa desde el cajón de alimentación hasta la descarga, bajo las condiciones establecidas, está dada por la fórmula:

BHP =

Q (GPM) x TDH (ft) x δ x 1

3960 x Eff (%/100) ER

Obtenemos la potencia al freno. Debemos agregar pérdidas de transmisión, fricción, derrateo por altura, factores de seguridad por variabilidad de los parámetros de la operación, etc.




Punto Operativo

El punto operativo final queda determinado y tiene características específicas de RPM, eficiencia, NPSHR.

Comúnmente las bombas centrífugas de pulpa operan sin variador de frecuencia, por lo que el punto operativo final será resultado de la intersección de la curva del sistema con la curva de RPM, más la correción de TDH por sólidos (HR).







HR






51Jose Antonio Bautista / Weir Minerals

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