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Drenaje de minas – Bombas

Baldemar Cuevas M. INACAP 2018

Sistemas de Drenaje Las aguas y sólidos que se generan en mina, son canalizadas a estaciones convenientemente acondicionadas para su extracción mediante bombeo al exterior. En función de las características de la explotación, este bombeo puede realizarse con o sin clarificación previa (separación de lodos). Cuando se trata de labores de interior, es mucho más importante el correcto y adecuado dimensionamiento y la construcción de los sistemas de captación periférica de las aguas subterráneas, de tal manera que puedan ser conducidas fuera del área de afección antes de que entren en contacto con las labores de mina y sean contaminadas. Aún así, es imposible evitar completamente la circulación de aguas por estas labores, por lo que será́ necesario el diseño y construcción de las oportunas infraestructuras de canalización y conducción de aguas hasta las infraestructuras de bombeo al exterior. Debido a su circulación por las distintas cámaras, rampas, galerías y pozos, esta agua irán cargando de lodos que se generan por: •  Detritus de perforación •  Polvo y finos generados por las voladuras •  Degradación del mineral durante la carga y transporte. •  Polvo generado en las estaciones de chancado, si existen. •  Degradación de capas de rodadura en galerías y rampas •  Finos procedentes del relleno de las excavaciones de explotación REDUCCIÓN DE CAUDALES Los métodos para reducir los caudales de agua incluyen: 1.  Desvío e intercepción de cauces próximos que puedan actuar como fuente de recarga de los acuíferos que inciden sobre la explotación. 2.  Desaguado previo a la explotación minera de los macizos de interés. 3.  Minimización de las entradas de agua por medio de una adecuada localización de piques de mina y de drenaje, la explotación de abajo hacia arriba o acudiendo a una lixiviación in situ allí ́ donde sea posible. 4.  Desarrollo de pantallas o recubrimientos impermeables alrededor de los piques de mina, de ventilación, etc. 5.  Reducción de la permeabilidad de los macizos rocosos. 6.  Protección de las zonas de trabajo frente a inundaciones. 7.  Sobredimensionamiento de los sistemas de bombeo y drenaje.

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Instalación de conducciones que permitan un bypass del agua alrededor de las zonas permeables. Aseguramiento de la permanente disponibilidad de la máxima capacidad de diseño para el bombeo para hacer frente a las puntas de demanda de desagüe por inundación, de ahí ́ la necesidad de un sobredimensionamiento en las capacidades de bombeo. DISEÑO DEL BOMBEO La selección del sistema de bombeo adecuado y la ubicación de los sumideros y puntos de bombeo, es una de las decisiones más importantes en el diseño de una explotación minera subterránea.

La decisión entre realizar el bombeo de esta agua directamente a superficie o realizar un tratamiento clarificador y entonces proceder al bombeo, depende fundamentalmente de: •  La profundidad de las labores •  El caudal a bombear •  El contenido de sólidos en suspensión. No obstante, teniendo en cuenta que el bombeo directo es una operación con un elevado costo, la opción de la clarificación previa es la que se impone en la mayor parte de las explotaciones mineras. Esta clarificación suele hacerse en dos o tres etapas.

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La primera etapa, que permite la obtención de un lodo de baja densidad, puede llevarse a cabo mediante dos tipos de instalaciones: •  Decantadores de flujo horizontal. Son sistemas poco eficientes y que re quieren una gran longitud y anchura. •  Decantadores de flujo vertical. Son sistemas más eficaces que los anteriores, ya que su mayor rendimiento se basa en su mejor aprovechamiento de la fuerza de la gravedad. En los casos en los que la explotación tiene mayor profundidad o las aguas contienen gran cantidad de sólidos en suspensión, se recurre a una segunda etapa destinada al espesado de lodos mediante espesadores construidos en interior. La tercera etapa suele ser de filtrado, de tal manera que pueden extraerse los lodos casi secos del todo y pueden ser cargados sobre camión, en skip o en banda transportadora.

BOMBEO DE AGUA En una mina el bombeo de agua para el drenaje de mina se realiza normalmente con tres tipos de Bombas. •  Bombas sumergibles (Aire o eléctricas) •  Bombas Centrifugas y •  Bombas Verticales.

•  Los sistemas de bombeo en la minas son normalmente múltiples, que significa que las estaciones de bombas se encuentran en diversos niveles. Así entonces, desde un nivel se bombea el agua hasta un nivel superior y de éste nuevamente se bombea al nivel superior. Así sucesivamente hasta que el agua bombeada sale a superficie( en rajo u operaciones subterráneas con acceso vertical.). En muchas minas esta agua es empleada en la operación de las plantas de proceso y se recircula tanto como es posible. En la mayoría de la minas se trata de no disponer aguas al ambiente, pero si esto es necesario, esta aguas deben ser tratadas para lograr su purificación hasta por lo menos que alcance la calidad de aguas de riego.

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Bombas de Bombeo de Agua

Un equipo de bombeo es un transformador de energía, mecánica que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc. y la convierte en energía, que un fluido adquiere en forma de presión, de posición y de velocidad. Así se tendrán bombas que funcionen para cambiar la posición de un cierto fluido. Por ejemplo la bomba de pozo profundo, que adiciona energía para que el agua del sub-suelo se eleve a la superficie. Un ejemplo de bombas que adicionan energía de presión sería una bomba en un oleoducto, en donde las cotas de altura así como los diámetros de tuberías y consecuentemente las velocidades fuesen iguales, en tanto que la presión fuesen iguales, en tanto que la presión fuese incrementada para poder vencer las pérdidas de fricción que se tuviesen en la conducción. Existen bombas que trabajan con presiones y alturas iguales que únicamente adicionan energía de velocidad. Sin embargo a este respecto hay muchas confusiones en los términos presión y velocidad por la acepción que llevan implícita de las expresiones fuerza-tiempo. En la mayoría de las aplicaciones de energía conferida por la bomba es una mezcla de las tres. Las cuales se comportan de acuerdo con las ecuaciones fundamentales de la mecánica de fluidos. Lo inverso a lo que sucede en una bomba se tiene en una máquina llamada comúnmente turbina, la cual transforma la energía de un fluido en sus diferentes componentes citadas en energía mecánica.

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Bombas Sumergibles Diseñados para servicios industriales, municipales, marinos y agrícolas. • Elevación a 3500 pies (1070 m). •  Temperaturas a 90° C. •  Presiones según características de diseño •  Cuerpos de hierro fundido bridados revestidos. •  Altas Eficiencias garantizan menores costos operativos. •  Impulsores sellados de bronce y otros materiales. •  Anillos de desgaste disponibles para Impulsor y/o cuerpos. •  Cabezales de descarga de varias configuraciones. •  Construcciones disponible para operar altos contenidos de arena o solidos. •  Aleaciones especiales como Níquel-Aluminio-Bronce y Acero Inoxidable 316- 304 L, para líquidos corrosivos. •  Motor encapsulado o re-bobinable especial para aplicaciones sumergibles y de diámetros reducidos para ingreso en pozos.

Servicios y Aplicaciones •  Bombeo de Pozos. •  Sistemas “Booster”. •  Agua de mar. •  Equipos de re-bombeo.

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Bombas Sumergibles Bombas Centrifugas

Las bombas centrífugas mueven un cierto volumen de líquido entre dos niveles; son pues, máquinas hidráulicas que transforman un trabajo mecánico en otro de tipo hidráulico. Los elementos constructivos de que constan son: •  Una tubería de aspiración, que concluye prácticamente en la brida de aspiración. •  El impulsor o rodete, formado por una serie de álabes de diversas formas que giran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte móvil de la bomba.

El líquido penetra axialmente por la tubería de aspiración hasta el centro del rodete, que es accionado por un motor, experimentando un cambio de dirección más o menos brusco, pasando a

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radial, (en las centrífugas), o permaneciendo axial, (en las axiales), adquiriendo aceleración y absorbiendo un trabajo. Los álabes del rodete someten a las partículas de líquido a un movimiento de rotación muy rápido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrífuga, de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando su presión en el impulsor según la distancia al eje. La elevación del líquido se produce por la reacción entre éste y el rodete sometido al movimiento de rotación; en la voluta se transforma parte de la energía dinámica adquirida en el rodete, en energía de presión, siendo lanzados los filetes líquidos contra las paredes del cuerpo de bomba y evacuados por la tubería de impulsión. La carcasa, (voluta), está dispuesta en forma de caracol, de tal manera, que la separación entre ella y el rodete es mínima en la parte superior; la separación va aumentando hasta que las partículas líquidas se encuentran frente a la abertura de impulsión; en algunas bombas existe, a la salida del rodete, una directriz de álabes que guía el líquido a la salida del impulsor antes de introducirlo en la voluta. •  Una tubería de impulsión, la finalidad de la voluta es la de recoger el líquido a gran velocidad, cambiar la dirección de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsión de la bomba. La voluta es también un transformador de energía, ya que disminuye la velocidad (transforma parte de la energía dinámica creada en el rodete en energía de presión), aumentando la presión del líquido a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta.

Bombas Centrifugas BOMBA VERTICAL Y HORIZONTAL El eje de rotación de una bomba puede ser horizontal o vertical, (rara vez inclinado). De esta disposición se derivan diferencias estructurales en la construcción de la bomba que a veces son importantes, por lo que también las aplicaciones de los dos tipos de construcción suelen ser, a menudo, distintas y bien definidas. •  BOMBAS HORIZONTALES

La disposición del eje de giro horizontal presupone que la bomba y el motor se hallan a la misma altura; éste tipo de bombas se utiliza para funcionamiento en seco, exterior al líquido bombeado que llega a la bomba por medio de una tubería de aspiración.   Las bombas centrífugas, sin embargo, no deben rodar en seco, ya que necesitan del líquido bombeado como lubricante entre aros rozantes e impulsor, y entre empaquetadura y eje. Como no son autoaspirantes requieren, antes de su puesta en marcha, el estar

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cebadas; esto no es fácil de conseguir si la bomba no trabaja en carga, estando por encima del nivel del líquido, que es el caso más corriente con bombas horizontales, siendo a menudo necesarias las válvulas de pie, (aspiración), y los distintos sistemas de cebado. Como ventajas específicas se puede decir que las bombas horizontales, (excepto para grandes tamaños), son de construcción más barata que las verticales y, especialmente, su mantenimiento y conservación es mucho más sencillo y económico; el desmontaje de la bomba se suele hacer sin necesidad de mover el motor y al igual que en las de cámara par9da, sin tocar siquiera las conexiones de aspiración e impulsión.

BOMBAS VERTICALES Las bombas con eje de giro en posición vertical tienen, casi siempre, el motor a un nivel superior al de la bomba, por lo que es posible, al contrario que en las horizontales, que la bomba trabaje rodeada por el líquido a bombear, estando, sin embargo, el motor por encima. BOMBAS VERTICALES DE FUNCIONAMIENTO EN SECO.

En las bombas verticales no sumergidas, el motor puede estar inmediatamente sobre la bomba, o muy por encima de ésta. El elevarlo responde a la necesidad de protegerlo de una posi ble inundación o para hacerlo más accesible si, p. ej., la bomba trabaja en un pozo. El eje alargado puede ser rígido o flexible por medio de juntas universales, lo que simplifica el siempre difícil problema del alineamiento. Se emplean muy a menudo las mismas bombas horizontales modificadas únicamente en sus cojinetes. La aspiración es lateral, (horizontal); en las bombas grandes, frecuentemente, es por abajo, aunque a veces se transforma en lateral mediante un simple codo.

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La ventaja de las bombas verticales, es que requieren muy poco espacio horizontal que las hace insustituibles en barcos, pozos, etc.; sin embargo se necesita un espacio vertical superior suficiente para permitir su cómodo montaje y desmontaje. Para bombas de gran caudal, la construcción vertical resulta en general más barata que la horizontal. Las bombas verticales se emplean normalmente en aplicaciones marinas, para aguas sucias, drenajes, irrigación, circulación de condensadores, etc.

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BOMBAS VERTICALES SUMERGIDAS.

El funcionamiento sumergido de las bombas centrífugas elimina el inconveniente del cebado, por lo que el impulsor se halla continuamente, aún parado, rodeado por el líquido a impulsar y, por lo tanto, la bomba puede funcionar en cualquier momento. Control de la unidad requiere únicamente la puesta en marcha del motor d accionamiento, sin necesidad de dispositivos de cebado previo. La aspiración, que es siempre por abajo, se hace a una cierta profundidad con respecto al nivel libre del líquido. Si esta profundidad es menor de lo debido, 2 ó 3 veces el diámetro del orificio de aspiración, se pueden crear en la superficie vórtices o remolinos por cuyo centro se introduce aire en la bomba, con la consiguiente pérdida de caudal y deficiente funcionamiento. El eje del que van provistas estas bombas, va guiado normalmente por cojinetes de fricción separados a intervalos regulares (de 1,5 a 3 metros) y lubricados por aceite, grasa, o el mismo líquido bombeado; en este último caso, el eje se suele disponer en el interior de la tubería de impulsión vertical, cerca del motor, en que ésta se desvía horizontalmente mediante un codo adecuado. En los casos de lubricación por grasa o aceite, el eje va dentro de un tubo portador de los cojinetes, siendo este conjunto, a su vez, exterior o interior a la tubería de impulsión. La otra solución tiene la ventaja de requerir un menor espacio, siendo en ambos casos innecesaria la empaquetadura, lo que constituye también una circunstancia muy favorable, dados los inconvenientes que ésta lleva a veces consigo. Las bombas sumergidas tienen la ventaja de ocupar un espacio horizontal mínimo, sólo el necesario para acomodar el motor vertical y la impulsión, siendo incluso ésta a veces subterránea. Las ventajas hidráulicas son evidentes al desaparecer todos los problemas de aspiración que constituyen el principal inconveniente en el funcionamiento de las bombas centrífugas. Desde un punto de vista mecánico, esta disposición presenta grandes inconvenientes con respecto a la horizontal. Las bombas son inicialmente más caras y su mantenimiento mucho más elevados, ya que cualquier reparación exige el desmontaje de la bomba para izarla a la superficie.

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BOMBAS DE DIAFRAGMA Estas bombas son neumáticas y se usan para extraer el agua en lugares lejos o sin energía eléctrica. Son muy importantes porque son pequeñas y de fácil movilidad en la minas subterráneas. Su empleo es en los sistemas auxiliares de bombeo de aguas.