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FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA TESIS OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE BOMBEO DE AGUA SUBTERRÁNEA, PARA SATISFACER SU DEMAND
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FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
TESIS OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE BOMBEO DE AGUA SUBTERRÁNEA, PARA SATISFACER SU DEMANDA VOLUMÉTRICA, EN VOLCÁN COMPAÑÍA MINERA S.A.A.-UNIDAD CHUNGAR
PRESENTADO POR EL BACHILLER:
JORGE LUIS FRANCO SULLCA PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO MECÁNICO HUANCAYO – PERÚ 2015
ii
ASESOR Ing. EDMUNDO MUÑICO CASAS
iii
DEDICATORIA A mis padres, porque creyeron en mí y porque me sacaron
adelante,
superación
dándome
y entrega,
ya
ejemplos
que
siempre
dignos
de
estuvieron
impulsándome en los momentos más difíciles de mi carrera. Con todo mi cariño está tesis se las dedico a ustedes: Gelacio Franco Chauca Teresa Sullca Zamora
iv
AGRADECIMIENTO Agradezco a Dios por protegerme durante todo mi camino y darme fuerzas para superar obstáculos y dificultades a lo largo de toda mi vida. A la UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DE PERÚ – FACULTAD
DE
INGENIERÍA
MECÁNICA,
por
darme
la
oportunidad de estudiar y ser un profesional. A mis padres Gelacio y Teresa por darme la mejor herencia, mi carrera profesional. A sí mismo, a todos aquellos quienes durante todo este tiempo, me brindaron su apoyo.
A ustedes, ¡Muchas Gracias!
v
ÍNDICE
DEDICATORIA ..................................................................................................III
AGRADECIMIENTO ......................................................................................... IV
ÍNDICE ............................................................................................................... V
RESUMEN ........................................................................................................ IX
ABSTRACT ...................................................................................................... XI
INTRODUCCIÓN ............................................................................................. XII
CAPITULO I ......................................................................................................14 1.1.
TEMA DE INVESTIGACIÓN ..................................................................14
1.2.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...................................................14
1.2.1. Definición de problema .......................................................................14 1.2.2. Formulación del problema ..................................................................17
vi
1.3.
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ..................................................17
1.3.1. Objetivo general ..................................................................................17 1.3.2. Objetivos específicos ..........................................................................17 1.4.
JUSTIFICACIÓN ....................................................................................17
1.4.1. Razones que motivan la investigación ................................................18 1.4.2. Importancia del tema de investigación ................................................19
CAPITULO II .....................................................................................................20 2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN .............................................20 2.2 BASES TEÓRICAS ...................................................................................23 2.2.1 Definición de bombas .........................................................................23 2.2.2 Clasificación de bombas .....................................................................24 2.2.3 Drenaje de agua de minas ..................................................................31 2.2.4 Bombas en serie y en paralelo ...........................................................33 2.3 DEFINICIONES CONCEPTUALES ...........................................................33 2.3.1 Sistema de Bombeo............................................................................33 2.3.2 Optimización del sistema de bombeo .................................................34 2.3.3 Satisfacción de la demanda ................................................................34 2.4 DEFINICIONES OPERACIONALES .........................................................34 Tabla 2.1: Operacionalizacion de la variable dependiente ............................34 Tabla 2.2: Operacionalizacion de la variable independiente .........................35 2.5 FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS ..............................................................35
vii
CAPITULO III ....................................................................................................36 3.1 DISEÑO METODOLÓGICO ......................................................................36 3.1.1 Tipo de investigación ..........................................................................36 3.1.2 Nivel de investigación .........................................................................36 3.1.3 Método y diseño de la investigación ...................................................37 3.2 POBLACIÓN Y MUESTRA .......................................................................38 3.3 OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES ..............................................38 3.4 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ............................................39 3.5 TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS ..................39
CAPITULO IV ...................................................................................................43 4.1 RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN .................................................43 4.2 PARÁMETROS Y CRITERIOS DE DISEÑO .............................................43 4.2.1 Poza de succión .................................................................................44 4.2.2 Línea de impulsión ..............................................................................44 4.2.3 Sistema de bombeo ............................................................................45 4.3 MEMORIA DE CÁLCULO .........................................................................47 4.3.1 Selección de la tubería. ......................................................................47 4.3.2 Datos proyectados ..............................................................................47 4.3.3 Calculo de altura dinámica total (ADT) ..............................................49 4.3.4 Calculo de carga por fricción ..............................................................57
viii
4.3.5 Cálculo de la potencia GIW - LCC ......................................................59 4.3.6 Cálculo de la curva característica de la bomba GIW - LCC ................60 4.3.7 Cálculo de la potencia MEGANORM ..................................................62 4.3.8 Cálculo de la curva característica de la bomba MEGANORM ............63
CAPITULO V ....................................................................................................65 5.1 DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS .......................................................65 5.2 INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS ...........................................66
CONCLUSIONES .............................................................................................68
RECOMENDACIONES .....................................................................................70
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................72
ANEXOS ...........................................................................................................74
ix
RESUMEN La presente tesis surgió de la necesidad de satisfacer la demanda volumétrica en el bombeo, la actividad minera acude generalmente al agua superficial (lagunas y ríos) como fuente principal de abastecimiento, sin embargo, solo en contados casos, y mayormente en forma casual se utiliza el agua subterránea. Contrariamente, debido al exceso de agua subterránea, en algunas minas se acude al drenaje para facilitar el minado;
comúnmente,
esta
es
extraída
por
bombeo,
aunque
excepcionalmente es evacuada por gravedad mediante túneles. La metodología a aplicar es analizar el funcionamiento del actual sistema de bombeo, para posteriormente proponer una optimización del sistema de bombeo de agua, con la finalidad de satisfacer sus demandas en la Unidad de Chungar. Los estudios preliminares nos indican que el sistema de bombeo necesita instalaciones de bombas en stand by y se pueda optimizar las demandas del sistema de bombeo en la compañía minera de Volcán. EL tipo de investigación es tecnológico y el nivel es el experimental porque no se
x
pueden controlar todas las variables existentes y el método de investigación es el experimental. Como resultado se tiene una bomba instalada con una potencia del motor eléctrico de 150HP. Palabras claves: Sistema de bombeo y demanda volumétrica. El Autor.
xi
ABSTRACT This thesis arose from the need to satisfy the demand in the pumping volume; mining activity usually comes into surface water (lakes and rivers) as the main source of supply, but only in rare cases and mostly used casually groundwater. Conversely, due to excessive groundwater in some mines goes to drain to facilitate the minefield; Commonly, this is extracted by pumping, though exceptionally is evacuated by gravity through tunnels. The methodology to be applied to analyze the functioning of the current pumping system, to then propose an optimization of water pumping system, in order to meet their demands Chungar Unit. Preliminary studies indicate that the pumping system pump installations need to stand by and to optimize the demands of the pumping system in the mining company Volcan. The research is technological and experimental level is because you can not control all the variables and the research method is experimental. As a result it has installed an electric motor power of 150HP pump. Keywords: Pumping system and volumetric demand. The Author.
xii
INTRODUCCIÓN El presente estudio titulado optimización del sistema de bombeo de agua subterránea, para satisfacer su demanda volumétrica, en Volcán Compañía Minera S.A.A.- Unidad Chungar presentada como trabajo de tesis a la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional del Centro del Perú para obtener el título profesional de Ingeniero Mecánico. En el presente estudio detalla sobre el sistema de bombeo y de encontrar una solución al problema de evacuación de las aguas del interior de mina para aliviar los problemas que puedan suscitarse por los diferentes problemas en las cámaras de bombeo como son los mantenimientos correctivos, quemado de motores, cambio de bocinas, cambio de caja de rodamiento, stufin box, tuberías reventadas o cortes de energía, etc. que afectaban al sistema de extracción de minerales; por tanto el objetivo es optimizar el sistema de bombeo de agua subterránea, para satisfacer su demanda volumétrica en VOLCAN COMPAÑÍA MINERA SA.A.-Unidad Chungar.
xiii
El contenido de esta tesis está estructurado en cinco capítulos y una presentación final de las conclusiones y recomendaciones. Primer Capítulo; Planteamiento del estudio, planteamiento del problema definición del problema, formulación del problema, los objetivos, justificación de la investigación e importancia de la investigación. Segundo Capitulo; Marco teórico sobre la mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas, teoría que permitirá comprender mejor el proceso de bombeo, definiciones conceptuales, operacionales formulación de hipótesis. Tercer capítulo; Metodología de la investigación, donde se identifica el tipo y nivel de investigación, población y muestra, Operacionalización de las variables a fin de encontrar los indicadores que deben ser atendidos durante la investigación para dar respuesta a la hipótesis. Cuarto capítulo; presentación de los resultado de la investigación y se presenta la prueba de hipótesis. Quinto capítulo; Discusión e interpretación de resultados, donde se interpretan y se evalúan los resultados de la investigación para observar la mejora lograda en el sistema de bombeo. El Autor.
14
CAPITULO I PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1.1. TEMA DE INVESTIGACIÓN Esta investigación busca la optimización del sistema de bombeo en la Unidad Chungar, para satisfacer su demanda volumétrica, en Volcan compañía minera S.A.A. – Unidad de Chungar, para lo cual se hará un estudio preliminar para instalar un sistema de bombeo y satisfacer la demanda volumétrica. 1.2.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.2.1.
Definición de problema
El rol del agua en las operaciones mineras es muy decisivo. Con ciertas excepciones no existe agua excedente en todo el país porque ya está destinada para uso agrícola, poblacional o industrial.
Para un proyecto minero nuevo el agua subterránea
resulta ser una buena alternativa de abastecimiento. Siempre está presente en la misma mina o en su cercanía. En base al tipo de sus operaciones, convencionalmente la minería se divide en subterránea y a tajo abierto, sin embargo, desde el
15 punto de vista hidrogeológico y por su ubicación, es más apropiado distinguir a la minería por encima o por debajo del nivel freático. En este sentido, el estudio del agua subterránea es mucho más importante en las minas subterráneas, aunque en contados casos de minas a tajo abierto, el drenaje es un problema. No existe minería sin agua. En la operación de una mina, el agua desempeña un papel decisivo, sobre todo porque su disponibilidad y calidad son cada vez más restringidas. La mayor demanda ocurre en los procesos metalúrgicos, siendo la flotación la que mayor consumo de agua demanda, y la lixiviación en pilas, la de menor consumo. La población residente en los campamentos ocupa el segundo lugar en demandas, porque debido a la escasez o mala calidad
del
agua
superficial,
generalmente
utiliza
aguas
subterráneas de manantial. Para los procesos de minado, el uso del
agua
subterránea
es
menos
importante,
resultando
generalmente un obstáculo. Dependiendo de la región geográfica donde se ubican, las minas pueden drenar caudales muy variados de agua subterránea. El agua subterránea puede estar localizada a poca profundidad en interacción con el agua superficial o puede estar a gran profundidad, sin relación alguna con superficie.
Las que mayor
caudal tienen, son las minas subterráneas profundas, asociadas a rocas volcánicas jóvenes y ubicadas en zonas lluviosas y con mayor extensión de socavones. El agua subterránea comúnmente se extrae por bombeo, aunque en contados casos se han
16 construido túneles en su parte inferior, con el fin exclusivo de evacuar el agua por gravedad. En este caso, a pesar de que la inversión inicial suele ser muy alta, los bajos costos de operación y mantenimiento, a largo plazo resultan ser más económicos que el drenaje por bombeo. Debido a su forma y extensión todos los tajos abiertos captan aguas subterráneas, pero dependiendo del grado de permeabilidad de la roca y del índice de pluviosidad local, la cantidad de agua en los tajos es muy variable. El tajo abierto que probablemente tiene mayor caudal, es el tajo Raúl Rojas de Cerro de Pasco y el menos caudaloso es el de Toquepala. En Cerro de Pasco, el drenaje del agua ácida, es evacuado indirectamente al subsuelo a través de la laguna Yanamate. En Toquepala y Cuajone el bajo caudal de agua es recirculado y evaporado por el riego de carreteras de las minas. En Volcán Compañía Minera S.A.A. –Unidad Chungar, en interior mina se tiene un gran problema por acumulación de las aguas subterráneas en las zonas de trabajo para extraer minerales, además que el drenaje de las minas subterráneas se hace para evitar la inundación mediante los métodos tradicionales de bombeo o gravedad. Minas como Casapalca y Julcani han solucionado eficientemente sus problemas mediante túneles de drenaje (túneles Graton y Gandolini), pero muchas otras con abundante pirita comúnmente tienen problemas de generación de aguas ácidas. Las minas próximas a focos magmáticos o volcánicos suelen tener problemas con la emanación de aguas termales que elevan
17 sustancialmente la temperatura en algunas labores mineras. Tal es el caso de la mina Huachocolpa que entre otras razones tuvo que cerrarse por el insoportable calor de sus niveles inferiores. Todos estos inconvenientes en diferentes minas y de chungar, trae como consecuencia satisfacer la demanda en la compañía Volcán. 1.2.2.
Formulación del problema
¿Cómo optimizar el sistema de bombeo de agua subterránea, para satisfacer su demanda volumétrica en VOLCAN COMPAÑÍA MINERA S.A.A.-Unidad Chungar? 1.3.
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 1.3.1.
Objetivo general
Optimizar el
sistema de bombeo de agua subterránea, para
satisfacer su demanda volumétrica en VOLCAN COMPAÑÍA MINERA SA.A.-Unidad Chungar. 1.3.2.
Objetivos específicos Analizar las características del sistema de bombeo. Selección de una nueva bomba que asegure un sistema de drenaje confiable. Diseñar el nuevo sistema de bombeo para satisfacer la demanda volumétrica.
1.4.
JUSTIFICACIÓN Como todo en la vida, es mejor prevenir los problemas antes que enfrentarlos y solucionarlos. En este caso para un proyecto minero es
18 necesaria una adecuada evaluación que establezca la línea de base ambiental, la misma que necesariamente debe involucrar al componente agua subterránea. Es necesario evaluar la existencia de niveles de agua subterránea y contrastarlos con el proyecto, el cual también puede ser una ampliación de capacidad de beneficio que de alguna manera involucre mayor profundización y por ende cambios en el régimen freático del agua subterránea. La evaluación de estos niveles permitirá predecir los
impactos
ambientales
posibles
y
por
tanto
formular
las
correspondientes medidas de mitigación y control. La industria minera
en estos tiempos ha generado que el Perú crezca
con un gran poder económico en el Perú, ya que a nivel mundial somos considerados como un país minero debido a la explotación de los minerales. Pero esta acción se ve limitada por la presencia de aguas en las zonas de trabajo que perjudica el normal proceso de extracción de mineral. En la actualidad con la aparición de las minas subterráneas el manejo del sistema de bombeo en interior mina se hace muy importante toda vez que el sistema soluciona diferentes dificultades en el acopio de agua, por lo que este estudio se hace muy importante para el desarrollo del sector minero 1.4.1.
Razones que motivan la investigación
La investigación que me motiva para realizar esta tesis es debido a la importancia del sistema de bombeo de las aguas subterráneas del interior mina a la superficie, y satisfacer sus demandas y utilizarla en el proceso de extracción de minerales se realice en un
19 ambiente libre de acumulación de agua que perjudica el tránsito del personal con sus respectivos equipamientos. Otra de las razones que motiva la presente investigación es el desarrollo del sistema, en especial el de bombeo que corresponde a un área directamente de la Ingeniería Mecánica, y además de ampliar los conocimientos en esta área de la ciencia, para solucionar problemas en la empresa y proponer soluciones a la problemática del bombeo de agua de diferentes densidades en el interior mina y todo ello permita el control de las paradas intempestivas en el desarrollo del bombeo de aguas subterráneas. 1.4.2.
Importancia del tema de investigación
La importancia del tema de investigación, y además de satisfacer la demanda de la compañía Minera Volcán, para el cumplimiento de sus metas programadas en la extracción de mineral; es decir volúmenes tratados que son de forma obligatoria, de lo contrario están sujetas a penalidades en los contratos; traducidas en pérdidas económicas.
20
CAPITULO II MARCO TEORICO 2.1
ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN Rodriguez Ayala, Yover Michel (2014) Desarrolló la tesis para obtener el título profesional de Ingeniero Mecánico de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional del Centro del Perú, titulado Mejoramiento del Sistema de Bombeo
para Evacuación Eficiente de
aguas Subterráneas en Volcán Compañía Minera S.A.A -Unidad San Cristóbal. En donde concluye que: con esta nuevo sistema alcanzo una disponibilidad de
96% mientras el anterior
una
disponibilidad de
74%.entnces se tiene una mejora del 22%. Respecto al cuadro 5.2 el consumo de energía en el nuevo sistema en 24 horas es de 10 600.83 kw-h mientras en el anterior sistema es de 12940,87 kw-h. Entonces se tiene un ahorro de 18% de consumo de energía eléctrica. Méndez Dávila, Cesar Agusto (2012), Desarrolló la tesis para obtener el título profesional de Ingeniero Mecánico de la Facultad de ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional del Centro del Perú, titulado Sistema de Bombeo de Agua de Mina para un Caudal de 1000 L/s altura estática
21 de 150 Mts. en el Nv. 3990 U.E.A. Uchucchacua de la Cía. de Minas Buenaventura S.A.A. Donde concluye que:
La selección del diámetro
adecuado de la tubería de descarga y del tipo apropiado de las válvulas de control automático de bomba, válvulas anticipadoras de onda, válvulas ventosas y su conveniente disposición tienen una gran influencia en el rendimiento de las bombas y en el costo de la instalación. Así como también la importancia del dimensionamiento adecuado de la altura mínima del nivel del agua en el tanque y de las tuberías de succión nos permitirá obtener un NPSHD del sistema mayor en 0.5 m al NPSHR de la bomba para evitar el fenómeno de la cavitación. La puesta en operación del sistema de bombeo de 1000 l/s del Nv. 3990 al Nv. 4120, permitió reubicar las bombas en la mina Socorro incrementando el caudal de drenaje del Nv. 3920 Rampa 626, Nv. 3920 y Nv. 3850 rampa 626-1 Mina Socorro con referencia al año 2011 de 470l/s. Carlos Miguel Ojeda Chinchayán (2012). Desarrolló la tesis para obtener el título profesional, de la Universidad Católica del Perú titulado diseño de un sistema de automatización industrial para el sistema de bombeo de aguas acidas Los resultados obtenidos con el Software AFT FATHOM 7.0 nos brindó el dimensionamiento en presiones y flujo por línea, lo cual nos permitió elaborar las hojas de datos de los instrumentos de una manera precisa. Las cotizaciones fueron expuestas al cliente. Se procuró la elección de elementos con la relación más alta de beneficio costo. Tovar Pacheco, Jorge A. (2010). Desarrolló la tesis para obtener el título profesional, titulado el agua subterránea en el medio ambiente minero y
22 su importancia en los planes de cierre. Quién indica que: Para satisfacer sus demandas de agua, la actividad minera acude generalmente al agua superficial (lagunas y ríos) como fuente principal de abastecimiento, sin embargo, solo en contados casos, y mayormente en forma casual se utiliza el agua subterránea. Contrariamente, debido al exceso de agua subterránea, en algunas minas se acude al drenaje para facilitar el minado;
comúnmente,
esta
es
extraída
por
bombeo,
aunque
excepcionalmente es evacuada por gravedad mediante túneles. MORDOJOVICH RUIZ, Sofía (2009). Desarrolló la tesis para obtener el título profesional, titulado bombeo y tratamiento como alternativa para la limpieza de acuíferos. En donde concluye que: El presente trabajo aborda el problema de la contaminación de recursos hídricos subterráneos y sus posibles soluciones. En particular, estudia el uso de bombeo y tratamiento en acuíferos que presentan metales disueltos. Esta tecnología ha sido fuertemente criticada debido a que se considera una alternativa lenta, costosa, y muchas veces inefectiva. En dos casos internacionales estudiados en este trabajo se han observado importantes progresos respecto de la situación inicial, sin embargo en ninguno se ha alcanzado la limpieza total del acuífero, a pesar de los grandes esfuerzos realizados durante años. Champet Pérez, Edgar Rolando. (2012), Desarrolló la tesis para obtener el título profesional, titulado optimización del sistema de bombeo de agua potable del hospital general san Juan de Dios. Donde concluye que: En el presente trabajo de ejercicio profesional supervisado, presenta un
23 diseño para la optimización del sistema de bombeo de agua potable del Hospital General San Juan de Dios. Con el plan de optimización del sistema de bombeo se aplicaron principios mecánicos y eléctricos, para satisfacer las necesidades de la institución, que debe cumplir al máximo para un servicio óptimo. Con la elaboración de este proyecto se buscó minimizar las horas hombre que actualmente se utiliza en la institución y se espera que económicamente se reduzcan los gastos que actualmente se realizan por operación de la maquinaria. 2.2
BASES TEÓRICAS 2.2.1 Definición de bombas TRC Hydro-Geo Ingeniería SAC, señala que el técnico necesita trabajar con una serie de aparatos para bombeo, cada uno con sus características propias y puede o no ser adecuado para la aplicación
que
se
requiera.
Estos
aparatos
son
bombas,
compresores y ventiladores o sopladores, en este trabajo se estudiarán solamente bombas. Las bombas son destinadas a comunicar presión y velocidad a los fluidos y muchas veces es como resultado de una restricción a la circulación corriente abajo de la salida de la bomba. Si no hay esa restricción, entonces se produce poca presión y se necesita menos potencia para impulsar la bomba. Otra definición es que una bomba hidráulica es un medio para convertir energía mecánica en energía fluida o hidráulica. Es decir las bombas añaden energía al agua.
24 2.2.2 Clasificación de bombas Se pueden considerar dos grandes grupos: dinámicas (centrífugas y periféricas) y de desplazamiento positivo (reciprocantes y rotatorias). Cuadro 2.1 Clasificación de las bombas hidráulicas.
Fuente: http://fluidos/lhidraulica/guias/bombas/Bombas.html
1.4.2.1. Carga neta positiva de aspiración (NPSH): Esta carga requiere especial atención en el diseño de bombas, la cual es la diferencia entre la presión existente a la entrada de la bomba y la presión de vapor del líquido que se bombea. Esta diferencia es la necesaria para evitar la cavitación que es la responsable de reducir la capacidad de la misma y puede dañar sus partes internas. En el diseño de bombas destacan dos valores de NPSH, el NPSH disponible y el NPSH requerido. El NPSH requerido es
función
del
rodete,
su
valor
determinado
25 experimentalmente, es proporcionado por el fabricante de la bomba. El NPSH requerido corresponde a la carga mínima que necesita la bomba para mantener un funcionamiento estable.
Se
basa
en
una
elevación
de
referencia,
generalmente considerada como el eje del rodete. 1.4.2.2. Bombas dinámicas Las bombas dinámicas aumentan la presión del líquido, porque primero la aceleran y, luego, la hacen más lenta a fin de convertir la energía cinética aplicada al fluido, en energía de presión. La restricción en el lado de corriente abajo de la bomba no produce exceso de presión. Lo más probable es que se reduzca la presión, porque la eficiencia de la bomba es menor con bajo volumen. Pero, si se hace funcionar la bomba muy por debajo de su circulación de diseño mediante estrangulación con válvulas, se sobrecalentarán la bomba y el líquido y esto hay que evitarlo. Se debe instalar un termómetro en la bomba y el líquido cuando es probable que surja esta condición durante un funcionamiento normal de la bomba. 1.4.2.3. Bombas centrífugas La bomba centrífuga es la más común entre las bombas dinámicas. Es sencilla, porque sólo tiene dos componentes principales: el impulsor y la carcasa. El líquido se succiona
26 en el centro del impulsor y se descarga en la circunferencia de la carcasa. Estas máquinas para el trasiego de líquidos se basa en los mismos principios que los ventiladores centrífugos utilizados para
mover
masas
de
aire
y
otros
gases,
y
su
funcionamiento sigue las mismas leyes generales. Las bombas
centrífugas
son
máquinas
de
velocidad
relativamente elevada y generalmente van acopladas directamente a una turbina de vapor o a un motor eléctrico; también pueden ser accionadas por correas trapeciales, o por motores de explosión. Las bombas centrífugas se fabrican con una serie de plásticos y metales para todas las clases de servicio. Estas bombas se deben cebar (cargar) con líquido para que empiecen a bombear. A veces, tienen alimentación por gravedad para facilitar el arranque. Debido a que no hay piezas con ajuste muy preciso, las bombas centrífugas pueden manejar líquidos que contengan partículas sólidas. Pero, si los sólidos son muy abrasivos entonces ocurrirán daños por erosión debido a las altas velocidades del líquido dentro de las bombas. No es raro que se produzca cavitación en estas bombas, debido a las altas velocidades y bajas presiones localizadas que permiten la formación de gases disueltos y burbujas de
27 vapores y que aparezcan en la salida de la bomba y sigan cierta distancia en el líquido en los tubos de descarga. 1.4.2.4. Bombas de tipo voluta El impulsor descarga en una caja espiral que se expande progresivamente, proporcionada en tal forma que la velocidad del líquido se reduce en forma gradual. Por este medio, parte de la energía de velocidad del líquido se convierte en presión estática. La bomba de tipo voluta tiene un solo escalonamiento, una entrada de líquido, eje horizontal, carcasa en espiral, y un impulsor abierto o cerrado. 1.4.2.5. Actividades Mineras con el agua Subterránea El agua, es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y
uno
de oxígeno (H2O).
Es
esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. El término agua generalmente se refiere a la sustancia en su estado líquido, aunque la misma puede hallarse
en
su
forma sólida llamada hielo,
y
en
su
forma gaseosa denominada vapor. El agua subterránea, representa una fracción importante de la masa de agua presente en los continentes, y se aloja en los acuíferos bajo la superficie de la Tierra.
28 Según Juan Herrera Herbert y Fernando Pla Ortiz de Urbina (2007). Las actividades mineras, en general, se encuentran estrechamente ligadas al agua: Como un problema a evitar, disminuir o corregir. Como una necesidad de utilización del recurso para su aprovechamiento en la propia mina o fuera de ella. En comparación con la mayoría de las actividades industriales y agrícolas, la explotación minera no es una gran consumidora de agua. Muchas veces el problema es el inverso y tiene que liberar grandes cantidades de agua no deseables. Este es el problema del drenaje minero: el de captar, transportar y eliminar hacia el entorno (al medio ambiente) flujos de agua y hacerlo de tal manera que no se ocasionen daños. Es por ello que el problema del agua requiere el adecuado enfoque y planteamiento, así como su correcta gestión. Para
ello,
es
necesario
que
las
soluciones
estén
fundamentadas en estudios hidrológicos e hidrogeológicos suficientemente detallados, desarrollados desde el propio inicio del proyecto y destinados a permitir la gestión racional de la presencia del agua. Es a partir de estas premisas que, posteriormente, se dimensionan y construyen las oportunas infraestructuras de captación y conducción, así como asegurar la efectividad de la misma, su fiabilidad y su constitución con elementos
29 seguros y de larga duración. Para ello es necesario tener en cuenta que pueden entorpecer las labores mineras, en cualquier circunstancia encarecen la explotación, pero sin olvidar que, si el problema de drenaje no es adecuadamente planteado desde el principio, puede incluso llevar a la suspensión de la explotación minera en sí. Uno de los puntos de partida de todo proyecto que contemple una excavación de cierta envergadura es, entonces, el profundo conocimiento de esta realidad que se basa en la realización de sendos estudios hidrológicos hidrogeológicos que permitan, precisamente, gestionar correctamente la presencia de aguas de distinto origen desde tres puntos de vista: El agua y su influencia en la estabilidad de taludes y huecos mineros y, en definitiva, en
la seguridad
geotécnica de la explotación. El
agua
dentro de la
planificación y de las
operaciones de la mina, teniendo en cuenta que los usos del agua y las necesidades dentro de la mina son muy diversos. El agua y el medio ambiente, abordando tanto los problemas asociados a la operación minera en sí como los derivados del futuro abandono de la actividad.
30 Las aguas que afectan al normal desarrollo de un proyecto y su conservación y que, en consecuencia, requieren que sean captadas y gestionadas, tienen distintas procedencias: Aguas pluviales que precipitan directamente en la excavación. Aguas de escorrentía superficial no desviadas que entran en el perímetro de la excavación. Aguas subterráneas que se filtran o alumbran en forma de manantial al profundizar la excavación. Si bien, el agua procedente de estas tres fuentes puede ser simplemente eliminada por bombeo en las zonas de menor cota dentro de la explotación, la escorrentía superficial debe siempre ser interceptada previamente, por razones de economía
y
seguridad,
mediante
unos
canales
de
protección, guarda o desvío. El agua de lluvia o de infiltración en contacto con el mineral, con los estériles, con los desechos y con las áreas operativas
se
cargan
muchas
veces
de
sustancias
contaminantes, que sólo pueden ser liberadas mediante procedimientos adecuados. La mayor parte de las veces, las interferencias de la actividad minera en la hidrosfera tiene efectos locales, ocasionalmente regionales. Esta interferencia se da de varias maneras, tanto en la cantidad como en la calidad de las aguas superficiales y subterráneas.
31 2.2.3 Drenaje de agua de minas Toda explotación minera se ubica en una cuenca hidrológica e hidrogeológica concreta y, en la mayoría de los casos, se desarrolla por debajo de los niveles freáticos de la zona. Por ello, las explotaciones constituyen puntos de drenaje o de descarga de escorrentías superficiales y / o subterráneas y, en todos los casos, pueden
llegar
a
alterar
el
funcionamiento
hidrológico
o
hidrogeológico de la zona. El objetivo primordial es conseguir que las aguas que entren en contacto con la mina (tanto superficial como subterránea), sean las mínimas posibles, así como que el previsible contacto se realice de la manera más controlada posible. El estudio de los problemas de drenaje de mina tiene dos aspectos. El primero es el de mantener condiciones adecuadas de trabajo tanto a cielo abierto como en interior, para lo que es frecuente la necesidad de bombeo del agua. Esta parte no será tratada en este capítulo por ser mucho más de carácter interno a la operación y su diseño que a sus impactos sobre el medio ambiente. El segundo aspecto del drenaje de mina es la gestión de las interferencias de la operación en la hidrosfera. Esta gestión tiene normalmente los siguientes objetivos: Minimizar la cantidad de agua en circulación en las áreas operativas. Reaprovechar el máximo de agua utilizada en el proceso industrial.
32 Eliminar aguas con ciertas características para que no afecten negativamente la calidad del cuerpo de agua receptor. Para alcanzar estos objetivos, la gestión incluye la implantación y operación de un sistema de drenaje adecuado a las condiciones de cada mina, además de un sistema de recirculación del agua industrial. Las afecciones hidrológicas e hidrogeológicas debidas a las actividades de drenaje y desagüe de la mina serán de larga duración, ya que los trabajos deben haber iniciado dos o tres años antes del comienzo de la explotación, se prolongan a lo largo de la vida de la mina (20 -25 años o más) y seguirán durante la fase de abandono, una vez concluida la explotación. El conjunto de afecciones exigen disponer desde el inicio del proyecto, de un exhaustivo estudio hidrogeológico previo, en el que: Se identifique y caracterice detalladamente toda el área de funcionamiento y de afección hidrogeológica de la zona a explotar (áreas de recarga y de descarga). Permita plantear un modelo conceptual de funcionamiento. Posteriormente,
permita
el
desarrollo
de
un
modelo
numérico de flujo, que incluya la simulación de una serie de alternativas de drenaje. Permita llegar, finalmente, a la elección y el diseño del sistema de drenaje que se considere más conveniente.
33 Estos estudios hidrogeológicos de drenaje deberían realizarse con unos objetivos eminentemente prácticos y combinarán actividades convencionales en los estudios hidrogeológicos de caracterización y funcionamiento, con otras específicas de los estudios de drenaje, como son los trabajos de instrumentación y experimentación. 2.2.4 Bombas en serie y en paralelo Según Eduardo Blanco Marigorta (1994), En ocasiones se utilizan varias bombas trabajando en serie o en paralelo sobre el mismo circuito. Esto puede resultar útil como sistema de regulación, o cuando se requieren características muy variables. Cuando varias bombas se colocan en serie, se pueden sustituir, para el cálculo, por otra bomba hipotética que genere una altura suma de las individuales para cada caudal. De la misma forma, varias bombas en paralelo darán una curva característica conjunta en la que se suman los caudales para cada altura. 2.3
DEFINICIONES CONCEPTUALES 2.3.1 Sistema de Bombeo El sistema de bombeo consiste en un conjunto de elementos que permiten el transporte a través de tuberías y el almacenamiento temporal de los fluidos, desde interior mina hasta la superficie, para que se cumplan la demanda volumétrica.
34 2.3.2 Optimización del sistema de bombeo Es la evaluación inicial de sistema en funcionamiento a fin de acopiar información del rendimiento, para luego proponer una nueva instalación que salve las limitaciones del anterior. 2.3.3 Satisfacción de la demanda En minería es el traslado de las aguas subterráneas mediante sistema de bombeo a la superficie desde interior mina, para satisfacer la demanda y facilitar el proceso de extracción de mineral. 2.4
DEFINICIONES OPERACIONALES Para orientar la construcción del soporte teórico de la investigación y explicar el significado de la hipótesis, en la tabla 10.1 y tabla 10.2 se desarrolla la definición conceptual y operacional de las variables por separado. Tabla 2.1: Operacionalizacion de la variable dependiente Variable Dependiente: Satisfacción de demandas Definición Dimensión Indicador conceptual En minería es el Hidráulica Volumen almacenado m 3 traslado de las aguas Tipo de agua (PH) subterráneas Agua limpia o con sedimentos (% de mediante sistema de sólidos) bombeo a la Gasto (m3/s) superficie desde Labores Superficie de trabajo seco. (Sin agua interior mina, para controladas acumulada) satisfacer la demanda Rampas de acceso seco, (Sin agua y facilitar el proceso acumulada) de extracción de Proceso de extracción de mineral mineral. subterráneo. (transporte de mineral Tn/día) Fuente: elaboración propia.
Tabla 2.2: Operacionalizacion de la variable independiente Variable Independiente: Optimización del sistema de bombeo Definición Dimensión Indicador conceptual Es la evaluación inicial de sistema en funcionamiento a fin de acopiar información del rendimiento, para luego proponer una instalación para satisfacer las demandas volumétricas y facilitar el proceso de extracción de mineral.
Altura de bombeo (m) Hidráulica
Caudal (m3/s) Longitud de la instalación (tipo de tubos y accesorios) Tipo de instalación de bombas ( en serie o paralelo) Eficiencia hidráulica
Mecánica
Eficiencia mecánica Eficiencia volumétrica Eficiencia total
Fuente: elaboración propia.
2.5
FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS Si se optimiza el sistema de bombeo de agua subterránea instalando una nueva bomba, entonces satisfacera la demanda volumétrica en VOLCAN COMPAÑÍA MINERA SA.A.-Unidad CHUNGAR
35
36
CAPITULO III METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 3.1
DISEÑO METODOLÓGICO 3.1.1 Tipo de investigación La presente investigación es de tipo tecnológico, toda vez que se buscara determinar las causas de la baja satisfacción de la demanda de agua en el sistema de bombeo de agua subterránea en VOLCÁN COMPAÑÍA MINERA S.A.A. Unidad San Chungar; para facilitar el proceso de extracción de mineral, conforme al avance de profundización de rampas. 3.1.2 Nivel de investigación La presente investigación debido a las características de estudio se considera experimental; ya que su objetivo principal es optimizar el sistema de bombeo actual para lograr la satisfacción de su demanda.
37 3.1.3 Método y diseño de la investigación Establecido el planteamiento de problema se aplicó el método experimental para obtener información, para el alcance de la investigación y la formulación de las hipótesis; es necesario visualizar la manera más concreta de responder las preguntas y así cubrir los objetivos fijados en la investigación. Esto nos hace pensar en diseñar la metodología adecuada que permite lograr las exigencias del estudio, con la finalidad de obtener información deseada. Diseño de la investigación: cuasi experimental OE
O
Dónde: OE; es el objeto de estudio constituido por el sistema de bombeo interior mina. O; es la observación que se realizará al sistema de bombeo para satisfacer sus demandas. EXPLORACION INICIAL AL SISTEMA DE BOMBEO ACTUAL
ESTUDIO DEL TIPO DE LAS AGUAS SUBTERRANEAS DE LA
ESTUDIO CAMPO
ANÁLISIS DE LAS CONDICIONES ACTUALES Y FUTURAS DE LAS AGUAS SUBTERRANEAS
MONITORIZACIÓN
PROPUESTA DEL NUEVO SISTEMA DE BOMBEO CON MEJORA DISEÑO FINAL DEL SISTEMA DE BOMBEO PARA EL DRENAJE
REDACCIÓN DEL INFORME FINAL DE LA TESIS
38 3.2
POBLACIÓN Y MUESTRA Población.-Nuestra población de estudio son los sistemas de bombeo de drenaje de interior mina a superficie en las minas subterráneas de la minería región centro. Muestra.-para la elección de la muestra se tomó en cuenta el sistema de bombeo / CÁMARA 26
de volcán compañía minera S.A.A – unidad
Chungar. 3.3
OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES Se desarrolla la definición conceptual y operacional de las variables que se están utilizando en la investigación. Tabla 3.1: Operacionalización de la variable
Hipótesis: Si se optimiza el sistema de bombeo de agua subterránea instalando una bomba de stand by, entonces satisfacera la demanda volumétrica en VOLCAN COMPAÑÍA MINERA SA.A.-Unidad CHUNGAR Y= f(X) Y = Satisfacera las demandas volumétricas X = Optimizar el sistema de bombeo de agua subterránea Variables Definición conceptual Definición operacional Es la evaluación inicial de sistema de bombeo en funcionamiento a fin de Comparación del índice de acopiar información de la dimensión disponibilidad del sistema de en evacuación hidráulica y mecánica, para luego bombeo volumétrica. Optimizar el proponer una nueva instalación para Lecturas de las señales de sistema de que no pare el bombeo. Presión, bombeo de agua Evacuación eficiente de aguas instrumentación: caudal, temperatura del agua y subterránea subterráneas es el traslado de las parámetro eléctricos. aguas subterráneas mediante sistema de bombeo a la superficie desde interior mina, para facilitar el proceso de extracción de mineral. La operación eficiente del sistema de Satisfacera las bombeo consiste en el funcionamiento Caudal de la Bomba en demandas con la menor frecuencia de fallos y litros/segundos volumétricas evacuación permanente del agua de mina, Fuente: Elaboración propia
39 3.4
TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS Se realizara una observación del fenómeno en estudio, con la aplicación del instrumento seleccionado, realizando un análisis cualitativo y cuantitativo que pueda describir el objeto de estudio permitiendo formular o establecer el plan de acción pertinente recomendado para mejorar la realidad descrita. La técnica que se utilizará para obtener la información suficiente y deseada está definida mediante el análisis de control de parámetros de funcionamiento del sistema objeto de la investigación, empleando como instrumento listas de cotejo, datos estadísticos; permitiendo señalar el control de caudal, condiciones físicas y funcionamiento de las bombas enseriadas. Tabla Nº. 3.2. Técnicas e instrumentos de la investigación.
Fuente: Elaboración propia
3.5
TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS Construcción de tablas de distribución de frecuencias para procesarlas mediante el software estadístico.
40 Diagrama de bombeo principal. DIAGRAMA DE BOMBEO PRINCIPAL - CHUNGAR 2015 PQ TIMMERS. PIQUE ESPERANZA PQ MONTENEGRO
POZA DE SEDIMENTACION L1 L2
NV. 610
NV 610
CAP(lps): L1(138),L2(152) QNETO(lps): L1(116),L2(134.04) QNETO = 250.91 LPS CAP. TOTAL = 290.00 LPS
145m.
L1
CAP(lps): L1(135),L2(1138),L3(120) L2 QNETO(lps): L1(131.58),L2(124.20),L3(84.00) L3 QNETO = 339.78 LPS CAP. TOTAL = 393.00LPS
CAM. NV 465 ESPERANZA
145 m.
CAM 465 MONTENEGRO - TREN 01:03 BOMBAS GIW LSA 6X8 250 HP C/U - TREN 02:03 BOMBAS GIW LSA 6X8 250 HP C/U - TREN 03:03 BOMBAS GIW LSA 6X8 250 HP
TREN N° 01,02: 06 BOMBAS GIW LSA 6X8 250 HP
110 m
CAM 465 MONTENEGRO - DUO 01:02 BOMBAS GIW LSA 6X8 250 HP C/U - DUO 02:02 BOMBAS GIW LSA 6X8 250 HP C/U
145m.
45 m.
CAP(lps): L1(148),L2(138) QNETO(lps): L1(125.80),L2(120.30) QNETO = 246.10 LPS CAP. TOTAL = 286.00 LPS
CAP(lps): L1(140),L2(130),L3(128) QNETO(lps): L1(95.20),L2(121.77),L3(84.48) QNETO = 301.45 LPS CAP. TOTAL = 398.00LPS
INSOMNIO
CAMARA NV 310 ESPERANZA * TREN N° 01: 03 BOMBAS GIW LSA 6X8 250 HP * TREN N° 02: 03 BOMBAS GIW LSA 6X8 250 HP
45 mts.
135 m.
CAP(lps): L1(140),L2(130),L3(128) QNETO(lps): L1(145),L2(0.0),L3(0.0),L4(0.0) QNETO = 136.30 LPS CAP. TOTAL = 145.00 LPS
NV. 250.
POZAS DE BOMBEO
310
121 m
INSOMNIO
CAM 14 NV 225
CAP(lps): L1(140),L2(135) QNETO(lps): L1(79.39),L2(129.65) QNETO = 209.04 LPS CAP. TOTAL = 275.00 LPS
- DUO 01:02 BOMBAS GIW LSA 6X8 250 HP C/U - 01 BOMBA LCC 100-400 - 150 HP - 02 BOMBA KSB WKL 150/4 - 250 HP
CAP(lps): L1(185),L2(1135) QNETO(lps): L1(182.53),L2(125.32) QNETO = 307.85 LPS CAP. TOTAL = 320.00 LPS
CAM. 175 ESPERANZA
CAM. 20 NV 145
- TREN 01: 03 BOMBAS GIW LSA 6X8 250 HP C/U - TREN 02: 03 BOMBAS GIW LSA 6X8 250 HP C/U
- TREN 01: 04 BOMBAS GIW LSA 6X8 250 HP C/U - TREN 02: 04 BOMBAS GIW LSA 6X8 250 HP C/U - PROYECTO 3: 01 BOMBA EN ST. BY KSB WKL 150/4 350 HP, 2 LINEAS DE 6"
CAM.25 MVC - 01 BOMBA MEGANORM 150-400 (PRINCIPAL). - 01 BOMBA ABS J604 JHD, 95 HP (ST. BY)
CAM 24 Meganorm 150-400
CAP(lps): L1(148) QNETO(lps): L1(102.10) QNETO = 102.10 LPS CAP. TOTAL = 148.00 LPS
RP 125 CAM. 26 NV 100 - TREN 01: 02 BOMBAS GIW LSA 6X8 250 HP C/U - PROYECTO 1: 0 BOMBA EN ST. BY KSB WKL 150/4-250 HP, 100 LPS, 2 LINEAS HDPE 6"
TOPE CIMBRAS
400-1E
Lorena Carmen
CAP(lps): L1(148),L2(155) QNETO(lps): L1(138.76),L2(126.62) QNETO = 264.2 LPS CAP. TOTAL = 303.00 LPS
CAM. 075 NV 075 - TREN 01: 02 BOMBAS GIW LSA 6X8 250 HP C/U - 02 B. SUMERGIBLES 2400 HT, 140 HP (ST. BY) - PROYECTO 2: 01 BOMBA EN ST BY KSB WKL 150/4,350 HP, 100 LPS, 2 LINEAS HDPE 6".
BATERIA DE BOMBAS SUMERGIBLES LABORES
BATERIA DE BOMBAS ACCESOS DE VETA PRINCIPAL
LEYENDA TUBERIA SCH 40, 10" TUBERIA SCH 40, 8" TUBERIA DE POLIETILENO DE 6" TUBERIA DE POLIETILENO DE 4"
BOMBA PROYECTO BOMBA GIW LSA 6 X 8 BOMBAS ANTIGUAS TUBERIA HDPE EQUIVALENTE 7.14"
Figura 3.1: Diagrama de bombeo principal Fuente: elaboración propia
Acc 0 Acc 100 Acc 200 Pza 03 Nv 050 Rp 125
CAP(lps): L1(175) QNETO(lps): L1(132.25) QNETO = 132.25 LPS CAP. TOTAL = 175 LPS
41 Sistema de Bombeo Actual •
Cap.: 683 Lps
•
Qneto: 590.69 Lps (Tratamiento Superficie)).
•
QNeto Esperanza: 250.91 lps
•
QNeto Montenegro: 339.78 lps.
•
Se observa que no hay una buena distribución de caudales.
Configuración de bombas estacionarias stand by
Figura 3.2: Diagrama de bombeo de la cámara 26 Fuente: elaboración propia
42 Tabla 3.3. Formato balance de caudales.
Equipo
Descripcion
Ubicacion
HI
HF
HT
DM
UE
QB(lps) QN(lps)
BOM-0086
Bomba GIW LSA - 6X8
465 Esperanza
36114.81
36134.88
20.1
99%
85%
138.00
116.86
BOM-0095
Bomba GIW LSA - 6X8
465 Esperanza 2do Tren
45976.60
45997.50
20.9
99%
88%
152.00
134.04
BOM-0057
Bomba GIW LSA - 6X8
310 Esperanza 1er Tren
7745.79
7763.29
17.5
99%
85%
148.00
125.80
BOM-0098
Bomba GIW LSA - 6X8
310 Esperanza 2do Tren
837.99
0858.65
20.7
99%
87%
138.00
120.30
BOM-0062
Bomba GIW LSA - 6X8
465 Montenegro 1er Tren
29281.68
29304.78
23.1
99%
97%
135.00
131.58
BOM-0083
Bomba GIW LSA - 6X8
465 Montenegro 2do Tren
11638.65
11660.74
22.1
99%
90%
138.00
124.20
BOM-0137
Bomba GIW LSA - 6X8
465 Montenegro 3er Tren
20281.97
20299.36
17.4
99%
70%
120.00
84.00
BOM-0065
Bomba GIW LSA - 6X8
355 Motenegro 1er Tren
27967.74
27983.26
15.5
99%
68%
140.00
95.20
BOM-0070
Bomba GIW LSA - 6X8
355 Motenegro 2do Tren
19254.55
19276.75
22.2
99%
94%
130.00
121.77
BOM-0140
Bomba GIW LSA - 6X8
355 Motenegro 3er Tren
7762.22
7777.61
15.4
99%
66%
128.00
84.48
BOM-0068
Bomba GIW LSA - 6X8
Camara N° 14
27520.03
27542.10
22.1
99%
94%
145.00
BOM-0078
Bomba GIW LSA - 6X8
Camara N° 23 "A"
9395.96
9418.18
22.2
99%
94%
BOM-0074
Bomba GIW LSA - 6X8
Camara N°075
32358.91
32379.53
20.6
99%
BOM-0138
Bomba GIW LSA - 6X8
Camara N°23 "B"
32275.73
32295.09
19.4
BOM-0079
Bomba GIW LSA - 6X8
Camara N° 17
15228.19
15241.63
BOM-0133
Bomba GIW LSA - 6X8
Camara N° 17 2do Tren
11812.38
BOM-0090
Bomba GIW LSA - 6X8
Camara N° 20 1er Tren
BOM-0094
Bomba GIW LSA - 6X8
BOM-0143
Bomba GIW LSA - 6X8
QX CAPACIDAD CAMARA 250.91
290.00
246.10
286.00
339.78
393.00
301.45
398.00
136.30
136.30
145.00
148.00
138.76
138.76
148.00
87%
152.00
132.25
132.25
152.00
99%
82%
155.00
126.62
126.62
155.00
13.4
99%
57%
140.00
79.39
11835.14
22.8
99%
96%
135.00
129.65
209.04
275.00
28552.63
28576.31
15.7
99%
68%
185.00
182.53
Camara N° 20 2do Tren
45235.90
45257.90
16.0
99%
70%
145.00
125.32
307.85
320.00
Camara N° 26 1er Tren
2564.83
2581.18
16.3
99%
69%
148.00
102.10
102.10
148.00
Fuente: elaboración propia
43
CAPITULO IV RESULTADOS 4.1 RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN Se levantó datos para realizar el cálculo de las dimensiones y parámetros del diseño de la línea de impulsión y de la selección del sistema de bombeo de aguas subterráneas. Se realizó la inspección visual de la zona para la instalación nueva del sistema de bombeo para que brinden mayor tiempo de operación planteado por la demanda del sistema y con una garantía de funcionamiento a bajo costo de mantenimiento. 4.2 PARÁMETROS Y CRITERIOS DE DISEÑO Para la determinación de las características del sistema de bombeo, se debe tener en cuenta en el diseño ciertos criterios y parámetros que permitan dar seguridad y condiciones de servicio a un mínimo costo de inversión. Estos son los criterios y parámetros los que se explican a continuación.
44 4.2.1 Poza de succión Se encuentra dos pozas de succión con capacidad de almacenamiento de 1 000 m3 cada uno. La razón de contar con dos pozos es porque se requiere limpiezas periódicas de lodo y materiales extraños en forma programada. Las dimensiones de cada 4x25x10 en metros. El agua almacenada contiene lodos, gramix (filamentos sintéticos) producto del shokcret, agua y materiales extraños. La alimentación de agua para esta cámara es de bombas sumergibles de las zonas de profundización. 4.2.2 Línea de impulsión Las dimensiones de las líneas de impulsión se toman como base una serie de criterios y parámetros, partiendo de las condiciones a las que se encontrará sometida la tubería, como su entorno y al agua que bombeara. Para el sistema de bombeo se tendrá los datos básicos como caudal, longitud y desnivel entre el punto de carga y de descarga, cada uno con su diseño: Diámetro de la tubería; los criterios de elección del diámetro se basan en un análisis técnico -económico. Coeficientes de rugosidad – C; se empleara para el cálculo de la perdida de carga por fricción la fórmula de Hazen - Williams y que depende del tipo de tubería a utilizar.
45 4.2.3 Sistema de bombeo Planeamiento de las estaciones de bombeo La determinación de la ubicación de una estación de bombeo es de suma importancia ya que obedece a criterios técnicos como el tamaño de los equipos sean para que cumplan en forma eficiente con las demandas del sistema. Para el diseño de la estación de bombeo se deben considerar entre otros detalles: Condiciones del sitio Accesibilidad vehicular Disponibilidad de servicios, energía (tensión y carga) y teléfonos El equipo de bombeo Número
de
Unidades,
el
número
de
unidades
dependerá
fundamentalmente del gasto de bombeo y de sus variaciones. En esta estación de bombeo se seleccionara el tipo de bomba para su selección (conjunto bomba y motor). Selección
de
la
bomba,
al
seleccionar
la
bomba
se
toma
fundamentalmente el caudal de bombeo al fin del período de vida útil del equipo, el mayor rendimiento posible y la altura dinámica total. Para la succión se ha verificado si se presenta altura positiva en la succión o negativa, referido a la altura sobre el nivel del mar.
46 Las bombas deben cubrir las variaciones diarias del agua afluente mediante un caudal de bombeo adecuado, resultante de una selección de entrada en operación que puede ser variable o no, en las unidades instaladas. Se
deben
obtener
dos
curvas
características
del
sistema,
correspondientes respectivamente a las alturas estáticas máxima y mínima. Las
bombas
preseleccionadas
deben
presentar
las
curvas
características que satisfagan a las curvas particulares del sistema y presentar funcionamiento adecuado en los dos puntos extremos. Tipo de Bomba, los equipos que se han seleccionado son aquellos que representan la máxima eficiencia, se ha considerado la velocidad específica, así como el NPSH requerido, tensión de vapor, peso específico, las condiciones del lugar donde se instalará Potencia del motor, el motor deberá tener una potencia algo mayor que la requerida para la mayor altura dinámica. Niveles del fluido, el nivel mínimo del líquido deberá ser adecuado para satisfacer el diseño particular de la bomba, se emplea en todos los casos las recomendaciones del fabricante del equipo de bombeo. Velocidades en las tuberías de succión y bombeo; para las líneas de bombeo, se ha detallado los parámetros correspondientes a líneas de impulsión.
47 Líneas de succión, se recomienda que las velocidades de flujo sean menores a 1,5 m/s y la velocidad de rotación del impulsor no debe ser mayor a 1750 rpm. La velocidad del fluido será seleccionado de acuerdo con los siguientes criterios: 4.3 MEMORIA DE CÁLCULO 4.3.1 Selección de la tubería. Para la selección de la tubería de acero se tomó en consideración los siguientes factores: Factores hidráulicos (gastos, presiones y velocidades de diseño). Costo Diámetros disponibles Calidad del agua para el bombeo Se determinó dos tuberías para la instalación de 5” de HDPE SDR11 NORMA NTP ISO 4427 y de 8” de ALVENIUS 1010/1012 por tener en stock en la mina y por estandarización.
4.3.2 Datos proyectados Los datos que se proyecta para la instalación de una de las bombas: Marca: Tipo: Modelo:
BOMBA 01 GIW LCC-M 100-400
BOMBA 02 KSB MEGANORM 150-400
48 Tabla Nº. 4.1. Datos proyectados
Ubicación de Estación de Bombeo Punto de Descarga Altura Estática de Descarga (m) Altura Estática de Succión (m) Longitud de Tubería (m) Fluido … Temperatura ºC PH … Peso Especifico … ø Nominal (Pulg) ø Interno (Pulg) ø Equivalente (Pulg)
ALTERNATIVA Nº 1 ALTERNATIVA Nº 2 Estación de Bombeo Nv 100 Cámara 26 Estación de Bombeo Nv 145 Cámara 20 45.00 45.00 1.00 1.00 415.00 415.00 Agua Agua 20.00 20.00 5-8, 5-8, 1.03 1.03 5 8 5 8 7.07 8 HDPE SDR11 NORMA NTP ISO 4427 ALVENIUS 1010/1012 2 líneas en paralelo Una Línea Positiva Positiva Se indican en cuadro Se indican en cuadro
Especificación … Configuración … Tipo de Succión … Accesorios … PARAMETROS Eficiencia Hidráulica Promedio … 70.00 Eficiencia de Motor … 0.85 Factor Corrección por Altura 4250msnm 1.22 Tubería:
Fuente: Elaboración propia
70.00 0.85 1.22
49 4.3.3 Calculo de altura dinámica total (ADT) La selección de bomba estacionaria en la estación de bombeo nivel 100 cámara 26, la succión con tubería de 10” SCH 40 y la descarga con tubería de 5" de HDPE de (02 líneas en paralelo) Tabla Nº. 4.2. Calculo de ADT. DATOS DE ENTRADA 20.00 °C Pres. atm.= 6.30 metros Pres. vapor = 0.34 lbs/pulg2 Factor de fricción para C= 145.00 Hazen and Williams Diámetro Tubería Nominal: Diámetro Interno 10.00 pulgadas Succión = Diámetro Interno 7.07 pulgadas Descarga = Altura Estática. Succión = 1.00 metros Descarga = 45.00 metros Longitud Tubería Total Succión = 2.00 metros Descarga = 415.00 metros Accesorios (COEFICIENTES DE FRICCION) Temperatura=
∑k Accesorios Succión
1.53 de la tabla 4.7
∑k Accesorios Descarga Sp. Grav.
5.64 de la tabla 4.7 1.08
Fuente: Elaboración propia
Ecuación de energía para un sistema de bombeo
V12 P1 Z1 HB 2g
V22 P2 Z2 2g
hpf
ADT = H Bomba = HG +ΣHP Altura de las pérdidas (ΣHP)-según Hazen y Williams. Altura estática (HG) -Es dado por la diferencia de altura (Z 1-Z2).
(4.1)
50 Altura de Carga (H)-Es la columna de fluido que ejerce sobre su base una presión tal como “P”
H
P
(m)
(4.2)
Caudal de Bombeo (QB.)-Es el volumen requerido en un tiempo determinado para abastecer un reservorio o alguna necesidad. (4.3) Caudal de la línea de succión del punto de operación de bomba GIW
(4.4) 0.396 pie Hazen and Williams
hpf
0.002083.L.
100 C
1.85
.
Qb1.85 Dc 4.8655
(4.5)
Qb =Caudal de bombeo (gpm.) C
=Coeficiente de rugosidad de Hazen Williams.
Dc =Diámetro interior de la tubería seleccionada (pulg.) hpf =Pérdidas de carga por fricción (pies) L
=Longitud de la tubería con diámetro constante (pies). = 0.033 pie
Entonces H s = HES +ΣHP = 1*3.28+0.396+0.033 = 3.71 pies
51 Caudal de la línea de descarga del punto de operación de bomba GIW
5.85 pies Hazen and Williams
hpf
100 0.002083.L. C
1.85
.
Qb1.85 Dc 4.8655 = 37.26 pies
Entonces H D = HED +ΣHP = 45*3.28+5.85+37.26 = 190.71 pies Por lo tanto: ADT = 190.71+3.71-1*3.28 = 191.14 pies = 58.27 m Con el S.G. 1.08 ADT = 62.94 m NPSH Disponible (NPSHD)- Es calculado sobre la base de los datos de la instalación del proyecto. NPSHD= Hat - HES - hv - hfs
(4.6)
NPSH Requerido (NPSHR)-Lo determina el fabricante, está en función del caudal y la altura dinámica total desarrollada por la bomba.
52
Tabla Nº. 4.3. Proceso de los datos calculados. DATOS DE SALIDA Altura Dinámica Total
Caudal
GPM
l/s
DATOS DE LA LÍNEA DE SUCCIÓN
DATOS DE LA LÍNEA DE DESCARGA
NPSH disp.
Vel.
v^2/2g
hf acces.
hf tubería
pies/seg
pies
pies
pies
pies
m3/h
pies
metros
metros
ADT de succion
Vel.
metros pies/seg
ADT de descarga
v^2/2g
hf acces.
hf tub.
pies
pies
pies
pies
metros
metros 48.60 48.65 48.79 49.01 49.31 49.67 50.11 50.61 51.18 51.82 52.52 53.28 54.11 55.00 55.96 56.97 58.04 59.18 60.37 61.62 62.94 64.31 65.74 67.22 68.77 70.37 72.03 73.74 75.51
0.00
0.00
0.00
147.60
45.00
5.06
0.00
0.0000
0.0000
0.000
3.28
1.00
0.00
0.00
0.00
0.00
147.60
44.99
50.00
3.16
11.36
147.76
45.05
5.06
0.20
0.0006
0.0010
0.000
3.28
1.00
0.41
0.00
0.01
0.15
147.76
45.04
100.00
6.31
22.73
148.19
45.18
5.06
0.41
0.0026
0.0040
0.000
3.28
1.00
0.82
0.01
0.06
0.53
148.18
45.17
150.00
9.47
34.09
148.86
45.38
5.05
0.61
0.0058
0.0089
0.001
3.29
1.00
1.23
0.02
0.13
1.11
148.85
45.37
200.00
12.62
45.45
149.75
45.66
5.05
0.82
0.0104
0.0159
0.002
3.30
1.01
1.63
0.04
0.23
1.90
149.73
45.64
250.00
15.78
56.82
150.86
45.99
5.05
1.02
0.0162
0.0248
0.003
3.31
1.01
2.04
0.06
0.37
2.87
150.83
45.97
300.00
18.93
68.18
152.18
46.40
5.05
1.23
0.0233
0.0357
0.004
3.32
1.01
2.45
0.09
0.53
4.02
152.14
46.37
350.00
22.09
79.55
153.71
46.86
5.04
1.43
0.0317
0.0486
0.005
3.33
1.02
2.86
0.13
0.72
5.34
153.66
46.84
400.00
25.24
90.91
155.45
47.39
5.04
1.63
0.0415
0.0634
0.006
3.35
1.02
3.27
0.17
0.94
6.84
155.38
47.36
450.00
28.40
102.27
157.38
47.98
5.03
1.84
0.0525
0.0803
0.008
3.37
1.03
3.68
0.21
1.18
8.50
157.29
47.94
500.00
31.55
113.64
159.51
48.63
5.02
2.04
0.0648
0.0991
0.009
3.39
1.03
4.09
0.26
1.46
10.34
159.40
48.58
550.00
34.71
125.00
161.83
49.34
5.02
2.25
0.0784
0.1199
0.011
3.41
1.04
4.49
0.31
1.77
12.33
161.70
49.29
600.00
37.86
136.36
164.34
50.10
5.01
2.45
0.0933
0.1427
0.013
3.44
1.05
4.90
0.37
2.11
14.48
164.19
50.04
650.00
41.02
147.73
167.05
50.93
5.00
2.65
0.1095
0.1675
0.015
3.46
1.06
5.31
0.44
2.47
16.79
166.86
50.86
700.00
44.17
159.09
169.94
51.81
4.99
2.86
0.1270
0.1943
0.017
3.49
1.06
5.72
0.51
2.87
19.26
169.73
51.73
750.00
47.33
170.45
173.01
52.75
4.98
3.06
0.1457
0.2230
0.020
3.52
1.07
6.13
0.58
3.29
21.88
172.77
52.66
800.00
50.48
181.82
176.28
53.74
4.97
3.27
0.1658
0.2537
0.022
3.56
1.08
6.54
0.66
3.74
24.66
176.00
53.65
850.00
53.64
193.18
179.72
54.79
4.96
3.47
0.1872
0.2864
0.025
3.59
1.09
6.94
0.75
4.23
27.58
179.41
54.68
900.00
56.79
204.55
183.35
55.90
4.95
3.68
0.2099
0.3211
0.027
3.63
1.11
7.35
0.84
4.74
30.66
183.00
55.78
950.00
59.95
215.91
187.15
57.06
4.94
3.88
0.2338
0.3578
0.030
3.67
1.12
7.76
0.94
5.28
33.89
186.76
56.93
1000.00
63.10
227.27
191.14
58.27
4.93
4.08
0.2591
0.3964
0.033
3.71
1.13
8.17
1.04
5.85
37.26
190.71
58.13
1050.00
66.26
238.64
195.30
59.54
4.91
4.29
0.2857
0.4371
0.036
3.75
1.14
8.58
1.14
6.45
40.78
194.83
59.38
1100.00
69.41
250.00
199.64
60.87
4.90
4.49
0.3135
0.4797
0.040
3.80
1.16
8.99
1.25
7.08
44.44
199.12
60.69
1150.00
72.57
261.36
204.16
62.24
4.88
4.70
0.3427
0.5243
0.043
3.85
1.17
9.40
1.37
7.74
48.25
203.59
62.05
1200.00
75.72
272.73
208.85
63.67
4.87
4.90
0.3731
0.5709
0.05
3.90
1.19
9.80
1.49
8.42
52.21
208.23
63.47
1250.00
78.88
284.09
213.71
65.16
4.85
5.10
0.4049
0.6194
0.05
3.95
1.20
10.21
1.62
9.14
56.30
213.04
64.93
1300.00
82.03
295.45
218.75
66.69
4.84
5.31
0.4379
0.6700
0.05
4.00
1.22
10.62
1.75
9.88
60.54
218.02
66.45
1350.00
85.19
306.82
223.96
68.28
4.82
5.51
0.4722
0.7225
0.06
4.06
1.24
11.03
1.89
10.66
64.92
223.18
68.02
1400.00
88.34
318.18
229.34
69.92
4.80
5.72
0.5079
0.7770
0.06
4.12
1.26
11.44
2.03
11.46
69.43
228.50
69.65
Fuente: Elaboración propia ( * ) Punto de Operación GIW ( ** ) Punto de Operación Meganorm
ADT (Corr. X S.G)
*
**
53 Selección de bomba estacionaria en la estación de bombeo nivel 100 cámara 26, la succión con tubería de 10” SCH 40 y la descarga con tubería de 8" de alvenius Tabla Nº. 4.4. Calculo de ADT. DATOS DE ENTRADA Temperatura= 20.00 °C Pres. atm.= 6.30 metros Pres. vapor = 0.34 lbs/pulg2 Factor de fricción para C= 145.00 Hazen and Williams Diámetro Tubería Nominal: Diámetro Interno 10.00 pulgadas Succión = Diámetro Interno 8.00 pulgadas Descarga = Altura Estática. Succión = 1.00 metros Descarga = 45.00 metros Longitud Tubería Total Succión = 2.00 metros Descarga = 415.00 metros Accesorios (COEFICIENTES DE FRICCION) ∑k Accesorios Succión
1.53 de la tabla 4.8
∑k Accesorios Descarga Sp. Grav.
7.01 de la tabla 4.8 1.08
Fuente: Elaboración propia
Caudal de la línea de succión del punto de operación de bomba GIW
De la formula (4.4)
0.619 pie Hazen and Williams de la formula (4.5)
54
hpf
100 0.002083.L. C
1.85
Qb1.85 . 4.8655 Dc = 0.050 pie
Entonces H s = HES +ΣHP = 1*3.28+0.619+0.050 = 3.95 pies Caudal de la línea de descarga del punto de operación de bomba GIW
6.93 pies Hazen and Williams
hpf
100 0.002083.L. C
1.85
Qb1.85 . 4.8655 Dc = 30.86 pies
Entonces: H D = HED +ΣHP = 45*3.28+6.93+30.86 = 185.39 pies ADT = 185.39+3.95-1*3.28 = 186.06 pies = 56.72 m Con el S.G. 1.08 ADT = 61.26 m NPSHD= Hat - HES - hv - hfs
55 Tabla Nº. 4.5. Proceso de los datos calculados. DATOS DE SALIDA Altura Dinámica Total
Caudal
GPM
l/s
DATOS DE LA LÍNEA DE SUCCIÓN
m3/h
NPSH disp.
Vel.
pies/seg
pies
metros
metros
hf v^2/2g acces.
hf tubería
DATOS DE LA LÍNEA DE DESCARGA ADT de succion
Vel.
v^2/2g
hf acces.
hf tub.
ADT de descarga
ADT (Corr. X S.G)
pies
pies
pies
pies
metros
pies/seg
pies
pies
pies
pies
metros
metros 48.60 48.63 48.71 48.84 49.01 49.22 49.47 49.76 50.09 50.46 50.87 51.31 51.79 52.31 52.86 53.45 54.08 54.74 55.43 56.16 56.93 57.73 58.56 59.43 60.33 61.26 62.23
0.00
0.00
0.00
147.60
45.00
5.06
0.00
0.0000
0.0000
0.000
3.28
1.00
0.00
0.00
0.00
0.00
147.60
44.99
50.00
3.16
11.36
147.69
45.03
5.06
0.20
0.0006
0.0010
0.000
3.28
1.00
0.32
0.00
0.01
0.08
147.69
45.02
100.00
6.31
22.73
147.94
45.10
5.06
0.41
0.0026
0.0040
0.000
3.28
1.00
0.64
0.01
0.04
0.29
147.93
45.09
150.00
9.47
34.09
148.32
45.22
5.05
0.61
0.0058
0.0089
0.001
3.29
1.00
0.96
0.01
0.10
0.61
148.31
45.21
200.00
12.62
45.45
148.83
45.38
5.05
0.82
0.0104
0.0159
0.002
3.30
1.01
1.28
0.03
0.18
1.04
148.82
45.36
250.00
15.78
56.82
149.48
45.57
5.05
1.02
0.0162
0.0248
0.003
3.31
1.01
1.60
0.04
0.28
1.57
149.45
45.55
300.00
18.93
68.18
150.24
45.80
5.05
1.23
0.0233
0.0357
0.004
3.32
1.01
1.91
0.06
0.40
2.20
150.20
45.78
350.00
22.09
79.55
151.12
46.07
5.04
1.43
0.0317
0.0486
0.005
3.33
1.02
2.23
0.08
0.54
2.93
151.07
46.05
400.00
25.24
90.91
152.13
46.38
5.04
1.63
0.0415
0.0634
0.006
3.35
1.02
2.55
0.10
0.71
3.75
152.06
46.35
450.00
28.40
102.27
153.25
46.72
5.03
1.84
0.0525
0.0803
0.008
3.37
1.03
2.87
0.13
0.90
4.66
153.16
46.68
500.00
31.55
113.64
154.48
47.10
5.02
2.04
0.0648
0.0991
0.009
3.39
1.03
3.19
0.16
1.11
5.66
154.37
47.05
550.00
34.71
125.00
155.83
47.51
5.02
2.25
0.0784
0.1199
0.011
3.41
1.04
3.51
0.19
1.34
6.76
155.70
47.46
600.00
37.86
136.36
157.29
47.95
5.01
2.45
0.0933
0.1427
0.013
3.44
1.05
3.83
0.23
1.60
7.94
157.13
47.89
650.00
41.02
147.73
158.86
48.43
5.00
2.65
0.1095
0.1675
0.015
3.46
1.06
4.15
0.27
1.87
9.20
158.68
48.36
700.00
44.17
159.09
160.54
48.95
4.99
2.86
0.1270
0.1943
0.017
3.49
1.06
4.47
0.31
2.17
10.56
160.33
48.87
750.00
47.33
170.45
162.33
49.49
4.98
3.06
0.1457
0.2230
0.020
3.52
1.07
4.79
0.36
2.49
11.99
162.09
49.40
800.00
50.48
181.82
164.23
50.07
4.97
3.27
0.1658
0.2537
0.022
3.56
1.08
5.10
0.40
2.84
13.51
163.95
49.97
850.00
53.64
193.18
166.23
50.68
4.96
3.47
0.1872
0.2864
0.025
3.59
1.09
5.42
0.46
3.20
15.12
165.92
50.57
900.00
56.79
204.55
168.35
51.32
4.95
3.68
0.2099
0.3211
0.027
3.63
1.11
5.74
0.51
3.59
16.81
168.00
51.21
950.00
59.95
215.91
170.56
52.00
4.94
3.88
0.2338
0.3578
0.030
3.67
1.12
6.06
0.57
4.00
18.57
170.18
51.87
1000.00
63.10
227.27
172.89
52.71
4.93
4.08
0.2591
0.3964
0.033
3.71
1.13
6.38
0.63
4.43
20.42
172.46
52.56
1050.00
66.26
238.64
175.31
53.45
4.91
4.29
0.2857
0.4371
0.036
3.75
1.14
6.70
0.70
4.89
22.35
174.84
53.29
1100.00
69.41
250.00
177.84
54.22
4.90
4.49
0.3135
0.4797
0.040
3.80
1.16
7.02
0.77
5.37
24.36
177.33
54.05
1150.00
72.57
261.36
180.48
55.02
4.88
4.70
0.3427
0.5243
0.043
3.85
1.17
7.34
0.84
5.86
26.45
179.91
54.84
1200.00
75.72
272.73
183.22
55.86
4.87
4.90
0.3731
0.5709
0.047
3.90
1.19
7.66
0.91
6.39
28.61
182.60
55.66
1250.00
78.88
284.09
186.06
56.72
4.85
5.10
0.4049
0.6194
0.050
3.95
1.20
7.98
0.99
6.93
30.86
185.39
56.51
1300.00
82.03
295.45
189.00
57.62
4.84
5.31
0.4379
0.6700
0.054
4.00
1.22
8.30
1.07
7.49
33.18
188.28
57.39
*
56
1350.00
85.19
306.82
192.04
58.55
4.82
5.51
0.4722
0.7225
0.058
4.06
1.24
8.61
1.15
8.08
35.58
191.26
58.30
1400.00
88.34
318.18
195.19
59.51
4.80
5.72
0.5079
0.7770
0.062
4.12
1.26
8.93
1.24
8.69
38.06
194.35
59.24
1450.00
91.50
329.55
198.43
60.50
4.78
5.92
0.5448
0.8335
0.066
4.18
1.27
9.25
1.33
9.32
40.61
197.53
60.21
1500.00
94.65
340.91
201.78
61.52
4.76
6.13
0.5830
0.8920
0.070
4.24
1.29
9.57
1.42
9.98
43.24
200.82
61.21
1550.00
97.81
352.27
205.22
62.57
4.74
6.33
0.6225
0.9524
0.075
4.31
1.31
9.89
1.52
10.65
45.94
204.20
62.24
1600.00
100.96 363.64
208.77
63.65
4.72
6.53
0.6633
1.0149
0.079
4.37
1.33
10.21
1.62
11.35
48.72
207.67
63.30
1650.00
104.12 375.00
212.41
64.76
4.70
6.74
0.7054
1.0793
0.084
4.44
1.35
10.53
1.72
12.07
51.58
211.25
64.39
1700.00
107.27 386.36
216.15
65.90
4.68
6.94
0.7488
1.1457
0.089
4.51
1.38
10.85
1.83
12.82
54.50
214.92
65.51
Fuente: Elaboración propia ( * ) Punto de Operación GIW ( ** ) Punto de Operación Meganorm
63.23 64.27 65.34 66.44 67.57 68.74 69.94 71.17
**
57 4.3.4 Calculo de carga por fricción La pérdida de carga por fricción se calcula empleando la fórmula de HazenWilliams descrita en el planteamiento teórico, siendo aplicada al tramo
de
estudio, con los siguientes datos: Tabla Nº. 4.6. Valores de C para la fórmula de Hazen-Williams TIPO DE TUBERÍA Asbesto cemento Latón Ladrillo para alcantarillas Hierro colado Nuevo, sin revestir Viejo, sin revestir Revestido de cemento Revestido de esmalte bitumástico Cubierto de alquitrán De hormigón o revestido de hormigón Cimbras de acero Cimbras de madera Centrifugado Cobre Manguera de incendio (recubierta de hule) Hierro galvanizado Vidrio Plomo Plástico Acero Revestido de alquitrán de hulla Nuevo, sin revestir Remachado Estaño Barro vidriado
C 140 130 - 140 100 130 40 – 120 130 – 150 140 – 150 115 -135 140 120 135 130 - 140 135 120 140 130 - 140 140 - 150 145 – 150 140 – 150 110 130 100 - 140
Fuente: Tabla tomada del libro “Acueductos: Teoría y Diseño” de Freddy Hernán Corcho Romero y José Ignacio Duque Serna. Centro General de Investigaciones. Colección Universidad de Medellín.
58 Valores de coeficiente de pérdidas por accesorios "K" Tabla Nº. 4.7 TRAMO 1: (Diam. Succión 14" y Diámetro de Descarga 2 líneas en paralelo de 5") Línea de descarga. Accesorios Diam. Cantidad K Total
Válvula de compuerta Válvula check Reducción concéntrica 5x4 Conexión y Codo 90 º Radio medio
5 5 5x4 5 5
2
0.14
0.28
2
0.90
1.80
2
0.51
1.02
1
0.50
0.50
4
0.51
2.04 5.64
Sumatoria de K Línea de Succión Accesorios
Reducción Excéntrica Válvula de compuerta Strainer
Diam.
Cantidad
6x10 10 16
K
Total
1
0.42
0.42
1
0.11
0.11
1
1.00
1.00
0
0.00
0.00 1.53
Sumatoria de K Fuente: Elaboración propia
Valores de coeficiente de pérdidas por accesorios "K" Tabla Nº. 4.8: TRAMO 2: (Diam. Succión 14" y Diámetro de Descarga de 8") Linea de descarga. Accesorios Diam. Cantidad K Total
Válvula de compuerta Válvula check Reducción concéntrica 8x4 Conexión y Codo 90 º Radio medio
8 8 8x4 0 8
1
0.11
0.11
1
4.80
4.80
1
0.42
0.42
0
0.00
0.00
4
0.42
1.68 7.01
Sumatoria de K Línea de Succión Accesorios
Reducción Excéntrica Válvula de compuerta Strainer
Diam.
Cantidad
6x10 10 16
Sumatoria de K
K
Total
1
0.42
0.42
1
0.11
0.11
1
1.00
1.00
0
0.00
0.00 1.53
Fuente: Elaboración propia Nota: valores de coeficientes "K" Extraido de INGERSOLL-RAND Cameron Hydraulic Data.
Con lo que se concluye en el siguiente selección 01 del cuadro con cuál de las alternativas será más óptimo para la instalación de la bomba GIW-LCC con una
59 tubería de instalación de 5” de HDPE SDR11 NORMA NTP ISO 4427 o de 8” de ALVENIUS 1010/1012 para el sistema de bombeo. Tabla Nº. 4.9: Selección 01 de la bomba GIW ALTERNATIVA Nº 1 SELECCIÓN 1: Marca Tipo Modelo ø Impulsor Caudal de Bombeo Altura Dinámica Total NPSH d Velocidad Fluido Succión Velocidad Fluido Descarga Eficiencia Velocidad de RotaciónBomba Velocidad de Rotación-Motor NPSHr Potencia Hidráulica Potencia Instalada Potencia Recomendada Potencia Comercial Cantidad Configuración
ALTERNATIVA Nº 2
… … … mm (l/s) (m) (m) m/s m/s %
GIW LCC-M 100-400 395 63.10 62.94 4.93 1.25 2.49 73
GIW LCC-M 100-400 395 78.88 61.26 4.85 1.56 2.43 76
rpm rpm m Hp Hp Hp Hp
1700 1750 3.50 71.58 84.21 102.74 150.00 01 en Operación y 01 en Stand By FAJA Y POLEAS
1600 1750 4.00 83.66 98.42 120.07 150.00 01 en Operación y 01 en Stand By FAJA Y POLEAS Bomba montada sobre Placa Base transmisión de potencia mediante faja y poleas
Und …
Configuración: Conjunto Motor - Bomba
Bomba montada sobre Placa Base transmisión de potencia mediante faja y poleas Fuente: Elaboración propia
4.3.5 Cálculo de la potencia GIW - LCC Energía entregada por la bomba al agua considerando que: Altura dinâmica total (HDT)
:
61.26 m.
Caudal de bombeo (Qt)
:
78.88 l/s.
Eficiencia de la bomba ( b)
:
76%
Potencia hidráulica
ƞh: Eficiencia Hidráulica
60 POT hp =100 x ADT x Q/(76 x ƞh) POT hp = 100*61.26* 78.88/(76*76) =83.66 hp Potencia eléctrica
ƞe: Eficiencia del Motor POT hp (e) = POT hp/ƞe POT hp (e) = 83.66/0.85 = 98.42 Hp Potencia instalada Factor de Correccion por Altura (4250 msnm): f = 1.22 POT ins = 98.42*1.22 POT ins = 120.07 Hp
Potencia Comercial de Motor POT HP = 150 Hp (Motor Estandar Selecionado) 4.3.6 Cálculo de la curva característica de la bomba GIW - LCC Con el caudal y la altura obtenida nos vamos a la curva característica de la bomba donde encontraremos el punto donde trabaja la bomba. En la figura (4.1) se muestra el punto de operación de la bomba con la eficiencia de 76% indicado en el cuadro anterior
61 Figura Nº. 4.1: CURVAS DE PERFORMANCE DE BOMBA CENTRIFUGA GIW LCC-M 100-400 (PUNTOS DE OPERACIÓN)
Fuente: Manual de la bomba GIW
Con lo que se concluye en el siguiente selección 02 del cuadro con cuál de las alternativas será más óptimo para la instalación de la bomba KSB MEGANORM con una tubería de instalación de 5” de HDPE SDR11 NORMA NTP ISO 4427 o de 8” de ALVENIUS 1010/1012 para el sistema de bombeo.
62 Tabla Nº. 4.10: Selección 02 de la bomba MEGANORM ALTERNATIVA Nº 1 SELECCIÓN 2: Marca Tipo Modelo ø Impulsor Caudal de Bombeo Altura Dinámica Total NPSH d Velocidad de Fluido Succión Velocidad de Fluido Descarga Eficiencia Velocidad de Rotación-Bomba Velocidad de Rotación-Motor NPSHr Potencia Hidráulica Potencia Instalada Potencia Recomendada Potencia Comercial
… … … mm (l/s) (m) (m) m/s m/s % rpm rpm m Hp Hp Hp Hp
Cantidad Configuración
Und …
Configuración: Conjunto Motor - Bomba
KSB MEGANORM 150-400 389 82.03 72.03 4.84 1.62 3.24 75 1750 1750 3 103.65 121.95 148.77 150 01 en Operación y 01 en Stand By Transmisión Directa Bomba montada sobre Placa Base transmisión de potencia mediante Acople directo
ALTERNATIVA Nº 2 KSB MEGANORM 150-400 389 97.81 67.57 4.74 1.93 3.02 78 1750 1750 3.00 111.49 131.16 160.02 150 01 en Operación y 01 en Stand By Transmisión Directa Bomba montada sobre Placa Base transmisión de potencia mediante Acople directo
Fuente: Elaboración propia
4.3.7 Cálculo de la potencia MEGANORM
Energía entregada por la bomba al agua considerando que: Altura dinâmica total (HDT)
:
67.57 m.
Caudal de bombeo (Qt)
:
97.81 l/s.
Eficiencia de la bomba ( b)
:
78%
Potencia hidráulica
ƞh: Eficiencia Hidráulica POT hp =100 x ADT x Q/(76 x ƞh) POT hp = 100*67.57* 97.81/(76*78) = 111.49 hp Potencia eléctrica
ƞe: Eficiencia del Motor
63 POT hp (e) = POT hp/ƞe POT hp (e) = 111.49/0.85 = 131.16 Hp Potencia instalada Factor de Correccion por Altura (4250 msnm): f = 1.22 POT ins = 131.16*1.22 POT ins = 160.02 Hp
Potencia Comercial de Motor POT hp = 150 Hp (Motor Estandar Selecionado) 4.3.8 Cálculo de la curva característica de la bomba MEGANORM Con el caudal y la altura obtenida nos vamos a la curva característica de la bomba donde encontraremos el punto donde trabaja la bomba. En la figura (4.2) se muestra el punto de operación de la bomba con la eficiencia de 78% indicado en el cuadro anterior
64 Figura Nº. 4.2: CURVAS DE PERFORMANCE DE BOMBA CENTRIFUGA KSB MEGANORM 150400 (PUNTOS DE OPERACIÓN)
Fuente: Manual de la bomba MEGANORM
65
CAPITULO V DISCUSIÓN E INTERPRETACIÓN 5.1
DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS El problema es establecer un sistema de bombeo en la que cualquier eventualidad
ante un problema mecánico, eléctrico o hidráulico
podamos actuar de manera inmediata sin perjudicar las operaciones y mitigar el rebose de agua que pueda haber por detalladas y actuar
las condiciones ya
de manera eficiente controlando los diversos
problemas que se puedan suscitar. Realizando los estudios en los resultados obtenidos podemos apreciar que las tuberías para la instalación la más apropiada es la de 8” de ALVENIUS 1010/1012, para la instalación de la bomba GIW – LCC y la bomba KSB MEGANORM. En la elección de la bomba estacionaria debe ser bien definida, así como por la fácil instalación y bajo costo de mantenimiento. La bombas GIW LCC trabajara a un régimen de altura y caudal mayores a los requeridos con menor potencia que la calculado, aunque su
66 rendimiento sea bajo, la bomba KSB MEGANORM trabaja de altura y caudal mayores a los requeridos con mayor potencia que lo que se tiene en el mercado, aunque su rendimiento sea más que la GIW. 5.2
INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS La hipótesis planteada fue: Si se optimiza el sistema de bombeo de agua subterránea instalando una bomba de stand by, entonces satisfacera la demanda volumétrica en VOLCAN COMPAÑÍA MINERA SA.A.-Unidad CHUNGAR. Del análisis de los resultados se afirma que la hipótesis fue directamente respondida al comparar lo eficiente que resultó al calcular cuál de las bombas es más eficiente y con qué tubería se debe instalar para su montaje para cumplir el mismo cometido de evacuar el volumen de agua de mina. El Plan de Control es la medida final del sistema de evaluación y control de riesgos; y se desarrolla con la finalidad de proteger a las personas, daños a la propiedad equipo y daños en el proceso frente al impacto de eventuales. Como es de conocimiento en la unidad no se cuenta con un sistema de contingencia o stand by para aliviar los problemas que puedan suscitarse por los diferentes problemas en las cámaras de bombeo como son los mantenimientos correctivos, quemado de motores , cambio de bocinas , cambio de caja de rodamiento , stufin box, tuberías reventadas o cortes de energía , Etc .
67 El laboreo minero que se desarrolla en Chungar hace que la evacuación de agua desde
interior de mina se tenga el siguiente registro de los
siguientes caudales Sistema de Bombeo Actual Cap.: 683 Lps Qneto: 590.69 Lps (Tratamiento Superficie)). QNeto Esperanza: 250.91 lps QNeto Montenegro: 339.78 lps.
68
CONCLUSIONES 1. Antes de la investigación fue necesario evaluar el sistema de bombeo instalado para ver donde se establecerá un sistema de bombeo en la que cualquier eventualidad
ante un problema mecánico, eléctrico o
hidráulico podamos actuar de manera inmediata sin perjudicar las operaciones
pero
cumpliendo
el
mismo
objetivo
de
evacuar
eficientemente el agua de mina. 2. La condición ideal es usar las tuberías de alvenius de 8" de diámetro, debido a que se puede evacuar mayor caudal debido a que las pérdidas son mínimas. 3. Aplicar 2 líneas en paralelos también es viable, el inconveniente es que se sacrifica caudal debido a que las pérdidas en dicha tubería son excesivas sacrificándose caudal. 4. La bomba GIW –LCC no presentará problemas de cavitación ya que el NPSHD es (4.85 m) de la tabla N° 4.5 y haciendo la comparación NPSHR (4 m) de la figura N° 4.1 se observa que cumple la condición de no cavitación y también la bomba MEGANOR no presentará problemas de cavitación ya que el NPSHD es (4.74 m) de la tabla N° 4.5 y haciendo la comparación NPSHR (3 m) de la figura N° 4.2 se observa que cumple la
69 condición de no cavitación, lo que permitirá que las bombas trabajen en su punto de operación sin que se presente cavitación. 5. Se lograra tener un plan de contingencia ante cualquier siniestro no esperado teniendo una nueva bomba que asegure un sistema de drenaje confiable. .
70
RECOMENDACIONES 1. El estudio de campo se torna relevante cuando se pretende mejorar en el sistema de bombeo, porque conociendo el sistema de bombeo se puede proponer alternativas de modificación técnica, diseño e instalaciones de bombas de stand by según que el caso amerite. 2. Es recomendable estandarizar las tuberías en todos los niveles ya que no se tendrá problemas de choques con equipos a las tuberías ya que serán más confiables y seguros. 3. De disponer de tubería de Alvenius de 8", se recomienda hacer la instalación con este tipo de tubería debido a que las pérdidas son mínimas. En tal sentido es viable considerar la ALTERNATIVA 2 -SELECCION 1 de la tabla N° 4.9, usar la bomba GIW LCC-M 100-400 cuyas condiciones de operación serán: Caudal (lps): ADT (m):
78.88 61.26
Estas bombas la disponemos en stock, solo tendríamos que cambiarle de configuración y ponerle un motor de mayor potencia (150 HP/1750 RPM) cuya transmisión seria mediante faja y poleas, se usarían 02 una para operación y otra en stand by.
71 4. ALTERNATIVA 2-SELECCION 2 de la tabla N° 4.10, (Bomba KSB MEGANORM 150-400) si se tiene la intención de evacuar caudal
el máximo
permisible por una tubería de 8" es viable adquirir 02 bombas
Meganorm 150-400 (01 en operación y 01 En stand by) transmisión directa mediante acople con motor de 150 Hp c/u Cuyas condiciones de operación serán: Caudal (lps):
97.81
ADT (m):
67.57
La capacidad de bombeo estaría suficientemente asegurada. 5. Se recomienda siempre colocar tubería de mayor diámetro en la succión de las bombas, para evitar problemas de cavitación. 6. Tomar en cuenta el plan de contingencias de bombas de stand by en todos los niveles, para evitar daños a la propiedad no esperada.
72
BIBLIOGRAFÍA Jara Tirapegui, Wilfredo, Fondo “MAQUINAS HIDRÁULICAS”. Editorial INIFIM- UNI. Año 1998. Espinoza, Ciro. Metodología de investigación tecnológica. Pensando en sistemas. 1ra edición. Huancayo, Perú: Imagen Gráfica, marzo de 2010. Golder Associates Ltd. (2002): Guía para Elaboración y Revisión de Planes de Cierre de Mina (versión borrador), Lima, Perú. Fernández-Rubio, R. (1995): Mining drainage and water supply under sustainable constraints. Water resources at risk, American Institute of Hydrology, Denver USA. Fernández-Rubio R. (1986): Abandono de minas impacto hidrológico, Madrid, España. Ministerio de Energía y Minas (1995): Guía ambiental de manejo de agua en operaciones minero-metalúrgicas. Asuntos Ambientales, Lima Perú.
Dirección General de
73 Ministerio de Energía y Minas (1995): Guía ambiental para el manejo de drenaje ácido de minas.
Dirección General de Asuntos
Ambientales, Lima Perú. Ministerio de Energía y Minas (1995): Guía para elaborar estudios de impacto ambiental. Dirección General de Asuntos Ambientales, Lima Perú. Víctor Streeter “MECÁNICA DE LOS FLUIDOS”. Editorial Mc GrawHill México D.F. Año 1987. Tovar Pacheco, Jorge A. (2010). Desarrolló la tesis para obtener el título profesional, titulado TEL AGUA SUBTERRANEA EN EL MEDIO AMBIENTE MINERO Y SU IMPORTANCIA EN LOS PLANES DE CIERRE. MORDOJOVICH RUIZ, Sofía (2009). Desarrolló la tesis para obtener el título profesional, titulado BOMBEO Y TRATAMIENTO COMO ALTERNATIVA PARA LA LIMPIEZA DE ACUÍFEROS.
74
ANEXOS
75
Detalles de instalacion de bomba estacionaria
76
77
78
Camara de bombeo nuevo
Operador de la camara 26