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Minera Valle Central

Informe sustitución bomba deslamado Allis Chalmers 14x12x36 SRL-XT

Carlos Córdova Palacios Analista de mantenimiento mecánico Minera Valle Central

Rancagua, agosto de 2013

Contenido INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 3 OBJETIVOS ........................................................................................................................... 4 Objetivo general. ................................................................................................................ 4 Objetivos específicos .......................................................................................................... 4 DESARROLLO ...................................................................................................................... 5 Definición del problema ..................................................................................................... 5 Determinación parámetros de funcionamiento .................................................................. 5 Determinación diámetro de polea motriz ....................................................................... 5 Revoluciones por minuto bomba 14x12x36 ................................................................... 6 Punto de operación de la bomba14x12x36 ..................................................................... 6 Diseño y selección de correas ............................................................................................. 8 Parámetros de funcionamiento de los motores comúnmente utilizados en la postura ... 8 Determinación potencia de diseño de la correa .............................................................. 8 Corroboración relación de transmisión........................................................................... 9 Determinación distancia entre centros y largo de correa .............................................. 10 Determinación potencia nominal por correa ................................................................ 12 Determinación factor ángulo de contacto ..................................................................... 12 Determinación factor longitud de correa ...................................................................... 13 Determinación del número de correas .......................................................................... 14 Selección de bujes y polea ................................................................................................ 15 Selección de polea para bomba .................................................................................... 15 Determinación balanceo dinámico ............................................................................... 16 Selección de buje para polea ........................................................................................ 17 TABLA RESUMEN REQUERIMIENTOS ......................................................................... 18

INTRODUCCIÓN Mediante el presente documento, se indicarán las acciones necesarias para el realizar el reemplazo de la bomba de deslamado Allis Chalmers SRL-XT 14x12x36 por una bomba WEIR VULCO ASH 14x12x26. El motivo de este reemplazo es el gran tamaño de la bomba Allis Chalmers, lo cual dificulta las labores de mantenimiento. De esta manera, al sustituirla por la bomba WEIR VULCO, que es más pequeña, la transmisión deberá entregar más rpm para compensar la disminución de dimensiones, igualando el desempeño entregada por la anterior.

OBJETIVOS Objetivo general. -Reemplazar satisfactoriamente la bomba, conservando el desempeño ejercido.

Objetivos específicos. -Determinar el punto de operación actual de la bomba Allis Chalmers. -Determinar curva característica de la bomba WEIR VULCO que asegure el desempeño actual entregado por la Allis Chalmers. -Dimensionar polea conducida acorde a los requerimientos del equipo. -Seleccionar las correas necesarias para la aplicación.

DESARROLLO Definición del problema El problema consiste en sustituir la bombas de deslamado Allis Chalmers SRL-XT 14x12x36 por una de menor tamaño, marca WEIR VULCO ASH 14x12x26. El motivo de la sustitución es que las bombas actualmente instaladas presentan dificultades en las tareas de mantenimiento, específicamente en el montaje y desmontaje, debido a su tamaño; y a las dimensiones de la zona en la que se encuentran.

Figura 1. Ubicación bomba deslamado Allis Chalmers SRL-XT 14x12x36

La solución a este problema consiste en la implementación de una bomba WEIR VULCO ASH 14x12x26 de menores dimensiones, pero que mediante determinación de los parámetros de funcionamiento es posible obtener un desempeño similar a la Allis Chalmers.

Determinación parámetros de funcionamiento Los parámetros de funcionamiento necesarios de la bomba 14x12x36 para determinar el punto de operación de la bomba 14x12x26 son los siguientes: -

Diámetro polea motriz [m]. Revoluciones por minuto de las bombas 14x12x36 [rpm]. Punto de operación de la bomba 14x12x36 ([m³/hr], [m]).

Determinación diámetro de polea motriz El diámetro de la polea motriz se realizo mediante un levantamiento en terreno. Cabe destacar que este registro puede ser susceptible de error ya que el equipo se encontraba con su carcasa de protección al momento de la medición. El diámetro externo de la polea motriz es 14 [in].

Revoluciones por minuto bomba 14x12x36 Se deben determinar las rpm a las que se encuentra operando el equipo. Para ello se analizaran los siguientes gráficos en donde se marca la frecuencia de paso del álabe, la cual corresponde a la frecuencia de giro por el número de álabes del impulsor (en este caso 4).

Figura 2. Gráfico de frecuencia de paso de alabe bomba 14x12x36, velocidad de giro 410[rpm].

Figura 3. Gráfico de frecuencia de paso de alabe bomba 14x12x36, velocidad de giro 375[rpm].

La velocidad de giro que se utilizara en este caso es de 410 [rpm].

Punto de operación de la bomba14x12x36 El punto de operación de la bomba 14x12x36 se determinará en base a datos tomados de terreno. Para comenzar, debe determinarse la curva característica de la bomba para las revoluciones ya determinadas (410[rpm]). Con estas revoluciones se trazara la curva correspondiente en un grafico. Ya con la curva de desempeño, debe determinarse el punto en el cual se encuentra operando la bomba en este momento. Para determinar este punto se debe establecer la altura del cabezal de descarga. Para ello se determinara la altura de la cota de descarga. Mediante mediciones realizadas en terrenos, se determino que la altura de la cota de descarga esta por sobre 10[m] de la bomba. Esto corresponde a 10 [m.c.p.] (metro columna de pulpa), por lo cual se debe convertir a [m.c.a.] (metro columna de agua), ya que las curvas estas dadas para agua como fluido. La densidad relativa de la pulpa se ha estimado en d.r. pulpa= 1,5. Con esto se ha determinado una altura de cabezal de 15 [m.c.a.]. A esta altura se debe agregar la presión existente en la descarga, la cual es registrada por manómetros situados en las baterías de ciclones primarios (HGP01) y

(HGP02). La presión registrada corresponde a 0,4[bar], lo que corresponde aproximadamente a 4 [m.c.a.] (1[m.c.a.]=0.00981 [bar]). Se obtiene una altura total de 19 [m] de cabezal hidráulico, lo que al interceptar con la curva característica de 410 [rpm] de la bomba 14x12x36 se obtiene un caudal de 1570 [m³/hr]. Con estos datos se debe determinar las rpm de la bomba 14x12x26 que proporcionen las demandas de presión y caudal requeridas. Los resultados se muestran a continuación.

Curvas características

35.0 30.0

Leyenda

Head, H [m]

25.0 Q=1570[m³/hr] H=19[m]

20.0

Curva 14x12x36, 410 [rpm] Curva 14x12x26, 620 [rpm]

15.0

Curva de sistema 10.0 5.0 0.0 0

500

1000 1500 Flow, Q [m³/hr]

2000

2500

La curva característica de la bomba 14x12x26 capaz de entregar el caudal y flujo necesario corresponde a la curva de 620 [rpm].

Diseño y selección de correas Parámetros de funcionamiento de los motores comúnmente utilizados en la postura Los motores comúnmente utilizados en estas bombas, poseen las siguientes características: -

Potencia:

-

RPM:

255 [kW] 342 [HP] 1490 [rpm]

Determinación potencia de diseño de la correa La potencia de diseño se obtendrá de la multiplicación de la potencia de motor, por un factor de servicio, en función de la actividad realizada, el cual se determinará mediante tabla.

Figura 4. Tabla selección factor de servicio, “Fs”

Para un bomba centrífuga, con motor eléctrico de alto par y funcionamiento de 24 [hrs] el factor de servicio correspondiente es Fs=1.3. Mediante la determinación de la potencia de diseño, se determinará la sección de la correa a utilizar.

Figura 5. Tabla de selección de sección de correa

Mediante esta tabla se determina una sección de correa “8V”. A continuación se presentan los cálculos realizados para la determinación de la potencia de diseño y selección de sección de correa. Determinación potencia de diseño Factor de servicio =Fserv Se utilizará Fserv para motor AC de alto torque, servicio continuo (16-24 horas diarias). En este caso, el equipo es una bomba centrífuga, por lo cúal, el Fserv es 1.3. Fserv  1.3 Pot enciaMot or 255kW  341.961hp  PD = potenc ia de diseño =Fserv*Potenc iaMotor PD  Fserv  Pot enciaMot or  444.549hp  Mediante tabla se obtiene un perf il "8V" Figura 6. Cálculos determinación potencia de diseño

Corroboración relación de transmisión Se determinará la relación de transmisión necesaria para la aplicación. Primero, se calculará la relación necesaria para lograr las 620 [rpm] necesarias para asegurar el punto de operación de la bomba 14x12x26. Posteriormente se corroborará la transmisión mediante la selección de un diámetro de polea comercial. Determinación de las díametros de las poleas. El díametro utilizado en planta para la polea es de 14 [in]. Relación de transmisión Ncond  620rpm Nmotriz  1490rpm i 

Nmotriz Ncond

 2.403

Dmotriz  14in  0.356 m Dcond 

Dmotriz Nmotriz Ncond

 33.645  in

DcondComercial  30in i1 

DcondComercial Dmotriz

RPMBomba 

 2.143

Nmotriz i1

 695.333 rpm

Figura 7. Cálculos correspondientes para la determinación de la relación de transmisión

Se observa que la relación necesaria para asegurar las 620 [rpm] para una polea motriz de diámetro 14 [in] y 1490 [rpm], corresponde un diámetro de polea conducida de 33.645 [in]. Este diámetro no existe comercialmente, por lo cual se seleccionará un diámetro menor de polea motriz para asegurar el desempeño entregado por la bomba 14x12x26. El diámetro de polea inferior al calculado corresponde a 30 [in]. Recalculando la relación de transmisión para el nuevo diámetro de polea conducida se obtiene una relación de transmisión i=2.143 obteniendo una velocidad de giro de la bomba de 695 [rpm].

Curvas caracteristicas

40 35

Head, H [m]

30 Curva 14x12x26, 695 [rpm] Curva 14x12x36, 410 [rpm] Curva 14x12x26, 620 [rpm] Curva de sistema

25 20 15 10 5 0 0

500

1000 1500 Flow, Q [m³/hr]

2000

2500

Figura 8. Curva característica con nuevo punto de operación a 695 [rpm]

Determinación distancia entre centros y largo de correa Para la determinación de la distancia entre centros se realizara un levantamiento en terreno de esta. Mediante la medición se determina una distancia entre centros de 56 [in]. El largo de la correa se determinara en base a esta distancia entre centros y luego se recalculará esta distancia en base al largo de correa normalizado seleccionado. A continuación se presenta los cálculos para la determinación de la distancia entre centros y longitud de correa tentativos.

Distancia tentativa entre c entros Et  56in largo tentativo correas Lt  2 Et  1.57 ( Dmot riz Dcon dComercial) 

 ( Dcon dComercial  Dmot riz) 2    182.223in  4Et  

Correa por catalogo "8V1800" Corroboración de distancia entre centros por largo de correa normalizado LargoCorreaNorm 180in

Cd  0.5m

valor inicial de prueba para despejar largo entre centros de ejes



( Dmot riz Dcon dComercial)



4 Cd

root2 Cd  1.57 ( Dmot riz Dcon dComercial) 

2

   LargoCorreaNorm Cd    54.877in   

Distancia entre centros real 54.877 [in].

Figura 9. Cálculos determinación distancia entre centros y largo de correa

Mediante los cálculos se selecciono una correa 8V1800 la cual tiene un largo de correa de 180 [in].

Figura 10. Tabla determinación de largos de correas

Determinación potencia nominal por correa Para la determinación del número de correas se debe determinar la capacidad de potencia que es capaz de transmitir cada correa. La potencia nominal por correa se determina en base a la velocidad de giro del eje más rápido y el diámetro de la polea de menor diámetro:

Figura 11. Tabla selección hp por correa

Para una velocidad de giro de 1490 [rpm] y un diámetro de polea menor de 14.0 [in] la potencia nominal a transmitir por correa es de 59.06 [kW]. La potencia adicional por correa según el ratio de velocidad, en este caso de 2.143, es de 7.868 [kW].

Figura 12. Potencia adicional por correa en función de la relación de transmisión

La potencia capaz de transmitir una correa en esta situación es de 66.928 [kW].

Determinación factor ángulo de contacto El ángulo de contacto se refiere al ángulo de cubrimiento de la correa sobre la polea menor. El ángulo de contacto optimo está pensado para θ=180°. A continuación se presentan las

relaciones para determinar el ángulo de contacto y los factores de ángulo de contacto correspondientes. La relación correspondiente para un diámetro de polea mayor D=30[in], polea menor d=14 [in]y distancia entre centros C=54 [in] es igual a .

Figura 13. Determinación factor de corrección ángulo de contacto

Lo anterior implica un factor de corrección ángulo de contacto es de 0.96. Determinación factor longitud de correa Como ya se determino antes, la longitud de correa es de 180 [in]. El factor correspondiente para esta longitud se determinará según la tabla siguiente.

Figura 14. Grafico determinación de factor de longitud

El factor correspondiente para una correa 8V1800, de 180[in] de largo es de 0.96. Determinación del número de correas Para la determinación del número de correas necesarias se debe determinar la potencia de diseño y la potencia corregida por correa. Para la determinación de la potencia por correa corregida se deben aplicar los factores de corrección de longitud y ángulo de contacto a la potencia soportada por correa. Obtenido la potencia corregida por correa, se debe dividir la potencia de diseño por este valor, obteniendo así el número de correas necesarias. Se debe aproximar al valor entero superior Número de correas Se Calculará la potencia según las rpm de la polea rápida. Pot enciaNominalCorrea 59.06hp i1  2.143

Relación de transmisión para determinar potenc ia adicional por correa

Pot enciaAdicionalCorrea 7.868hp Cl  0.95

Factor de corrección longitud de correa

Determinación angulo de contacto Dcon dComercial  Dmot riz DistCentReal C  0.96

 0.292

Factor de corrección ángulo de contacto

Pot enciaP orCorreaCo rregida ( Pot enciaNominalCorrea Pot enciaAdicionalCorrea)  Cl C Pot enciaP orCorreaCo rregida 45.516kW  Fserv  1.3 Pot enciaMot or  255 kW Pot enciaDiseño  Fserv  Pot enciaMot or  331.5kW  Número de Correas NCorreas 

.

Pot enciaDiseño Pot enciaP orCorreaCo rregida

 7.283

Se necesitan 8 correas . Figura 15. Cálculos realizados para la determinación del número de correas

Para esta aplicación se requieren 8 correas 8V1800 hermanadas.

Selección de bujes y polea En este caso el motor ya cuenta con los bujes y poleas necesarios ya que no se realizaran cambios en la sección de las correas y el número de las mismas. Por lo cual, debe seleccionarse solamente los bujes y poleas para la bomba. Esta selección se realizara desde el catalogo MASKA. Selección de polea para bomba Para la determinación de la polea, se debe seleccionar una que asegure la relación de transmisión entre los equipos. El diámetro de la polea mayor se determinara mediante los siguientes cálculos:

Figura 16. Cálculos para determinar el diámetro de polea conducida requerido

Se debe seleccionar una polea de diámetro primitivo de 30 [in]. Según catalogo MASKA, la polea de 8 ranuras que se adapta a los requerimientos es la siguiente:

Figura 17. Selección de polea desde catálogo MASKA

La polea seleccionada corresponde a una 8-8V30.0

Determinación balanceo dinámico Según el grafico adjunto, en base al ancho de cara de una polea 8V de 8 ranuras (F=9 ⅜ [in]) y a un diámetro primitivo de 30.0 [in] el límite de revoluciones por minuto para realizar balanceo dinámico es de 900 [rpm]. Por lo tanto, como la polea gira a 620 [rpm], esta polea no requiere balanceo dinámico al no sobrepasar el límite.

Figura 18. Grafico determinación de balanceo dinámico para polea conducida (intersección línea azul y roja)

Selección de buje para polea La selección del buje para la polea se determina en base al diámetro del eje, en este caso de la bomba, y a la indicación entregada al seleccionar la polea. En este caso al seleccionar la polea esta entrego un buje de tamaño “N”.

Figura 19. Tabla determinación de buje según polea

El diámetro del eje de la bomba WEIR VULCO ASH SRH 14x12x26 es de 100 [mm].

Figura 20. Planimetría bomba WEIR VULCO ASH 14x12x26, detalle medidas eje.

Las especificaciones para el buje son las siguientes:

Figura 21. Especificaciones buje tamaño "N"

El buje admite barrenos (perforaciones) entre 2 ¾ [in] hasta 6 [in] (70 [mm] hasta 150 [mm]). Las especificación del buje, según catalogo MASKA, es “N X100MM” o “N X4”.

TABLA RESUMEN REQUERIMIENTOS Componente

Cantidad

Especificación

Catálogo

Observación

Correa V

8

8V1800

MARTIN

Correas hermanadas juego de correas

o

Polea conducida

1

8-8V30.0

MASKA

Polea conducida bomba

Buje polea

1

N X100MM o N X4

MASKA

Buje adaptador para polea conducida en bomba

para