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Bombas para lodos: aspectos básicos

Introducción al software de dimensionamiento de bombas PumpDim™ para Windows™ de Metso

Publicado por Metso Minerals (Sweden) AB SE-733 25 Sala, Suecia Teléfono +46 224 570 00 [email protected]

1. HISTORIA Bombas para lodos: historia Aunque Denver y Sala, que posteriormente formarían el área de negocio de bombas y procesos del Grupo Svedala (que en septiembre de 2001 se convirtió en Metso Minerals), eran empresas muy activas en el ámbito del bombeo de lodos, no ofrecían originalmente diseños propios de bombas. Ambas empresas comenzaron como fabricantes de equipos para el procesamiento de minerales. El producto principal de Denver estaba especializado en procesos de flotación mientras que los de Sala estaban destinados tanto a procesos de flotación como de separación magnética. Tras un periodo de éxitos con equipos para procesamiento de minerales, muy pronto fue necesario participar activa y urgentemente en el suministro de bombas para lodos.

La primera bomba vertical, fabricada en 1933.

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Historia

Bombas horizontales para lodos El bombeo de lodos, que es la base del procesamiento en húmedo de minerales, estaba adquiriendo mayor importancia para los clientes de Denver y Sala. La respuesta de Denver a esta demanda fue la de adquirir una licencia del diseño de la bomba para lodos SRL (Soft Rubber Lined), con revestimiento de caucho blando, de la empresa norteamericana Allis Chalmers. La versión desarrollada de esta bomba fue la base, durante décadas, del catálogo de bombas para lodos de Denver y muchos aún la consideran como un estándar de la industria. En 1984, Denver adquirió la gama de bombas para lodos en metal de alta resistencia de Orion que, junto con la SRL, se han estado desarrollando durante años, ya que ambos diseños se complementan. La adquisición de la empresa Thomas Foundries en 1989 permitió a Denver incluir en su catálogo una gama de bombas muy potentes para dragados y transporte de áridos en metal de alta resistencia. En el caso de Sala, se produjo una situación muy similar. Los clientes de Sala no dejaban de solicitar que las bombas para lodos se suministraran junto con equipos para procesamiento de minerales, lo que suponía la entrega, por primera vez, de paquetes completos. Sala firmó un acuerdo de licencia para un diseño inglés, la bomba para lodos Vac-Seal. A principios de los años 60, Sala desarrolló una nueva gama de bombas para lodos para trabajos semipesados. Se trata de la gama conocida como VASA (Vac Seal - Sala) que, a finales de los años 70, se complementó con la versión para trabajos pesados, VASA HD (Heavy Duty).

Bombas para espuma verticales El uso del proceso de flotación para la separación de minerales requería seguir desarrollando las bombas para lodos. En 1933 ya se había desarrollado una “bomba abierta” vertical en una planta de flotación sueca. La complejidad de los circuitos que se empleaban en estas plantas exigían este tipo de diseño. La tecnología de control de nivel y reactivos no estaba especialmente desarrollada. Por ello, las variaciones en los niveles de espuma del circuito provocaban bloqueos de aire en las bombas para lodos convencionales. De este modo, la “bomba abierta” fue pionera, con su tanque de alimentación integral, en ofrecer desaireación, estabilidad y auto-regulación, propiedades que en la actualidad son imprescindibles. 1. Historia

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Bombas de depósito y sumidero verticales Muchas plantas de procesamiento sufrían inundaciones, por lo que los clientes trataron de desarrollar un concepto de bomba capaz de mantener los suelos de la planta limpios de lodo. Esta necesidad propició el desarrollo de las “bombas de sumidero”. La primera bomba de sumidero, para realizar estos trabajos de limpieza, se puso en funcionamiento a mediados de los años 40 y su diseño, una vez más, estuvo determinado por la necesidad de hacer frente a una demanda específica. Tanto la bomba vertical para depósitos como la bomba de sumidero fueron desarrolladas por la compañía minera Boliden a lo largo de los años 40. Sala suministraba regularmente estas bombas a Boliden, en régimen de subcontratación, hasta que Sala firmó en 1950 un acuerdo que le permitía comenzar la producción bajo licencia. Posteriormente, Sala comercializó con éxito estas líneas de bombas junto con la gama VASA. Con el paso de los años, estas bombas verticales han seguido desarrollándose y se han establecido como un producto de Sala. El acuerdo de la licencia terminó a principios de los años 70, cuando Boliden adquirió Sala. Desde entonces se ha desarrollado una bomba especial para espuma, aparte de la bomba de depósito vertical, que perfecciona aún más el concepto básico de transporte de espuma. En la actualidad, la bomba de sumidero de Metso es un estándar industrial en este segmento. Cuando en 1992 se fundó la empresa Svedala Pumps & Proccess, se decidió racionalizar y actualizar todos las gamas de bombas para ofrecer al mercado bombas para lodos “vanguardistas”. En septiembre de 2001, la empresa finlandesa Metso adquirió Svedala. Desde entonces se ha desarrollado una gama totalmente novedosa de bombas para lodos, verticales y horizontales, que es la que se trata en este manual.

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Historia

1. Historia

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2. INTRODUCCIÓN El transporte hidráulico de sólidos En todos los procesos industriales en húmedo, el “transporte hidráulico de sólidos” es una tecnología que hace avanzar el proceso entre las distintas fases de mezcla de sólidos/líquidos, de separación de mezclas de sólidos, de líquidos/sólidos, etc. Estos procesos industriales en húmedo se describen con más detalle en la Sección 15.

¿Qué tipo de sólidos? Los sólidos pueden ser casi cualquier material que sea

Duro Grueso Pesado Abrasivo Cristalino Afilado Pegajoso Escamoso Largo y fibroso Espumoso Cualquier material puede transportarse hidráulicamente. ¿Qué tipo de líquidos? En la mayoría de las aplicaciones el líquido funciona casi exclusivamente como “medio de transporte”. En el En el 98% de las aplicaciones industriales el líquido es el agua. Otros tipos de líquidos pueden ser soluciones químicas, tales como ácidos o cáusticos, alcohol, derivados líquidos ligeros del petróleo como el queroseno, etc.

Definición de lodo “Lodo” es el término que se emplea normalmente para denominar a una mezcla de sólidos y líquidos. El lodo puede describirse como un medio de dos fases (líquida/ sólida). El lodo mezclado con aire (algo común en numerosos procesos químicos) se describe como un medio fluido de tres fases (líquida/ sólida/gaseosa).

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Introducción

¿Cuáles son las limitaciones en cuanto a caudal? En teoría no existen límites en el tipo de materiales que pueden transportarse hidráulicamente. Tan sólo hay que apreciar el transporte hidráulico de sólidos que se produce en glaciares y grandes ríos. En la práctica las limitaciones de cuadal en instalaciones de bombas de pulpa es de entre 1 m3/hora hasta 20.000 m3/hora El limite inferior lo determina la disminución de la eficacia de las bombas más pequeñas. El límite superior está determinado por el espectacular aumento de los costes de las grandes bombas de pulpa (comparadas con instalaciones de múltiples bombas).

¿Cuáles son las limitaciones en cuanto a sólidos? La limitación de sólidos la determina la geometría, tamaño y riesgo de bloqueo a su paso a través de una bomba para lodos. En la práctica, el tamaño máximo del material para transporte en masa con una bomba para lodos es de unos 200 mm. No obstante, los trozos sueltos de material que pueden pasar a través de una gran bomba para dragados pueden tener un tamaño de hasta 350 mm (dependiendo de las dimensiones del extremo húmedo).

Bombas para lodos como concepto de mercado De todas las bombas centrífugas instaladas en la industria de procesos, la relación entre las bombas para lodos y otros tipos de bombas para líquidos es de 5 : 95 Si se consideran los costes de funcionamiento de estas bombas, la relación es casi opuesta 80 : 20 Esto ofrece un perfil muy especial para el bombeo de lodos, cuyo concepto de mercado se ha formulado del modo siguiente:

“Instale una bomba en un líquido limpio y olvídese de ella” “Si instala una bomba para lodos disfrutará de un potencial de servicio para toda la vida” Estos conceptos son aplicables tanto para el usuario final como para el proveedor.

El objetivo de este manual es servir de guía en los procesos de dimensionamiento y selección de bombas para lodos en distintas aplicaciones para poder minimizar los costes del transporte hidráulico de sólidos.

Introducción

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Introducción

Introducción

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3. DEFINICIONES BÁSICAS ¿Por qué se denominan “bombas para lodos”? Por definición, una bomba para lodos es una versión más pesada y resistente de una bomba centrífuga, con capacidad para transportar materiales duros y abrasivos. “La denominación de ‘bombas para lodos’ debe considerarse como un concepto genérico, para distinguirlas de otras bombas centrífugas diseñadas principalmente para líquidos limpios”.

Bomba para lodos: clasificación por tipo de servicio El término “bomba para lodos”, tal y como se ha explicado, incluye a varios tipos de bombas centrífugas para trabajos pesados que se emplean en el transporte hidráulico de sólidos. Sin embargo, se emplea una terminología más precisa basada en el tipo de sólidos que se transportan en las distintas aplicaciones con bombas. Las bombas para lodos incluyen el bombeo de barro/arcilla, sedimento y arena con sólidos de un tamaño máximo de 2 mm. Tamaños que admite: Barro/arcilla de un tamaño inferior a 2 micras. Sedimentos de 2-50 micras Arena, granulometría fina de 50-100 micras. Arena, granulometría media de 100-500 micras. Arena, granulometría gruesa de 500-2000 micras. Las bombas para arena y gravilla incluye el bombeo de guijarros y grava de un tamaño de 2-8 mm. Las bombas para gravilla incluye el bombeo de sólidos con un tamaño de hasta 50 mm. Las bombas para dragado incluye el bombeo de sólidos con un tamaño superior a 50mm.

Bomba para lodos: clasificación por tipo de aplicación Las aplicaciones de los procesos determinan también la denominación de estas bombas, que normalmente incluyen: Las bombas para espuma, tal y como indica su nombre, se emplean en el transporte de lodos espumosos, principalmente en procesos de flotación. Las bombas para transferencia de carbón se emplean para transportar hidráulicamente y con suavidad el carbón presente en circuitos de carbón en pulpa (CIP, por sus siglas en ingles) y carbón en lixiviación (CIL, por sus siglas en ingles). Las bombas de sumidero designan a las bombas que normalmente se emplean en los sumideros de suelo, con carcasa sumergible, pero con accionamientos y rodamientos en un extremo seco. Las bombas sumergiblesson aquellas que se sumergen completamente, incluido el accionamiento. 3-9

Definiciones básicas

Bomba para lodos: ¿instalación en seco o húmedo? Instalaciones en seco La mayoría de las bombas horizontales para lodos se instalan en seco, con el accionamiento y los rodamientos fuera del lodo y el “extremo húmedo” cerrado. Las bombas se instalan de forma independiente, fuera del líquido.

La bomba vertical para depósitos funciona en sumideros abiertos con la carcasa de la bomba montada directamente por debajo del depósito. El eje del impulsor, que ofrece un diseño en voladizo, con la carcasa del rodamiento y el accionamiento montados sobre el depósito, hace girar el impulsor en el interior de la carcasa.¬ El “extremo húmedo” alrededor del eje recibe el lodo desde el depósito y lo vierte horizontalmente por la descarga. Este diseño carece de obturadores y rodamientos sumergidos.

Definiciones básicas

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Instalaciones semi-secas En aplicaciones de dragado es posible emplear diseños especiales con bombas horizontales con el “extremo húmedo” (y los rodamientos) inundados. Esto requiere un diseño especial de sellado para los rodamientos.

La bomba de sumidero tiene un “extremo húmedo” inundado, en el extremo del eje en voladizo (sin rodamientos sumergidos), y un accionamiento en seco.







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Definiciones básicas

Instalaciones húmedas Algunas aplicaciones de bombas para lodos requieren una bomba que pueda sumergirse completamente. Cuando, por ejemplo, es necesario bombear lodo de un sumidero con grandes fluctuaciones en los niveles de lodo. En este caso tanto la carcasa como el accionamiento están inundados y requieren un diseño y sellado especiales.

Bombas para lodos y condiciones de desgaste Cuando se va a seleccionar un diseño de bomba es necesario tener en cuenta las condiciones de desgaste a las que se va a someter para garantizar un rendimiento óptimo en las distintas condiciones de trabajo y aplicaciones. Éstas son: • Altamente abrasivas • Abrasivas • Medianamente abrasivas

Definiciones básicas

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Resumen: Todas las bombas de la gama de bombas para lodos son bombas centrífugas. Bomba para lodos” es una definición genérica. En la práctica, todas las bombas para lodos se denominan en función de su aplicación específica: • Bombas para lodos • Bombas para gravilla • Bombas de dragado • Bombas de sumidero • Bombas para espuma • Bombas para transferencia de carbón • Bombas sumergibles Existen tres diseños principales: • Depósito horizontal y vertical (instalación en seco) • Sumidero vertical (instalación semi-seca) • Depósito (instalación en seco) • Sumergible (instalación húmeda) El diseño de las bombas para lodos debe seleccionarse y suministrarse teniendo en cuenta las condiciones de desgaste. • Altamente abrasivas • Abrasivas • Medianamente abrasivas

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Definiciones básicas

Definiciones básicas

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4. COMPONENTES MECÁNICOS Si se comparan con la mayoría de equipos de procesos, las bombas para lodos ofrecen un diseño poco complicado. A pesar de la simplicidad del diseño, existen pocas máquinas en la industria pesada que funcionen en unas condiciones tan severas. Las bombas para lodos y sus sistemas son elementos fundamentales de todos los procesos húmedos. Funcionar el 100% del tiempo de trabajo en condiciones cambiantes de caudal, contenido de sólidos, etc. requiere que el diseño mecánico sea fiable en todos los aspectos.

Componentes básicos Los componentes básicos de todas las bombas para lodos son:

1. El impulsor 2. La carcasa 3. Los sellos 4. El ensamblaje del rodamiento 5. El accionamiento

Diseño básico Horizontal

Yo tengo todos los componentes

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Componentes mecánicos

Vertical

Tanque

Sumidero

Yo no tengo el Nº 3 Yo tampoco

Sumergible

El Nº5 está integrado

Componentes mecánicos

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5. BOMBA PARA LODOS: COMPONENTES En esta sección se va a explicar con más detalle el diseño de los distintos componentes de la bomba para lodos.

Impulsor/carcasa

El impulsor y la carcasa de la bomba son componentes fundamentales de todas las bombas para lodos. El rendimiento de cualquier bomba para lodos está determinado por – el diseño del impulsor y la carcasa. El resto de componentes mecánicos sirven para sellar, apoyar y proteger el sistema hidráulico del impulsor y la carcasa. Los principios de diseño del sistema hidráulico (impulsor y carcasa) son prácticamente los mismos para los cuatro tipos de bombas para lodos. – pero el diseño del resto de la bomba no lo es. En las ilustraciones se muestran los mismos componentes hidráulicos en las versiones sumergible, vertical y horizontal.

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Componentes

El impulsor de la bomba para lodos Para poder comprender por qué y cómo se diseña y funciona una bomba es necesario comprender la función del impulsor. El impulsor = un conversor de energía “La función del impulsor rotatorio es transmitir la energía cinética a la masa de lodo para acelerar su movimiento”. Parte de esta energía cinética se convierte posteriormente en energía de presión antes de salir del impulsor. En las bombas para lodos parte de esta transformación hidráulica se consigue por la capacidad especial que presentan los sólidos del propio lodo para transferir la energía mediante “fuerzas de arrastre hidráulico”. Algunos equipos hidráulicos para procesamiento en húmedo tales como clasificadores, clarificadores, separadores, etc. emplean estas fuerzas de arrastre.

¿Se ha logrado realizar la conversión de energía? A continuación, se ilustran las fuerzas cinéticas/hidráulicas generadas por las paletas del impulsor de la bomba para lodos.

“Las paletas son el corazón del impulsor. El resto de componentes que conforman el diseño del impulsor están destinados al transporte, protección y equilibrio de las paletas del impulsor durante el funcionamiento”.

Diseños de paletas Paletas externas

Paletas internas

Componentes

Los impulsores de las bombas para lodos tienen paletas externas e internas. Estas paletas, conocidas también como paletas de bombeo o álabes, son cortas y se encuentran por fuera de la cubierta del impulsor. Estas paletas contribuyen al sellado de la bomba y a su eficacia. Se trata de las paletas principales y son las que bombean el lodo. En las bombas para lodos usamos normalmente dos tipos de diseño para las paletas principales.

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Paleta tipo "Francis"

o

Paleta plana

¿Cuándo hay que utilizar la paleta plana o la paleta tipo “Francis”? “Cuando lo que prima es la eficacia, se emplea la paleta tipo ‘Francis’, ya que es más eficaz en la conversión de energía, aunque las ventajas que ofrece este diseño más ancho no son tan claras”. “El inconveniente de esta paleta es que su diseño es más complicado de producir y el nivel de desgaste también es mayor al bombear lodo con partículas gruesas”. Por ello, cuando se van a bombear partículas gruesas se utilizan paletas planas.

¿Cuántas paletas tiene un impulsor? “A mayor número de paletas mayor eficacia. Por lo tanto, siempre que sea práctico se utiliza el número máximo de paletas posible, excepto en las bombas periféricas”. Las limitaciones vienen dadas por el grosor de paleta requerido para que el impulsor ofrezca una óptima resistencia al desgaste y por el tamaño de las partículas a admitir. En la práctica, el número máximo de paletas es de cinco y se emplean en impulsores metálicos con un diámetro mayor de 300 mm y de caucho con un diámetro mayor de 500 mm. Con diámetros menores, la relación entre el área de la paleta y el área del impulsor es crítica (una área de paleta excesiva generará una fricción excesiva), el rendimiento comienza a disminuir y se pueden producir bloqueos.



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Componentes

¿Impulsor semi-abierto o cerrado? El diseño del impulsor de la bomba para lodos no está relacionado con una configuración cerrada o abierta. Esta determinado por aspectos de la producción y por el tipo de aplicaciones en las que se utilizará el impulsor.

Impulsores cerrados Los impulsores cerrados son por naturaleza más eficaces que los abiertos por la reducción de fugas por encima de las paletas. La eficacia se ve menos afectada por el desgaste.

“Si lo que busca es eficacia, utilice un impulsor cerrado siempre que sea posible”. Limitaciones El impulsor cerrado, tal y como indica el nombre de su diseño, tiende a atascarse de manera natural con partículas gruesas. Este fenómeno es más crítico con impulsores más pequeños.

Impulsores semi-abiertos Los impulsores semi-abiertos se utilizan para evitar las limitaciones que presenta el diseño cerrado y depende del diámetro del impulsor, del tamaño o estructura de los sólidos, de la presencia de aire, del grado de viscosidad, etc.

Limitaciones La eficacia es ligeramente inferior a la de los impulsores cerrados. Componentes

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Impulsores vortex/caudal inducido Los impulsores vortex/caudal inducido se usan cuando el bloqueo del impulsor es crítico o cuando las partículas son frágiles.

El impulsor se encuentra dentro de la carcasa. El impulsor esta en contacto con un volumen limitado del caudal entrante, lo que se traduce en una suave admisión de lodo y una gran capacidad para admitir grandes sólidos. Limitaciones La eficacia es notablemente más baja que la de los impulsores cerrados e incluso los semi-abiertos.

Reglas básicas Los impulsores cerrados se usan para obtener la máxima eficacia con lodos que contienen partículas gruesas y alargar al máximo la vida útil de los rodamientos. Siempre hay que comprobar el tamaño máximo de sólidos que admiten. Los impulsores abiertos se usan con lodos muy viscosos, con burbujas de aire y cuando se prevén problemas de bloqueo. Los impulsores vortex/caudal inducido se usan con sólidos grandes y blandos, materiales fibrosos, para una admisión “suave” o bien, con partículas frágiles de alta viscosidad con burbujas de aire.

Diámetro del impulsor “El diámetro de un impulsor determina la carga hidrostática producida a cualquier velocidad”. Cuanto mayor sea el diámetro del impulsor, mayor será la carga hidrostática producida. Un impulsor de gran diámetro que gire muy lento produciría la misma carga hidrostática que uno más pequeño que gire mucho más rápido (aspecto determinante para el desgaste, consulte la Sección 6).

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Componentes

¿Cuál será el diámetro correcto? Los factores que han servido de guía a Metso en este aspecto son: Cuando se trata de trabajos con materiales muy abrasivos lo que buscamos es una larga vida útil y una eficacia razonable. Para trabajos con abrasivos y abrasivos ligeros lo que se busca es una alta eficacia y un desgaste razonable. En pocas palabras: Para trabajos con materiales altamente abrasivos usamos grandes impulsores que ofrecen una larga vida útil y una eficacia razonables. Por lo que incluso si los impulsores más grandes son más caros y su eficacia es ligeramente menor, las ventajas que ofrecen en trabajos muy abrasivos son mejores. Para trabajos con materiales abrasivos dónde el desgaste no es la principal preocupación, los impulsores más pequeños son más económicos y ofrecen una eficacia óptima. Esta relación se conoce como: RELACIÓN DE ASPECTO DEL IMPULSOR (IAR) IAR = diámetro del impulsor / diámetro de entrada. Por ejemplo: para servicios altamente abrasivos usamos una IAR = 2.5:1 para servicios abrasivos usamos una IAR = 2.0:1 para servicios medianamente abrasivos podemos usar una IAR inferior a 2.0:1 En el diseño de las gamas de bombas para lodos de Metso, se han tenido en cuenta todos los parámetros anteriores, para poder ofrecer un funcionamiento rentable en distintos tipos de servicios.

Anchura del impulsor “La anchura del impulsor determina el caudal de la bomba a cualquier velocidad”. Un impulsor de gran anchura girando despacio podría producir la misma velocidad de caudal que un impulsor más fino girando a mayor velocidad, aunque lo más importante es que la velocidad en relación con la paleta y la cubierta sería considerablemente mayor (aspecto determinante para el desgaste, consulte la Sección 6).

Componentes

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Recuerde: Si se compara con las bombas de agua, y dependiendo del “perfil de desgaste”, las bombas para lodos normalmente tienen impulsores que son no sólo más grandes, sino además mucho más anchos

Limitaciones de la geometría y motivos No cabe duda de que existen límites prácticos para la geometría de los impulsores de las bombas para lodos. Estos límites está determinados por: “el rendimiento hidráulico óptimo de cada tamaño de bomba” “la necesidad de estandarización del producto” “el coste de producción del impulsor y la carcasa/revestimiento” En la práctica, tener en cuenta estas limitaciones nos permite ofrecer una gama de productos equilibrada.

La carcasa de la bomba para lodos Una de las funciones de la carcasa es recoger el caudal proveniente de toda la circunferencia del impulsor, convirtiéndolo en un patrón de caudal deseable y dirigiéndolo a la descarga de la bomba. Otra función importante es reducir la velocidad de caudal y convertir su energía cinética en energía de presión.

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Componentes

¿Qué ocurre con la forma de la carcasa? La carcasa y el impulsor se combinan para ofrecer el mejor patrón de caudal (y conversión de energía) posible.



Voluta

Semi-Voluta

Concéntrica

¿Voluta o concéntrica? La forma de voluta ofrece una conversión de energía más eficaz si se compara con la forma concéntrica y respecto al régimen/caudal ideal ofrece cargas radiales muy bajas sobre el impulsor.

¿Carcasas partidas o macizas? Carcasa maciza En la mayoría de las bombas de metal duro la voluta es normalmente una sola pieza maciza. Este diseño es el más económico en cuanto a su fabricación y no existen requisitos en la práctica para dividir la voluta en dos mitades. Algunas bombas revestidas con caucho también usan volutas de una pieza, sobre todo en los tamaños más pequeños, dónde es más práctico y económico usar este tipo de voluta.

Componentes

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Carcasa partida Partir una carcasa encarece el precio de una bomba y sólo se hace cuando es necesario. Esto facilita la sustitución de piezas, especialmente en bombas revestidas de caucho más grandes.



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Componentes

Componentes

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6. PROTECCIÓN CONTRA EL DESGASTE En las bombas para lodos el impulsor y el interior de la carcasa están siempre expuestos al lodo y tienen que estar correctamente protegidos contra el desgaste. “La selección del material para el impulsor y la carcasa es tan importante como la propia selección de la bomba”. El desgaste de las bombas para lodos está determinado por tres condiciones

Abrasión Erosión Corrosión

Abrasión Existen tres tipos principales de abrasión

Machaqueo

Trituración

Baja tensión

En las bombas para lodos se produce principalmente abrasión por baja tensión y trituración. El grado de abrasión depende del tamaño y dureza de las partículas.

En las bombas para lodos la abrasión de produce exclusivamente en dos zonas: 1. Entre el impulsor y la entrada estacionaria. 2. Entre el casquillo del eje y la empaquetadura estacionaria.

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Protección contra el desgaste

Erosión Se trata del principal tipo de desgaste que sufren las bombas para lodos. Esto se debe a que las partículas que contiene el lodo golpean la superficie del material en ángulos diferentes. El desgaste producido por la erosión se ve influenciado enormemente por el régimen de funcionamiento de la bomba. El desgaste por erosión se mantiene en el mínimo, por lo general, en el punto de mayor eficacia (BEP) y aumenta tanto con caudales bajos como más altos. Consulte la sección 12. Por razones que aún no se entienden bien, el desgaste producido por la erosión también puede aumentar de manera espectacular si se permite que la bomba funcione en “aspiración”, es decir, permitiendo la entrada de aire a través de la tubería de entrada. Consulte la página 11-84 donde encontrará información sobre el diseño del sumidero. Se ha sugerido que esto puede producirse por causa de la cavitación, por la vibración de las superficies de la bomba al pasar el aire sobre ellas. Sin embargo, esto es difícil de aceptar ya que las burbujas de aire suprimen normalmente la cavitación al trasladarse para llenar las cavidades de vapor. Consulte la página 10-64 donde se describe la cavitación. Existen tres tipos principales de erosión.

Lecho deslizante

Impacto de ángulo bajo

Impacto de ángulo alto

Protección contra el desgaste

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Efecto de la erosión en los componetes de la bomba Impulsor El impulsor está sujeto a un desgaste por impacto (con ángulo alto y bajo), principalmente en el ojo, en la cubierta del lado del prensaestopas (A), cuando el caudal gira 90o. Y también en el borde delantero de la paleta (B). El lecho deslizante y el impacto de angulo bajo se producen a lo largo de las paletas, entre las cubiertas del impulsor (C). C

Revestimientos laterales (forro de admisión y tapa trasera) Los revestimientos laterales están sujetos al efecto del lecho deslizante y la abrasión por machaqueo y trituración.



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Protección contra el desgaste

Voluta La voluta está sujeta a un desgaste por impacto en el pico. El desgaste por el efecto del lecho deslizante y por los impactos de bajo ángulo se produce en el resto de la voluta.

Corrosión La corrosión (y los ataques químicos) de las partes húmedas de las bombas para lodos es un fenómeno complejo tanto para el metal como para el material de elastómero. En la Sección 19, página 6-35, se proporcionan como guía unas tablas de resistencia química para metales y material de elastómero.

Protección contra el desgaste: opciones A la hora de elegir la protección contra el desgaste de las bombas para lodos, existen varias alternativas: Impulsor y carcasa en metal duro, en varias aleaciones de hierro blanco y acero. Impulsor de elastómeros y carcasa protegida con revestimientos de elastómeros. Los elastómeros suelen ser cauchos de distintas calidades o poliuretano. Combinación de impulsor en metal duro y carcasas revestidas de elastómeros.

Protección contra el desgaste

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Selección de los materiales de desgaste A la hora de elegir las piezas de desgaste debe buscarse un equilibrio entre la resistencia al desgaste y su coste. Existen dos estrategias para decidir la resistencia al desgaste: El material de desgaste tiene que ser duro para resistir la acción cortante del choque de los sólidos o bien, El material de desgaste tiene que ser elástico para poder absorber los golpes y rebotes de las partículas.

Parámetros de selección La selección de piezas de desgaste se basa normalmente en los siguientes parámetros: Tamaño de los sólidos (gravedad específica, forma y dureza) Temperatura del lodo Productos químicos y pH Velocidad del impulsor Los materiales de desgaste dominantes en las bombas para lodos son el metal duro y los elastómeros blandos. Metso dispone de una amplia oferta de calidades para ambos. En algunas gamas se ofrece la cerámica como opción.

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Protección contra el desgaste

Efecto del tamaño de la particula en la selección de materiales Tabla 1 Clasificación de las bombas de acuerdo al tamaño de partícula de los sólidos (partículas con la dureza de la arena). Serie de filtros estándar Tyler

Pulverizado

Tamaño de particula Particula Pulg. Mm Malla descriptión Clasificación general de las bombas 3 2 1,5 1,050 26,67 0,883 22,43 0,742 18,85 Guijarros, Bombas de Bomba 0,624 15,85 grava acero de dragado 0,525 13,33 de filtro austenítico 0,441 11,20 al manganeso 0,371 9,423 0,321 7,925 2,5 Bombas con Bombas 0,263 6,68 3 revestimiento de de hierro 0,221 5,613 3,5 caucho, impulsor duro Bombas 0,185 4,699 4 cerrado; las partículas para 0,156 3,962 5 deben ser redondas arena y 0,131 3,327 6 grava 0,110 2,794 7 0,093 2,362 8 Arena Bombas con 0,078 1,981 9 muy revestimiento de Bombas 0,065 1,651 10 gruesa caucho e impulsor para 0,055 1,397 12 cerrado arena 0,046 1,168 14 Arena Arena 0,039 0,991 16 gruesa 0,0328 0,833 20 0,0276 0,701 24 0,0232 0,589 28 Arena Bombas de 0,0195 0,495 32 media poliuretano 0,0164 0,417 35 y bombas 0,0138 0,351 42 revestidas 0,0116 0,295 48 de caucho 0,0097 0,248 60 Arena con impulsor Bomba 0,0082 0,204 65 fina abierto para 0,0069 0,175 80 lodos 0,0058 0,147 100 0,0049 0,124 115 0,0041 0,104 150 0,0035 0,089 170 0,0029 0,074 200 Sedimentos Bombas 0,0024 0,061 250 de 0,0021 0,053 270 hierro 0,0017 0,043 325 duro 0,0015 0,038 400 0,025 a500 0,020 a625 0,010 a1250 0,005 a2500 0,001 a12500 Barro arcilloso

Protección contra el desgaste

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Selección de los materiales de desgaste: metales El metal es generalmente más tolerante al desgaste que el caucho y es la mejor opción para materiales gruesos. Los metales usados principalmente son: Hierro cromado Hierro cromado resistente al desgaste con una dureza nominal de 650 BHN. Puede utilizarse con valores de pH inferiores a 3,5. Es el material estándar de la mayoría de gamas de bombas. Acero al manganeso Acero al manganeso con una dureza de hasta 350 BHN. Utilizado principalmente en aplicaciones de dragados.

Selección de los materiales de desgaste: elastómeros El caucho natural es el principal elastómero utilizado en las bombas para lodos. Se trata de la elección más rentable para sólidos finos. Generalmente, dependiendo de lo afilado de sus bordes y su densidad, es posible bombear partículas con tamaños de 5 a 8 mm. Advertencia Los residuos de gran tamaño y las partículas afiladas pueden destruir las piezas de desgaste, especialmente el impulsor.

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Protección contra el desgaste

Las familias de elastómeros Cauchos naturales Cauchos sintéticos y poliuretanos Las calidades de caucho natural son: Caucho Natural 110

Material blando de revestimiento

Caucho Natural 168 Material de alta resistencia para impulsores Caucho Natural 134

Material de alto rendimiento para revestimientos

Caucho Natural 129

Material de alto rendimiento con resistencia mecánica adicional



Estos materiales están presentes como materiales estándar en las distintas gamas de bombas. Calidades de los cauchos sintéticos: Metso puede proporcionar una amplia gama de cauchos sintéticos. Estos materiales se emplean principalmente cuando no se puede utilizar el caucho natural. En la página siguiente se proporciona un tabla con los tipos principales como guía general para la selección de elastómeros. Existen más tipos diferentes de poliuretano que tipos de acero. La comparación entre poliuretanos debe hacerse con sumo cuidado. Metso utiliza un poliuretano especial de tipo MDI. El poliuretano está disponible para la mayoría de gamas de bombas y ofrece una excelente resistencia al desgaste para las partículas más finas (3xD.N. R=2xD.N. R>10xD.N.

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0,52

0,70 0,82 1,77 0,30

2,60

- 0,37

32

0,73

0,91 1,13 2,40 0,40

3,30

- 0,49

38

0,85

1,09 1,31

2,70 0,49

3,50 1,19 0,58

50

1,07

1,40 1,67

3,40 0,55

3,70 1,43 0,73

63

1,28

1,65 1,98

4,30 0,70

4,60 1,52 0,85

75

1,55

2,10 2,50

5,20 0,85

4,90 1,92 1,03

88

1,83

2,40 2,90 5,80 1,01 6,70 1,16

-

- 1,22

100 2,10

2,80 3,40

7,60 2,20 1,40

113 2,40

3,10 3,70 7,30 1,28

125 2,70

3,70 4,30

150 3,40

4,30 4,90 10,10 1,55 18,30 3,10 2,10

200 4,30

5,50 6,40 13,10 2,40 19,80 7,90 2,70

250

5,20

6,70 7,90

17,10

3,00

21,00 10,70

3,50

300

6,10

7,90 9,80

20,00

3,40

29,00 15,80

4,10

350

7,00

9,50 11,00 23,00 4,30 29,00

400

8,20

10,70 13,00 27,00 4,90

450

9,10

500 10,30

-

- 1,58

8,20 1,43 13,10 3,00 1,77

-

4,90

-

-

5,50

12,00 14,00 30,00 5,50

-

-

6,20

13,00 16,00 33,00 6,10

-

-

7,30

* Diámetro interno Longitud en metros de tubería recta con la resistencia equivalente al caudal.

11-81

Sistemas de bombeo para lodos

Efectos del lodo en las perdidas por fricción En cuanto al rendimiento de la bomba, los lodos influyen también en las pérdidas por fricción ya que se comportan de forma diferente al agua limpia. El lodo debe tratarse como lodo con sedimentos o sin sedimentos (viscoso). A velocidades bajas, la pérdida de altura es difícil de prever y existe el riesgo real de sedimentación de sólidos y bloqueo de la tubería. Los nomogramas de velocidad mínima de la página siguiente proporcionará la velocidad mínima de seguridad. Normalmente, los lodos con un tamaño de partícula