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Bombas Centrífugas 2014
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INTRODUCCIÓN
Las bombas centrífugas, también denominadas rotativas, de gran importancia en las operaciones
industriales y en mina, tienen una gama de teoría y aplicaciones las cuales les daremos a alcanzar,
en esta oportunidad en lo que nos concierne el aspecto minero. Siendo el principal punto lasaplicaciones y utilidad que tenga en este ámbito: La Minería.
Veamos la el principal uso: El Transporte, siendo este tan importante en las operaciones mineras,
que es un punto primordial que debe estar optimizado para obtener un buen ciclo de operaciones.
En el transporte esencialmente de pulpa y agua nos introduciremos y así intentaremos rescatar la
utilidad de estos artefactos.
Trabajando así con las bombas, estas tienen sus partes, características, tipos y principios los cuales
trataremos a continuación. Estas bombas nos son las únicas que existen en el mercado, pero son
de las que mejor aporte en lo que es potencia nos garantiza.
En bombas de alta presión pueden emplearse varios rotores en serie, y los difusores posteriores a
cada rotor pueden contener aletas de guía para reducir poco a poco la velocidad del líquido. En lasbombas de baja presión, el difusor suele ser un canal en espiral cuya superficie transversal
aumenta de forma gradual para reducir la velocidad.
El rotor debe ser cebado antes de empezar a funcionar, es decir, debe estar rodeado de líquido
cuando se arranca la bomba. Esto puede lograrse colocando una válvula de retención en el
conducto de succión, que mantiene el líquido en la bomba cuando el rotor no gira. Si esta válvula
pierde, puede ser necesario cebar la bomba introduciendo líquido desde una fuente externa,
como el depósito de salida. Por lo general, las bombas centrífugas tienen una válvula en el
conducto de salida para controlar el flujo y la presión.
En el caso de flujos bajos y altas presiones, la acción del rotor es en gran medida radial. En flujos
más elevados y presiones de salida menores, la dirección de flujo en el interior de la bomba es más
paralela al eje del rotor (flujo axial). En ese caso, el rotor actúa como una hélice. La transición deun tipo de condiciones a otro es gradual, y cuando las condiciones son intermedias se habla de
flujo mixto.
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BOMBA CENTRIFUGA
La bomba centrífuga, también denominada bomba rotodinámica, es actualmente la máquina mas
utilizada para bombear líquidos en general. Las bombas centrífugas son siempre rotativas y son un
tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor . El fluido entra por
el centro del rodete, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza
centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba,
que por el contorno su forma lo conduce hacia las tuberías de salida o hacia el siguiente rodete se
basa en la ecuación de Euler y su elemento transmisor de energía se denomina impulsor rotatorio
llamado rodete en energía cinética y potencial requeridas y es este elemento el que comunica
energía al fluido en forma de energía cinética.
Las Bombas Centrífugas se pueden clasificar de diferentes maneras:
• Por la dirección del flujo en: Radial, Axial y Mixto.
• Por la posición del eje de rotación o flecha en: Horizontales, Verticales e Inclinados.
• Por el diseño de la coraza (forma) en: Voluta y las de Turbina.
• Por el diseño de la mecánico coraza en: Axialmente Bipartidas y las Radialmente Bipartidas.
• Por la forma de succión en: Sencilla y Doble.
Aunque la fuerza centrífuga producida depende tanto de la velocidad en la periferia del impulsor
como de la densidad del líquido, la energía que se aplica por unidad de masa del líquido es
independiente de la densidad del líquido. Por tanto, en una bomba dada que funcione a cierta
velocidad y que maneje un volumen definido de líquido, la energía que se aplica y transfiere al
líquido, es la misma para cualquier líquido sin que importe su densidad.
Las bombas centrífugas tienen un uso muy extendido en la industria ya que son adecuadas casi
para cualquier uso. Las más comunes son las que están construidas bajo normativa DIN 24255 (en
formas e hidráulica) con un único rodete, que abarcan capacidades hasta los 500 m³/h y alturas
manométricas hasta los 100 metros con motores eléctricos de velocidad normalizada. Estas
bombas se suelen montar horizontales, pero también pueden estar verticales y para alcanzar
mayores alturas se fabrican disponiendo varios rodetes sucesivos en un mismo cuerpo de bomba.
De esta forma se acumulan las presiones parciales que ofrecen cada uno de ellos. En este caso se
habla de bomba multifásica o multietapa, pudiéndose lograr de este modo alturas del orden de los
1200 metros para sistemas de alimentación de calderas.
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En una planta de procesamiento de minerales se emplean bombas para el movimiento de líquidos
y, lo que es más importante, para el movimiento de pulpa. Frecuentemente se tiene que bombear
pulpas a través de distancias cortas dentro de una planta. También, las colas tienen que
bombearse hasta una presa, o al interior de la mina como relleno. En algunos casos también
tienen que bombearse los concentrados. Estas pulpas son con frecuencia abrasivas y corrosivas, y
pueden contener partículas gruesas a densidades altas de pulpa.
Las bombas centrífugas verticales u horizontales son principalmente usadas para este tipo de
fines. Se obtienen en una amplia gama de capacidades, desde muy pequeñas hasta mayores de
1000 m3/seg. La bomba centrífuga está formada por un impulsor y una carcasa.
Se produce varios tipos de diseños de impulsores. Los impulsores de mayor diámetro se emplean
con las pulpas para reducir la velocidad de operación, y por tanto para minimizar el desgaste. Los
conductos de paso por el impulsor y entre el impulsor y la carcasa de voluta, deben ser
suficientemente grandes para que pase la partícula más grande y también para evitar velocidades
internas excesivas que ocasionan mayor desgaste. Cuando se utiliza con pulpas, es práctica común
revestir de caucho tanto el impulsor como la carcasa; el recubrimiento es normalmentereemplazable.
Bomba Centrifuga
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CARACTERISTICAS:
Las bombas centrífugas se suelen definir por las cuatro características siguientes:
- Capacidad o cantidad de fluido descargado en la unidad de tiempo.
- Aumento de presión designado comúnmente con el término de carga (que es la energía
proporcionada al fluido por unidad de masa, y se obtiene dividiendo el aumento de presión por el
peso específico del fluido).
- Potencia que es la energía consumida por la máquina en la unidad de tiempo.
- El rendimiento es energía cedida al fluido, dividida por la energía total absorbida por la máquina.
PRINCIPIOS BASICOS
El principal fenómeno físico de transferencia de energía es el efecto centrífugo ejercido sobre el
fluido. Adicionalmente, el efecto de la forma de la voluta o carcaza sobre el fluido es la
transformación de energía (de cabeza de velocidad a cabeza de presión) por el fenómeno de
continuidad, también contribuye al aumento del nivel energético del fluido en la descarga de la
bomba.
Arreglo Impulsor-Voluta.
El nivel energético del fluido en cualquier punto (*) está dado por la expresión:
http://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtml
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Caudal
Cantidad de líquido (en volumen o en peso) que se debe bombear, trasladar o elevar en un cierto
intervalo de tiempo por una bomba: normalmente expresada en litros por segundo (l/s), litros por
minuto (l/m) o metros cúbicos por hora (m³/h). Símbolo: q.
Altura de elevación
Altura de elevación de un líquido: el bombeo sobre entiende la elevación de un líquido de un nivel
más bajo a un nivel más alto. Expresado en metros de columna de líquido o en bar (presión). En
este último caso el líquido bombeado no supera ningún desnivel, sino
que va erogado exclusivamente a nivel del suelo a una presión determinada. Símbolo: h.
Curva de prestaciones.
especial ilustración gráfica que explica las prestaciones de la bomba: el diagrama representa la
curva formada por los valores de caudal y de altura de elevación, indicados con referencia a un
determinado tipo de rodete diámetro y a un modelo específico de bomba.
Bajo nivel
Especial instalación de la bomba, colocada a un nivel inferior al de la vena de la cual se extrae el
agua: de esta manera, el agua entra espontáneamente en la bomba sin ninguna dificultad.
Cebado
Llenado de la bomba o de la tubería para quitar el aire presente en ellas. En algunos casos, se
pueden suministrar, también, bombas autocebadas, o sea, dotadas de un mecanismo automático
que facilita el cebado y por lo tanto la puesta en marcha de la bomba, lo cual sería imposible de
otra manera, y además muy lento.
Cavitación
Fenómeno causado por una inestabilidad en el flujo de la corriente. La cavitación se manifiesta con
la formación de cavidad en el líquido bombeado y está acompañada por vibraciones ruidosas,
reducción del caudal y, en menor medida, del rendimiento de la bomba. Se provoca por el pasaje
rápido de pequeñas burbujas de vapor a través de la bomba: su colapso genera micro chorros que
pueden causar graves daños.
Pérdidas de carga
Pérdidas de energías debidas a la fricción del líquido contra lasparedesde la tubería, proporcionales al largo de éstas. También son
proporcionales al cuadrado de la velocidad de deslizamiento y variabilidad en relación con la
naturaleza del líquido bombeado. Cada
vez que disminuye el deslizamiento normal del fluido movido representa una posibilidad de
pérdidas de carga como los bruscos cambios de dirección o de sección de las tuberías. Para lograr
en la bomba un correcto dimensionamiento, la suma
detales pérdidas se debe agregar a la altura de elevación prevista originariamente.
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Sello mecánico
Sello mecánico para ejes rodantes. Usado en todos los casos en que no se puede permitir goteo
alguno externo de líquido. Está compuesto por dos anillos con superficie plana, una fija y otra
rodante: las dos caras están prensadas juntas de manera que dejan sólo una finísima película
hidrodinámica formada por líquido que se retiene para que funcione como lubricante de las partes
que se deslizan.
Viscosidad
Se trata de una característica del fluido bombeado: representa su capacidad de oponerse al
desplazamiento. La viscosidad varía según la temperatura.
Peso específico
Cada fluido tiene una densidad característica. El agua, que se usa
como término de comparación, convencionalmente tiene un peso específico (o densidad) de 1 (a
4°c y a nivel del mar). El peso específico representa el valor usado para comparar el peso de uncierto volumen de líquido con el peso de la misma cantidad de agua.
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO
Bomba centrífuga es la que aprovecha el movimiento de rotación de una rueda con paletas
(rodete) inserida en el cuerpo de la bomba misma. El rodete,
alcanzando alta velocidad, proyecta hacia afuera el agua anteriormente aspirada gracias a la
fuerza centrífuga que desarrolla, encanalando el líquido en el cuerpo fijo y luego en el tubo deenvío.
Las bombas centrífugas son máquinas denominadas "receptoras" o "generadoras" que se emplean
para hacer circular un fluido en contra de un gradiente de presión. Para que un fluido fluya desde
donde hay mayor presión hasta donde hay menos presión no se necesita ningún gasto de energía
(Por ejemplo: un globo desinflándose, o un líquido desplazándose desde donde la energía
potencial es mayor hasta donde es menor) pero, para realizar el movimiento inverso, es necesaria
una bomba, la cual le comunica al fluido energía, sea de presión, potencial o ambas. Para esto,
necesariamente se tiene que absorber energía de alguna máquina motriz, ya sea un motor
eléctrico, uno de combustión interna, o una turbina de vapor o gas, etc.
No obstante, decir que una bomba "genera presión" es una idea errónea aunque ampliamente
difundida. Las bombas están capacitadas para vencer la presión que el fluido encuentra en la
descarga impuesta por el circuito. Piénsese en un compresor de llenado de botellones de aire
comprimido para arranque de motores navales: El botellón en un principio está a presión
atmosférica, y por ende la presión que debe vencer el compresor es sólo la representada por las
caídas de presión en la línea, el filtro, los codos y las válvulas. No obstante, a medida que el
botellón de aire comprimido se va llenando, es necesario también vencer la presión del aire que se
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fue acumulando en el mismo. Un ejemplo más cotidiano es el llenado de un globo o de un
neumático.
Como anteriormente se ha mencionado, las bombas centrífugas están dotadas principalmente de
un elemento móvil: el rotor, o rodete, o impulsor. Es el elemento que transfiere la energía que
proporciona el motor de accionamiento al fluido. Esto sólo se puede lograr por un intercambio deenergía mecánica y, en consecuencia, el fluido aumenta su energía cinética y por ende su
velocidad. Además, por el hecho de ser un elemento centrífugo, aparece un aumento de presión
por el centrifugado que se lleva a cabo al circular el fluido desde el centro hasta la periferia. Una
partícula que ingresa y toma contacto con las paletas en 1 comenzará a desplazarse, idealmente,
contorneando la paleta (En realidad, esto sería estrictamente cierto si hubiera un número muy
alto de paletas, más adelante se detalla que sucede cuando hay pocas) Como al mismo tiempo que
se va separando del eje el impulsor rota, la partícula a cada instante aumenta su radio y se mueve
en el sentido de la rotación (Anti horario en el ejemplo), por lo que su trayectoria, vista desde el
exterior, resultará una espiral como la ilustrada en punteado, y saldrá luego por 2.
Desplazamiento de una partícula al ingresar por el centro del rodete de una bomba centrifuga.
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Si se observase todo este proceso acompañando el movimiento de la paleta, se notaría que la
partícula todo lo que hace es realizar un trayecto coincidente con el perfil de la paleta. Esto implica
que para medir el movimiento del fluido se tendrá velocidades medidas desde el rotor, es decir,
velocidades relativas, y aquellas medidas desde un punto fijo, es decir, velocidades absolutas. La
relación entre ambas es la denominada "Velocidad de arrastre", que es la del móvil (También
"periférica")
La notación más extendida es la siguiente:
Velocidad absoluta: C
Velocidad relativa: w
Velocidad de arrastre: u
Como se requieren referencias angulares, se estableció la siguiente convención:
α: ángulo entre la velocidad absoluta C y la dirección de u
β: ángulo entre la velocidad relativa w y la dirección de u
En lo que al funcionamiento respecto, el fluido ha ganado energía cinética en el rotor, absorbiendo
energía del motor propulsor, y además ha ganado en energía de presión por el efecto de
centrifugado.
El exceso de energía cinética a la salida del impulsor (algo de energía cinética se requiere para que
el fluido salga de la máquina y circule) conviene convertirlo en energía de presión. Para esto se
utiliza la zona fija que sigue a la móvil. En el estator, carcaza o cuerpo (de la bomba o del
compresor) hay una parte diseñada para trabajar como difusor, es decir, convertir energía cinéticaen presión. Esto se logra diseñando un sector divergente. Por la presencia de esta porción de área
creciente, la velocidad necesariamente debe disminuir para que se cumpla la ecuación de
continuidad o de conservación del caudal. Y si se analiza con la ecuación de Bernoulli, como las
variaciones de energía potencial son nulas o casi nulas, la disminución de energía cinética se
transforma necesariamente en un aumento de presión.
En la mayoría de las bombas, la zona divergente se ubica antes de la boca de salida, y consiste en
un tramo troncocónico divergente (a), lo cual constituye una solución económica y bastante
eficiente. Cuando se requiere acentuar la reconversión de energía cinética en presión, puede
haber una corona de paletas difusoras, como se muestra en (b). Esta solución se ve en los
turbocompresores centrífugos, y también en algunas bombas.
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BOMBA CENTRIFUGA HORIZONTAL
La disposición del eje de giro horizontal presupone que la bomba y el motor se hallan a la misma
altura; éste tipo de bombas se utiliza para funcionamiento en seco, exterior al líquido bombeado
que llega a la bomba por medio de una tubería de aspiración. Las bombas centrífugas, sin
embargo, no deben rodar en seco, ya que necesitan del líquido bombeado como lubricante entre
aros rozantes e impulsor, y entre empaquetadura y eje.
Como no son auto aspirantes requieren, antes de su puesta en marcha, el estar cebadas; esto no
es fácil de conseguir si la bomba no trabaja en carga, estando por encima del nivel del líquido, que
es el caso más corriente con bombas horizontales, siendo a menudo necesarias las válvulas de pie,
(aspiración), y los distintos sistemas de cebado.
Como ventajas específicas se puede decir que las bombas horizontales, (excepto para grandes
tamaños), son de construcción más barata que las verticales y, especialmente, su mantenimiento y
conservación es mucho más sencillo y económico; el desmontaje de la bomba se suele hacer sin
necesidad de mover el motor y al igual que en las de cámara partida, sin tocar siquiera las
conexiones de aspiración e impulsión.
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BOMBA CENTRIFUGA VERTICAL
Bombas verticales.- Las bombas con eje de giro en posición vertical tienen, casi siempre, el motor
a un nivel superior al de la bomba, por lo que es posible, al contrario que en las horizontales, que
la bomba trabaje rodeada por el líquido a bombear, estando, sin embargo, el motor por encima de
éste.
Podemos diferenciar dentro de las bombas centrífugas de eje vertical, dos tipos:
1. Bombas verticales de funcionamiento en
seco.- En las bombas verticales no sumergidas, el
motor puede estar inmediatamente sobre la bomba,
o muy por encima de ésta, figura 7.9. El elevarlo
responde a la necesidad de protegerlo de una posible
inundación o para hacerlo más accesible si, por
ejemplo, la bomba trabaja en un pozo.
El eje alargado puede ser rígido o flexible por medio
de juntas universales, lo que simplifica el siempre
difícil problema del alineamiento. Se emplean muy a
menudo las mismas bombas horizontales modificadas
únicamente en sus cojinetes.
La aspiración es lateral, (horizontal); en las bombas
grandes, frecuentemente, es por abajo, aunque a
veces se transforma en lateral mediante un simple
codo.
La ventaja de las bombas verticales, es que requieren
muy poco espacio horizontal que las hace
insustituibles en barcos, pozos, etc; sin embargo se
necesita un espacio vertical superior suficiente para
permitir su cómodo montaje y desmontaje.
Para bombas de gran caudal, la construcción vertical
resulta en general más barata que la horizontal. Las
bombas verticales se emplean normalmente en
aplicaciones marinas, para aguas sucias, drenajes,
irrigación, circulación de condensadores, etc.
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2. Bombas verticales sumergidas (de funcionamiento mojado).- El funcionamiento
sumergido de las bombas centrífugas elimina el
inconveniente del cebado, por lo que el impulsor se
halla continuamente, aún parado, rodeado por el
líquido a impulsar y, por lo tanto, la bomba está en
disposición de funcionar en cualquier momento. El
control de la unidad requiere únicamente la puesta en
marcha del motor de accionamiento, sin necesidad de
dispositivos adicionales de cebado previo. La
aspiración, que es siempre por abajo, figura 7.10, se
hace a una cierta profundidad con respecto al nivel
libre del líquido.
Si esta profundidad es menor de lo debido, 2 ó 3 vecesel diámetro del orificio de aspiración, se pueden crear
en la superficie vórtices o remolinos por cuyo centro se
introduce aire en la bomba, con la consiguiente
pérdida de caudal y deficiente funcionamiento.
El eje del que van provistas estas bombas, va guiado
normalmente por cojinetes de fricción separados a
intervalos regulares (de 1,5 a 3 metros) y lubricados
por aceite, grasa, o el mismo líquido bombeado; en
este último caso, el eje se suele disponer en el interior
de la tubería de impulsión vertical, cerca del motor, en
que ésta se desvía horizontalmente mediante un codo
adecuado.
En los casos de lubricación por grasa o aceite, el eje va
dentro de un tubo portador de los cojinetes, siendo
este conjunto, a su vez, exterior o interior a la tubería
de impulsión.
La otra solución tiene la ventaja de requerir un menor espacio, siendo en ambos casos innecesaria
la empaquetadura, lo que constituye también una circunstancia muy favorable, dados los
inconvenientes que ésta lleva a veces consigo.
Las bombas sumergidas tienen la ventaja de ocupar un espacio horizontal mínimo, sólo el
necesario para acomodar el motor vertical y la impulsión, siendo incluso ésta a veces subterránea.
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Las ventajas hidráulicas son evidentes al desaparecer todos los problemas de aspiración que
constituyen el principal inconveniente en el funcionamiento de las bombas centrífugas.
Desde un punto de vista mecánico, esta disposición presenta grandes inconvenientes con respecto
a la horizontal. Las bombas son inicialmente más caras y su mantenimiento mucho más elevado,ya que cualquier reparación exige el desmontaje de la bomba para izarla a la superficie.
El eje alargado, somete a los cojinetes a un trabajo duro que sobre todo, si están lubricados por
agua o líquidos sin grandes propiedades lubricantes, hace que su vida sea corta e imprevisible.
Los tipos más importantes de bombas centrífugas verticales sumergidas son las bombas de turbina
verticales o de pozo profundo que fueron desarrolladas para la explotación de pozos,
perforaciones y sondeos de diámetro reducido. Esta circunstancia limita forzosamente la altura
por etapa, lo que conduce al concepto de bombas multicelulares para reducir el espacio.
El impulsor de aspiración simple, puede ser radial o diagonal, según las condiciones de servicio y
su construcción cerrada o semiabierta. Los impulsores semiabiertos, sin embargo, aparte de su
mayor empuje axial, hasta el 50% mayor, requieren un ajuste vertical más cuidadoso durante el
montaje.
El conjunto de difusores del cuerpo de bomba y la tubería de impulsión, cuelgan del cabezal sobre
el que va montado el motor, constituyendo el codo de desviación de la impulsión. A veces, los
difusores se recubren interiormente de un esmalte especial que disminuye la rugosidad de la
fundición y las pérdidas hidráulicas consiguientes, aumentando el rendimiento, dotando de una
cierta uniformidad a las distintas unidades, lográndose una mejor resistencia a la corrosión y a laabrasión.
La construcción de estas bombas permite montar el número de etapas deseado, que puede llegar
a 20 o más, añadiendo simplemente difusores e impulsores semejantes uno sobre otro, lo que
dota de cierta elasticidad a las aplicaciones, con las consiguientes ventajas de estandarización,
disponibilidad de repuestos, etc; no obstante, estas bombas participan de las desventajas
mencionadas para las bombas verticales sumergidas, de ser caras y exigir unos costes de
mantenimiento elevados.
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Las bombas verticales de turbina han llegado a un grado de perfección notable con rendimientos
altos y determinadas ventajas hidráulicas; aunque empezaron siendo empleadas exclusivamente
para riegos en pozos y perforaciones, sus aplicaciones industriales aumentan cada vez más, siendo
en la actualidad más numerosas que las agrícolas, por lo que la denominación de bombas de pozo
profundo va desapareciendo para adaptarse a la de bombas de turbina vertical.
Dentro de este tipo se pueden distinguir las bombas provistas de eje alargado y accionadas por
motor sumergible dispuesto inmediatamente por debajo de la bomba o bombas buzo.
a) Bombas de turbina verticales de motor normal superior.- En estas bombas, el eje va por
el interior de la tubería de impulsión, desnudo si la
lubricación es por aceite, o dentro de un tubo protector si la
lubricación es por agua de una fuente externa, figura 7.11.
El conjunto de impulsores y eje soportado por los cojinetesde empuje están colocados en el mismo cabezal o en la parte
superior del motor, si su eje y el de la bomba están
rígidamente acoplados (motores de eje hueco).
Con estas bombas se pueden alcanzar unos 200 m.c.a., pero
los problemas que ocasiona cualquier imperfección en la
rectitud del eje, que influye en gran manera en la vida de los
cojinetes y en la vibración del funcionamiento, crecen
enormemente con la longitud del eje. Se puede considerar
que la seguridad del eje es proporcional a su rigidez o
resistencia a la flexión viniendo dada por el factor D4/L3,
siendo D el diámetro del eje y L su longitud.
b) Bombas de turbina verticales de motor sumergido (electrobombas o bombas buzo).-
Con objeto de evitar las desventajas que se derivan de la excesiva longitud del eje, en las bombas
sumergidas se han desarrollado motores eléctricos capaces de funcionar a su vez rodeados de
líquido y de dimensiones tales que les permite ir montados en el interior del pozo, figura 7.12.
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De esta forma, colocando los motores inmediatamente por debajo de la bomba, desaparece la
necesidad del eje, cojinetes y tubo protector, por lo que la columna puede ser de menor diámetro
para pérdidas de carga semejantes.
Los motores pueden ser de funcionamiento en seco con cierre hermético, o inundados, en cuyocaso los aislamientos han de tener características muy especiales. Las ventajas del motor
sumergido se hacen apreciables, sobre todo, en pozos muy profundos de más de 30 m, o bien
inclinados o curvados. El espacio requerido en la superficie es, evidentemente mínimo e incluso
nulo con descarga subterránea.
Las desventajas son un menor rendimiento y menor vida del motor y la necesidad ineludible del
desmontaje total para cualquier revisión o reparación de la bomba o del motor.
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ELEMENTOS DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA
Los elementos constructivos que la conforman son:
Partes de una bomba centrífuga
a) Una tubería de aspiración
b) El impulsor o rodete, formado por una serie de álabes de diversas formas que giran dentro de
una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte móvil de la bomba.
c) Difusor , El difusor junto con el rodete, están encerrados en una cámara, llamada carcasa o
cuerpo de bomba. El difusor está formado por unos álabes fijos divergentes, que al incrementarse
la sección de la carcasa, la velocidad del agua irá disminuyendo lo que contribuye a transformar la
energía cinética en energía de presión, mejorando el rendimiento de la bomba.
d) Eje, El eje de la bomba es una pieza en forma de barra de sección circular no uniforme que se
fija rígidamente sobre el impulsor y le transmite la fuerza del elemento motor. Las bombas
centrífugas para agua se clasifican atendiendo a la posición del eje en bombas de eje horizontal y
bombas de eje vertical.
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APLICACIONES EN MINERIA
Las Bombas Centrifugas son de gran utilidad en la minería ara el transporte de agua y pulpa, lo
cual las convierte en una herramienta de transporte esencial en el desarrollo de las actividades
mineras. En las aplicaciones mineras, unas bombas de alta presión especialmente robustas y
capaces de funcionar a baja velocidad son de gran ayuda a la hora de transportar lodos abrasivos
de minerales metalúrgicos. Además, con una vida de servicio muy respetable.
Se emplean como bombas de alimentación a filtros prensa, reactores o autoclaves, como bombas
de transporte de lodos y relaves de minería, y en aplicaciones mineras de deshidratación y relleno.
Los lodos ácidos de los minerales de las minas de níquel, cobre y oro suponen un desafío especial.
Para estas aplicaciones, las bombas en las que las partes en contacto con el medio deben estar
fabricadas con acero inoxidable o acero inoxidable dúplex.
Siendo de gran importancia el aspecto del transporte, estudiaremos métodos aplicativos con los
cuales descubriremos más de las aplicaciones de las bombas en minería.
Cuando las condiciones topográficas no son adecuadas (pendientes en contra del flujo, distancias
muy grandes, etc.), se requiere mover la pulpa con un sistema de bombeo. Las bombas utilizadas
para esto son de características distintas a las bombas para agua pura, dada la alta densidad,
viscosidad y abrasividad de la pulpa. Las bombas más utilizadas son:
Bombas centrífugas
Bombas de desplazamiento positivo (plunger y pistón)
Estas bombas son las bombas más utilizadas sobre todo para distancias cortas o circuitos de
planta. Son similares a las bombas de agua pero están revestidas interiormente con goma,
materiales sintéticos, poliuretano o hechas con aleaciones con níquel.
Características principales:
Altura de impulsión < 60 m
La presión de varias bombas en serie no deben superar los 600 psi.
Velocidad periférica del rodete del impulsor límite 25 m/s (600 a 1800rpm)
Hay que considerar en su selección los efectos de pérdida de eficiencia por contenido de sólidos
BOMBAS DE PULPA: Altura de Impulsión (H)
La Altura de Impulsión (H), se define como la sumatoria de las pérdidas de carga por fricción, por
singularidades y por desnivel geométrico.
H = Hf + Hs + Hg
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En el cálculo de bombas la altura de impulsión considera también otras pérdidas de carga como
son por: presión, velocidad y succión.
En el caso de trabajar con pulpas hay que considerar lo siguiente:
Determinar la altura de la pulpa como si fuera agua.
Corregir la altura de impulsión de la pulpa por el factor HR = RSP = Jm/Jo.
BOMBAS DE PULPA: Correcciones a Altura de Impulsión (H)
Los catálogos de bombas de pulpa presentan las curvas de funcionamiento para agua pura por lo
cual éstas deben ser corregidas para las características de la pulpa a impulsar.
Para las bombas centrífugas se considera lo siguiente:
Ecuación General:
( ) =()
Donde HR < 1
Para determinar HR se pueden utilizar diversos métodos empíricos
MODELO DE MC ELVAIN Y CAVE:
= −
Donde K se obtiene de un ábaco parametrizado por la gravedad específica de los sólidos (S). Ver
figuras
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MAC ELVAIN Y CAVE DETERMINACIÓN DE HR
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MODELO DE SILLGREN:
La ecuación es más rigurosa y tiene la siguiente forma:
= −
Dónde:
=.
.(−).
.
Válido para concentraciones de sólidos en volumen sólo hasta 20%
Cálculo de Altura de Impulsión corregida Hw [m.c.a]:
=
Dónde:
HT = altura de impulsión en [m.c.p]
HR = RSP = factor de corrección por efecto de sólidos en la pulpa
HR (d50, S, Cp.)
d50 = diámetro medio de partículas a transportar [mm]
S = gravedad específica de los sólidos.
Cs = coeficiente de seguridad;
0,9 pulpa no espumosa (relaves)
0,7 pulpa espumosa (concentrados
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Altura de Impulsión con pulpa, HT (mcp):
= + + + + −
Dónde:
Hf = pérdida de carga friccional, J L.
HS = pérdida de carga por singularidades.
HG = pérdida de carga por diferencia de cota (Zf – Zi).
Hi = pérdida de admisión desde el estanque de bombeo a la tubería de
Aspiración (0,5 v2/2g).
Hsuc = altura estática de succión.
HP = altura de presión en el sistema de ciclonaje. Si se descarga a la
Atmósfera HP se omite y se usa He, que corresponde a la pérdida a la
Salida de la tubería v2/2g)
Potencia Consumida PM (potencial final requerida, HP):
=
PB = potencia de bombeo [HP]
T = eficiencia motor-transmisión = 0,92.
Potencia de Bombeo, PB (HP):
=
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PT = potencia teórica [HP]
R = eficiencia real de la bomba funcionando con pulpa
R = C HR Cs
Potencia teórica PT (Hp):
=
75
Dónde:
T = densidad de la pulpa [t/m3]
QT = caudal de pulpa [l/s]
C = eficiencia de catálogo, C (QT, Hw)
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Altura Neta Positiva de Aspiración (NPSH)
Dentro de los cálculos que hay que realizar para el dimensionamiento de una bomba está el de
determinar la altura neta positiva de aspiración, si no se considera pueden existir problemas de“cavitación”.
La cavitación ocurre cuando la presión absoluta del líquido en algún punto desciende a valores
menores que la presión de vapor.
La presión de vapor corresponde a la presión absoluta a la cual el líquido hierve y forma burbujas
de vapor, las cuales al pasar a zona de mayor presión revientan generando ruidos, movimiento y
otros fenómenos en la las bombas y tuberías.
A 20ºC la presión de vapor es 0,25 mca
A 100ºC la presión de vapor es 10,34 mca = 1 atmósfera (Kgf/cm2)
NPSH
En una bomba centrífuga, corresponde a la energía mínima neta (expresada en metros de agua
sobre la presión atmosférica) que debe tener el fluido en la admisión del rodete con el fin de evitar
la cavitación.
= −
+ − −
Dónde:
Pa = presión atmosférica (kgf/m2).
Pv = presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo (kgf/m2).
T = peso específico de la pulpa,(kgf/m3).
ZS = altura estática: (+) para aspiraciones positivas (bomba sobre la superficie libre del
líquido aspirado). (-) en caso contrario, aspiración negativa.
Hf y HS corresponden a las pérdidas friccionales y por singularidades respectivamente.
La NPSHd disponible debe ser mayor a la NPSH a la requerida por la bomba (de catálogo) con el fin
de evitar cavitación.
NPSHd > NPSH
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Para tener una visión de la importancia de las bombas en el aspecto de la minería,
mostraremos un esquema real, trabajado con ejemplos suministrados de una tesis.
En la construcción de una planta de relleno hidráulico se necesitará de la acción de bombas para el
transporte rápido y eficiente de pulpa y agua.
Formulación de la hipótesis
La construcción de la planta de relleno hidráulico San Andrés 100% relave reducirá notablemente
los costos de operación, eliminando el transporte de arena y relave, prescindiendo de las
maquinarias pesadas (volquetes, cisternas y cargador frontal).
Procedimientos del trabajo
Determinado los parámetros y propiedades del material a utilizar para preparar la pulpa, se hace
un diseño general para la construcción de la planta de “San Andrés”.
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De esta metodología, rescataremos lo que corresponde a bombas centrifugas:
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Cálculo de equipos de bombeo para pulpa y agua
Recepción de relave total
El relave total llega desde Planta de Beneficio, cota 3943 (cota máxima de bombeo en Planta de
Beneficio) recorriendo 750 m por tubería de HDPE SDR 17 Ø6”, hasta el cajón receptor de la
Bomba (BP1) cota 3918 en la Planta San Andrés 100% Relave.
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Nota: La Bomba de Pulpa de Recepción (BP1) SRL-C 8”x6”x18” a 912 rpm, motor de 50 HP, debe
incluir su respectivo variador de frecuencia, controlado por un censor de nivel de altura hasta 2 m
que tiene como objetivo minimizar posibles derrames por variación en el flujo enviado desdePlanta de Beneficio.
Retorno del OVER FLOW al espejo de relavera
El flujo clasificado del cicloneado con partículas por debajo de 200m con una densidad promedio
de 1,100 gr/lt y un caudal Q= 70m3/hr son bombeados al espejo de agua en la Relavera.
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Nota: La Bomba de Pulpa de Retorno del Rebose (BP2) SRL-C 8x6x18 a 936 rpm, motor de 50 hp,
debe incluir su respectivo variador de frecuencia, controlado por un censor de nivel de altura,
hasta 2 m. Objetivo minimizar posibles derrames por variación en el flujo enviado desde Planta de
Beneficio.
Bomba vertical para pulpa (derrames - contingencias)
Se requiere una Bomba Vertical, para el bombeo de derrames de pulpa acumulados en la cisterna
de concreto con capacidad de 30m3 al Silo principal de 340 m3.
Para bombear los derrames de pulpa desde la cisterna al silo de 340 m3 se selecciona una bomba
para pulpa Vertical de 3 1/2" a 1080 RPM y motor 20 HP a 1760 RPM, 3x440 VAC, ADT = 62.8 pies.
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Cálculo de bomba horizontal para inyectores de agua
Es necesario utilizar una bomba para inyectar agua al silo de 340m3 para diluir el relave mediante
los 24 pitones que están separadas en 3 divisiones.
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Se requiere, una bomba centrifuga horizontal de 5.68 Lt/seg o 90 gpm, ADT = 85m, trabajo a 4000
msnm, tensión de trabajo 3x440 VAC
BOMBAS EN OPERACIONES MINERASHoy en día las bombas se han convertido en un elemento vital en las operaciones mineras para el
transporte de fluidos, el cual engloba diversos productos empezando por un elemento vital como
es el agua hasta líquidos con características y propiedades especiales que requieren también de
equipamiento adecuado para su manejo en recepción, transporte, procesamiento, y
dosificación en los diversos procesos con equipos que aseguren su optimo desempeño y larga vida
útil.
Los usuarios de bombas en operaciones mineras son muy exigentes en sus requerimientos pues
las condiciones a las que se enfrentan son también de mucha exigencia por el ambiente, ubicación
de la operación, altos costos por paradas, el impacto ambiental y a la comunidad que pueda
ocasionar la mala operación y uso de los equipos que se cuentan. Dividiremos en 3 niveles las
aplicaciones de las bombas en la minería:
EXTRACCIÓN DEL MINERAL Y TRUCK SHOOP
En esta parte del proceso se debe de mover gran cantidad de agua ya sea para drenar las
escorrentías generadas por las filtraciones en minas subterráneas o desplazar pequeños charcos
generados por las lluvias en minas de cielo abierto por lo que podemos usar las BOMBAS DE
PROCESO PEERLESS de turbina vertical (VTP), Carcaza partida AE o de eje horizontal ANSI, la
utilización de una de estas opciones va a depender de factores críticos como son espacio, tipo de
succión, facilidad de mantenimiento, NPSH y lo principal robustez y confiabilidad del equipo que
genere beneficios como el ahorro en tiempos por parada y mantenimiento. Las bombas de
proceso son equipos diseñados para las altas exigencias que demanda el sector minero y su
aplicación se extiende a manejo de agua, solución barren, solución cianurada, solución rica,
productos químicos y ácidos, combustibles como el diesel #2 o gasolina y todo producto y
aplicación donde las pérdidas y mantenimiento sean un factor diferencial del equipo. En esta parte
del proceso no debe de escapar mencionar la operación en los talleres de mantenimiento dela
maquinaria pesada que realizara los trabajos de extracción por lo que con las bombas de
engranajes VIKING PUMP puede manejar los lubricantes que usan estos gigantescos equipos y conlas bombas neumáticas SANDPIPER se puede transferir y recepcionar los fluidos de acuerdo a los
requerimientos por parte de la mina los lubricantes y combustibles.
http://www.horizonteminero.com/artnegocios/negocios-1/2762-bombas-en-operaciones-mineras.htmlhttp://www.horizonteminero.com/artnegocios/negocios-1/2762-bombas-en-operaciones-mineras.html
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PROCESAMIENTO DEL MINERAL
Esta parte del proceso se da cuando los minerales deben ser tratados en un circuito para obtener
el producto final o el concentrado para ser exportado y comercializado. En mineras de oro y plata
se pueden usar las bombas de proceso PEERLESS serie ANSI, Carcaza partida serie AE o VTP paraenviar la solución cianurada y solución rica al proceso de filtración merril crowe u otro de
recuperación. En minas de cobre, zinc y polimetálico comúnmente se usan las bombas de slurry
(lodo) con % de sólidos de hasta el 50% con lo que hay que usar bombas revestidas internamente
con caucho nitrilico ó componentes de contacto y desgaste duras para alargar la vida de la bomba.
Lo más importante en este proceso de recuperación de mineral sea oro, plata, zinc, etc. es el
suministro de químicos que generen las propiedades requeridas en los procesos de flotación,
cianuración, lixiviación, etc., para ello se cuenta con bombas dosificadoras de acuerdo a las
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características del producto con lo que podemos usar las bombas PULSAFEEDER electromagnéticas
y mecánicas o bombas de tornillo NETZSCH que suministran de modo controlado los productos
químicos como ácido sulfúrico, MIBC, Xantato, Sulfato de cobre, cianuro, hipoclorito de sodio y
calcio, peróxido de hidrogeno, polímero floculante, etc.
En la recepción y trasvase de todo líquido químico con propiedades ácidas, básicas y nocivas para
la salud humana pueden ser manejadas con bombas centrifugas PEERLESS serie ANSI con
materiales desde el hierro dúctil, acero y acero inoxidable, mientras que en bombas especiales se
puede usar las bombas neumáticas de doble diafragma operadas por aire SANDPIPER, en
materiales se cuenta con cuerpo en polipropileno y KYNAR, acero inoxidable, ambas opciones con
los diafragmas en buna, santoprene, teflón, etc. según aplicación y compatibilidad con los
productos químicos.
TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS
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Toda operación minera genera y trata los residuos o derivados del proceso de recuperación del
mineral de modo que no ocasione un impacto ambiental que derive en sanciones y hasta el cierre
de sus operaciones, para esto es importante contar con equipamiento confiable que atenúe al
mínimo las emisiones líquidas que distorsionen el equilibrio ambiental y de la comunidad aledaña
a la operación.
Para el bombeo de agua de recirculación en las represas de relaves mineros se pueden usar las
bombas de proceso PEERLESS en turbina vertical VTP y carcaza partida serie AE que generan altos
caudales y presiones con buenos NPSH según lo requiera la aplicación, también el bombeo de
agua para regar los terrenos donde ya se haya dejado de explotar por la baja ley de mineral o los
PAD´S que ya cumplieron su ciclo y deben de ser reubicados. Para el tratamiento de agua que es
derivada a los ríos aledaños, frecuentemente se usan bombas de tornillo NETZSCH para
dosificación de polímero floculante que tiene la propiedad de hacer que sedimenten los sólidos y
el agua a derivar sea lo menos turbia posible, o sea utilizada para consumo de comunidadesaledañas (se dosifica hipoclorito de sodio o calcio con bomba dosificador PULSAFEEDER inyectando
una porción de cloro).
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CONCLUSIONES
Una bomba centrífuga es un tipo de bomba hidráulica que transforma la energia mecánica de un
impulsor rotatorio en energia cinetica y potencial requeridas. La fuerza centrífuga producida
depende tanto de la velocidad en la periferia del impulsor como de la densidad del líquido, siendo
la energía aplica por unidad de masa del líquido, independiente de la densidad del líquido.
REFERENCIAS
Web:
http://www.horizonteminero.com/artnegocios/negocios-1/2762-bombas-en-operaciones-
mineras.html
http://bombasdepulpas.blogspot.com/
http://www.flowserve.com/
Libros:
Viejo Zubicaray. “BOMBAS: Teoría, diseño y aplicaciones”. Editorial Limusa, México, 1997
Theodore Baumeister, Eugene A. Avallone, Theodore Baumeister III. “Marks Manual del Ingeniero
Mecánico”. Octava Edición. Editorial McGraw Hill, México, 1984
http://www.horizonteminero.com/artnegocios/negocios-1/2762-bombas-en-operaciones-mineras.htmlhttp://www.horizonteminero.com/artnegocios/negocios-1/2762-bombas-en-operaciones-mineras.htmlhttp://bombasdepulpas.blogspot.com/http://www.flowserve.com/http://www.flowserve.com/http://bombasdepulpas.blogspot.com/http://www.horizonteminero.com/artnegocios/negocios-1/2762-bombas-en-operaciones-mineras.htmlhttp://www.horizonteminero.com/artnegocios/negocios-1/2762-bombas-en-operaciones-mineras.html