EVALUACION TOTAL DE LA BOMBA DE PULPA J. David Pandelis Gerente Regional - Sureste de EE.UU. y Sudamérica Metso Minerals, Inc. – División Bombas de Pulpa 900 North 38th Street Birmingham, Alabama, U.S.A. 35222 Oficina: (205) 599-6651 Celular: (205) 542-5320 Fax: (205) 599-6610 E-Mail: dave.pandelis@metso.com ThePumpMan@att.net Autor Correspondiente Patricio Mújica Gerente Línea de Negocios - Bombas Metso Minerals (Chile) S.A. 2758 Los Conquistadores Santiago, Chile Oficina: 2-370-2030 Celular: 9-158-9706 Fax: 2-370-2002 E-Mail: patricio.mujica@metso.com Abstracto Los factores importantes relacionados con el diseño hidráulico de las bombas de pulpa de proceso serán desarrollados en este documento señalando su importancia en el costo efectivo final (US$/Ton) lo que incluye lo especificado a continuación: 1. Consideraciones del diseño hidráulico para bombas de pulpa centrifugas Desarrollo de una curva de rendimiento eficiente basada en agua ¿Cómo aplicar factores de corrección a la eficiencia sobre una curva de rendimiento en agua? ¿Cómo afecta la eficiencia hidráulica al requerimiento de energía para la bomba de pulpa? Cálculo simple de los HP al freno requerido para una bomba de pulpa 2. Rango de velocidad de la pulpa al interior de la bomba de pulpa Variables en el sistema que afectan la velocidad de la pulpa en la succión y sus consecuencias. · Recomendaciones en relación a NPSHA vs. NPSHR · Cálculo simple del área para el diámetro de la tubería y cálculo de la velocidad del flujo. Variables que afectan la velocidad de descarga de la pulpa y sus consecuencias Recomendaciones para una aplicación típica de la Bomba de Alimentación a Ciclones. 3. Areas importantes al diseñar una bomba de pulpa Consideraciones hidráulicas en el diseño del revestimiento de entrada de succión Relación de áreas del revestimiento de succión y el impulsor Consideraciones hidráulicas en el diseño de un caso, ya sea para utilizar o no alabes expulsores en el impulsor. 4. Una evaluación de una bomba de pulpa en operación comparando el costo por hora vs. costo por tonelada Diseño Hidráulico Básico, Correcciones de la Cabeza Dinámica Total y Consumo de Energía Las diferencias entre una bomba de agua centrífuga y una bomba de pulpa centrífuga son muchas, pero la diferencia principal es que una bomba de pulpa es diseñada para manejar sólidos. Por lo tanto, una bomba de pulpa debe contar con secciones transversales de elastómero o de metal más gruesos en las partes de desgaste de áreas más grandes de manera de permitir el paso de los sólidos y sistemas de transmisión más robustos (rodamientos y ejes) que rendirán bien bajo una mayor carga hidráulica requerida al bombear una pulpa con sólidos. Al encontrar secciones transversales más gruesas en los alabes impulsores y grandes áreas requeridas para el paso de los sólidos, la eficiencia de una bomba de pulpa pequeña es mucho menor que la de una bomba de agua pequeña la que tiene secciones transversales más delgadas y áreas más pequeñas. A medida que las bombas aumentan en tamaño, el porcentaje de áreas ocupadas por secciones transversales más gruesas tiene menos efectos en la eficiencia de la bomba, de tal forma que las bombas de pulpa más grandes tienen eficiencias mucho mejores que las bombas de pulpa pequeñas. Cuando se utiliza una bomba centrífuga para transferir sólidos en una pulpa, el ingeniero de diseño a menudo convierte la Cabeza Dinámica Total requerida de la bomba de pies de líquido a pies de la columna de pulpa tomando en consideración la diferencia en densidad del peso de la pulpa cuando se compara con la densidad del peso del agua en una escala de corrección. Luego de aplicar un factor de corrección para la cabeza dinámica total o convertirla desde pies de líquido a pies de pulpa, la fórmula de los HP al freno señalada a continuación puede ser utilizada para calcular los HP requeridos para una aplicación particular de bomba de pulpa centrífuga. A continuación se señala un cálculo típico de HP al freno: Medida del Caudal (GPM) x TDH (pies)(corregido) x Gravedad Específica HP al Freno = 3960 x Eficiencia (porcentaje) Cuando se aplican valores métricos, utilice las siguientes conversiones: GPM = m3/h x 4.4033 TDH (pies) = TDH (metros) x 3.2808 Cuando el TDH (Total Dynamic Head) (Cabeza Dinámica Total) es corregida en las especificaciones por el Ingeniero de Diseño, luego aplicado a la curva de rendimiento del agua de la bomba, no es recomendable realizar correcciones adicionales a la cabeza, flujo o eficiencia sin el riesgo de sobredimensionar la bomba de pulpa. Si la bomba de pulpa es sobredimensionada como resultado, el sistema que emplea esta bomba podría experimentar fallas catastróficas o costos operativos más altos que los normales debido a que la bomba está operando bien hacia la izquierda de la Línea de Eficiencia Mejor (BEL) de la bomba. El Efecto de la Velocidad de la Pulpa en una Bomba de Pulpa A medida que la pulpa entra en el revestimiento de succión de la bomba de pulpa, los sólidos se mueven a lo largo de la superficie de la boca de entrada del revestimiento de succión y comienzan a desgastar la superficie del diámetro interno de esta parte. Si la pulpa está girando antes de entrar en el impulsor, el patrón de desgaste será un espiral dentro de la boquilla de entrada. Para prevenir una rotación previa de la pulpa, se han fundido unas paletas anti-rotación en la entrada del revestimiento de succión. Estas son muy efectivas para “rectificar” el flujo en pulpas de velocidades bajas y nominales, sin embargo, son menos efectivas y podrían incluso contribuir a la cavitación de la bomba cuando se están bombeando flujos de altas velocidades. Luego que la pulpa ha pasado a través del impulsor, parte de la pulpa abandona las puntas de las paletas del impulsor y recirculan hacia la entrada del revestimiento de succión ya que ésta es el área de baja presión dentro de la bomba. Este movimiento de la pulpa a través de la cara del revestimiento de succión cerca de anillo de desgaste del impulsor causa un desgaste que ocurrirá en la cara del revestimiento de succión. Manteniendo el impulsor en una proximidad cercana a la cara del revestimiento de succión reducirá el efecto de molienda de la pulpa en la cara del revestimiento de succión, pero habitualmente no se realiza el ajuste cuando el circuito de la pulpa está en operación. Luego la pulpa entra en el impulsor y comienza a erosionar el borde anterior de las paletas de bombeo del impulsor. Las ubicaciones de desgaste en las paletas de bombeo dependen del lugar en donde están operando las bombas en relación a su Mejor Punto de Eficiencia (Best Efficiency Point (BEP) en la curva de rendimiento. Ver Figura 1. Si hay presencia de velocidades altas, aparecerá un desgaste acelerado en la guardera trasera del impulsor y podría incluso erosionar orificios en esta superficie. Si las velocidades bajas son frecuentes o si el impulsor no ha sido ajustado apropiadamente para mantener una proximidad cercana al revestimiento de succión, ocurrirá una recirculación excesiva de la pulpa retornando al ojo del impulsor y ocasionando el desgaste del ojo en un patrón de pétalo de flor. ¿Cómo trabajan las paletas del expulsor en el exterior de las guarderas del impulsor y cuándo se utilizan? Las paletas del expulsor han sido diseñadas para “expulsar” o mover los sólidos lejos del área del ojo en el lado de succión del impulsor y desde el área de la prensaestopas en el rodamiento o lado trasero del impulsor. Las paletas de los expulsores diseñadas adecuadamente realizan un trabajo asombroso manteniendo los sólidos de estas áreas, pero a un costo. El costo operacional de agregar expulsores es un aumento en la energía o consumo de los HP para la bomba de pulpa. En las pulpas menos densas y en aplicaciones en donde se han instalado sellos mecánicos, puede que no se necesiten o deseen expulsores, sin embargo, cuando una pulpa excede el 60% de los sólidos por peso, los expulsores evitan que los sólidos se acumulen dentro de la caja entre los revestimientos laterales y el impulsor ocasionando fallas catastróficas de la bomba. La Importancia del Diseño de Areas para Bombas de Pulpa 1. La primera y una de las más importantes áreas a ser consideradas en el bombeo de pulpa es el área de entrada de succión de la bomba. Si esta área es demasiado pequeña, la velocidad de entrada del material será alta y causará un desgaste acelerado en la succión. Si esta área es demasiado pequeña y el porcentaje de sólidos es demasiado alto, sobre un cincuenta porciento, los sólidos podrían bloquear la entrada causando la cavitación de la bomba. Las entradas de bombas de pulpa que manejan pulpas densas deberían ser dimensionadas para un máximo de 4 - 5 metros por segundo (14 - 16.4 pies por segundo) de velocidad de entrada para dar un buen rendimiento sin un desgaste excesivo o cavitación. Si se ha seleccionado un tamaño de entrada de succión en donde la velocidad excede la recomendación arriba mencionada en cualquiera de los puntos operativos o en un punto operativo futuro, quiere decir que la bomba seleccionada es demasiado pequeña para la aplicación. 2. La segunda área que debe ser considerada y que está relacionada con el área de succión es el área entre los bordes anteriores de las paletas de bombeo del impulsor. Para las bombas de pulpa, esta área es normalmente entre un 25% y 40% más grande que la entrada de succión. Esta área que es más grande genera una zona de baja presión en el ojo del impulsor para inducir el flujo de sólidos concentrados en la bomba. En caso que se diseñe un área superior a un 40% en la bomba, esto provocará que la eficiencia de la bomba sea menor a la deseada para el servicio en pulpa. El impulsor es la fuente energética en una bomba de pulpa ya que sus alabes de bombeo aplican energía cinética a la pulpa debido a que gira, lo que crea la velocidad turbulenta requerida para mover la pulpa a través de la carcaza. El diseño de los alabes de la bomba de pulpa no sólo debe contar con las áreas apropiadas sino que también debe tener una forma eficiente para hacer girar la pulpa en 90 grados desde la entrada de succión y aplicar energía a la pulpa en una velocidad nominal para minimizar la turbulencia interna excesiva que causa desgaste erosivo a las partes de extremos húmedos de una bomba de pulpa. 3. El área de la carcaza, aunque no está totalmente aislado de las áreas del impulsor y succión, es seleccionado comenzando en la boca de descarga. La velocidad de descarga de la bomba en aplicaciones de pulpa extremadamente abrasivas, tales como la descarga de molinos de molienda y alimentación de ciclones no debería exceder los 5.5 metros por segundo (18 pies por segundo) de manera de prevenir un desgaste excesivo y acelerado. Si se selecciona un tamaño de boca de descarga y la velocidad excede la recomendación anteriormente señalada en cualquiera de los puntos operativos o en un punto operativo futuro quiere decir que la bomba seleccionada es por lo tanto demasiado pequeña para la aplicación. Desde la boca de descarga, hacia el interior de la caja y en el cutwater, el área en la entrada hacia la descarga debería ser diseñada para una velocidad máxima de aproximadamente 6 metros por segundo. Esto permite que la velocidad de la pulpa disminuya desde ese punto hacia la boca de descarga y asegura una vida útil más larga y un menor desgaste dentro de la boca de descarga. En el cutwater de la voluta de la carcaza, el área debería ser un 26% y un 32% menor que el área en el comienzo de la boca de descarga y aumentar constantemente alrededor de la circunferencia de la carcaza hacia la boca de descarga. Este aumento constante en el área de la voluta reduce la velocidad turbulenta del material ya que se desplaza a través de la caja para producir una vida útil más larga. Una vez que el área de la carcaza para una bomba de pulpa ha sido determinada, se deberá determinar la forma de la sección transversal. Durante muchos años los fabricantes de bombas utilizaron la forma de “herradura” (“horseshoe”) para la sección transversal de la voluta ya que era más simple para la construcción del patrón y más fácil para retirarlo de la arena una vez que se había realizado la fundición. Con la aparición del modelaje por computador y las mejoras en los procedimientos de fundición, la forma de la sección transversal de la caja ha mejorado hacia un diseño de “reloj de arena” (“hourglass”). Este diseño no es nuevo pero fue utilizado primero en la fabricación de carcazas para bombas de agua alrededor del 1927 en un esfuerzo para mejorar la eficiencia global. La utilización de este diseño de voluta y la incorporación de ingeniería de punto de trabajo para lograr un diseño de bomba de pulpa particular ha resultado en un mejoramiento de hasta un 350% superior que las carcazas de diseño de “herradura” empleadas anteriormente en la misma aplicación. Ver Figuras 2 y 3. La forma en que la mayoría del personal de mantención evalúa una Bomba de Pulpa La mayoría del personal de Mantención evalúa una Bomba de Pulpa por la vida útil de sus partes. Cuando piensan en una bomba de pulpa, piensan en cuán seguido tienen que trabajar ellos en ésta. ¿Cuántas horas funciona la bomba sin cambiar el revestimiento de succión, o carcaza? O, si la bomba tiene aún mayor cantidad de partes, ¿cuánto tiempo duran éstas y cuánto cuestan? Cuando saben cuánto dura una parte y cuánto cuesta, es simple para ellos poder determinar su costo por hora. Revisaremos en este documento, el costo por hora no solamente de las partes de desgaste sino que también el consumo de energía, la vida útil del rodamiento, la vida útil del lubricante, el costo del agua de sello de la prensa, la capacidad de producción de la bomba y el costo de horario del personal para reparar o volver a armar la bomba para determinar el costo por tonelada de producción. La mayoría de estas facetas de costo total no siempre es considerada por el personal de mantención a los que se les pide mantener la bomba funcionando y minimizar los tiempos de parada. ¿Cómo especifican y evalúan los Contratistas de Ingeniería las Bombas de Pulpa? A partir de un estudio geológico con muestras de núcleo para determinar el cuerpo mineral y otros criterios, la compañía minera determina la tasa de producción que ellos desean alcanzar y deciden construir una planta concentradora. A partir de esta información otorgada al Contratista de Ingeniería por la compañía minera, el Contratista de Ingeniería determina un sistema de procesos y un diagrama de circulación de la planta requerido para recuperar el mineral en la tasa de producción especificada y deseada. Al especificar las bombas de pulpa requeridas, el Contratista de Ingeniería especifica los tamaños de tuberías para manejar las medidas del caudal para los variados circuitos en el concentrador y en general proporciona tres medidas de caudal a ser considerados por los fabricantes de bomba al proponer una bomba para la aplicación. Estas medidas de caudal son mínimas, nominales y máximas; siendo la nominal la medida del caudal para lograr las especificaciones contractuales para la producción con la compañía minera. En algunos casos, la medida del caudal es especificada para alcanzar un requerimiento futuro o una actual tasa de producción alta dependiendo de una recuperación más alta desde el cuerpo mineral. Una vez que el Contratista de Ingeniería ha diseñado la posición de los equipos mayores y los tamaños de las tuberías, se anota la especificación de las bombas de pulpa y se envía a los fabricantes de bombas de pulpa para licitar. Estas hojas de datos de especificaciones otorgan las medidas de caudal mínimas, nominales y máximas con sus respectivas cabezas dinámicas totales calculadas; gravedad específica de los sólidos, gravedad específica de la pulpas y un análisis de tamaño de criba de los sólidos. La especificación por escrito otorga las características de diseño básicas de la bomba de pulpa deseada, incluyendo la metalurgia, diseño del flange, velocidad periférica máxima, vida útil del rodamiento L-10, ubicación de todos los puntos operativos hacia la izquierda de la Línea de Eficiencia Mejor (BEL) de la bomba, y otros criterios deseados por el ingeniero designado. Luego que los fabricantes de bombas, o sus representantes han enviado al Contratista de Ingeniería las propuestas con sus respectivas recomendaciones para las bombas de pulpa seleccionadas, las propuestas son revisadas y evaluadas en comparación con las especificaciones por escrito y las hojas de datos. Algunos de los elementos de datos clave para el ingeniero que revisa son: eficiencia de la bomba en los puntos operativos especificados, NPSH requerida para las bombas propuestas, velocidad periférica del impulsor, consumo de energía y HP del motor y, muy importante, el precio! Otros elementos de datos, los que pueden o no ser revisados, o no han sido evaluados con la misma diligencia pueden incluir: velocidades de entrada y de descarga, tamaño de la bomba y peso, velocidad actual en los puntos operativos especificados y características del diseño de la bomba. Otras Consideraciones de Diseño del Sistema que afectan a la Bomba de Pulpa En el momento en que el Contratista de Ingeniería está determinando la ubicación de los equipos principales en la planta concentradora, el deberá determinar el tamaño y profundidad del estanque que recibe la descarga del molino de molienda. El tamaño es usualmente representado utilizando un factor de tiempo y la medida del caudal volumétrico que la descarga del molino de molienda bombeará hacia fuera por las bombas de descarga del molino. La profundidad del estanque, como también su nivel operativo es extremadamente importante para asegurar que el diseño permita una Net Positive Suction Head Available (NPSHA) (Cabeza de Succión Positiva Disponible) que sea más grande que la Net Positive Suction Head Required (NPSHR) (Cabeza de Succión Positiva Requerida) por la bomba de pulpa seleccionada para la aplicación. Otras consideraciones que deberán ser tomadas en cuenta durante el diseño son: 1. extender todas las tuberías que alimentan hacia el interior del estanque a un nivel por debajo del nivel operativo del estanque de manera de prevenir aire de arrastre en cascada hacia el estanque. 2. ubicar todas las tuberías que alimentan hacia el interior del estanque lejos de la tubería de entrada de succión hacia la bomba de pulpa. 3. diseñar una pantalla de dispersión a ser instalada en el estanque de descarga del molino ubicado por debajo del nivel operativo mínimo y fijado en un ángulo lejos de la succión de la bomba de pulpa. Los orificios en la pantalla deberán ser dimensionados para pasar por los sólidos en la pulpa, pero para deflectar las astillas de bolas y bolas de molienda, lejos del área de succión de la bomba. Esta pantalla dispersará la mayor parte del aire arrastrado por la pulpa en cascada y prevendrá que ésta entre en la entrada de succión de la bomba de pulpa, eliminando un bloqueo de aire de manera de prevenir la cavitación de la bomba. 4. ubicar la tubería de entrada de la bomba de pulpa en una elevación arriba del fondo del estanque que prevendrá que las astillas de bolas y bolas del molino de molienda entren fácilmente en la succión de la bomba. 5 dimensionar la tubería de entrada de la bomba de pulpa para proporcionar una velocidad adecuada para prevenir el asentamiento de los sólidos en la pulpa mientras se minimiza el desgaste abrasivo excesivo hacia la tubería. 6. dimensionar la línea de descarga de la bomba de pulpa para prevenir el asentamiento de los sólidos en la pulpa mientras que se minimiza un desgaste abrasivo excesivo hacia la manguera o tubería. La velocidad de la línea deberá exceder la velocidad de conducción crítica de los sólidos más grandes y la pulpa densa encontrada en este tipo de aplicación, pero no crear turbulencia por tener una velocidad demasiado alta. 7. ubicar los hidrociclones en una elevación mínima y dimensionarlos para operar a una presión de entrada reducida de manera de realizar la separación requerida. La ubicación y la presión de entrada reducida pueden reducir en forma considerable los HP requeridos, por ende, reducir el costo operativo sobre la vida útil de la operación del concentrador. 8. instalar una línea de re-circulación desde el sobre flujo de los ciclones al estanque de descarga del molino como un “respaldo” o línea de agua de relleno secundaria para mantener un alto nivel operativo en el estanque. Diseño del Concentrador vs. Operación Real- Efectos sobre las Bombas de Pulpa Una vez que el concentrador se encuentre en operación, el diseño del Contratista de Ingeniería puede ser analizado y comparado con la operación real de la planta. ¿Están los parámetros de diseño semejantes a la operación real? ¿Está la planta operando a una capacidad más baja que la del diseño o a una capacidad más alta que la del diseño? ¿Cómo afecta la operación real del concentrador a la operación de las bombas de pulpa y qué se puede hacer para que las bombas de pulpa operen en forma más eficiente en la operación real de la planta? Si las bombas de pulpa están operando a una medida de caudal inferior a la especificada en las especificaciones de diseño, ya sea por cambio en el cuerpo del mineral, incapacidad para alimentar los molinos de molienda en la tasa de alimentación del diseño más alta, o simplemente fueron “omitidas” por el Contratista de Ingeniería, entonces la recirculación dentro de la bomba es mayor y las cargas radiales en los rodamientos son mayores que lo normal. Una operación continua en este punto resultará en un desgaste acelerado hacia las partes de desgaste de los extremos húmedos, una vida útil más corta hacia el rodamiento radial, una temperatura de lubricante mayor resultando en una vida útil más corta del lubricante, una deflexión excesiva del eje en el prensaestopas ocasionando un desgaste acelerado a la camisa del eje y un consumo de agua de sello de la prensa superior a lo normal, y una producción reducida a través de la planta. Si la bomba de pulpa se encuentra operando lejos hacia la izquierda de la Línea de Eficiencia Mejor (BEL), podría ocurrir una falla catastrófica del rodamiento y/o rompimiento del eje. ¿Cómo puede determinar el personal de Mantención si es que la bomba de pulpa está operando por debajo de su medida de caudal del diseño? Un personal de Mantención entrenado puede revisar los patrones de desgaste en el impulsor y la caja de la bomba de pulpa para determinar si la bomba está operando en su curva de rendimiento. Las bombas que están operando bien hacia la izquierda de la BEL tienen patrones de desgaste distintivos como se señala en las Figuras 4 y 5. La solución para lo anterior es relativamente simple. Se puede instalar en el sistema un nueva bomba de pulpa o una conversión de extremo húmedo que esté diseñada para un una medida de caudal reducido. Debido a que muchos diseños de concentradores no utilizan ahora reductores de engranajes pero son conducidos directamente por motores sincrónicos, se deberá tener consideración con la velocidad de operación, el torque del motor disponible para conducir la bomba, y el tamaño de línea de descarga para prevenir el asentamiento de los sólidos de la pulpa en la tubería o manguera. Para hacer coincidir lo mejor posible la velocidad del motor existente, la nueva bomba o conversión del extremo húmedo requerirá un diámetro de impulsor “cercano al mismo”. Debido a que las medidas del caudal reducidas requieren de bombas más pequeñas y las bombas más pequeñas tienen impulsores de diámetros más pequeños, la bomba de reemplazo o conversión del extremo húmedo puede llegar a requerir una “ingeniería de punto de trabajo” en vez de de una bomba estándar del fabricante o extremo húmedo. El costo inicial puede ser alto, pero el costo a largo plazo de partes más pequeñas y un consumo reducido de los HP proporcionarán ahorros de los costos que compensarán la inversión inicial. Más a menudo, en aplicaciones de medidas de caudal reducidas, el sistema de transmisión (rodamiento/eje y conjunto base) de la bomba de pulpa puede ser utilizado para la conversión del extremo húmedo; de manera que el costo total sea mínimo. Si la medida del caudal es substancialmente menor que las especificaciones de diseño, algunos de los hidrociclones y celdas de flotación, corriente abajo pueden requerir que sean sacadas del circuito. Si se requiere que la bomba de pulpa opere en la medida de caudal máxima especificada a una medida de caudal superior a lo especificado en las especificaciones del diseño, entonces el personal de Mantención entrenado que revisa los impulsores desgastados y cajas de la bomba podrá reconocer fácilmente los patrones de desgaste como aquellos de una bomba operando hacia la derecha de la Línea de Eficiencia Mejor (BEL). Con una velocidad mayor de sólidos en la pulpa, el desgaste acelerado en la caja ocurre normalmente en el área del cuello de la boquilla de descarga, cerca de la superficie externa. Las Figuras 7 y 8 muestran dónde ocurren los típicos patrones de desgaste tanto dentro de la caja como en el impulsor cuando una bomba de pulpa es operada más allá de su BEL. En las aplicaciones de pulpa densa, pueden ocurrir otros fenómenos que no sean reconocidos fácilmente cuando una bomba de pulpa se encuentra operando en una medida de caudal demasiado alta. Revisando la curva de la bomba del fabricante, puede parecer que la bomba está operando en su o cerca de su BEL, pero la bomba vibra, algunas veces lo suficientemente violenta como para soltar las fijaciones de montaje de la bomba, desalinear el acople o soltar los sensores de vibración del motor apagando el motor y deteniendo la bomba de pulpa. En estos casos, una cantidad de criterios o una combinación de estos puede contribuir a la falla de la bomba y por ende que deje de operar: 1. la velocidad de entrada ha excedido los 6 metros por segundo (19.68 pies por segundo) y la bomba cavita causando una vibración excesiva. 2. el estanque de alimentación hacia la bomba está siendo operado en un nivel de operación demasiado bajo y la Cabeza de Succión Positiva de Red Requerida (NPSHR) excede ahora la Cabeza de Succión Positiva de Red Disponible (NPSHA), de manera que la bomba cavita y ocasiona una vibración excesiva. 3. las tuberías de entrada hacia el estanque de alimentación están ubicadas arriba de la entrada de succión de la bomba y por sobre el nivel operativo mínimo están haciendo conexión en cascada y llevando aire arrastrado hacia el estanque y hacia la entrada de succión de la bomba causando zonas de presión baja que producen cavitación y una vibración excesiva. 4. la pulpa de descarga que cae del molino está haciendo conexión en cascada y llevando aire arrastrado hacia el estanque y la entrada de succión de la bomba creando zonas de presión baja que promueven la cavitación y una vibración excesiva. . Similar a la bomba que operaba en una medida de caudal bajo, la solución para la bomba que se encuentra operando a una medida de caudal alto es bastante simple; la bomba debe ser reemplazada ya sea con una conversión más grande del extremo húmedo de la bomba o por una bomba más grande que cuente con velocidades reducidas en la medida del caudal requerido para lograr la aplicación. Cuando se selecciona esta bomba más grande para reducir la velocidad, la bomba de pulpa estándar del fabricante tendrá normalmente un impulsor de diámetro más grande que la bomba que está siendo reemplazada, de manera que la bomba puede ser operada a una velocidad más lenta. Operar la bomba de pulpa con un impulsor de diámetro más grande a una velocidad más lenta, reducirá el desgaste hacia el revestimiento de succión, impulsor, y caja en la mayoría de las aplicaciones. Sin embargo, antes de proceder con una conversión de extremo húmedo, se deberá realizar un estudio para asegurarse que el cuadro de fuerza de la bomba existente está diseñado con suficientes rodamientos y eje para manejar las cargas impuestas por el nuevo extremo húmedo sin falla. También, antes de realizar una conversión del extremo húmedo o de reemplazar la bomba completa, se deberán analizar los HP del motor y la velocidad/torque para asegurar que el motor pueda ser operado a una velocidad más lenta y aún entregar un torque suficiente como para conducir el motor sin sobrecarga o falla. Si se instala un reductor de engranaje, el cambiar la relación del engranaje mediante el cambio de engranajes a menudo funcionará para facilitar el cambio de velocidad. Si no se instala un reductor de engranajes tal como en el caso en que se instala un motor sincrónico, entonces se requerirá una bomba con “ingeniería del punto de trabajo” o conversión de extremo húmedo con un impulsor de diámetro similar para permitir operar a la velocidad instalada. Esta bomba nueva tendrá una entrada de succión más grande para reducir las velocidades de entrada, un impulsor más ancho con áreas más grandes para manejar en forma eficiente la medida del caudal más alta requerida por la aplicación, un diseño de rodamiento y eje más pesado para manejar las cargas mayores que serán vistas al bombear una medida de caudal más alto, y una boca de descarga más grande para reducir el desgaste al reducir la velocidad de la pulpa que está siendo bombeada en esta área. Este extremo húmedo más grande o bomba de pulpa más grande aumentan ahora la capacidad global de la planta. Si se especifica adecuadamente el equipo de corriente abajo, entonces la medida de caudal más alta puede ser procesada. Si está subdimensionada, entonces puede ser que se necesite emplear celdas de flotación adicionales u otros equipos de manera de manejar la mayor capacidad de producción. En los casos como los anteriormente señalados, uno se pregunta “¿Por qué se eligió la bomba equivocada por parte del Contratista de Ingeniería?” En el caso de la bomba demasiado grande, el Contratista de Ingeniería a menudo selecciona la bomba correcta, pero el cuerpo del mineral o el sistema de proceso cambia, de manera que la medida de caudal del diseño no puede ser lograda para la aplicación. En el caso de la bomba que demasiado pequeña, el Contratista de Ingeniería a menudo hace esta selección sobre la eficiencia de hidráulica de la bomba y del punto de trabajo operativo con poca consideración hacia las velocidades que pueden severamente restringir el rendimiento de la bomba en aplicaciones de pulpa concentrada o la operación de la bomba está en un nivel de estanque demasiado bajo con otras deficiencias incorporadas. Un Ejemplo de “Evaluación Total de la Bomba de Pulpa” – Servicio de Alimentación del Ciclón La Especificación de Ingeniería escrita requiere una bomba de pulpa centrifuga de succión horizontal con partes de desgaste de partes humedas de metal con una dureza de 600Bhn, vida útil del rodamiento L-10 de mínimo 60,000 horas, transmisión directa utilizando un motor eléctrico sincrónico que no sobrecargará en todos los puntos operativos especificados y deberá tener RTD’s de rodamiento y de vibración para detectar el calor o problemas de vibración en el motor. La información de la hoja de datos muestra la siguiente información: Mínima Nominal Máxima Medida de Caudal 6413 m3/h 8017 m3/h 9620 m3/h TDH 31.5 mcp 33.3 mcp 35.4 mcp NPSHA 7.3 m 6.8 m 6.3m Sp. Gr. Sólidos: 2.8 Sp. Gr. Pulpa: 1.71 Tamaño del material : d50<1500um Revisión de Proposición de la Bomba de Pulpa: Bombas propuestas: Marca “G” Marca “M” Tamaño y Modelo de la Bomba 28" x 26" x 58" 36" x 32" x 64" MATRI-X Velocidad Periférica en Condición Máx. 31.40 m/s 27.58 m/s Velocidad Periférica a RPM Máx. Bomba 38.67m/s @ 500 RPM 36.17 m/s @ 425 RPM Velocidad Bomba a Condición Máx. 406 RPM 324 RPM Eficiencia Bomba a Condición Máx. 83.7% 86.8% Velocidad de Entrada al Máx. Velocidad de Descarga al Máx. Tamaño Motor Requerido Vel. Motor Sincrónico, máx. Precio completo; Bomba & Motor Unidad Peso Estimado Precio Partes de Desgaste Carcaza Impulsor Revestimiento Succión Uso anual estimado, partes Caja 6.9 m/s 8.1 m/s 4.06 m/s 5.14 m/s 4000 HP 3000 HP 428 RPM (14 polos) 333 RPM (18 polos) US$743,050.00 38,000 kg. US$860,357.00 44,000 kg. Marca “G” Marca “M” US$39,500.00 US$57,250.00 US$11,500.00 US$14,500.00 US$ 9,250.00 US$11,350.00 Marca “G” 02 Marca “M” 02 Impulsor Revestimiento Succión Costo Total partes anuales Caja Impulsor Revestimiento Succión 04 06 04 06 Marca “G” Marca “M” US$ 79,000.00 US$114,500.00 US$ 46,000.00 US$ 58,000.00 US$ 55,500.00 US$ 68,100.00 Total: US$180,500.00 US$240,600.00 Notas: 1. En una revisión rápida del precio, la Marca “G” es 15.78% más baja en costo de inversión para la Bomba y Motor completo, y también es un 33% más baja en precio para los repuestos de partes húmedas anuales. Si se hace una evaluación basada en repuestos de las partes húmedas anuales a estas alturas en la revisión, la bomba de Marca “G”tendría un COSTO POR HORA menos caro basado en los criterios. 2. Al revisar el tamaño del motor, la Marca “G” requiere un motor de 4000 HP para operar la bomba a 406 RPM. La velocidad de 14 polos es de 428.5 RPM, de manera que para entregar los HP suficientes y torque a la bomba a 406 RPM, se requerirán 4000 HP en la velocidad del rotor cerrado. La Marca “M” requiere solamente de un motor de 3000 HP para operar su bomba a 324 RPM, de manera que se seleccionó un motor de 18 polos con una velocidad de rotor cerrada de 333 RPM. Para alcanzar la velocidad de condición máxima de 324 RPM, el doblado hacia abajo (turndown) es de solamente 9 RPM con poca pérdida de HP o torque. 3. La bomba Marca “G” será operada a 406 RPM y la bomba Marca “M” será operada a 324 RPM en las condiciones hidráulicas máximas especificadas. A una velocidad más baja de 82 RPM (sobre 25%), la bomba de Marca “M” otorgará una vida útil más larga a las partes de desgaste de extremos húmedos, de tal forma que la comparación previa de costo para las partes anuales estarán erróneas si la cantidad de partes evaluadas es la misma para ambas bombas. Por lo tanto, la cantidad anual de repuestos de las partes húmedas consumidos por la Marca “M”será menor que la Marca “G” y deberá ser reemplazada en la evaluación. Junto con esta reducción de consumo de repuestos de extremos húmedos, la cantidad de veces que el personal de mantención es requerido para volver a armar la bomba se reduce a la reducción de costos operativos globales. 4. La velocidad periférica de la bomba Marca “G” es de 31.40 m/s y para la bomba de Marca “M” es de 27.58 m/s al alcanzar la condición hidráulica máxima especificada. 5. La eficiencia de la bomba de Marca “G” es de un 83.7% (aproximadamente 25% hacia la izquierda del BEP) mientras que la bomba marca “M” es de 86.8% (casi en el extremo superior de la línea del BEP) al funcionar en las condiciones hidráulicas máximas especificadas. De las notas anteriores, la Marca “G” tiene ventajas definidas en precio al compararla con la bomba Marca “M”, tanto en la inversión inicial para los Equipos de Capital como en los costos de repuestos anualizados. Sin embargo, una vez que las unidades estén instaladas y operando, la Marca “M” operará tanto en una velocidad baja como con una eficiencia mayor lo que reducirá los costos de repuestos anuales, costos anuales de personal de mantención y el costo eléctrico de operación de las bombas. El Ingeniero de Diseño designado deberá establecer ahora una relación de cantidad anual reducida para tanto los repuestos de extremos húmedos consumidos como para el costo de personal de mantención reducido y proyectado para una comparación “manzanas con manzanas” de las bombas de pulpa, como también reflejar en su evaluación los costos operativos eléctricos reducidos. La Marca “M”, operando a o cerca del BEP para el rendimiento de la bomba, tendrá una deflexión del eje menor que resultará en un menor desgaste en la prensaestopas de la bomba, menos carga radial en el rodamiento radial, y una vida útil más larga de lubricación de una temperatura menor de aceite lubricante. Además, si se tiene una deflexión reducida del eje en los rodamientos, se tendrá una deflexión reducida del eje en la prensaestopas que extiende en forma significativa la vida útil del estacionamiento y reduce el costo de agua del sello de la prensa. También, una deflexión en el impulsor minimizará el desgaste del ranuramiento del material entre el revestimiento de succión y el impulsor giratorio durante la operación para proporcionar una vida útil extendida al revestimiento de succión y los repuestos del impulsor. En la condición hidráulica especificada y máxima, la bomba de Marca “G” tiene una velocidad de entrada de 6.9 m/s la que es mayor a la recomendada de 6.0 m/s para un bombeo estable de pulpa concentrada. Por lo tanto, una vez que la bomba sea operada por encima de los 8,300 m3/h, en donde la velocidad de entrada es de 6.0 m/s, ocurre un bombeo inestable causando vibración en la bomba que podría ocasionar una falla catastrófica de la bomba. A 8,300 m3/h, con un 64.4% de sólidos por peso pulpa, el tonelaje anual basado en 330 días por año de operación, será de solamente 72,725,479, de tal forma que la bomba de Marca “G” no puede entregar el tonelaje especificado por el ingeniero de diseño. A una medida de caudal máxima especificada de 9,620 m3/h, con un 64.4% de sólidos por peso pulpa, el tonelaje anual basado en 330 días de operación es de 84,291,451. La diferencia es de 11,565,972 toneladas por año en producción. Adicionalmente, si se desea un tonelaje mayor a lo especificado en una fecha posterior, la bomba más grande de Marca “M” podrá alcanzar las condiciones hidráulicas mayores (hasta 14,216.6 m3/h) previo a alcanzar la Velocidad de Entrada limitante de 6.0 m/s y entregar un tonelaje aumentado de producción sin cambiar la bomba. Este aumento en la medida del caudal mejora la medida de caudal especificada originalmente en un 47.78% y podría otorgar una enorme mejoría en la producción. En esta medida de caudal superior, es probable que se requiera un nuevo motor para conducir la bomba y es posible que se requieran equipos de corriente abajo adicionales para procesar y recuperar el material desde la pulpa. Conclusión De acuerdo a lo señalado en el ejemplo anterior, es necesario realizar una Evaluación Total de la Bomba de Pulpa de manera de determinar cuál bomba debe ser adquirida e instalada para una aplicación particular. El precio, aunque importante, es secundario al compararlo con la pérdida de tonelajes de producción en una bomba que no puede entregar la producción especificada o no proporciona la capacidad para producir el tonelaje futuro deseado por parte del Ingeniero de Diseño como del Propietario. Mientras que las bombas de pulpa representan una parte pequeña del costo de inversión global del proyecto en una planta concentradora o de procesamiento, los estudios de concentradoras en Chile muestran que éstas son segundas sólo para los chancadores anteponiendo los molinos de molienda en el costo a largo plazo de repuestos utilizados en la planta. Es por esta razón que es necesaria la Evaluación Total de la Bomba de Pulpa para asegurar que el empleo a largo plazo de una bomba de pulpa particular es la mejor que se ha elegido para esta aplicación ya sea para descarga/alimentación de ciclones del molino de molienda, remolienda, depuración, concentrado final o servicio de residuos.
