Calama Ingeniería en minas Universidad tecnológica de chile “INACAP”
Bombas Para la Minería
Nombres: Harold becker Rodrigo Lastra Felipe Muñoz Diego Parra Celso veliz Sección 171 Fecha: 28-06-2013
Índice Introducción…………………………………………………………………………………………………………………………………3 Bombas de engranajes…………………………………………………………………………………………………………………4
Bombas de tornillo……………………………………………………………………………………………………………………….5 Bombas peristálticas…………………………………………………………………………………………………………………….6 Bombas centrifugas………………………………………………………………………………………………………………..……7 Bombas de arieta…………………………………………………………………………………………………………………………9 Bombas de diseño………………………………………………………………………………………………………………….…..10 Bombas de tratamiento de agua…………………………………………………………………………………………….…..11 Bombas de trituración y procesos…………………………………………………………………………………………….…14 Conclusión…………………………………………………………………………………………………………………………………..20 Bibliografía…………………………………………………………………………………………………………………………………..21
Introducción El agua para ser utilizable no siempre la tenemos en el punto donde la necesitamos, por lo que en la mayor parte de los casos es necesario transportarla y/o elevarla al sitio donde la requerimos, y cada vez más frecuente es necesario también darle una determinada presión para su adecuada utilización. Para ello necesariamente tenemos que agregarle cierta cantidad de energía, la cual nos permite lograr colocar el agua donde nos es útil. La mejor manera que ha encontrado el hombre hasta el momento de lograr esto es a través de una bomba, cuya función es generar la presión necesaria para vencer la altura a la que queremos tenerla, así como subsanar todas las pérdidas de presión generadas por la fricción en las tuberías y accesorios para su transporte, esto se logra a través de un intercambio de energía el cual se lleva a cabo haciendo girar un impulsor mediante una flecha o eje, y el cual por su geometría es decir el diseño de sus alabes generará dicha presión. El objetivo del presente manual de diseño, es dar una guía lo más objetiva y accesible posible para aprender a diseñar adecuadamente un equipo de bombeo. Contiene una sección de hidráulica básica, la cual es muy importante comprender para generar un buen diseño y cálculo, y recomendamos al estudiante nuevo medite con cuidado estos conceptos que son básicos para comprender el transporte de agua, que como ya mencionamos
Bombas de Engranajes Una bomba de engranajes es un tipo de bomba hidráulica que consta de dos engranajes encerrados en un alojamiento muy ceñido. Transforma la energía cinética en forma de par motor, generada por un motor, en energía hidráulica a través del caudal de aceite generado por la bomba.
Componentes
El elemento principal de la bomba es el par de engranajes acoplados. El par de engranajes está formado por el eje conductor/motriz (el que es accionado por el eje del motor) y el eje conducido. El eje conductor hace girar al eje conducido bajo el principio del desplazamiento provocado por el contacto entre los dientes de los engranajes de los ejes. Funcionamiento
Al accionarse la bomba, el aceite entra por el orificio de entrada (aspiración) de la bomba debido a la depresión creada al separarse los dientes de uno respecto a los del otro engranaje. El aceite es transportado a través de los flancos de los dientes del engranaje hasta llegar al orificio de salida de la bomba, donde, al juntarse los dientes del eje conductor con los del conducido, el aceite es impulsado hacia el orificio de salida (presión). El uso de las bombas de engranajes externos en el mercado es muy común debido a que es un producto compacto, potente, robusto y competitivo a nivel de coste.
Bomba de Tornillo Una bomba de tornillo es un tipo de bomba hidráulica considerada de desplazamiento positivo, que se diferencia de las habituales, más conocidas como bombas centrífugas. Esta bomba utiliza un tornillo helicoidal excéntrico que se mueve dentro de una camisa y hace fluir el líquido entre el tornillo y la camisa. Está específicamente indicada para bombear fluidos viscosos, con altos contenidos de sólidos, que no necesiten removerse o que formen espumas si se agitan. Como la bomba de tornillo desplaza el líquido, este no sufre movimientos bruscos, pudiendo incluso bombear uvas enteras. Uno de los usos que tiene es la de bombear fangos de las distintas etapas de las depuradoras, pudiendo incluso bombear fangos deshidratados procedentes de filtros prensa con un 22-25% de sequedad. Este tipo de bombas son ampliamente utilizadas en la industria petrolera a nivel mundial, para el bombeo de crudos altamente viscosos y con contenidos apreciables de sólidos. Nuevos desarrollos de estas bombas permiten el bombeo multifásico. En este tipo de bombas pueden operar con flujos fijos a su descarga, aún cuando bombeen contra una red de presión variable. Convirtiéndolas en excelentes equipos de bombeo a utilizar en redes de recolección de petróleo. En el caso de las bombas centrífugas. El flujo entregado depende de la presión a su descarga.
Bombas Peristálticas Una bomba peristáltica es un tipo de desplazamiento positivo usada para bombear una variedad de. El fluido es contenido dentro de un tubo flexible empotrado dentro de una cubierta circular de la bomba. Un con un número de 'rodillos', 'zapatas' o 'limpiadores' unidos a la circunferencia externa comprimen el tubo flexible. Mientras que el rotor da vuelta, la parte del tubo bajo compresión se cierra forzando, de esta manera, el fluido a ser bombeado para moverse a través del tubo. Adicionalmente, mientras el tubo se vuelve a abrir a su estado natural después del paso de la leva, el flujo del fluido es inducido a la bomba. Este proceso es llamado peristalsis.
Usos
Las bombas peristálticas son típicamente usadas para bombear fluidos limpios o estériles porque la bomba no puede contaminar el líquido, o para bombear fluidos agresivos porque el fluido puede dañar la bomba. Algunas aplicaciones comunes incluyen bombear productos químicos agresivos, mezclas altas en sólidos y otros materiales donde el aislamiento del producto del ambiente, y el ambiente del producto, son críticos. Bombas de alta y baja presión
Las bombas peristálticas de más alta presión, que típicamente pueden operar con hasta 16 bar, usualmente usan zapatos y tienen cubiertas llenas con lubricante para prevenir la abrasión del exterior del tubo de la bomba y para ayudar en la disipación del calor. Usualmente usan tubos reforzados, a menudo llamados 'mangueras', y esta clase de bomba es con frecuencia llamada 'bomba de manguera'. Las bombas peristálticas de más baja presión, tienen típicamente cubiertas secas y usan rodillos. Usualmente usan tuberías no reforzadas, y esta clase de bomba a veces es llamada una 'bomba de tubo' o ' bomba de tubería'. Ventajas
Debido a que la única parte de la bomba en contacto con el fluido que es bombeado es el interior del tubo, las superficies internas de la bomba son fáciles de esterilizar y limpiar. Además, puesto que no hay partes móviles en contacto con el líquido, las bombas peristálticas son baratas de fabricar. Su carencia de válvulas, de sellos y de arandelas, y el uso de mangueras o tubos, hace que tengan un mantenimiento relativamente de bajo costo comparado a otros tipos de bombas.
Bombas Centrifugas Las Bombas centrífugas también llamadas Rotodinámicas, 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) e n: Voluta y las deTurbina. • 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, (en pascals, Pa, metros de columna de agua m.c.a. o o pielb/lb de líquido) es la misma para cualquier líquido sin que importe su densidad. Tradicionalmente la presión proporcionada por la bomba en metros de columna de agua o pie-lb/lb se expresa en metros o en pies y por ello que se denomina genéricamente como "altura", y aun más, porque las primeras bombas se dedicaban a subir agua de los pozos desde una cierta profundidad (o altura). 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.
Constituyen no menos del 80% de la producción mundial de bombas, porque es la más adecuada para mover más cantidad de líquido que la bomba de desplazamiento positivo. No hay válvulas en las bombas de tipo centrífugo; el flujo es uniforme y libre de impulsos de baja frecuencia. Los impulsores convencionales de bombas centrífugas se limitan a velocidades en el orden de 60 m/s (200 pie/s).
Bomba de Ariete Una bomba de ariete es una bomba hidráulica cíclica que utiliza la energía cinética de un golpe de ariete en un fluido para subir una parte de ese fluido a un nivel superior. No necesita por lo tanto aporte de otra energía exterior. Esto y su sencillez la hace adecuada para lugares remotos donde no hay acceso a energía eléctrica o motores de otro tipo.
Funcionamiento
El principio de funcionamiento es como sigue. El líquido, normalmente agua, procedente de un depósito suministrador A se acelera por un tubo de carga inclinado B con lo que su energía potencial se convierte en energía cinética. Cuando la velocidad llega a un valor determinado, la válvula de descarga C súbitamente cierra cortando el flujo lo cual genera una sobrepresión en el extremo inferior del tubo de carga, un golpe de ariete que fuerza el agua a abrir la válvula anti-retorno D y a subir por el tubo de descarga F hacia el nivel superior del depósito G. La válvula de descarga C se vuelve a abrir debido a la bajada de presión del flujo de agua y el ciclo comienza de nuevo, cerrándose cada vez que el flujo adquiere cierto valor. En E se coloca una campana o calderín lleno de un gas a presión, normalmente aire, que amortigua los golpes de ariete y mantiene un flujo más constante de fluido por el tubo F. Este gas se acaba disolviendo en el agua por lo que es necesario reponerlo o envolverlo en un globo de goma para evitar que se disuelva. Algunas bombas van provistas de un sistema que inyecta una burbuja de aire con cada ciclo. Este sistema consiste en que se diseña el mecanismo para que al cerrar la válvula D permite que se invierta momentáneamente el flujo del agua por lo que al cerrar súbitamente la válvula se produce una depresión que fuerza la entrada de un poco de aire por la válvula K.
Si la bomba de ariete tuviera un rendimiento energético perfecto entonces la masa de agua perdida por la válvula C, a la que llamaremos Q, multiplicada por la altura de suministro h sería igual a la altura H multiplicada por la masa de agua elevada, q. Es decir: q = Q*h/H. En la realidad el rendimiento siempre es inferior y depende en gran medida de la relación h/H. En el mejor de los casos el rendimiento puede llegar al 85% pero decrece según crece la altura H y puede caer hasta el 20% o menos en instalaciones que bombean a gran altura. Historia
Al parecer John Whitehurst de Cheshire en 1772 fabricó lo que llamó una "máquina de pulsación" pero no se tienen detalles sobre el invento. La primera bomba de ariete similar a las de hoy de la que tenemos noticia fue inventada en 1796 por Joseph Michel Montgolfier quien la instaló en su fábrica de papel. Durante el siglo XIX la bomba de ariete se popularizó mucho pero con la llegada de la electricidad y los motores de bajo coste, ha caído en desuso.
Diseños de bombas. Ofrece una amplia variedad de tipos de bomba complementarios, fabricados de acuerdo con normas mundiales reconocidas y según las especificaciones del cliente. Entre estas bombas, podemos mencionar las siguientes: • De procesos de una sola etapa • De una etapa entre rodamientos • Multietapas entre rodamientos • Vertical • Motor sumergible • Desplazamiento positivo • Nuclear • Especiales.
Beneficio. Los procesos de trituración, clasificación, separación y concentración de minerales conllevan las aplicaciones más abrasivas de toda la industria. La experiencia, el uso de materiales líderes en el sector y los más novedosos diseños resistentes a la erosión están integrados en cada una de las bombas de manipulación de sólidos. Del cobre y del oro al fosfato y a los alquitranes, los diseños resistentes a la corrosión y a la erosión de la vida útil del equipo en aplicaciones de minerales metálicos y no metálicos en todo el mundo.
Bombas de tratamiento de agua. Bombas verticales tipo turbina Son bromas Multietapas, con diseño de descarga superior o inferior a la base, para el desaguado, la recuperación de tierras y suministro de agua Parámetros operativos • Caudales de hasta 13.600 m3/h (60.000 gpm) • Alturas de hasta 700 m (2300 pies) • Tamaños desde 150 mm (6 pulgadas) hasta 1375 mm (54 pulgadas) • Longitudes/Profundidades hasta 365 m (1200 pies)
Bombas de doble succión, verticales, de pozo húmedo Esta bomba está diseñada para el reciclaje de agua y suministro de agua dulce, cuando el fluido actúa sobre las dos caras del embolo alternativamente con cuatro válvulas. En succión, cuando el ingreso de líquido se hace por ambos lados del roto, eliminando así el empuje axial. Parámetros operativos • Caudales de hasta 25.000 m3/h (110.000 gpm) • Alturas de hasta 500 m (1640 pies) • Tamaños de hasta 1500 mm (60 pulgadas)
Bombas de servicio general montadas en la carcasa o de acoplamiento directo Estas bombas están diseñadas para proporcionar el suministro de agua a alguna labor determinada, donde su pistón genera un eje transversal entre el suministro y la inyección necesaria para generar la presión adecuada en el retorno, todo cubierto por una carcasa resistente a altas presiones.
Parámetros operativos • Caudales de hasta 800 m3/h (3520 gpm) • Alturas de hasta 140 m (450 pies)
Bombas de una sola etapa entre rodamientos Axialmente partida, de doble succión, para suministro de agua dulce y de procesos hidroquimicos, Tiene el campo de cobertura más amplio de la industria y se usa en servicios pesados de refinerías, petroquímicas, procesamiento de gas y servicios de producción petrolífera en alta mar. Parámetros operativos • Caudales de hasta 30.000 m3/h (132.000 gpm) • Alturas de hasta 300 m (985 pies)
Bombas multietapa entre rodamientos Diseños de sección en anillo y axialmente partida para desagote de agua de las minas, suministro de agua dulce y de procesos, e inyección en pozos. Bomba multietapa, aquella que tiene varios impulsores (turbinas) de agua montadas en un eje, trabajan en serie es decir la primer etapa succiona el agua le levanta la presión y se la pasa a la otra que le vuelve a levantar la presión y así sucesivamente. Es decir son de gran presión. El caudal es el mismo pues es el agua que puede tomar la primera etapa.
Parámetros operativos • Caudales de hasta 2950 m3/h (13.000 gpm) • Alturas de hasta 2130 m (7000 pies)
Bombas Reciprocantes. Diseños de émbolo para el servicio de desagote, El funcionamiento de una Bomba Reciprocante depende del llenado y vaciado sucesivo de receptáculos de volumen fijo, para lo cual cierta cantidad de agua es obligada a entrar al cuerpo de la bomba en donde queda encerrada momentáneamente, para después ser forzada a salir por la tubería de descarga. Parámetros operativos • Caudales de hasta 1140 m3/h (5000 gpm) • Presiones hasta 2070 bar (30.000 psi)
Bombas de trituración y proceso. Bombas para lodos abrasivos recubiertas de goma y de metales duros Alimentación primaria de ciclones, residuos, pulpas químicas y abrasivas (finas y gruesas) • Materiales especiales y diseños específicos para el proceso de l a alúmina y del ácido fosfórico • Diseños especiales de impulsor para el aire atrapado Parámetros operativos
• Caudales de hasta 10.000 m3/h (44.000 gpm) • Alturas de hasta 90 m (300 pies)
Bombas de pulpas químicas Proceso de la alúmina y de materiales especiales, donde ellas están especialmente diseñadas para que estas no tengan problemas en su interior, generando la succión adecuada de mediante la pulpa que tiene una densidad diferente. Parámetros operativos • Caudales de hasta 8000 m3/h (35.200 gpm) • Alturas de hasta 90 m (300 pies)
Bombas para pulpas abrasivas en voladizo vertical Diseños de metal duro y recubierto de goma o de uretano para la transferencia de pulpas minerales y de pulpa de flotación Parámetros operativos • Caudales de hasta 3200 m3/h (14.000 gpm)
• Alturas de hasta 60 m (200 pies)
Bombas para extracción de solventes y
extracción electrolítica.
Bombas Verticales tipo turbina Materiales resistentes a la corrosión para la recogida de lixiviados, es apropiada para aplicaciones de extracción de agua en mantos acuíferos mediante pozos profundos, para extracción de agua de ríos, lagunas , agua salada , agua de minas y en cárcamos de bombeo para aplicaciones tanto municipales como industriales Parámetros operativos • Caudales de hasta 13.600 m3/h (60.000 gpm) • Alturas de hasta 700 m (2300 pies) • Tamaños desde 150 mm (6 pulgadas) hasta 1375 mm
(54 pulgadas) • Longitudes/Profundidades hasta 365 m (1200 pies)
Bombas para procesos químicos conforme a las normas ANSI e ISO • Diseños horizontales metálicos y no metálicos para servicios de gran corrosión, incluida la pulverización de ácidos del lixiviado, disolventes, servicio de refinados y de electrolitos
• Extremos húmedos de acero con elevado contenido en cromo para el servicio de abrasivos Parámetros operativos • Caudales de hasta 4540 m3/h (20.000 gpm) • Alturas de hasta 300 m (985 pies)
Bombas verticales de proceso en fosa húmeda Diseños metálicos y poliméricos reforzados con fibra, versátiles, para servicios de gran corrosión Parámetros operativos • Caudales de hasta 1400 m3/h (6160 gpm) • Alturas de hasta 250 m (820 pies)
Bombas de proceso para servicios pesados Diseños horizontales y verticales para aplicaciones con lixiviados, la bomba para pasta aguada suele ser más grande. En el interior tienen muchas características que la hacen completamente diferente. El espesor de pared de las piezas del extremo para líquido o mojado, como carcasa, impulsor, etc. Parámetros operativos • Caudales de hasta 9085 m3/h (40.000 gpm) • Alturas de hasta 100 m (330 pies)
Bombas para propósitos especiales. Tuberías para el transporte de pulpas. • Bombas de metal duro para alta abrasión y baja presión de trabajo • Bombas de pistones para mezclas menos abrasivas como la bauxita y el carbón a elevadas presiones • Bombas de émbolo para aplicaciones muy abrasivas o para operar a elevadas presiones de trabajo Aplicaciones • Alquitrán • Carbón • Bauxita • Cobre • Hierro • Fosfatos • Níquel • Otros minerales.
Generación de energía. • Agua de alimentación de las calderas • Agua de circulación • Condensados • Depuradores para Desulfuración de
Gas de Chimenea • Servicios de asistencia.
Sumideros de escorrentía y lavado a presión. Diseños recubiertos de goma, poliuretano y metales duros, verticales, para aplicaciones en sumideros abrasivos Parámetros operativos • Caudales de hasta 2700 m3/h (12.000 gpm) • Alturas de hasta 100 m (330 pies)
Conclusión Después de finalizar el presente trabajo de investigación, hemos notado la importancia que tienen las bombas en el ámbito minero metalúrgico, tanto en minería a rajo abierto como en minería subterránea, principalmente una vez teniendo los estudios geotécnicos podremos determinar el procedimiento a seguir sobre las aguas subterráneas, sabiendo la cabal existencia de ellas, precisamente el dato entregado del sondeo, y el estudio geológico de la zona donde iniciaremos la explotación, nos indicará el tipo y clase de bombas que podemos utilizar para poder a través de éstas extraer el agua, o por lo menos minimizar éste aspecto para facilitar las operaciones, tanto en frentes de carguío, como labores cotidianas que se realizan en los lugares de trabajo, también es muy importante su utilización para regar las pilas de lixiviación, carguío de combustible y abastecimiento de lubricantes a los vehículos en faena.
Bibliografía
http://www.minovausa.com/pdfs/ESPProducts/PumpsForMining-Sp.pdf
http://www.flowserve.com/files/Files/Literature/ProductLiterature/Pumps/fpd-9-s.pdf
http://es.weirminerals.com/industries/mine_dewatering.aspx
http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/maquinashidraulicas/clasificacionbombash idraulicas/clasificaciondelasbombashidraulicas.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_engranajes
http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_tornillo
http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_ariete
http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_perist%C3%A1ltica
http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_centr%C3%ADfuga
