Diseño de procesos de bombas y
Cálculos

Guía para seleccionar la bomba de lodos adecuada para su aplicación

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Selección de una bomba de lodos:

1. Determine el caudal

Para dimensionar y seleccionar una bomba, primero determinamos el caudal. En un entorno industrial, el caudal dependerá a menudo del nivel de producción de la planta. Seleccionar la tasa de flujo correcta puede ser tan simple como determinar que se necesitan 100 gpm (6.3 L / s) para llenar un tanque en una cantidad de tiempo razonable o la tasa de flujo puede depender de alguna interacción entre los procesos que debe analizarse cuidadosamente.

2. Determine la carga estática

Se trata de tomar medidas de la altura entre la superficie del fluido del tanque de succión y la altura del extremo de la tubería de descarga o la elevación de la superficie del fluido del tanque de descarga.

3. Determine la cabeza de fricción

La cabeza de fricción depende del caudal, el tamaño de la tubería y la longitud de la tubería. Esto se calcula a partir de los valores de las tablas presentadas aquí (ver Tabla 1). Para fluidos diferentes al agua, la viscosidad será un factor importante y la Tabla 1 no es aplicable.

4. Calcule la altura total

La carga total es la suma de la carga estática (recuerde que la carga estática puede ser positiva o negativa) y la carga de fricción.

5. Seleccione la bomba

La selección de la bomba se basa en la altura total y el flujo requeridos, así como en la idoneidad para la aplicación.

Cálculos de bombas de lodos

Los siguientes parámetros deben determinarse al calcular un Bomba de lodo

Tamaño y distribución de partículas

El tamaño de partícula d50 (d85) es una medida del porcentaje de partículas en la suspensión con un cierto tamaño o menor.

El valor se determina tamizando los sólidos a través de cribas con malla variable y luego pesando cada fracción. A continuación, se puede dibujar una curva de tamiz y leer el porcentaje de partículas de diferentes tamaños.

Ej: d85 = 3 mm significa que el 85% de las partículas tienen un diámetro de 3 mm o menos.

Fracción de masa de partículas pequeñas
La fracción de partículas de menos de 75 µm. Es importante determinar el porcentaje de partículas pequeñas en la lechada. Las partículas menores de 75 µm pueden facilitar hasta cierto punto el transporte de partículas más grandes. Sin embargo, si el porcentaje de partículas menores de 75 µm excede el 50%, el carácter de la suspensión cambia hacia la no sedimentación.

Concentración de sólidos
La concentración de partículas en la suspensión se puede medir como un porcentaje de volumen, Cv, y un porcentaje de peso, Cm

Densidad / gravedad específica

sólidos
La densidad de los sólidos se indica como la gravedad específica. Este valor, SGs, se determina dividiendo la densidad del sólido por la densidad del agua.

Pozos de agua
La densidad del agua es de 1000 kg / m3. La SG del agua es 1,0 a 20 ° C. El valor varía algo con
temperatura.

 lechada
La gravedad específica de la lechada se puede determinar usando un nomógrafo. Deben conocerse dos de los valores de SG, Cv y Cm

Forma de partícula

La forma de las partículas es muy importante para el comportamiento de la lechada durante el bombeo y para el desgaste de la bomba y el sistema de tuberías. El factor de forma denota la desviación de las partículas de la lechada de una esfera perfecta.

Características de la lechada

Las lechadas se pueden dividir en asentamiento y no sedimentar tipos.

Lechada que no sedimenta
Lechada en la que los sólidos no se depositan en el fondo, sino que permanecen en suspensión durante mucho tiempo. Una lechada que no sedimenta actúa de manera homogénea y viscosa, pero las características no son newtonianas.

Tamaño de partícula: menos de 60-100 µm.

Una lechada que no sedimenta se puede definir como una mezcla homogénea.

Mezcla homogénea
Mezcla de sólidos y líquidos en la que los sólidos se distribuyen uniformemente.

 

 

Sedimentación de lodos
Este tipo de lechada sedimenta rápidamente durante el tiempo relevante para el proceso, pero puede mantenerse en suspensión por turbulencia. Tamaño de partícula: superior a 100 µm.

Una lechada de sedimentación se puede definir como una mezcla pseudo-homogénea o heterogénea y se puede estratificar total o parcialmente.

 

Mezcla pseudo-homogénea
Una mezcla en la que todas las partículas están en suspensión pero donde la concentración es mayor hacia el fondo.

 

Mezcla heterogénea
Una mezcla de sólidos y líquidos en la que los sólidos no se distribuyen uniformemente y tienden a estar más concentrados en el fondo de la tubería o recipiente de contención (comparar con la lechada de sedimentación).

 

 

 

Características de la lechada

Definiciones líquidas

Excepto por la densidad, las características de un líquido se deciden por su viscosidad.

Los líquidos se deforman continuamente mientras se les aplique una fuerza. Se dice que fluyen. Cuando se produce un flujo en un líquido, se opone a él la fricción interna que surge de la cohesión de las moléculas. Esta fricción interna es propiedad de un líquido llamado viscosidad.

La viscosidad de los líquidos disminuye rápidamente al aumentar la temperatura.

Líquidos newtonianos
Los líquidos newtonianos dan un esfuerzo cortante que es lineal y proporcional al gradiente de velocidad, o la tasa de corte. El agua y la mayoría de los líquidos son newtonianos.

Líquidos no newtonianos
Algunos líquidos, como los lodos a base de agua con partículas finas, no obedecen a la simple relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de corte. Se les conoce como
líquidos no newtonianos.

Algunos líquidos no newtonianos tienen la propiedad única de no fluir hasta que se aplica un cierto esfuerzo cortante mínimo. 

Rendimiento de la bomba
El rendimiento de una bomba centrífuga que bombea lodos difiere del rendimiento con agua limpia
dependiendo de la cantidad de partículas sólidas en la suspensión.

Esta diferencia depende de las características de la lechada (tamaño de partícula, densidad y forma, como se describe
en el capítulo anterior). Los factores que se ven afectados son la potencia (P), la altura (H) y la eficiencia (η). Las diferencias entre la lechada y el agua se muestran esquemáticamente en las siguientes curvas.

Curvas de rendimiento de la bomba

El diseño del sistema

Cabeza estatica
La altura estática es la diferencia de altura vertical desde la superficie de la fuente de lechada hasta el punto de descarga.

Pérdidas por fricción
Cuando el líquido comienza a fluir a través de la línea de descarga y las válvulas, surgirá fricción. Al bombear lodo, las pérdidas por fricción causadas por la rugosidad de la tubería, las curvas y las válvulas son diferentes en comparación con las
pérdidas correspondientes al bombear agua. 

Altura de descarga total
Este valor se utiliza para los cálculos de la bomba y comprende la altura estática más las pérdidas por fricción causadas por tuberías y válvulas, convertidas a metros de agua.

Altura de descarga total de la bomba

Velocidad critica
En general, la velocidad de flujo en las tuberías debe mantenerse por encima de un cierto valor mínimo. Si la velocidad del flujo es demasiado alta, las pérdidas por fricción aumentarán. Esto también puede aumentar el desgaste del sistema de tuberías. Las velocidades de flujo demasiado bajas provocarán sedimentación en las tuberías y, por lo tanto, mayores pérdidas.

Esto se ilustra en el diagrama siguiente, en el que la velocidad crítica (Vc) indica la velocidad óptima donde las pérdidas se mantienen al mínimo.

Al realizar cálculos para una bomba de lodos para un cierto flujo, la velocidad de flujo deseada (V) debe compararse con la velocidad crítica (Vc) para la suspensión y el sistema de tuberías en cuestión. Como muestra la siguiente figura, la velocidad ideal (marcada en verde) está inmediatamente por encima de la velocidad crítica pero con un margen para los casos extremos que pueden surgir.

Para determinar la velocidad crítica, se debe conocer el diámetro de la tubería y el tamaño de partícula (d85). Luego, el valor se corrige con un factor, que depende de la gravedad específica de los sólidos.

Dimensionamiento de la bomba

El diagrama de arriba muestra, esquemáticamente:
- la curva de la bomba de agua
- la curva reducida para purines
- el punto de trabajo de la lechada, es decir, el punto en el que se cruzan la curva del sistema de bombeo y la curva de rendimiento.

Curva del sistema con correlación para 
sedimentación de los efectos de la lechada

Otras Consideraciones

Siempre que se utilicen bombas, es importante que la presión de entrada de la bomba exceda la presión de vapor del líquido dentro de la bomba. La presión de entrada necesaria que se indica para la bomba, NPSH req no debe ser menor que el valor disponible en el sistema de bomba, NPSH.

El valor disponible depende de la presión del aire ambiente (altura sobre el nivel del mar), la presión de vapor del líquido, la densidad de la lechada y el nivel en el sumidero.

Ejemplo: Bombeo de una pulpa a base de agua a una altura de 1000 m sobre el nivel del mar. Temperatura del líquido 40 ° C, nivel del líquido 2 metros por encima de la entrada de la bomba.

Fórmula:
NPSHa = presión de aire - presión de vapor + nivel en la entrada del sumidero.

NPSHa = 9,2 - 0,4 + 2 = 10,8

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