EVALUACION TOTAL DE LA BOMBA DE PULPA

J. David PandelisGerente Regional - Sureste de EE.UU. y SudaméricaMetso Minerals, Inc. – División Bombas de Pulpa900 North 38th StreetBirmingham, Alabama, U.S.A. 35222Oficina: (205) 599-6651Celular: (205) 542-5320Fax: (205) 599-6610E-Mail: dave.pandelis@metso.com

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Autor CorrespondientePatricio MújicaGerente Línea de Negocios - BombasMetso Minerals (Chile) S.A.2758 Los ConquistadoresSantiago, ChileOficina: 2-370-2030Celular: 9-158-9706Fax: 2-370-2002E-Mail: patricio.mujica@metso.com

Abstracto

Los factores importantes relacionados con el diseño hidráulico de las bombas de pulpa deproceso serán desarrollados en este documento señalando su importancia en el costo efectivofinal (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 enagua?¿Cómo afecta la eficiencia hidráulica al requerimiento de energía para la bomba depulpa? 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 pulpaVariables en el sistema que afectan la velocidad de la pulpa en la succión y sus

consecuencias. Recomendaciones en relación a NPSHA vs. NPSHRCálculo simple del área para el diámetro de la tubería y cálculo de la velocidaddel flujo.

Variables que afectan la velocidad de descarga de la pulpa y sus consecuenciasRecomendaciones 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 alabesexpulsores 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 deEnergía

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 lotanto, una bomba de pulpa debe contar con secciones transversales de elastómero o de metalmás gruesos en las partes de desgaste de áreas más grandes de manera de permitir el paso de lossólidos y sistemas de transmisión más robustos (rodamientos y ejes) que rendirán bien bajo unamayor carga hidráulica requerida al bombear una pulpa con sólidos.

Al encontrar secciones transversales más gruesas en los alabes impulsores y grandes áreasrequeridas para el paso de los sólidos, la eficiencia de una bomba de pulpa pequeña es muchomenor que la de una bomba de agua pequeña la que tiene secciones transversales más delgadas yáreas más pequeñas. A medida que las bombas aumentan en tamaño, el porcentaje de áreasocupadas por secciones transversales más gruesas tiene menos efectos en la eficiencia de labomba, de tal forma que las bombas de pulpa más grandes tienen eficiencias mucho mejores quelas bombas de pulpa pequeñas.

Cuando se utiliza una bomba centrífuga para transferir sólidos en una pulpa, el ingeniero dediseño a menudo convierte la Cabeza Dinámica Total requerida de la bomba de pies de líquido apies de la columna de pulpa tomando en consideración la diferencia en densidad del peso de lapulpa cuando se compara con la densidad del peso del agua en una escala de corrección. Luegode aplicar un factor de corrección para la cabeza dinámica total o convertirla desde pies delíquido 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 GravedadEspecífica

HP al Freno = 3960 x Eficiencia (porcentaje)

Cuando se aplican valores métricos, utilice las siguientes conversiones:

GPM = m3/h x 4.4033TDH (pies) = TDH (metros) x 3.2808

Cuando el TDH (Total Dynamic Head) (Cabeza Dinámica Total) es corregida en lasespecificaciones por el Ingeniero de Diseño, luego aplicado a la curva de rendimiento del aguade la bomba, no es recomendable realizar correcciones adicionales a la cabeza, flujo o eficienciasin el riesgo de sobredimensionar la bomba de pulpa. Si la bomba de pulpa essobredimensionada como resultado, el sistema que emplea esta bomba podría experimentar fallascatastróficas o costos operativos más altos que los normales debido a que la bomba estáoperando 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 semueven a lo largo de la superficie de la boca de entrada del revestimiento de succión y comienzana desgastar la superficie del diámetro interno de esta parte. Si la pulpa está girando antes deentrar en el impulsor, el patrón de desgaste será un espiral dentro de la boquilla de entrada. Paraprevenir una rotación previa de la pulpa, se han fundido unas paletas anti-rotación en la entradadel revestimiento de succión. Estas son muy efectivas para “rectificar” el flujo en pulpas develocidades bajas y nominales, sin embargo, son menos efectivas y podrían incluso contribuir a lacavitación 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 laspaletas del impulsor y recirculan hacia la entrada del revestimiento de succión ya que ésta es elárea de baja presión dentro de la bomba. Este movimiento de la pulpa a través de la cara delrevestimiento de succión cerca de anillo de desgaste del impulsor causa un desgaste que ocurriráen 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 delrevestimiento de succión, pero habitualmente no se realiza el ajuste cuando el circuito de la pulpaestá en operación.

Luego la pulpa entra en el impulsor y comienza a erosionar el borde anterior de las paletas debombeo del impulsor. Las ubicaciones de desgaste en las paletas de bombeo dependen del lugaren donde están operando las bombas en relación a su Mejor Punto de Eficiencia (Best EfficiencyPoint (BEP) en la curva de rendimiento. Ver Figura 1.

Si hay presencia de velocidades altas, aparecerá un desgaste acelerado en la guardera trasera delimpulsor y podría incluso erosionar orificios en esta superficie. Si las velocidades bajas sonfrecuentes o si el impulsor no ha sido ajustado apropiadamente para mantener una proximidadcercana al revestimiento de succión, ocurrirá una recirculación excesiva de la pulpa retornando alojo 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 seutilizan?

Las paletas del expulsor han sido diseñadas para “expulsar” o mover los sólidos lejos del área delojo en el lado de succión del impulsor y desde el área de la prensaestopas en el rodamiento olado trasero del impulsor. Las paletas de los expulsores diseñadas adecuadamente realizan untrabajo asombroso manteniendo los sólidos de estas áreas, pero a un costo. El costooperacional de agregar expulsores es un aumento en la energía o consumo de los HP para labomba de pulpa.

En las pulpas menos densas y en aplicaciones en donde se han instalado sellos mecánicos, puedeque no se necesiten o deseen expulsores, sin embargo, cuando una pulpa excede el 60% de lossólidos por peso, los expulsores evitan que los sólidos se acumulen dentro de la caja entre losrevestimientos 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 pulpaes el área de entrada de succión de la bomba. Si esta área es demasiado pequeña, lavelocidad 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, sobreun cincuenta porciento, los sólidos podrían bloquear la entrada causando la cavitación dela bomba.

Las entradas de bombas de pulpa que manejan pulpas densas deberían serdimensionadas para un máximo de 4 - 5 metros por segundo (14 - 16.4 pies porsegundo) de velocidad de entrada para dar un buen rendimiento sin un desgaste excesivoo cavitación. Si se ha seleccionado un tamaño de entrada de succión en donde lavelocidad excede la recomendación arriba mencionada en cualquiera de los puntosoperativos o en un punto operativo futuro, quiere decir que la bomba seleccionada esdemasiado pequeña para la aplicación.

2. La segunda área que debe ser considerada y que está relacionada con el área de succiónes el área entre los bordes anteriores de las paletas de bombeo del impulsor. Para lasbombas de pulpa, esta área es normalmente entre un 25% y 40% más grande que laentrada de succión. Esta área que es más grande genera una zona de baja presión en elojo del impulsor para inducir el flujo de sólidos concentrados en la bomba. En caso quese diseñe un área superior a un 40% en la bomba, esto provocará que la eficiencia de labomba 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 debombeo aplican energía cinética a la pulpa debido a que gira, lo que crea la velocidadturbulenta requerida para mover la pulpa a través de la carcaza. El diseño de los alabesde la bomba de pulpa no sólo debe contar con las áreas apropiadas sino que tambiéndebe tener una forma eficiente para hacer girar la pulpa en 90 grados desde la entrada desucción y aplicar energía a la pulpa en una velocidad nominal para minimizar la turbulenciainterna excesiva que causa desgaste erosivo a las partes de extremos húmedos de unabomba de pulpa.

3. El área de la carcaza, aunque no está totalmente aislado de las áreas del impulsor ysucción, es seleccionado comenzando en la boca de descarga. La velocidad de descargade la bomba en aplicaciones de pulpa extremadamente abrasivas, tales como la descargade molinos de molienda y alimentación de ciclones no debería exceder los 5.5 metros porsegundo (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 recomendaciónanteriormente señalada en cualquiera de los puntos operativos o en un punto operativofuturo quiere decir que la bomba seleccionada es por lo tanto demasiado pequeña para laaplicación.

Desde la boca de descarga, hacia el interior de la caja y en el cutwater, el área en laentrada hacia la descarga debería ser diseñada para una velocidad máxima deaproximadamente 6 metros por segundo. Esto permite que la velocidad de la pulpadisminuya 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 lacarcaza, el área debería ser un 26% y un 32% menor que el área en el comienzo de laboca de descarga y aumentar constantemente alrededor de la circunferencia de lacarcaza hacia la boca de descarga. Este aumento constante en el área de la volutareduce la velocidad turbulenta del material ya que se desplaza a través de la caja paraproducir una vida útil más larga.

Una vez que el área de la carcaza para una bomba de pulpa ha sido determinada, sedeberá determinar la forma de la sección transversal. Durante muchos años losfabricantes de bombas utilizaron la forma de “herradura” (“horseshoe”) para la seccióntransversal de la voluta ya que era más simple para la construcción del patrón y más fácilpara 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 defundición, 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 lafabricación de carcazas para bombas de agua alrededor del 1927 en un esfuerzo paramejorar la eficiencia global. La utilización de este diseño de voluta y la incorporación deingeniería de punto de trabajo para lograr un diseño de bomba de pulpa particular haresultado 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 dePulpa

La mayoría del personal de Mantención evalúa una Bomba de Pulpa por la vida útil desus partes. Cuando piensan en una bomba de pulpa, piensan en cuán seguido tienen quetrabajar ellos en ésta. ¿Cuántas horas funciona la bomba sin cambiar el revestimiento desucción, o carcaza? O, si la bomba tiene aún mayor cantidad de partes, ¿cuánto tiempoduran éstas y cuánto cuestan? Cuando saben cuánto dura una parte y cuánto cuesta, essimple para ellos poder determinar su costo por hora.

Revisaremos en este documento, el costo por hora no solamente de las partes dedesgaste sino que también el consumo de energía, la vida útil del rodamiento, la vida útildel lubricante, el costo del agua de sello de la prensa, la capacidad de producción de labomba y el costo de horario del personal para reparar o volver a armar la bomba paradeterminar el costo por tonelada de producción. La mayoría de estas facetas de costototal no siempre es considerada por el personal de mantención a los que se les pidemantener la bomba funcionando y minimizar los tiempos de parada.

¿Cómo especifican y evalúan los Contratistas de Ingeniería las Bombasde Pulpa?

A partir de un estudio geológico con muestras de núcleo para determinar el cuerpo mineral yotros criterios, la compañía minera determina la tasa de producción que ellos desean alcanzar ydeciden construir una planta concentradora. A partir de esta información otorgada al Contratistade Ingeniería por la compañía minera, el Contratista de Ingeniería determina un sistema deprocesos y un diagrama de circulación de la planta requerido para recuperar el mineral en la tasade 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 enel concentrador y en general proporciona tres medidas de caudal a ser considerados porlos fabricantes de bomba al proponer una bomba para la aplicación. Estas medidas decaudal son mínimas, nominales y máximas; siendo la nominal la medida del caudal paralograr las especificaciones contractuales para la producción con la compañía minera. Enalgunos casos, la medida del caudal es especificada para alcanzar un requerimientofuturo o una actual tasa de producción alta dependiendo de una recuperación más altadesde el cuerpo mineral.

Una vez que el Contratista de Ingeniería ha diseñado la posición de los equipos mayoresy los tamaños de las tuberías, se anota la especificación de las bombas de pulpa y seenvía a los fabricantes de bombas de pulpa para licitar. Estas hojas de datos deespecificaciones otorgan las medidas de caudal mínimas, nominales y máximas con susrespectivas cabezas dinámicas totales calculadas; gravedad específica de los sólidos,gravedad específica de la pulpas y un análisis de tamaño de criba de los sólidos. Laespecificación por escrito otorga las características de diseño básicas de la bomba depulpa deseada, incluyendo la metalurgia, diseño del flange, velocidad periférica máxima,vida útil del rodamiento L-10, ubicación de todos los puntos operativos hacia laizquierda de la Línea de Eficiencia Mejor (BEL) de la bomba, y otros criterios deseadospor el ingeniero designado.

Luego que los fabricantes de bombas, o sus representantes han enviado al Contratista deIngeniería las propuestas con sus respectivas recomendaciones para las bombas depulpa seleccionadas, las propuestas son revisadas y evaluadas en comparación con lasespecificaciones por escrito y las hojas de datos. Algunos de los elementos de datosclave para el ingeniero que revisa son: eficiencia de la bomba en los puntos operativosespecificados, NPSH requerida para las bombas propuestas, velocidad periférica delimpulsor, consumo de energía y HP del motor y, muy importante, el precio! Otroselementos de datos, los que pueden o no ser revisados, o no han sido evaluados con lamisma diligencia pueden incluir: velocidades de entrada y de descarga, tamaño de labomba 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 losequipos principales en la planta concentradora, el deberá determinar el tamaño yprofundidad del estanque que recibe la descarga del molino de molienda. El tamaño esusualmente representado utilizando un factor de tiempo y la medida del caudalvolumétrico que la descarga del molino de molienda bombeará hacia fuera por lasbombas de descarga del molino.

La profundidad del estanque, como también su nivel operativo es extremadamenteimportante para asegurar que el diseño permita una Net Positive Suction Head Available(NPSHA) (Cabeza de Succión Positiva Disponible) que sea más grande que la NetPositive 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 pordebajo del nivel operativo del estanque de manera de prevenir aire de arrastre encascada hacia el estanque.

2. ubicar todas las tuberías que alimentan hacia el interior del estanque lejos de la tubería deentrada de succión hacia la bomba de pulpa.

3. diseñar una pantalla de dispersión a ser instalada en el estanque de descarga del molinoubicado por debajo del nivel operativo mínimo y fijado en un ángulo lejos de la succiónde la bomba de pulpa. Los orificios en la pantalla deberán ser dimensionados para pasarpor 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 airearrastrado por la pulpa en cascada y prevendrá que ésta entre en la entrada de succiónde la bomba de pulpa, eliminando un bloqueo de aire de manera de prevenir la cavitaciónde la bomba.

4. ubicar la tubería de entrada de la bomba de pulpa en una elevación arriba del fondo delestanque 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 velocidadadecuada para prevenir el asentamiento de los sólidos en la pulpa mientras se minimiza eldesgaste abrasivo excesivo hacia la tubería.

6. dimensionar la línea de descarga de la bomba de pulpa para prevenir el asentamiento delos sólidos en la pulpa mientras que se minimiza un desgaste abrasivo excesivo hacia lamanguera o tubería. La velocidad de la línea deberá exceder la velocidad de conduccióncrítica 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 unapresión de entrada reducida de manera de realizar la separación requerida. La ubicacióny la presión de entrada reducida pueden reducir en forma considerable los HPrequeridos, por ende, reducir el costo operativo sobre la vida útil de la operación delconcentrador.

8. instalar una línea de re-circulación desde el sobre flujo de los ciclones al estanque dedescarga del molino como un “respaldo” o línea de agua de relleno secundaria paramantener 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 Ingenieríapuede ser analizado y comparado con la operación real de la planta. ¿Están los parámetros dediseño semejantes a la operación real? ¿Está la planta operando a una capacidad más baja que ladel diseño o a una capacidad más alta que la del diseño? ¿Cómo afecta la operación real delconcentrador a la operación de las bombas de pulpa y qué se puede hacer para que las bombasde 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 lasespecificaciones de diseño, ya sea por cambio en el cuerpo del mineral, incapacidad paraalimentar los molinos de molienda en la tasa de alimentación del diseño más alta, o simplementefueron “omitidas” por el Contratista de Ingeniería, entonces la recirculación dentro de la bombaes mayor y las cargas radiales en los rodamientos son mayores que lo normal. Una operacióncontinua en este punto resultará en un desgaste acelerado hacia las partes de desgaste de losextremos 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 deleje en el prensaestopas ocasionando un desgaste acelerado a la camisa del eje y un consumo deagua 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 EficienciaMejor (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 operandopor debajo de su medida de caudal del diseño? Un personal de Mantención entrenado puederevisar los patrones de desgaste en el impulsor y la caja de la bomba de pulpa para determinar sila bomba está operando en su curva de rendimiento. Las bombas que están operando bien haciala izquierda de la BEL tienen patrones de desgaste distintivos como se señala en las Figuras 4 y5.

La solución para lo anterior es relativamente simple. Se puede instalar en el sistema un nuevabomba de pulpa o una conversión de extremo húmedo que esté diseñada para un una medida decaudal reducido.

Debido a que muchos diseños de concentradores no utilizan ahora reductores de engranajes peroson conducidos directamente por motores sincrónicos, se deberá tener consideración con lavelocidad de operación, el torque del motor disponible para conducir la bomba, y el tamaño delínea de descarga para prevenir el asentamiento de los sólidos de la pulpa en la tubería omanguera. Para hacer coincidir lo mejor posible la velocidad del motor existente, la nuevabomba 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 bombasmás pequeñas tienen impulsores de diámetros más pequeños, la bomba de reemplazo oconversión del extremo húmedo puede llegar a requerir una “ingeniería de punto de trabajo” envez 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 HPproporcionarán ahorros de los costos que compensarán la inversión inicial. Más a menudo, enaplicaciones de medidas de caudal reducidas, el sistema de transmisión (rodamiento/eje yconjunto 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 quelas especificaciones de diseño, algunos de los hidrociclones y celdas de flotación, corriente abajopueden requerir que sean sacadas del circuito.

Si se requiere que la bomba de pulpa opere en la medida de caudal máxima especificada a unamedida de caudal superior a lo especificado en las especificaciones del diseño, entonces elpersonal de Mantención entrenado que revisa los impulsores desgastados y cajas de la bombapodrá reconocer fácilmente los patrones de desgaste como aquellos de una bomba operandohacia la derecha de la Línea de Eficiencia Mejor (BEL). Con una velocidad mayor de sólidos enla 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 lostípicos patrones de desgaste tanto dentro de la caja como en el impulsor cuando una bomba depulpa es operada más allá de su BEL.

En las aplicaciones de pulpa densa, pueden ocurrir otros fenómenos que no sean reconocidosfácilmente cuando una bomba de pulpa se encuentra operando en una medida de caudaldemasiado alta. Revisando la curva de la bomba del fabricante, puede parecer que la bombaestá operando en su o cerca de su BEL, pero la bomba vibra, algunas veces lo suficientementeviolenta como para soltar las fijaciones de montaje de la bomba, desalinear el acople o soltar lossensores de vibración del motor apagando el motor y deteniendo la bomba de pulpa. En estoscasos, una cantidad de criterios o una combinación de estos puede contribuir a la falla de labomba 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 operacióndemasiado bajo y la Cabeza de Succión Positiva de Red Requerida (NPSHR) excedeahora la Cabeza de Succión Positiva de Red Disponible (NPSHA), de manera que labomba cavita y ocasiona una vibración excesiva.

3. las tuberías de entrada hacia el estanque de alimentación están ubicadas arriba de laentrada de succión de la bomba y por sobre el nivel operativo mínimo están haciendoconexión en cascada y llevando aire arrastrado hacia el estanque y hacia la entrada desucción de la bomba causando zonas de presión baja que producen cavitación y unavibración excesiva.

4. la pulpa de descarga que cae del molino está haciendo conexión en cascada y llevandoaire arrastrado hacia el estanque y la entrada de succión de la bomba creando zonas depresión 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 seencuentra operando a una medida de caudal alto es bastante simple; la bomba debe serreemplazada ya sea con una conversión más grande del extremo húmedo de la bomba o por unabomba más grande que cuente con velocidades reducidas en la medida del caudal requerido paralograr la aplicación. Cuando se selecciona esta bomba más grande para reducir la velocidad, labomba de pulpa estándar del fabricante tendrá normalmente un impulsor de diámetro más grandeque la bomba que está siendo reemplazada, de manera que la bomba puede ser operada a unavelocidad 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 lasaplicaciones. Sin embargo, antes de proceder con una conversión de extremo húmedo, sedeberá realizar un estudio para asegurarse que el cuadro de fuerza de la bomba existente estádiseñado con suficientes rodamientos y eje para manejar las cargas impuestas por el nuevoextremo húmedo sin falla.

También, antes de realizar una conversión del extremo húmedo o de reemplazar la bombacompleta, se deberán analizar los HP del motor y la velocidad/torque para asegurar que el motorpueda ser operado a una velocidad más lenta y aún entregar un torque suficiente como paraconducir el motor sin sobrecarga o falla. Si se instala un reductor de engranaje, el cambiar larelación del engranaje mediante el cambio de engranajes a menudo funcionará para facilitar elcambio de velocidad. Si no se instala un reductor de engranajes tal como en el caso en que seinstala un motor sincrónico, entonces se requerirá una bomba con “ingeniería del punto detrabajo” o conversión de extremo húmedo con un impulsor de diámetro similar para permitiroperar a la velocidad instalada. Esta bomba nueva tendrá una entrada de succión más grandepara reducir las velocidades de entrada, un impulsor más ancho con áreas más grandes paramanejar en forma eficiente la medida del caudal más alta requerida por la aplicación, un diseño derodamiento y eje más pesado para manejar las cargas mayores que serán vistas al bombear unamedida de caudal más alto, y una boca de descarga más grande para reducir el desgaste alreducir la velocidad de la pulpa que está siendo bombeada en esta área. Este extremo húmedomás grande o bomba de pulpa más grande aumentan ahora la capacidad global de la planta. Sise especifica adecuadamente el equipo de corriente abajo, entonces la medida de caudal más altapuede ser procesada. Si está subdimensionada, entonces puede ser que se necesite emplearceldas de flotación adicionales u otros equipos de manera de manejar la mayor capacidad deproducción.

En los casos como los anteriormente señalados, uno se pregunta “¿Por qué se eligió la bombaequivocada 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 oel sistema de proceso cambia, de manera que la medida de caudal del diseño no puede serlograda para la aplicación. En el caso de la bomba que demasiado pequeña, el Contratista deIngeniería a menudo hace esta selección sobre la eficiencia de hidráulica de la bomba y del puntode trabajo operativo con poca consideración hacia las velocidades que pueden severamenterestringir el rendimiento de la bomba en aplicaciones de pulpa concentrada o la operación de labomba 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 delCiclón

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, vidaútil del rodamiento L-10 de mínimo 60,000 horas, transmisión directa utilizando un motoreléctrico sincrónico que no sobrecargará en todos los puntos operativos especificados y deberátener RTD’s de rodamiento y de vibración para detectar el calor o problemas de vibración en elmotor.

La información de la hoja de datos muestra la siguiente información:

Mínima Nominal MáximaMedida de Caudal 6413 m3/h 8017 m3/h 9620 m3/hTDH 31.5 mcp 33.3 mcp 35.4 mcpNPSHA 7.3 m 6.8 m 6.3mSp. Gr. Sólidos: 2.8 Sp. Gr. Pulpa: 1.71Tamaño 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-XVelocidad Periférica en Condición Máx. 31.40 m/s 27.58 m/sVelocidad Periférica a RPM Máx. Bomba 38.67m/s @ 500 RPM 36.17 m/s @ 425 RPMVelocidad Bomba a Condición Máx. 406 RPM 324 RPMEficiencia Bomba a Condición Máx. 83.7% 86.8%

Velocidad de Entrada al Máx. 6.9 m/s 4.06 m/sVelocidad de Descarga al Máx. 8.1 m/s 5.14 m/s

Tamaño Motor Requerido 4000 HP 3000 HPVel. Motor Sincrónico, máx. 428 RPM (14 polos) 333 RPM (18 polos)

Precio completo; Bomba & Motor US$743,050.00 US$860,357.00Unidad Peso Estimado 38,000 kg. 44,000 kg.

Precio Partes de Desgaste Marca “G” Marca “M”Carcaza US$39,500.00 US$57,250.00Impulsor US$11,500.00 US$14,500.00Revestimiento Succión US$ 9,250.00 US$11,350.00

Uso anual estimado, partes Marca “G” Marca “M”Caja 02 02

Impulsor 04 04Revestimiento Succión 06 06

Costo Total partes anuales Marca “G” Marca “M”Caja US$ 79,000.00 US$114,500.00Impulsor US$ 46,000.00 US$ 58,000.00Revestimiento Succión 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 deinversión para la Bomba y Motor completo, y también es un 33% más baja en preciopara los repuestos de partes húmedas anuales. Si se hace una evaluación basada enrepuestos de las partes húmedas anuales a estas alturas en la revisión, la bomba deMarca “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 operarla bomba a 406 RPM. La velocidad de 14 polos es de 428.5 RPM, de manera quepara entregar los HP suficientes y torque a la bomba a 406 RPM, se requerirán 4000 HPen la velocidad del rotor cerrado. La Marca “M” requiere solamente de un motor de3000 HP para operar su bomba a 324 RPM, de manera que se seleccionó un motor de18 polos con una velocidad de rotor cerrada de 333 RPM. Para alcanzar la velocidadde condición máxima de 324 RPM, el doblado hacia abajo (turndown) es de solamente9 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 a324 RPM en las condiciones hidráulicas máximas especificadas. A una velocidad másbaja de 82 RPM (sobre 25%), la bomba de Marca “M” otorgará una vida útil más largaa las partes de desgaste de extremos húmedos, de tal forma que la comparación previade costo para las partes anuales estarán erróneas si la cantidad de partes evaluadas es lamisma para ambas bombas. Por lo tanto, la cantidad anual de repuestos de las parteshúmedas consumidos por la Marca “M”será menor que la Marca “G” y deberá serreemplazada en la evaluación. Junto con esta reducción de consumo de repuestos deextremos húmedos, la cantidad de veces que el personal de mantención es requeridopara 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 deMarca “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% haciala izquierda del BEP) mientras que la bomba marca “M” es de 86.8% (casi en el extremosuperior de la línea del BEP) al funcionar en las condiciones hidráulicas máximasespecificadas.

De las notas anteriores, la Marca “G” tiene ventajas definidas en precio al compararla con labomba Marca “M”, tanto en la inversión inicial para los Equipos de Capital como en los costosde repuestos anualizados. Sin embargo, una vez que las unidades estén instaladas y operando, laMarca “M” operará tanto en una velocidad baja como con una eficiencia mayor lo que reducirálos costos de repuestos anuales, costos anuales de personal de mantención y el costo eléctrico deoperación de las bombas. El Ingeniero de Diseño designado deberá establecer ahora unarelación de cantidad anual reducida para tanto los repuestos de extremos húmedos consumidoscomo 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 loscostos operativos eléctricos reducidos.

La Marca “M”, operando a o cerca del BEP para el rendimiento de la bomba, tendrá unadeflexión 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 unatemperatura menor de aceite lubricante. Además, si se tiene una deflexión reducida del eje en losrodamientos, se tendrá una deflexión reducida del eje en la prensaestopas que extiende en formasignificativa 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 entreel revestimiento de succión y el impulsor giratorio durante la operación para proporcionar unavida 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 deentrada de 6.9 m/s la que es mayor a la recomendada de 6.0 m/s para un bombeo estable depulpa concentrada. Por lo tanto, una vez que la bomba sea operada por encima de los 8,300m3/h, en donde la velocidad de entrada es de 6.0 m/s, ocurre un bombeo inestable causandovibración 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 deoperación, será de solamente 72,725,479, de tal forma que la bomba de Marca “G” no puedeentregar el tonelaje especificado por el ingeniero de diseño. A una medida de caudal máximaespecificada de 9,620 m3/h, con un 64.4% de sólidos por peso pulpa, el tonelaje anual basadoen 330 días de operación es de 84,291,451. La diferencia es de 11,565,972 toneladas por añoen producción.

Adicionalmente, si se desea un tonelaje mayor a lo especificado en una fecha posterior, la bombamás grande de Marca “M” podrá alcanzar las condiciones hidráulicas mayores (hasta 14,216.6m3/h) previo a alcanzar la Velocidad de Entrada limitante de 6.0 m/s y entregar un tonelajeaumentado de producción sin cambiar la bomba. Este aumento en la medida del caudal mejorala medida de caudal especificada originalmente en un 47.78% y podría otorgar una enormemejoría en la producción. En esta medida de caudal superior, es probable que se requiera unnuevo 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 laBomba de Pulpa de manera de determinar cuál bomba debe ser adquirida e instalada para unaaplicación particular. El precio, aunque importante, es secundario al compararlo con la pérdidade tonelajes de producción en una bomba que no puede entregar la producción especificada o noproporciona la capacidad para producir el tonelaje futuro deseado por parte del Ingeniero deDiseño como del Propietario.

Mientras que las bombas de pulpa representan una parte pequeña del costo de inversión globaldel proyecto en una planta concentradora o de procesamiento, los estudios de concentradoras enChile muestran que éstas son segundas sólo para los chancadores anteponiendo los molinos demolienda en el costo a largo plazo de repuestos utilizados en la planta. Es por esta razón que esnecesaria la Evaluación Total de la Bomba de Pulpa para asegurar que el empleo a largo plazo deuna bomba de pulpa particular es la mejor que se ha elegido para esta aplicación ya sea paradescarga/alimentación de ciclones del molino de molienda, remolienda, depuración, concentradofinal o servicio de residuos.