ANSI-HI-12!1!12!6!2011 Presentacion Bombas de Pulpa

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 12.1-12.6-2011 Rotodynamic (Centrifugal) Slurry Pumps For Nomenclature, Definitions, Applications and Operation

 Abril 2013

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 12.1-12.6-2011 Alcances

El presente estándar aplica para bombas; rotodinámicas (centrífugas), de una etapa, horizontales y verticales de uso industrial para líquidos abrasivos, comúnmente referidas como slurry pumps. pumps. Se incluyen tipos de bombas, nomenclaturas y definiciones; diseño, aplicación e instalación; operación y mantenimiento. Objetivos

Este estándar es una normativa y establece requerimientos, recomendaciones y bases para; definir, seleccionar, aplicar, operar y mantener bombas para concentrado (slurry ( slurry pumps). pumps).

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El presente estándar aplica para bombas; rotodinámicas (centrífugas), de una etapa, horizontales y verticales de uso industrial para líquidos abrasivos, comúnmente referidas como slurry pumps. pumps. Se incluyen tipos de bombas, nomenclaturas y definiciones; diseño, aplicación e instalación; operación y mantenimiento. Objetivos

Este estándar es una normativa y establece requerimientos, recomendaciones y bases para; definir, seleccionar, aplicar, operar y mantener bombas para concentrado (slurry ( slurry pumps). pumps).

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Insertar Figura 12.1.2a  – Rotodynamic (centrifugal) slurry pump types

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 12.1 Objetivos • Este capítulo presenta principalmente una descripción mecánica de cada uno de los tipos de bombas consideradas. 12.2 Definiciones • Este capítulo presenta las entendimiento de la norma.

principales

definiciones

conceptuales

para

el

12.3 Diseño y aplicación 12.3.2 Servicios de pulpa 12.3.2.2 Características de la pulpa Por lo general, las concentraciones de las pulpas se presentan en términos volumétricos (Cv). •

•  Dependiendo

del sector, las concentraciones de la pulpa se presentan también en términos de concentración en peso (Cp) o de la gravedad específica de la mezcla. •  La

norma presenta un nomograma que relaciona estas diferentes medidas (Figura 12.3.2.2).

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Figura 12.3.2.2 - Nomograma que relaciona la concentración y la gravedad específica de una pulpa.

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12.3.2.3 Tipos de pulpas •

Dependiendo del tamaño de partículas pueden ser clasificadas en suspensiones sedimentables y no sedimentables.

•

Las pulpas no sedimentables se comportan de manera homogénea.

•

La mayoría de las pulpas están compuestas por sólidos de tamaño grande y pueden incluso moverse como una cama deslizante a través del tubo.

•

La Figura 12.2.9.4 proporciona una guía para los tipos de pulpa y le mecanismo de flujo.

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Figura 12.2.9.4 - Clasificación esquemática de pulpas en aplicaciones de tuberías industriales.

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 12.3.2.4 Sedimentación de pulpas •

La velocidad de sedimentación (Vs) depende del tamaño de la tubería, tamaño de la partícula, concentración de sólidos (Cp) y de la gravedad especifica de los sólidos.

•

 A altas concentraciones en peso de sólidos, la velocidad de sedimentación va disminuyendo, mientras que a bajas concentraciones de sólidos va aumentando.

•

El sistema debe ser diseñado para el valor más bajo aceptable de velocidad de sedimentación.

•

El punto donde Vs alcanza un máximo se define como el valor máximo de la velocidad de depósito (Vsmax).

•

La Figura 12.3.2.4, presenta un nomograma para la determinación de la velocidad máxima de depositación de los sólidos (los valores obtenidos se puedes utilizar como una aproximación inicial para la correcta selección del diámetro de la tubería conociendo la gravedad específica de los sólidos).

•

Dado que la concentración de los sólidos no puede ser controlada, el sistema de bombeo preferiblemente debe estar diseñado de manera que la velocidad en la tubería (velocidad de operación) siempre exceda Vsmax por al menos un margen de 10%.

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 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 12.3.2.5 Efecto de la pulpa en el rendimiento •

•

El rendimiento de una bomba centrífuga impulsando pulpa es diferente al de impulsando agua (típica curva de bomba publicada); el efecto de la presencia de los sólidos en la suspensión es presentado en la Figura 12.3.2.5. El ingeniero debe consultar al fabricante de la bomba sobre las predicciones más exactas de rendimiento para una bomba en particular y pulpas particulares.

Figura 12.3.2.5 - Efecto de las pulpas sedimentables sobre las características de las bombas.

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 12.3.2.6 Reducción del rendimiento basado en la viscosidad •

El comportamiento de un fluido newtoniano se caracteriza porque fluye libremente y tiene una viscosidad constante e independiente de la velocidad de cizalle ( shear rate).

•

En concentraciones altas, homogéneas, las pulpas no sedimentables a menudo no fluyen de manera libre y presentan una tensión de fluencia. Esta viscosidad variable y la incertidumbre asociada con la determinación de una velocidad de cizallamiento, hace que el uso de la norma ANSI/9.6.7 sea engorroso, menos preciso y es probable que se subestime el derrateo del rendimiento a bajos valores de flujo.

•

Si se desprecia este derrateo a bajo flujo, podría resultar una curva de rendimiento de la bomba que se cruza con la curva del sistema en múltiples puntos de operación, resultando con esto un flujo inestable.

•

El ingeniero debe consultar al fabricante de la bomba para la orientación de la selección del equipo, por los efectos de un fluido no-newtoniano en el comportamiento de la bomba.

12.3.2.7 Reducción del rendimiento en el tamaño y el contenido de  ANSI/HI basándose 12.1-12.6-2011 sólidos. Cuando la suspensión es heterogénea, la Figura 12.3.2.7 se puede utilizar para • determinar las reducciones de altura de elevación y eficiencia respecto de la operación con agua, para diferentes tamaños de bombas de pulpas, de baja a mediana velocidad específica, para mezclas de pulpas con concentraciones en volumen de 15% y con tamaño de sólidos de no más de 75 µm (finos). •

Para los sólidos con gravedad específica distinta a 2,65 y para otras concentraciones en volumen (Cv) diferentes al 15%, los valores de Rh ( Head reduction factor ) se modifican multiplicándolos por los factores de corrección Csg ( Specific gravity correction factor ), Cfp (Fine-particicle correction factor ), Cccv (Concentration correction factor ).

Tabla 12.3.2.7- Factor de corrección por gravedad especifica

•

•

Para la potencia, se sume que el factor de reducción de eficiencia es igual al de altura (Rh=Rh), con lo cual la potencia en pulpa aumenta directamente con la gravedad específica (Pm=Sm x Pw). Este supuesto es conservador, pero adecuado para un dimensionamiento seguro del motor. Con bombas pequeñas y pulpas con concentración volumétrica mayor a 20%, la potencia puede ser hasta 1,5 veces mayor que la potencia con agua, dependiendo

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 Las distintas definiciones utilizadas en el capítulo 12.3 se presentan en la sección 12.2, incluyendo los factores de corrección para las curvas de operación de las bombas centrífugas. A continuación se presentan algunas definiciones: 12.2.9.24 Head ratio (Hr) La razón de altura de impulsión de la pulpa sobre la del agua, se presenta en metros o en pies.

(FALTA 12.2.9.25 Efficiency ratio) 12.2.9.26 H e ad r e d u c t i o n f a c t o r (Rh) Expresión decimal de uno menos la razón de altura de impulsi ón Hr. Rh= 1 - Hr (FALTA 12.2.9.27 Efficiency reduction factor) 12.2.9.32 S p e c i f i c g r a v i t y c o r r e c t i o n f a c t o r (Csg) Factor de corrección para pulpas con gravedad específica distinta a 2,65 (Ss

≠ 2,65).

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 12.2.9.33 Fine-particle correctio n facto r (Cfp) Corrección aplicada al factor de reducción Rh, para pulpas que contienen partículas de menos de 75 mm. Cfp=(1  – contenido fraccional por peso de partículas < 75 µm) 2

12.2.9.34 C o n c e n t r a t i o n c o r r e c t i o n f a c t o r (Ccv) Corrección para pulpas con concentraciones en volumen distintas a 15% (Cv).

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Figura 12.3.2.7 - Efecto del tamaño de partícula (promedio) y diámetro del impulsor sobre Hr y Rh (para la concentración en volumen de sólidos Cv = 15% y gravedad especifica de sólidos de Ss = 2,65 y para partículas finas. Los diámetros del impulsor se dan en milímetros y pulgadas.)

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12.3.4

Desgaste en bombas centrífugas.

12.3.4.1 Consideraciones del desgaste •

El desgaste debe ser considerado en la selección de la bomba y en la configuración de la instalación de la bomba.

•

Se produce por fricción y por impacto de las partículas en la superficie.

•

El desgaste abrasivo varía con el número de partículas (concentración de sólidos).

•

La energía específica en J/m³ (lb x ft/ in³), se define como la energía erosiva de partículas necesarias para eliminar una unidad de volumen de material.

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 La Figura 12.3.4.1a muestra ejemplos, para diferentes tamaños de partículas de arena, contra diferentes materiales de pH neutro resistentes a la abrasión.

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 12.3.4.1 Consideraciones del desgaste (Continuación) •

La norma ASTM G75-01 presenta la caracterización de la abrasividad de la pulpa mediante la prueba de Miller. El número de Miller ayuda a especificar la abrasividad de las suspensiones, en términos del desgaste de un material estándar de referencia.

•

Cuanto mayor es el número de Miller, ensayada.

•

Para las prácticas se utilizan pulpas con Cp= 50%; se ha encontrado que pulpas con mayores Cp producen el mismo número de Miller.

•

Pulpas con el numero de Miller de 50 o inferior, pueden usualmente ser bombeados con un daño menor por erosión para el sistema de bombeo.

•

La correcta definición de la aplicación y selección de material, son necesarios para maximizar la vida útil del equipo.

mayor es el desgaste de la muestra

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 12.3.4.2 Desgaste de la bomba •

Depende de su diseño a la abrasividad de la pulpa, las condiciones de aplicación o servicio y las condiciones reales de servicio.

12.3.5 •

Diseño hidráulico y consideraciones de aplicación

Este capítulo presenta las distintas consideraciones que debe tener en cuenta el diseñador de la bomba, para maximizar su vida.

12.3.6

Diseño de sistema

•

Las velocidades de flujo deben mantenerse dentro del intervalo óptimo.

•

Velocidades muy altas, desgaste de la bomba.

•

Velocidades menores causan inestabilidad y obstrucción en las tuberías.

resultan en altos requerimientos de energía y mayor

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 • •

La Figura 12.3.6 da una presentación generalizada de los efectos de la pulpa en los sistemas de tubería. Los sistemas deben ser diseñados, cerca del punto transición (véase Figura 12.3.6), para obtener un funcionamiento energéticamente eficiente y estable.

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 •

Para un funcionamiento seguro, la velocidad de flujo (operación) debe ser el mayor valor de velocidad que tenga la menor pérdida de carga (Figura 12.3.6) o el 110% de la Vsmax.

•

Debido a las variaciones en las características del concentrado, las tuberías, etc. se puede tener un efecto significativo en los requisitos de altura de elevación del sistema; por lo tanto, se deben tomar provisiones en el diseño del sistema, para ajustar las prestaciones de la bomba a las necesidades reales del sistema. Esto se logra cambiando la velocidad de la bomba (VDF), cambios de polea, o cambiando el diámetro del rodete.

12.3.7

Sección presenta: materiales y construcción de la bomba.

12.3.8

Sección presenta: disposición general, sellado, embalaje entre otros

temas.

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 12.4 12.4.1 •

Instalación, operación y mantención Instalación

Cuando las bombas de pulpa son operadas se deben tomar precauciones especiales. La referencia básica se presenta en la norma ANSl/HI1.4 Rotodynamic (centrifugal) Pumps for Manuals Describing Installation, Operation, and Maitenance.

12.4.1.1

Requerimientos especiales

•

Debido a que las bombas de pulpas pueden tener requisitos especiales para la operación, se debe prestar mucha atención a todos estos. El usuario debe discutir estos puntos en detalle con el fabricante y debe considerarlos en el diseño del sistema y en la selección de la bomba. Estos incluyen, pero no están limitados a, sólidos de gran tamaño, sedimentación de sólidos, los efectos de la viscosidad y el efecto del aire arrastrado.

•

Las bombas deben ser instaladas considerando un lavado durante una detención prolongada del sistema o antes de una reparación.

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 12.4.2 Cargas sobre las boquillas •

Esta sección incluye recomendaciones para las cargas permitidas en la boquilla de succión y descarga. Particularmente importante en ausencia de recomendaciones del fabricante.

•

Movimiento o deslizamiento de la plataforma de la bomba (skid ) causa desalineamiento de la bomba y el motor. Generalmente, las cargas para producir deslizamiento son menores que las cargas que produce stress excesivo en las boquillas o deformación de partes internas de la bomba. Basado en lo anterior, la carga admisible sobre las boquillas estará dado por el máximo admisible de los pernos de anclaje a la fundación (por deslizamiento o por stress).

•

Las orientación de las cargas en las boquillas se presentan en la figura 12.4.2; estas son para las cargas que se aplican a las bombas con sus bases montadas en una placa base (anclada a la fundación).

•

Nótese que el sistema de coordenadas se mueve siempre con el ángulo de descarga (Fz siempre en dirección de flujo).

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Figura 12.4.2  – Dirección de las fuerzas y momentos aplicados en la succión y la descarga de las boquillas.

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 12.4.3

Conexión del p i p i n g

•

La succión y la descarga deben estar sujetos a las normas ANSI/HI 9.6.6 Rotodynamic Pumps for Pump Piping, excepto cuando las propiedades de las pulpas requieren una modificación específica.

•

Nunca se debe utilizar la bombas como un punto de anclaje para las tuberías.

•

No deben ser excedidos los esfuerzos admisibles de la tubería.

•

Las líneas de succión deben poseer válvulas de venteo ( self-venting ).

•

Si la fuente de bombeo está por debajo de la bomba, la línea debe tener una inclinación ascendente hacia la bomba.

•

Si la fuente está por encima de la bomba, la línea debe tener una pendiente hacia abajo, en dirección a la bomba.

•

Las tuberías deberán ser ancladas en las proximidades de la bomba y deben ser conectadas sin transmitir tensiones mayores a la permitidas.

•

El diámetro de la tubería debe ser al menos igual al diámetro de la boquilla de la bomba.

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12.4.4 •

Comisionamiento

El usuario debe leer el manual de instrucciones del fabricante, el que incluye básicamente las siguientes: a) Datos de funcionamiento: Nivel de aceite, chequeo de dirección de rotación del rotor, cebado de la bomba, etc. b) Se debe asegurar que la unidad está correctamente conectada a la fuente de alimentación eléctrica y que este equipada con todos los dispositivos de protección. c) Se debe asegurar que todas las conexiones auxiliares están conectadas y en funcionamiento.

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 12.4.4 •

Puesta en marcha

La mayoría de las canalizaciones para pulpas en partidas y detenciones utiliza agua limpia, en el cual el procedimiento para la puesta en marcha debe seguir la norma ANSI/HI 1.4.

12.4.9

Diseño del sistema de tuberías

•

Se deberán seguir los requisitos generales de la norma ANSI/HI 9.6.6 para tuberías ( piping ) y ANSI/9.8 para sumideros.

•

El diámetro de la tubería debe ser de un tamaño tal como se describe en la sección 12.3.2 para alcanzar el rango correcto de velocidad de operación; lo contrario puede incurrir en un alto desgaste, consumo excesivo de energía, o puede provocar un taponamiento.

•

La tubería debe estar dispuesta de tal manera que evite cambios bruscos de dirección y áreas en las cuales se puede acumular sólidos, que pueden ocasionar un desgaste rápido o bloqueos en el sistema.

•

Se deben evitar los puntos bajos.

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•

Minimizar la cantidad de válvulas. Cuando éstas son necesarias, utilizar un tipo que no contenga áreas internas que puedan acumular sólidos.

•

Se deben proporcionar medios para purgar las tuberías en los puntos donde se puedan producir obstrucciones.

•

Se debe mantener accesibilidad a las áreas que pueden tener potenciales desgastes (codos, articulaciones y donde hay cambios de geometría).

•

Instalar protectores de instrumentos (sección 12.6.6.3).

•

Un buen diseño de un sumidero debe orientarse a impedir el flujo irregular a la alimentación de las bombas.

•

El volumen del pozo de sumidero debe seleccionarse de modo que se tenga un equilibrio razonable con el número de arranques por hora. Periodos excesivos de tiempo libre creará sedimentos cada vez más difíciles de eliminar.

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12.4.10

Posibles problemas de funcionamiento

•

La cavitación puede ocurrir en condiciones de flujo alto; para corregir este problema, la velocidad de la bomba, el diámetro del impulsor, o ambos, deben ser reducidos.

•

En el caso de bombas de sumidero, si los caudales de suministro son inferiores a los previstos, el sumidero se puede vaciar rápidamente, causando con esto un desgaste mas acelerado de la bomba; en este caso la velocidad de la bomba o el diámetro del impulsor deben disminuirse o suministrar agua de reposición, aumentando con esto el nivel en el sumidero y manteniéndolo estable.

•

Se debe evitar el funcionamiento prolongado a caudales muy por debajo del flujo óptimo, esto provoca la recirculación del concentrado dentro de la bomba y acelera el desgate localizado.

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 12.4.10 •

Posibles problemas de funcionamiento (continuación)

 Ante posibles problemas, la siguiente información debe ser proporcionada al proveedor para ayudar a una correcta evaluación: a) Caudal aproximado deseado, incluyendo el mínimo real y la tasa de flujo máximo, si se conoce. b) Composición del concentrado, incluyendo gravedad específica y granulometría. c) Altura geométrica (diferencia entre el nivel manométrico en la succión y el punto de descarga). d) La longitud y el tamaño de las líneas de aspiración y de descarga, incluyendo una descripción de la disposición general incluyendo todos los accesorios, codos y válvulas. e) Requerimientos del área de descarga (si no es atmosférica). f) Si la succión toma desde un sumidero, se debe proporcionar las dimensiones internas y los niveles máximos y mínimos considerados. g) La potencia instalada, potencia motor y rpm, velocidad de la bomba, y la relación entre la bomba y el motor. h) El diámetro del impulsor, si es diferente al que se suministró con la bomba.

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 12.4.11 Stocks de recambio •

Debido a la acción erosiva y/o corrosiva del concentrado, muchas de las partes húmedas de la bomba pueden requerir sustitución en el mantenimiento normal; la inspección o la revisión de los componentes mecánicos también puede llevar a la sustitución de ciertas piezas.

12.4.13 Consideraciones operacionales • • • • •

La condición de la sentina debe ser observada durante la operación para asegurar que los sólidos no estén acumulándose y que no existe formación de vórtic es. Se debe evitar la incorporación de aire. La sentina no debe ser vaciada excepto para la limpieza, ya que puede dar lugar a sobrecargas que provoca desgaste de la bomba. Si las variaciones de flujo son demasiado grandes es necesario un VDF. Manómetros en la succión y descarga para determinar cuando se produce la cavitación.

 ANSI/HI 12.1-12.6-2011 12.6.1.1 Prueba hidrostática •

El ensayo debe realizarse en conformidad con las normas ANSI/HI 1.6 Centrifugal Pump Test, supeditada por la norma ANSI/HI 14.6 Rotodynamic Pumps-Hydraulic Performance Acceptance Test.

12.6.1.2 Pruebas de rendimiento •

•

Las bombas de pulpas no son rutinariamente sometidas a pruebas en la fábrica; si éstas se especifican, se harán de acuerdo a la norma ANSI/HI 1.6 Centrifugal Pumps Test. Las pruebas de vibración deben estar de acuerdo a la norma ANSI/HI 9.6.4 Rotodynamic Pumps for Vibration Measurements and Allowable Values.

12.6.1.3 Prueba opcional de pulpa •

La prueba de la sección 12.6.1.2 es normalmente suficiente para asegurar un funcionamiento satisfactorio en terreno.