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ANSI/HI 12.1-12.6-2011Rotodynamic(Centrifugal)Slurry Pumps
For Nomenclature, Definitions, Applications and OperationAbril 2013ANSI/HI 12.1-12.6-2011
Alcances
El presente estndar aplica para bombas; rotodinmicas (centrfugas), de una etapa, horizontales y verticales de uso industrial para lquidos abrasivos, comnmente referidas como slurry pumps.Se incluyen tipos de bombas, nomenclaturas y definiciones; diseo, aplicacin e instalacin; operacin y mantenimiento.
Objetivos
Este estndar es una normativa y establece requerimientos, recomendaciones y bases para; definir, seleccionar, aplicar, operar y mantener bombas para concentrado (slurry pumps).
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Insertar Figura 12.1.2a Rotodynamic (centrifugal) slurry pump types
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12.1ObjetivosEste captulo presenta principalmente una descripcin mecnica de cada uno de los tipos de bombas consideradas.
12.2DefinicionesEste captulo presenta las principales definiciones conceptuales para el entendimiento de la norma.
12.3 Diseo y aplicacin12.3.2Servicios de pulpa12.3.2.2Caractersticas de la pulpa
Por lo general, las concentraciones de las pulpas se presentan en trminos volumtricos (Cv).
Dependiendo del sector, las concentraciones de la pulpa se presentan tambin en trminos de concentracin en peso (Cp) o de la gravedad especfica de la mezcla.
La norma presenta un nomograma que relaciona estas diferentes medidas (Figura 12.3.2.2).
Figura 12.3.2.2 - Nomograma que relaciona la concentracin y la gravedad especfica de una pulpa.
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12.3.2.3Tipos de pulpas
Dependiendo del tamao de partculas pueden ser clasificadas en suspensiones sedimentables y no sedimentables.
Las pulpas no sedimentables se comportan de manera homognea.
La mayora de las pulpas estn compuestas por slidos de tamao grande y pueden incluso moverse como una cama deslizante a travs del tubo.
La Figura 12.2.9.4 proporciona una gua para los tipos de pulpa y le mecanismo de flujo.
Figura 12.2.9.4 - Clasificacin esquemtica de pulpas en aplicaciones de tuberas industriales.
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12.3.2.4Sedimentacin de pulpas
La velocidad de sedimentacin (Vs) depende del tamao de la tubera, tamao de la partcula, concentracin de slidos (Cp) y de la gravedad especifica de los slidos.
A altas concentraciones en peso de slidos, la velocidad de sedimentacin va disminuyendo, mientras que a bajas concentraciones de slidos va aumentando.
El sistema debe ser diseado para el valor ms bajo aceptable de velocidad de sedimentacin.
El punto donde Vs alcanza un mximo se define como el valor mximo de la velocidad de depsito (Vsmax).
La Figura 12.3.2.4, presenta un nomograma para la determinacin de la velocidad mxima de depositacin de los slidos (los valores obtenidos se puedes utilizar como una aproximacin inicial para la correcta seleccin del dimetro de la tubera conociendo la gravedad especfica de los slidos).
Dado que la concentracin de los slidos no puede ser controlada, el sistema de bombeo preferiblemente debe estar diseado de manera que la velocidad en la tubera (velocidad de operacin) siempre exceda Vsmax por al menos un margen de 10%.
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12.3.2.5Efecto de la pulpa en el rendimiento
El rendimiento de una bomba centrfuga impulsando pulpa es diferente al de impulsando agua (tpica curva de bomba publicada); el efecto de la presencia de los slidos en la suspensin es presentado en la Figura 12.3.2.5.El ingeniero debe consultar al fabricante de la bomba sobre las predicciones ms exactas de rendimiento para una bomba en particular y pulpas particulares.
Figura 12.3.2.5 - Efecto de las pulpas sedimentables sobre las caractersticas de las bombas.
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12.3.2.6Reduccin 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, homogneas, las pulpas no sedimentables a menudo no fluyen de manera libre y presentan una tensin de fluencia. Esta viscosidad variable y la incertidumbre asociada con la determinacin 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, podra resultar una curva de rendimiento de la bomba que se cruza con la curva del sistema en mltiples puntos de operacin, resultando con esto un flujo inestable.
El ingeniero debe consultar al fabricante de la bomba para la orientacin de la seleccin del equipo, por los efectos de un fluido no-newtoniano en el comportamiento de la bomba.
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12.3.2.7Reduccin del rendimiento basndose en el tamao y el contenido de slidos.Cuando la suspensin es heterognea, la Figura 12.3.2.7 se puede utilizar para determinar las reducciones de altura de elevacin y eficiencia respecto de la operacin con agua, para diferentes tamaos de bombas de pulpas, de baja a mediana velocidad especfica, para mezclas de pulpas con concentraciones en volumen de 15% y con tamao de slidos de no ms de 75 m (finos).
Para los slidos con gravedad especfica distinta a 2,65 y para otras concentraciones en volumen (Cv) diferentes al 15%, los valores de Rh (Head reduction factor) se modifican multiplicndolos por los factores de correccin Csg (Specific gravity correction factor), Cfp (Fine-particicle correction factor), Cccv (Concentration correction factor).
Tabla 12.3.2.7- Factor de correccin por gravedad especifica
Para la potencia, se sume que el factor de reduccin de eficiencia es igual al de altura (Rh=Rh), con lo cual la potencia en pulpa aumenta directamente con la gravedad especfica (Pm=Sm x Pw). Este supuesto es conservador, pero adecuado para un dimensionamiento seguro del motor.Con bombas pequeas y pulpas con concentracin volumtrica mayor a 20%, la potencia puede ser hasta 1,5 veces mayor que la potencia con agua, dependiendo de las propiedades individuales de los slidos.
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Las distintas definiciones utilizadas en el captulo 12.3 se presentan en la seccin 12.2, incluyendo los factores de correccin para las curvas de operacin de las bombas centrfugas. A continuacin se presentan algunas definiciones:
12.2.9.24Head ratio (Hr)La razn de altura de impulsin de la pulpa sobre la del agua, se presenta en metros o en pies.
(FALTA 12.2.9.25 Efficiency ratio)12.2.9.26Head reduction factor (Rh)Expresin decimal de uno menos la razn de altura de impulsin Hr.
Rh= 1 - Hr
(FALTA 12.2.9.27 Efficiency reduction factor)12.2.9.32Specific gravity correction factor (Csg)Factor de correccin para pulpas con gravedad especfica distinta a 2,65 (Ss 2,65).
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12.2.9.33Fine-particle correction factor (Cfp)Correccin aplicada al factor de reduccin Rh, para pulpas que contienen partculas de menos de 75 mm. Cfp=(1 contenido fraccional por peso de partculas < 75 m)2
12.2.9.34 Concentration correction factor (Ccv)Correccin para pulpas con concentraciones en volumen distintas a 15% (Cv).
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Figura 12.3.2.7 - Efecto del tamao de partcula (promedio) y dimetro del impulsor sobre Hr y Rh (para la concentracin en volumen de slidos Cv = 15% y gravedad especifica de slidos de Ss = 2,65 y para partculas finas. Los dimetros del impulsor se dan en milmetros y pulgadas.)
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12.3.4Desgaste en bombas centrfugas.
12.3.4.1Consideraciones del desgaste
El desgaste debe ser considerado en la seleccin de la bomba y en la configuracin de la instalacin de la bomba.
Se produce por friccin y por impacto de las partculas en la superficie.
El desgaste abrasivo vara con el nmero de partculas (concentracin de slidos).
La energa especfica en J/m (lb x ft/ in), se define como la energa erosiva de partculas necesarias para eliminar una unidad de volumen de material.
La Figura 12.3.4.1a muestra ejemplos, para diferentes tamaos de partculas de arena, contra diferentes materiales de pH neutro resistentes a la abrasin.
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12.3.4.1Consideraciones del desgaste (Continuacin)
La norma ASTM G75-01 presenta la caracterizacin de la abrasividad de la pulpa mediante la prueba de Miller. El nmero de Miller ayuda a especificar la abrasividad de las suspensiones, en trminos del desgaste de un material estndar de referencia.
Cuanto mayor es el nmero de Miller, mayor es el desgaste de la muestra ensayada.
Para las prcticas se utilizan pulpas con Cp= 50%; se ha encontrado que pulpas con mayores Cp producen el mismo nmero de Miller.
Pulpas con el numero de Miller de 50 o inferior, pueden usualmente ser bombeados con un dao menor por erosin para el sistema de bombeo.
La correcta definicin de la aplicacin y seleccin de material, son necesarios para maximizar la vida til del equipo.
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12.3.4.2Desgaste de la bomba
Depende de su diseo a la abrasividad de la pulpa, las condiciones de aplicacin o servicio y las condiciones reales de servicio.
12.3.5 Diseo hidrulico y consideraciones de aplicacin
Este captulo presenta las distintas consideraciones que debe tener en cuenta el diseador de la bomba, para maximizar su vida.
12.3.6 Diseo de sistema
Las velocidades de flujo deben mantenerse dentro del intervalo ptimo.
Velocidades muy altas, resultan en altos requerimientos de energa y mayor desgaste de la bomba.
Velocidades menores causan inestabilidad y obstruccin en las tuberas.
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La Figura 12.3.6 da una presentacin generalizada de los efectos de la pulpa en los sistemas de tubera.Los sistemas deben ser diseados, cerca del punto transicin (vase Figura 12.3.6), para obtener un funcionamiento energticamente eficiente y estable.
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Para un funcionamiento seguro, la velocidad de flujo (operacin) debe ser el mayor valor de velocidad que tenga la menor prdida de carga (Figura 12.3.6) o el 110% de la Vsmax.
Debido a las variaciones en las caractersticas del concentrado, las tuberas, etc. se puede tener un efecto significativo en los requisitos de altura de elevacin del sistema; por lo tanto, se deben tomar provisiones en el diseo 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 dimetro del rodete.
12.3.7 Seccin presenta: materiales y construccin de la bomba.12.3.8Seccin presenta: disposicin general, sellado, embalaje entre otros temas.
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12.4Instalacin, operacin y mantencin12.4.1Instalacin
Cuando las bombas de pulpa son operadas se deben tomar precauciones especiales. La referencia bsica 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 operacin, se debe prestar mucha atencin a todos estos. El usuario debe discutir estos puntos en detalle con el fabricante y debe considerarlos en el diseo del sistema y en la seleccin de la bomba. Estos incluyen, pero no estn limitados a, slidos de gran tamao, sedimentacin de slidos, los efectos de la viscosidad y el efecto del aire arrastrado.
Las bombas deben ser instaladas considerando un lavado durante una detencin prolongada del sistema o antes de una reparacin.
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12.4.2 Cargas sobre las boquillas
Esta seccin incluye recomendaciones para las cargas permitidas en la boquilla de succin 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 deformacin de partes internas de la bomba. Basado en lo anterior, la carga admisible sobre las boquillas estar dado por el mximo admisible de los pernos de anclaje a la fundacin (por deslizamiento o por stress).
Las orientacin 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 fundacin).
Ntese que el sistema de coordenadas se mueve siempre con el ngulo de descarga (Fz siempre en direccin de flujo).
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Figura 12.4.2 Direccin de las fuerzas y momentos aplicados en la succin y la descarga de las boquillas.
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12.4.3Conexin del piping
La succin 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 modificacin especfica.
Nunca se debe utilizar la bombas como un punto de anclaje para las tuberas.
No deben ser excedidos los esfuerzos admisibles de la tubera.
Las lneas de succin deben poseer vlvulas de venteo (self-venting).
Si la fuente de bombeo est por debajo de la bomba, la lnea debe tener una inclinacin ascendente hacia la bomba.
Si la fuente est por encima de la bomba, la lnea debe tener una pendiente hacia abajo, en direccin a la bomba.
Las tuberas debern ser ancladas en las proximidades de la bomba y deben ser conectadas sin transmitir tensiones mayores a la permitidas.
El dimetro de la tubera debe ser al menos igual al dimetro de la boquilla de la bomba.
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12.4.4Comisionamiento
El usuario debe leer el manual de instrucciones del fabricante, el que incluye bsicamente las siguientes:
a) Datos de funcionamiento: Nivel de aceite, chequeo de direccin de rotacin del rotor, cebado de la bomba, etc.
b) Se debe asegurar que la unidad est correctamente conectada a la fuente de alimentacin elctrica y que este equipada con todos los dispositivos de proteccin.
c) Se debe asegurar que todas las conexiones auxiliares estn conectadas y en funcionamiento.
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12.4.4Puesta en marcha
La mayora de lascanalizaciones para pulpas en partidas y detenciones utilizaagualimpia, enelcual el procedimientopara la puesta en marchadebe seguir la norma ANSI/HI 1.4.
12.4.9Diseo del sistema de tuberas
Se debern seguir los requisitos generales de la norma ANSI/HI 9.6.6 para tuberas (piping) y ANSI/9.8 para sumideros.
El dimetro de la tubera debe ser de un tamao tal como se describe en la seccin 12.3.2 para alcanzar el rango correcto de velocidad de operacin; lo contrario puede incurrir en un alto desgaste, consumo excesivo de energa, o puede provocar un taponamiento.
La tubera debe estar dispuesta de tal manera que evite cambios bruscos de direccin y reas en las cuales se puede acumular slidos, que pueden ocasionar un desgaste rpido o bloqueos en el sistema.
Se deben evitar los puntos bajos.
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Minimizar la cantidad de vlvulas. Cuando stas son necesarias, utilizar un tipo que no contenga reas internas que puedan acumular slidos.
Se deben proporcionar medios para purgar las tuberas en los puntos donde se puedan producir obstrucciones.
Se debe mantener accesibilidad a las reas que pueden tener potenciales desgastes (codos, articulaciones y donde hay cambios de geometra).
Instalar protectores de instrumentos (seccin 12.6.6.3).
Un buen diseo de un sumidero debe orientarse a impedir el flujo irregular a la alimentacin de las bombas.
El volumen del pozo de sumidero debe seleccionarse de modo que se tenga un equilibrio razonable con el nmero de arranques por hora. Periodos excesivos de tiempo libre crear sedimentos cada vez ms difciles de eliminar.
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12.4.10Posibles problemas de funcionamiento
La cavitacin puede ocurrir en condiciones de flujo alto; para corregir este problema, la velocidad de la bomba, el dimetro 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 rpidamente, causando con esto un desgaste mas acelerado de la bomba; en este caso la velocidad de la bomba o el dimetro del impulsor deben disminuirse o suministrar agua de reposicin, aumentando con esto el nivel en el sumidero y mantenindolo estable.
Se debe evitar el funcionamiento prolongado a caudales muy por debajo del flujo ptimo, esto provoca la recirculacin del concentrado dentro de la bomba y acelera el desgate localizado.
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12.4.10 Posibles problemas de funcionamiento (continuacin)
Ante posibles problemas, la siguiente informacin debe ser proporcionada al proveedor para ayudar a una correcta evaluacin:a) Caudal aproximado deseado, incluyendo el mnimo real y la tasa de flujo mximo, si se conoce.b) Composicin del concentrado, incluyendo gravedad especfica y granulometra.c)Altura geomtrica (diferencia entre el nivel manomtrico en la succin y el punto de descarga).d) La longitud y el tamao de las lneas de aspiracin y de descarga, incluyendo una descripcin de la disposicin general incluyendo todos los accesorios, codos y vlvulas.e) Requerimientos del rea de descarga (si no es atmosfrica).f)Si la succin toma desde un sumidero, se debe proporcionar las dimensiones internas y los niveles mximos y mnimos considerados.g)La potencia instalada, potencia motor y rpm, velocidad de la bomba, y la relacin entre la bomba y el motor.h)El dimetro del impulsor, si es diferente al que se suministr con la bomba.
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12.4.11 Stocks de recambio
Debido a la accin erosiva y/o corrosiva del concentrado, muchas de las partes hmedas de la bomba pueden requerir sustitucin en el mantenimiento normal; la inspeccin o la revisin de los componentes mecnicos tambin puede llevar a la sustitucin de ciertas piezas.
12.4.13 Consideraciones operacionales
La condicin de la sentina debe ser observada durante la operacin para asegurar que los slidos no estn acumulndose y que no existe formacin de vrtices.Se debe evitar la incorporacin 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.Manmetros en la succin y descarga para determinar cuando se produce la cavitacin.
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12.6.1.1 Prueba hidrosttica
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 fbrica; si stas se especifican, se harn de acuerdo a la norma ANSI/HI 1.6 Centrifugal Pumps Test.Las pruebas de vibracin 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 seccin 12.6.1.2 es normalmente suficiente para asegurar un funcionamiento satisfactorio en terreno.
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12.6.1.4 Esta seccin presenta procedimientos uniformes para la prueba hidrulica y mecnica (incluida la documentacin de la prueba y resultados).12.6.2Condiciones de las pruebas12.6.3Pruebas de los fabricantes12.6.4Pruebas de campo12.6.5Pruebas de desgaste.12.6.6Indicadores de consumo