En los sistemas de transporte de lodos, la altura de elevación de la bomba es uno de los parámetros clave que se utilizan para determinar la bomba de lodos adecuada.

Muchas personas entienden la altura de elevación de una bomba simplemente como la capacidad de elevación de la suspensión, pero la realidad es más compleja. La altura de elevación representa la energía que adquiere una unidad de peso de líquido al pasar por la bomba. En un sistema de transporte real, la altura de elevación que debe proporcionar la bomba está relacionada con los niveles de líquido, las pérdidas en la tubería, las condiciones de presión y las condiciones de operación del sistema.

También es importante tener en cuenta que los fabricantes de bombas para lodos suelen proporcionar curvas de rendimiento basadas en el desempeño con agua limpia . Sin embargo, el fluido que se transporta normalmente es lodo con partículas sólidas. Por lo tanto, una curva de rendimiento con agua limpia no puede considerarse directamente como el desempeño final de la bomba en condiciones reales de operación con lodo.

Este artículo explica el concepto básico de la altura de elevación de una bomba de lodos, el cálculo de dicha altura, cómo interpretar las curvas de rendimiento en agua limpia y los principales factores que deben tenerse en cuenta al seleccionar una bomba de lodos para su uso real.

1. ¿Qué es la altura de elevación de una bomba de lodos?

La altura de elevación de la bomba es la energía que gana una unidad de peso de líquido al pasar a través de la bomba, y normalmente se expresa en metros de columna de líquido (m).

En función de la altura total en la entrada y la salida de la bomba, la altura de la bomba se puede expresar como:

H = H₂ − H₁

Dónde:

• H — Altura de bombeo (m)

• H₂ — Altura total en la salida de la bomba (m)

• H₁ — Altura total en la entrada de la bomba (m)

Por lo tanto, la altura de elevación de la bomba no es simplemente igual a la altura de elevación vertical.

En un sistema real de transporte de lodos, la energía que necesita suministrar la bomba también está relacionada con las pérdidas de carga por fricción, las pérdidas de carga locales y la pérdida de carga por velocidad de salida en las tuberías de entrada y salida.

2. ¿Cómo se determinan las alturas totales de entrada y salida?

Según los datos técnicos de la bomba de lodos, la altura total de entrada se puede determinar a partir de las condiciones de la tubería de entrada, incluyendo los siguientes factores:

• Pérdida de carga por fricción en la tubería de entrada (m)

• Pérdida de carga local total en la tubería de entrada (m)

• Altura del nivel del líquido de entrada

En una bomba horizontal , la altura del nivel de líquido de entrada se mide desde el eje de la bomba hasta el nivel de líquido de succión. Si el nivel de líquido está por debajo del eje de la bomba, el valor es negativo.

En una bomba vertical , el punto de referencia es el extremo exterior del borde de entrada del álabe del impulsor. Si el nivel del líquido está por debajo del borde de entrada del impulsor, el valor es negativo.

De manera similar, la altura total de salida se determina mediante:

• Pérdida de carga por fricción en la tubería de salida (m)

• Pérdida de carga local total en la tubería de salida (m)

• pérdida de carga por velocidad de salida

• Altura del nivel del líquido de salida

En el caso de una bomba horizontal , la altura del nivel del líquido de salida se mide desde el eje central de la bomba hasta el nivel del líquido de descarga.

En el caso de una bomba vertical , se mide desde el extremo exterior del borde de entrada de la pala del impulsor hasta el nivel del líquido de descarga.

Desde el punto de vista de la ingeniería, esto significa que el cálculo de la altura de elevación de la bomba no puede basarse únicamente en la diferencia de elevación . Deben considerarse las condiciones hidráulicas completas tanto en la entrada como en la salida de la bomba.

3. ¿Cuál es la diferencia entre altura de elevación de la bomba y presión?

La altura de elevación y la presión no son el mismo parámetro.

La altura de elevación de la bomba se expresa normalmente en metros de columna de líquido, mientras que la presión se expresa comúnmente en Pa, kPa, bar u otras unidades de presión.

La relación entre la diferencia de presión y la altura de elevación de la bomba se puede expresar como:

ΔP = ρgH

Dónde:

• ΔP — Diferencia de presión

• ρ — Densidad del medio transportado

• g — Aceleración gravitatoria

• H — Cabezal de la bomba

Por lo tanto, con la misma presión de bombeo, los fluidos con diferentes densidades producirán diferentes diferencias de presión.

Esto es especialmente importante para las bombas de lodos, ya que la densidad de los lodos suele ser mayor que la del agua limpia.

Sin embargo, es importante comprender que:

Un aumento en la densidad relativa del lodo no significa que la altura de elevación de la bomba vaya a aumentar proporcionalmente.

La gravedad específica de la suspensión afecta principalmente a los requisitos de presión y potencia, mientras que el rendimiento real de la suspensión también se ve afectado por la concentración de sólidos, el tamaño de las partículas, la viscosidad y las características de las partículas.

4. ¿Qué es la carga dinámica total (TDH)?

La altura de elevación de la bomba es la altura que proporciona realmente la bomba en una condición de funcionamiento específica, mientras que la altura dinámica total (TDH) es la altura total requerida por el sistema de transporte a un caudal específico.

En pocas palabras:

• TDH indica cuánta presión requiere el sistema.

• La altura de elevación de la bomba indica cuánta presión puede proporcionar la bomba.

Durante la selección de la bomba de lodos, la bomba debe ser capaz de cumplir con la TDH requerida al caudal objetivo .

5. ¿Cuál es la diferencia entre el rendimiento en agua clara y el rendimiento real en lodo?

Las curvas de rendimiento en agua clara y el rendimiento real en lodos pueden diferir.

El agua clara se utiliza habitualmente para las pruebas y la verificación del rendimiento de las bombas. Por lo tanto, las curvas de rendimiento CNSME® se basan generalmente en el rendimiento en agua clara .

Cuando se expresa como altura de columna de líquido, la altura de bombeo representa principalmente la energía unitaria que proporciona la bomba. En las mismas condiciones de tipo de bomba, velocidad y caudal, un cambio en la densidad del fluido no provoca que la altura de bombeo varíe proporcionalmente.

Sin embargo, cuando el medio transportado cambia de agua clara a lodo que contiene partículas sólidas, factores como la concentración del lodo, el tamaño de las partículas, la viscosidad, la forma de las partículas y las características de sedimentación pueden afectar el rendimiento operativo real de la bomba.

En general, al bombear lodos de alta concentración o con partículas gruesas, la altura de elevación y la eficiencia reales de la bomba pueden ser inferiores a las obtenidas con agua limpia. La abrasividad del lodo, por su parte, afecta principalmente al desgaste y la vida útil de los componentes de la sección húmeda.

Por lo tanto, la curva de rendimiento en agua limpia es una base importante para la selección de bombas para lodos, pero no debe considerarse directamente como el rendimiento final de la bomba en condiciones reales de funcionamiento con lodos.

Por ejemplo, la curva de rendimiento de la bomba de lodos CNSME 4/3 AH está marcada:

PERFORMANCE FOR CLEAR WATER

Esto significa que la curva representa el rendimiento básico de la bomba en condiciones de agua clara, incluyendo:

• Caudal

• Cabeza

• Velocidad (RPM)

• Eficiencia

• NPSHr

Sin embargo, el medio de operación real suele ser lodo mineral, relaves u otro tipo de lodo que contiene partículas sólidas.

Las siguientes características de la suspensión pueden afectar al rendimiento real de la bomba:

• Gravedad específica de la suspensión (Sm)

• Concentración de sólidos

• Tamaño de partícula sólida

• Viscosidad

• Forma y características de las partículas

• Características de asentamiento

En comparación con el agua limpia, el bombeo de lodos de alta concentración y partículas gruesas puede provocar una reducción significativa de la altura de elevación y la eficiencia de la bomba.

En el caso de algunas suspensiones de partículas finas, la eficiencia de la bomba puede aumentar bajo condiciones específicas.

Por lo tanto:

La curva de rendimiento en agua limpia es una base importante para la selección de bombas para lodos, pero no puede considerarse directamente como el rendimiento final en condiciones reales de funcionamiento con lodos.

La selección de la bomba adecuada debe evaluar el rendimiento en función de las propiedades específicas de la suspensión y las condiciones de funcionamiento.

6. Cómo leer la curva de rendimiento de una bomba de lodos 4/3 AH

Aquí se utiliza como ejemplo la curva de rendimiento de la bomba de lodos CNSME 4/3 AH .

La curva ayuda a los usuarios a comprender las relaciones básicas de rendimiento de una bomba de lodos.

Caudal

El eje horizontal representa el caudal, normalmente expresado en m³/h .

Indica la capacidad de transporte de la bomba en las condiciones de funcionamiento correspondientes.

Cabeza

El eje vertical representa la altura de bombeo, expresada en m .

A la misma velocidad, el caudal y la altura de elevación de la bomba suelen tener una relación correspondiente. A medida que cambia el caudal de operación, también cambia la altura de elevación que la bomba puede proporcionar.

Por lo tanto, no debe fijarse únicamente en la altura máxima de elevación de una bomba. En su lugar, debe determinar cuánta altura de elevación puede proporcionar la bomba al caudal requerido.

RPM

La curva de rendimiento contiene datos de rendimiento de la bomba a diferentes velocidades de rotación.

Tras determinar el caudal objetivo y la altura de elevación requerida, se puede identificar la velocidad de funcionamiento adecuada a partir de la curva de rendimiento para que coincida con el punto de funcionamiento deseado.

Eficiencia

Las zonas de eficiencia en la curva indican la eficiencia de la bomba bajo diferentes condiciones de funcionamiento.

Durante la selección, la bomba debe operar dentro de un rango razonable. Se deben considerar la eficiencia, el desgaste, el NPSH y los posibles cambios en el sistema, en lugar de simplemente buscar el punto de máxima eficiencia.

NPSHr

La curva de rendimiento 4/3 AH contiene marcas como:

3 m, 4 m, 6 m, 8 m, 10 m

Estos valores corresponden a los datos de NPSHr (altura neta de succión positiva requerida) .

Durante la selección de la bomba, se debe comparar el NPSHr de la bomba con el NPSHa disponible en el sistema, proporcionando un margen de ingeniería adecuado para reducir el riesgo de cavitación.

NPSHa representa la altura de aspiración positiva neta efectiva disponible del sistema, mientras que NPSHr representa la altura de aspiración positiva neta requerida por la bomba bajo una condición de funcionamiento específica.

Rendimiento en aguas claras

Un último punto es particularmente importante:

La curva de rendimiento 4/3 AH es una curva de rendimiento en aguas claras.

Si la aplicación real implica lodos minerales de alta concentración, lodos de partículas gruesas u otras condiciones especiales de lodos, el rendimiento en agua clara que se muestra en la curva no debe considerarse directamente como el rendimiento operativo real.

7. ¿Cuál es el punto de funcionamiento de la bomba?

El punto de funcionamiento de la bomba normalmente se determina mediante:

Caudal + Altura

Por ejemplo, un sistema de transporte de lodos puede requerir:

• Un caudal objetivo especificado

• Una altura de sistema correspondiente a ese caudal

Esta combinación de caudal y altura de elevación representa un punto de funcionamiento importante para la selección de la bomba.

En un sistema real, el rendimiento de la bomba debe coincidir con los requisitos del sistema.

Por lo tanto:

La altura máxima de elevación de una bomba no es la misma que su altura de elevación real de funcionamiento.

Una bomba puede ser capaz de alcanzar una altura máxima de elevación relativamente alta, pero es posible que no pueda proporcionar la misma altura de elevación al caudal deseado.

Por eso, al seleccionar una bomba para lodos se deben tener en cuenta tanto el caudal como la altura de elevación.

8. Cómo seleccionar una bomba de lodos en función del caudal y la altura de elevación.

La selección de una bomba de lodos generalmente se puede realizar siguiendo los pasos que se indican a continuación.

① Determinar el caudal requerido

En primer lugar, determine la capacidad de transporte requerida del sistema:

Q = Caudal requerido

② Calcular el cabezal del sistema requerido

Calcule la altura de elevación requerida del sistema de acuerdo con las condiciones de entrada, las condiciones de salida y el sistema de tuberías.

Los factores clave incluyen:

• Altura del nivel del líquido

• Longitud de la tubería

• Diámetro de la tubería

• Pérdidas por fricción

• Pérdidas locales

• Condiciones de presión

③ Determinar el punto de servicio

Definir:

Caudal + Altura requerida

como punto de referencia principal para la selección de la bomba.

④ Realizar una comparación preliminar utilizando la curva de rendimiento.

Utilice la curva de rendimiento del fabricante para determinar el tipo de bomba y la velocidad de funcionamiento capaces de cubrir el punto de funcionamiento deseado.

⑤ Evaluar el rendimiento real de la suspensión

La curva de rendimiento en aguas claras solo puede utilizarse como base preliminar para la selección.

La selección real también debe tener en cuenta parámetros operativos como:

• Gravedad específica de la suspensión (Sm)

• Concentración de sólidos

• Tamaño máximo de partícula

• Viscosidad

• Características de las partículas

• Características de asentamiento

Estos parámetros se utilizan para evaluar el rendimiento de la bomba en condiciones reales de lodo.

⑥ Confirmar la configuración mecánica

Después de determinar el caudal, la altura de elevación y las condiciones de la suspensión, también se debe confirmar la configuración mecánica de la bomba, incluyendo:

• Impulso

• Componentes de la sección húmeda

• Bastidor/soporte de la bomba

• Conjunto de cojinete

• Eje

• Disposición de la transmisión

• Potencia del motor

En el caso de las bombas horizontales para lodos, el soporte de la bomba y el conjunto de cojinetes deben ser compatibles con la capacidad de carga mecánica, el diámetro del eje, la configuración de la transmisión y las condiciones de funcionamiento.

Por lo tanto, el soporte de la bomba también forma parte de la selección final de la bomba , en lugar de ser algo que se pueda determinar únicamente a partir de las dimensiones de la entrada y la salida de la bomba.

9. ¿Por qué la selección de una bomba de lodos no puede basarse únicamente en la altura de elevación?

“Elegir una bomba cuya altura máxima de elevación alcance el número de metros requerido” es un enfoque común, pero este método no garantiza que la bomba cumpla con las condiciones reales de funcionamiento.

El rendimiento de una bomba de lodos está estrechamente relacionado con el caudal, la altura de elevación, la velocidad, las propiedades del lodo y la configuración mecánica de la bomba.

Para los mismos requisitos de caudal y altura de elevación, diferentes concentraciones de lodo, tamaños de partículas y características abrasivas pueden requerir tipos de bombas, velocidades de funcionamiento, impulsores y componentes de la parte húmeda completamente diferentes.

Por lo tanto, la selección de la bomba de lodos debe tener en cuenta lo siguiente:

Caudal + Altura de elevación + Propiedades de la suspensión + Rendimiento de la bomba + Configuración mecánica

en lugar de seleccionar una bomba simplemente en función de su altura máxima de elevación .

10. ¿Qué datos se deben proporcionar para la selección de una bomba de lodos?

Si necesita que un fabricante de bombas para lodos realice la selección de la bomba, se recomienda que proporcione los siguientes datos operativos básicos:

Cuanto más completos sean los datos de funcionamiento, más fácil le resultará al fabricante determinar el tipo de bomba, la velocidad de funcionamiento, los componentes de la parte húmeda, el soporte de la bomba y la configuración del motor adecuados.