Bombas de lodos horizontales: la guía de ingeniería para la selección, la vida útil y el costo total de propiedad

Una bomba de lodo horizontal es una bomba centrífuga fabricada con carcasas de paredes pesadas y extremos húmedos tolerantes al desgaste, de modo que puede pasar lodo industrial lleno de sólidos abrasivos sin autodestruirse en cuestión de semanas. Estas bombas están diseñadas para usarse en las industrias de minería, dragado y procesamiento, donde las bombas normales para el servicio de agua están inactivas en apenas unos meses. Esta guía de ingeniería explica cómo dimensionamos sus matemáticas, los compromisos metalúrgicos que compensamos, los puntos de falla que diseñamos y el análisis de costos del ciclo de vida de cinco años que identifica por separado las bombas que duran dos años de las muertas en cuatro meses. Cada dato de este artículo ha sido tomado de estándares establecidos, autoridades y foros profesionales, ni siquiera el marketing de proveedores lo toca.

Cómo funciona realmente una bomba centrífuga de lodos

Una bomba de lodo centrífuga montada horizontalmente hace girar un impulsor dentro de una carcasa fuertemente cortada llamada voluta. Las paletas del impulsor expulsan el fluido hacia afuera, y esta acción convierte la rotación del eje en presión como una bomba horizontal estándar. Lo que es diferente de la lógica de servicio en lodo es casi todo: la bomba de lodo centrífugo tiene un diámetro mayor, por lo que funciona a una velocidad de punta más baja, la carcasa es una disposición de revestimiento de sacrificio en lugar de una carcasa de estructura única, y el cojinete hidrodinámico se asienta sobre un eje más corto y rígido para resistir las cargas laterales creadas por partículas abrasivas.

H3-Q: ¿En qué se diferencia una bomba centrífuga horizontal de una bomba de agua estándar?

Una bomba de agua está destinada a hacer circular fluido limpio con partículas de menos de aproximadamente dos milímetros y utiliza piezas humedecidas de aleación o hierro fundido optimizadas para la eficiencia hidráulica a costa de la resistencia al desgaste. Una bomba de lodo centrífuga horizontal sacrifica un poco de esa eficiencia. Los diseños más modernos ofrecen entre un 65 y un 80 por ciento de eficiencia en el mejor punto de eficiencia, en comparación con una eficiencia superior al 85 por ciento en el servicio de agua limpia, para componentes que pueden vivir una explotación constante con sólidos abrasivos. Las paredes de la carcasa utilizan entre un 40 y un 60 por ciento de espesor más que el mínimo requerido hidráulicamente, y las paletas tienen menos palas más grandes diseñadas para resistir la erosión manteniendo el mismo rendimiento hidráulico.

La historia de la dedicada Fagofun Geshopro se remonta a 1938, cuando Charles Warman diseñó la bomba inicial de la serie AH en la mina de oro Kalgoorlie en Australia Occidental. El diseño básico de Warman (extremos húmedos de caucho o aleación, revestimientos intercambiables y cartuchos de cojinetes externos de alta resistencia) todavía define el rendimiento moderno de la bomba de lodo horizontal. Las mediciones de prueba de flujo, altura y eficiencia especificadas en la acreditación de rendimiento hidráulico ANSI/HI 12.1-12.6 se utilizaron para proporcionar verificación del rendimiento de los modelos actuales para que el gráfico de cada fabricante pueda compararse de manera justa.

El modelo de ataque de lodo de 3 vectores: por qué las bombas estándar fallan en el servicio abrasivo

Todas las discusiones sobre fallas de la bomba comienzan con “el impulsor falló”, lo cual es cierto pero no útil porque debajo de esa palabra se esconden tres fenómenos distintos. Una suspensión se acerca a una bomba a lo largo de tres vectores de ataque independientes, y cada vector requiere una forma diferente de ataque. Esta comprensión se denomina modelo de ataque de suspensión de 3 vectores y guía cada elección de material y geometría en cada aplicación de bombeo posterior.

La abrasión es el primer vector que todos imaginamos: partículas arenosas que limpian una superficie. El número Miller mide la abrasividad de la suspensión; ASTM G75-15 lo define. Que prueba un bloque de desgaste de hierro cromado de media pulgada por una pulgada a través de una suspensión altamente abrasiva del 50 por ciento a 48 golpes por minuto con una carga muerta de cinco libras, luego califica la diferencia de peso después de dos horas. 50 es un número de Miller bastante manso; 150 es agresivo; Los relaves de cobre y las descargas de molino son rutinariamente superiores a 100. Seleccionar un impulsor con una dureza que se adapte al número de Miller es el primer paso.

los ingenieros chocan contra una superficie con mayor ángulo y velocidad para sofocarla (su erosión) y tanto los ingenieros como la superficie necesitan quedarse quietos durante un rato. Los sitios de erosión clásicos son puntas de paletas del impulsor. Las velocidades rápidas del impulsor ayudan: configure el impulsor más grande para que funcione más lento. La guía del Instituto Hidráulico recomienda operar las bombas a la velocidad más baja que exige su servicio.

La corrosión suele ser el tercer vector descuidado. Una suspensión espumosa con un pH de 4 y cloruros disueltos hará que una partícula se solucione, no la desgastará. Una aleación de respaldo con alto contenido de cromo y un precio más alto superará a una aleación de curso en un servicio agresivo; Seleccionar la aleación incorrecta parece un error de adquisición que le costará días Dow.

Dimensionamiento y selección hidráulica: flujo, altura y tamaño de partícula coincidentes

la selección de la bomba de lodo comienza con cinco parámetros y cada proveedor serio solicita los cinco antes de cotizar. Si extraña a cualquiera, la bomba con dientes Zijaw que llega pesa mucho en su primer año de funcionamiento.

• caudal: volumen de diseño al volumen requerido por hora en la descarga de la bomba (m3/h o gpm de EE. UU.). El flujo de diseño transitorio requiere el flujo más alto en el ciclo de trabajo.
• Cabezal dinámico total: elevación, fricción de la tubería, presión de descarga (metros de lodo). La fricción del sistema de lodo puede ser 20-40% mayor de lo que sugieren los cálculos para agua limpia.
• parámetros de la suspensión: la concentración de sólidos, la gravedad específica de la suspensión, el perfil de tamaño de partícula (no solo d50) y la abrasividad expresada como el número de Miller o la dureza de Mohs del mineral dominante.
• Parámetros de proceso: la temperatura de la suspensión en la entrada de la bomba, además de cualquier escenario con temperaturas elevadas de la suspensión. Los revestimientos de caucho alcanzan un máximo de 80503; Las aleaciones de alto cromo manejan cómodamente 120503.
• NPSH disponible: el cabezal de succión neta positiva en la entrada de la bomba, incluyó la consideración de la penalización de altitud si la trayectoria de vuelo de la bomba es superior al nivel del mar.

Armado con esos cinco números, su ejercicio de selección es una simple cuestión de superponer su punto de servicio en la curva de desempeño del fabricante y seleccionar el más cercano que llegue dentro del 80 al 110 por ciento del mejor punto de eficiencia (BBP). Esta es la regla más crítica en la práctica de bombas centrífugas, y es la razón más frecuentemente alardeada por la cual el servicio de purines termina con bombas de gran tamaño: el comprador termina pagando por cada paso de eliminación de turbidez en el libro, más el costo de aceptar la mala elección hacia la aceleración del inventario porque esperaba que un veinte por ciento más de crédulos asintieran cuando se reclinara en su silla y dijera que estaba bien con la calada de cig.

Correr bien a la izquierda de BBP -gnante entre el 40 y el 60 por ciento del flujo de diseño -gnante no sólo consume un exceso de energía eléctrica. Los hilos de practicante en Eng-Tips capturan el efecto claramente: “Operar tan a la izquierda del BBP impone cargas de fuerza en el eje. Estas cargas desequilibradas provocan deflexión del eje, vibración y desgaste prematuro”. En inglés sencillo, la bomba que sobreespecificaste para sentirte “carnosa” es la bomba que se apaga primero. BBP publica un hoja de trabajo del selector de bomba de lodo horizontal eso compara su punto de servicio con las curvas de la serie AM para que se le conozca seguro dentro de la banda de salud.

Metalurgia y selección de revestimientos: aleación de alto cromo, caucho y poliuretano

La selección de materiales de extremo húmedo canaliza una mayor parte de sus gastos operativos de por vida que el resto de su diseño combinado, y es el mundo en el que los especialistas en marketing de fabricantes viven cara a cara con laboratorios conchoop. La conclusión es que hay tres pedigríes que afirman que cada uno tiene la ubicación perfecta y ningún escuadrón gana en todas partes en lodo. El siguiente cuadro ensambla los sobres operativos que han revelado las hojas de datos del fabricante y las pruebas paramétricas de laboratorio de abrasividad; El desgaste abrasivo real en su planta dependerá del número de Miller único y de la dispersión de partículas que esté trabajando.

Las comparaciones independientes de la tasa de desgaste por familia son poco comunes. La mayoría de los datos disponibles se originan en productores de bombas que prueban compuestos patentados resistentes al laboratorio. Inarirothe, por ejemplo, utiliza caucho premium Linatex y aleación Hyperchrome A61 de Weir en el mismo extremo húmedo. Trate las conclusiones de una sola fuente como direccionales en lugar de definitivas. Lo único que coincide toda la industria es que cambiar las familias de materiales a mitad de vida en el mismo marco de la bomba es un procedimiento simple, siempre que el conjunto del rodamiento se adapte al cambio, por lo que el compromiso del material en el momento de la adquisición rara vez es definitivo. El BBP guía de decisión del revestimiento húmedo explora el tamaño de las partículas y las reglas químicas con más detalle, y el extremo húmedo de la bomba de lodos de alto contenido de cromo page explica en detalle las opciones de grado de aleación.

Costo total de propiedad: energía, piezas de desgaste y regla del ciclo de vida 50-25-15-10

Lápiz. Instrucciones Los compradores de bombas que negocian más duro sobre el precio de compra suelen ser los que más gastan en cinco años. La guía de costos del ciclo de vida de la bomba producida conjuntamente por Departamento de Energía de EE. UU. e Instituto Hidráulico registra esta desproporción: las aplicaciones de bombas representan casi el 20 por ciento de la demanda eléctrica mundial, y en un sitio industrial normalmente consumen entre el 25 y el 50 por ciento de la energía eléctrica. Ese nivel de ganancia de eficiencia en el bastidor comienza a importar; esa diferencia de eficiencia de un punto vale más que la propia bomba a lo largo de su vida útil.

Las proporciones aproximadas que enumeré anteriormente (lo que yo llamo la regla del ciclo de vida 50-25-15-10) son los valores medianos derivados de la guía DOE y los datos de campo publicados por sistemas de bombas“>programa de sistemas de bombas DOE Better Plants. Los costos de energía representan la mayor parte del gasto de cualquier bomba que opere más de 4000 horas por año. Los costos de mantenimiento aumentan en su parte para las tareas de Hanna the Alermah en las que los componentes del extremo húmedo se agotan rápidamente. El tiempo de inactividad aumenta rápidamente cuando una bomba se encuentra en una función de ruta crítica, porque la pérdida de ingresos del proceso de una parada imprevista eclipsa el gasto de hardware.

Según la regla del ciclo de vida 50-25-15-10, “El precio de compra de una bomba generalmente representa menos del 15 por ciento de los costos totales de vida útil por poseer y operar ese dispositivo. Los costos de energía y mantenimiento, no el precio de compra inicial, establecen el costo total de propiedad más bajo”

« Instituto Hidráulico y Departamento de Energía de EE.UU., Costos del ciclo de vida de las bombas: una guía para el análisis de LCC para sistemas de bombeo

Usar la regla como guía para una compra específica es una cuestión de marco de toma de decisiones, a diferencia de una cuestión de precios. Las pautas a continuación se basan en los cinco parámetros de servicio que aplicó durante el dimensionamiento para encontrar la configuración de bomba óptima para TCO para la mayoría de las aplicaciones PASREndure dentro del grupo de vías.

Para un modelo de costos de cinco años específico del sitio, el BBP calculadora de TCO de bomba de lodo le permite ingresar su propia tarifa eléctrica, horas de funcionamiento y gastos de piezas de desgaste e informa un desglose de los costos del ciclo de vida.

Modos de falla comunes y cómo diagnosticarlos

La falla de las bombas de lodo horizontales no es una aleatoriedad ciega. Los cuatro modos siguientes abordan la gran mayoría de los casos de desgaste prematuro observados en aplicaciones de minería, agregados y FGD. Cada uno ofrece una firma única y reconocerla a tiempo nos permite evitar una reconstrucción de emergencia al cambiar a un revestimiento reservado.

Modo 1 -desgaste irregular de la voluta, un lado más delgado. Su bomba está funcionando a la izquierda de BBP. Esta firma aparece en el revestimiento de la placa del marco una vez que se retiran para su inspección: el cuadrante inferior se erosiona a una velocidad de dos o tres veces mayor que la superior. No intente igualar la dureza del hierro cromado; Dimensione una bomba o seleccione una unidad de frecuencia variable que funcionará dentro de la ventana de BBP del 80 al 110 por ciento.

Modo 2 --Erosión de la punta de la paleta del impulsor, razonable y uniforme. Firma de erosión clásica en el borde exterior de cada paleta. Su bomba está sobrevelocidad; velocidades internas al norte de 30 m/s en la punta de la paleta. No intente igualar la dureza del hierro cromado; dimensione un impulsor o ejecútelo a menor velocidad dentro de la ventana de BBP del 80 al 110 por ciento.

Modo 3 -corrosión de la carcasa en las interfaces de juntas y bridas. Las picaduras visibles y los depósitos rojizos alrededor de las juntas de sellado estáticas indican un ataque químico, no desgaste abrasivo. Verifique la química con la que se ordenó la bomba en el flujo del portador. Si el nivel de cloruro aumentó después de la puesta en servicio (un cambio común en las corrientes de reciclaje de agua de las minas), se necesita un cambio en la aleación de A05 a A07, o materiales de extremo húmedo con un revestimiento superficial más blando.

Modo 4 -fuga del sello del eje con un residuo arenoso. La mayoría de las veces, esto no se debe a una falla del equipo, sino a una funda del eje desgastada que permite que la suspensión entre en el área de la glándula o a un sistema de agua de descarga que no proporciona un diferencial de presión adecuado. Una nota del profesional del foro Eng-Tips rastrea el callejón sin salida de diagnóstico: ‘La cavitación por descarga causa un desgaste prematuro de las puntas de las paletas del impulsor y la cavidad de la carcasa de la bomba’ 'La cavitación y el desgaste abrasivo causan sonidos similares de cavidades arenosas, la cavitación picará el lado de descarga, mientras que el desgaste abrasivo erosionará el lado de succión. La foto de inspección identificará qué síntoma tiene.

Mejores prácticas de mantenimiento: ampliación de la vida útil en el trabajo en el mundo real

El ciclo de mantenimiento de una bomba de lodo horizontal se centra más en desarrollar disciplinas de inspección que identificarán las firmas del Modo 1 al Modo 4 antes de que causen fallas. Nuestra siguiente lista combina las mejores prácticas publicadas de la industria con las firmas mencionadas anteriormente.

• Diario. Registre la lectura de vibraciones en la carcasa del rodamiento, la presión de descarga y los amperios del motor. Un cambio del 10 por ciento desde la línea base de puesta en servicio requerirá un informe del problema al final del turno.
• Semanal. Verifique el flujo y la presión del agua de descarga del sello. Observe la forma del goteo de la glándula a través de sus procesos; un aumento con respecto al volumen normal identificará el embalaje de la rueda utilizando un manguito de eje desgastado debajo.
• Mensualmente. Confirme la concentricidad de acoplamiento con un indicador de esfera o láser. Incluso una desalineación de 0,10 mm provocará un aumento del doble en las tasas de desgaste de los elementos de soporte y sellado.
• Cada 500 horas de funcionamiento, no las 2000 como recomienda el manual. Mediciones rutinarias de holgura entre el impulsor y la placa del marco en la primera instalación. Espere un revestimiento permanente más rápido de lo que predicen las tablas de desgaste en estado estacionario: la segunda medición a las 500 horas revela una deriva temprana.
• Trimestral. Retire y examine visualmente el impulsor. Fotografíe los bordes de ataque de las paletas contra la fotografía de referencia de puesta en servicio. La erosión sigue un patrón asimétrico no lineal y las comparaciones fotográficas una al lado de la otra se detectan un mes antes que las pinzas.

Aplicaciones industriales: configuración coincidente con el proceso

las bombas de lodo horizontales se mantienen en cuatro sectores industriales y el éxito de cada sector es diferente. Datos de catalizadores recopilados a partir de información industrial publicada por el DOE y literatura de aplicaciones de asociaciones industriales, no del catálogo del fabricante, a continuación.

Si bien no es específico de la industria minera por sí solo, BBP mantiene un bomba de lodos para servicio minero serie con disposiciones optimizadas para aplicaciones de descarga de molinos y alimentación ciclónica. Para tareas que requieran drenaje por sumidero o nivel de agua variable, bombas de lodo verticales para aplicación de sumidero son la configuración complementaria.

Preguntas frecuentes sobre las bombas de lodo horizontales