UNIVERSIDAD AUTONOMA SAN FRANCISCO DOCENTE: ABG. JIMY ALONZO DIAZ CHAVEZ.
UNIVERSIDAD AUTONOMA SAN FRANCISCO FACULTAD DE …
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UNIVERSIDAD AUTONOMA SAN FRANCISCO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ESCUELA PROFESIONAL DE MECÁNICA PROYECTO DE TRABAJO DE INVESTIGACIÓN ANÁLISIS COMPARATIVO EN PROCESOS DE MANTENIMIENTO Y RENDIMIENTO PARA BOMBAS CENTRIFUGAS DE LA EMPRESA MINERA SHOUGAN HIERRO PERÚ S.A.A. ICA 2020 Presentado por: Horna Manchego Robert Amilcar Para optar el grado académico de Bachiller en: Ingeniería mecánica Asesor Mgter. Sergio Salas Valverde AREQUIPA – PERÚ 2021
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UNIVERSIDAD AUTONOMA SAN FRANCISCO
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
ESCUELA PROFESIONAL DE MECÁNICA
PROYECTO DE TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
ANÁLISIS COMPARATIVO EN PROCESOS DE MANTENIMIENTO Y
RENDIMIENTO PARA BOMBAS CENTRIFUGAS DE LA EMPRESA MINERA
SHOUGAN HIERRO PERÚ S.A.A. ICA 2020
Presentado por: Horna Manchego
Robert Amilcar
Para optar el grado académico de
Bachiller en: Ingeniería mecánica
Asesor Mgter. Sergio Salas Valverde
AREQUIPA – PERÚ
2021
2
Índice RESUMEN .................................................................................................................. 4
ABSTRACT ................................................................................................................. 6
INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 7
CAPITULO I ............................................................................................................... 9
PLANTEAMIENTO TEORICO ................................................................................. 9
1. Problema ............................................................................................................... 9
a. Identificación del problema .............................................................................. 9
b. Enunciado del problema ................................................................................... 9
2. Justificación .......................................................................................................... 9
3. Alcance ............................................................................................................... 10
4. Antecedentes Del Problema ............................................................................... 10
5. Operacionalizacion de Variables ........................................................................... 13
6. Interrogantes .......................................................................................................... 13
7. Marco Referencial .................................................................................................. 14
Marco institucional .................................................................................................... 14
7. Objetivos ................................................................................................................ 31
8. Hipótesis ................................................................................................................ 32
CAPITULO II ............................................................................................................ 33
PLANTEAMIENTO OPERACIONAL .................................................................... 33
1. Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos ......................................... 33
Técnicas de recolección de datos ....................................................................... 33
Instrumentos de recolección de datos ................................................................. 33
2. Campo De Verificación ...................................................................................... 34
3. Estrategias de Recolección de Datos .................................................................. 35
CAPITULO III ........................................................................................................... 36
RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................. 36
Mantenimiento preventivo a bombas centrifugas .................................................. 39
Mantenimiento a bombas centrifugas piezas de recambio ..................................... 41
Caudal de la bomba Q (rate of flow ó capacity, m3/s) ........................................ 43
Altura total de la bomba H or Hp (total head, m) ............................................... 43
Potencia demandada por la bomba Pp (pump input power, W or kW) ............... 43
3
Rendimiento de la bomba ηp (pump efficiency, %) ........................................... 43
NPSH requerido (Net Positive Suction Head required, m) ................................ 44
Curva característica de una bomba real .............................................................. 44
Comportamiento de las curvas de la bomba ....................................................... 46
Principios para el Diseño tramos de tubería a considerar .................................................... 46
Determinación del Diámetro óptimo de la Conducción ..................................................... 47
Cálculo de las Pérdidas de Carga ................................................................................... 48
Principios Básicos para el Cálculo de las Bombas ............................................................. 49
CONCLUSIONES ..................................................................................................... 53
RECOMENDACIONES ............................................................................................ 54
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ...................................................................... 55
4
RESUMEN
Actualmente las empresas del sector minero se encuentran en búsqueda de nuevas
herramientas industriales para mejorar su desempeño en el ámbito productivo y
extractivo que permite satisfacer las necesidades de sus clientes de forma más rápida,
brindando buenos estándares de calidad y precios relativamente competitivos a lo
establecido en el mercado de producción
Esta investigación tuvo el propósito de conocer el análisis comparativo en los procesos
de mantenimiento y rendimiento para bombas centrifugas de la empresa mineras
Shougan Hierro Perú S.A.A. Ica 2020, debido a que trata de una empresa extractiva,
donde debe hacer uso de equipos especializados para la realización de diferentes
operaciones mineras
Nuestro objetivo es conocer el análisis comparativo del desarrollo de las bombas
centrifugas que usa esta empresa, que tipo de mantenimiento vienen desarrollando. Se
estableció en calidad de objetivo general en establecer la comparación de análisis en
procesos de mantenimiento y rendimiento para bombas centrifugas de la empresa
mineras Shougan Hierro Perú S.A.A. Ica 2020
Se utilizó en calidad de instrumento, una ficha de observación y una lista de cotejos
como también los cálculos respectivos. A través de la observación directa la empresa
minera Shougan Hierro Perú S.A.A desarrolla el tipo de mantenimiento, para mantener
operativo, el desarrollo de las acciones.
5
Respecto a la metodología, se usó un tipo de investigación descriptivo explicativo, con
un diseño simple.
Luego del cual llegamos a la conclusión de la necesidad que esta empresa minera debe
llevar en forma sistemática, los procesos de mantenimiento de las bombas centrifugas.
Palabra claves: bombas centrifugas, empresas extractivas, operaciones mineras,
mantenimiento preventivo
6
ABSTRACT
Currently, companies in the mining sector are in search of new industrial tools to
improve their performance in the productive and extractive field that allows them to
satisfy the needs of their clients more quickly, providing good quality standards and
relatively competitive prices to what is established in the production market
This research had the purpose of knowing the comparative analysis in the maintenance
and performance processes for centrifugal pumps of the mining company Shougan
Hierro Perú S.A.A. Ica 2020, because it is an extractive company, where it must make
use of specialized equipment to carry out different mining operations
Our objective is to know the comparative analysis of the development of centrifugal
pumps used by this company, what type of maintenance they have been developing. It
was established as a general objective in establishing the comparison of analysis in
maintenance and performance processes for centrifugal pumps of the mining company
Shougan Hierro Perú S.A.A. Ica 2020
An observation sheet and a checklist, as well as the respective calculations, were used
as an instrument. Through direct observation, the mining company Hierro Perú S.A.A
develops the type of maintenance, to keep the development of the actions operational.
Regarding the methodology, a descriptive explanatory type of research was used, with
a simple design.
After which we reached the conclusion of the need that this mining company should
systematically carry out, the maintenance processes of centrifugal pumps.
Keywords centrifugal pumps, extractive companies, mining operations, preventive
maintenance
7
INTRODUCCIÓN
Una empresa minera que desarrolla una serie de operaciones extractivas, con equipos
y maquinarias especializadas, necesariamente debe realizar una serie de diagnósticos,
para poder establecer, la manera como debe llevarse a cabo los procesos de
mantenimiento que se conoce, como es el caso de preventivo, correctivo, proactivo,
puesto que el objetivo es que dichas bombas centrifugas cumplen con efectividad sus
propósitos.
Es evidente que una bomba o un ventilador se pueden describir como un dispositivo
que transforma la energía mecánica en energía del fluido. La fuente de energía
generalmente es un motor eléctrico y la potencia se transmite a través de un eje a un
impulsor giratorio con álabes o cuchillas y desde las cuchillas más adentro del fluido.
Durante este proceso, varias pérdidas están presentes en cada etapa y la energía se
pierde debido a la fricción y las pérdidas volumétricas. La energía útil transmitida es
principalmente en forma de presión y energía cinética del fluido.
El propósito de la turbo-máquina es elevar la presión del fluido a un nivel tal que
supere la resistencia aguas 25 arriba, por ejemplo, las pérdidas hidráulicas en una
tubería, y genere un caudal suficientemente alto a través del sistema para el propósito
dado. El sistema circundante y sus condiciones de operación determinan el punto de
operación general y la bomba simplemente se adapta a esto. El punto de operación del
sistema de bombeo se forma al punto donde la curva de operación del sistema y la
curva de operación de la bomba se cruzan
Pero en nuestro caso se llevará el Análisis Comparativo en Procesos de Mantenimiento
y Rendimiento para Bombas Centrifugas de la Empresa Minera Shougan Hierro Perú
8
S.A.A. en otros términos realizar una comparación en los procesos de mantenimiento
de estos equipos antes mencionados y el tipo de rendimiento.
9
CAPITULO I
PLANTEAMIENTO TEORICO
1. Problema
a. Identificación del problema
Dentro de las empresas mineras es común el uso de este tipo de maquinarias
para mover fluidos, ya que constituyen parte importante para el proceso de
producción es así que al realizar el desarrollo de esta investigación se pretende
analizar los indicadores de eficiencia y productividad en cuanto a las maquinas
utilizadas ofreciendo información precisa para la toma de decisiones.
En dicho contexto suelen darse problemas en la toma de decisiones, asi como
de la evaluación de los rendimientos y procesos productivos que son parte de la
empresa y más teniendo en cuenta que vivimos esta industria es muy competitiva y
se está en la búsqueda constante de mejoras en cuando a la eficiencia y el manejo de
datos para una mejor toma de decisiones.
b. Enunciado del problema
Conocimiento el análisis comparativo en procesos de mantenimiento y
rendimiento para bombas centrifugas de la empresa minerashougan hierro Perú
S.A.A Ica 2020
2. Justificación
Aspecto social
En cuanto al aspecto social se debe tener en cuenta que el funcionamiento de
las maquinarias está directamente ligado a al recurso humano ya que se debe contar
10
con personal capacitado para operar la maquinaria de igual forma para realizar los
procesos de mantenimiento.
Aspecto tecnológico
Al realizar una comparación entre las bombas centrifugas podremos analizar
su rendimiento ofreciendo información vital para la empresa que servirá para una
toma de decisiones mucho más prudente y exacta el momento de elegir la maquinaria
con mejor rendimiento.
Aspecto económico
El presente proyecto tiene como propósito establecer una guía para tomar
decisiones que puedan mejorar las ganancias de la empresa teniendo en base los
rendimientos de las distintas bombas y a su vez realizar un análisis de los costos tanto
de la maquinaria como de los mantenimientos.
3. Alcance
El alcance que puede tener la presente investigación es global ya que la
información reunida sobre el comparativo de las bombas centrifugas servirá de
precedente para las compañías mineras y personal de desee realizar la
implementación de dichas bombas en sus procesos de bombeo de lodos.
4. Antecedentes Del Problema
Rodríguez (2014), sobre el mejoramiento del sistema de bombeo para evacuación
eficiente de aguas subterráneas en volcán compañía minera S.A.A - Unidad San
Cristobal, donde se tuvo por El problema de investigación se encuentra en el sistema
de bombeo con tres bombas en paralelo instaladas en el nivel 1020, con potencia de
11
750 HP cada una y con fallas de funcionamiento continuo. Mejorar esta realidad es la
finalidad de este estudio. La metodología consiste en evaluar al sistema anterior de
bombeo, las condiciones hidráulicas y de operación. Luego se revisó los reportes
mensuales de consumo de energía eléctrica, caudal y mantenimiento, para iniciar con
el diseño del nuevo sistema de bombeo, con la finalidad de comparar los resultados y
establecer las mejoras obtenidas. Como resultado se tiene tres bombas instaladas en
serie, con una potencia del motor eléctrico de 350 HP cada una.
Miranda (2014). En su tesis análisis de la normativa pertinente para la
implementación de inspección y mantenimiento de las bombas de lodos usadas en el
proceso de perforación de pozos petroleros en la industria Hidrocarburífera del
Ecuador se presentaron los procedimientos para el mantenimiento de las bombas de
lodo con su respectivo manual y así lograr una efectiva inspección que es requerida
por la agencia de regulación y control Hidrocarburífera del Ecuador. El objetivo de la
investigación fue Determinar procedimientos para que la ejecución de trabajos
catalogados como peligrosos se realice en condiciones óptimas de seguridad, a fin de
preservar la integridad del personal, de las instalaciones y del medio ambiente. Donde
se concluyó que la implementación de un manual de inspección y mantenimiento de
las bombas de lodos, genera un mayor control del mismo, y es importante para el
desarrollo óptimo de las actividades de la Agencia de Regulación y Control
Hidrocarburífera, además de alcanzar una base para el adiestramiento del personal y
crear un lugar seguro de trabajo.
Barreto (2016), con su investigación titulada Optimización del sistema de bombeo
– construcción y drenaje – Unidad Minera Antapacay. Para optimizar el bombeo del
12
agua acumulada en el fondo del tajo Antapaccay, y así poder continuar con la
explotación de la mina se realizó el estudio de un nuevo sistema de bombeo,
construcción y drenaje; los trabajos realizados fueron de preparación de tuberías
(soldadura por termo fusión de tubería de d=14” de diámetro y d=10” de diámetro);
ubicación y excavación de pozas (ubicadas en la zona más estable de mina, que no
perjudiquen la operación y serán excavadas por un equipo auxiliar); el revestimiento
de las pozas se realizó con geomalla, geotextil y geomembrana; el cálculo de potencias
para la elección de bombas Gorman Rupp, Flygt MT, Zulser y GouldsPumps, se
realizó mediante un estudio del % de utilización y en base a rendimientos.
Los resultados logrados fueron los siguientes: se seleccionaron las bombas para el
nuevo sistema de drenaje, Bomba Flygt MT (potencia de 104 kW y la potencia
necesaria para bombear el agua de un nivel a otro es de 87,92 kW), bomba Gorman
Rupp (potencia de 205 kW y la potencia necesaria para bombear el agua de un nivel
a otro es de 178,09 kW), bomba GouldsPump (potencia de 298 kW y la potencia
necesaria para bombear el agua de un nivel a otro es de 225,48 kW) y la bomba Sulzer
(potencia de 250 kW y la potencia necesaria para bombear el agua de un nivel a otro
es de 139,4 kW).
13
5. Operacionalizacion de Variables
Variable Dimensiones Indicadores
Bombas
Centrifugas de
lodo
Rendimiento
Capacidad
HP
Energía
Peso
Velocidad
Mantenimiento
Instalación
Tiempo de Mantenimiento
Requerimiento de Mano de Obra
Costo
Costo General
Costo de Mantenimiento
6. Interrogantes
¿Existen diferencias significativas en el rendimiento de las bombas centrifugas de una
empresa minera en Arequipa 2020?
¿Cuál es el nivel de rendimiento de las bombas centrifugas que se dan en el desarrollo
de las operaciones mineras?
¿Cuál es el costo de las bombas centrifugas en el proceso de mantenimiento?
14
¿Cuál es el proceso de mantenimiento de las bombas centrifugas que es más óptimo
para sus acciones operativas?
7. Marco Referencial
Marco institucional
En cuanto a la normatividad técnica sobre la instalación y uso de las bombas
centrifugas se deben considerar las siguientes normas y certificaciones.
EN 809:1998
Bombas y grupos motobombas para líquidos – Requisitos comunes de seguridad.
EN ISO 12100-2:2003
Seguridad de las máquinas - Conceptos básicos, principios generales para el diseño
(Partes 1 y 2).
EN ISO 13850:2008
Seguridad de las máquinas. Parada de emergencia. Principios de diseño
EN ISO 13857:2008
Seguridad de las Máquinas. Distancias de seguridad para impedir que se alcance zonas
peligrosas con los miembros superiores e inferiores.
EN 61000-6-2:2005
Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 6-2: Normas Genéricas. Inmunidad
en entornos industriales.
EN 61000-6-4:2007
Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 6-4: Normas Genéricas. Norma de
emisión en entornos industriales.
EN 60204-1:2006
15
Seguridad de las máquinas. Equipo eléctrico de las máquinas Parte 1: Requisitos
Generales
Marco teórico
Bombas Centrifugas
Las bombas centrifugas mueven un cierto volumen de líquido entre 2 niveles, son
máquinas que transforman un trabajo mecánico en un trabajo hidráulico y tiene como
elementos constructivos:
Una bomba hidráulica es una máquina que sirve como medio para el transporte
de un fluido al convertir energía mecánica en energía fluida o hidráulica, es decir las
bombas agregan energía al fluido. Viejo (2002).
También podemos argumentar una bomba centrífuga es aquella máquina,
también denominada bomba rotodinámica, cuyo objetivo es convertir la energía en
velocidad y posteriormente en energía a presión. Es decir, transforman la energía
mecánica en energía hidráulica. De esta manera, puede mover el mayor volumen de
líquido posible.
Es uno de los sistemas más utilizados actualmente para bombear múltiples tipos
de líquidos.
Una bomba centrífuga es por tanto un tipo de máquina a la que se denomina
“receptora” o “generadora” puesto que es empleada para hacer circular o mover líquidos
en contra de la presión.
16
Principio de Funcionamiento:
Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energía a la corriente
del fluido impulsándolo, desde un estado de baja presión estática a otro de mayor
presión. Están compuestas por un elemento rotatorio 25 denominado impulsor, el cual
se encuentra dentro de una carcasa llamada voluta. Inicialmente la energía es
transmitida como energía mecánica a través de un eje, para posteriormente convertirse
en energía hidráulica. El fluido entra axialmente a través del ojo del impulsor, pasando
por los canales de éste y suministrándosele energía cinética mediante los álabes que se
encuentran en el impulsor para posteriormente descargar el fluido en la voluta, el cual
se expande gradualmente, disminuyendo la energía cinética adquirida para convertirse
en presión estática.
Elementos de una bomba centrífuga
Una bomba centrífuga está formada por distintos elementos que permiten
transformar la energía cinética en energía hidráulica para producir una presión
continua y mover el mayor volumen de líquido, como ya hemos explicado
anteriormente.
Por tanto, la conforman elementos como el inductor, parte fija del motor que
protege los elementos que lo componen o la carcasa, que protege todos los mecanismos
internos.
El cojinete es el soporte y la guía del eje de la bomba; mientras que el rotor es
la parte móvil que gira. Se compone también de refrigeración para evitar el
calentamiento del motor, de rodete o impulsor que bombea el fluido y difusor, que es
el encargado de ayudar a la transformación de la energía cinética en hidráulica.
17
Por su parte, los ejes son los elementos de transmisión entre bomba y motor, y
el sello mecánico es el que genera un estado de estanqueidad entre la estructura y el
eje rotativo de la bomba centrífuga. Por su parte, las juntas son elementos de sellado y
los rodamientos son los elementos que permiten el giro entre dos piezas.
Tubería de Aspiración:
El impulsor: Formado por una serie de álabes de giran dentro de una carcasa
circular El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte móvil de la bomba. El
líquido penetra axialmente por la tubería de aspiración hasta el centro del rodete, que es
accionado por un motor, experimentando un cambio de dirección más o menos brusco,
pasando a radial, (en las centrífugas), o permaneciendo axial, (en las axiales), adquiriendo
una aceleración y absorbiendo un trabajo.
Los álabes del rodete someten a las partículas de líquido a un movimiento de
rotación muy rápido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrífuga, de
forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando su presión
en el impulsor según la distancia al eje. La elevación del líquido se produce por la
reacción entre éste y el rodete sometido al movimiento de rotación; en la voluta se
transforma parte de la energía dinámica adquirida en el rodete, en energía de presión,
siendo lanzados los filetes líquidos contra las paredes del cuerpo de bomba y evacuados
por la tubería de impulsión.
La carcasa, (voluta), está dispuesta en forma de caracol, de tal manera, que la
separación entre ella y el rodete es mínima en la parte superior; la separación va
aumentando hasta que las partículas líquidas se encuentran frente a la abertura de
impulsión; en algunas bombas existe, a la salida del rodete, una directriz de álabes que
guía el líquido a la salida del impulsor antes de introducirlo en la voluta Las bombas
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centrifugas pueden agruparse según su tipo, ya sea de acuerdo al número de etapas por
ejemplo en la bomba de una sola etapa, la acción es desarrollada por un solo impulsor,
mientras que en una bomba de múltiples etapas es desarrollada por dos o más impulsores;
de acuerdo a la posición del eje, pueden ser verticales u horizontales; de acuerdo a la
succión, la bomba de succión simple tiene la primera etapa equipada con un impulsador
de succión, una bomba de succión simple tiene la primera etapa equipada con un solo
impulsador y el líquido entra por un solo lado, mientras que una bomba de succión doble
usa un impulsador doble y el líquido entra por ambos lados. Díez (2007).
Evaluación y selección de Bombas Centrifugas
Las bombas centrífugas constituyen las máquinas de uso más frecuentes en los
procesos de lixiviación ácida y amoniacal para la producción de níquel. Por su amplia
difusión tienen gran peso en los costos de amortización de los activos tangibles fijos, en
especial cuando trabajan en regímenes que incrementan el desgaste y acortan
sustancialmente el tiempo de vida útil con respecto al de diseño, lo que no deja de incidir
en la fiabilidad del trabajo de la máquina y obliga a incrementar los mantenimientos y el
número de unidades de reserva, con el objeto de garantizar el transcurso ininterrumpido
del proceso. Por otra parte, su característica de ser grandes consumidores de energía,
impacta no sólo desde el punto de vista económico, sino también desde el social, dadas
las limitaciones de las fuentes primarias de energía del país y sus dificultades para
importarlas, lo cual afecta ocasionalmente el abasto de electricidad a la población. La
selección inadecuada de bombas centrífugas es un fenómeno frecuente, incluso en el
transporte de agua en redes simples, y provoca un aumento de los costos relativos que
prácticamente no son advertidos hasta que implicaciones técnicas afecten el proceso
productivo. En general, las bombas centrífugas son seleccionadas a partir de las
19
propuestas de diferentes suministradores o, en casos más simples, de datos técnicos
obtenidos de catálogos. En ambos casos se trata de máquinas producidas en serie, elegidas
entre aquellas, cuyos parámetros de trabajo se adaptan mejor a las condiciones del sistema
del usuario. Sobre esta base, no es posible llegar a conclusiones que permitan evaluar la
calidad de equipamiento propuesto. Para la elección de la mejor opción, el usuario
necesita de elementos adicionales que sean obtenidos fácilmente y permitan tomar en
consideración la calidad del diseño, de su fabricación y los datos técnicos disponibles. En
el presente trabajo se propone un procedimiento simple para evaluar las bombas
centrífugas a partir de datos técnicos del fabricante. A fin de facilitar la comprensión de
los aspectos generales, se consideran bombas comunes, fabricadas con materiales
comunes, y que trasiegan agua. Entre los elementos principales que pueden influir en la
selección de la bomba se encuentran: - La velocidad específica y su relación con el
rendimiento; por su incidencia en los costos de explotación y como criterio de la calidad
del diseño y su ejecución. - El tamaño de la bomba como criterio de costo en su
adquisición, instalación y operación. - La capacidad de aspiración, por su importancia en
la confiabilidad del trabajo y como elemento adicional para evaluar su calidad. Este
artículo trata, específicamente, lo relativo a la velocidad específica y su relación con el
rendimiento. Pérez (2004)
Fundamentos de funcionamiento del sistema de bombeo
Curva de la Bomba
Teniendo la información de los datos de placa de la bomba, se deben consultar
los catálogos o información técnica del fabricante para obtener las curvas
características de la bomba centrífuga; dichas curvas son aquellas que relacionan las
variables que intervienen en el funcionamiento de la misma. Las curvas características
20
de las bombas presentan datos similares independientemente del fabricante y en
general incluyen: La curva de carga vs. Caudal (trazada para diferentes diámetros de
impulsor y a velocidad constante), la curva de NPSH vs. Caudal, la curva de eficiencia
vs caudal (o curvas de isoeficiencia), y la curva de potencia vs. Caudal. En caso de no
contar con la información técnica del fabricante de la bomba que se desea evaluar, se
podrán utilizar curvas de referencia que contengan características similares de la
bomba, es decir: diámetro y tipo de impulsor, velocidad, tamaño, etc. Kenneth (1998).
Curva de Operación
La curva del sistema queda definida por la carga estática total y las pérdidas de
presión en el sistema de bombeo (carga dinámica), es decir por la carga total.
Carga Estática Total
La carga estática total se determina conociendo la altura geométrica del nivel
del líquido entre los recipientes de succión y descarga y la línea de centros de la bomba,
así como las presiones en esos mismos puntos.
Carga Dinámica Total
La carga dinámica total representa las pérdidas de presión, las cuales se
originan por la fricción del fluido en las tuberías, válvulas, accesorios y otros
componentes como pueden ser intercambiadores de calor u otros. Estas pérdidas varían
proporcionalmente con el cuadrado de la velocidad del caudal. También varían de
acuerdo con el tamaño, tipo y condiciones de las superficies de tubos y accesorios y
las características del líquido bombeado.
Curva de sistema de bombeo en serie
Es cuando las bombas se colocan a lo largo de la misma tubería. En este tipo
de instalación el caudal se mantiene constante para todas las bombas y la carga total
21
del sistema resulta ser la suma de las cargas de cada una de las bombas que conforman
el sistema. Se usa cuando la carga a vencer es muy grande.
Punto de Operación del sistema de bombeo
Caudal constante
El punto de operación de una bomba se obtiene cuando la carga generada por
la misma coincide con la que precisa el sistema de bombeo. El punto de operación se
obtiene en la intersección de la curva (carga vs caudal) de la bomba correspondiente
al diámetro de operación y la curva del sistema. Al trazar una línea horizontal y otra
vertical que pase por este punto pueden obtenerse los valores de carga, caudal,
eficiencia y NPSH requerido en condiciones óptimas.
Caudal Variable
En general los sistemas de bombeo requieren caudal variable, lo cual significa
que una bomba trabaja con diferentes puntos de operación (carga, caudal).
Adicionalmente, en cada punto de operación se puede determinar el NPSH requerido
y la eficiencia de la bomba.
Método de Regulación
Los procesos productivos de las empresas requieren condiciones de bombeo
diferentes a las del caudal nominal, por lo tanto, es necesario aplicar algún tipo de
control o regulación de caudal. Los métodos de regulación del caudal se obtienen
mediante: Regulación del caudal por estrangulación de la tubería que conduce el fluido
(modificación de la curva del sistema sobre la que trabaja la bomba), regulación del
caudal mediante por desvío o by-pass, regulación del caudal por variación de velocidad
de la bomba y arranque o paro de la bomba. Las más utilizadas por la facilidad de
22
operación es la de estrangulamiento de la tubería, que consiste en abrir y cerrar la
válvula de descarga.
En presencia de máquinas sobredimensionadas o durante la operación de
equipos de bombeo que operan a flujo variable, se ve el ingeniero en la necesidad de
reducir el flujo de trabajo de la máquina.
Ventajas de las bombas centrífugas
Algunas ventajas de estas bombas centrífugas son:
No tienen órganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son muy
sencillos.
Para una operación definida, el gasto es constante y no se requiere dispositivo
regulador.
Se adaptan con facilidad a muchas circunstancias.
El peso es muy pequeño y dimensiones reducidas.
El mantenimiento y pieza de recambio reducidos.
Coste ajustado.
La incorporación de variadores de velocidad permite mayor eficiencia.
Los sistemas de bombeo completos son suministrados según las necesidades.
Tipos de bombas centrifugas
Las bombas centrífugas se pueden clasificar según distintos parámetros:
Por la dirección del flujo. Según la dirección en la que el fluido atraviese la bomba
centrífuga, pueden ser:
23
Radial: En este caso el flujo circula de forma paralela al eje de rotación. Son bombas
muy eficientes y versátiles y son las bombas centrífugas más comunes.
Figura 1
Axial: En este caso el flujo circula de forma paralela al eje de rotación. Son
bombas muy eficientes a la hora de elevar grandes caudales a poca altura.
Mixto: Combina las bombas axiales con las bombas radiales.
Por la posición del eje de rotación:
Horizontales El eje de rotación se encuentra en posición horizontal.
24
Figura 2
Verticales El eje de rotación se encuentra en posición vertical.
Inclinados El eje de rotación está inclinado
Figura 3
Otras clasificaciones:
Por el diseño de la coraza (forma) en: voluta y las de turbina.
Por la forma de succión en: sencilla y doble.
Bombas centrifugas verticales de alto caudal y presión para refrigeración de aceite de
prensas en funcionamiento.
25
Sistemas de Bombeo
Los sistemas de bombeo son un conjunto interconectados de elementos cuyo
objetivo básico es transferir un valor de presión o energía a un fluido para incrementar
dicho valor, usando para ello diferentes métodos, luego llevarlo de un punto de
referencia a otro, bien sea para su uso inmediato, o para su almacenamiento, drenaje y
finalmente su desecho. Para cumplir este cometido, los sistemas de bombeo se diseñan
considerando, las necesidades particulares, de un proceso continuo de manufactura o
el cumplimiento de un servicio puntual de suministro. Las partes más notorias en un
sistema de bombeo son: las máquinas hidráulicas (bombas), las tuberías y/o canales
abiertos de conducción, los accesorios o piezas de conexión, los instrumentos de
medición y control y los elementos de almacenamiento.
Partes de una bomba centrífuga
Los elementos constructivos que conforman una bomba centrífuga son:
Carcasa: Parte que protege a todos los mecanismos internos que permiten el
accionar de la bomba. Son elaboradas con variados materiales según su
finalidad, como es en base a hierro fundido si se usará par bombear agua
potable, o de acero inoxidable o de bronce si se pretende bombear un líquido
que es muy corrosivo
Entrada y Salida: conductos por donde circula el agua. El de entrada se conoce
como tubería de aspiración y el de salida como tubería de impulsión.
Impulsor o rodete. Dispositivos usados para impulsar el agua contenida en la
carcasa. Están formados por una serie de álabes de diversas formas que giran
dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la
parte móvil de la bomba.
26
Difusor: el difusor junto con el rodete, están encerrados en una cámara, llamada
carcasa o cuerpo de bomba. El difusor está formado por unos álabes fijos
divergentes, que al incrementarse la sección de la carcasa, la velocidad del agua
irá disminuyendo lo que contribuye a transformar la energía cinética en energía
de presión, mejorando el rendimiento de la bomba.
Eje: Elemento que sostiene el impulsor para que gire sobre este con la fuerza
del motor. Según la posición del eje en bombas de eje horizontal y bombas de
eje vertical.
Cojinetes o rodamientos: Piezas que sostienen adecuadamente el eje del
impulsor
Motor: componente fundamental de la bomba centrífuga que permite mover el
eje y a su vez el impulsor para conseguir el movimiento del agua. Según su
potencia, podrá movilizar más agua en menos tiempo.
Panel de control: dispositivo que permite el accionamiento de la bomba.
27
Figura 5
Funcionamiento de las bombas centrífugas
Para hacer funcionar una bomba centrífuga existen los siguientes pasos:
primero, el fluido entra por el centro del rodete o impulsor de la máquina. Éste dispone
de una paleta curva, denominada álabe, que sirve para conducir el fluido.
Después, debido a la fuerza centrífuga que produce la bomba, el fluido es impulsado
hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba.
Finalmente, gracias a la estructura de la maquinaria, el fluido es conducido
hacia las tuberías de salida o hacia el siguiente rodete.
Fenómenos a tener en cuenta en instalaciones hidráulicas: el golpe de ariete y la
cavitación
Como consecuencia del funcionamiento, las bombas centrífugas son
susceptibles de desgaste, reducción de bombeo, vibración y ruido anormal. Debemos
prestar especial atención a dos fenómenos: la cavitación y la posibilidad del golpe de
28
ariete, los cuales pueden ocasionar graves daños a las estructuras y material de la
central y ser causantes de averías en tuberías e instalaciones hidráulicas.
Golpe de ariete en bombas centrífugas
El golpe de ariete se produce al cerrar o abrir una válvula y al poner en marcha
o parar una máquina hidráulica, o también al disminuir bruscamente el caudal. Al
cerrarse por completo una válvula se origina una onda de presión que se propaga con
una cierta velocidad (el líquido no es estrictamente un fluido incompresible).
Esta onda origina una sobrepresión que se desplaza por la tubería, causando dos
efectos:
Comprime ligeramente el fluido.
Dilata ligeramente la tubería.
La sobrepresión que origina el golpe de ariete no puede producirse en el arranque
de una bomba porque la presión producida por la bomba no puede exceder el valor
máximo que indica su curva característica, curva H-Q. En la parada de una bomba se
ha de tener precaución de cerrar antes la válvula de impulsión. Si esto se hace a mano,
el cierre es lento, la columna de líquido que llena la tubería se decelera gradualmente,
y el golpe de ariete no se produce.
El golpe de ariete puede producirse:
Si se para el motor de la bomba sin cerrar previamente la válvula de impulsión.
Si hay un corte imprevisto de la corriente, en el funcionamiento de la bomba.
¿Cómo reducir el golpe de ariete?
Cerrar lentamente la válvula de impulsión.
Escoger el diámetro de la tubería de impulsión grande, para que la velocidad
en la tubería sea pequeña.
29
Instalaciones bombas centrífugas con un volante de inercia que en caso de corte
de la corriente reduzca lentamente la velocidad del motor, y por consiguiente
la velocidad del agua en la tubería.
Depósitos de expansión
Instalación de válvulas de retención con by-pass diferencial.
Válvulas de retención anti ariete. Manual para el diseño de una red hidráulica
de climatización
Cavitación de las bombas centrífugas
Durante la entrada del fluido en el rodete de una bomba, se produce una
aceleración que, cuando la presión es suficientemente baja, genera la formación de
burbujas de vapor.
Esto tiene dos efectos sobre el funcionamiento, en primer lugar,
la cavitación erosiona el rodete, y con el tiempo lleva a su destrucción. En segundo
lugar, cuando la cavitación es fuerte disminuye la altura de elevación.
La cavitación es un fenómeno indeseable y evitable que se produce a la entrada
de la bomba y que provocará el fallo prematur0 de la misma.
Para evitar la cavitación, hace falta mantener una presión suficiente, por
encima de la presión de vapor, en la entrada de la bomba. El valor necesario es
calculado por el fabricante como NPSHr (Net Positive Suction Head required). Desde
el punto de vista de la utilización, hay que asegurar que el NPSHd (disponible) en el
sistema sea superior al NPSHr.
30
Mantenimiento de las bombas centrifugas
El Mantenimiento, visto como una función soporte, dentro de un proceso
productivo, cobra una importancia absoluta, en el momento que comenzamos a
analizar, todos aquellos equipos y sistemas, que están bajo nuestra responsabilidad
como Mantenedores. Allí es cuando, empezamos a preocuparnos por equipos tales
como bombas , compresores, ventiladores, que son el grupo de equipos considerados
rotativos y que merecen una atención especial, tanto en la instalación , como en la
operación y más aún en su mantenimiento, que es la acción que permite, garantizar la
disponibilidad del equipo, una vez que se ha detenido por una falla o por una parada
programada, para intervenirlo y devolverle así, las condiciones de operación
necesarias, para que continúe la prestación del Servicio, para el cual fue diseñado y
seleccionado. Dentro de este grupo de equipos rotativos, las bombas son un subgrupo
numeroso e importante dentro de los procesos productivos, tanto por su función en si,
como por el número o cantidad y tipo dentro de las empresas.
Marco conceptual
Rodete o impulsor: es una parte importante en la bomba centrifuga es el encargado
de transformar la energía cinética en presión dinámica.
Carga Estática: es la altura expresada en metros (m) de líquido de la columna de
fluido, que actúa sobre la succión (entrada) o la descarga (salida) de una bomba.
Carga Estática de Succión: si la bomba, se encuentra ubicada por debajo del nivel
libre de bombeo, la distancia vertical entre ese nivel y el eje de la bomba se denomina
Carga estática de Succión.
31
Elevación Estática de Succión: si la bomba, se encuentra arriba del nivel libre de
bombeo, la distancia entre el nivel de líquido a bombear y el eje central de la bomba,
se llama Elevación estática de Succión.
Carga Estática de Descarga: es la distancia vertical, entre el eje central de la bomba
y el punto de entrega libre o salida del líquido.
Carga Estática Total: es la distancia vertical entre los niveles de Succión y
Descarga.
Carga de fricción: es la columna en metros (m), del líquido que se maneja,
equivalente y necesaria para vencer la resistencia de las tuberías, de succión y descarga
y de sus accesorios. Varía de acuerdo a la velocidad del líquido, tamaño y condiciones
interiores de las tuberías y la naturaleza del líquido que se maneja.
Carga de Velocidad: un líquido se maneja a cualquier velocidad dentro de un tubo,
tiene energía cinética debido a su movimiento, la carga de velocidad es la distancia, de
caída necesaria, para que un líquido adquiera una velocidad dada determinada por:
Hv= √2/2g
Hv= carga de velocidad en metros.
√=velocidad del líquido en mts / seg
g=aceleración de la gravedad en mts/ seg2.
7. Objetivos
Establecer la existencia de las Existen diferencias significativas en el
rendimiento de las bombas centrifugas de una empresa minera en Arequipa 2020
Fijar el nivel de rendimiento de las bombas centrifugas que se dan en el desarrollo de
las operaciones mineras
Conocer el costo de las bombas centrifugas en el proceso de mantenimiento
32
Explicar el proceso de mantenimiento de las bombas centrifugas que es más óptimo
para sus acciones operativas.
8. Hipótesis
HI: Existen diferencias significativas entre las bombas centrifugas de una
empresa minera en Arequipa 2020.
H0: No Existen diferencias significativas entre las bombas centrifugas de una
empresa minera en Arequipa 2020.
H1: Existen diferencias significativas entre el rendimiento de las bombas
centrifugas de una empresa minera en Arequipa 2020
H2: Existen diferencias significativas entre el costo las bombas centrifugas de
una empresa minera en Arequipa 2020
H3: Existen diferencias significativas entre los procesos de mantenimiento de
las bombas centrifugas de una empresa minera en Arequipa 2020.
33
CAPITULO II
PLANTEAMIENTO OPERACIONAL
1. Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos
Técnicas de recolección de datos
Según Hernández, Fernández, y Baptista, (2003), las técnicas son
procedimientos que nos ponen en relación como investigadores con las fuentes de
datos relevantes para indagar sobre el objeto de estudio.
Se utilizarán datos de fuentes secundarias como son las bases de datos,
registros, informes y fichas técnicas para la creación de una base de datos de las
distintas bombas a analizar, por lo que se trata de una investigación documental.
En este trabajo se utilizó la técnica documental como principal fuente primaria
al momento de buscar información para dar solución al problema de investigación
Instrumentos de recolección de datos
Utilizamos una ficha de observación documental porque es un medio útil y
eficaz para recoger información en un tiempo relativamente breve en el caso de los
internos.
El diseño del estudio es no experimental de nivel comparativo y de tipo
descriptivo, según Sánchez Reyes y Alarcón (1996). Este tipo de estudio está
dirigido a recolectar datos de 2 o más muestras con el propósito de observar el
comportamiento de las variables y realizar un análisis estadístico de los fenómenos
observados entre una y otra.
El diseño de la Investigación es no experimental
34
M1 O1 x y z
M2 O2 x y z
M3 O3 x y z
M1: Muestras de Bomba Centrifuga 1
M2: Muestras de Bomba Centrifuga 2
M3: Muestras de Bomba Centrifuga 3
O1: Observación 1
O2: Observación 2
O3: Observación 3
X y z: Medición
2. Campo De Verificación
a. Ubicación espacial
La ubicación espacial en donde se realizará la investigación, en este caso el
área que le corresponde es la planta magnética Relaves 4 en la empresa Minera
Shougan Hierro Perú S.A.A. la cual está ubicada en el distrito de Marcona, provincia
de Nasca en la Región de Ica.
Bomba número 1 sumergible vertical- Modelo 50zJZA-B35A ubicada en el
taller de concentrado de relaves (número de control 5780-PU-1003, 5780-PU-2003).
Bomba número 2 sumergible vertical- Modelo ZJ0-100-25-22 ubicada en el taller de
molienda (número de control 5740-PU- 0001, 5740-PU- 0002).
35
Bomba número 3 sumergible vertical- Modelo 6525KC-30B ubicada en el taller de
molienda
Ubicación temporal
El desarrollo de la investigación se llevó a cabo en el año 2020 entre los
meses de Julio y septiembre, haciendo una recopilación de la información necesaria
para cumplir con los objetivos.
Unidades de estudio
Se tomarán los datos de 3 bombas centrifugas de similar función en forma
retrospectiva, siendo los modelos a analizar:
Modelo 50zJLA – B35A Bomba sumergible vertical
Modelo ZJO- 100 – 25 – 22 Bomba sumergible vertical
Modelo 6525 KC – 30B Bomba sumergible vertical
3. Estrategias de Recolección de Datos
a. Recolección de datos
Para la recolección de los datos se realizaron las siguientes acciones
Uso del fichaje para consignar los datos de la bibliografía
Se realizaron los resúmenes y síntesis
b. Tratamiento de datos
Se dio un tratamiento de análisis con un enfoque positivista
c. Análisis de información
Se sometió a una estadística descriptiva mediante la elaboración de tablas y gráficos
36
CAPITULO III
RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
Resultados del estudio del Modelo 50zJLA – B35A Bomba sumergible vertical
De acuerdo a la ficha de observación, se detalla de las siguientes maneras
Bomba de turbina industrial vertical
Para flujos mayores, consulte la sección de alta capacidad
• Flujos de hasta 70.000 GPM (15.900 m3 /Hr)
• Cargas de hasta 3500 pies (1060 m)
• Presiones de hasta 2500 psi (76kg/cm²)
• Tamaños de taza de 6” a 55” (152,4 mm a 1400 mm)
• Temperaturas hasta 500°F (260°C)
• Caballos de fuerza hasta 5000 HP (3730 KW)
Ventajas de diseño
• Cabezal de descarga fabricado y columna con brida
• Construcción de taza con brida
• Eje de 416SS
• Construcción de aleación con lavado externo de las áreas de desgaste críticas
disponible para los servicios corrosivos/abrasivos
• Alineación incorporada y tubos simples para una instalación menos costosa y
facilidad de mantenimiento/menor tiempo de inactividad
Aplicaciones
• Agua de enfriamiento
• Admisión de agua de mar y de río
• Bombas para procesos industriales
37
• Agua circulante de la red pública
• Bombas con agua circulante para el condensador
• Servicio para incendios
• Agua reclamada
Resultados del estudio del Modelo ZJO- 100 – 25 – 22 Bomba sumergible
vertical
Presenta las siguientes Características del agua a ser bombeada.
1.- Temperatura del fluido debe ser menor a 25 ºC.
A temperaturas mayores, la potencia nominal del motor decrecerá.
2.- PH entre 5.8 y 8.6
3.- Gravedad especifica = 1
4.- Valores máximos de:
- Cantidad de arena 50 PPM
- Cloruros 500 PPM
- Ácido sulfúrico 15 PPM
- Fluoruros 0.8 PPM
- Conductividad eléctrica 118 µ m h o s /pulg.
5.- El motor debe estar inmerso en agua a modo de obtener un flujo de agua sobre la
carcasa del motor.
El motor no debe operar sumergido en arena o barro.
Se recomienda una distancia mínima de tres metros desde el fondo del pozo hasta el
primer punto de contacto con el motor (Ver figura 9 en la página 14).
NOTA: HIDROSTAL no garantiza sus equipos contra la acción erosiva de la arena u
otros materiales abrasivos en suspensión en el líquido a bombearse. Pequeñas
38
cantidades de abrasivos pasarán a través de la bomba sin mayor efecto inmediato, pero
el trabajo continuo en estas malas condiciones dañará en poco tiempo todos los
componentes internos de la bomba.
La presencia de arena en el fluido bombeado también evitará el funcionamiento
adecuado de la válvula check. De ser necesario el cliente deberá instalar una segunda
válvula check en la columna de descarga.
Resultados del estudio del mantenimiento de la Bomba sumergible vertical
La bomba vertical es una unidad completa de bombeo diseñada para operar pozos,
tanques o cámaras de bombeo. La construcción vertical reduce el espacio requerido a
un mínimo y permite el uso de cimientos sencillos. La unidad consiste de un conjunto
de tazones con impulsores del tipo cerrado o semi-abierto, los cuales constituyen el
cuerpo de la bomba de una o varias etapas, de acuerdo con el caudal, la altura dinámica
total y la velocidad (r.p.m.) a la cual se va a funcionar. Los tazones son equipados con
bocinas reemplazables. El cuerpo de la bomba está conectado con el cabezal de
descarga (linterna) por medio de la columna exterior de descarga, la cual a su vez
contiene la columna interior (ejes)
La bomba vertical es una unidad completa de bombeo diseñada para operar pozos,
tanques o cámaras de bombeo. La construcción vertical reduce el espacio requerido a
un mínimo y permite el uso de cimientos sencillos.
La unidad consiste de un conjunto de tazones con impulsores del tipo cerrado o semi-
abierto,
Los cuales constituyen el cuerpo de la bomba de una o varias etapas, de acuerdo con
el caudal, la altura dinámica total y la velocidad (r.p.m.) a la cual se va a funcionar.
Los tazones son equipados con bocinas reemplazables.
39
El cuerpo de la bomba está conectado con el cabezal de descarga (linterna) por medio
de la columna exterior de descarga, la cual a su vez contiene la columna interior (ejes)
Resultados del procedimiento de mantenimiento de las bombas centrifugas
Para el perfecto seguimiento de estos equipos es imprescindible tenerlos correctamente
identificados para poder asignarles de forma exacta los trabajos necesarios, ya sean
planes de mantenimiento preventivo, inspecciones periódicas y trabajos correctivos.
Para ello, utilizamos una etiqueta que, implícitamente, nos da información suficiente
para identificar a qué planta pertenece, si hay más de una, el tipo de equipo involucrado
(bomba de agua, pasta, producto químico, agitador, motor, etc.) y, por supuesto, que
identifica de forma única y precisa el equipo involucrado.
En estos casos es esencial el uso de un software de gestión de mantenimiento o CMMS
para ayudarnos a implementar las tareas básicas de mantenimiento efectivo de los
equipos. Este software incluirá una base de datos o lo que se llama un árbol de equipos
que, como subconjunto, cubrirá todas nuestras bombas centrífugas. Desde aquí
podemos encontrar software más o menos sofisticado. Como algo básico y normal
podremos asignar Órdenes de Trabajo a los Equipos existentes, asignarles determinado
Personal, asignarles Piezas de Repuesto registradas en el Almacén a sus Equipos
correspondientes, gestionar las Compras de estas Piezas de Repuesto, construir Planes
de Mantenimiento Preventivo o rutas de inspección, etc.
Mantenimiento preventivo a bombas centrifugas
Debe haber un Mantenimiento Preventivo planificado en este tipo de equipos. Esto es
lo que llamamos rutas de inspección en nuestra fábrica. El objetivo principal es la
40
detección de fallos en la fase inicial para solucionarlos de forma inmediata, si es
posible, o en el momento oportuno si no lo es. Estas inspecciones cubren las siguientes
tareas en la bomba:
Inspección visual para detectar fugas en tuberías.
Inspección visual para la detección de fugas en el cierre del eje (reajuste de la
empaquetadura si es posible).
Control del nivel de aceite en el cuerpo del rodamiento.
Medición de la temperatura en el cuerpo del rodamiento y en el motor.
Inspección de ruido y vibración excesivos en el cuerpo del cojinete, el
acoplamiento de la bomba y el motor de accionamiento.
Compruebe el flujo correcto de agua de refrigeración hacia el cierre del eje, si
lo hubiera.
Inspección visual del correcto estado general de las conexiones eléctricas.
Estas inspecciones rutinarias generan una serie de Órdenes de Trabajo a realizar
en el equipo, que llegarán al departamento correspondiente a través del software de
GMAO y que se convertirán en el historial de intervención de la bomba específica. Se
puede generar trabajo mientras la instalación está en marcha, en el caso de que el
equipo pueda ser detenido (llenado de bañeras, realización de un bypass, etc.) o trabajo
que se programará durante la próxima parada de la instalación.
Pues, llevar a cabo el Mantenimiento a bombas centrifugas trae una serie de ventajas
41
Las ventajas de realizar estos recorridos de inspección en las bombas
centrífugas en fábrica son las mismas que las generadas por el mantenimiento
preventivo en otros tipos de equipos, es decir:
Se conoce la confianza, el estado y el funcionamiento de las bombas.
Reducción del tiempo de inactividad debido a fallas mecánicas de la bomba.
Mayor vida útil de los equipos e instalaciones.
Ajuste de stock de repuestos en almacén (sólo críticos y de mayor consumo).
Programación de los trabajos a realizar durante el arranque y la parada, uniformidad
de la carga de trabajo.
Bajo costo de reparación de bombas.
Los trabajos correctivos más comunes que realiza el departamento de
mantenimiento mecánico en una bomba centrífuga son la reparación de fugas tanto en
las bridas como en las tuberías de aspiración e impulsión, las aberturas de las bombas
para la extracción de elementos que provocan bloqueos, la sustitución de los
impulsores por desgaste, la sustitución del cuerpo del cojinete, la sustitución del cierre
mecánico y dinámico, el empaquetado del eje y la sustitución del acoplamiento por
deterioro.
Mantenimiento a bombas centrifugas piezas de recambio
Es esencial que la bomba se instale de acuerdo a estrictos protocolos de
montaje y siempre siguiendo las instrucciones del fabricante. Deben tenerse en cuenta
las tensiones máximas transmitidas a las bridas de aspiración y descarga. Por lo tanto,
42
es imprescindible que las tuberías estén correctamente instaladas para no superar los
límites de carga indicados en las tablas del fabricante y, además, para facilitar el
mantenimiento posterior. También es importante, en el momento del montaje, rellenar
un formulario de alineación del motor y de la bomba y archivarlo para tener un control
del estado del equipo en su primera puesta en marcha.
En cuanto a las piezas de recambio, podemos señalar que son críticas y de existencia
obligatoria:
Un cuerpo de rodamiento completo de cualquier tamaño que exista en la fábrica
como mínimo.
Elemento de acoplamiento flexible de cada tamaño.
Sellos mecánicos.
Elemento de estanqueidad de las juntas dinámicas.
Juegos de juntas de cada tamaño utilizadas.
Embalaje recomendado por el fabricante.
Los impulsores se utilizan sin girar, es decir, con su diámetro máximo y su
elemento de fijación.
Placas de desgaste.
Bombas completas para aquellas posiciones críticas y esenciales para la
producción.
Podemos incluir, opcionalmente, las siguientes piezas de repuesto:
Ejes de bomba.
Rodamientos.
Acoplamientos completos.
Anillos laberínticos, juntas y capuchones antipolvo.
43
Respecto al rendimiento de las bombas centrifugas Los principales parámetros de las
bombas centrífugas a representar en sus curvas, son los siguientes:
Caudal de la bomba Q (rate of flow ó capacity, m3/s)
Es el volumen total de fluido que entrega la bomba en la unidad de tiempo.
Altura total de la bomba H or Hp (total head, m)
Es la energía por unidad de peso que la bomba le proporciona al fluido
bombeado. Se determina cómo la diferencia entre la altura total de descarga (Hd)
menos la altura total de succión (Hs). Se le suele llamar también TDH (total
differential head) o carga de la bomba. siendo:
y ⇒ presiones totales respectivamente en descarga y succión; (bar)
⇒ densidad del fluido; (kg/m3)
= 9,81 m/s2 ⇒ aceleración normal de la gravedad
Recordemos que los términos de alturas totales y/o presiones totales, son el
resultado de la suma de los términos de energía de presión, energía cinética y energía
potencial debido a la altura geodésica o elevación.
Potencia demandada por la bomba Pp (pump input power, W or kW)
Es la potencia entregada a la bomba por el motor a través del eje. Se le suele
llamar potencia demandada por la bomba o potencia al freno (brake horsepower).
Rendimiento de la bomba ηp (pump efficiency, %)
Es la relación entre la potencia que la bomba transferida al fluido
o hidráulica (Pf) y la potencia demandada por la bomba (Pp).
44
NPSH requerido (Net Positive Suction Head required, m)
El NPSH requerido o NPSHR, se define para un caudal determinado, como la
altura de succión absoluta por encima de la altura debida a la presión de vapor,
requerida por la bomba para que no se produzca cavitación. Este dato es suministrado
por el fabricante.
Dentro de los tipos existentes de NPSHR, el de uso más común es el
llamado NPSHR al 3% de caída de la curva de H o simplemente NPSH3.
Curva característica de una bomba real
A continuación, se muestran las curvas características de una bomba centrífuga
real, donde aparecen todos los parámetros indicados anteriormente:
45
Figura 1 – Curvas de una bomba centrífuga
En las curvas se representan los diferentes parámetros frente al caudal
(capacity) de la bomba. Los parámetros representados son: la altura H (head),
la potencia de la bomba (power), el rendimiento (efficiency) y el NPSHR (ver curva
de NPSH3).
En la gráfica de caudal-altura (H vs Q) aparecen tres curvas. Es decir, las de diámetros
máximo y mínimo del impulsor (D2 max= 165 mm y D2 min= 112 mm), y la del diámetro
real del impulsor instalado (D2 rated = 163 mm).
46
El diámetro real del impulsor instalado se obtiene recortando el rodete desde
el diámetro máximo. Evidentemente, esto se hace para adaptar la curva de la bomba al
funcionamiento requerido por el usuario.
Comportamiento de las curvas de la bomba
En las curvas representadas vemos que al aumentar el caudal Q ocurre lo
siguiente: H disminuye, la potencia aumenta, el rendimiento aumenta hasta un
máximo y luego disminuye, y el NPSH requerido aumenta. Este comportamiento tiene
lugar en la mayoría de las ocasiones y de hecho muchas personas creen que todas las
bombas se comportan así.
La realidad nos dice que NO siempre es así. La forma de las curvas de la bomba
es diferente en función del tipo de impulsor que tenga (radial, flujo mixto o axial).
Usando un concepto mucho más amplio, la forma de las curvas dependerá de
su velocidad específica.
Principios para el Diseño tramos de tubería a considerar
Para llevar a cabo el diseño de las tuberías que componen las distintas líneas
de proceso se dividirán éstas en tramos, cada uno de los cuales estará formado por
la porción de línea comprendida entre dos equipos consecutivos. De esta forma los
diferentes aspectos a calcular (diámetro óptimo de la conducción, pérdidas de carga,
etc.) se evaluarán independientemente para cada uno de estos tramos. La definición
y descripción de los diferentes tramos de tubería se realizará sobre el
correspondiente diagrama de flujo, usándose para designar cada uno de ellos los
nombres de los equipos que constituyen su principio y su final.
47
Determinación del Diámetro óptimo de la Conducción
Un aspecto muy importante a tener en cuenta para el diseño del sistema de
tuberías sistema es el de la velocidad que alcanza el fluido por el interior de las
conducciones. Dicha velocidad, en el caso de la circulación isoterma de fluidos
incompresibles, viene determinada por el caudal y el diámetro de la sección interna
de la conducción, y para cada fluido tiene un valor máximo que no debe ser
sobrepasado, ya que de lo contrario puede producirse un deterioro del producto por
tratamiento mecánico inadecuado. Los valores aproximados que se usan en la
práctica dependen del tipo de fluido que se trate, pero los más corrientes se recogen
en la Tabla 1. Los valores de la tabla son los más corrientes en la práctica ordinaria,
sin embargo, en condiciones especiales, pueden requerirse velocidades que están
fuera de los intervalos indicados. Las velocidades pequeñas han de ser las más
utilizadas, especialmente cuando el flujo es por gravedad desde tanques elevados
(McCabe et al., Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, 4ª Ed., McGraw-Hill,
1991).
Tabla. Velocidades recomendadas para fluidos en tuberías.
Velocidad
Fluido Tipo de Flujo ft/s m/s
Líquidos poco viscosos Flujo por gravedad 0.5 – 1 0.15 – 0.30
Entrada de bomba 1 – 3 0.3 – 0.9
48
Salida de bomba 4 – 10 1.2 – 3
Línea de Conducción 4 – 8 1.2 – 2.4
Líquidos viscosos Entrada de bomba 0.2 – 0.5 0.06 – 0. 15
Salida de bomba 0.5 – 2 0.15 – 0.6
Vapor de Agua 30 – 50 9 – 15
Aire o gas 30 – 100 9 – 30
Para la limpieza CIP, la velocidad de las soluciones detergentes o del líquido
para el aclarado, no debe ser menor de 1.5 m/s. Así, para un caudal determinado del
fluido a bombear, imponiendo la velocidad máxima del mismo, se determina de
forma inmediata el diámetro mínimo de la conducción. Deberá escogerse, en
cualquier caso, el diámetro normalizado inmediatamente superior a dicho valor
mínimo. Dicho valor es lo que se conoce como el diámetro óptimo de la conducción,
pues representa el menor coste posible, cumpliendo las exigencias en cuanto a la
velocidad de máxima de circulación del fluido por la misma.
Cálculo de las Pérdidas de Carga
El rozamiento de un fluido con las paredes de la tubería por la que circula
provoca en el mismo una caída de presión. Conocer el valor de esta caída de presión
es necesario de cara al cálculo de las bombas, pero también para comprobar que el
diámetro elegido para la conducción es suficiente, pues de ser éste muy pequeño la
49
pérdida de carga que se produzca será muy elevada. En este sentido se consideran
valores razonables de caída de presión en una conducción los siguientes (para
caudales de 0 a 60 m3/h):
1. Zona de aspiración de bombas: 0.40 kg/cm2 (0.39 bar)
2. Zona de impulsión de bombas: 0.6 a 0.8 kg/cm2 (0.59 a 0.78 bar)
De esta forma, al realizar el cálculo de las pérdidas de carga, se procurará
que, en la medida de lo posible, no superen los valores anteriores. Si esto sucediere
habrá de aumentarse el diámetro de la conducción por encima del que recomienda
la velocidad de circulación máxima del fluido, de modo que la pérdida de carga
disminuya. Sin embargo, en algunos casos, no será posible incrementar dicho valor
ya que éste se halla igualmente limitado por el diámetro de las conexiones de los
equipos (sobre el que ha de informar el fabricante).
Principios Básicos para el Cálculo de las Bombas
Son dos los tipos de bombas que se utilizan en instalaciones de proceso:
Bombas centrífugas, muy extendidas, cuentan con una gran variedad
de aplicaciones. Están especialmente indicadas para el manejo de productos de
baja viscosidad, no siendo aptas para líquidos fuertemente aireados. Este tipo
de bomba es el que se debe utilizar siempre que la aplicación concreta lo
permita, ya que es la más barata en cuanto a compra, operación y
mantenimiento, y también la más adaptable a diferentes condiciones de
operación. Se recurrirá a ella para el bombeo de todo tipo de líquidos de
50
relativamente baja viscosidad y que no requieran un tratamiento
particularmente suave.
Bombas de desplazamiento positivo. Existen diversas clases, como las
alternativas (pistón) y las rotativas (lóbulos). Están especialmente indicadas
para el bombeo de fluidos de viscosidad elevada.
Algunos conceptos importantes para el cálculo de bombas, son:
Altura total de aspiración: Representa la presión a la entrada de la bomba.
Es la suma algebraica de la altura estática de aspiración (distancia de la superficie
libre del líquido al eje de la bomba), presión existente sobre el líquido y pérdidas de
carga por rozamiento de la tubería de aspiración. Los dos primeros sumandos
pueden ser positivos o negativos, pero el tercero es siempre negativo.
Altura total de impulsión: Es la suma algebraica de la altura estática de
impulsión, pérdida de carga en la impulsión y presión sobre el líquido en el punto
de recepción.
La diferencia entre las alturas totales de impulsión y de aspiración es la carga de la
bomba, es decir, la energía que ha de ser conferida al fluido.
Carga neta positiva de aspiración: Se representa por las siglas NPSH (de
la expresión inglesa "Net Positive Suction Head") y es necesario diferenciar entre
dos conceptos: la NPSH requerida (NPSHr) y la NPSH disponible (NPSHdis). La
primera depende del diseño de la bomba y representa la energía necesaria para llenar
la parte de aspiración de la misma y vencer las pérdidas por rozamientos y aumento
de velocidad desde la conexión de aspiración hasta el punto donde se incrementa la
51
energía. Es, por tanto, un valor que depende del diseño constructivo de la bomba y
que debe suministrar el fabricante de la misma. La NPSH disponible es la diferencia
entre la presión a la entrada de la bomba y la tensión de vapor del fluido a la
temperatura de funcionamiento, medidas ambas en metros de columna de líquido.
Lógicamente siempre deberá cumplirse que la NPSHdis sea mayor o igual que la
NPSHr. Por otro lado la NPSHdis siempre habrá de ser positiva y lo mayor posible,
ya que de este modo se evitará que la presión a la entrada de la bomba descienda por
debajo de la presión de vapor del fluido en las condiciones de temperatura existentes
en dicho punto, lo que provocaría la aparición de burbujas de vapor, con el
consiguiente peligro de que la bomba entre en cavitación lo que reduce su carga y
eficacia al tiempo que daña el material de la misma, reduciendo seriamente la vida
útil de la bomba.
Otro aspecto fundamentales la capacidad de las bombas centrifugas para una
velocidad particular y un diámetro particular de impulsor cuando manipula un
líquido de variación de viscosidad despreciable, una curva de operación, la cual
indica la relación entre la columna (o presión) desarrollada por la bomba, y el flujo
a través de la bomba.
Una de mas manera que se ve, es a medida que la capacidad aumente, la
columna total que es capaz de desarrollar la bomba se reduce. En general la columna
más alta que es capaz de desarrollar una bomba centrífuga es a un punto donde no
hay flujo a través de la bomba; esto es cuando la válvula de descarga está
completamente cerrada. Recordar que estas curvas de operación están basadas e una
velocidad, diámetro de impulsor y viscosidad particulares. En general, la viscosidad
52
a la cual se dan las curvas características es la viscosidad del agua a 25 oC. En este
caso de estas bombas antes señaladas .
Se tomó en cuenta acerca de la BHP (Potencia suministrada) capacidad Para
operar a la capacidad deseada, encontramos que debemos suministrar cierta energía
a la bomba (potencia suministrada o BHP). Entonces, podemos graficar una curva
representando la relación entre la capacidad y la potencia suministrada, nuevamente
basada en los factores constantes previamente definidos. Para bombas centrífugas
generalmente la potencia suministrada incrementa con un incremento en la
capacidad.
Eficiencia debe ser calculada
Las dos características que han sido graficadas hasta este punto son
determinadas examinando una bomba actual. Ahora veremos lo concerniente a la
eficiencia a la cual opera la bomba. La eficiencia no podemos medirla directamente,
sino que debemoscalcularla de la información que hemos obtenido. La eficiencia se
evalúa a partir de la Ec. 3.30. A partir de esta Ec., puede determinarse la eficiencia
a la cual está operando la bomba para una determinada capacidad y puede graficarse.
Para hacer estimados puede determinarse la eficiencia como función de la velocidad
específica, como se verá más adelante.
Otra componente es la Capacidad de una bomba centrífuga, la cual es muy
importante y siempre se da con las curvas de operación de la bomba, relacionándola
con la capacidad. Esta información nos da el valor de la CSPNR o de la bomba el
cual puede tomarse como referencia para determinar la CSPNA o del sistema para
una operación adecuada. Cuando se discute sobre bombas centrifugas, los dos
términos más importantes son CSPNR (NPSHR) y CSPNA (NPSHA )
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CONCLUSIONES
Primera.
Establecer la existencia de las Existen diferencias significativas en el rendimiento de
las bombas centrifugas de una empresa minera depende los parámetros principales de
las bombas centrífugas, es decir el caudal y la altura, la potencia, el rendimiento y
el NPSHR. Estos son los parámetros que los fabricantes representan en las curvas
características de las bombas.
Segunda.
Fijar el nivel de rendimiento de las bombas centrifugas que se dan en el desarrollo de
las operaciones mineras en cuanto a la capacidad y la potencia
Tercera.
Conocer el costo de las bombas centrifugas en el proceso de mantenimiento se da de
acuerdo a los insumos y los componentes que serán reemplazados, en el caso de
tratarse de un desgaste
Cuarta.
Explicar el proceso de mantenimiento de las bombas centrifugas que es más óptimo
para sus acciones operativas, especialmente en el mantenimiento correctivo, puesto
que estas bombas centrifugas que constantemente accionan, tienen un desgaste.
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RECOMENDACIONES
Primera.
Que las bombas centrifugas deben ser llevadas a cabo un mantenimiento constante, de
evitar una serie de fallas que afectan a la producción de la empresa minera.
Segunda.
Que las bombas deben tener una garantía de confianza en el desarrollo de sus
operaciones, con la finalidad optima en el apoyo a la rentabilidad de la producción
Tercera.
Se debe contratar personal especializado sobre el funcionamiento de las bombas
centrifugas, quienes por su experiencia y conocimiento garantizan su optima
operatividad.
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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