Bombas de Pulpa: Seleccionando el Mejor Tipo para la Tarea

Desde el tamaño del motor y la velocidad de la bomba hasta la vida útil por desgaste y los costos de operación, existe un imponente conjunto de opciones que enfrenta un comprador en su intento por alcanzar y mantener un rendimiento óptimo de la bomba. A continuación algunos consejos de los expertos.

Por Russell A. Carter, Editor Colaborador

Las bombas para pulpa son esenciales para mover fluidos y pulpas de alto contenido en sólidos y difíciles de manejar, y la demanda anual de estas bombas refleja sólo un aspecto del importante espacio que ocupan en varios sectores de la industria. Se calcula que el mercado mundial de todos los tipos de bombas de pulpa es de más de mil millones de dólares cada año, y aunque dichas ventas representan sólo una porción de un dígito de las ventas totales de las bombas, los costos de bombeo de pulpa ocupan un espacio considerable en el presupuesto energético colectivo de la minería. El proveedor de equipos de proceso Metso estima que las bombas de pulpa representan sólo alrededor del 5% de las bombas centrífugas, el tipo más común utilizado para este fin instalado en toda la industria minera; sin embargo, este pequeño segmento representa hasta el 80% de los costos operativos totales de bombeo de la industria.

El espacio que ocupan físicamente en una operación minera es típicamente difícil — en el fondo de un sumidero, en el punto de descarga bajo flujo de un molino o espesador, o sirviendo a una tubería que transporta mineral abrasivo o relaves. Sus ciclos de trabajo van de continuos a esporádicos dependiendo de la aplicación, a menudo con tasas de flujo y tamaños de partículas muy variables. El desgaste interno puede ser severo en algunas aplicaciones, con hasta 2 mm de material al día que desaparece de la superficie de componentes cruciales. Debido a la mayor probabilidad de altas tasas de desgaste de los materiales transportados, los constructores de bombas añaden componentes y/o revestimientos internos más gruesos y pesados, lo cual hace que los modelos de pulpa sean más grandes y pesados que sus hermanos para bombas de agua.

La amplia gama de requisitos de rendimiento de las bombas, la cual se encuentra en miles de minas, molinos y otras instalaciones industriales, requiere de una variedad igualmente amplia de tipos, tamaños y configuraciones de montaje de las bombas. Dos recientes introducciones de productos ilustran la gama de opciones disponibles.

Pasando a lo Grande y a la Modalidad Móvil

A finales del año pasado GIW Industries anunció que había desarrollado la bomba de pulpa TBC-92 específicamente para su uso en operaciones de arenas petrolíferas. Llamada así por su impulsor de 92 pulgadas (234 cm) de diámetro, GIW afirma que la TBC-92 es la bomba de pulpa más grande y pesada disponible en la industria minera. GIW también señaló que la instalación de la TBC-92 marca un importante hito de la empresa: ahora tiene bombas en servicio en todas las aplicaciones canadienses de hidrotransporte de arenas petrolíferas.

En general, la línea TBC de GIW comprende una serie de bombas centrífugas de succión final, horizontales y de alta presión con un diseño convencional de pared simple en el que la carga de presión contra la carcasa es transferida a placas laterales resistentes al desgaste, las cuales se mantienen unidas por grandes pernos de amarre para garantizar la seguridad. Los componentes de las bombas TBC incluyen hierro blanco resistente a la abrasión, hierro dúctil y aleaciones especiales para cumplir con los requisitos de trabajo. También dispone de materiales alternativos de revestimiento anti-desgaste como el uretano y el neopreno.

La empresa informó que la TBC-92 conserva las mejores características de los modelos que la precedieron, incluyendo muchos elementos de la Súper bomba TBC-84, y tiene características de la línea de productos MDX de GIW. “Esta bomba incorpora las lecciones aprendidas a lo largo de los años al operar en arenas petrolíferas, y cuenta con nuestras últimas tecnologías hidráulicas y de desgaste,” dijo Mollie Timmerman, Gerente de Desarrollo de Negocios de GIW. “Como ésta es la bomba TBC más pesada que hemos diseñado, se prestó especial atención a la mantención, así como a la selección de materiales y a la construcción de los componentes que contienen presión.”

La TBC-92 pesa alrededor de 209.000 lb (95.000 kg), aproximadamente equivalente, informó GIW, a un avión Airbus A321 completamente cargado, con una carcasa que por sí sola pesa 34.000 lb (15.400 kg). Para facilitar su mantención, se entrega a los clientes dispositivos de izaje a la medida para facilitar la remoción e instalación segura de los componentes de desgaste. La bomba también cuenta con un revestimiento de succión de larga duración que puede ajustarse sin necesidad de parar la bomba, según la empresa.

En el otro extremo de la escala de tamaño y portabilidad, la bomba de pistón hidráulico, desplazamiento positivo, auto-cebadora y transportable SludgeKat de Gorman-Rupp está diseñada para el bombeo conveniente de pulpas y fangos de fosas de clarificación, tratamiento de aguas residuales, bombeo de lodos, limpieza ambiental y aplicaciones similares.

La SludgeKat tiene puertos de succión y descarga de 4 pulgadas (100-mm) y tiene capacidad para flujos de hasta 226 gpm (14,3 lps) y alturas de hasta 390 pies (118,9 m). Dependiendo del producto que se bombee, la SludgeKat puede pasar sólidos de hasta 2,4 pulgadas de diámetro sin dañar ni obstruir la bomba. Las unidades están equipadas con motores diésel Kohler Tier IV.

Cada SludgeKat viene con un kit de ruedas estándar. El bastidor del extremo de la bomba está montado en la base de un tanque de combustible de 52 galones (197-l) y ofrece un tiempo de funcionamiento a plena carga de 25.5 horas. El bastidor del extremo de la bomba se puede separar de la unidad y cuando se conecta a mangueras opcionales de 150 pies (46 m), proporciona mayor portabilidad en el lugar de trabajo.

En el espacio entre estas dos soluciones de bombeo tan diferentes se encuentra un conjunto de modelos centrífugos convencionales horizontales y verticales sumergibles y otros tipos que ofrecen una amplia gama de características de rendimiento que pueden aplicarse a los requerimientos específicos de bombeo de pulpas (ver nota de recuadro). No es raro encontrar que una bomba destinada principalmente a una aplicación puede funcionar bien en una función diferente.

Por ejemplo, se ha informado que una mina de mineral de hierro en el Cabo Norte de Sudáfrica se benefició de la versatilidad de una bomba Grindex Bravo 800, un modelo sumergible que, en este caso, fue instalada en seco por el distribuidor de bombas Integrated Pump Technology para mejorar el flujo de la pulpa actuando como impulsor, montado en la pared de una de las presas de los estanques de sedimentación de la mina. Una bomba existente había fallado debido al desgaste extremo producto del fuerte nivel de sedimentación en el estanque. En la nueva instalación, una unidad sumergida bombea la pulpa del estanque a una distancia aproximada de 30 m, a una altura de 8 m a 10 m hasta la Bravo 800 montada en la pared de la presa. La Bravo 800 proporcionó la resistencia al desgaste requerida por la aplicación, y a una potencia nominal de 45 kW y velocidad de eje de 1,475 rpm, puede producir casi 100 l/s en esta aplicación.

Las bombas, como es lógico, también pueden dejar de funcionar adecuadamente si se especifican o se instalan incorrectamente. Tsurumi America, que fabrica y comercializa una línea completa de bombas sumergibles de pulpas y aguas residuales para trabajo ligero, medio y pesado, informó a principios de este año sobre una situación que implicaba ambos problemas: Una de las mayores operaciones de extracción de oro en Nevada estaba experimentando averías no planificadas en las bombas de los estanques de retención que le costaban a la mina un promedio de 40.000 a 50.000 dólares cada una en pérdidas de producción, y las reparaciones por lo general sólo duraban tres meses o menos, aproximadamente. La mina atribuyó las frecuentes averías a reparaciones defectuosas y trajo a Tech-Flow, una empresa cercana de distribución y servicio de equipos de bombas Tsurumi, para que se encargara de las futuras reparaciones y también para que realizara un estudio del sitio para determinar si se podía mejorar el rendimiento general de las bombas sumergibles de la mina.

Jace Church, gerente de ventas del territorio en Tech-Flow, dijo: “Encontramos que las bombas originales no estaban correctamente instaladas porque estaban montadas muy elevadas por fuera del agua. Esto causó que las burbujas de aire entraran en la bomba provocando cavitación, lo cual llevó a la falla de las bombas. También estaban usando bombas municipales que se usan típicamente en aplicaciones de aguas residuales, por lo que no eran del todo adecuadas para este propósito.”

La empresa minera optó por reemplazar la bomba existente por una diseñada para la aplicación, en este caso la sumergible eléctrica GSZ-150 de Tsurumi. El ciclo de trabajo es intermitente, entre 75%-90%, y opera a 110-120 pies de altura, bombeando 2.200-2.600 gpm. “Llevan esforzándose un año y medio hasta ahora sin problemas, lo cual se correlaciona mucho con sumergir adecuadamente las bombas,” explicó Church.

La combinación de una gran selección de modelos de bombas y la capacidad de muchos de esos modelos para resolver una variedad de problemas de bombeo podría hacer que parezca fácil elegir una unidad óptima para una aplicación determinada. Sin embargo, la preocupación por los costos de mantención a largo plazo, la intercambiabilidad de los revestimientos o de las partes de desgaste para una máxima vida útil y las opciones para reducir al mínimo el consumo de energía pueden enturbiar las aguas. Complicando aún más el proceso de selección, hay otros factores que deben considerarse — no sólo las características de rendimiento de una bomba, sino que también el tamaño del sumidero, las especificaciones de las tuberías y las propiedades de otros componentes asociados con la configuración del flujo de proceso de un molino.

Mirando Más Allá de la Bomba

El continuo impulso de la industria para aumentar la producción a partir de los activos existentes hace que sea importante ver los sistemas de bombeo de un molino como una parte de un panorama mucho más amplio. En una reciente entrada en el blog, el jefe de gestión y marketing de productos de bombeo de Metso, Chris Wyper, indicó algunos puntos importantes a considerar sobre las bombas cuando se trata de aumentar la producción de toda la planta. Entre sus recomendaciones:

Asegurar la disponibilidad de la potencia del motor: “Una planta bien diseñada tiene suficiente potencia asignada a las bombas de molino. Las bombas suelen operar con variadores de velocidad, lo cual significa que hay muchas variables del proceso que afectan a la velocidad y, por último, al consumo de potencia. Es una buena idea observar los datos SCADA sobre el consumo de potencia histórico para calcular mejor la cantidad de potencia que estaría disponible para los aumentos de tonelaje. En lugar de utilizar hojas de datos de ingeniería que son de algún modo sobre-simplificadas, es beneficioso utilizar un gráfico tipo nube de puntos que muestre el flujo y la presión de la bomba en función del tiempo. Esta información permite determinar el tamaño óptimo de todas las bombas y ciclones para la planta.”

Considerar la refrigeración de la caja de engranajes a mayor potencia: “A medida que el trabajo de la bomba aumenta, normalmente también aumenta la potencia transmitida a través de la caja de engranajes. Esto significa que la cantidad de calor también aumenta: una caja de engranajes que tiene un tamaño marginal para la refrigeración aire-aire puede sobrecalentarse con mayor trabajo continuo. Hay que considerar la capacidad de refrigeración del sistema de lubricación, sobre todo a mayores temperaturas ambientales y altitudes.”

Asegurar la presión del agua de sellado del prensaestopas a mayores alturas: “El sistema de agua de sellado del prensaestopas de la bomba debe tener un tamaño tal que pueda suministrar un flujo constante de agua del prensaestopas en todas las condiciones de funcionamiento. Esto se aplica al trabajo de la bomba, incluyendo cualquier aumento de la altura debido a los incrementos de tonelaje. También debe comprobarse que el sistema de agua de sellado del prensaestopas sea adecuado cuando es sometido a otras demandas, como el lavado o las bajadas de mangueras.”

Observar detenidamente el tamaño de las tuberías: “Si duplica la velocidad, la tasa de pérdida de material aumenta 16 veces y la tasa de desgaste abrasivo en la superficie es aproximadamente proporcional a la cuarta potencia de la velocidad. Si hay un aumento significativo en la entrada, es necesario considerar si el tamaño de la tubería es óptimo. El tamaño correcto permite reducir al mínimo las pérdidas por fricción y desgaste. Por supuesto, si hay una gran variación en el flujo, entonces se debe examinar la velocidad mínima para evitar sedimentación.”

Prepararse para las paradas por falla calculando los sumideros de piso: “En el caso de una parada por falla de una planta, prepararse para la máxima entrada de flujo basado en los cálculos del volumen vivo de los sumideros de piso. Esto puede incluir el sobre-flujo estático del molino y cualquier válvula de descarga para vaciar las tuberías y los sumideros. Si se aumenta el tamaño del sumidero o cambia el volumen del molino, entonces los sumideros podrían ser más pequeño de lo normal. En este caso, los sumideros existentes se pueden profundizar o agrandar para manejar el volumen, o crear sumideros adicionales, posteriormente. Típicamente, los sumideros de molino deben ser separados de los otros sumideros en la planta debido a la posibilidad de que entren bolas del molino en el sumidero.”

Ampliar Futuras Opciones

Como indican las cifras de toda la industria, el bombeo de pulpa puede servir como un excelente ejemplo para adquirir bienes de capital, donde los costos de operación y mantención (O&M) eclipsan rápidamente el costo inicial de adquisición. Una visión miope de los factores del TOC (Costo Total de Propiedad) al seleccionar una bomba puede dar lugar a una variedad de malos resultados que van desde la necesidad de reemplazar prematuramente una unidad inadecuada, hasta costos altísimos de mantención y pérdidas de producción por paradas no programadas.  Por el contrario, los fabricantes originales de bombas y los proveedores de postventa son cada vez más conscientes de que sus clientes no siempre pueden predecir los futuros eventos y, por consiguiente, están ampliando sus carteras de productos y servicios para ofrecer opciones asequibles cuando las condiciones de la minería, los recursos de mantención o los cambios tecnológicos ocurren con el tiempo.

Comprender las diferencias en las preferencias y prácticas del sector industrial es importante para un proveedor de bombas con el fin de adaptar sus ofertas para proporcionar el máximo valor al cliente, según el vicepresidente de ingeniería del fabricante de bombas Schurco Slurry, Will Pierce, quien dijo a Equipo Minero que los operadores de roca dura y carbón, por ejemplo, típicamente podrían adoptar diferentes enfoques para la mantención de bombas, y por buenas razones.

Explicó que aunque los procedimientos básicos de mantención de bombas, como revisar holguras, ajustar el impulsor, inspeccionar el sello o empaquetadura en busca de daños o fugas y asegurar una lubricación adecuada, siempre serán similares tanto para roca dura como para carbón, la aplicación específica dicta la frecuencia de los chequeos de mantención preventiva.

“La separación de medios pesados es probablemente una de las aplicaciones de mayor desgaste en el carbón, y recomendaríamos chequear una bomba cada 1.000 horas, dependiendo del tonelaje que se mueva y las horas de operación por supuesto. Sin embargo, hay minas de oro en Nevada y Alaska que tienen un intervalo de mantención del extremo húmedo de 500 horas. Intervienen a las 450 horas y desmontan todo, porque saben que si esperan hasta las 550 horas, tienen una bomba separada completamente (shelled out) y ahora es una situación de emergencia.”

Los dos sectores mineros también pueden diferir respecto a la forma en que recopilan, analizan y actúan sobre los datos operativos de la bomba para planificar la mantención. “La mayoría de las plantas de preparación de carbón tienen integración de PLC con el equipo, pero a menudo tienen menos entradas de datos que las plantas grandes de roca dura, las que pueden monitorear adicionalmente la vibración, presión y flujo de las bombas. Dichas plantas se configuran para monitorear tendencias y pueden planificar proactivamente la mantención basándose en los datos de las tendencias,” señaló Pierce.

Las diferencias también pueden aplicarse a la forma en que se realiza la mantención de las bombas. “Generalmente, las operaciones de roca dura no envían las bombas a reparación. Por lo general, tienen departamentos de mantención bien dotados de personal y sus propios talleres,” dijo Pierce. Esto da oportunidad a los proveedores de ofrecer kits de mantención, los cuales, según Pierce, son “un tipo de programa de mantención administrado por el proveedor que ejecuta el operador de la mina.” Nosotros administramos el kit, asegurándonos de que siempre tenga todas las partes que el usuario final pueda necesitar para realizar cualquier reparación en la bomba. Cuando realizan una reparación, si hay 30 partes en el kit de reparación, podrían utilizar sólo siete en dicha reparación. Auditaremos dichos kits y repondremos las partes que se utilizan para que cada vez que un departamento de mantención necesite realizar una reparación, sus kits estén siempre completamente abastecidos.”

Continuó: “Algunas plantas de carbón con las que trabajamos tienen una filosofía diferente para gestionar la mantención de las bombas. Mantienen una bomba de repuesto a mano. Cuando tienen un problema con la bomba, su equipo retira todos los equipos auxiliares de la unidad que se está reemplazando, instala dichos equipos en la bomba de repuesto y coloca el repuesto en línea. Con la bomba desgastada fuera de servicio, pueden realizar la mantención en un taller en terreno o enviarla al fabricante o a un taller de terceros.”

Los fabricantes también están buscando formas de incorporar más flexibilidad de rendimiento en sus modelos de bombas y aliviar algunas de las preocupaciones asociadas con las modificaciones necesarias de las bombas. “Por ejemplo, estamos desarrollando una línea de bombas diseñadas con una carcasa sólida con elementos reemplazables totalmente metálicos, similares al revestimiento. La metalurgia de estos componentes de desgaste es una mejora novedosa del hierro blanco con 27%-28% de cromo probado que la industria ha utilizado durante décadas. Tenemos clientes de roca dura que comenzaron con revestimientos de caucho hace 20 años, ahora están en un depósito de mineral diferente en la misma mina y el material es más afilado o tiene diferentes características abrasivas y el caucho no es duradero. Con el carcasa que hemos desarrollado, son capaces de convertirse en una bomba completamente revestida de metal sin mayor impacto en la instalación general, mediante el uso de placas adaptadoras retro-compatibles,” explicó Pierce.

El nuevo diseño también ofrece a los clientes de carbón de Shurco notables beneficios: “Nuestros clientes de carbón casi siempre utilizan bombas revestidas de metal, pero la industria es muy sensible al precio en este momento, por lo que este nuevo desarrollo no tiene la tradicional carcasa exterior de hierro dúctil masivo y el revestimiento de metal, en su lugar, tiene componentes metálicos reemplazables de desgaste. No hay ningún compromiso en la calidad de los componentes internos de la bomba, ni cambios en el desgaste o rendimiento hidráulico. Es sólo una alternativa de menor costo.”

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Diseñando para la Durabilidad

Una regla general al seleccionar una bomba de pulpa es buscar la bomba más robusta, en términos de rendimiento, resistencia al desgaste, potencia y mantenibilidad, que se encuentre dentro de la clase de servicio para el tipo de material que se bombea. Incluso ese sencillo proceso puede ser complicado cuando surgen circunstancias especiales, como el desgaste mecánico inusualmente alto experimentado en una aplicación específica, o la operación intermitente en lugar de un funcionamiento constante. Los fabricantes de bombas generalmente tienen un vasto conocimiento de lo que funciona y lo que no funciona en muchas condiciones, e incorporan las características que sí funcionan en sus últimos diseños. Por ejemplo:

FLSmidth Minerals amplió su línea de bombas de pulpa Krebs millMAX con la introducción de la millMAX-e, la cual presenta un diseño único de anillo de desgaste que, según la empresa, resuelve los problemas de molienda y recirculación dentro de la bomba al mantener las distancias entre el impulsor y el lado succión. Al mantener el rendimiento del diseño sin aumentar la velocidad, el anillo de desgaste prolonga la vida útil de todas las partes del extremo húmedo y reduce el consumo de energía.

El modelo millMAX-e no está revestido y ofrece un diseño exterior compacto que ahorra espacio, destinado a reducir los costos de capital y reemplazo, así como los requerimientos de potencia del motor. Sin embargo, según la empresa, el bastidor de potencia de la millMAX-e utiliza los mismos componentes de los rodamientos y ejes que los bastidores de potencia equivalentes de la millMAX y es capaz de manejar aplicaciones que requieren alta velocidad y potencia. La millMAX-e está equipada con el sistema de tensado de correas patentado de la bomba Krebs, el cual permite a los usuarios cambiar rápidamente las correas en V sin tener que realinear las poleas.

Las entradas de Tsurumi Manufacturing en el mercado de las bombas de pulpa de clase minera incluyen sus series GPN y GSD, con potencias de motor de 7.5-50 hp (5.5-75 kW) kW y 50-100 hp (37-75 kW), respectivamente. Ambas series constan de bombas sumergibles trifásicas de pulpa, de gran altura, gran volumen y trabajo pesado, accionadas por un motor de cuatro polos. Están equipadas con agitadores de hierro fundido con alto porcentaje de cromo que, según la empresa, ayudan a manejar sin problemas los materiales sedimentados. Los motores están encerrados por una camisa de agua que asegura un enfriamiento eficiente incluso cuando el motor está expuesto al aire. Las bombas de esta serie incorporan puertos de alivio de presión en sello que evitan que la presión de bombeo afecte al sello del eje.

La bomba centrífuga horizontal CF-S para trabajo pesado de Flowrox, con sede en Finlandia, es la primera de una serie de bombas centrífugas introducidas por la empresa y capaz de bombear continuamente pulpas altamente abrasivas y densas. La empresa dijo que la bomba nueva puede proporcionar flujos desde tan sólo 2.3 m³/h hasta más de 4,000 m³/h a alturas superiores a 76 m. Se afirma que el diseño de caja dividida de la bomba proporciona un buen equilibrio entre la eficiencia y el desgaste, y hay modelos disponibles con una gama de opciones de material de revestimiento. La bomba es compatible con la plataforma de Servicios Digitales de Flowrox, un sistema personalizado de recopilación y análisis de datos de proceso basado en IIoT.

MBH Pumps presentó las bombas sumergibles de pulpa de la serie Ni-Hard, diseñadas y construidas para bombear pulpas que contienen sólidos abrasivos de hasta 65% en peso. Estas bombas para trabajo pesado, según el proveedor, están equipadas con un agitador externo que rompe los sólidos asentados o compactados, mientras que su tecnología de placa en espiral adaptable permite un mayor bombeo con un menor consumo de energía.