Las bombas de sólidos de alta densidad son máquinas de funcionamiento hidrostático que desplazan el medio que se bombea y, por lo tanto, crean un flujo.
Sólidos de alta densidad y su transporte
Los sólidos de alta densidad son mezclas de componentes líquidos y sólidos; los ejemplos incluyen grano de granja, cerdo desmenuzado, etc. Cada uno tiene sus propias características físicas y químicas típicas, como peso específico, contenido de sólidos, tamaño máximo de partícula y cómo se comportan, por ejemplo , tixotrópicamente , abrasivamente o adhesivamente.
Los ejemplos típicos de sólidos de alta densidad son el hormigón , los lodos y las lechadas .
Dentro de las plantas industriales, muchas sustancias con una alta proporción de sólidos, como lodos de depuradora deshidratados mecánicamente, tortas de filtración, lodos de carbón bituminoso, residuos y lodos de proceso, deben transportarse a distancias relativamente largas hasta vertederos o plantas de incineración.
En principio, estas largas distancias se pueden salvar con equipos de transporte mecánicos o bombas de sólidos de alta densidad.
Los tipos de transportadores mecánicos incluyen correas , tornillos (gusanos) y raspadores . Son adecuados para casi todos los tipos de sólidos de alta densidad.
Las bombas de sólidos de alta densidad mueven lodos y lodos dentro de una tubería cerrada. Sin embargo, no todos los lodos o lechada son bombeables, dependiendo de:
- Proporción: La mezcla de componentes sólidos y líquidos debe ser tal que dé como resultado una masa plásticamente deformable.
- Saturación: El volumen del espacio poroso en los lodos debe llenarse con una cantidad suficiente de materia líquida para que la partícula pueda descansar sobre la partícula a través de un líquido plásticamente viscoso y para que los intersticios se llenen.
- Componente gaseoso: mediante la inyección de gases, los lodos que no tienen naturalmente un componente gaseoso pueden alcanzar una consistencia bombeable.
Tipos de bombas de sólidos de alta densidad
Dependiendo de cómo se implemente el principio de desplazamiento, se puede hacer una distinción entre bombas rotativas y alternativas. Las bombas de circulación rotativas incluyen bombas de tornillo excéntrico, bombas centrífugas y bombas de tubo comprimido (peristálticas). Las bombas recíprocas incluyen bombas de émbolo, diafragma y pistón.
Las bombas de sólidos de alta densidad que se pueden utilizar en la más amplia gama de situaciones son las bombas de pistón (o reciprocantes). Se pueden realizar como bombas monocilíndricas o bicilíndricas. En el último caso, la potencia se transfiere al material a través de pistones de suministro que funcionan en modo push-pull. Mientras que un pistón de suministro succiona material de la tolva de alimentación al cilindro, el segundo pistón empuja simultáneamente el material en el otro cilindro de suministro y hacia la línea de suministro.
Tipos de bombas de pistón
Bomba de pistón con tubo de transferencia
Bomba de pistón con válvula de asiento
Bomba de válvula de bola
Bomba de pistón monocilíndrico
Tipo: Bomba de pistón con tubo de transferencia (bomba de dos cilindros)
Detalles de construcción
El elemento más característico de la bomba de tubo de transferencia es el llamado tubo de transferencia "S" instalado dentro de la tolva de alimentación. El trabajo del tubo de transferencia es controlar el flujo de sólidos de alta densidad; en otras palabras, el cilindro de la bomba que actualmente empuja el material está conectado a la línea de suministro mediante dicho tubo. En (o cerca) del final de cada carrera del pistón, el tubo en forma de S que está conectado a la línea de suministro se balancea hacia el otro cilindro de suministro con la ayuda de dos cilindros interruptores. Se utiliza un circuito hidráulico para sincronizar la posición del tubo de transferencia y los movimientos de los dos pistones de entrega.
El tubo S debe oscilar rápidamente y no sufrir un desgaste indebido. Esto se realiza con dos cilindros de émbolo de gran tamaño y una denominada placa para gafas (llamada así por su forma) que incluye anillos de sellado.
En sección transversal, el tubo en S es circular con un diámetro que se estrecha en la dirección del flujo. Esto reduce el riesgo de obstrucciones. Las caras de sellado de la placa de gafas y del anillo de sellado se encuentran paralelas al movimiento de giro del tubo en S, de modo que no se dañen cuando se corten o se atasquen cuerpos extraños.
Esta bomba no necesita válvulas de retención.
Características de funcionamiento
Las bombas de pistón con tubo en S son adecuadas para hormigón y mortero, para lodos con un contenido de sólidos de hasta el 50% en peso y una distribución del tamaño de partícula fluctuante, pero también para transportar cenizas volantes , carbón o minerales en suspensión.
La gran sección transversal de los orificios en la placa de las gafas significa que con un diámetro del cilindro de suministro de, por ejemplo, 200 mm (7,874 pulg.), Es posible bombear sólidos de alta densidad con un tamaño de grano medio de hasta 80 mm (3,150 pulg.) . El diámetro máximo de los cuerpos extraños individuales puede ser tan alto como el 60% del diámetro de la línea de suministro; en este ejemplo, sería de 120 mm (4.724 in).
Tipo: Bomba de pistón con válvulas de asiento (bomba de dos cilindros)
Detalles de construcción
La carcasa de acero de la bomba de la válvula de asiento contiene cuatro válvulas de asiento controladas hidráulicamente, dos válvulas de succión y dos de suministro para los dos cilindros hidráulicos. Las válvulas de succión y descarga están sincronizadas con el sistema hidráulico de los pistones de entrega; esto asegura que el contenido del cilindro de entrega sea igual en todo momento al volumen que se bombea. Una vez que el pistón de "succión" alcanza su posición final, la correspondiente válvula de succión o entrega se cierra o abre simultáneamente. Si hay sobrepresión en la línea de suministro, la válvula de succión se cerrará primero. Esto evita que el medio bombeado salga de la línea de presión y vuelva a la tolva.
Esta bomba no necesita válvulas de retención.
Características de funcionamiento
Las bombas de válvula de asiento son adecuadas para un bombeo especialmente uniforme de medios con un contenido de sólidos de hasta el 50% y para el bombeo a alta presión de medios industriales pastosos como lodos. Dado que se utilizan válvulas en esta bomba de dos cilindros, es adecuada para tamaños de grano de hasta 8 mm como máximo.
El tipo de válvula que se seleccione dependerá de los sólidos de alta densidad que se transportarán. Para materiales que contienen granos con un contenido de sólidos de hasta el 50%, se requiere un asiento de válvula de metal con bordes afilados. Con lodos finos de baja viscosidad, bastante acuosos, la elección sería un sello de válvula elastomérico de área grande.
En una variante de control hidráulico, la válvula se abre pasivamente por el empuje del medio. En este caso, la válvula de descarga tiene una función antirretorno que evita el reflujo desde la línea de presión. Al mismo tiempo, los sólidos de alta densidad se compactan previamente para cerrar la presión de la línea antes de que se abra la válvula de descarga. Esto significa que se pueden evitar los golpes de la tubería como resultado de las pulsaciones de presión.
Tipo: bomba de válvula de bola (bomba de dos cilindros)
Detalles de construcción
Durante la carrera de aspiración del pistón de impulsión, el medio se aspira a través de la válvula de bola de aspiración abierta. Al mismo tiempo, la válvula de bola en la línea de suministro es empujada hacia el asiento de la válvula por la depresión resultante de la succión (válvulas automáticas). Paralelamente, el segundo pistón de suministro está realizando la carrera de presión y fuerza al medio a través de la válvula de bola de descarga y hacia la línea de suministro. La válvula de bola de succión es empujada hacia su asiento por la presión de la línea de suministro y, por lo tanto, cierra la conexión a la entrada de la bomba.
Características de funcionamiento
La bomba de válvula de bola de dos cilindros es adecuada para el rango de presión baja a media para bombear medios muy líquidos a pastosos, siempre que estos se puedan aspirar a través de las aberturas de las válvulas, por ejemplo, morteros, lodos minerales y de aguas residuales.
La bomba de válvula de bola es, a todos los efectos, insensible a los medios corrosivos y abrasivos, ya que las válvulas de bola no tienen que abrirse ni cerrarse desde el exterior.
Tipo: bomba de pistón monocilíndrico
Detalles de construcción
Con una bomba de pistón de un solo cilindro, el medio se "introduce" por un conducto de alimentación en el cilindro de entrega y por el cilindro en la línea de entrega en la carrera de avance. Dependiendo del nivel de presión de entrega en la tubería y de las propiedades de flujo del medio, la brida de entrega de la bomba estará equipada con una válvula de corredera plana o una válvula de retención laminar para evitar el reflujo del material en la carrera de retorno. El pistón de suministro que se seleccione realmente dependerá del material que se bombeará: los medios que fluyen libremente requieren elementos de sellado perturbadores, mientras que los materiales voluminosos que deben cortarse durante el bombeo significan que se requieren bordes cortantes endurecidos.
Características de funcionamiento
La bomba monocilíndrica es adecuada para materiales a granel con una composición gruesa incómoda, por ejemplo, astillas de madera, desechos orgánicos, desechos peligrosos o papel triturado. Si dicho material insaturado debe transportarse a grandes distancias, un posible enfoque es el sistema de alimentación híbrido. Aquí se inyecta aire comprimido en la línea de suministro. Presiona el tapón de material en la tubería. A medida que el aire comprimido se expande, el material que se transporta se afloja y se separa. A medida que aumenta la distancia desde el punto de inyección de aire, lo que inicialmente era una serie de tapones se convierte gradualmente en una corriente continua en el aire. La cantidad de aire requerida y el diámetro apropiado de la tubería dependen del tipo y la cantidad de materia que se transporta.
Tipo: Bomba de pistón monocilíndrico con válvula de compuerta giratoria de tres vías descentrada
Dicho tipo de válvula de compuerta tiene un miembro giratorio dentro de una cámara de válvula giratoria en la que el centro de la cámara de la válvula está compensado con la línea central del cilindro de bombeo y el cilindro de bombeo y la tubería de suministro están en el mismo eje. Además, el valor de la compensación decide el grosor de la parte de sellado del miembro giratorio, ya que se le proporciona una sección de corte equivalente al diámetro del cilindro de bombeo. Esta invención elimina el diseño de orificio pasante de la válvula giratoria y también introduce un borde cortante reemplazable para el miembro giratorio. Además, esta válvula asegura que desplaza el mínimo de hormigón durante su funcionamiento y asegura la eliminación de zonas muertas. Además, el diseño simétrico del miembro giratorio y la cámara de la válvula permiten al usuario final reparar la válvula utilizando medios convencionales de mecanizado, como una máquina de torno normal. Esto es imposible con una válvula de tubo en S o una válvula oscilante. Esta válvula ha sido inventada por Amit y Anand Gokhale. [1]
Partes de bombas de pistón para sólidos de alta densidad
Las partes principales son:
- tolva de alimentación
- cilindro de impulsión, cilindro de entrega y sistema hidráulico
- focas
- equipos eléctricos y de control
y - según el tipo:
- tubo de transferencia
- valvulas
así como componentes periféricos como:
- búnker (con / sin marcos deslizantes)
- transportadores de tornillo, equipos de preimpresión
- cañerías
- inyección de aire
- inyección de capa límite
- sistemas de amortiguación de presión (pulsaciones)
Selección de bomba de sólidos
El tipo especial de "sólidos de alta densidad" medios y la amplia gama de aplicaciones requieren diferentes principios de construcción y, por lo tanto, tipos de bombas. La siguiente tabla permite una preselección en función de las características del medio:
| Tipo | Medio (sólidos de alta densidad) | |||
|---|---|---|---|---|
| acuoso | rígido | voluminoso | con cuerpos extraños | |
| Bomba de tipo de transferencia | + | + + | - | + |
| Bomba de válvula de asiento | + + | + | - | - |
| Bomba de válvula de bola | + | o | - | - |
| Bomba monocilíndrica | - | + + | + + | + + |
| + + muy adecuado, + adecuado, o con reservas, - no adecuado | ||||
Aplicaciones
El bombeo de sólidos con alto contenido de sólidos ofrece un abanico de posibilidades en la ingeniería de procesos. Las bombas de pistón de dos cilindros accionadas por aceite hidráulico con tubo de transferencia en S ya se utilizan desde hace muchos años en la ingeniería civil para el transporte de hormigón. Esta tecnología se ha transferido a otras áreas de aplicación en varios sectores de la industria.
Plantas de tratamiento de aguas residuales
Los lodos de depuradora deshidratados mecánicamente se pueden bombear directamente a los hornos a través de una red de tuberías. Esto evita el contacto directo con los lodos y evita la contaminación y la emisión de olores.
Gestión de residuos (residuos peligrosos)
Las sustancias peligrosas y altamente inflamables se procesan física, química y biológicamente para reducir los materiales de desecho. Con la ventaja del transporte por tubería, las bombas de sólidos de alta densidad comúnmente transportan dicho material.
Minería
Los túneles reales (en otras palabras, no los recortes) se han incrementado de forma palpable en los últimos años. Es necesario transportar el agua de la mina , el suelo y los relaves a la entrada del túnel.
Condiciones de borde
Rutas de transporte
Se deben considerar varios aspectos en la planificación y el procesamiento de las instalaciones de transporte. Esto incluye los requisitos de espacio, la accesibilidad en caso de mantenimiento o limpieza, así como la ruta de transporte horizontal o vertical para la descarga de material.
Protección del medio ambiente (reducción de ruidos y olores)
Debido a la naturaleza del material y al método de transporte, se esperan molestias por olores. La elección del método de transporte adecuado puede reducir la contaminación ambiental.
Gasto de energía
Deben superarse tres fuerzas cuando se transporta con bombas de sólidos de alta densidad:
- La distancia de transporte (cf. Registro en poder de la bomba de hormigón )
- Fricción entre material y tubería, especialmente en curvas y juntas de reducción.
- Fuerza de fricción interior provocada por la deformación del material.
Ejemplo de cálculo:
- Suspensión de transporte
- Línea de suministro de 200 mm (8 in) de diámetro (DN200)
- Sólidos de alta densidad con contenido mineral o de carbono como mezcla de material de grano grueso y fino.
- Tamaño máximo de partícula 50 mm (1.969 in)
- Contenido de sólidos secos hasta 80 por ciento en peso
Consumo de energía = aprox. 50 Wh (180 kJ) por tonelada de material transportado y por kilómetro (280 Btu por tonelada larga o 250 Btu por tonelada corta por milla).
Ver también
Referencias
- Wolfgang Zey: Dickstoffpumpen: Aufbau und Anwendung . Verlag Moderne Industrie, Landsberg / Lech 1995 (Die Bibliothek der Technik; Bd. 113) ISBN 3-478-93127-4 .