Universidad Nacional De Moquegua Ingenieria De Minas

UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA INGENIERIA DE MINAS

INGENIERIA DE MINAS

INTEGRANTES

ANTHONY FLORES ESTRADA MILAGROS CORRALES HERRERA LUIS VELARDE MANRIQUE

INGENIERIA DE MINAS

INTRODUCCION

En la minería, el bombeo de aguas se hace con 3 propósitos fundamentales:

Para desaguar la mina. Para suministrar agua a la planta de beneficio y para uso domestico. Para recuperar las aguas, conservando el recurso y minimizando el impacto ambiental.

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ANTECEDENTES

Una tarea fundamental en la explotación de minas lo constituía la extracción de las aguas que se generaban en el interior, se tiene conocimientos de laboriosos métodos utilizados para la extracción, en la época romana este problema se solucionó mediante la construcción de galerías de drenaje.

Exigían un buen estudio topográfico y maquinaria como la noria, el tornillo de Arquímedes o la bomba de pistones

Figura 1: Ejemplo de Tornillo de Arquímedes.

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ANTECEDENTES

Se solucionaba el problema mediante la conducción de las aguas por las galerías mediante cunetas a unos depósitos de recepción en zonas determinadas Siempre en las zonas mas bajas de la mina; y el desagüe se realizaba mediante tornos de mano para subir las “zacas”, que eran bolsas de cuero capaces de transportar entre 100 y 120 kgrs. Se establecía así un sistema que dividía el recorrido ascendente del agua en tramos, de modo que cada 20 ó 30 metros había un equipo formado por dos o cuatro tiradores que movían el torno, un “charquero” que era el que llenaba la zaca en el fondo del pozo, y un “amainador” que la vaciaba.

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ANTECEDENTES

Figura 2: Desagüe de labores mineras con tornos de mano y zacas.

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ANTECEDENTES

Consistía en el achique de agua mediante el método de bombas aspirantes, que eran accionadas mediante una palanca o balancín que daba movimiento al émbolo, y su ejecución, igualmente penosa.

Estaba encomendada a operarios denominados bomberos. La mayor eficacia de este sistema se vio en parte menoscabada por su deficiente construcción en madera de roble, lo que propiciaba frecuentes averías.

Las bombas aspirantes estaban situadas de manera escalonada para formar un cuerpo de bombas capaz de subir el agua desde lo más hondo de la mina hasta la superficie. Hubo momentos en que coexistieron los dos métodos, y a la vez se produjeron numerosos ensayos, pero sin éxito.

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ANTECEDENTES

A comienzos de 1800 se sustituyó por completo el sistema de bombeo por bombas de aspiración, por la máquina de vapor bien llamada bomba de fuego, la cual en superficie generaba una energía potencial mediante la quema de madera en su caldera, y se establecía una conexión hasta el depósito mediante la prolongación de tubos, no se ajustaba el método a los esquemas de bomba de simple efecto inventada por Watt, pero servía para extraerle agua desde el interior, este método funcionó hasta finales del siglo XIX.

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ANTECEDENTES LA MÁQUINA DE VAPOR CONSISTÍA EN: Los vapores a alta presión y temperatura procedentes de un generador de vapor tal como una caldera, se introducen a una cámara donde hay una válvula de control. Esta válvula de control es accionada de manera sincronizada por un mecanismo acoplado al cigüeñal de la máquina. El movimiento de desplazamiento de la válvula de control, hace que la cámara de entrada, donde está el vapor de suministro, se comunique de forma alternada, a la parte superior o inferior del émbolo empujándolo en ambas direcciones para hacer rotar el cigüeñal. Al mismo tiempo esta válvula de control establece la comunicación del lado opuesto del émbolo, al conducto de salida para dejar escapar los vapores fríos y a baja presión inútiles ya, para entregar energía.

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ANTECEDENTES Esta máquina elemental es muy ineficiente porque los vapores que se vierten al exterior están aun calientes y a suficiente presión como para realizar mas trabajo útil. Para resolver este asunto se utilizan las máquinas de varias etapas, donde el vapor de desecho de una etapa se introduce en otra con un émbolo mas grande para aprovechar mas aun la energía que contiene, el esquema que sigue (figura 2) representa una máquina de vapor de émbolo de tres etapas.

 El vapor de una etapa se introduce en la que sigue para accionar un pistón cada vez mas grande, de esta forma la energía del vapor final de salida, se ha aprovechado al máximo.  Este incremento del tamaño del émbolo es necesario para que cada etapa de la máquina de vapor, pueda entregar aproximadamente la misma fuerza de accionamiento, teniendo en cuenta que cada vez el vapor tiene menos presión, y la fuerza de empuje es el producto de la presión, por el área del pistón. El funcionamiento de la válvula de control en la comunicación del vapor a las partes de trabajo de la máquina.

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BOMBEO Y DESAGUE EN MINAS SUBTERRANEAS

En algunas minas, debe depurarse el agua usada y ser reciclada para atender las necesidades operativas del resto de instalaciones y reducir los costes. En otras, por el contrario, se han de bombear millones de litros de agua cada día de cada año, es indudable que el tamaño e infraestructura de mina va a ser un factor muy a tener en cuenta, y desde luego los grandes avances que han ido apareciendo para esta actividad.

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DISEÑO DE LA RED DE BOMBEO

El diseño de una explotación en origen va ser muy definido, pero con el paso del tiempo y con la ampliación del campo de explotación, esta red tendrá que variar ya que comenzará a variar tanto la longitud de las galerías como la profundización.

Por lo tanto en cada planta habrá un depósito general, y de este en un momento dado será desde donde se bombeará al exterior, pero puede ser que con el paso del tiempo pueda dejarse de bombear al exterior y pueda servir de depósito secundario para bombear a otro principal y si este se sitúa a una cota inferior solo por una conducción por gravedad pase agua del uno a otro.

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TIPOS DE BOMBEO

LA RECOGIDA Y EXTRACCIÓN DE LAS AGUAS INSTALACIÓN DE DESAGÜE PROPIAMENTE DICHA.

CONSTITUYE

LA

 El agua se recoge en las galerías, en cunetas practicadas a piso en la base de uno de los hastíales que conforman la galería.  Lo normal es que vayan hormigonadas y con una pendiente mínima de 1 por 1000, y dirigida esa pendiente hacia unas galerías colectoras que normalmente están situadas unos 4 metros por debajo del piso de la llamada sala de bombas.  Se puede recoger el bombeo de otras zonas de la mina y se conduce esta agua a este nivel mas bajo de bombeo general.

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TIPOS DE BOMBEO

CONVENIENTE • Sistema de funcionamiento del desagüe, y este va a depender del caudal de aporte y si las bombas van a funcionar con o sin interrupción.

CONOCER

• Que las bombas trabajasen a un turno donde haya menor consumo de energía, por lo tanto el volumen de las galerías necesita una capacidad para recoger el caudal de agua de las restantes horas de desagüe parado.

• Dos galerías, una en funcionamiento y otra en limpieza y reserva, sabiendo que una de las funciones que cumplen estas galerías es la servir de decantación para el agua que llega; estas se disponen simétricas con relación a la sala de bombas y se comunican con ellas por pocillos verticales por los que baja la tubería de aspiración, que termina en la alcachofa rodeada de una envoltura de tela metálica para evitar la entrada de elementos que puedan fastidiar la bomba.

REGIMEN NORMAL

INGENIERIA DE MINAS Son galerías ensanchadas y revestidas de hormigón, deben tener un puente grúa para mover las piezas pesadas con la mayor facilidad posible, y sobre todo deben estar bien ventiladas, ya que los motores que alimentan dichas bombas desprenden mucho calor; lo normal es que se construyan en zonas muy cercanas a los pozos o planos de bajada a la mina, para utilizar la ventilación limpia que entra del exterior y también para la colocación de la tubería de salida al exterior.

LAS SALAS DE BOMBAS

TIPOS DE BOMBEO Prácticamente todas son centrifugas y alimentadas con motores eléctricos, son bombas de varios rodetes o pisos de presión, cada rodete equivale a 70 ó 150 metros de altura de agua, por lo tanto para el cálculo de la bomba a colocar en el desagüe principal de la mina habrá que conocer el caudal de aporte, la altura a la que haya que subir el agua al exterior y las pérdidas de carga (Figura 5).

BOMBAS PRINCIPALES DE DESAGÜE

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TIPOS DE BOMBEO

Figura 5: Vista del diseño de sala con tres bombas principales de bombeo.

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TIPOS DE BOMBEO

 Se utiliza para enviar el agua a las galerías colectoras principalmente, aunque en algunos casos según al nivel que se realiza lo hacen directamente al exterior, este es muy variable tanto en caudal como la ubicación.  Las dimensiones de estos depósitos van a ser muy variables y no con tanto detalle en su construcción como los anteriormente descritos.  El tipo de bombas utilizadas serán muy amplio dentro de las que existen en el mercado dependiendo de la cantidad de agua a desagüar, su calidad, etc; si es conveniente que sean sumergibles, si tienen que estar alimentadas eléctricamente o por aire comprimido.  Estos equipos pueden ser atendidos por alguna persona o incluso se pueden accionar de forma automática mediante la colocación de un sistema de control de nivel.

TIPOS DE BOMBEO

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Se emplean bombas sumergibles para el bombeo entre uno a varios niveles, a la estación de bombeo principal mas cercana, puede darse el caso que según a la profundidad que esté situada se bombee directamente al exterior.

DRENAJE DE POZOS Y LUGARES DE TRABAJO

Normalmente son sumergibles, y que se utilizan para mantener el agua fuera de los frentes de trabajo y para el transporte a estaciones de bombeo secundarias o principales, siempre en el mismo nivel; estás no requieren mas que un pequeño sumidero para la captación del agua y pueden ser alimentadas tanto con corriente eléctrica como aire comprimido.

BOMBEO ENTRE NIVELES

CON BOMBAS PEQUEÑAS

BOMBEO POR ETAPAS

Posibilidades y Soluciones que se pueden dar:

Por cuestiones de trabajo y mantenimiento, no se construyen estaciones de bombeo complicadas tanto en los fondos de pozos y planos, como en otro tipo de labores, se constituyen unas estaciones de bombeo que pueden funcionar sin recibir atención durante periodos de tiempos mas largos que en el caso de instalaciones fácilmente accesibles. La capacidad de bombeo requerida varía según las circunstancias, debido a que el lodo se acumula en el fondo sin drenaje natural, es por lo que se utilizan bombas especialmente construidas para trabajar con este material (

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TIPOS DE BOMBEO

Dentro de la infraestructura de la mina, y que según vaya evolucionando el campo de explotación, es importante integrar un depósito de almacenamiento de aguas para uso en las mismas labores de interior, bien sean para riegos en los frentes o para alimentar máquinas que precisan dicho elemento para su funcionamiento o refrigeración, este depósito se ubicará en una zona intermedia a donde se bombeará el agua y luego mediante una conducción de tuberías bajará por gravedad a las zonas de uso.

CLASIFICACION DE BOMBAS

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Conceptos actuales y basados en normas técnicas, dividen a las bombas en 2 clases principales:

VOLUMÉTRICAS

EMBOLO

PISTONES ROTATIVAS DE PLACAS

DINÁMICAS

CENTRÍFUGAS AUTOCEBANTES AXIALES

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BOMBAS VOLUMETRICAS

ÉMBOLO Son aquellas que tienen un pistón dentro de un cilindro que corre a lo largo de su eje, expulsa el agua por delante y aspira la carga por detrás, al mismo tiempo que la carrera. Al efecto de expulsión de agua y al mismo tiempo de aspiración de carga, se llama Bomba de Doble Acción o Efecto. Si la bomba tiene dos o tres cilindros en paralelo montados unos al lado de otros, se le llama DUPLEX, TRIPLEX, etc.

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BOMBAS VOLUMETRICAS BOMBAS DE PISTONES Las bombas de pistones toman el nombre de acuerdo al número de pistones con las que están equipadas. Una bomba simple contiene un pistón, una dúplex 2 pistones, una bomba triplex 3 pistones y una bomba multiplex contiene más de 3 pistones. Las bombas de pistones pueden ser horizontales o verticales. La mayoría de las bombas de pistones está diseñada para que el embolo, cilíndrico y empaquetaduras estén en contacto con el liquido a ser bombeado. Si el liquido contiene sustancias abrasivas, un dispositivo especial evita que los sólidos destruyan el embolo y las empaquetaduras.

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ANTECEDENTES

ROTATIVAS DE ENGRANAJES Las dos RUEDAS DENTADAS que engranan, cuentan con pequeñas holguras en el CUERPO. Una de las ruedas (la conductora) va dotada de un eje que sale del cuerpo; la otra rueda (la conducida) es libre. Al girar las ruedas en la dirección indicada, el líquido de la CAVIDAD DE ASPIRACION llega a las cavidades entre los dientes y se desplaza a la CAVIDAD DE IMPULSION.

BOMBAS DINAMICAS

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De acuerdo a sus características, se agrupan en varios tipos.

AL NÚMERO DE ETAPAS 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.

AL ARMAZÓN Una bomba espiral es aquella que se encuentra encasillada en un espiral o voluta. Una bomba circular esta encasillada en una sección concéntrica. Una bomba difusora contiene una difusora que convierte la velocidad en presión de cabeza.

A LA SUCCIÓN. Una bomba de succión simple tiene la primera etapa equipada con un impulsor de succión y el liquido entra por un solo lado. Una bomba de succión doble tiene la primera etapa con un impulsor de doble succión y el líquido entra en el impulsor por ambos lados.

A LA POSICIÓN DEL EJE Una bomba horizontal, normalmente, tiene el eje en posición horizontal, mientras que una bomba vertical tiene el eje en posición vertical.

AL USO Una bomba de lodos acciona sobre líquidos que tienen sólidos en suspensión y que pueden causar erosión. Una bomba sumergible está equipada con una bomba y motor que funcionan sumergidos en el liquido a ser bombeado.

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BOMBAS DINAMICAS

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BOMBAS DINAMICAS AUTOCEBANTES

Las bombas centrífugas más comunes instaladas en las plantas de bombeo de agua potable y de aguas negras, se colocan debajo del nivel del agua. Sin embargo, en las obras de construcción las bombas con frecuencia tienen que colocarse arriba del nivel del agua que se va a bombear. En consecuencia, las bombas centrífugas Autocebantes son más adecuadas. Cuentan con una válvula check en el lado de succión de la bomba que permite que la cámara se llene de agua antes de iniciar la operación de bombeo. Cuando se pone a trabajar la bomba, el agua de la cámara produce un sello que le permite a la bomba absorber aire del tubo de succión.

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BOMBAS DINAMICAS AXIALES Las bombas axiales de gran caudal se fabrican con disposición vertical del árbol. Pueden ser de una o más etapas. El CUERPO con el DISPOSITIVO GUIA va adosado sobre el BASTIDOR y la BANCADA. En el torneado cónico del extremo inferior del árbol se encaja el CUBO de la rueda de trabajo, que se fija con la ayuda de una chaveta y tuerca y gira a través de un COJINETE INFERIOR.

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SELECCIÓN DE LA BOMBA

LA SELECCIÓN DE UNA BOMBA REQUIERE INFORMACIÓN BÁSICA, TALES COMO LA CANTIDAD DE AGUA Y LA CABEZA TOTAL DINÁMICA. CANTIDAD DE AGUA Esta debe tener cierta certeza de estimación y se debe considerar un margen para eventualidades. En algunas minas, la cantidad varia con las estaciones. También conforme progresan las aberturas, la cantidad de agua incrementa. En muchos casos, la instalación de 2 ó 3 bombas de capacidad total dan una adecuada seguridad de bombeo. Sin embargo, es aconsejable seleccionar las bombas de tal manera que trabajen solamente una parte del tiempo.

CABEZA TOTAL DINÁMICA Cabeza total dinámica es la suma de la cabeza estática, mas la perdida por fricción de la tubería, accesorios, velocidad, menos la cabeza de succión. Sin embargo, la cabeza dinámica total puede incrementarse con el transcurrir del tiempo, por lo que es aconsejable seleccionar un armazón de bomba que pueda alojar impulsores de mayor diámetro que puedan satisfacer necesidades futuras.

TABLA - 1

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Tabla 1. Factor De Fricción F Para Tubos De Fierro Limpios Diámetro pies

Velocidad, pies/segundo 1

2

3

4

6

10

15

0,05

0,047

0,041

0,037

0,034

0,031

0,029

0,028

0,10

0,038

0,032

0,030

0,028

0,026

0,024

0,023

0,25

0,032

0,028

0,026

0,025

0,024

0,022

0,021

0,50

0,028

0,026

0,025

0,023

0,022

0,020

0,019

0,75

0,026

0,025

0,024

0,022

0,021

0,019

0,018

1,00

0,025

0,024

0,023

0,022

0,020

0,018

0,017

1,25

0,024

0,023

0,022

0,021

0,019

0,017

0,016

1,50

0,023

0,022

0,021

0,020

0,018

0,016

0,015

1,75

0,022

0,021

0,020

0,019

0,017

0,015

0,014

2,00

0,021

0,020

0,019

0,018

0,016

0,014

0,013

2,50

0,020

0,019

0,018

0,017

0,015

0,013

0,012

3,00

0,019

0,018

0,017

0,016

0,014

0,013

0,012

3,50

0,018

0,017

0,016

0,015

0,013

0,012

4,00

0,017

0,016

0,015

0,014

0,012

0,011

5,00

0,016

0,015

0,014

0,013

0,012

6,00

0,015

0,014

0,013

0,012

0,011

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TABLA - 2

Tabla 2. Perdidos Por Fricción En Accesorios, Pies En Tubos Rectos

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MOTOR

El HP del motor puede ser calculado por la siguiente fórmula:

Donde:

Pm = HP al freno del motor F = Flujo del agua, galones por minuto H = cabeza dinámica total, pies G = gravedad especifica del líquido a bombearse, en caso del agua 60ºF la gravedad Especifica 1.0 E = eficiencia de la bomba

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MOTOR

Además, la fuerza necesaria para bombear una columna de agua en un tiempo dado puede ser calculada con la siguiente fórmula: Donde:

Pt = fuerza necesaria para bombear 1000 galones de agua por hora, kw-hora G = gravedad especifica del agua H = cabeza dinámica total , pies Ep = eficiencia de la bomba Em = eficiencia del motor

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POZA DE SUCCION

La poza de succión tiene las funciones de almacenar el agua de mina en los casos de corte de energía o falla de la bomba y proveer el tiempo necesario para que las partículas en suspensión precipiten. La capacidad de la poza se determina de acuerdo a las condiciones locales, algunas minas diseñan para almacenar cuatro horas, otras para dos. En otro caso, la poza debe ser diseñada para manejar cualquier entrada inusitada de agua.

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MATERIAL DE LAS BOMBAS

Las partes de la bomba que están en contacto con el agua a bombear, deben ser resistentes a la corrosión y abrasión. En lo referente a la corrosión, las partes pueden ser construidas de acero, bronce y aleaciones de cromoníquel o una combinación de ellos. Cuando el agua de la mina presenta serios problemas para el bombeo, la solución más práctica es tratar el agua en la poza antes de ser bombeada.

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CALCULO DE BOMBAS

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CALCULOS DE POTENCIA REQUERIDOS

Se calcula aplicando la siguiente fórmula: E=w*Q*h

DÓNDE: E = Energía; pie-lb/min w = Peso del agua; lb/gln h = Carga total de bombeo desde el espejo de agua hasta la descarga o Pérdida Total, incluyendo la pérdida por fricción en el tubo; pie HP = E/33,000 * e DÓNDE: HP = Potencia requerida para operar la bomba e = Eficiencia de la bomba, expresada en forma decimal 33,000 = Constante para transformar pie-lb/min a HP

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CALCULO PARA EL DISEÑO DE BOMBAS

ALTURAS DE CARGA ESTATICA

Carga estática total (cet).Llamado también Presión estática, está dada por la diferencia de elevación entre el espejo de agua y la descarga. Carga estática de succión (ces).Llamada también Carga Estática de Aspiración, es la diferencia de nivel entre el eje de la bomba y el espejo de agua. Puede ser: -Positiva, cuando el espejo de agua está sobre la bomba. -Negativa, cuando el espejo de agua está debajo de la bomba.

Carga estática de descarga (ced).Llamada también Carga Estática de Impulsión, es la diferencia de nivel entre el eje de la bomba y el punto de descarga.

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PERDIDA TOTAL (Pt)

CARGA DINÁMICA, CONSTITUIDO POR LA SUMATORIA DE:

Pt=Cet + Pv + Pf; pies

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PERDIDA POR VELOCIDAD (Pv)

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PERDIDA POR FRICCION (Pf)

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POTENCIA DEL MOTOR

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EJERCICIOS APLICATIVOS

Calcular la capacidad y la potencia de una bomba para desaguar un pique con las siguientes características:

100 m de profundidad 12 hora/día de trabajo de la bomba 100 GPM de caudal permanente, trabajando 24 horas/día 60 % eficiencia del motor 371 pies de Carga Estática Total 3 pulg Diámetro de tubería 100 Constante de fricción para tubería 8 pie/seg velocidad del flujo 1 densidad del líquido (sin unidad) 8.33 lb/gln peso específico del fluido

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SOLUCION

Capacidad para 12 horas =(100 GPM * 60 min * 24 hora)/(12 hora * 60 min = 200 GPM

Pf = ((147.85 * 200)/(100 * 17.98)) 1.852 = 178.68 pies Pv = (1 * 64)/(2 * 32.2) = 0.99 pies PT = 371 + 178.68 + 0.99 = 550.67 pies HP = (550.67 * 200 * 8.33)/(33,000 * 0.6) = 46.33

*La Capacidad real de la bomba será de 200 GPM. La potencia de 46.33 HP

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EJERCICIO

Hallar los caudales de transporte de agua para tubos de 1, 3 y 6 pulgadas de diámetro si las velocidades son 60, 30 y 15 pie/seg respectivamente. De igual modo, hallar las potencias requeridas para sus bombas, para un pique inclinado, de acuerdo al diseño. Considerar la eficiencia 80 % en los tres casos.

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SOLUCION

PARA TUBERÍA DE 1" DE DIÁMETRO.Q = (π * 0.52 pulg²/143.04 pulg²/pie²) * 60 pie/seg * 60 seg/min Q = 19.77 pie³/min Q = 19.77 pie³/min * 7.48 gln/pie³ Q = 147.86 GPM ces = 9 pies ced = 300 pie * sen 60° = 260 pies cet = 9 pies + 260 pies = 269 pies

Pv = w * V²/2g = 1 * 602/2 * 32.2 = 55.90 pies Pf = ((147.85 * Q)/(C * D2.63))1.852 Pf = ((147.85 * 147.86)/(100 * 12.63))1.852 = 21,531.42 pies PT = 269 + 55.90 + 21,531.42 = 21,856.32 pies HP = PT * Q * W/33,000 * e HP = (21,856.32 * 147.86 * 8.33)/ (33,000 * 0.80) = 1,020 HP

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SOLUCION

PARA TUBERÍA DE 3" DE DIÁMETRO.Q = π * 1.52 * 30 * 60/143.04 = 88.95 pie³/min Q = 88.95 * 7.48 = 665.35 GPM cet = 269 pies Pv = 1 * 302/2 * 32.2 = 13.98 pies Pf = ((147.85 * 665.35)/(100 * 32.63))1.852= 1,655.22 pies PT = 269 + 13.98 + 1,655.22 = 1,938.20 pies HP = 1,938.20 * 665.35 * 8.33/33,000 * 0.80 = 407 HP PARA TUBERÍA DE 6" DE DIÁMETRO Q = (π * 32 * 15 * 60 * 7.48)/143.04 = 1,330.70 GPM CET = 269 pies PV = 1 * 152/2 * 32.2 = 3.50 pies Pf = ((147.85 * 1,330.70)/(100 * 62.63))1.852= 204.23 pies PT = 269 + 3.50 + 204.23 = 476.73 pies HP = (476.73 * 1,330.70 * 8.33)/(33,000 * 0.80) = 200 HP

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CONCLUSIONES

Por los estudios realizados concluimos que el estudio de bombas es muy amplio y muy complejo, a la vez es muy interesante pues del estudio de estos podemos obtener una mayor eficiencia en nuestras operaciones, y a su vez podemos economizar costos.

El bombeo de aguas es ampliamente utilizado en minería por lo que el conocimiento de esta área es imprescindible.

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BOMBAS DE AGUA

GRACIAS !!!