Bomba de sólidos de alta densidad

Las bombas de sólidos de alta densidad son máquinas que funcionan hidrostáticamente y desplazan el medio que se bombea, creando así un flujo.

Los sólidos de alta densidad son mezclas de componentes líquidos y sólidos; algunos ejemplos incluyen granos agrícolas, carne de cerdo desmenuzada, 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.

Ejemplos típicos de sólidos de alta densidad son el hormigón , los lodos y las lechadas .

En las plantas industriales, muchas sustancias con un alto contenido de sólidos (como lodos de depuradora deshidratados mecánicamente, tortas de filtración, lodos de carbón bituminoso, lodos residuales y de proceso) deben transportarse distancias relativamente largas hasta vertederos o plantas de incineración.

En principio, estas largas distancias se pueden salvar con equipos de transporte mecánico o bombas de sólidos de alta densidad.

Los tipos de transportadores mecánicos incluyen cintas transportadoras , tornillos sin fin y rascadores . Son adecuados para casi todos los tipos de sólidos de alta densidad.

Las bombas para sólidos de alta densidad mueven lodos y pulpas dentro de una tubería cerrada. Sin embargo, no todos los lodos o pulpas se pueden bombear, dependiendo de:

• Relación: La mezcla de componentes sólidos y líquidos debe ser tal que dé como resultado una masa plásticamente deformable.
• Saturación: El volumen de los espacios porosos de los lodos debe llenarse con una cantidad suficiente de materia líquida para que las partículas puedan reposar unas sobre otras a través de un líquido plásticamente viscoso y para que los intersticios se llenen.
• Componente gaseoso: Mediante la inyección de gases, los lodos que naturalmente no tienen un componente gaseoso pueden alcanzar una consistencia bombeable.

Dependiendo de cómo se implemente el principio de desplazamiento, se puede distinguir entre bombas rotativas y bombas reciprocantes. Las bombas de circulación rotativas incluyen bombas de tornillo excéntrico, bombas centrífugas y bombas de tubo comprimido (peristálticas). Las bombas reciprocantes incluyen bombas de émbolo, de diafragma y de 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 bombas reciprocantes). Pueden realizarse como bombas de un solo cilindro o de dos cilindros. En el último caso, la potencia se transmite al material a través de pistones de suministro que funcionan en modo push-pull. Mientras que un pistón de suministro succiona material desde la tolva de alimentación hacia el cilindro, el segundo pistón empuja simultáneamente el material en el otro cilindro de suministro y hacia la línea de suministro.

Para fabricar una bomba a partir de un pistón alternativo, se requiere algún mecanismo que imponga un flujo unidireccional desde la entrada al cilindro y luego a la salida. Los fluidos más ligeros pueden utilizar válvulas de retención simples , pero las bombas para sólidos requieren mecanismos más elaborados.

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  Bomba de pistón con tubo de transferencia
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  Bomba de pistón con válvula de asiento
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  Bomba con válvula de bola
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  Bomba de pistón monocilíndrica

El elemento más característico de la bomba de tubo de transferencia es el "tubo de transferencia" en forma de S instalado dentro de la tolva de alimentación, que conecta el pistón de avance con la salida. En otras palabras, el cilindro de la bomba que actualmente está empujando el material está conectado a la línea de entrega por el tubo de transferencia, mientras que el cilindro de retracción (tracción) está abierto a la tolva de alimentación. Al final de cada carrera del pistón, el tubo de transferencia se balancea sobre el otro pistón con la ayuda de dos cilindros de conmutación. 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 excesivo. Esto se consigue con dos cilindros de émbolo de gran tamaño y una placa de gafas (denominada así por su forma) que incluye anillos de sellado.

El tubo en forma de S tiene una sección transversal circular con un diámetro que se estrecha en la dirección del flujo, lo que reduce el riesgo de obstrucciones. Las superficies de sellado de la placa de gafas y del anillo de sellado se encuentran en paralelo al movimiento de giro del tubo en forma de S, de modo que no se pueden dañar si se cortan o quedan atascados cuerpos extraños.

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 de tamaño de partícula fluctuante, pero también para transportar cenizas volantes , carbón o minerales en suspensión.

La gran sección transversal de los orificios de la placa de gafas permite bombear sólidos de alta densidad con un tamaño de grano medio de hasta 80 mm (3150 in) con un diámetro de cilindro de transporte de, por ejemplo, 200 mm (7,874 in). El diámetro máximo de los cuerpos extraños individuales puede ser de hasta el 60 % del diámetro de la tubería de transporte; en este ejemplo, sería de 120 mm (4,724 in).

En lugar de válvulas de retención accionadas por el fluido que se bombea, la carcasa de acero de una bomba con válvula de asiento contiene cuatro válvulas de asiento accionadas hidráulicamente, una válvula de succión y una válvula de descarga por pistón. Las válvulas de succión y descarga están sincronizadas con el sistema hidráulico de los pistones de descarga, lo que garantiza que el contenido del cilindro de descarga sea siempre igual al volumen que se bombea. Una vez que el pistón de "succión" alcanza su posición final, la válvula de succión o de descarga correspondiente se cierra o abre simultáneamente. Si hay sobrepresión en la línea de descarga, la válvula de succión se cerrará primero. Esto evita que el medio bombeado sea empujado fuera de la línea de presión hacia la tolva.

Las bombas con válvula de asiento son adecuadas para bombear de forma especialmente uniforme medios con un contenido de sólidos de hasta el 50 % y para bombear a alta presión medios industriales pastosos como lodos. Dado que en esta bomba de dos cilindros se utilizan válvulas, está limitado a tamaños de grano de8 mm como máximo.

El tipo de válvula que se seleccione dependerá de los sólidos de alta densidad que se vayan a transportar. Para materiales que contengan granos con un contenido de sólidos de hasta el 50 %, se requiere un asiento de válvula de metal con bordes afilados. Para lodos finos de baja viscosidad y más bien acuosos, la opción 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 precompactan hasta alcanzar la presión de la línea antes de que se abra la válvula de descarga. De este modo, se pueden evitar los golpes en las tuberías causados ​​por las pulsaciones de presión.

Este estilo utiliza válvulas de retención de bola para imponer la dirección del flujo.

Durante la carrera de aspiración del pistón de impulsión, el medio es aspirado a través de la válvula esférica de aspiración abierta. Al mismo tiempo, la válvula esférica de la tubería de impulsión es empujada hacia el asiento de la válvula por la depresión resultante de la aspiración (válvulas automáticas). Paralelamente, el segundo pistón de impulsión realiza la carrera de presión y empuja el medio a través de la válvula esférica de impulsión hacia la tubería de impulsión. La válvula esférica de aspiración es empujada hacia su asiento por la presión de la tubería de impulsión y, de este modo, cierra la conexión a la entrada de la bomba.

La bomba de válvula de bola de dos cilindros es adecuada para bombear medios muy líquidos a pastosos en el rango de presión baja a media, siempre que puedan aspirarse a través de las aberturas de la válvula, por ejemplo, morteros, lodos minerales y de depuradora.

La bomba con válvula de bola es prácticamente insensible a los medios corrosivos y abrasivos finos, ya que las válvulas de bola no tienen que abrirse ni cerrarse desde el exterior.

En una bomba de pistón monocilíndrica, el material se "rellena" desde un conducto de alimentación hasta el cilindro de suministro y, a través del cilindro, hasta la línea de suministro en la carrera de avance. En función del nivel de presión de suministro en la tubería y de las propiedades de flujo del material, la brida de suministro de la bomba estará equipada con una válvula de corredera plana o una válvula antirretorno de láminas para evitar el reflujo del material en la carrera de retorno. El pistón de suministro que se seleccione realmente dependerá del material que se vaya a bombear: los medios que fluyen libremente requieren elementos de sellado perturbanos, mientras que los materiales voluminosos que deben triturarse durante el bombeo significan que se requieren bordes de corte endurecidos.

La bomba monocilíndrica es adecuada para materiales a granel con una composición gruesa y poco uniforme, como por ejemplo virutas de madera, residuos orgánicos, residuos peligrosos o papel triturado. Si se deben transportar materiales a granel con una composición poco uniforme a lo largo de grandes distancias, una opción posible es el sistema de alimentación híbrido. En este caso, se inyecta aire comprimido en la línea de suministro, que 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 de aire continua. La cantidad de aire necesaria y el diámetro de tubería adecuado dependen del tipo y la cantidad de material que se transporta.

El tipo mencionado 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 desplazado con respecto a la línea central del cilindro de bombeo y el cilindro de bombeo y el tubo de suministro están en el mismo eje. Además, el valor del desplazamiento decide el espesor de la porción de sellado del miembro giratorio, ya que se 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 de corte reemplazable para el miembro giratorio. Además, esta válvula garantiza que desplaza el mínimo 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 un torno normal. Esto es imposible con la válvula de tubo en S o la válvula de roca. Esta válvula ha sido inventada por Amit y Anand Gokhale. ^[1]

Las partes principales son:

• tolva de alimentación
• Cilindro de accionamiento, cilindro de suministro y sistema hidráulico
• focas
• Equipos eléctricos y de control

y - dependiendo del tipo:

• tubo de transferencia
• válvulas

así como componentes periféricos como:

• búnker (con o sin marcos corredizos)
• Transportadores de tornillo, equipos de preimpresión
• Tubería
• inyección de aire
• inyección de capa límite
• sistemas de amortiguación de presión (pulsación)

El tipo especial de medio, "sólidos de alta densidad", y la amplia gama de aplicaciones requieren principios de construcción diferentes y, por lo tanto, tipos de bombas diferentes. La siguiente tabla permite una preselección en función de las características del medio:

El bombeo de sólidos con un alto contenido de sólidos ofrece un abanico de posibilidades en la ingeniería de procesos. Las bombas de pistón de dos cilindros accionadas hidráulicamente con tubo de transferencia en forma de S se utilizan desde hace muchos años en la ingeniería civil para el transporte de hormigón. Esta tecnología se ha trasladado a otras áreas de aplicación en diversos sectores de la industria.

Los lodos de depuradora deshidratados mecánicamente se pueden bombear directamente a los hornos a través de una red de tuberías. De esta manera se evita el contacto directo con los lodos y se evita la contaminación y la emisión de olores.

Las sustancias peligrosas y altamente inflamables se procesan física, química y biológicamente para reducir los materiales de desecho. Con la ventaja del transporte por tuberías, las bombas de sólidos de alta densidad suelen transportar este tipo de material.

La excavación de túneles reales (en otras palabras, no excavaciones y coberturas) ha aumentado de forma palpable en los últimos años. El transporte de agua de mina , tierra y relaves hasta la entrada del túnel es una necesidad.

En la planificación y ejecución de las instalaciones de transporte se deben tener en cuenta diversos aspectos, como los requisitos de espacio, la accesibilidad para fines de mantenimiento o limpieza, así como la ruta de transporte horizontal o vertical para la descarga del material.

Debido a la naturaleza del material y al método de transporte, es de esperar que se produzcan molestias por olores. La elección del método de transporte adecuado puede reducir la contaminación ambiental.

Al transportar con bombas de sólidos de alta densidad se deben superar tres fuerzas:

1. La distancia de transporte (cf. Registro mantenido por la bomba de hormigón )
2. Fricción entre el material y la tubería, especialmente en curvas y juntas de reducción.
3. Fuerza de fricción interna causada por la deformación del material.

Ejemplo de cálculo:

• Suspensión de la transferencia
• 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 pulgadas)
• 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).

• Bomba de hormigón
• Transporte de purines
• Transporte hidráulico de partículas sólidas

• Wolfgang Zey: Dickstoffpumpen: Aufbau und Anwendung . Verlag Moderne Industrie, Landsberg/Lech 1995 (Die Bibliothek der Technik; Bd. 113) ISBN 3-478-93127-4 .