La longitud de la tubería por sí sola no determina el tamaño de la bomba de lodos. Los ingenieros deben evaluar conjuntamente las pérdidas por fricción, la elevación, las propiedades del lodo, el diámetro de la tubería y la velocidad de operación para establecer la carga real del sistema.

El diseño de la tubería influye directamente en la selección de la bomba de lodos. A medida que la tubería se alarga, la bomba debe vencer una mayor resistencia para mantener el caudal requerido. Sin embargo, elegir una bomba únicamente porque posee una altura manométrica nominal más alta puede ocasionar problemas de eficiencia, desgaste y fiabilidad si la resistencia del sistema no ha sido calculada correctamente.

Para sistemas de transporte de minerales, procesamiento de minerales, relaves, dragado y lodos industriales, la bomba debe seleccionarse considerando la curva completa del sistema y no únicamente la longitud de la tubería. Esto requiere evaluar la altura estática, la pérdida de carga por fricción en las tuberías, los accesorios, la concentración de la pulpa, las características de las partículas y la velocidad mínima necesaria para mantener en movimiento los sólidos.

Esta guía explica cómo interactúan estos factores y qué información debe tenerse en cuenta antes de seleccionar una bomba para un oleoducto o gasoducto de lodos de larga distancia.

Por qué los oleoductos más largos requieren una mayor altura de bombeo

Cuando la suspensión fluye por una tubería, se pierde energía debido a la fricción entre el material en movimiento y la pared interna de la tubería. Se producen pérdidas adicionales por turbulencia, codos, válvulas, expansiones, contracciones y otros componentes.

Una tubería más larga ofrece una mayor superficie interna contra la cual debe fluir la lechada. Si el diámetro de la tubería, las propiedades de la lechada y la velocidad se mantienen constantes, la pérdida por fricción suele aumentar con la longitud de la tubería.

La bomba debe proporcionar suficiente altura manométrica para vencer:

• Elevación estática entre los puntos de succión y descarga
• Pérdida por fricción a lo largo de tramos rectos de tubería
• Pérdidas por curvas, válvulas y accesorios
• Presión de descarga requerida
• Resistencia adicional generada por la lechada
• Una asignación operativa razonable para los cambios esperados del sistema

Estos componentes, en conjunto, determinan la altura dinámica total del sistema.

Una tubería horizontal de gran longitud puede presentar una elevación estática reducida, pero aun así requerir una altura de bombeo considerable debido a la fricción. Por el contrario, una tubería relativamente corta que eleva una suspensión hasta una cota mucho más alta puede necesitar una altura de bombeo significativa, incluso cuando sus pérdidas por fricción son moderadas.

Por esta razón, la longitud de la tubería nunca debe utilizarse como el único criterio para seleccionar una bomba.

Comprensión de la carga dinámica total

La altura dinámica total, comúnmente abreviada como TDH, representa la energía total por unidad de peso que la bomba debe aportar a la suspensión a la tasa de flujo requerida.

Una expresión simplificada es:

TDH = Carga estática + Pérdida por fricción en la tubería + Pérdidas en los accesorios + Presión de descarga requerida

La altura estática se determina principalmente por la diferencia de elevación y de presión entre los puntos de succión y de descarga. No aumenta simplemente porque la tubería se alargue.

La pérdida por fricción se comporta de manera diferente. Varía en función de la longitud de la tubería, del diámetro interno, de la rugosidad interna, de la velocidad de flujo y de las características de la suspensión. Además, la pérdida por fricción suele aumentar rápidamente a medida que se incrementa la velocidad de flujo.

El punto de funcionamiento seleccionado de la bomba se establece en el punto donde la curva de rendimiento de la bomba intersecta la curva del sistema. Si la resistencia calculada del sistema es demasiado baja, la bomba podría operar a un caudal superior al previsto. Si, por el contrario, es demasiado alta, la bomba instalada podría no lograr proporcionar el caudal de producción requerido.

Por lo tanto, una precisa Cálculo de la altura de la bomba de lodos es esencial antes de que se finalicen el modelo de la bomba, la velocidad y la potencia del motor.

Cómo varía la pérdida por fricción con la longitud de la tubería

Para un diámetro de tubería y una condición de flujo dados, la pérdida por fricción es aproximadamente proporcional a la longitud de la tubería recta.

Por ejemplo, si un tramo de tubería de 500 metros produce una pérdida de fricción calculada de 20 metros en unas condiciones de operación específicas, aumentar la longitud de la misma tubería a 1.000 metros incrementaría teóricamente la pérdida en tubería recta hasta aproximadamente 40 metros, suponiendo que el diámetro, el caudal, la suspensión y las condiciones internas permanezcan invariables.

Esta relación simplificada resulta útil para comprender el efecto de la distancia, pero los sistemas reales de lodos requieren una evaluación más detallada. El aumento de la longitud de la tubería también puede exigir:

• Curvas y accesorios adicionales
• Más válvulas de aislamiento o de control
• Cambios en la altitud a lo largo del recorrido
• Diferentes materiales de tubería o rugosidad interna
• Múltiples tramos de tubería con diámetros diferentes
• Presión de operación adicional en el punto de descarga

Cada sección debe evaluarse por separado antes de combinar todas las pérdidas de carga.

El cálculo final también debe reflejar la lechada real, en lugar de considerarla automáticamente como agua limpia.

Por qué la fricción de las suspensiones es más compleja que la fricción del agua

Los cálculos de fricción en base acuosa constituyen un punto de partida importante, pero el comportamiento de la lechada puede diferir sustancialmente del agua limpia.

La resistencia adicional depende de factores como:

• Concentración de sólidos en peso o en volumen
• Gravedad específica de los sólidos
• Distribución del tamaño de partículas
• Forma de la partícula
• Densidad y viscosidad del líquido portador
• Ya sea que los sólidos sean sedimentables o no sedimentables
• Reología de lodos
• Velocidad de operación

Los sólidos finos, uniformemente distribuidos, pueden comportarse de manera diferente a las partículas gruesas, que tienden a sedimentar. Las suspensiones finas altamente concentradas pueden presentar un comportamiento no newtoniano, lo que significa que su resistencia no puede representarse con precisión mediante una simple corrección basada en agua limpia.

Las partículas minerales gruesas también pueden concentrarse cerca del fondo de una tubería horizontal cuando la velocidad del flujo resulta insuficiente. Esto provoca una distribución desigual de los sólidos, aumenta la probabilidad de sedimentación y, a la larga, puede restringir o obstruir la tubería.

Debido a estas diferencias, la pérdida de fricción adecuada en la tubería de la bomba de lodos debe determinarse mediante una correlación específica para lodos, un software de ingeniería validado, datos de ensayo o un análisis hidráulico basado en la experiencia. Un resultado de fricción obtenido con agua limpia no debe considerarse automáticamente como la pérdida final del sistema.

El diámetro de la tubería tiene un efecto importante sobre la resistencia.

El diámetro de la tubería influye en gran medida tanto en la velocidad como en la fricción.

A igual caudal, una tubería de menor diámetro genera una mayor velocidad. Una velocidad más elevada puede ayudar a mantener en suspensión los sólidos, pero también aumenta las pérdidas por fricción y puede acelerar el desgaste abrasivo en la tubería, en los codos y en los componentes de la bomba.

Una tubería de mayor diámetro reduce la velocidad y, por lo general, disminuye las pérdidas por fricción. Sin embargo, si el diámetro se aumenta en exceso, la velocidad de la suspensión podría quedar por debajo del nivel necesario para transportar los sólidos de manera confiable.

Por lo tanto, el diámetro adecuado debe satisfacer dos requisitos:

1. Mantenga la lechada en movimiento a una velocidad suficiente para limitar la sedimentación y la deposición.
2. Evite velocidades excesivas que generen fricción, desgaste y consumo de energía innecesarios.

Este equilibrio es especialmente importante en un oleoducto de lodos de larga distancia, porque incluso una reducción modesta en la pérdida por fricción por metro puede generar una diferencia significativa a lo largo de todo el trazado.

Seleccionar una bomba de mayor capacidad sin revisar el diámetro de la tubería puede implicar un consumo energético superior, al tiempo que deja sin resolver el problema subyacente en el diseño del sistema.

Los accesorios y los cambios de dirección también aumentan la pérdida de carga.

La longitud del tramo recto de la tubería es solo una parte del cálculo de la resistencia. Cada componente que perturbe el flujo genera una pérdida adicional.

Ejemplos típicos incluyen:

• Codos y curvas
• Tees y ramas
• Válvulas de aislamiento y control
• Válvulas de retención
• Reductores y expansores
• Caudalímetros
• Secciones de manguera
• Conexiones de entrada y salida

Los codos de gran radio de curvatura pueden ser especialmente importantes en aplicaciones con lodos abrasivos. Generan turbulencia local y cambios en la dirección de las partículas, lo que puede aumentar tanto la resistencia hidráulica como el desgaste localizado.

Las pérdidas menores pueden parecer insignificantes en comparación con la longitud de una tubería principal, pero no deben pasarse por alto. En un sistema compacto que incluye numerosas válvulas y curvas, las pérdidas por accesorios pueden representar una fracción considerable de la pérdida total de carga.

El cálculo debe basarse en la ruta real del oleoducto y no en la distancia en línea recta entre dos puntos.

La velocidad de operación debe verificarse antes de seleccionar la bomba.

El caudal objetivo determina la velocidad en un diámetro de tubería seleccionado. Dicha velocidad debe evaluarse en función del comportamiento de transporte de los sólidos.

Si la velocidad es demasiado baja, las partículas pueden depositarse y formar un lecho estacionario o móvil a lo largo del fondo de la tubería. El resultado puede incluir:

• Flujo inestable
• Aumento de la pérdida de presión
• Capacidad reducida del oleoducto
• Difícil reinicio tras el apagado
• Obstrucción parcial o completa

Si la velocidad es innecesariamente alta, el sistema podría experimentar:

• Desgaste rápido de tuberías y curvas
• Mayor desgaste de la bomba
• Cabeza de fricción aumentada
• Mayor demanda de potencia motriz
• Mayor costo de la energía

Por lo tanto, el caudal de diseño debe satisfacer la tasa de producción requerida, al tiempo que mantiene una velocidad de transporte razonable. A continuación, la bomba debe seleccionarse en función de la altura manométrica necesaria para ese caudal, y no según un caudal máximo o una altura manométrica máxima arbitrarios.

Cómo afecta la curva del sistema al punto de funcionamiento de la bomba

Una curva de sistema muestra cómo varía la carga requerida a medida que cambia el caudal.

La carga estática permanece relativamente constante, mientras que la carga por fricción aumenta a medida que aumenta el caudal. En consecuencia, un sistema que incluye una tubería larga suele presentar una curva del sistema más pronunciada que uno con poca resistencia por fricción.

La curva de la bomba muestra la altura manométrica que una bomba centrífuga puede generar a diferentes caudales. La intersección entre la curva de la bomba y la curva del sistema determina el punto de funcionamiento previsto.

Esta comparación ayuda a los ingenieros a determinar si la bomba:

• Entregar el caudal de lechada requerido
• Operar dentro de una región de eficiencia aceptable
• Manténgase dentro de los límites de potencia del motor
• Evite la velocidad excesiva
• Proporcionar una vida útil adecuada al desgaste
• Mantener una flexibilidad operativa suficiente

No debe seleccionarse una bomba únicamente porque su altura manométrica máxima supere la HMT calculada. También es necesario analizar la curva completa de la bomba, su eficiencia, la potencia requerida, la velocidad y el rango de operación admisible.

Para una explicación más clara de la terminología relativa a las funciones de la bomba, consulte Bomba de lodos de alta carga vs. de alto caudal .

Cuando puede ser necesaria una bomba de lodos de alta carga

Un diseño de alta carga puede ser adecuado cuando el sistema reúne una o más de las siguientes condiciones:

• Largas tuberías de descarga con pérdidas significativas por fricción
• Grandes diferencias de altitud
• Alta presión requerida en el punto de descarga
• Lodo denso o difícil con resistencia elevada
• Espacio limitado para varias estaciones de bombeo
• Un punto de servicio que no puede ser atendido de manera eficiente por una bomba de lodos estándar

El Bomba de lodos de alta carga – SHH Está diseñado para sistemas de transporte de lodos exigentes que requieren una mayor altura de descarga y un rendimiento de presión estable.

Sin embargo, la existencia de una tubería larga no implica automáticamente que sea necesaria una bomba SHH. La decisión debe basarse en el punto de servicio calculado y en la curva de la bomba.

Una bomba de baja altura manométrica aún puede ser adecuada si el diámetro de la tubería es grande, la resistencia del lodo es moderada y la diferencia de elevación es pequeña. En otros sistemas, puede ser necesario utilizar una bomba de alta altura manométrica o varias bombas funcionando en serie.

¿Una sola bomba o bombas en serie?

Si la altura total requerida supera el rango práctico de una sola bomba, se pueden disponer varias bombas en serie. En una configuración en serie, cada bomba maneja aproximadamente el mismo caudal, mientras que las alturas desarrolladas se suman.

La operación en serie puede resultar útil para tuberías muy largas o con cambios de elevación significativos, pero impone requisitos adicionales de diseño. Los ingenieros deben evaluar:

• Límites de presión de las carcasas de las bombas y de los componentes de la tubería
• Ubicaciones de estaciones de bombeo intermedias
• Secuencia de arranque y apagado
• Pulsaciones de presión y condiciones transitorias
• Carga del motor en cada etapa
• Estrategia de control
• Acceso de mantenimiento
• Cambios en las propiedades del lodo a lo largo del tramo

Una sola bomba de elevación elevada puede simplificar el sistema cuando un único modelo adecuado puede cubrir la demanda de manera eficiente. La operación en serie puede proporcionar una mayor altura manométrica o flexibilidad operativa, pero no debe seleccionarse sin verificar las presiones de servicio admisibles y la curva combinada completa de la bomba.

No añada un margen de seguridad arbitrario

Algunos proyectos responden a la incertidumbre aumentando en un porcentaje elevado la altura total calculada y, a continuación, seleccionando una bomba considerablemente sobredimensionada. Esto puede dar lugar a una bomba que opere demasiado alejada de su zona de funcionamiento nominal.

Las posibles consecuencias incluyen:

• Flujo excesivo
• Desgaste superior
• Vibración aumentada
• Problemas de los sellos del eje
• Mayor consumo de energía
• Pérdidas por estrangulamiento
• Vida útil reducida de los componentes

Una reserva de diseño puede ser adecuada para cubrir incertidumbres razonables, el desgaste futuro, el envejecimiento de la tubería o las ampliaciones previstas. Sin embargo, debe basarse en los riesgos identificados y no en un margen excesivo arbitrario.

Si la ruta del oleoducto, la concentración de la suspensión o la tasa de producción pueden variar, el proveedor debe evaluar varios casos de operación en lugar de basarse en un único punto de diseño exagerado.

Información necesaria para una selección confiable de bombas

Antes de solicitar una recomendación de bomba para un sistema de tuberías, proporcione:

Condiciones de flujo requeridas

• Caudal normal, mínimo y máximo
• Capacidad de producción requerida
• Horas de operación por día
• Servicio continuo o intermitente

Propiedades de la lechada

• Concentración de sólidos en peso o en volumen
• Gravedad específica de los sólidos
• Distribución del tamaño de partículas y tamaño máximo de partículas
• Densidad de la lechada
• Viscosidad y temperatura del líquido
• pH o características corrosivas
• Tendencia de los sólidos a sedimentarse

Información del oleoducto

• Longitud total del gasoducto
• Diámetro interno de la tubería
• Material y estado de la tubería
• Perfil de elevación vertical
• Número y tipo de curvas
• Válvulas, reductores y accesorios
• Disposición de la tubería de succión
• Presión de descarga requerida
• Extensiones planificadas de oleoductos futuras

Información del sitio y del equipo

• Altitud del sitio
• Fuente de alimentación disponible
• Voltaje y frecuencia del motor
• Disposición de la instalación
• Limitaciones de espacio
• Requisitos de mantenimiento
• Datos existentes de rendimiento de bombas o tuberías

Proporcionar datos operativos completos permite al fabricante comparar la curva del sistema con la disponible Bombas de lodos horizontales y recomendar un tamaño de bomba, una velocidad, un impulsor y un motor adecuados.

Principio de selección final

La longitud de la tubería influye en la selección de la bomba de lodos principalmente porque aumenta las pérdidas por fricción. Sin embargo, la longitud debe considerarse siempre en conjunto con el diámetro de la tubería, la velocidad, la elevación, los accesorios y el comportamiento físico del lodo.

El proceso de selección correcto consiste en:

1. Defina el caudal requerido.
2. Establezca un diámetro de tubería que proporcione una velocidad de transporte adecuada.
3. Calcular la altura estática.
4. Calcule las pérdidas en tuberías rectas y accesorios.
5. Aplicar una evaluación adecuada de la fricción de la lechada.
6. Construya la curva del sistema.
7. Compare la curva del sistema con el rendimiento de la bomba.
8. Verifique la eficiencia, la potencia, el NPSH, el desgaste y los límites de presión.
9. Evaluar múltiples condiciones de operación.
10. Confirme si es más adecuada una sola bomba o una disposición en serie.

Longteng puede analizar los datos de tuberías y de lodos para aplicaciones en minería, procesamiento de minerales, relaves, dragado y transporte industrial. Proporcionar condiciones operativas completas desde el inicio del proceso de selección ayuda a establecer un punto de funcionamiento realista y reduce el riesgo de caudal insuficiente, desgaste excesivo o consumo innecesario de energía.