Cambios en la tubería de lodos: ¿Qué efecto puede tener en su operación?

Este artículo incluye:

• Descripción de la tubería de lodos
• Directrices para una tubería de purines eficaz
• Qué sucede cuando se cambia el diámetro de una tubería
• Al considerar los cambios en el diámetro de la tubería
• Efecto de cambiar la longitud de la tubería
• Consejos rápidos al cambiar una tubería de lodo
• Un estudio de caso

Descripción de la tubería de purines:

La abrasión de la tubería y la pérdida de erosión asociada es una preocupación importante en cualquier sistema de tuberías de lodo. Constantemente se realizan esfuerzos para mejorar la estructura y los materiales de las tuberías para una variedad de industrias. Las tuberías de lodo pueden estar hechas de muchos materiales diferentes, como acero al carbono, acero aleado, acero endurecido, acero inoxidable, tuberías revestidas resistentes a la abrasión y tuberías no ferrosas, HDPE, etc. El material de la tubería generalmente se selecciona en función de la aplicación, el material que se bombea y el costo.

El uso de tuberías de lodo no ferroso está aumentando día a día en todo el mundo.

Por ejemplo:

El polietileno de alta densidad (HDPE) se utiliza ampliamente para aplicaciones como relaves mineros debido a su peso molecular ultra alto y resistencia a la abrasividad. Tiene una esperanza de vida mucho mejor que las tuberías de acero al carbono sin revestimiento, especialmente cuando se trata de lodos abrasivos o corrosivos. El poliuretano se usa generalmente para tuberías de lodo en la planta. Es flexible y resistente al calor y la corrosión. La tubería de polibutileno es una tubería termoplástica flexible y tiene una mayor resistencia a la tracción y una muy buena resistencia al calor. Además de lo anterior, otras tuberías no ferrosas de baja resistencia al desgaste para purines son PVC (cloruro de polivinilo), PP (polipropileno), ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno), y tubería de fibra de vidrio con virutas cerámicas internas.

Tuberías de acero revestidas internamente, los materiales no ferrosos se utilizan generalmente como revestimiento dentro de la tubería de acero para protegerse contra la erosión y la corrosión.

Revestimiento situ de tuberías de acero, una tubería de plástico de diámetro ligeramente menor insertada en la tubería de acero, y luego el espacio anular lleno de cemento. Otra forma es tomar una tubería de polietileno de alta densidad de diámetro ligeramente mayor y comprimirla para reducir el diámetro exterior. Esta tubería comprimida se tira cuidadosamente dentro de la tubería de acero; al liberar la fuerza de constricción, la tubería interna presiona firmemente contra el interior de la tubería de acero.

Directrices para una tubería de purines eficaz

• Las pendientes de la línea horizontal no deben exceder el ángulo de reposo de la suspensión.
• Se deben mantener las rutinas de mantenimiento para el lavado y drenaje de tuberías junto con la limpieza manual.
• Se deben identificar los puntos de desgaste propensos.
• Use curvas de radio largo.
• Utilice una válvula con el tamaño máximo del puerto.
• Utilice válvulas de bola de puerto completo.
• Evite el uso de la válvula de globo (el asiento puede estar tapado por deposición sólida).
• Proporcionar conexión de descarga de válvulas.
• Las tuberías de acero revestidas con revestimiento resistente a la abrasión pueden aumentar significativamente la vida útil de las tuberías.
• Para extender la vida útil de una tubería, los métodos de revestimiento se pueden utilizar en una tubería operativa.
• La parte inferior de las tuberías de lodo puede desgastarse rápidamente debido a una mayor exposición continua a la suspensión que se bombea. Para reducir el potencial de desgaste concentrado, gire las tuberías periódicamente si es posible.

¿Qué sucede cuando se cambia el diámetro de una tubería?

Cuando se refiere al diámetro de una tubería, significa que el diámetro interno o I.D. Piping se mide de dos maneras; diámetro que significa diámetro interior, y horario que significa espesor de pared de tubería. Si compra una tubería de 8 pulgadas de diámetro, significa que el diámetro interior es de 8 pulgadas.

Para bombear una cantidad específica de fluido a través de una tubería se requiere que la bomba ejerza una cantidad específica de fuerza sobre el fluido, lo que fuerza el fluido a través de la tubería. A medida que el fluido se fuerza a través de la tubería y aguas abajo de la bomba para lograr la salida deseada, se debe mantener una tasa específica de flujo. Esta tasa específica de flujo se conoce como velocidad del fluido.

Hipotéticamente hablando, supongamos que un bomba de lodo y la tubería se ha configurado para lograr un caudal específico de un determinado fluido de viscosidad. Supongamos también que una parte de la tubería, debido al duro entorno que deben soportar las tuberías, se ha dañado y debe ser reemplazada. Al reemplazar la tubería dañada, si se requiere el mismo caudal, siempre reemplace la tubería con la tubería del mismo diámetro; evitar el uso de un diámetro más pequeño. Si se instala una tubería de menor diámetro, resultará en una restricción que causará un aumento en la fricción de la tubería, lo que a su vez reduce la velocidad del fluido que se bombea, el caudal también se reduce. En este tipo de situación, se puede superar una reducción en el caudal aumentando la fuerza que la bomba ejerce sobre el fluido que se bombea, pero esto disminuirá la eficiencia de la bomba y aumentará el costo de la operación de bombeo. Esto también puede aumentar el desgaste de la tubería debido al aumento de la presión y la fricción dentro de la tubería.

Al reemplazar las tuberías existentes, es igual de importante evitar la instalación de tuberías que sean más grandes en diámetro que las tuberías que se están reemplazando. La instalación de tuberías de mayor diámetro también puede tener efectos adversos en el caudal deseado. Si se instalan tuberías de mayor diámetro, una reducción en el caudal resulta de una disminución en la velocidad y la presión dentro de la tubería. Esta situación también requerirá un aumento en la fuerza ejercida sobre el fluido para lograr el caudal deseado, lo que aumenta el costo de la operación de bombeo. En este escenario, la reducción de la velocidad y la presión también pueden aumentar el potencial de obstrucción de la tubería debido a la suspensión que se asienta en la parte inferior de la tubería.

Según la lechada que esté bombeando y el caudal deseado, es importante asegurarse de que su tubería y manguera tengan el tamaño correcto para su bomba.

Al considerar los cambios en el diámetro de la tubería

Cuando se desea un caudal específico y no se puede evitar un cambio en el diámetro de la tubería a una bomba que ya está en servicio, la velocidad de la bomba debe recalcularse en función de varios factores. Algunos de estos factores incluyen la viscosidad del material que se bombea, qué tan lejos se coloca la bomba de la fuente de fluido, la distancia desde la bomba hasta donde se descargará el fluido y el nuevo diámetro de la tubería. Estas son las mismas consideraciones al seleccionar originalmente el diámetro de la tubería para lograr el caudal deseado y la salida de fluido.

Un sistema de bombeo bien diseñado optimizará la efectividad de la operación de bombeo, ahorrará miles de dólares evitando el tiempo de inactividad de la bomba y ayudará a garantizar que se logre una salida de bombeo continua.

Efecto de cambiar la longitud de la tubería

La longitud de la tubería es otra consideración crítica para lograr un caudal deseado y una salida de fluido. El mismo resultado que al reemplazar las tuberías con un diámetro de tubería que es mayor que el que se determinó que era el más adecuado para el caudal deseado se aplica al aumento de la longitud de la tubería en la descarga de la bomba. Si se instala una mayor longitud de tubería, una reducción en el caudal resulta de una disminución en la velocidad y la presión dentro de la tubería. Esta situación también requerirá un aumento de la fuerza ejercida sobre el fluido para lograr el caudal deseado, lo que aumenta el costo de la operación de bombeo. En este escenario, la reducción de la velocidad y la presión también pueden aumentar el potencial de obstrucción de la tubería debido a la suspensión que se asienta en la parte inferior de la tubería.

La disminución específica de la velocidad y la presión dependerá de la longitud de la tubería que se agregue. Cuando la fuerza que se ejerce sobre el fluido se incrementa para compensar la reducción debido al aumento en la longitud de la tubería, las pérdidas de fricción de la tubería también aumentarán. Esto se debe a que a medida que aumenta la tubería, el área de superficie también aumenta, lo que a su vez aumenta las pérdidas debido a la fricción. Este es otro factor crítico que debe tenerse en cuenta al aumentar la longitud de la tubería de descarga. Esto puede resultar en una mayor cantidad de energía requerida para operar la bomba, lo que puede conducir a un aumento de los costos de operación de la bomba.

El efecto contrario ocurre al disminuir la longitud de la tubería de descarga. La velocidad y la presión del fluido pueden aumentar, lo que también puede aumentar la pérdida de fricción de la tubería. En este escenario, se debe reducir el funcionamiento de la bomba, lo que incluye reducir la fuerza que ejerce sobre el fluido para que la operación vuelva a los parámetros de funcionamiento que sean consistentes con los requisitos de la aplicación.

Consejos rápidos al cambiar una tubería de lodo

• Se requiere recalcular los parámetros de funcionamiento de la bomba cada vez que se cambian los cambios en el diámetro y la longitud de la tubería.
• La distancia más corta desde el origen del material hasta el destino del material es la más efectiva.
• Los aumentos en el diámetro y/o la distancia de la tubería reducen la velocidad y la presión del fluido.
• Las disminuciones en el diámetro y/o la distancia de la tubería aumentan la velocidad y la presión del fluido.
• Los aumentos en la velocidad y la presión del fluido resultan en una mayor pérdida de fricción de la tubería.
• Los aumentos en la velocidad y la presión del fluido aumentarán el desgaste debido a la abrasión al bombear lodo abrasivo.
• Los aumentos en el diámetro y la longitud de la tubería pueden aumentar la energía requerida para compensar la pérdida de velocidad y presión del fluido, lo que resulta en un aumento en el costo de operación.
• Al seleccionar el tamaño de la tubería, el tamaño de la tubería se refiere al diámetro interior (I.D.).
• Al seleccionar el tamaño de la manguera, el tamaño de la manguera se refiere al diámetro exterior (O.D.).

Efecto de cambiar una canalización existente

A veces, una tubería puede necesitar cambiar durante una operación. Si esto sucede, pueden producirse los siguientes cambios:

1. Cambio en el diámetro de la tubería
2. Cambio en la longitud de la tubería
3. Cambio en la elevación de la tubería
4. Cambio en accesorios de tuberías, válvulas, etc.
5. Cambio en los materiales de las tuberías

Anteriormente, los dos efectos que explicamos anteriormente, es decir, el cambio de diámetro y el cambio de longitud también se aplicarán aquí. Además, se explorarán algunas otras formas en que se puede alterar una tubería, como el efecto del cambio de elevación, los cambios en los accesorios y válvulas y los cambios en el material de la tubería.

Si la elevación de la tubería aumenta, se requerirá una cabeza o presión adicional para compensar eso.
Cuando un flujo de líquido cambia su dirección, hay resistencia. Además, el líquido intentará fluir alrededor del borde exterior del accesorio. Esto reduce el área efectiva del accesorio. Por lo tanto, la velocidad del líquido aumentará y la pérdida de fricción o caída de presión también aumentará. Por lo tanto, cualquier cambio en los accesorios de la tubería afectará la caída de presión o la pérdida por fricción del sistema.

Un efecto similar también ocurrirá en las válvulas, debido a su paso no lineal y no uniforme. Como resultado, también se producirá una caída de presión o pérdida por fricción en caso de cualquier cambio en las válvulas. Además, las válvulas son propensas a los golpes de ariete, que son ondas de choque de alta presión que se producen cuando un líquido se ve obligado repentinamente a detenerse en una tubería, ya sea debido a las válvulas o a que la bomba deja de funcionar.

Los cambios realizados en los materiales de la tubería cambiarán el factor de fricción de la tubería. Esto también afectará el resultado de la caída de presión o los cálculos de pérdida por fricción.

Un estudio de caso:

Supongamos que tenemos un viejo sistema de tuberías de purines; necesitamos cambiar lo siguiente:

1. Diámetro de la tubería debido al requisito de un mayor flujo
2. Longitud de la tubería debido a la reubicación de los equipos
3. Materiales de tubería debido al desgaste de la tubería existente

Ahora, antes de detallar lo que estos cambios harían a un sistema de bomba y tubería existente, revisaremos matemáticamente cómo interactúan los fluidos con diferentes configuraciones de tuberías.

1) La relación fundamental entre el flujo de fluido y el diámetro de la tubería es:

Flujo = Diámetro interno de la tubería x Velocidad del fluido

2) La relación fundamental entre la pérdida de fricción o caída de presión de la tubería y el diámetro de la tubería y la longitud de la tubería es:

Factor de fricción de la tubería x Longitud de la tubería x Velocidad del fluido 2
Caída de presión = ————————————————————————————-
Diámetro interno de la tubería x fuerza gravitacional

3) La relación fundamental de la energía requerida con respecto al caudal y la presión del fluido es:

Caudal x Presión
Potencia de la bomba HP = ————————————
Factor de conversión x Eficiencia

Ahora, si queremos obtener un flujo más alto manteniendo la misma velocidad:

1. De acuerdo con la 1ª relación necesitamos aumentar el diámetro interno de la tubería.
2. Si se aumenta el diámetro de la tubería, la caída de presión o la pérdida de fricción de la tubería será menor, lo que resultará en un aumento del flujo.
3. Sin embargo, si se aumenta el flujo, la potencia de la bomba deberá aumentarse para que coincida con la velocidad anterior de la tubería de diámetro más pequeño.

Ahora, si necesitamos aumentar la longitud de la tubería manteniendo otros parámetros iguales:

1. De acuerdo con la 2ª relación, la caída de presión o la pérdida de fricción de la tubería aumentará.
2. Si la caída de presión aumenta, la potencia de la bomba deberá aumentar para tener en cuenta el aumento de la pérdida de fricción.

Ahora, si necesitamos cambiar los materiales de la tubería manteniendo otros parámetros iguales:

1. El factor de fricción de la tubería cambiará, dependiendo del material. Además, la caída de presión o la pérdida de fricción de la tubería también cambiarán, si los otros parámetros permanecen sin cambios.
2. Si la caída de presión cambia, también lo hará la cantidad de energía necesaria para mover efectivamente el material a través de la tubería.

Por lo tanto, en nuestro caso anterior, cambiar una tubería a mitad de la operación puede ser una decisión costosa, que afecta:
• Costo del proyecto:
Ingeniería de diseño, materiales, fabricación/fabricación, construcción/instalación y puesta en marcha.
• Costo de operación:
Costos de energía – electricidad, combustible, etc., costos de mano de obra – operador, mano de obra, etc., y el aumento del costo de los servicios públicos – agua, gases, aceite, grasa, etc.
• Costo de mantenimiento:
Mano de obra – mano de obra, etc., Materiales – piezas de repuesto, grasa, aceite, etc., y los servicios públicos asociados.

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