Proyecto de Residencia Profesional

3 JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO Los sistemas de bombeo representan el costo de energía más alto dentro de un organismo operador de aguas tanto potable como aquellas de orden residual y por lo tanto ofrecen una de las oportunidades más directas para reducir el uso de energía y los costos de operación. Para hacer más eficiente un sistema de bombeo se recomienda realizar las siguientes medidas: cambiar el equipo por un equipo de bombeo de alta eficiencia, colocar variadores de velocidad, optimizar el tren de descarga de la bomba, cambiar el diámetro de tubería al óptimo para reducir las pérdidas por fricción, y una apropiada selección de la capacidad y tamaño del equipo de bombeo de acuerdo a los requerimientos del sistema. Realizando las prácticas profesionales en el departamento de mantenimiento se pudo detectar que diversas áreas requerían de atención, es por eso que analizando las opciones se opto por implementar el remplazo del sistema de bombeo de la red de aguas residuales, ya que este se encontraba en deterioro. Las bombas ya han estado operando por un gran lapso de tiempo, y las perdidas hidráulicas en el equipo son evidentes y persistentes, lo que para garantizar el correcto funcionamiento del sistema es necesario realizar el cambio del equipo por un equipo de bombeo de mayor eficiencia. El sistema incluye una fosa desarenador y sedimentador, en el cual desembocan las aguas residuales de la red. El daño ocasionado por la reacción del fluido sobre esta fosa fue inevitable lo que provoco el desgaste de las paredes de concreto internas incluyendo 5 paredes en el interior de la fosa que dan la formación a un trayecto laberintico. La deficiente operación y el constante deterioro de las instalaciones del sistema de bombeo podrían causar su paro inminente provocando un estancamiento y el rebose del fluido residual, convirtiéndose así en la potencial amenaza que representa al personal debido a su auto biodegradación, afectando su salud ya sea de manera directa o indirecta. Cabe mencionar que estos fluidos no contienen residuos sanitarios.

10

4 OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS En modalidad de propuesta se llevan a cabo los siguientes procedimientos. Selección e Implementación de un sistema de bombeo.  Selección de las bombas reutilizando la instalación actual de tubería.  Proyección de instalación de las bombas. Creación del plan de mantenimiento de las instalaciones físicas del desarenador y sedimentador.  Mantenimiento preventivo y correctivo a las instalaciones de la fosa desarenador y sedimentador.  Proyección de las acciones de mantenimiento.

5 PROBLEMAS A RESOLVER 1.- La nueva implementación del sistema de bombeo garantizará las especificaciones de caudal y carga dinámica total requeridos para el sistema de tratamiento de aguas residuales. 2.- La operación eficiente del equipo evitará el innecesario consumo de energía eléctrica ocasionado por la deficiente operación de la actual instalación, reflejándose en el ahorro energético y en costos. 3.- Evitar el progresivo daño y por el contrario generando el incremento de la vida útil de la fosa desarenador y sedimentador de aguas residuales mediante las acciones de mantenimiento para la restauración de las condiciones físicas de la misma. 4.- Por otro lado el termino de estas acciones oportunas promoverá a la excelente calidad de los procesos de la empresa Peñoles, así como también cumplirá con los programas activos de mejora continua abarcando en ella las acciones implementadas en temas como el orden y limpieza, la administración de recursos, el cuidado del medio ambiente, la seguridad e higiene, entre otros, sumándose así a las actividades del carácter de industria limpia.

11

6 SISTEMA DE BOMBEO 6.1 DEFINICIÓN

Un sistema de bombeo consiste en un conjunto de elementos que permiten el transporte a través de tuberías y el almacenamiento temporal de los fluidos, de forma que se cumplan las especificaciones de caudal y presión necesarias en los diferentes sistemas y procesos. Un sistema de bombeo utiliza una máquina hidráulica, que aporta la energía necesaria para llevara a cabo la tarea de trasladar el fluido de un punto hacia otro. Esta máquina hidráulica, recibe energía mecánica y la convierte o restituye en energía que un fluido adquiere en forma de presión, de posición o de velocidad. Las bombas se utilizan para impulsar líquidos a través de sistemas de tuberías. Deben mover el flujo volumétrico que se desea al mismo tiempo que desarrollan la carga dinámica total ha requerida por los cambios de elevación, diferencias en las cargas de presión y de velocidad, y todas las pérdidas de energía que se hallen en el sistema.



La energía que una bomba agrega al fluido, denominada  , se determina despejando de la ecuación general de la energía o de la hidrodinámica de Bernoulli, llegando a:

 =  −  +  −  +  2− +   2

2 2

1

2

2 1

1

A este valor se le llama carga total sobre la bomba. Algunos fabricantes de bombas se refieren a él cómo carga dinámica total. Es de fundamental importancia saber interpretar esta ecuación como una expresión del conjunto total de tareas que tiene que realizar la bomba en un sistema dado. 

  

En general, debe elevar la presión del fluido, desde la que tiene en la fuente p 1, hasta la que tendrá en el punto de destino p 2. Debe subir el fluido, desde el nivel de la fuente z 1, al nivel del destino z 2. Tiene que incrementar la carga de velocidad en el punto 1 a la del punto 2. Se necesita que compense cualesquiera perdidas de energía en el sistema debido a la fricción en las tuberías o en válvulas, acoplamientos, componentes o cambios en el área o dirección del flujo.

Es un deber efectuar el análisis apropiado para determinar el valor de h a.

12

También se sabe que el cálculo de la potencia que una bomba transmite al fluido, a la que se denomino Pa, se determina:

  =   6.2 PRINCIPIOS DE HIDRÁULICA

CAUDAL Cantidad de líquido (en volumen o en peso) que se debe bombear, trasladar o elevar en un cierto intervalo de tiempo por una bomba: normalmente expresada en litros por segundo (l/s), litros por minuto (l/m) o metros cúbicos por hora (m³/h). Símbolo: Q. ALTURA DE ELEVACIÓN Altura de elevación de un líquido: el bombeo sobreentiende la elevación de un líquido de un nivel más bajo a un nivel más alto. Expresado en metros de columna de líquido o en bar (presión). En este último caso el líquido bombeado no supera ningún desnivel, sino que va erogado exclusivamente a nivel del suelo a una presión determinada. Símbolo: H. CURVA CARACTERÍSTICA Especial ilustración gráfica que explica las características de la bomba: el diagrama representa la curva formada por los valores de caudal y de altura de elevación, indicados con referencia a un determinado tipo de rodete diámetro y a un modelo específico de bomba. BAJO NIVEL Especial instalación de la bomba, colocada a un nivel inferior al de la vena de la cual se extrae el agua: de esta manera, el agua entra espontáneamente en la bomba sin ninguna dificultad. CEBADO Llenado de la bomba o de la tubería para quitar el aire presente en ellas. En algunos casos, se pueden suministrar, también, bombas auto cebadas, o sea, dotadas de un mecanismo automático que facilita el cebado y por lo tanto la puesta en marcha de la bomba, lo cual sería imposible de otra manera, y además muy lento.



PÉRDIDAS DE CARGA,   Pérdidas de energía debidas a la fricción del líquido contra las paredes de la tubería, proporcionales al largo de éstas. También son proporcionales al cuadrado de la velocidad de deslizamiento y variabilidad en relación con la naturaleza del líquido bombeado. Cada vez que disminuye el deslizamiento normal del fluido movido representa una posibilidad de 13

pérdidas de carga como los bruscos cambios de dirección o de sección de las tuberías. Para lograr en la bomba un correcto dimensionamiento, la suma de tales pérdidas se debe agregar a la altura de elevación prevista originariamente. VISCOSIDAD, ν Se trata de una característica del fluido bombeado: representa su capacidad de oponerse al desplazamiento. La viscosidad varía según la temperatura. PESO ESPECÍFICO, γ Cada fluido tiene una densidad característica. El agua, que se usa como término de comparación, convencionalmente tiene un peso específico (o densidad) de 1 (a 4°C y a nivel del mar). El peso específico representa el valor usado para comparar el peso de un cierto volumen de líquido con el peso de la misma cantidad de agua.

6.3 CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS.

Hay muchas formas de clasificar las bombas. Por rangos de volúmenes a manejar, por fluidos a mover, etc. Sin embargo, la clasificación más general es en función de la forma en que las bombas imprimen el movimiento al fluido, separándose en dos tipos principales.

Reciprocantes Desplazamiento Positivo

Rotatorias

BOMBA Centrifugas Dinámicas

Pistón Émbolo Diafragma

Periféricas

Radial Mixto Axial

Especiales

14

6.4 BOMBAS CENTRÍFUGAS 6.4.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Las bombas centrífugas mueven un cierto volumen de líquido entre dos niveles y transforman un trabajo mecánico en otro de tipo hidráulico. La energía se comunica al líquido por medio de álabes en movimiento de rotación, es decir, se transmite energía al fluido cuando se acelera con la rotación de un impulsor. El fluido se lleva al centro del impulsor donde existe una depresión y después es lanzado hacia afuera de las aspas. Al salir del impulsor, el fluido pasa por una voluta en forma de espiral, donde baja en forma gradual y ocasiona que parte de la energía cinética se convierta en energía de presión de fluido. El movimiento del impulsor genera una baja presión en la succión de la bomba, lo cual hace que el fluido se mueva hacia el ojo del impulsor.

Fig. 1 Distribución de presión en el impulsor de una bomba centrífuga radial. En la figura anterior se muestra la generación de la presión en la medida en que el líquido va abandonando el impulsor. Adicionalmente se muestra claramente la diferencial de presión entre el lado convexo con relación al cóncavo del alabe. Ahora, después de entender el funcionamiento de una bomba, es momento de ver cómo se comporta una bomba centrífuga radial, en función de sus variables de operación. Los fabricantes de bombas proveen las curvas características de la bomba, las cuales muestran la cabeza, la eficiencia, potencia y NPSH-R, versus el caudal manejado por la bomba. 15

6.4.2 TIPOS DE FLUJO

A). FLUJO RADIAL Este rodete envía por una fuerza centrífuga, el flujo del fluido en dirección radial hacia la periferia de aquel. La carga de velocidad es convertida a carga de presión en la descarga de la bomba. Por lo general, los alabes (aletas) de estos rodetes están curvados hacia atrás. Las bombas de tipo radial centrifugas son las más comúnmente utilizadas. Estas generan grandes alturas y pequeños caudales. B). FLUJO AXIAL O TIPO HÉLICE Casi toda la carga producida por este rodete es debida a la acción de empuje de las aletas. El fluido entra y sale del rodete en dirección axial o casi axial. La utilización de bombas axiales está indicada cuando se necesitan grandes caudales con pequeñas alturas de elevación. C). FLUJO MIXTO La carga se desarrolla con un rodete delgado, en parte por fuerza centrífuga y en parte por el empuje de las aletas. Esto se consigue construyendo aletas de curva doble o en forma de hélice, de tal forma que la descarga es una combinación de flujo axial y radial. Estas constituyen un caso intermedio entre el requerimiento de caudal y altura generadas.

a) Impulsor de flujo radial

b) Impulsor de flujo mixto

c) Impulsor de flujo axial (propulsor)

Fig. 2 Tipos de flujo en las bombas centrífugas 16

6.4.3 CARACTERÍSTICAS Y VENTAJAS          





   

Descarga de flujo continuo, sin pulsaciones. Puede bombear todo tipo de líquidos, sucios abrasivos, con sólidos, etc. Altura de succión máxima del orden de 4.5 metros de columna de agua. Rangos de presión de descarga hasta 150 kg/ cm2 . Rangos de volúmenes a manejar hasta de 20,000 m3 . No tiene válvulas ni elementos reciprocantes. Operación a alta velocidad para correa motriz. Impulsor y eje son las únicas partes en movimiento. Su construcción es simple, su precio es bajo. El fluido es entregado a presión uniforme, sin variaciones bruscas ni pulsaciones. Son muy versátiles, con capacidades desde 5gpm con presión diferencial de 2 a 5 lb/pulg 2 hasta bombas múltiples con 3000gpm y 3000 lb/pulg 2. La línea de descarga puede interrumpirse, o reducirse completamente, sin dañar la bomba. Puede utilizarse con líquidos que contienen grandes cantidades de sólidos en suspensión, volátiles y fluidos hasta de 850 F. Sin tolerancias muy ajustadas. Poco espacio ocupado. Económicas y fáciles de mantener. No alcanzan presiones excesivas aún con la válvula de descarga cerrada.

6.4.4 PARTES DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA

Los elementos que forman una instalación con una bomba centrífuga 1. Empaque. 2. Flecha. 3. Rodete. 4. Voluta. 5. Entrada. 6. Anillo de desgaste. 7. Difusor. 8. Salida. Fig. 3 Partes principales de una bomba centrífuga 17

 









Una tubería de aspiración que termina en la brida de aspiración. Dentro de una cámara hermética dotada de entrada y salida gira una rueda (rodete), el verdadero corazón de la bomba. El rodete es el elemento rodante de la bomba que convierte la energía del motor en energía cinética. El líquido penetra axialmente por la tubería de aspiración hasta la entrada del rodete y este (alimentado por el motor) proyecta el fluido a la zona externa del cuerpo-bomba debido a la fuerza centrífuga producida por la velocidad del rodete. El líquido, de esta manera, almacena una energía (potencial) que se transformará en caudal y altura de elevación (o energía cinética). La voluta es una parte fija que está dispuesta en forma de caracol alrededor del rodete a su salida. Una tubería de descarga conectada con la bomba, el líquido se encanalará fácilmente, llegando fuera de la bomba.

PARTES FIJAS Carcasa: Es

la parte de la bomba que cubre las partes internas de la misma (algo así como el cascarón de un huevo), sirve de contenedor del líquido que se impulsa, y su función es la de convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor en energía de presión. La carcasa le permite a la bomba formar el vacío necesario a la bomba centrifuga para poder impulsar el líquido, gracias a las partes giratorias.  

Entrada (brida de succión) Salida (Difusor, brida de descarga)

Cojinetes: Los

cojinetes constituyen el soporte y la guía de la flecha o eje. Esta parte de la bomba centrifuga debe ser elaborada con cuidado ya que es la que permitirá la perfecta alineación de todas las partes rotatorias de la bomba. El cojinete, también es la parte de la bomba que se encarga de soportar el peso (carga radial y/o axial) de las partes rotatorias de la bomba.  Base: La

base de la bomba centrifuga debe estar fijada al suelo. Es en esta parte en la que está atornillada o soldada la bomba centrifuga con el fin de evitar vibraciones que si se produjesen destruirían la bomba. Todo el peso de la bomba descansa sobre esta parte de la bomba.

18

PARTES MÓVILES   Rodete- Impulsor rotatorio: El

impulsor es la parte de la bomba centrifuga que constituye el elemento vital de la bomba en sí misma. Su función es la de recoger el líquido por la boca de la bomba y lanzarlo con fuerza hacia la salida de la bomba. Para hacer esto el impulsor dispone de una serie de pequeñas partes llamada álabes. Gracias a los álabes el impulsor es capaz de darle velocidad de salida al líquido. La geometría del rodete es de vital importancia para conseguir un rendimiento hidráulico elevado

 Eje: Es

una pieza de forma tubular en la que se sujetan todas las partes rotatorias de la bomba centrifuga. Esta parte de la bomba debe ser totalmente recta, es decir, sin desviaciones, ya que su principal función es mantener alineadas las partes giratorias de la bomba centrifuga y la de transmitir el torque de giro. OTRAS PARTES

  Anillos de desgaste:

Los anillos de desgaste son colocados para cumplir la función de aislantes al roce o fricción en aquellas zonas en donde se produciría un desgaste debido a las cerradas holguras entre las partes fijas y rotatorias de la bomba centrifuga. De esta manera, cuando se produce el desgaste en la bomba centrifuga solo es necesario cambiar los anillos de desgaste por otros nuevos.

 Estoperas, empaques y sellos:

Tanto las estoperas, como el prensa-estopa, le dan presión a la estopa o empaquetadura para evitar el escape del líquido. En ese sentido estas partes de la bomba evitan el escape del flujo. Sin embargo estas partes de la bomba pudieran permitir el escape de pequeñas cantidades del fluido impulsado con fines de enfriamiento. Los sellos mecánicos son partes metálicas de bomba que permiten el acople de diferentes partes de la bomba sin que se presente escape de fluido. 6.4.5 BOMBA CENTRÍFUGA SUMERGIDA

La bomba sumergida es una bomba con ejes verticales, proyectada para alcanzar grandes profundidades debido al largo de su tubo aspirador. No se tiene que confundir con la bomba sumergible que se caracteriza porque está dotada de un motor de sello hermético sumergido en el mismo líquido que se bombea.

19

Fig. 4 Partes de principales de una bomba centrífuga sumergida

6.4.6 ACOPLAMIENTOS PARA BOMBAS CENTRÍFUGAS

Existen dos tipos de acoplamientos para bombas centrifugas: los acoplamientos flexibles y los acoplamientos rígidos. La función de los acoplamientos es impedir cualquier tipo de movimiento relativo entre las flechas del conjunto en movimiento, ya sea axial o radial, que pudiera dificultar su buen funcionamiento. 6.4.61 ACOPLAMIENTOS RÍGIDOS

El acoplamientos rígido no permite ninguna clase de movimiento relativo axial o radial entre las flechas del impulsor y de la bomba centrifuga. Este tipo de acoplamiento conecta las dos flechas sólidamente de forma que virtualmente las convierte en una sola flecha. En las bombas verticales es muy recomendable utilizar acoplamientos rígidos. ACOPLAMIENTO DE ABRAZADERA PARA BOMBAS CENTRIFUGAS El “acoplamiento de abrazadera para bombas centrifugas” es un tipo de acoplamiento rígido que se emplea con mucha frecuencia. Su diseño consiste básicamente de una manga que se encuentra dividida. Esta manga dispone de una serie de tornillos con ayuda de los cuales es

20

posible prensar en los extremos adjuntos de las dos flechas y de esa manera la conexión se vuelve muy sólida. A fin de afirmar aún más la conexión, resulta conveniente incorporar cuñas, tanto axiales como circulares, en el acoplamiento de abrazadera para que la transmisión del torque y del empuje no se haga solamente dependiendo de la fricción de la sujeción. Estas consideraciones son muy importantes en el caso de las bombas centrifugas.

Fig.5 Cople rígido ACOPLAMIENTO DE COMPRESIÓN PARA BOMBAS CENTRÍFUGAS Un acoplamiento de compresión para bombas centrifugas, en principio, suele ser igual a los acoplamientos rígidos. La parte central del acoplamiento está formada por un manguito ranurado, el cual se taladra para ajustarse a las dos flechas y es cónico en su diámetro exterior del centro a ambos extremos. Las dos mitades del acoplamiento para bomba centrifuga en sí están acabadas con perforaciones para adaptarse a esa conicidad. Cuando se aprietan una a la otra con tornillos, el manguito se comprime contra las dos flechas y la sujeción por fricción transmite el torque sin el uso de cuñas.

Fig. 6 Cople rígido

21

6.4.62 ACOPLAMIENTOS FLEXIBLES

Los acoplamientos flexibles para bombas centrifugas, son dispositivos que son capaces de conectar dos flechas, transmitiendo de esta manera el torque de la flecha del impulsor a la flecha impulsada pero tolerando, hasta cierto punto, cualquier pequeño desalineamiento (angular, paralelo o una combinación de los dos). El desalineamiento entre las flechas es un fenómeno perjudicial que puede dañar significativamente tanto a la bomba centrifuga como al elemento motriz. Así que los acoplamientos flexibles se utilizan como un medio preventivo de último recurso para tratar de solventar aquellos casos en los que, aún después de tratar de alinear la flecha de la bomba centrifuga con la flecha del motor, persiste cierto grado de desalineamiento. Debe quedar claro que el desalineamiento no debe ser tolerado debido a que causa chicoteo en las flechas, aumenta el empuje en los cojinetes de la bomba centrifuga y del elemento impulsor y generalmente resulta en mantenimiento excesivo y fallas potenciales del equipo. El acoplamiento flexible para bombas centrífugas también debe permitir cierto grado de desplazamiento lateral de las flechas a fin de que sus dos extremos puedan acercarse o separarse cuando se encuentren afectados por la influencia de la dilatación térmica, fluctuación hidráulica, o el desplazamiento de los centros magnéticos de los motores eléctricos, y moverse así sin imponer empuje excesivo en los cojinetes. ACOPLAMIENTOS DE PASADOR Y AMORTIGUADOR PARA BOMBAS CENTRÍFUGAS El acoplamiento de pasador y amortiguador consiste en un acoplamiento flexible que incluye unos pasadores sujetos a una de sus mitades. Estos pasadores atraviesan los amortiguadores que están colocados en la otra mitad del acoplamiento en la otra flecha. Los amortiguadores están elaborados con material a base de goma o de cualquier otro material compresible con la intención de brindar la flexibilidad que sea necesaria. Los pernos impulsores se ajustan con facilidad a los deslizamientos que se hallan en los manguitos; de esta manera las pequeñas variaciones longitudinales se contrarrestan, mientras que los pequeños errores de angularidad se compensan por la flexibilidad de la goma.

Fig. 7 Cople flexible 22

El acoplamiento Lovejoy consiste en dos cubos con bridas que se encuentran montadas en las flechas impulsora e impulsada, respectivamente, con patas salientes o mordazas en las bridas. Estas mordazas encajan en un elemento central flexible de goma que tiene forma de araña (casi siempre construida de goma), que absorbe pequeños desalineamientos y vibraciones. Este acoplamiento es una modificación del principio del acoplamiento de pasador y amortiguador explicado en el párrafo anterior.

Fig. 8 Cople flexible tipo Lovejoy

ACOPLAMIENTOS METÁLICOS

FLEXIBLES

PARA

BOMBAS

CENTRIFUGAS

TODOS

El “acoplamiento totalmente metálico” para bombas centrifugas es aquel que se caracteriza porque sus partes están hechas completamente de metal. Algunos de estos acoplamientos dependen de la flexibilidad de placas metálicas o de resortes, mientras que otros dependen del desplazamiento angular que puede lograrse con dos estrías conectadas con una manga también estriada.

Fig. 9 Coples flexibles metálicos

23

ACOPLAMIENTO FLEXIBLE TIPO “FAST” PARA BOMBAS CENTRÍFUGAS La cubierta exterior del acoplamiento, dentro de cada extremo, un anillo con engrane de dientes cortado en su interior encaja con los engranes de las mitades impulsora e impulsada del acoplamiento. El torque debe transmitirse gracias a los dientes del engrane, mientras que la acción de deslizamiento necesaria y la capacidad para ligeros ajustes de posición se deriva de cierta libertad de acción que se encuentra presente entre los dos juegos de dientes. Para evitar cualquier tendencia a pegarse, debido a la fricción, los engranes deben trabajar constantemente en un baño de aceite que se retiene dentro de la cubierta exterior. Algunas aplicaciones de alta velocidad usan grasa delgada.

Fig. 10 Cople tipo Fast

ACOPLAMIENTO FLEXIBLE FALK Otro tipo de acoplamiento para bombas centrifugas todo metálico. Se encuentra compuesto por dos cubos de acero con bridas y un resorte especial de acero templado que forma una rejilla cilíndrica completa, y una cubierta de acero que usa como tapa. Las periferias laterales de los cubos disponen de una gran cantidad de ranuras en las que recibe el resorte. Las ranuras se ensanchan interiormente unas hacia otras en forma de un arco que tiene una relación definida con el espesor de las barras de la parrilla de resorte. La curvatura es de tal forma que los puntos de apoyo se acercan uno a otro cuando aumenta la carga. Durante una carga excesiva, la carga se vuelve tan grande donde los resortes se apoyan en toda la longitud de la ranura, esto hace posible la transmisión de severas sobrecargas. El acoplamiento flexible Falk debe ser lubricado con grasa.

24

Fig. 11 Cople rígido flexible tipo Falk

ACOPLAMIENTO THOMAS Es un acoplamiento flexible para bombas centrifugas metálico no lubricado hecho de dos cubos, montados respectivamente en las flechas impulsora e impulsada, y de de una brida central conectada a las bridas de los dos cubos, por medio de una serie de discos flexibles. La fuerza se transmite en tensión por estos discos, que están atornillados alternativamente a la bridas los dos cubos, por medio de una serie de discos flexibles. La fuerza se transmite en tensión por estos discos, que están atornillados alternativamente a las bridas terminales y al miembro central. La flexión de los discos compensa el desalineamiento.

Fig. 12 Cople flexible Thomas

ACOPLAMIENTO DURAFLEX Está diseñado desde el principio mediante el análisis de elementos finitos para maximizar la resistencia a la flexión. Perfecto para una amplia variedad de aplicaciones - incluyendo aquellos con uniforme de las cargas de choque pesadas - Dura-Flex ® acoplamientos emplear un elemento de peso ligero que absorbe las cargas de choque y vibraciones de torsión.

25

Fig. 13 Cople flexible Duraflex 6.4.63 BOMBAS DE ACOPLAMIENTO MAGNÉTICO

DEFINICIÓN El acoplamiento magnético es un sistema de transmisión de potencia de un motor de accionamiento a un eje valiéndose de fuerzas magnéticas. Dichas fuerzas se logran mediante un par de juegos de imanes permanentes. En la Figura se muestra esquemáticamente una bomba de acople magnético. Se utilizan dos  juegos de imanes permanentes. Uno de ellos está solidariamente unido al eje de mando del motor y se denomina imán conductor. Su contraparte es el imán conducido y es solidario al impulsor de la bomba. Lo que ocurre sencillamente es que las fuerzas magnéticas que existen entre ambos imanes son lo suficientemente fuertes como para transmitir la potencia del motor al impulsor de la bomba.

Fig. 14 Bomba centrífuga de impulsor magnético 26

PRINCIPALES COMPONENTES

Fig. 15 Partes principales de una bomba centrífuga de acoplamiento magnético VENTAJAS Desde el punto de vista del diseño, la principal ventaja de una bomba de acople magnético frente a una convencional con sello mecánico o empaquetadura es la ausencia de eje sólido que transmita potencia entre el motor y el impulsor de la bomba. Al no existir eje pasante, no es necesario disponer de un sistema de sellado que aísle el fluido en el interior de la bomba de la atmósfera evitando pérdidas. En una bomba de acople magnético sólo existen orificios para conexiones de succión y descarga, por lo que la bomba es hermética, sin pérdidas ni emisiones, pues simplemente no existe la posibilidad de que las mismas se produzcan. APLICACIONES Teniendo en cuenta condición de hermeticidad como característica fundamental, las principales aplicaciones son todas aquellas en la que se desee bombear sin pérdidas ni emisiones. Algunas de ellas son: • Líquidos corrosivos, tóxicos, inflamables o peligrosos en general • Cuando el contacto entre el líquido y la atmósfera deba evitarse • Cuando las emisiones de vapor a través del sello mecánico no sean permitidas

27

6.5 TEORÍA PARA EL DISEÑO, CÁLCULO, SELECCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE BOMBEO 6.5.1 ECUACIONES BÁSICAS

La resolución de la mayor parte de los problemas de la dinámica de fluidos pasa a través de las ecuaciones de continuidad, cantidad de movimiento y energía. Estas ecuaciones se obtienen de aplicar la concepción Euleriana a la ley de conservación de masa, a la segunda ley de Newton y a la primera ley de Termodinámica, respectivamente. 6.5.11 ECUACIÓN DE CONTINUIDAD

La ecuación de continuidad se expresa de la forma siguiente: para fluidos incompresibles.

Fig. 17 Ecuación de continuidad

 =    =    = 1 1

1

2 2

2

Donde:

   

Caudal o flujo volumétrico Área de la sección de flujo Velocidad promedio del flujo

28

6.5.12 ECUACIÓN DE LA ENERGÍA.





Donde  es la energía perdida por rozamiento, y se denomina pérdida de carga. Y  es la energía añadida desde el exterior, por ejemplo mediante una bomba. En caso de que se extraiga energía, como es el caso de una turbina, este término tendrá valor negativo.

 +  +  +  −   =  +  +   2  2 1

2 1

2

2 2

1

2

Si se desprecian las pérdidas por rozamiento, y no hay aporte de energía desde el exterior, la ecuación anterior se reduce a la ecuación de Bernoulli:

 + + = +  +  2  2 1

2 1

2

1

2 2

2

El significado físico de los términos de esta ecuación es el siguiente:

   2

Energía debida a la presión.

2

 Z 

Energía cinética. Energía potencial a una cierta altura respecto a un nivel de referencia.

La suma de estos tres términos se conoce como la energía o altura del fluido en un punto,  H . Esta altura es una variable escalar, dependiente del punto considerado. 6.5.2 CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

La altura de elevación de una bomba rotodinámica depende fundamentalmente del caudal que circula por ella, lo que quiere decir que va a estar definida por su acoplamiento con el sistema. Si se considera la bomba de forma aislada, la curva que representa la altura proporcionada por la bomba en función del caudal se llama curva característica. El fabricante brinda por lo general al usuario cuatro curvas características de las bombas que oferta. Se denominan así las funciones H, η y P en función del caudal Q, a las que se les agrega una cuarta denominada “Altura Neta Positiva de Aspiración”, más conocida por  su sigla NPSHr, que también es función de Q, y que estudiaremos más adelante en profundidad. 29

En general, la forma de estas cuatro curvas es similar a las de la figura.

Fig. 18 Curvas características de las bombas centrífugas

a) Bomba centrífuga radial

b) Bomba axial

Fig. 19 Curvas de rendimiento de las bombas centrífugas CARACTERÍSTICAS H-Q, η -Q Y P-Q 

La característica principal es la curva H-Q que brinda la altura manométrica de la bomba para cada abscisa, es decir para cada caudal, y para el número de revoluciones nominal. La pendiente de ambas curvas es negativa, lo que quiere decir que cuanto mayor sea la altura que el sistema exija, menor es el caudal que la bomba puede proporcionar.

30

Fig. 20 Curva de carga 

La curva η-Q brinda el rendimiento en función del caudal y, obviamente, el caudal de diseño de la instalación debe verificar buen rendimiento de la bomba.

Fig. 21 Curva de eficiencia



La curva P-Q da los valores de la potencia absorbida para cualquier caudal elevado a la correspondiente altura manométrica.

Fig. 22 Curva de potencia de la bomba

31



La curva de NPSH es una forma de mostrar la capacidad de aspiración de la bomba. Junto con la presión de vapor, se utiliza para calcular la presión de entrada que necesita la bomba para evitar la cavitación.

Fig. 23 Curva de NPSHr de la bomba La curva NPSH muestra la altura H en el eje de las Y, y el caudal Q en el eje de las X. 6.5.3 POTENCIA

En el caso de las bombas centrífugas de flujo radial, la potencia aumenta continuamente con el caudal. El motor deberá estar dimensionado para que su potencia cubra todo el rango de caudales Q a utilizar con la bomba. En sistemas con alturas variables en los que el caudal es regulado mediante una válvula, hay que verificar que, para grandes caudales para los cuales tenemos una altura manométrica mínima (recordar la forma de la curva Q-H) la potencia suministrada por el motor sea mayor que la potencia consumida P por la bomba para evitar sobrecargas. La potencia requerida por la bomba también depende del caudal. Tiende a aumentar con él en las bombas centrífugas y a disminuir en las axiales.



La potencia hidráulica  es el trabajo útil realizado por la bomba centrífuga por unidad de tiempo, es decir, la suministrada por la bomba al fluido, viene dada por la expresión:

 =   

Ó

 =    

Donde:

  , g Q 

Carga dinámica total de la bomba Peso específico del fluido a bombear, densidad del fluido por la gravedad Caudal deseado a bombear Potencia hidráulica 32

Esta potencia hidráulica no es igual a la potencia consumida por la bomba ya que existen pérdidas debidas a rozamientos. Por tanto, podemos expresar que el rendimiento es el cociente entre la potencia hidráulica y la potencia consumida: η=

 

Cabe señalar, aunque es evidente que, si conocemos el rendimiento obteniéndolo directamente de la curva de la bomba podremos conocer la potencia consumida mediante la expresión:

 =  η  Donde: P

es la potencia que consume la bomba.

El rendimiento es máximo en el punto llamado de diseño de la bomba, y disminuye tanto para caudales superiores como inferiores. Normalmente, tanto la potencia como el rendimiento se refieren únicamente a la bomba, sin tener en cuenta el motor que se utiliza para accionarla. Los valores máximos de rendimiento se encuentran entre el 85 y el 90%. La potencia consumida por la bomba es la que tiene que ser suministrada por el motor (eléctrico o combustión o hidráulico), inclusive esta debe ser aun mayor para evitar sobrecargas como antes se mencionó, multiplicada por el rendimiento de dicho motor ηm :

 =  η  = 

m

ηm

33

6.5.4 MOTORES ELÉCTRICOS

De acuerdo al tipo de bomba a instalarse se tienen motores eléctricos verticales que se emplean para bombas centrifugas en pozos profundos, motores eléctricos sumergibles y motores para bombas horizontales con capacidad de uso corriente dados por los fabricantes que oscilan desde los 3, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 75, 100, 125 hasta 200 HP, y de mayor capacidad. Se tiene que considerar como norma emplear un factor de 1.15 para calcular los HP del motor en base a los HP de la bomba, debido a las pérdidas mecánicas. Las velocidades de operación de los motores eléctricos varían de acuerdo a la capacidad o caudal del equipo de bombeo. 6.5.5 ENERGÍA

De acuerdo a la capacidad de los motores eléctricos se recomienda los tipos de energía siguiente: 

Para motores de 3 a 5 HP, emplear 1/60/110 energía monofásica.



Para motores mayores de 5 HP y menores de 50 HP se usará 3/60/220 y mayores de 50 HP se empleará 3/60/440, energía trifásica.

6.5.6 LEYES DE AFINIDAD

Las leyes de afinidad determinan como es que se modifican los parámetros de capacidad (Q), carga (  ) y potencia (P) de las bombas centrífugas en función de la variación del diámetro (D) y velocidad (N) del impulsor que se aloja en la carcasa de la bomba.



Es importante entender la manera en que varían estos parámetros cuando se modifica la velocidad o el diámetro del impulsor ya que esto se reflejaría particularmente en el consumo de energía, por lo tanto son estas la base del ahorro energético. Matemáticamente las leyes de afinidad se expresan de la siguiente forma:

34

Cuando la Velocidad varía: b) La capacidad varía en forma directa con la velocidad:

 =   1

1

2

2

c) La carga total varia con el cuadrado de le velocidad:

 =     1

1

2

2

2

d) La potencia que requiere la bomba varia con el cubo de la velocidad:

 =     1

1

2

2

3

Cuando el Diámetro del impulsor varía: a) La capacidad varía en forma directa con el diámetro del impulsor:

 =   1

1

2

2

b) La carga total varia con el cuadrado del diámetro del impulsor:

 =     1

1

2

2

2

c) La potencia que requiere la bomba varia con el cubo del diámetro del impulsor:

 =     1

1

2

2

3

En resumen se determina que al disminuir la velocidad o el diámetro del impulsor, los parámetros de capacidad, carga y potencia también disminuyen o viceversa.

35

Fig. 24 Modificación de los parámetros de capacidad, carga y potencia en función de la velocidad del impulsor. Si la capacidad y carga disponibles son los adecuados, esto reflejaría un gran ahorro en costos de energía por operación. La eficiencia varía poco en los cambios de velocidad o cambios pequeños en el diámetro del impulsor. 6.5.7 CAVITACIÓN

La cavitación constituye un fenómeno importante en la selección y operación de bombas, válvulas y otros equipos de control. Puede provocar un mal funcionamiento de la instalación y el deterioro de los elementos mecánicos, dando lugar a costosas reparaciones. La cavitación es la evaporación (formación de burbujas de vapor) de un líquido cuando fluye hacia una región dónde la presión estática se reduce a la presión del vapor, con la consecuente condensación (colapso o implosión de las burbujas) cuando éstas pasan a una región dónde la presión estática está sobre la presión del vapor. Se ha comprobado que la presencia de gases disueltos y suciedad favorecen la aparición de estas burbujas, actuando como núcleos de formación. Las bajas presiones en el centro de los vórtices, combinadas con la depresión de la separación, pueden causar la aparición de burbujas de vapor. Cuando estas burbujas se ven afectadas por una presión superior, se vuelven inestables y colapsan violentamente. 36

Esto provoca ruido, vibraciones y erosión. Una fuerte cavitación reduce el rendimiento de los equipos hidráulicos, pero incluso una cavitación en fase incipiente puede, con el tiempo, llegar a erosionar seriamente las superficies metálicas.

Fig. 25 Impulsor destruido debido al efecto de la cavitación

6.5.8 CARGA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN, NPSH “...NPSH es la presión mínima requerida en el eje de la sección de la brida de aspiración, tal que no se produzca cavitación en la sección de ingreso a los álabes del rotor...”. Es decir  que, si la presión en el eje baja a valores menores que los de NPSH, irremediablemente tendremos cavitación en el ingreso a los álabes.

En la Figura se esquematiza un corte de una bomba según un plano que contiene al eje. La velocidad en el tubo de aspiración es U y la energía cedida a la bomba hace que el líquido sea acelerado hasta la velocidad C1 en la sección de ingreso a los álabes. La teoría y la práctica demuestran que la bomba centrífuga origina una depresión en la zona de ingreso a los álabes que posibilita la succión del líquido a través de la tubería de aspiración. Una vez que recibe la energía del exterior, el líquido aumenta su presión justamente en el valor de la altura manométrica. Es decir que en la sección de salida del rotor la presión alcanza los valores máximos. 37

En resumen, el proceso es el siguiente: La energía provista por el motor a la bomba implica una aceleración desde U hasta C 1, lo que origina una caída de presión (a valores de presión relativa negativa) responsable del efecto de succión que tiene lugar en el tubo de aspiración. Una vez ingresado el líquido al rotor, recibe la energía externa, que se traduce en un aumento violento de la presión hasta alcanzar la altura manométrica. Analicemos lo que ocurre en las inmediaciones del ingreso a los álabes: la presión es tan baja que posibilita la evaporación del agua, se forman burbujas de vapor que, un instante después, al ingresar al rotor, se encuentran en una zona de alta presión, que obliga a un condensado prácticamente instantáneo de las burbujas de referencia. Este condensado súbito se produce por razones no del todo conocidas, a través de un proceso que da, como resultado del mismo, un ataque a las partes metálicas que debilitan su estructura molecular y pueden llevar al colapso del material y hasta de las instalaciones anexas. Este fenómeno antes mencionado, que debe ser dentro de lo posible evitado, se denomina “cavitación”. 6.5.9 SELECCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE BOMBAS

Existe una serie de pasos necesarios que se deben llevar a cabo los cuales idóneamente son una guía elemental para así poder determinar el sistema y poderlo llevar hasta su implementación tomando en cuenta diversos factores como son: la identificación del problema o necesidad, el proceso que requiere al sistema de bombeo, como hasta la operación y mantenimiento de la instalación y equipo. Estos son los pasos o etapas que comúnmente deberá desarrollar el proyectista o usuario, que a su vez deberá presentar al fabricante para poder terminar con éxito la metodología de implementación de su sistema de bombeo. 6.5.91 PASOS PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE BOMBEO

PROYECTISTA 1. 2. 3. 4.

Identificación de Proceso Diseño del sistema Cálculo del sistema Petición de oferta 38

5. Selección 6. Especificaciones 7. Inspecciones 8. Pruebas 9. Autorización de Envío 10. Recepción 11. Instalación 12. Puesta en servicio 13. Servicio Técnico 14. Mantenimiento 6.5.92 IDENTIFICACIÓN DE PROCESO

La implementación de un sistema de bombeo se lleva a cabo debido a la necesidad tangible de la utilización de un determinado fluido que forma parte de un proceso, el cual deberá de ser transportado para así cumplir con los objetivos de dicho proceso. Los requerimientos y/o características del sistema variarán según sea la aplicación o función del fluido en dicho proceso, por ejemplo, la utilización para el consumo humano o animal, para el riego, enfriamiento, calentamiento, tratamiento químico, sofocación de incendios, entre otras. Lo que nos lleva a la siguiente etapa de diseño en la implementación del sistema. 6.5.93 DISEÑO DEL SISTEMA

La especificación básica que debe satisfacer un sistema de bombeo es el transporte de un caudal de un determinado fluido de un lugar a otro. Además, suele ser necesario que el fluido llegue al lugar de destino con una cierta presión, y que el sistema permita un rango de variación tanto del caudal como de la presión. Cuando un proceso implica la instalación de una bomba, lo primero es el diseño de la instalación; para evitar detalles errados, se presenta especial atención a la línea de succión; evitando bolsas de aire, exceso de codos y malas disposiciones de estos; así como un correcto dimensionamiento de la tubería para así asegurar cumplir con el parámetro antes mencionado de la NPSH y poder evitar el efecto de la cavitación, y en forma general se permitan cumplir las especificaciones de la forma más económica y optima posible. De todas formas, aunque el dinero suele ser una parte muy importante al final de un diseño, para que esté correctamente realizado es necesario contemplar otros aspectos como la seguridad, fiabilidad, facilidad de mantenimiento, impacto ambiental y otros factores humanos, que en muchos casos quedan fuera del ámbito del estudio.

39

En cuanto a la operación de un sistema de bombeo, hay que tener en cuenta los sistemas de regulación y control que permitan obtener el caudal y la presión deseados, así como los problemas de cavitación, inestabilidades y transitorios que se puedan producir. 6.5.94 CÁLCULO DEL SISTEMA

El cálculo y el diseño del sistema van de la mano con la selección de la bomba que lo conformará, ya que para elegir la adecuada y poder implementarse uno que sea considerado optimo en cuestiones de costos, eficiencia y practicidad de operación deberán analizarse con detenimiento todos los elementos en el diseño de la instalación. Los datos finales principales a obtener en el cálculo del sistema son:



1. Carga Dinámica total de la bomba (  ) 2. Caudal (Q) 3. Altura positiva neta de succión disponible



Estos tres elementos son los necesarios para poder llevar a cabo la selección de la bomba, tomando en cuenta las características del fluido a bombear. PASOS PARA EL CÁLCULO DEL SISTEMA. Para el cálculo del sistema se debe tener presente que los siguientes datos sean los más exactos posibles. PASO 1.       

Caudal deseado a distribuir por el sistema, Q Fuente del fluido a bombear Presión del fluido en la fuente Altura de succión (carga estática de succión) Destino del fluido a bombear Presión del fluido en el destino Altura de elevación (carga estática de descarga)

40

Fig. 26 Fuentes del fluido a bombear, aspiración y en carga. PASO 2. CARACTERÍSTICAS DEL FLUIDO A BOMBEAR  ¿Qué tipo de fluido?  Temperatura, T  Gravedad específica, ge  Peso específico , γ  Viscosidad , ν  Presión de vapor, 



Tabla 1 de Propiedades de Fluidos Comunes @ 25°C 41

PASO 3. DISTRIBUCIÓN DE LA INSTALACIÓN

Fig. 27 Esquema de distribución para bomba vertical

Fig. 28 Esquema de distribución para bomba horizontal

42

Fig.29 Esquema de distribución para bomba horizontal con depósito de aspiración.

PASO 4. DECISIONES DE DISEÑO DE LA TUBERÍA:  Longitud total de la línea de succión, L  Longitud total de la línea de descarga, L PASO 5. TUBERÍA. LÍNEA DE SUCCIÓN Y DESCARGA. Pueden ser de diferente tamaño y/o material.  Materiales  Rugosidad, ԑ  Diámetro, D  Área de flujo,  

 

PRINCIPIOS PARA EL DISEÑO. TRAMOS DE TUBERÍA A CONSIDERAR Para llevar a cabo el diseño de las tuberías que componen las distintas líneas de proceso se dividirán éstas en tramos, cada uno de los cuales estará formado por la porción de línea comprendida entre dos equipos consecutivos. De esta forma los diferentes aspectos a calcular (diámetro óptimo de la conducción, pérdidas de carga, etc.) se evaluarán independientemente para cada uno de estos tramos. La definición y descripción de los diferentes tramos de tubería se realizará sobre el correspondiente diagrama de flujo, usándose para designar cada uno de ellos los nombres de los equipos que constituyen su principio y su final. DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO ÓPTIMO DE LA CONDUCCIÓN Un aspecto muy importante a tener en cuenta para el diseño del sistema de tuberías sistema es el de la velocidad que alcanza el fluido por el interior de las conducciones. Dicha velocidad, en el caso de la circulación isoterma de fluidos incompresibles, viene determinada por el caudal y el diámetro de la sección interna de la conducción, y para cada 43

fluido tiene un valor máximo que no debe ser sobrepasado, ya que de lo contrario puede producirse un deterioro del producto por tratamiento mecánico inadecuado. Los valores aproximados que se usan en la práctica dependen del tipo de fluido que se trate, pero los más corrientes se recogen en la Tabla 1. Los valores de la tabla son los más corrientes en la práctica ordinaria, sin embargo, en condiciones especiales, pueden requerirse velocidades que están fuera de los intervalos indicados. Las velocidades pequeñas han de ser las más utilizadas, especialmente cuando el flujo es por gravedad desde tanques elevados.

Tabla 2. Velocidades recomendadas para fluidos en tuberías.

Así, para un caudal determinado del fluido a bombear, imponiendo la velocidad máxima del mismo, se determina de forma inmediata el diámetro mínimo de la conducción. Deberá escogerse, en cualquier caso, el diámetro normalizado inmediatamente superior a dicho valor mínimo. Dicho valor es lo que se conoce como el diámetro óptimo de la conducción, pues representa el menor coste posible, cumpliendo las exigencias en cuanto a la velocidad de máxima de circulación del fluido por la misma. PASO 6. CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN LA TUBERÍA, Σ 





Especificar puntos de referencia para la ecuación de la energía  Punto 1 y 2 Datos del sistema  Caudal Q  Presión en el punto 1 y 2  Velocidad en el punto 1 y 2  Elevación en el punto 1 y 2 44





Propiedad del fluido  Peso específico  Viscosidad Especificaciones de la tubería. Pueden ser de diversos tamaños de diámetro y/o materiales, lo que implica la determinación de los valores independientes para cada diámetro y/o material de tubería.  Diámetro, D  Rugosidad de la pared, ԑ  Longitud, L  L/D  Velocidad de flujo, v 

 Carga de velocidad, 2



Número de Reynolds,



Rugosidad relativa, D/ԑ

2

 = 

Factor de fricción, λ (diagrama de Moody)

Fig. 30 Pérdidas de energía por fricción, sistema en aspiración. 

 

Pérdida de energía en la tubería. Para cada variación de dimensión de diámetro, si es que la hubiera,  Pérdidas debido a los accesorios,  Pérdida total de energía , Σ 







45

Todos estos factores se introducen en la formula de pérdidas de carga por fricción según la ecuación de Darcy-Weisbach:

  = 2  +    +  2

Donde:

 

Longitud equivalente de los accesorios (válvulas, codos, etc.). Coeficiente de resistencia de entradas y salidas de tanque, expansión y contracción súbita o gradual en la tubería.

k 



 )  =  −  +  −  +  2− +  

Calcular la Carga dinámica total ( 2

2 2

1

2



2 1

1

Curva del sistema

ECUACIÓN DEL SISTEMA En un sistema de ganancia de energía se conoce como ecuación o curva del sistema a la relación que se establece entre la altura dinámica total (  ) y el caudal del sistema (Q s) para un diámetro determinado:



Altura dinámica total= Altura de succión + Altura de elevación + Altura de pérdidas de energía

 =  +  +   Si se adopta la ecuación de pérdidas de Darcy  –  Weisbach, se supone que los diámetros de succión y descarga son iguales y se combina con la ecuación de continuidad, se obtiene:

   +   =  +   +    8

2

2

4

46

Que se puede representar así:



Obsérvese que la curva del sistema representa las características hidráulicas (   ) y físicas (  +  ) del sistema de trasiego, la calculará el ingeniero y es completamente independiente de la bomba que se instale para satisfacer la necesidad.

 

H

   +  Q Fig. 31 Curva del sistema

Para trazar esta curva solo es necesario dar diversos valores a Q en la ecuación. PASO 7. CARGA ESTÁTICA TOTAL

 =  −  +  −  2

1

2

PASO 8. CALCULAR

1

  =  ±  −   −   > 

47

NPSHr (Requerido) Es la NPSH mínima que se necesita para evitar la cavitación. Depende de las características de la bomba, por lo que es un dato regularmente proporcionado por el fabricante.

 =  + 2 2

Donde:



Presión absoluta mínima necesaria en la zona inmediata anterior a los alabes.

 2

Carga cinética en la entrada del líquido en la boca del impulsor.

2

NPSHdisp (Disponible) Depende de las características de la instalación y del líquido a bombear. Esta es independiente del tipo de bomba y se calcula de acuerdo a las condiciones atmosféricas y de instalación/operación.

 =  ±  −   −  Donde:

 Presión atmosférica  Altura de succión (Nota:  se resta si el nivel del agua está por abajo del ojo del se suma si el nivel del agua está por arriba del impulsor)  Presión de vapor (depende de la temperatura del líquido)   Pérdidas de energía por fricción en la tubería de succión Por lo tanto, para evitar cavitación en la bomba y asegurar el correcto funcionamiento de una instalación, el NPSH disponible debe ser siempre mayor al NPSH requerido por la bomba.

 > 

48

Fig.32 Representación de las alturas que intervienen en el cálculo de NPSH disponible de la instalación en carga y en aspiración.

Hasta este punto correspondería al cálculo de las diversas variables para así poder emplear los parámetros de caudal, carga dinámica total y altura neta positiva de succión para la selección de la bomba y llevar a cabo la implementación del sistema de bombeo.

6.5.95 SELECCIÓN DEL SISTEMA

PARÁMETROS INVOLUCRADOS EN LA SELECCIÓN DE LAS BOMBAS Una vez realizados los pasos de cálculo, es importante que al seleccionar una bomba para una aplicación especifica, se consideren los siguientes factores: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Naturaleza del líquido por bombear. Capacidad requerida (caudal o flujo volumétrico) Condiciones del lado de succión (entrada) de la bomba. Condiciones del lado de descarga (salida) de la bomba. Carga total sobre la bomba (  ). Tipo de sistema donde la bomba impulsa el fluido. Tipo de fuente de potencia (motor eléctrico, motor diesel, turbina de vapor y otros). 8. Limitaciones de espacio, peso y posición. 9. Condiciones ambientales. 10. Costo de adquisición e instalación de la bomba. 11. Costo de operación de la bomba. 12. Códigos y estándares gubernamentales.



49

Para la selección del modelo adecuado de bomba (una vez establecido el tipo de ésta) se recurrirá a las llamadas curvas características de la bomba, aportadas por el fabricante de las mismas. Se necesitan tres curvas diferentes:   

Las de caudal y carga de la bomba, llamadas curvas H-Q Las de potencia del motor necesario P-Q Las de Carga Positiva Neta de Aspiración Requerida (NPSHr - Q)

Las curvas características se construyen normalmente mediante pruebas realizadas con agua, por lo que sus datos se deben re calcular si se van a bombear líquidos con otras propiedades físicas. Así pues siguiendo con el desarrollo de los pasos, lo correspondiente a la selección de la bomba es: PASO 9. SELECCIÓN DE LA BOMBA, en función del caudal Q, carga dinámica total de la bomba  , y  (en curvas de rendimiento de las bombas centrífugas del fabricante).

 

 



Con la carga y el caudal calculados se ha de acudir a la curva H- Q y, fijando estas dos magnitudes, determinar el diámetro del rodete, que en caso de no resultar un valor exacto nos llevaría a escoger el valor mayor más cercano. Con el diámetro de rodete determinado y el caudal, en la curva de potencia se determina el consumo de la bomba. Finalmente y en la curva de NPSHr se determina dicho valor, para el caudal desarrollado.

50

Fig.33 Selección de la bomba CASO A: Se encuentra en el punto de máximo rendimiento, pero correspondiendo a la línea del impulsor de máximo diámetro, por lo que las características de la bomba no podrán aumentarse de exigirlo así una modificación del sistema. CASO B: EL punto de trabajo se encuentra sobre la curva de diámetro mínimo de impulsor, indica un claro sobredimensionamiento de la bomba, y por lo tanto, representa así un encarecimiento. CASO C: Aquí está situado en un diámetro intermedio, pero el rendimiento es muy bajo y por lo tanto, el consumo elevado; la bomba está sobredimensionada. CASOS D Y E: Ambos serían teóricamente correctos, pero mientras el D al aumentar el diámetro del impulsor mejoraría el rendimiento, en el E disminuiría. Por lo tanto el D seria el óptimo entre los diferentes casos considerados. Resumiendo, el punto de trabajo debe corresponder a un diámetro de impulsor no superior al 90% del máximo y situado en la parte izquierda del rendimiento máximo. La forma de la característica debe ser, asimismo, motivo de estudio. Una curva excesivamente plana no admite regulación de caudal al estrangular la válvula de impulsión; por el contrario, si su pendiente es grande, el punto de trabajo puede modificarse con excesiva facilidad. Los máximos en la curva deben evitarse, principalmente si han de 51

trabajar en paralelo con otra. Esta instalación es muy utilizada cuando se desea obtener mayor caudal con la misma altura.   

Identificar condiciones esperadas de operación, CEO Proyectar curva del sistema,  Identificar condiciones reales de operación, CRO



EL punto CEO se posiciona en la curva de rendimiento de la bomba determinada con los valores de caudal y carga calculados, y una vez trazada la curva del sistema  , esta se cruza con la curva de la bomba H-Q, y es ahí donde se traza el punto CRO, como lo muestra la siguiente figura:



Fig. 34 Curva del sistema. Puntos de funcionamiento de la bomba

52

En curvas del fabricante:

Fig.35 Curvas de rendimiento de la bomba proporcionadas por el fabricante En la actualidad hay disponibles programas informáticos, suministrados por los fabricantes, que realizan la función de las curvas características. OPERACIÓN DE BOMBAS EN PARALELO Se plantea que varias bombas están operando en paralelo, cuando sus caudales van a parar a una tubería común, sumándose para obtener una mayor descarga. Como la carga a presión en la tubería común es una sola, cada bomba ajustará su funcionamiento a dicha carga , luego el resultado de la operación de bombas en paralelo será que: 1. Se sumarán las capacidades o caudales de las distintas bombas a cargas iguales, para así obtener el caudal total de bombeo. 2. La potencia necesaria resultante será la suma de las potencias para las cargas iguales correspondientes a cada caudal. 3. La eficiencia de la combinación se determina para cada carga, a través de la potencia de la combinación como suma de las potencias individuales para cargas iguales.

53

Fig.36 Funcionamiento del sistema con acoplamiento de bombas en paralelo

Si las bombas colocadas en paralelo son iguales, la capacidad y la potencia necesaria para cargas iguales se duplicarán, triplicarán, etc.; según sean dos, tres o más bombas iguales las colocadas en paralelo. La eficiencia será igual que en la bomba original para el punto de la curva de la combinación que signifique doble o triple capacidad. Como característica fundamental a resaltar en un acoplamiento de bombas en paralelo, es que el caudal total entregado por la combinación siempre es menor que el número de bombas por el caudal que suministra una sola bomba. La relación existente entre el caudal que suministra una bomba y el que suministra la combinación dependerá de las características de cada una de las bombas acopladas, del conjunto en paralelo y de la curva característica del sistema de tuberías. CASOS COMUNES DE ACOPLAMIENTO DE BOMBAS EN PARALELO Las bombas roto dinámicas, acopladas para el trabajo en paralelo, influyen mutuamente una en otra: el caudal, la carga, la potencia y la eficiencia de cada una de ellas depende esencialmente de los regímenes de carga de las máquinas que funcionan conjuntamente 3. A continuación se presentan varios casos de operación de dos bombas en paralelo 5: 1. Caso 1: bombas iguales operando contra sistemas de tuberías iguales hasta el punto donde comienza la tubería común de impulsión. Evidentemente, en este caso se cumplen las condiciones planteadas anteriormente, es decir, ambas bombas están operando contra la misma carga, por tanto, se cumplirá perfectamente que se suman los gastos para cargas iguales. 54

Fig. 37 Acoplamiento de bombas idénticas en paralelo

Q = Q1 + Q 2 H = H1 = H2 2. Caso 2: bombas iguales operando contra sistemas de tuberías diferentes hasta el punto donde comienza la tubería común de impulsión. En este caso como los sistemas de tuberías son diferentes hasta el punto de unión de las tuberías de descarga secundarias de las bombas, se puede afirmar que estas dos bombas no están operando contra la misma carga, pues en definitiva están operando contra sistemas diferentes. 3. Caso 3: bombas diferentes operando contra sistemas de tuberías iguales hasta el punto donde comienza la tubería común de impulsión. En este caso se tiene que los sistemas de tuberías son iguales para cada bomba pero por tratarse de bombas diferentes, los gastos serán también diferentes y como consecuencia de ello, las pérdidas que se producen en cada tramo hasta el punto de unión serán diferentes y en conclusión las curvas de los sistemas serán distintos implicando esto que las bombas estén operando contra cargas diferentes. 4. Caso 4: bombas diferentes operando contra sistemas de tuberías diferentes hasta el punto donde comienza la tubería común de impulsión. Este es un caso en el cual es evidente, por todo lo anteriormente expuesto en los casos 2 y 3, que las bombas están operando contra diferentes cargas.

55

CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DE LA BOMBA 

Composición del líquido

Es fundamental en la elección de los materiales constructivos de las distintas partes de la bomba que están en contacto con el líquido. Mientras más exactas sean las informaciones sobre la composición del líquido que se bombea, más serán precisos las elecciones de los materiales que constituyen la estructura de la bomba, así como las guarniciones y el eventual sellado mecánico. Por ejemplo: concentraciones distintas de un mismo ácido pueden exigir materiales constructivos de características diferentes. 

Funcionamiento en seco

Se aconseja siempre proteger la bomba del funcionamiento en seco. Uno de los modos más usados, es siempre la aplicación en el pozo de un nivel de mínimo que interrumpa el funcionamiento de la bomba apenas llega al nivel peligroso para la misma bomba. 

Temperaturas de operación

Es importante conocer la temperatura máxima y mínima (además de la temperatura normal de ejercicio) por los motivos referidos en el punto anterior. La temperatura del fluido en movimiento actúa con efectos importantes sobre los materiales: temperaturas muy bajas pueden volver frágil una determinada materia plástica, mientras que temperaturas elevadas pueden crear fenómenos de ablandamiento y deformación de las partes constructivas. 

Sólidos en suspensión

También en este caso, conocer la naturaleza y la cantidad de las partículas suspendidas es determinante. En efecto, hay materiales que, con la misma resistencia a la agresión química, tienen distintas características de resistencia a la abrasión. La naturaleza de los sólidos en suspensión puede influir sobre la elección misma del tipo de bomba: en algunos casos puede ser necesario adoptar una bomba vertical sin forros de guía o evitar el uso de bombas con acoplamiento magnético.

56



Instalaciones de la bomba

Se debe procurar que la bomba pueda aspirar en una zona del recipiente o del pozo donde el líquido presente buenas características. Por ejemplo, si el líquido tiene tendencia a crear depósitos fangosos en el fondo del pozo, el líquido se tendrá que mantener en continuo movimiento para evitar la formación de dicho fango. O de lo contrario, la aspiración de la bomba tendrá que estar ubicada a una altura tal que no pueda bombear concentraciones demasiado elevadas de fango para que no obstruyan la aspiración.

ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA Después de seleccionar la bomba debe especificarse lo siguiente: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Tipo de bomba y su fabricante. Tamaño de la bomba. Tamaño de la conexión de succión y su tipo (bridada y otras). Tamaño y tipo de la conexión de descarga. Velocidad de operación. Especificaciones para el impulsor (por ejemplo para un motor eléctrico potencia que requiere, velocidad, voltaje, fase, frecuencia, tamaño del chasis y tipo de cubierta). 7. Tipo de acoplamiento, fabricante y número de modelo. 8. Detalles de montaje. 9. Materiales y accesorios especiales que se requiere, si hubiera alguno. 10. Diseño y materiales del sello del eje. Los catálogos de bombas y los representantes del fabricante proporcionan la información necesaria para seleccionar y cumplir con las especificaciones de las bombas y el equipo accesorio.

57

7 AGUAS RESIDUALES 7.1 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos físicos, químicos y biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes físicos, químicos y biológicos presentes en el agua efluente del uso humano. El objetivo del tratamiento es producir agua limpia (o efluente tratado) o reutilizable en el ambiente y un residuo sólido o fango (también llamado biosólido o lodo) convenientes para su disposición o rehúso. Es muy común llamarlo depuración de aguas residuales para distinguirlo del tratamiento de aguas potables. Las aguas residuales son generadas por residencias, instituciones y locales comerciales e industriales. Éstas pueden ser tratadas dentro del sitio en el cual son generadas (por ejemplo: tanques sépticos u otros medios de depuración) o bien pueden ser recogidas y llevadas mediante una red de tuberías - y eventualmente bombas - a una planta de tratamiento. Los esfuerzos para recolectar y tratar las aguas residuales domésticas de la descarga están típicamente sujetos a regulaciones y estándares locales, estatales y federales (regulaciones y controles). A menudo ciertos contaminantes de origen industrial presentes en las aguas residuales requieren procesos de tratamiento especializado. 7.2 PROCESO DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

1.-Típicamente, el tratamiento de aguas residuales comienza por la separación física inicial de sólidos grandes (basura) de la corriente de aguas domésticas o industriales empleando un sistema de rejillas (mallas), aunque también pueden ser triturados esos materiales por equipo especial; 2.- Posteriormente se aplica un desarenado (separación de sólidos pequeños muy densos como la arena) seguido de una sedimentación primaria (o tratamiento similar) que separe los sólidos suspendidos existentes en el agua residual. 3.- Para eliminar metales disueltos se utilizan reacciones de precipitación, que se utilizan para eliminar plomo y fósforo principalmente. 4.-A continuación sigue la conversión progresiva de la materia biológica disuelta en una masa biológica sólida usando bacterias adecuadas, generalmente presentes en estas aguas. 5.-Una vez que la masa biológica es separada o removida (proceso llamado sedimentación secundaria), el agua tratada puede experimentar procesos adicionales (tratamiento terciario) como desinfección, filtración, etc. 58

6.-El efluente final puede ser descargado o reintroducido de vuelta a un cuerpo de agua natural (corriente, río o bahía) u otro ambiente (terreno superficial, subsuelo, etc). Los sólidos biológicos segregados experimentan un tratamiento y neutralización adicional antes de la descarga o reutilización apropiada. 

“El agua y el saneamiento son uno de los principales motores de la salud pública. Suelo referirme a ellos como Salud 101, lo que significa que en cuanto de pueda garantizar el acceso al agua salubre y a instalaciones sanitarias adecuadas para todos, independientemente de la diferencia de sus condiciones de vida, se habrá ganado una importante batalla contra todo tipo de enfermedades.” “Dr. LEE Jong-wook, Director General, Organización Mundial de la Salud”

7.3 DESARENADOR Y SEDIMENTADOR 7.3.1 GENERALIDADES

En los casos en que la fuente de abastecimiento de agua sea del tipo superficial, se hace necesaria la instalación de un dispositivo que permita la remoción de la arena y partículas de peso específico similar, que se encuentran en suspensión en el agua y son arrastradas por ella. Esta es la función que cumplen los desarenadores, cuyos componentes principales son los siguientes: 1- Dispositivos de entrada y salida que aseguren una distribución uniforme de velocidades en la sección transversal. 2- Volumen útil de agua para la sedimentación de las partículas, con sección transversal suficiente para reducir la velocidad del flujo por debajo de un valor predeterminado, y con longitud adecuada para permitir el asentamiento de las partículas en su trayectoria. 3- Volumen adicional en el fondo, para almacenar las partículas removidas, durante el intervalo entre limpiezas. 4- Dispositivos de limpieza y rebose.

59

7.3.2 MANTENIMIENTO

Un adecuado mantenimiento de las unidades de sedimentación se hace necesario para asegurar que estas unidades trabajen en forma efectiva y eficiente; si se descuidara este aspecto las unidades (desarenador y sedimentador) podrían no remover las materias suspendidas en el agua, ocasionando una obstrucción en el sistema de filtro o de distribución. Los sedimentos interfieren con el proceso de sedimentación incrementando la velocidad del agua en el tanque. Además, la acumulación de estos sedimentos puede causar descomposición y causar sabores y olores en el agua. HERRAMIENTAS Y MATERIALES Dependiendo del trabajo a realizar y del método a utilizar se pueden emplear diferentes herramientas, equipos y materiales. HERRAMIENTAS Se debe contar por lo menos con las siguientes herramientas: - Manual de operación y mantenimiento - Turbidímetro de campo - Pala - Carretilla - Llave steelson - Llave francesa - Llave de cadena - Baldes - Escobillas - Escoba - Brochas MATERIALES - Pintura anticorrosiva - Repuestos y empaquetaduras de válvulas OPERACIÓN La operación de los desarenadores y sedimentadores es muy sencilla, básicamente es llevar una vigilancia de la eficiencia de éste para proceder a la evacuación de los sedimentos acumulados en el fondo de la unidad. Esta vigilancia está relacionada con el control del caudal que ingresa a la unidad y el control de la calidad de agua efluente. 60

Actividad

Medición y control de caudal

Acciones claves 

Verificar el nivel de agua en el dispositivo de aforo de cada unidad.



Ajustar la válvula de entrada hasta alcanzar el caudal de operación.



Medir la turbiedad del agua a la entrada de la unidad.



Medir la turbiedad del agua a la salida de la unidad.

Evacuación de lodos o sedimentos



Disponer la evacuación de sedimentos del fondo de la unidad, cuando la diferencia entre la turbiedad del agua efluente y el afluente sea baja.

Registro de información



Anotar en el libro de registro diario los valores de turbiedad en el ingreso y salida de la unidad.



Cambios en el caudal de la fuente durante el día.



Fecha de lavado de la unidad.

Medición de turbiedad

ACTIVIDADES DE MANTENIMIENTO El mantenimiento de los desarenadores y sedimentadores incluye actividades periódicas que consisten principalmente en el drenaje y evacuación de sedimentos acumulados en el fondo de la unidad. La evacuación de los sedimentos que se depositan en el fondo de la unidad será cada 6 u 8 semanas dependiendo de la calidad del agua cruda y del volumen del tanque. Si el agua es muy turbia la remoción de sedimentos se debe realizar con mayor frecuencia.

61

Actividad: Lavado de la unidad Cortar el flujo de agua hacia el tanque

Acciones claves 

Cerrar la válvula de entrada al tanque.

Limpieza cámara de entrada



Desprender el material adherido en el fondo y en las paredes de la cámara, utilizando escobilla con cerdas de material sintético.

Limpieza de cámara de sedimentación



Abrir la válvula de drenaje para la evacuación de lodos y dejar evacuar toda el agua y sedimentos.



Con palas, cubetas, baldes, tablas y carretilla, remover los sedimentos del tanque, empujándolos hacia el drenaje y llevándolos fuera del lugar. Raspar el fondo del tanque y dejarlo completamente limpio.



Si hubieran una bomba y manguera, rociar los sedimentos del fondo.



Enjuagar completamente el tanque antes de restaurar su funcionamiento.

Limpieza cámara de salida



Poner en funcionamiento



Desprender el material adherido al fondo y paredes de la cámara. Cerrar los drenajes y abrir las válvulas para llenar el tanque.



Una vez limpio el tanque debe volver a sus funciones en cuanto sea llenado. Esto debe ser entre 4 a 6 horas, dependiendo del volumen del tanque.

Es importante no realizar los cortes de suministro en horas de máxima demanda. Generalmente, se realizan de medio día a media tarde.

62

Figura 1. Limpieza de entrada de un desarenador.

Figura 2. Limpieza de un desarenador.

OTRAS ACTIVIDADES DE MANTENIMIENTO Otros mantenimientos que deben realizarse con periodicidad son:    

Engrasado de los dispositivos de apertura de compuertas (mensualmente). Pintado de elementos metálicos con pintura anticorrosiva (semestralmente). Inspección minuciosa de la unidad, resane de deterioros en la estructura, reparación cambio de válvulas y compuertas (anualmente).

63

Figura 3. Pintado de elementos metálicos con pintura anticorrosivo.

Figura 4. Engrasado de válvulas.

REGISTROS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO Los aspectos operacionales y de mantenimiento deben ser considerados desde la fase de planeación del proyecto. Usualmente se conforma un ente para administrar el sistema de abastecimiento de agua; sin embargo, es el operador quien juega un papel importante en la operación y mantenimiento del sistema. Se considera, entre otras funciones principales del operador de una planta de tratamiento, el control del flujo, el monitoreo de la calidad del agua, la limpieza de las unidades de pre tratamiento y la ejecución de actividades generales de mantenimiento. Una herramienta importante para el operador y que contribuye a alcanzar un mejor control sobre el funcionamiento del sistema, es la ficha de control, la cual debe ser llevada diariamente según el programa de seguimiento acordado con el ente de soporte en control y vigilancia de la calidad del agua. Los registros obtenidos para los parámetros de interés

64

deben ser comparados con los valores deseables, a fin de establecer la eficiencia en el funcionamiento de la planta de tratamiento y tomar las acciones en caso de ser necesarias. RESUMEN DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO PREVENTIVO.

DESARENADOR Y SEDIMENTADOR ACTIVIDADES Usualmente

Inspeccion visual y movimientos de válvulas.

Periodica o Permanente

Retiro de sedimentos: por manejo de válvulas, accesorio y manual. Limpieza de la estructura (interna y externa). Revisión del estado físico y del sistema de funcionamiento: caudal, volumen de agua, rebose, fugas, etc. Pintura y lubricación de los accesorios.

Instrumentos de apoyo

Recomendaciones

Registro de la información en libros, bitacoras o formularios. Herramientas: palas, palustres, cepillos metálicos y/o sintéticos, materiales como ostes, etc. MANTENIMIENTO PREVENTIVO. Semanalmente: Limpieza de estructura o según estado de los sedimentos

8 ALCANCES Y LIMITACIONES La selección de las bombas para la implementación del nuevo sistema de bombeo se basará en información aportada por la empresa como planos, levantamiento en campo así como también tomando en cuenta el equipo de bombeo actual. La óptima selección se garantiza por medio del análisis de la teoría de la ecuación general de la energía de bernoulli. Se proyectara el plan de mantenimiento de la fosa de aguas residuales desarenador y sedimentador. Siendo así ambas propuestas potenciales acciones de mejora al sistema actual de bombeo de aguas residuales del sistema de tratamiento de aguas residuales. 65

9 DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES REALIZADAS Se describen algunas actividades realizadas dentro de la planta adjuntas a las pertinentes del proyecto en cuestión, con fines de dar una proyección constante de los periodos que abarcan la estancia dentro de la empresa.

9.1 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

PERIODO Semana 1. 4 al 9 de julio

ACTIVIDADES Curso de inducción de la seguridad industrial y de la historia y actividades de la empresa Peñoles.

Semana 2. 11 al 16 de julio

Curso de inducción de la seguridad industrial de la planta refinería de la empresa Met – Mex Peñoles. Reconocimiento de las instalaciones de la planta así como del área de trabajo del desarrollo de las prácticas profesionales.

Semana 3. 18 al 23 de julio

Elaboración de programas de mantenimiento de diversos equipos de la planta Refinería.

Semana 4. 25 al 30 de julio

Curso de inducción de la herramienta Navegador del Software de mantenimiento Máximo utilizado en la empresa.

Semana 5. 1 al 6 de agosto

Desarrollo de la herramienta Navegador del Máximo. Reconocimiento de las instalaciones de la planta para la detección de mejoras. Semana 6. Observaciones del sistema de bombeo de aguas residuales de la 8 al 13 de agosto planta. Semana 7. Estudio de planos de la red de tratamiento de aguas residuales y el 15 al 20 de agosto sistema del desarenador. Semana 8. Levantamiento volumétrico del sistema de bombeo e instalación 22 al 27 de agosto del desarenador de aguas residuales. Semana 9. Desarrollo del proyecto para la implementación de un nuevo 29 de agosto a 3 de sistema de bombeo para aguas residuales del desarenador. septiembre Semana 10. Cálculo del sistema de bombeo. 5 al 10 de septiembre Semana 11. Cálculo del sistema de bombeo. 12 al 17 de septiembre 66

Semana 12 19 al 24 de septiembre Semana 13. 26 de septiembre al 1 de octubre Semana 14. 3 al 8 de octubre Semana 15. 10 y 11 de octubre

Selección del sistema de bombeo Plan de mantenimiento de la fosa desarenador y sedimentador.

Dibujos representativos de la instalación del sistema de bombeo. Dibujos representativos del mantenimiento de la fosa.

9.2 DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS ACTIVIDADES

Semana 1. Curso de inducción de la seguridad industrial y de la historia y actividades de la empresa Peñoles. Se imparte un curso en donde se instruye al personal acerca de las medidas de seguridad relevantes en la empresa, conceptos generales de la seguridad industrial y el sistema distintivo de la empresa Met- Mex peñoles desarrollados para evitar accidentes. Semana 2. Curso de inducción de la seguridad industrial de la planta refinería de la empresa Met – Mex Peñoles. Reconocimiento de las instalaciones de la planta así como del área de trabajo del desarrollo de las prácticas profesionales. Se hace énfasis de la seguridad, enfocado a la planta Refinería, abarcando temas como el sistema de alarmas, la protección auditiva, equipo de protección, ropa de trabajo, cero tolerancia, ubicación de señalamientos de seguridad, vialidad, rutas de emergencia, puntos de reunión, cuadrillas de seguridad, entre otros. También se me dio a conocer entre otras áreas, el área de Mantenimiento donde desarrollaría mis prácticas profesionales. Semana 3. Elaboración de programas de mantenimiento de diversos equipos de la planta Refinería. Desarrollar procedimientos de mantenimiento de equipos mecánicos diversos para las diferentes áreas de la planta Refinería con el fin de obtener información documentada de procedimientos de mantenimiento seguros. Semana 4. Curso de inducción de la herramienta Navegador del Software de mantenimiento Máximo utilizado en la empresa.

67

La empresa emplea el software de mantenimiento Máximo, con una aplicación especial llamada Navegador en donde se encuentran documentadas las partes y refacciones de los diversos equipos mostrados en forma de imagen. Semana 5. Desarrollo de la herramienta Navegador del Máximo. Reconocimiento de las instalaciones de la planta para la detección de mejoras. Se comenzaron a cargar los diversos equipos especificados por la empresa, catalogados como equipos críticos a la herramienta Navegador, por lo que fue necesario identificar la ubicación de estos, así como también se fueron analizando las posibles mejoras que pudieran darse a la planta. Semana 6. Observaciones del sistema de bombeo de aguas residuales de la planta. Se hacen observaciones de las características del sistema de bombeo actual, arreglo del sistema, disposición de tuberías y las líneas de descarga de las aguas residuales. Semana 7. Estudio de planos de la red de tratamiento de aguas residuales y el sistema del desarenador. Se analiza la red de tubería de aguas residuales de la planta refinería por medio de los planos existentes para así tomar en cuenta la longitud de la tubería en su trayectoria hacia el sistema de tratamiento de aguas residuales situada en otra planta. Cabe mencionar que existen algunas modificaciones en algunos tramos de tubería, por lo que fueron tomadas en cuenta. Semana 8. Levantamiento volumétrico del sistema de bombeo e instalación del desarenador de aguas residuales. Se hacen mediciones de la instalación actual del desarenador de aguas residuales para el cálculo de la selección del sistema de bombeo. Semana 9. Desarrollo del proyecto para la implementación de un nuevo sistema de bombeo para aguas residuales del desarenador. Cálculo del sistema de bombeo. Se realiza el desarrollo teórico del proyecto, tanto para la selección e implementación del sistema de bombeo, como de los procesos para tratamientos de aguas residuales y el mantenimiento de los diversos equipos e instalaciones requeridas.

68

Semana 10 y 11. Cálculo del sistema de bombeo. Se desarrolla el cálculo en base a los fundamentos teóricos para la selección de los sistemas de bombeo. Semana 12. Selección del sistema de bombeo Se analizan posibles equipos de bombeo para los requerimientos establecidos, tomando en cuenta la instalación actual de tubería y equipo de bombeo. Semana 13. Plan de mantenimiento de la fosa desarenador y sedimentador. Se desarrolla el plan de mantenimiento para la fosa desarenador y sedimentador tomando en cuenta el estado en que se encuentra, por lo que se implementan acciones preventivas y correctivas. Semana 14. Dibujos representativos de la instalación del sistema de bombeo Se desarrollan los dibujos representativos de la instalación, aditamentos, tubería, fosa. Semana 15. Dibujos representativos del mantenimiento de la fosa. Se desarrollan los dibujos representativos del reflejo de las actividades de mantenimiento en la fosa de aguas residuales.

69

10 RESULTADOS OBTENIDOS. 10.1 SISTEMA DE BOMBEO

INFORMACION TÉCNICA DE LA BOMBA SELECCIONADA 

Bomba centrífuga de Acople Magnético. EZMAG 3 X 2  – 10 A 3500 RPM 60HZ

70

71

72



Bomba Centrífuga. 3 X 2-10 a 3500 rpm 60 HZ

73

74

10.2 DESARENADOR Y SEDIMENTADOR

PLAN DE MANTENIMIENTO CORRECTIVO Inmueble o Fallas Instalación Desarenador y Paredes internas: Sedimentador gran desgaste en el hormigón.

Actividad de mantenimiento

Especialidad

1. Recubrimiento de Albañilería concreto. 2. Recubrimiento Pintura Epóxico.

DESARROLLO DE LAS ACTIVIDADES 1.- LIMPIEZA DE LA FOSA Para iniciar con los trabajos de mantenimiento correctivo es necesario drenar la fosa de aguas residuales y posteriormente limpiarla de cualquier residuo (polvo, aceite, etc.) además de dejarla en condiciones mínimas de humedad. . Esto es necesario para una buena adherencia del concreto y la pintura Epóxica sobre las paredes y suelo a aplicarse. 2.-REVESTIMIENTO DE CONCRETO El recubrimiento deberá ser de mortero de concreto (cemento, arena y agua), utilizando un cemento de secado acelerado. Recomendación de aplicación: Rociado Este método de aplicación nos permitirá:   

Mayor uniformidad del concreto Ahorro de tiempo en la aplicación. Mayor velocidad en el secado del concreto.

Se recomienda aplicar un refuerzo de malla de alambre para una mayor adherencia.

75

3.-RECUBRIMIENTO EPÓXICO Una vez que ah fraguado y secado el concreto se prosigue a la aplicación del recubrimiento Epóxico. Aplicación: Atomizado a presión. Airless Este método nos permitirá:    

Una mayor uniformidad de capa de pintura. Ahorro de tiempo en la aplicación Mayor velocidad de secado Mayor aprovechamiento del material, menores pérdidas.

DATOS TÉCNICOS 1.-Desarenador y sedimentador 

Área total = 256



2

2.- Productos propuestos 

Cemento: Promptis®, CEMEX

-Fuerza inicial de compresión: 4hrs - Capacidad de fraguado rápido -Tiempo de aplicación: más de 60 min 76



Pintura Epóxica: Winner 3000, NERVION pinturas

77

Fig. R1 Instalación del sistema de aguas residuales

78

Fig. R2 Instalación de tubería y depósitos cebadores del sistema de bombeo.

Fig. R3 Bomba centrífuga del sistema

79

Fig. R4 Vista planta Instalación

80

Fig. R5 Vista Isométrico Instalación

81

Fig. R6 Fosa Desarenador y Sedimentador. Resultado final de reparación

82

11 CONCLUSIONES Un nuevo equipo de bombeo para el sistema de tratamiento de aguas residuales garantizará el óptimo funcionamiento de dicho sistema, de modo que se realizan dos propuestas de equipos que cumplirían con los requerimientos y especificaciones necesarias, optando primeramente por un equipo de acoplamiento magnético, con el cual esencialmente se busca obtener los beneficios que esta ofrece ausentando la flecha comúnmente acoplada que requiere de un especial sellado a través de la carcasa de la bomba , como también se propone una bomba centrífuga de gran eficiencia. Las propuestas de mantenimiento para la restauración del desarenador garantizarán una larga vida de operación, recalcando que los materiales propuestos son de lo más adecuados para el proceso de tratamiento y almacenamiento de aguas residuales. Por lo tanto se observa que se cumplen los objetivos iniciales presentando ambos desarrollos de las propuestas además de mostrarse los resultados esperados de la instalación mediante la proyección de esta en imágenes explícitas de ellas. El mantenimiento periódico de dicha instalación se reduce en gran medida, lo que implica solo un chequeo rutinario y registro en la bitácora o algún otro modo de control de la fosa desarenador y sedimentador para procurar el desfogue de lodos y evitar un acumulamiento excesivo. Poner atención en los instrumentos de mediciones de nivel, así como también en filtros, válvulas de pie y otros elementos, de modo que las bombas se accionen y detengan adecuadamente, evitando así una baja excesiva de nivel o un rebose del fluido residual. Se recomienda un nivel medio de llenado para el arranque del sistema. La seguridad del operador es de suma importancia, es preciso se haga uso de los manuales tanto de instalación como de operación y mantenimiento del sistema de bombeo y desarenador, evitando el operador y el equipo resulten dañados.

83