SELECCIÓN DE SOPLADORES CENTRÍFUGOS PARA CELDAS DE FLOTACIÓN DEFINICION DE CAUDALES Uno de los temas más complejos a la hora de definir el caudal requerido para un soplador, o cualquier equipo compresor de aire, es ponerse de acuerdo con el usuario en un idioma común respecto del término “caudal”. Algunos usuarios solicitan, por ejemplo, “necesito 10.000 m 3 /hr a 3000 metros de altitud”. El requerimiento así planteado resulta incompleto ya que a pesar de mencionarse parcialmente las condiciones ambientales, todavía falta que el usuario especifique de qué caudal está hablando. Aún le falta un “apellido” al término caudal. Las actuales definiciones de caudales son las siguientes: a) Caudal Libre (FAD: Free Air Delivery): Es el volumen de aire atmosférico que el soplador aspira independiente de las condiciones ambientales. Donde quiera que esté operando, para una presión dada, el soplador succionará el mismo volumen. b) Caudal Normal: Es el volumen de aire atmosférico que el soplador aspira bajo condiciones ambientales definidas por norma, por lo que ahora el volumen FAD que está aspirando tiene una masa definida. Las condiciones que se definen por norma son las siguientes: - Presión atmosférica: 1,013 bar - Temperatura ambiente: 0ºC - Humedad relativa: 0% Al momento de dimensionar el caudal requerido para una aplicación, normalmente el cliente conoce el caudal en m 3 /hr que requiere el proceso de parte del fabricante de las celdas. Este dato de caudal definido en este caso por el fabricante de las celdas de flotación, es un caudal NORMAL. ¿Cómo seleccionamos entonces el caudal del soplador requerido, si las condiciones ambientales difieren de las Normales? Para ello nos referimos a la Ley de los Gases Ideales: P VFAD / T = PN VN / TN Donde: P: Presión atmosférica del lugar de trabajo (bar) VFAD: Caudal Libre del soplador requerido (m 3 /hr) T: Máxima temperatura ambiente absoluta del lugar de trabajo (K = ºC + 273) PN : Presión atmosférica Normal = 1,013 bar VN : Caudal Normal, consumo de la celda definido por el fabricante (Nm 3 /hr) TN : Temperatura ambiente Normal = 273 K (0ºC) Luego:
VFAD = VN (1,013 / P) (T / 273)
Como ejemplo, si el fabricante de la celda indica que se requieren 20.000 Nm 3 /hr, y tenemos una aplicación a 4500 m sobre el nivel del mar (presión atmosférica = 0.58 bar), con máxima temperatura de 20ºC, el caudal del soplador es el siguiente: VFAD = 20.000 (1,013 / 0.58) ((20+273) / 273)
VFAD = 37.450 m3/hr
En otras palabras, el soplador debe proporcionar un volumen de 37.450 m 3 /hr FAD ya que en ese volumen en el lugar de operación hay la misma masa de aire que hay en 20.000 m3 pero en condiciones Normales.
CALCULO DE PRESION La presión que debe entregar el soplador en su flange de descarga es la suma de la presión estática de las celdas y de las pérdidas de carga del sistema.
Presión estática: Este dato surge por el diseño de las celdas dada la altura de líquido contenido en las celdas. Esta presión se define como sigue: Pest = ρ g h Donde: Pest : Presión estática (Pa) 3 ρ : Densidad del líquido (kg/m ) g : aceleración de gravedad = 9.8 m/s 2 h : altura del líquido (m)
Pérdidas de carga : Son las pérdidas de presión producto del diseño del piping desde el soplador a las celdas, y que depende de los diámetros seleccionados, de las distancias, y de las “singularidades” tales como válvulas, codos, tees, etc. Aunque este valor se puede calcular por fórmulas, existen hoy tabulaciones y nomogramas, así como tablas de longitudes equivalentes para cada tipo de singularidad.
CURVAS DE SELECCIÓN Los fabricantes de sopladores publican curvas de selección de sus sopladores, como la de la figura, que muestran los rangos de presiones y caudales de sus diversos productos.
El usuario debe tener extremo cuidado de que las curvas indiquen claramente que se refieren a 50 Hz. En el caso de fabricantes de países con 60 Hz, como Estados Unidos, los rendimientos que señalan sus curvas serán menores en nuestro país, según la siguiente relación. V1 / V2 = 60 / 50 = 1.2 P1 / P2 = (60 / 50) 2 = 1.44 Esto quiere decir que los caudales mostrados en curvas a 60 Hz deben ser divididos por 1.2, y las presiones Curvas de Selección Sopladores PowerMizer (gentileza de The Spencer Turbine Co.)
EFICIENCIA ENERGETICA Cada vez se hace más necesario contar con tecnologías de mayor eficiencia energética. Hoy esto se hace mandatorio dada la actual situación energética de nuestro país. Al momento de seleccionar un soplador, evidentemente que el costo de inversión es un factor gravitante, pero el usuario debe dar una mayor ponderación a la eficiencia energética del soplador. En un horizonte de 10 años de operación, el costo de la inversión y mantención tiene una incidencia menor a un 10% del costo total, mientras que el 90% será por concepto energía eléctrica. El usuario debe solicitar a su proveedor de celdas una evaluación en este sentido. Para un soplador típico de 700 HP, un 10% de mayor eficiencia en la compresión puede significar un ahorro energético de hasta US$ 250.000 en 10 años.
CARACTERISTICAS DEL SOPLADOR Las actuales tecnologías disponibles en sopladores centrífugos multietapas responden a los criterios de confiabilidad y de la mayor eficiencia energética. El usuario debe poner atención a que el soplador a seleccionar cuente con las siguientes características: - Carcasa de fundición : La carcasa debe incorporar en su diseño las formas más aerodinámicas posibles para un mayor rendimiento, tanto en los cabezales de succión y descarga, como en los canales laterales. Aunque existen sopladores centrífugos multietapas económicos construidos en base a placas cilindradas, no es posible obtener diseños aerodinámicos a partir de ellos, por lo que su eficiencia es baja. Al usar fundición, en cambio, es posible incorporar diseños aerodinámicos a todos los componentes internos por donde debe fluir el aire al interior del soplador.
-
Soplador centrífugo multietapas típico (gentileza de The Spencer Turbine Co.)
Impulsores: Los impulsores son claves en el rendimiento del soplador. Estos deben ser del material adecuado (normalmente aluminio fundido), y con un diseño de álabes curvados en tres dimensiones.
-
Eje y rodamientos : En aplicaciones como la flotación se requiere que el eje sea un elemento clave en la confiabilidad del soplador. Al momento de seleccionar el soplador, el usuario debe prestar atención a que sea robusto, ya que no solamente deberá soportar la torsión de partida, sino la flexión que producen los impulsores. Un diámetro generoso naturalmente implica que los rodamientos también lo sean, ya que éstos últimos son en definitiva los componentes claves en la vida útil del equipo. Los rodamientos deben ser de doble contacto angular ya que se generan fuertes cargas axiales, con importantes aceleraciones en la partida.
-
Lubricación: Precisamente la vida útil de los rodamientos depende de una adecuada lubricación. Aún cuando existen sistemas de rodamientos engrasados de por vida, es preferible tener un control sobre el estado de los mismos. Se recomiendan los sistemas con aceitera por nivel montada directamente sobre la tapa de rodamientos. Sistema de Lubricación por aceitera de nivel
-
Sellos: Otro aspecto clave es la no utilización de sellos de goma, los que tienden a
-
Accesorios: En cualquier instalación de un soplador se deben considerar los
fallar tras un cierto uso, permitiendo el paso de partículas hacia los rodamientos. Es necesario el uso de sellos de laberinto con venteo de seguridad. siguientes accesorios: -
-
Juntas de expansión de succión y descarga Válvulas mariposa de succión y descarga Filtro/Silenciador de succión Válvula check Válvula actuada de venteo anti surge. Silenciador de venteo
Panel de protección : El soplador debe ser suministrado con un panel de protección que asegure la adecuada protección del equipo contra situaciones como “surge”, sobrecarga del motor y vibraciones tanto del motor como del soplador. El panel debe ser capaz de monitorear permanentemente la corriente del motor y, dado que la corriente es linealmente proporcional al caudal, el panel debe incorporar en su lógica el caudal en el que debe iniciarse el proceso de protección anti surge, y actuar sobre la válvula actuada mencionada anteriormente. Existen varios sistemas para ello tanto del tipo directo, que ante el peligro de surge abre totalmente la válvula de venteo, así como del tipo modulado, que abre la válvula proporcionalmente al requerimiento, ahorrando energía.
Alejandro Gnecco C. Subgerente de Negocios – Equipos Industriales SIMMA S.A.
