ORIGEN DEL AGUA EN LAS MINAS

NIVEL HIDROSTÁTICO

Las aguas de la lluvia corren por la superficie para formar los ríos. Sin embargo, una parte de las aguas, antes de llegar al lecho de estos, es absorbida por los suelos permeables y forma las ca-pas subterráneas que reposan sobre una capa impermeable inferior y que se establecen al nivel hidrostático. (Fig 1)

Estas aguas circulan por el suelo muy lentamente (a velocidad de 2 a 3 m/h) encuentran salida

en puntos inferiores, a veces lejanos, y forman así manantiales. El nivel hidrostático no es horizon-tal, puesto que hay circulación de agua, pero su inclinación es pequeña, como los es la velocidad de circulación de aquellas.

Las fallas y las roturas de la explotación minera rompen la continuidad de las capas imper-meables y llevan así las aguas al interior. Son las aguas de las capas subterráneas las que con más frecuencia originan las avenidas de aguas del interior; pero también pueden ocurrir las roturas oca-sionadas. Por la explotación lleven al interior las aguas de los ríos, principalmente cuando su lecho está mal definido.

Permeabilidad de los terrenos Es muy variable. Los terrenos hulleros son con frecuencia casi impermeables. Se puede decir

que las pizarras lo son y bastante menos las areniscas y los conglomerados. Resulta que, cuando el hullero aflora, las venas de aguas son muy reducidas. Si existen su lo-

calización es bastante fácil: corresponden por ejemplo, el paso de una falla que se nota en superficie o de una zona de areniscas o de conglomerados “podridos”. Las partes inclinadas de los afloramien-tos son muy poco favorables para la intrusión del agua en el suelo. Hay que vigilar, por el contrario, los afloramientos horizontales, donde las aguas pueden estancarse.

En cuanto a los “terrenos muertos” o de recubrimiento del hullero, pueden ser también imper-meables.

MEDIDAS PARA LIMITAR LAS AVENIDAS DE AGUAS Por encima del yacimiento

La primera medida que hay que tomar en superficie es la regulación de los ríos para que sus lechos vayan llenos. Es preciso evitar que los hundimientos del suelo, provocados por la explotación, supriman las pendientes necesarias para que corran el agua y no se creen estanques limitados o cortados por roturas y en las que las aguas tendrían que filtrarse hacia el interior.

Las aguas pueden también a veces captarse, por encima de la explotación, con pozos o son-deos, de donde se elevan con bombas.

En el interior

Se pueden citar como medidas de protección destinadas a reducir las avenidas de agua:

1) La entibación de los pozos 2) El empleo de relleno 3) El mantenimiento de pilares de protección 4) La cementación de zonas acuíferas 5) Los cierres o tabiques de aislamientos

Cuando no podemos oponernos a las avenidas de aguas, existe a veces la posibilidad de

cambiar su curso para hacerlas aparecer en puntos en que sean menos peligrosas o menos moles-tas.

Si las labores se aproximan demasiado a terrenos llenos de agua o viejas explotación anega-das, puede ser necesario hacer sondeos de reconocimiento para evitar el golpe de agua, es decir la irrupción brusca de las aguas en la labor.

En los tajos, e agua, incluso en pequeña cantidad, hace que las condiciones de trabajo sean desagradables y el rendimiento se resienta. En ciertos talleres se comprueba una carga en el techo periódica, con roturas acompañadas de grandes avenidas de agua. Cuando el techo se rompe, la avenida va descendiendo hasta casi desaparecer. El taller puede entonces volver a explotarse sin que vuelva a tomar carga. Este fenómeno parece debido a la presencia, por encima de las capas de bancos de areniscas plenos de agua que proceden de los terrenos muertos y que se rompen lejos, detrás del taller. Sondeos de 40 a 60m inclinados hacia atrás y hechos cada 15 a 20 m permiten eliminar el agua y evitar la carga de los techos de los talleres (Fig 2). Es preciso insistir sobre todo en la necesidad de dejar macizos de protección en la proximidad de macizos entibados o de anti-guas explotación anegadas, y también en el contacto entre el hullero y los terrenos muertos.

El desagüe de una mina tiende a aumentar continuamente a medida que se extiende a explo-

tación. Los cuarteles nuevos producen nuevas avenidas de agua, mientras que las roturas produci-das por las excavaciones más antiguas no se cierran sino con gran lentitud. Incluso a veces, la ex-plotación produce hundimientos que al ser recorridos constantemente por grandes masas de agua, no se cierran, hay en este caso avenidas de aguas que se mantienen constantes a través de varios decenios.

Para limitar los gastos de desagüe, sería deseable separar de la explotación los cuarteles anti-guos que tienen mucha agua. Pero las presas o cierres de separación no son de fácil construcción. No es difícil, incluso a gran profundidad, tabicar una galería con un tapón de obra de fábrica lo suf i-cientemente fuerte y resistente para oponerse a la presión de las aguas. La verdadera dificultad re-side en el anclaje de la obra de fábrica y en la necesidad de colocar el cierre en terrenos suficiente-mente homogéneos y de una porosidad bastante pequeña para que el tabique no pueda ser desbor-dado lateralmente. Se toman las siguientes precauciones:

1) Evitar colocar el cierre en terrenos fisurados por la explotación 2) Terreno con pizarras demasiadas blandas no convienen

3) Las pizarras duras ligeramente arenosas son los mejores terrenos 4) A veces se hace antes del cierre un tapón de relleno de buena calidad de unos cin-

cuenta metros, destinados a combatir las infiltraciones eventuales. Aunque las areniscas y los conglomerados presentan cierta porosidad, en ellos se han esta-

blecidos cinco cierres que han suprimido en total 25m3/min de avenidas de aguas. (Fig 3) Cada cierre da una pérdida en el yacimiento que es preciso mantener como macizo de protec-

ción. El ejemplo de un cierre: el proyecto del tabique de la galería BR 20 S 2 de Faulquemont, reali-zado en 1960, preveía en una galería de 23m3 de sección, 9 m de longitud de cierre, realizado en cinco anillos sucesivos de hormigón, de las cuales 4 van anclados unos 20cm en os parámetros después del saneamiento del terreno y un quinto anclado 90cm. (Fig 4)

La carga de trabajo de los terrenos bajo el efecto de empuje sería de 17,6kg/cm2. Cifra satis-

factoria según la resistencia de la roca a los ensayos y la experiencia de otros cierres. En la práctica, se procederá de la forma siguiente:

1. Desentibado de la galería 2. Saneado de los terrenos bulonado de las partes fisurados 3. Realización de los anclajes de los anillos de hormigón 4. Hormigonado de los cierres (el hormigón, colocado delante del mezclador, es vibrado

de forma continua detrás del encofrado) 5. Inyección por 35 tubos colocados con anterioridad en el terreno (7 tubos por anillos de

cierre) Una dificultad improvista consistió en la mala calidad del conglomerado, que llevó considera-

dos secciones de galería, muy superiores a las previstas. Para conservar la carga de trabajo prevista en el proyecto, se debieron añadir al cierre dos anillos complementarios, lo que hizo fuesen 7 el número de anillos, con lo cual la longitud total del cierre rebasó los 12m.

La Fig 5, da un corte, planta y las secciones de galería del primer anclaje, después de sanear los terrenos (se aprecia que estos eran bastantes malos y obligaron un saneado muy profundo).

Destaquemos que es indispensable durante el hormigonado, mantener en la galería una tuber-ía de diámetro suficiente para permitir las salidas de las aguas. Esta tubería se cerrará al fin de los trabajos. Podrá serlo con una válvula de control, de forma que permita el restablecimiento de la sali-da del agua si el cierre denota signos de fatiga. Un manómetro permitirá seguir la elevación de pre-

sión detrás del cierre. La fig 6 muestra la construcción del cierre terminado. Se ve la tubería que ha permitido la salida de las aguas durante su construcción, así como en la periferia, diversas tuberías que han servido para la inyección en el terreno y que quedan hundidas en el hormigón.

RECOGIDA Y EXTRACCIÓN DE LAS AGUAS Evacuación

Se hace mediante cubetas o carnets, casi siempre revestidas con obra de fábrica. La pendien-te de 1/1000 es suficiente si las aguas no contienen partículas demasiado pesadas, que tiendan a depositarse.

La evacuación puede hacerse mediante tuberías, principalmente cuando los muros tienden a hincharse.

Galerías de aguas Estas aguas se conducen a la proximidad de los pozos de desagüe, en donde está instalada la

sala de bombas. Para el desagüe se emplean los pozos de entrada o de retorno de aire (en minas profundas, con avenidas de agua importantes, el desagüe se hará por los retornos de forma que no se produzca un calentamiento del aire fresco admitido en la mina). La sala de bombas se monta al nivel del piso, y las aguas, recogidas por las cunetas o tuberías, desembocan en las galerías de aguas. Se llama así a la galería colectoras situadas algunos metros por debajo del nivel de la sala de bombas. (La distancia vertical, suelo de las bombas-suelo de las galerías de aguas, está de acuerdo con la altura tolerable para la aspiración: 4,5m normalmente. Si se quiere tener más, para elevar las salas de bombas se precisan “bombas nodrizas”

¿Cuál debe ser el volumen de estas galerías? Hay que distinguir varios casos:

I. Caso del trabajo de bombas en horas de menor consumo de energía: si las ave-

nidas de aguas fuesen de carácter regular y si las bombas trabajan las 24 horas del día, el volumen podría ser muy reducido. Pero existe interés, para disminuir las grandes puntas de consumo de co-rriente de las minas, en hacer funcionar el desagüe sólo en el turno de noche y entre relevos, o sea unas 11hs por día. Se llega así, para la corriente eléctrica. Las galerías de aguas, debe tener una capacidad superior a 13hs de avenidas de aguas. Si una mina tiene 100m3/hs de desagüe, la galería tendrá por tanto una galería de 1300m3 más cierta reserva, o sea 2400m3. Es recomendable que la galería depósito tenga un volumen equivalente a 24hs de avenida de aguas.

Normalmente, la mina tiene un segundo depósito en reserva o en limpieza, ya que se lle-nan con rapidez de schlamms, arrastrados por las aguas, y estos acabarían por producir atascos si no fuese posible recoger de momento las aguas para efectuar la limpieza.

Si volvemos al ejemplo anterior, son necesarias dos galerías de agua de 2400m3, lo que representa, para galerías de sección media de 10m2, alrededor de 500m de galerías. Las uniones entre ellas y la sala de bombas, por una parte, y entre sala de bombas y vía de acceso al pozo, por otra, pueden realizarse por ejemplo de la forma siguiente (Fig 7 y 8): la galería de aguas situada a 3 o 4 m por debajo del nivel del piso va unida a él por un plano inclinado AB. En el extremo opuesto, se comunica con la sala de bombas por chimeneas verticales cc. Esta unión se hace al extremo de la galería, de forma que las aguas tiendan a detenerse y los schlamms a depositarse antes de que el agua sea aspirada. La tubería de aspiración no puede tener más de 4,5m de altura. Termina en una alcachofa, rodeada de otra igual de mallas un poco más anchas, que retienen los pedazos de made-ras.

II. Casos de avenidas de aguas considerables o de minas que tienen grandes va-cios horizontales: si las avenidas son grandes, no es posible trabajar en el desagüe sólo en horas libres, pues ello conduciría a galerías de aguas y salas gigantescas y a un gran número de bombas caras. Con avenidas de aguas muy fuertes, la potencia absorbida por el desagüe trabajando en horas libres sería mucho mayor que la del conjunto de os otros servicios de la mina que consumen en horas punta. La regulación del consumo de corriente no se obtendría, pues de esta forma.

En Faulquemont, el desagüe que es considerable es continuo, no rebasando la capacidad de las galerías de aguas en servicio las 2hs de avenida de aguas. La seguridad de marcha reside en la existencia de un número suficiente de bombas en reserva.

En explotaciones que, como en las minas de hierro de Lorena, tienen grandes espacios hori-zontales, el agua no puede subir más que lentamente, incluso en llenado total de las galerías de desagüe y de parada total de desagüe. Es suficiente, entonces con galerías depósitos muy peque-ñas. En ciertos casos, la sala de bombas, puede aislarse con puertas blindadas, lo que permite se-gur el desagüe, incluso cuando la mina está anegada. Por ejemplo en Giraumont, las tuberías de evacuación dejan la sala de bombas por un pozo ascendente de 35m, que está unido al pozo de desagüe. Se puede proseguir el bombeo hasta que el nivel de aguas se eleve 35 m por encima de las vías de piso.

III. Salas de bombas y tuberías de desagüe: las salas de bombas son galerías anchas

y revestidas de obra de fábrica.

1) Comprenden un puente móvil para la colocación y reparación de las piezas pesadas. 2) Deben estar bien ventiladas, pues los motores de las bombas, casi siempre potentes,

desprenden gran cantidad de calor a pesar de su buen rendimiento. La fig 9 es un corte de una de las salas de bombas de Faulquemont, donde cada motor tiene 3200CV y lleva un ventilador incorpo-rado que aspira sobre un canal de ventilación. Se ve, en el mismo corte, una bomba vertical nodriza de 90CV.

Las salas de bombas deben tener un número suficiente de bombas para efectuar el desagüe en el tiempo requerido (por ejemplo, 10hs o 24hs). A estas bombas en servicio deberá añadirse una reserva, que puede llegar a ser equivalente, para asegurarse la conservación y para estar prepara-dos a cualquier imprevisto.

La salida se hace por pesadas tuberías de acero. En Faulquemont, tienen diámetros de 300mm para una bomba y 400mm para dos bombas. En el pozo, estas tuberías van en trozos de 100m las tuberías llevan elementos de suspensión (que reposan sobre consoladas ancladas en la obra de fábri-ca del pozo, con resortes para instalaciones importantes y sin resortes para las otras, Fig 10). Puede también haber elementos telescópicos para evitar tensiones excesivas en los cambios de temperatura o en casos de movi-mientos del terreno del pozo. Una tubería bien realizada no exige una de reserva. Deberá haber, por el contrario, para caudales importantes, varias canalizaciones en paralelo. En este caso, nos arreglaremos para que las diferentes bombas de las salas puedan conectarse, a voluntad a una y otra canalización.

IV. Bombas principales

Construcción

Son siempre centrífugas y accionadas directamente por un motor eléctrico. Se puede adoptar

la tensión de 5000voltios. Cuando estas salas están próximas al pozo y bien ventiladas, los motores no son antideflagrantes, sino solo blindadas, las bombas tienen varias etapas de presión, con ruedas directrices (Fig 11). Con una sola rueda móvil, se obtendrán presiones que varían normalmente de 70 a 150m de aguas. La presión total que se puede obtener depende del número de etapas (es de-cir, del número de ruedas móviles). Las ruedas directrices tienen por misión llevar las aguas de la periferia de cada rueda móvil al centro de la rueda móvil siguiente.

Se puede, con bombas de cárter único y sólo dos cojinetes, y obtener hasta 12 etapas de pre-sión y construir bombas que puedan llegar, por ejemplo, hasta 10m3/min para 1200m de profundi-dad.

En la construcción de bombas centrífugas, un problema importante es el de equilibrar el empu-

je axial al que está sometida cada rueda, se resuelve en particular con pistones equilibradores, pero también se pueden conseguir el equilibrio de las ruedas por oposición para anular los empujes.

Las bombas verticales nodrizas, sabemos que en las bombas horizontales no se autoceban. Presentan, por otra parte, fenómenos de cavitación, desfavorables a su rendimiento. Las bombas verticales permiten un cebado automático puesto que su primera turbina de aspiración está siempre alojada en el agua. Su empleo permite colocar las salas de bombas más arriba, fuera de los niveles de inundación y permite una marcha automática por completo. El empleo de una bomba vertical auxiliar de alimentación de la bomba principal es muy frecuente en las hulleras francesas.

DESAGÜE SECUNDARIO Y REALIZACIONES PARTICULARES

I) Desagüe secundario: cuando las aguas no se llevan al exterior se los lleva a depósi-

tos de donde se sacan con otras bombas. A veces nos vemos obligados a instalar importantes estaciones de desagüe secundario, por

ejemplo para el desagüe de una explotación en descenso. Estas estaciones llevan también depósi-tos e instalaciones parecidas a las del desagüe principal. Pero sucede con frecuencia que nos ve-mos obligados a instalar bombas de potencias diferentes para desaguar avenidas locales en distin-

tos puntos de las partes bajas de la explotación. Sin embargo, ha de hacerse todo lo posible para explotar la mina con el menor número de puntos bajos posibles.

Una de las dificultades que nos encontramos para efectuar bien el desagüe de pequeñas ave-nidas de aguas es la necesidad de clasificarlas para no aspirar lodo, trozos de rocas, de carbón o de madera. Esta dificultad hace que el desagüe sea difícil de realizar con bombas centrifugas. Se hace con aire comprimido, a pesar del mal rendimiento energético de éste. Desde hace algunos años, los constructores se esfuerzan en fabricar bombas centrífugas de pequeña potencia, capaces de aspirar aguas incluso mal decantadas. Se ha logrado mediante el empleo de rotores de caucho o por inter-calación de piezas de caucho entre rotor y cárter de la bomba.

La mayor parte de las bombas secundarias de interior, en la explotación europea, son aún de aire comprimido. Existen de dos principios diferentes:

1) Las bombas de pistón para potencias medias. Son éstas ante todo las que se trata de

reemplazar por bombas centrífugas de elementos de caucho. 2) Las bombas de eyector, llamadas también pulsadores, para avenidas de aguas muy

pequeñas y alturas muy reducidas. La fig 12, representa el depósito B cuando está lleno de agua, con el flotador C en su posición más elevada. La varilla de accionamiento de la distribución que se desliza en la guía F tropieza entonces arriba con el tope G y apoya el cono de distribución H contra su asiento. El aire comprimido sale permanentemente de las tuberías Y actúa entonces sobre la su-perficie del líquido contenido en el recipiente y lo impulsa hacia la tubería de salida (pues entonces está cerrado el conducto de aspiración por la válvula de retención R). cuando el agua sale, el flota-dor desciende, la varilla de accionamiento golpea con el tope inferior L y empuja el cono H hacia abajo. El aire del recipiente se pone en comunicación con el escape. El aire comprimido, al salir por las tuberías Y, se expande a lo largo de este cono y se escapa, provocando en el recipiente una de-presión que ocasiona la aspiración del agua (el conducto de salida está entonces cerrado por su válvula de retención V). se construyen normalmente pulsadores para caudales de 3 a 10m3/hs y hasta 45m de atura de agua. Van provistos con un flexible de aspiración de 2 m de longitud. Pueden también funcionar estando sumergidos (en ciertos modelos, la aspiración se realiza sin tubos, por simple perforación de la pared derecha de la bomba.

II) Creaciones particulares: a) Bombas verticales: se utilizan en profundización de pozos, cuando las aveni-

das de aguas, aunque sean importantes, se pueden combatir directamente. b) Bombas inundadas: son bombas verticales cuando la bomba y el motor eléc-

trico van alojados en un tubo largo y estrecho, suspendidos por bridas a la tubería de desagüe. Exte-riormente, el conjunto recuerda una turbina de turbo-rotary. Interiormente, se encuentra en la parte inferior del tubo, un filtro de agua; por encima de él, está el motor y la bomba. Los dos van montado sobre el mismo árbol, suspendido en su parte superior por un cojinete especial y guiado en su base, y entre la bomba y el motor, por otros dos cojinetes. Los rodamientos del motor, así como los cojine-tes de guiado, se introducen en el agua, que os lubrica y los refrigera. La bomba está suspendida de unos cabrestantes que los permiten descender con el nivel del agua, en particular para las operacio-nes de desagüe en pozos inundados.

Se fabrican bombas inundadas de potencia considerable y para grandes altu-ras. Para caudales abundantes en pozos profundos, nos podemos ver obligados a colocar, en distin-tos niveles, galerías de aguas en las que las bombas inundadas echan el agua que cogen después bombas fijas

c) Bombas mamut: son simples y robustas. Su rendimiento energético es pe-

queño, pero tiene la ventaja de bombear aguas muy ricas en schlamms. Por eso se los utiliza para la limpieza de depósitos de decantación. Una bomba mamut (Fig 13) está constituida por una tubería ascendente “a” y de una entrada de aire comprimido “b”. el aire comprimido desemboca en la tuber-ía, por encima de su orificio de aspiración. Llega expandido, de forma que sube por la tubería “a” en forma de burbujas. Estas disminuyen el peso específico medio de la columna de agua con relación al peso específico del agua que la rodea. Resulta un efecto de chimenea que hace subir las aguas por la canalización.

La bomba puede elevar las aguas a una altura muy superior a la que corresponde a la presión de 5 atm del aire comprimido. Permite en ciertos casos subir el agua a unos varios cientos de metros. Se emplean diámetros de tuberías muy grandes de hasta 550mm. En condiciones norma-les, el rendimiento de esta bomba puede ser del 20 a 40%. Se cita caso en que se han subido 600l/min de agua a 250m de altura. El consumo del aire comprimido es siempre alto, del orden de 700m3/min que corresponde a un rendimiento del orden del 12% solamente.

En una mina de Polonia (Fig 14): las aguas procedentes del relleno hidráulico de la mina, que contienen arena en suspensión, llegan a la proximidad del pozo a un depósito cilíndrico de obra de fábrica. De él salen por desbordamiento hacia unos depósitos después de haber sedimenta-do la mayor parte de su arena. Esta es recogida después por una bomba mamut. La bomba echa esta arena mezclada con agua en un recipiente metálico. Cuando este está lleno, se cierra la válvula (1), se abre la válvula de admisión de aire (2), así como la de una tubería de salida (3). El contenido de la caldera es entonces desalojado por la tubería (3) como relleno hidráulico. Cuando la caldea es vaciada, la bomba mamut se vuelve a poner en marcha y el ciclo comienza otra vez. Destaquemos que la tubería de salida evacúa la arena a varios cientos de metros a talleres antiguos que de esta forma se rellanan progresivamente. Se ahorran así bombas de desagüe, separando las partes sóli-das del agua que se recuperan después con poca mano de obra.

BOMBAS

Normalmente se consideran dos tipos o categorías de bombas: a) Bombas de desplazamiento positivo: Las bombas de desplazamiento positivo dan un

volumen constante de líquido o pulpa en cada revolución o carrera, independientemente de la altura de succión y descarga y se usan donde se requieren grandes alturas

b) Bombas rotodinámicas (centrífugas y axiales): dan un volumen que depende de la al-

tura de descarga; donde las alturas son pequeñas pero los caudales requeridos son relativamente grandes.

Bombas de desplazamiento positivo: Hay varios tipos de bombas de desplazamiento positivo

disponible en el mercado, pero puede considerarse que forman dos grupos: 1. Bombas rotativas: Estando su uso limitado al bombeo de líquidos, incluyendo líqui-

dos altamente viscosos y no se pueden usar con sólidos abrasivos. Existen varios tipos incluyendo las bombas de engranajes y las bombas de tornillos. Una ventaja importante de las bombas roto estáticas es la descarga de un caudal constante (Fig 10).

2. Bombas reciprocantes: El principio de funcionamiento de estas bombas, también es

el de desplazamiento positivo. Son ampliamente usadas en el bombeo de pulpas, donde se requie-ren grandes alturas, tales como cañerías largas y bombeo de agua en algunas minas. Se pueden considerar que forman tres grupos de bombas:

I) Tipo de émbolo de acción indirecta, en la que el émbolo actúa sobre un líquido inter-

medio que transfiere la presión a la pulpa por medio de un diafragma (eliminando de esta forma el desgaste del émbolo y estopaduras) como puede apreciarse en la Fig 11.

II) Bombas de diafragma: en las que un diafragma (flexible) es accionado mecánica o neumáticamente para crear un desplazamiento positivo. (Fig 12)

En todas las bombas reciprocantes, el flujo es intermitente, requiriendo todas ellas válvulas de “no retorno” que funcionan en la pulpa y pueden llegar a requerir un mantenimiento considerable.

Bombas Rotodinámicas Centrífugas: Son ampliamente usadas en la industria minera. Se dis-

pone de ellas en un amplio rango de tamaños, desde las muy pequeñas hasta las que exceden de 1000 m3/seg. Las bombas centrífugas en general tienen menor eficiencia que las de desplazamiento positivo. Sin embargo su operación es simple, no necesita válvulas y tanto los costos de capital co-mo de mantenimiento son bajos; ver Fig 13.

Las bombas centrífugas consisten de un rodete (impeler), que pueden ser de distintos tipos

constructivos, como puede apreciarse en la Fig 14 y de una carcasa. Con pulpas se usan rodetes de mayor diámetro, para reducir la velocidad de los mismos y de

esta manera disminuir el desgaste. El pasaje de la pulpa por el rodete y entre el rodete y la voluta de la carcasa debe ser lo suficientemente grande como para que permita el pasaje de las partículas más grandes, y que no existan velocidades muy elevadas (ya que causan un desgaste excesivo). Para usar con pulpas es común la utilización de revestimientos de goma, generalmente reemplaza-bles, tanto para el rodete como para la carcasa, como puede verse en la Fig 15.

DIFERENCIA ENTRE UNA BOMBA DE AGUA Y DE PULPA

Las bombas para pulpa y para agua difieren en las siguientes características: 1.- El rotor tiene menos aletas y sus curvas son más acentuadas que en el caso de las bombas

de agua. Esto se debe a la exigencia de bombear partículas sólidas, además debido a la abrasión se recomienda el uso de aletas más robustas y con perfil más suave, por la posibilidad de que existan partículas gruesas entre las caras de las aletas, dejándose estas en menor número, para que quede más espacio entre las mismas.

Eventualmente, el rotor puede estar abierto para permitir el libre pasaje de estas partículas mayores.

2.- Las partes en contacto con la pulpa son revestidas de material resistente al desgaste. Los dos materiales más tradicionales son él Ni-hard, hierro fundido aleado con Ni y el caucho

natural. El criterio básico de selección entre dos materiales es que el caucho puede ser cortado por las

partículas gruesas y angulosas, presentes en el material bombeado. 3.- La carcasa de la bomba es bi-partida para poder ser abierta, de modo de permitir la des-

obstrucción, la limpieza, manutención, cambio de revestimientos, rotor, con rapidez y facilidad. Esto trae como desventaja una limitación en la presión que es posible obtener en el bombea-

miento, limitada resistencia mecánica en los tornillos que ajustan la carcasa. 4.- La relación diámetro rotor - largo de la carcasa son limitadas, pues rotores grandes implican

velocidades periféricas muy altas y consecuentemente, un elevado desgaste del rotor. En consecuencia de los factores antes citados, la eficiencia de las bombas de pulpa es mucho

menor que las bombas de agua de dimensiones semejantes, así como la presión alcanzada será más baja.

Las bombas de pulpa, por lo general trabajan sumergidas. Sin embargo en el bombeamiento de agua limpia, no se debe desestimar la posibilidad de ocurrencia del fenómeno de cavitación; aun-que la bomba esté sumergida, puede ocurrir la cavitación, dependiendo del nivel de pulpa en el re-servorio.

Tipos de Revestimientos.

Los revestimientos internos de los rotores de las bombas, son construidos con los siguientes

materiales: Acero al manganeso: (austeníticos) para resistir la abrasión por impactos de alta y

media intensidad. Estos aceros endurecen superficialmente cuando reciben impactos, la tecnología

de fundición es perfectamente conocida y sus técnicas de soldadura. Es el caso típico de las bom-bas para terrenos de aluvión aurífero.

Hierro fundido suave: (15% Cr y 3% Mo) y Ni-hard de alta dureza, son usados en apli-

caciones donde predomina el desgaste por impactos de media y baja intensidad o por tensiones elevadas entre la partícula y la superficie. Son materiales duros y tenaces. Un uso típico es el bom-beamiento de arenas.

Hierro fundido suave y Ni-hard de alta dureza: (550 a 700 Brinnel) son usados para

resistir el desgaste a la abrasión. Caucho natural y gomas sintéticas: son ampliamente utilizados, el caucho natural tie-

ne una limitación, que es no resistir a los solventes orgánicos y a los aceites, condición en que se sustituye por neopreno. Otras gomas son el hypalón y el caucho nitrílico. Hay una velocidad crítica arriba de la cual las partículas comienzan a cortar el caucho; en consecuencia los rotores revestidos con cauchos trabajan a velocidades bajas.

Montaje de una Bomba - Caja de Bomba - Diferentes Tipos de Sellos y Estopa duras.

En la Fig 15 se muestra un montaje típico de una bomba y su caja El motor está montado en un anaquel, y éste se apoya en el eje del rotor y está ligado a este

por correas en V. Las razones para preferir este montaje son, para potencias menores: Levantar el motor en caso de salpicaduras de agua o inundaciones. En caso de trabamiento del motor, la correa patina o la misma se rompe, sin sobrecargar el

motor. En caso de bombas de agua se dispone de una familia de rotores de diámetros diferentes, que

permiten escoger el diámetro más adecuado, según los requerimientos de operación. Con las bombas de pulpa esto no ocurre, el ajuste tiene que ser hecho a través de la regula-

ción de la rotación. Variando las condiciones de operación, la nueva regulación es obtenida en la bomba cambiando las poleas y así la velocidad del rotor.

Conforme el rotor de la bomba va siendo desgastado por la acción abrasiva de los sólidos en suspensión, su velocidad puede ser alterada mediante el cambio de la polea, esto es, reduciendo el diámetro del rotor va siendo compensada, dentro de ciertos límites, por el aumento de la rotación de la bomba.

Con potencias mayores, este tipo de montaje deja de ser conveniente, por causa del esfuerzo aplicado en el eje de la bomba.

La bomba está ligada a la caja por una pieza llamada carretel. Es un pedazo de tubo con acoplamientos en sus dos extremidades. Cuando hay necesidad de abrir la bomba, los acoplamien-tos, tanto a la bomba como a la caja de bomba son soltados y el carretel es retirado, dando lugar a un espacio suficiente para que la carcasa bipartida sea abierta.

Las bombas de pulpa tienen una selladura hidráulica, pues, dentro de la carcasa existe pulpa abrasiva bajo presión. Esta pulpa quiere salir por todas los espacios posibles, por ejemplo, por la salida del recalque, formado por un pequeño espacio anular alrededor del eje o el orificio por donde entra la pulpa a la bomba. En las bombas de agua, este efecto es minimizado colocándose un filtro empapado en grasa, que reduce el pasaje de líquido a un mínimo aceptable. En el bombeo de pul-pas, esto no es suficiente, pues al pasar las partículas sólidas por ahí, causarían un desgaste abra-sivo enorme.

La solución encontrada es usar sellos hidráulicos, es decir, agua bajo presión es inyectada en-tre el eje y la carcasa, impidiendo la salida del agua y las partículas sólidas. Esta agua bajo presión, puede provocar que la pulpa se diluya, lo que debe ser controlado, pues la dilución es una variable crítica del proceso.

Cuando no puede haber dilución, y si la presión dentro de la bomba no es muy elevada, se puede utilizar una variación del sello hidráulico, el sello centrífugo, el rotor tiene en su cara posterior aletas que empujan el agua para fuera de la bomba, impidiendo que esa agua se ponga en contacto con la pulpa que está siendo bombeada.

El conjunto esta fijo al suelo por medio de bases capaces de absorber las vibraciones. En aplicaciones especiales pueden ser usadas juntas flexibles para amortiguar las vibraciones.

Las bombas y sus cajas son generalmente instaladas sobre el piso inferior de la planta de modo de no derramar la pulpa sobre ningún equipamiento o personas. El piso debe tener canaletas de drenaje con la inclinación suficiente para permitir la remoción de los sólidos acumulados.

La bomba no tiene, obligatoriamente, que contener la vertical en el sentido ascendente. Ella puede ser montada del modo que sea conveniente, de acuerdo con la ubicación de la cañería.

No existe ventaja alguna, en utilizar cajas de grandes dimensiones, puede suceder que ocu-rra la deposición de sólidos en el fondo y su posterior desprendimiento, en pedazos, de modo de provocar la obstrucción de la succión de la bomba.

CAÑERÍAS Y VÁLVULAS Las cañerías son de hierro fundido o acero, “flangeado” o con acoplamiento rápido. Otros ma-

teriales como fibra de vidrio, plástico, tubos revestidos internamente están comenzando a ser utiliza-dos.

Como el desgaste es una consideración muy importante dentro del proyecto, los tubos deben ser especificados con él sobre espesor necesario, correspondiente al desgaste previsto para la vida útil de la cañería. Este desgaste, se da principalmente en la parte inferior del tubo. Para distribuir este desgaste, se acostumbra a girar 90° los caños, lo que debe tenerse en cuenta en la vida útil de la cañería.

Se evitan los codos por causa de desgaste acentuado en ese lugar. Una de las soluciones es el uso del "cachimbo".

En las prolongaciones del tubo se depositan partículas que protegen del desgaste. El cachim-bo, tiene acoples, de modo que si se produce obstrucción pueden soltarse los acoples.

La práctica aconseja, instalar cañerías horizontales y verticales. Cuando el bombeo se interrumpe, los sólidos sedimentan inmediatamente en las cañerías

horizontales quedando libre la parte superior de la misma, sedimentando en la parte inferior las partículas. Cuando comienza nuevamente el movimiento del flujo, la turbulencia se encarga de colo-car los sólidos en suspensión nuevamente.

En las cañerías verticales, los sólidos se depositan en la extremidad inferior del caño, pudién-dose acceder a través de los acoplamientos.

En las cañerías para aplicación con pulpas la abrasión es uno de los problemas principales.

Las mismas tienden a desgastarse en la parte inferior de su superficie, en los cambios de dirección y donde se produzcan interrupciones de flujo (tal como soldaduras). Así las curvas, codos deben ser de gran diámetro y se deben usar uniones laterales (ángulos de 45º) en lugar de uniones en “T”.

Las válvulas, cuando se usan con pulpa, se deben diseñar para servicio abrasivo. Aquellas usadas comúnmente con líquidos, no son adecuadas para el uso con pulpas debido a las restriccio-nes de flujo, el que causaría desgaste en la válvula, principalmente en el ala inferior de la misma. La válvula debería proveer una abertura total de la línea, la válvula tipo gate no lo hace, ésta cuenta con superficie de metal maquinado para tapar y tampoco es adecuado.

El tipo más adecuado o satisfactorio consiste de una manga o diafragma flexible de goma el que puede ser comprimido. Donde no se pueda usar este sistema debido a altas presiones, una válvula “plug” o de bola puede ser una alternativa, ver Fig 16.