29 enero 2012

Guía para bombear lodos del estiércol en sistemas centralizados de digestores de biogás (1ª PARTE)




Los lodos de estiércol en aplicaciones de biogás tales como los digestores de granja típicamente están mezclados con materiales de la cama de los animales y con el agua de lavado. También pueden contener agua de lluvia. Los lodos de estiércol contienen también típicamente arena o sólidos de mayor tamaño como rocas, trozos de hormigón, etiquetas de identificación y restos de pezuñas. Las masas fibrosas de paja y otros grandes sólidos originan obstrucciones en las bombas y previenen el asiento de las válvulas La arena incrementa la abrasión de las superficies de tuberías, bombas, válvulas y otros componentes.

El contenido de sólidos totales del lodo afecta fuertemente las pérdidas de fricción en las tuberías. El contenido de sólidos en la lechada de estiércol típicamente va de un 2 a un 10 %. El contenido de sólidos puede ajustarse a una cierta extensión, por ejemplo, dilución con agua, o diversión del agua de lluvia del tanque de almacenamiento de estiércol. Nótese que en un sistema centralizado, puede haber una compensación entre la dilución del lodo para que sea bombeable, a la vez que se mantiene el contenido de sólidos del digestor.

Los lodos de estiércol tienden a ser ácidos, lo cual puede afectar al sello de las bombas y otros componentes. Debemos estar seguros al discutir este asunto con los fabricantes para asegurar que los materiales de la válvula y bomba son apropiados para la aplicación.

Mejorando la capacidad de bombeo de lodos de estiércol

Es posible bombear lodos de estiércol con contenidos de sólidos tan altos como un 10 % o más. Un contenido de sólidos por encima del 8 % da como resultado muy altas pérdidas en el bombeo.

Nótese que no es el contenido de sólidos lo que afecta a la capacidad de bombeo, sino también mezclas y tamaños particulares en el lodo. Un contenido de sólidos del 8 % puede ser más difícil de bombear un día que un 10 % otro día en la misma granja.

Para mejorar la capacidad de bombeo y evitar sedimentación y atascos podemos seguir las siguientes indicaciones:

  1.  Si bien se requiere alguna dilución del lodo, debe evitarse una dilución excesiva del lodo.
  2. Mantener suficiente velocidad del fluido para arrastrar los sólidos. La velocidad óptima variará dependiendo de las características del estiércol. Considerando que los lodos típicamente contienen grandes sólidos que son propensos a la sedimentación, una velocidad de diseño de 1,5-1,8 m/s es a menudo recomendada. En lodos con consistencia más uniforme la velocidad requerida es algo menor (hasta 0,9 m/s).
  3. La disposición de la tubería de PVC al extremo del gasómetro es dirigido hacia la bomba de suministro.
  4. Después de transferir lodos de estiércol, las tuberías deben limpiarse de efluentes.
  5. Usar bombas diesel de velocidad variable y variadores de velocidad con bomba eléctrica para dar la flexibilidad para opera la bomba a la mejor velocidad.

Curvas de bombas y sistema

Las curvas del sistema y de la bomba – que muestran la relación entre el caudal y la altura – son usadas para dimensionar tuberías, seleccionar bombas y analizar el uso de energía. En las curvas del sistema, la altura total representa la suma de la elevación estática (es decir, la distancia vertical del sistema debe ser elevada) más la presión de operación más las pérdidas de fricción o caídas de presión debidas al movimiento de fluido a través de la tubería, válvulas, y accesorios. La intersección de las curvas de la bomba y el sistema indican que la altura total que la bomba debe ser capaz de proporcionar al caudal especificado dadas las características del sistema.

Curvas de bombas están disponibles de los fabricantes de bombas. Las curvas del sistema deben calcularse para el sistema de tuberías y se basan en la longitud de la tubería y el diámetro, número y tipo de válvulas y accesorios, material de tuberías, diferencias en elevación, y características del fluido. En el procedimiento de diseño, las curvas del sistema a menudo se trazan respecto a varios diámetros de tuberías. Luego, se selecciona un diámetro de forma que la velocidad del fluido cae dentro de un rango recomendado y son razonables las pérdidas de fricción.

CÁLCULO DEL SISTEMA DE BOMBEO

Altura dinámica total

La altura dinámica total que una bomba debe desarrollar para mover un fluido a través de un sistema de tuberías a un caudal particular es la suma de los siguientes componentes:

  • Presión de operación.
  •  Altura de descarga estática (igual a la elevación de la superficie del líquido en el tanque de descarga, o la salida de descarga si se abre al aire, menos la elevación del dato de la bomba).
  • La altura de succión estática (igual a la elevación del dato de la bomba menos la elevación de la superficie del agua en la línea de succión, es decir, el tanque de almacenamiento.
  • La altura de velocidad hv en la boquilla de descarga de la bomba donde:



  • Pérdida de la altura de fricción hf
  •  Estos componentes son bastante sencillos excepto por la pérdida de fricción, que requiere un cálculo ligeramente más detallado.

Estos componentes son bastante sencillos excepto las pérdidas de presión, que requieren un cálculo ligeramente más detallado.

Presión de operación

La descarga de boquillas, accesorios y rociadores requiere presiones para operar apropiadamente, referidas como la presión de operación. El rango de la presión de operación varía dependiendo del tipo de boquilla o altura manométrica. Los sistemas de alta presión, tales como los pivots o sistemas sprinkler pueden requerir presiones de operación de hasta 100 psi (6,89 bares). Los sistemas atomizadores de baja presión pueden requerir entre 15 (1,03 bares)   y 50 psi (3,45 bares). Para la mayoría de los sistemas de irrigación, la presión de operación es constante.

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