Ver 1ª PARTE
Cálculo de las pérdidas de presión
Para calcular las pérdidas de fricción, primero calculamos
la pérdida de altura por fricción para el agua limpia, usando métodos de
ingeniería estándar. El resultado para el agua limpia se multiplica por el
ratio de pérdidas por fricción, que considera una mayor viscosidad de los lodos
comparado cal agua y al comportamiento de los lodos no newtoniano.
Para el cálculo de las pérdidas de fricción usamos la
ecuación de Darcy-Weishbach:
Donde L es la longitud efectiva de la tubería (incluyendo
tanto las líneas de succión como descarga y la longitud efectiva de válvulas y
accesorios), V es la velocidad, D es el diámetro interior de la tubería y f es
el factor de fricción. El factor de fricción f se encuentra usando una
correlación empírica o el diagrama de
Moody. En cualquier caso debemos conocer la rugosidad de la tubería usada en el
sistema. La rugosidad absoluta de tuberías PVC – que se usan típicamente con el
estiércol – puede estimarse entre 6 x 10-5” y 2 x 10-4”,
u obtenerse de los datos del fabricante.
Ajustar la pérdida de fricción para agua limpia usando el
ratio de pérdida de fricción.
La pérdida de altura de fricción para los lodos hf
se calcula por:
Hf = Rf
hf,w
Donde el ratio de pérdida de fricción Rf está tabulado.
Tuberías
En el tipo de sistema considerado aquí, el lodo es bombeado
utilizando bombas estacionarias.
Las tuberías pueden usarse tanto para suministrar estiércol
y retornar el efluente. Alternativamente, las tuberías separadas pueden usarse
para alimentación y retorno. Las
válvulas de selección se localizan todas en To wyes off.
Tamaño de la tubería
Para evitar la sedimentación de sólidos, que pueden originar
obstrucciones, el diámetro de la tubería estará dimensionado para mantener una
velocidad mínima de aproximadamente 5 fps. Además, el diámetro de la tubería
quedará constante, así que el diámetro quedaría constante, de forma que los
lodos no experimentarán cambios abruptos en velocidad. No se recomiendan diámetros inferiores a 6”.
Material de tuberías
Las tuberías típicas de PVC están calificadas típicamente
para unas presiones de 200 psi para este tipo de aplicación. Cualquier
componente de metal debe estar revestido con asfalto, plástico o epoxi para
retardar la corrosión. Todas las uniones deben estar selladas de forma que la
tubería sea estanca al agua. Para tuberías de PVC con diámetro de unas 8” o
más, se requieren juntas debido a la dificultad de hacer juntas soldadas.
Bombas
Para suministrar lodos de estiércol a un digestor central y
retornar el efluente digerido, se requieren bombas de suministro y retorno. Para suministrar los residuos puede
considerarse el uso de bombas diesel móviles. Las bombas de retorno
estacionarias localizadas en el digestor central pueden ser diesel o
eléctricas. Las bombas de retorno manejarán efluentes, lo cual hará que el
contenido en sólidos sea menor que en los lodos de estiércol. Este diferencia
debe tenerse en cuenta cuando dimensionamos bombas de alimentación y de
retorno.
Si conectamos los lodos de varias granjas a la misma
tubería, las caídas de presión pueden variar dramáticamente, dependiendo de las
distancias entre las granjas. El uso de
variadores de frecuencia es una opción interesante cuando surgen estos
problemas.
Selección de bombas
Selección de bombas
Para seleccionar las bombas adecuadas debemos revisar la información del producto que nos proporcione el fabricante. Y debemos asegurar que:
- Los materiales de las bombas y su construcción deben ser las apropiadas para la posible naturaleza abrasiva y ácida de los lodos de estiércol que se están bombeando.
- La masa más grande de sólidos que puede pasar a través de impulsor y voluta.
- La bomba debe trabajar en el punto de operación de la bomba en el sistema de forma que (1) la altura no sea mucho menor que la altura en la eficiencia pico y (2) su capacidad no sea mucho mayor que la capacidad en la eficiencia pico.
Tipo de bomba
Se usan dos tipos generales de bombas para transferir el
estiércol: centrífugas y de desplazamiento positivo. Las bombas centrífugas son
preferibles para distancias mayores debido a que los requerimientos del par son
más bajos y son menos susceptibles a quedar atascadas. Las bombas centrífugas
están disponibles para bombear lodos de estiércol que tengan una cantidad total
de sólidos del 10 – 12 %. Las bombas de desplazamiento positivos (tornillos
helicoidales, pistón, transferencia de presión de aire, y diafragma) tienen
caudales máximos mucho menores (menos de 300 gpm para los tornillos
helicoidales y bombas de diafragma y menos de 150 gpm para bombas de pistón y
neumáticas). Las bombas de tornillos helicoidales tienen capacidades de sólidos
máximas más bajas ( 4 – 6 %) y no pueden
manejar sólidos duros o abrasivos.
Las bombas de eje centrífugo vertical o inclinado tienen una
holgura relativamente amplia, que ayuda a evitar los atascos. Un impulsor
cerrado es eficiente con residuos líquidos, pero se atasca con sólidos fibrosos
y duros, con los que pueden presentarse problemas. Un impulsor abierto o
semi-abierto es menos eficiente, pero también menos propenso a atascos y es
capaz de manejar semisólidos. Aunque generalmente ineficiente, un diseño de
impulsor semi-abierto curvado y con pendiente minimiza la cavitación del caudal
y atascos de sólidos. Al seleccionar bombas de retorno y alimentación, debemos
pensar que el contenido en sólidos del efluente digerido será mucho más bajo
así que el riesgo de atasco será mucho menor para las bombas de retorno.
Bombas de alimentación
Las bombas centrífugas requieren o una succión inundada (ej.
bomba localizada bajo el tanque de almacenamiento) o una bomba de alimentación.
Ya que el estiércol típicamente es bombeado desde tanques de almacenamiento
enterrados o lagunas, típicamente se requiere una bomba de alimentación.
Trituradores
En algunas ocasiones se usan trituradores para acondicionar
los lodos y mejorar el bombeo. Como beneficio añadido, la reducción del tamaño
de las partículas mejora la digestión anaeróbica. Bombas que no se obstruyen
pueden usarse para alimentar trituradoras que lleven a cabo esta función. Las
bombas trituradoras, o chopper pumps usan impulsores endurecidos afilados para
bombear y cortar al mismo tiempo.
Motores de bombas y par de arranque
El factor de fricción alto en el arranque no necesariamente
da como resultado altas cargas de arranque en el motor. Las pérdidas por
fricción, que son proporcionales al cuadrado de la velocidad, son muy bajas ya
que la velocidad del fluido es baja al arrancar. Adicionalmente, las bombas
centrífugas por su naturaleza generalmente tienen bajos requerimientos del par
de arranque. Incluso si la salida se bloquea completamente, se arrancan y
aceleran con facilidad. La única circunstancia en la que puede necesitarse un
par de arranque alto es cuando la bomba encuentra un obstáculo en el impulsor
en el momento que se está arrancando. Usando un diseño de impulsor abierto se
reduce esta oportunidad.
Si se una bomba de desplazamiento positivo, puede requerirse
un par de arranque más alto debido a que el fluido debe comenzar a moverse
cuando el eje comienza a girar.
Arranque de bombas
Si la línea de la tubería se vacía cuando arranca la bomba,
puede ser necesario restringir el caudal inicialmente mediante la apertura
gradual de una válvula en la bomba. Alternativamente, la presión puede
incrementarse lentamente usando un variador de velocidad variable con una bomba
eléctrica o diesel. Si no se restringe el caudal, arrancará una bomba con un
caudal demasiado alto, que a menudo da como resultado cavitación y pérdidas, y
posiblemente golpe de ariete.
Bibliografía:
A Guide to Pumping Manure Slurries in Centralized Biogas Digester Systems. U.S.
Department of Energy. Northwest Clean Energy Application Center
Palabras clave:
Chopper pump, positive displacement pump
1 comentarios:
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