Equilibrio hidráulico en sistemas de bombeo minero: estudio de caso

Hydraulic balance on mine pumping systems: a case study

Fue evaluada la influencia del uso de los métodos de Hazen-Williams y Darcy-Weisbach en el establecimiento del equilibriohidráulico para un sistema de bombeo minero. Empresas mineras con actividad subterránea hacen uso de estaciones debombeo para evacuar el agua, producto de la profundización de sus labores. Proyectistas y vendedores de equipos debombeo usan diferentes expresiones para la estimación de la pérdida de carga total del sistema, parámetro importantepara la determinación del equilibrio hidráulico. El presente estudio tiene como objetivo analizar y validar la aplicaciónde algunas de estas expresiones para un sistema de bombeo minero. Las principales características del estudio de casoson: caudal de agua de 1.350 l/s; tuberías de acero y HDPE de 16” y 18” de diámetro, respectivamente; longitud total dela tubería de 2.900 m y una altura geodésica de 230 m. Los cálculos fueron realizados con los métodos ya mencionadosteniendo las expresiones de Haaland, Swamee-Jain y Churchill como factores de fricción. Los resultados obtenidos fueroncomparados con los medidos en campo, teniéndose una desviación máxima del sistema de 28,6% y 3,1% para la pérdidade carga y Hman total, respectivamente.

INTRODUCCIÓN

Sistemas de bombeo están presentes en la industria minera con actividad subterránea cuando el agua de mina, producto de las excavaciones, debe ser bombeada hacia superficie para garantizar la continuidad de la producción. La selección de estos sistemas de bombeo precisa del correcto establecimiento del equilibrio hidráulico del sistema. Ingenieros proyectistas y vendedores hacen uso de las ecuaciones de conservación de la masa, energía y cantidad de movimiento para esta actividad. Errores al establecer el equilibrio hidráulico ocasionan graves consecuencias en la estación de bombeo. Es decir, al sobredimensionar un sistema se tendrían equipos más potentes trabajando a menores eficiencias ocasionando pérdidas económicas y técnicas; en el caso contrario se tendrían sistemas sin capacidad suficiente para evacuar el agua requerida.

En sistemas de bombeo, el equilibrio hidráulico es obtenido a partir de un balance de energía, donde son contabilizadas la energía cinética, energía potencial y pérdidas de energía. En este sentido, un equívoco bastante difundido entre profesionales, que se dedican al dimensionamiento de sistemas de bombeo, radica en llamar de "ecuación de Bernoulli con pérdidas" a la ecuación de energía. La ecuación de Bernoulli fue deducida para flujos sin pérdidas de energía [1-2]. Expresiones como "Bernoulli con pérdidas" o "Bernoulli modificada" solo pertenecen al argot cotidiano.