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Dec 31, 2023

Reducción del consumo de agua de la mina

Guardar para leer la lista Publicado por Harleigh Hobbs, editor World Coal, miércoles 02 de septiembre de 2015 11:00

chris rehmann

El agua es un recurso fundamental y valioso tanto para la vida como para la industria. Dentro de las operaciones mineras, se utiliza en una amplia gama de actividades, incluido el procesamiento de minerales, la supresión de polvo y el transporte de lodos. En los últimos años, los operadores mineros responsables han logrado un progreso considerable en la reducción del uso de agua como parte de sus compromisos ambientales.

Aparte de las consideraciones ambientales, el agua es cada vez más escasa y más cara. En contraposición a esto, está el hecho de que las operaciones mineras utilizan una gran cantidad de agua durante los procesos de minería y extracción. Por lo tanto, la planificación precisa del balance de agua durante la vida útil de la mina y la reducción del consumo total de agua son fundamentales para el éxito de una mina como negocio.

La planificación, el abastecimiento, los permisos, el bombeo, el seguimiento, la presentación de informes y la eliminación del agua de proceso consumen una parte significativa del presupuesto operativo de una mina, especialmente aquellas ubicadas en las regiones más áridas del mundo. Por lo tanto, reducir o eliminar el consumo de agua de cualquier parte del proceso tiene la capacidad de transformar la huella ambiental y el desempeño financiero de una empresa.

Este no es un desafío fácil, ya que la industria minera es una de las industrias más arduas y exigentes para el mantenimiento de equipos rotativos. No solo debe lidiar con aplicaciones abrasivas y corrosivas, sino que también debe adaptarse a las prácticas históricas de mantenimiento de ejecución hasta la falla y la dificultad de operar en ubicaciones remotas y adversas.

Un concepto erróneo común en la industria minera es que la única forma de lograr un sello confiable en estas aplicaciones de bombeo difíciles es mediante el uso de empaquetaduras (Figura 1). Desafortunadamente, el prensaestopas va de la mano con un alto consumo de agua, altos costos de mantenimiento, poca disponibilidad de equipos y grandes pérdidas de producción. Como resultado, los sellos mecánicos se introdujeron en las minas hace algunas décadas. Sin embargo, los usuarios finales no recibieron la capacitación adecuada y durante años se les ha suministrado el tipo incorrecto de sellos, una mala elección de materiales y sistemas de soporte de sello incorrectos o, en algunos casos, sin ellos. Esto contribuyó a la idea errónea general de que los sellos mecánicos no funcionan en la industria minera.

Figura 1: Disposición típica del prensaestopas en una bomba.

Los sellos mecánicos no solo funcionan, sino que también eliminan colectivamente miles de millones de galones de agua de prensaestopas desperdiciada cada año, al mismo tiempo que mejoran el intervalo entre reparaciones (MTBR) de las bombas. Miles de sellos mecánicos dobles ahora funcionan con éxito en todo el mundo en algunas de las operaciones de extracción de carbón, fosfato, platino, oro, potasa, cobre y otros minerales más remotas y difíciles.

El empaque del prensaestopas ha sido el método tradicional de sellar bombas durante más de 100 años. Este tipo de empaque está generalmente disponible, tiene un costo por unidad relativamente bajo y la mayoría de los mecánicos están familiarizados con su uso. Sin embargo, hay algunos inconvenientes inherentes al embalaje:

La clave para un sellado exitoso es mantener una película de fluido fresca, limpia y estable entre las caras. Cuando se usa un solo sello mecánico, el líquido que se bombea (el bombeo) se convierte en la película de fluido. Esto funciona bien cuando el bombeo es un líquido limpio, como el agua. Sin embargo, cuando el bombeo es lodo, la naturaleza abrasiva del lodo puede dañar rápidamente las caras del sello y provocar la falla de los componentes.

Un solo sello mecánico incorpora dos caras planas, una estacionaria y otra giratoria, que corren una contra la otra con una película de fluido entre ellas que proporciona lubricación. Sin una película de fluido estable entre las caras, estarían en pleno contacto, lo que se conoce como "funcionamiento en seco", lo que provocaría una rápida acumulación de calor y fallas en los componentes.

En este caso, se puede inyectar un lavado externo de líquido limpio, generalmente agua, en el lado del proceso del sello único para expulsar la lechada y rodear las caras del sello con un líquido frío y limpio. El principal inconveniente de este arreglo, conocido como API Plan 32, es que la inyección de agua en el proceso se realiza a una presión más alta que la presión de la caja de relleno.

Esto es problemático en las bombas de relaves en serie, donde la presión de descarga final puede alcanzar varios cientos de libras por pulgada cuadrada (psi), y se deben instalar y mantener sistemas de bombas especiales solo para suministrar esta agua de descarga a alta presión.

La inyección de descarga típica puede desperdiciar varios millones de galones de agua limpia por año. Si el proceso es caliente y el agua de lavado inyectada está fría, se deben agregar grandes cantidades de energía para elevar la temperatura del agua de lavado. Si el proceso es sensible a la dilución, se debe agregar aún más energía para evaporar el agua de lavado del proceso.

Todos los inconvenientes de la empaquetadura de prensaestopas y los sellos simples descritos anteriormente se pueden eliminar con un sistema de soporte y sello mecánico doble especificado correctamente. Un sello doble tiene dos juegos de caras: un juego que sella al fluido del proceso y otro que sella a la atmósfera, con una región de barrera entre las caras (Figura 2).

Figura 2: Diagrama de un sello mecánico doble típico que muestra las caras internas del sello sellando al fluido del proceso, las caras externas del sello sellando a la atmósfera y un fluido de barrera (azul) en el medio.

Un sistema de soporte del sello diseñado adecuadamente (tanque o 'recipiente del sello', Figura 3) suministra un líquido limpio y frío, generalmente agua, al espacio de barrera entre los sellos a una presión más alta que el fluido del proceso en la bomba. Por lo tanto, hay un diferencial de presión que fuerza el fluido de barrera limpio a través de las caras, formando una película de fluido estable.

Figura 3: Se suministra agua más fría al sello mecánico, que a su vez es calentada por las caras del sello. Esta agua 'más caliente' vuelve a subir al recipiente, elevando la temperatura general del recipiente. Luego, el recipiente pierde calor a la atmósfera, lo que da como resultado que el agua más fría y densa fluya hacia el fondo del recipiente y regrese a las caras del sello.

A medida que las caras del sello mecánico generan calor, el agua caliente en la zona de barrera del sello sube al tanque. El tanque irradia calor a la atmósfera y el agua más fría y densa vuelve a hundirse en el sello. Este proceso se conoce como 'termosifón' y permite que el tanque proporcione al sello mecánico un suministro constante de agua fresca, fresca, limpia y presurizada para la película de fluido, sin partes móviles.

Además de mantener una película de fluido estable en las caras del sello, es útil controlar el diseño de la cámara del sello para promover la máxima vida útil del sello. Muchas bombas para lodos utilizan una cámara de sello de garganta abierta (Figura 4). Este diseño puede conducir a la erosión de la glándula del sello causada por la velocidad de la lechada alrededor del sello.

Figura 4: Diagrama de una 'cámara de sello de garganta abierta' convencional, que expone el sello a la velocidad máxima de la suspensión.

El remedio convencional es usar modificadores de flujo (crestas o 'reductores de velocidad') mecanizados en el DI de la cámara del sello. En la Figura 5 se muestra un mejor diseño de cámara de sellado, donde la velocidad de la suspensión se interrumpe por la placa de marco cerrada entre el impulsor y la cámara de sellado. Todavía hay una gran cavidad alrededor del sello, que promueve el flujo de líquido para enfriar el sello.

Figura 5: Diseño alternativo de bomba de 'placa de marco cerrado', que oculta el sello de la velocidad total de la lechada, lo que reduce la necesidad de una metalurgia costosa y exótica para los componentes del sello.

En un Plan API 53A modificado, cada sello mecánico tiene su propio tanque de apoyo con un regulador de presión para proporcionar agua de barrera limpia a la presión adecuada para cada bomba. Cada tanque está equipado con una válvula de retención para que no sea posible la contaminación inversa del sistema de agua de la planta. Incluso si la presión del agua de la planta falla por un corto tiempo, las válvulas de retención mantienen cada tanque a la presión adecuada para mantener la importante película de fluido.

Una solución bien diseñada reducirá el consumo de agua de sello por bomba de un estimado de seis millones de gal/año de agua con un empaque o sello de lavado tradicional, a menos de 10 gal/año, para una reducción del 99,999 % en el uso de agua de sello.

Generalmente se acepta que el empaque tiene varios inconvenientes cuando se usa para sellar ejes giratorios en bombas. Quizás el mayor de ellos es la necesidad de millones de galones de agua de prensaestopas por bomba al año, para enfriar y lubricar la empaquetadura.

Los sellos mecánicos dobles y los sistemas de tanques eliminan todos los problemas asociados con el empaque y pueden reducir en gran medida la huella hídrica de una mina. Al mismo tiempo, reduce la mano de obra necesaria para cuidar el empaque y aumenta el tiempo de actividad y la disponibilidad del equipo. En aquellos casos donde el proceso es sensible a la dilución, los sellos mecánicos dobles pueden ahorrar millones de dólares al año en producto perdido.

Sin embargo, no cualquier arreglo de sello mecánico logrará los objetivos anteriores. El propietario de la bomba debe: (a) seleccionar un sello mecánico doble robusto; (b) 'ocultar' el sello de la lechada con un revestimiento de placa de marco cerrado; y (c) mantener una película de fluido limpia y estable a lo largo de las caras del sello. Esta película de fluido limpia se logra mediante el uso de un sistema de soporte de tanque de llenado automático que no requiere mantenimiento y mantiene la presión del fluido de barrera del sello entre 15 y 30 psi por encima de la presión del fluido de la bomba.

Miles de sistemas de tanques y sellos mecánicos dobles AESSEAL® están en funcionamiento en todo el mundo en minería y otras industrias, con un ahorro total estimado de más de 25 mil millones de gal/año de agua, lo que está demostrando ser mejor tanto para las empresas como para el medio ambiente.

Editado por Harleigh Hobbs.

Sobre el autor: Chris Rehmann es el Gerente de Marketing de AESSEAL Inc.

Lea el artículo en línea en: https://www.worldcoal.com/special-reports/02092015/reducing-mine-water-usage-2801/

El análisis realizado por Cornwall Insight Australia ha revelado que ciertas plantas de carbón en Nueva Gales del Sur pueden beneficiarse de retrasar su retiro.

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