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Mi 233   week 7
 

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diseño de planta

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    Mi 233   week 7 Mi 233 week 7 Presentation Transcript

    • Sesión 711 Junio 2011Roberto VicuñaDISEÑO DE PLANTA MINERAMI 223
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSGeneralidades Permite transportar grandes cantidades de sólido a grandistancia y en forma continua. El fluido transportante normalmente es agua. La planta de molienda debe estar cerca del yacimiento,en algunos casos, también el concentrador. El sistema más utilizado es transporte hidráulico apresión. Se comporta bien en grandes desniveles. Adaptable a cualquier topografía.
    •  Mínimo efecto en condiciones climáticas adversas. Para gran variedad de productos de la industria minera. En algunos casos permite alejar la planta del yacimiento. Permite operación continua y comando remoto. Menores costos de operación. Costos de inversión competitivos. Requiere mínima mano de obra, alta productividad. Mínimo impacto ambiental.TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSGeneralidades
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSCosto de Transporte de Sólidos
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSAplicaciones en MineríaTransporte de concentrado desde mina haciapuerto o estaciones ferroviariasTransporte desde la mina al concentradorTransporte de relaves
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSTRANSPORTE DE PULPACasos típicos de movimiento de pulpas en una planta: Operaciones de molienda - clasificación. Operaciones de concentración de minerales. Operaciones de separación sólido / líquido. Disposición de relaves, etc.Si las condiciones topográficas son favorables, se utiliza eltransporte hidráulico gravitacional, utilizándose tuberías (flujo apresión), canaletas (superficie libre) o en acueductos (tuberíacon superficie libre). Si las condiciones no son favorables serequiere de bombeo, empleándose tuberías (flujo a presión).
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSTRANSPORTE DE PULPAPlanta Concentradora
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSTRANSPORTE DE PULPAVariables que Condicionan el TransporteCaracterísticas del sólido (mineral):Gravedad específica.Distribución granulométrica (tamaños característicos).Forma de las partículas.Angulo de fricción interna (resistencia al deslizamiento).Características del fluido:ViscosidadDensidadCaracterísticas de la pulpa:DensidadConcentración de sólidos en peso (Cp) y en volumen (Cv).Viscosidad
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSTRANSPORTE DE PULPAVariables que Condicionan el TransporteDucto (tubería, canal o acueducto): Forma Tamaño Pendiente RugosidadCaudal volumétrico (QT)Aceleración de gravedad (g)Coeficiente de fricción (sólido – pared del ducto).
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSTRANSPORTE DE PULPAPara Transportar un Sistema Particulado se DebeCumplir: El sólido no debe reaccionar químicamente ni con la faselíquida, ni con la tubería. No debe existir problemas de aglomeración y posteriorobstrucción de la tubería. Las partículas de mineral deben poder mezclarse y separarsede la fase líquida. El desgaste y ruptura de las partículas producto de sutransporte hidráulico no debe afectar las etapas posteriores.
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSTRANSPORTE DE PULPACaracterísticas del FluidoViscosidad (m)Propiedad que representa la resistencia al esfuerzo tangencial. Launidad de medida más utilizada es el centipoise, cP, (1 poise esequivalente a 1 g/(cm s)).El agua pura a 20 º C tiene una viscosidad de 1,002 cP. En el sistemainternacional la unidad de viscosidad es kg/ (m s). Para el agua a 20ºC,m vale 1,005 10-3 kg/ (m s).donde:t = Esfuerzo de corte.dv/dy = Deformación angular de la mezcla (v : velocidad del fluido, y:distancia perpendicular a la dirección del flujo)
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSTRANSPORTE DE PULPACaracterísticas del FluidoViscosidad Cinemática (u)Este término se utiliza frecuentemente y corresponde al cuociente entrela viscosidad y la densidad del fluido.donde:u = viscosidad cinemática (m2/s).r = densidad del fluido (kg/m3).
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSTRANSPORTE DE PULPACaracterísticas del FluidoNúmero de ReynoldsPermite caracterizar la naturaleza del escurrimiento. En un flujo entuberías se puede expresar como:donde:D = diámetro del ducto.v = velocidad media del flujo.rf = densidad del fluido.Para flujo de líquidos:Re < 2000 Flujo laminar2000 Re 4000 Flujo de transición (inestable)Re > 4000 Flujo turbulento
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSTRANSPORTE DE PULPACaracterísticas de la PulpaEcuaciones típicas para la determinación de la viscosidad de la pulpa:Ecuación de Thomas (estudio con esferas uniformes, sin restricciónpara Cv):Ecuación de Wellman (experiencias con relaves chilenos):Las ecuaciones anteriores sólo dependen de CV, no consideran otrasvariables que afectan de manera importante viscosidad, como el pH.
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSTRANSPORTE DE PULPATipos de Flujo de PulpaEl transporte de pulpas se realiza típicamente en flujoturbulento, ya que la turbulencia permite la suspensión de laspartículas.En algunos casos particulares puede presentarse régimen deflujo laminar, si la concentración de sólidos es grande (Cp entre75% - 80%).
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSTRANSPORTE DE PULPAVelocidad Límite en TuberíasLa velocidad límite (VL) corresponde al parámetro quedetermina la mínima velocidad de flujo para que no exista riesgode depositación y obstrucción de la tubería.Corresponde a la velocidad a la cual los sólidos gruesospermanecen detenidos por períodos importantes en el fondo dela tubería (formación de dunas móviles y/o lecho fijo en elfondo).
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSTRANSPORTE DE PULPAParámetros que Influyen en VLLa velocidad límite en un flujo de pulpa depende de: Granulometría de las partículas. Gravedad específica de los sólidos Concentración de sólidos en la mezcla Inclinación de la tubería Diámetro de la tuberíaDepende también pero en menor grado de: Factor de forma de las partículas Temperatura pH
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSTRANSPORTE DE PULPAInfluencia del Diámetro de la Tubería en la VLLa capacidad portante decrece con el aumento del diámetro dela tubería, lo que se traduce en que la velocidad límite crece conel diámetro de la tubería.VL α D0,3 a 0,5 (tubería de pequeño diámetro 1” a 6”)VL α D0,1 a 0,3 (tubería de gran diámetro 8” a 24”)Esta relación es muy importante en el diseño de tuberías.
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSTRANSPORTE DE PULPAInfluencia del pH en la VLPara Cp <= 45%pH prácticamente no influye en VL}Para 45 % < Cp <= 60%pH influye notablemente en VLpH entre 11 y 11,5 requieren hastaun 20% menos de VL que para pH 10
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSTRANSPORTE DE PULPARelación entre Velocidad de Flujo y VLEn la práctica se fijan velocidades de flujo en relación con lavelocidad límite de depósito de la siguiente forma:v >= 0,90 VL en sectores con pendientes a favor delflujo mayores a un 5%.v >= 1,10 VL en sectores con pendientes en contra o afavor del flujo menores a 2%.v >= 1,15 VL en sectores con pendientes en contra delflujo superiores al 5%. (Rango 1,05 a1,15)
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSBOMBAS DE PULPACuando las condiciones topográficas no son adecuadas (pendientes encontra del flujo, distancias muy grandes, etc.), se requiere mover lapulpa con un sistema de bombeo.Las bombas utilizadas para esto son de características distintas a lasbombas para agua pura, dada la alta densidad, viscosidad y abrasividadde la pulpa. Las bombas más utilizadas son: Bombas centrífugas Bombas de desplazamiento positivo (plunger y pistón)
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSBOMBAS DE PULPABombas CentrífugasSon las bombas más utilizadas sobre todo para distancias cortas ocircuitos de planta. Son similares a las bombas de agua pero estánrevestidas interiormente con goma, materiales sintéticos, poliuretano ohechas con aleaciones con níquel.Características principales: Altura de impulsión < 60 m La presión de varias bombas en serie no deben superar los 600 psi. Velocidad periférica del rodete del impulsor límite 25 m/s (600 a1800rpm)Hay que considerar en su selección los efectos de pérdida de eficienciapor contenido de sólidos.
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSBOMBAS DE PULPAArreglo
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSBOMBAS DE PULPAAltura de Impulsión (H)La Altura de Impulsión (H), se define como la sumatoria de laspérdidas de carga por fricción, por singularidades y por desnivelgeométrico.En el cálculo de bombas la altura de impulsión considera también otraspérdidas de carga como son por: presión, velocidad y succión.En el caso de trabajar con pulpas hay que considerar lo siguiente:Determinar la altura de la pulpa como si fuera agua.Corregir la altura de impulsión de la pulpa por el factor HR = RSP =Jm/Jo.
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSBOMBAS DE PULPACorrecciones a Altura de Impulsión (H)Los catálogos de bombas de pulpa presentan las curvas defuncionamiento para agua pura por lo cual éstas deben ser corregidaspara las características de la pulpa a impulsar. Para las bombascentrífugas se considera lo siguiente:Ecuación General:Donde HR < 1Para determinar HR se pueden utilizar diversos métodos empíricos
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSBOMBAS DE PULPACorrecciones a Altura de Impulsión (H)Modelo de Mc Elvain y Cave:donde K se obtiene de un ábaco parametrizado por la gravedad específicade los sólidos (S). Ver figuras:
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSBOMBAS DE PULPAMac Elvain y Cave, Determinación de HR
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSBOMBAS DE PULPAMac Elvain y Cave, Determinación de HR
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSBOMBAS DE PULPADimensionamientoCálculo de Altura de Impulsión corregida Hw [m.c.a]:donde:HT = altura de impulsión en [m.c.p]HR = RSP = factor de corrección por efecto de sólidos en la pulpaHR(d50, S, Cp).d50 = diámetro medio de partículas a transportar [mm]S = gravedad específica de los sólidos.Cs = coeficiente de seguridad;0,9 pulpa no espumosa (relaves)0,7 pulpa espumosa (concentrados
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSBOMBAS DE PULPADimensionamientoAltura de Impulsión con pulpa, HT (mcp):Donde:Hf = pérdida de carga friccional, J L.HS = pérdida de carga por singularidades.HG = pérdida de carga por diferencia de cota (Zf – Zi).Hi = pérdida de admisión desde el estanque de bombeo a la tuberíade aspiración (0,5 v2/2g).Hsuc = altura estática de succión.HP = altura de presión en el sistema de ciclonaje. Si se descarga a laatmósfera HP se omite y se usa He, que corresponde a lapérdida a la salida de la tubería v2/2g)
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSBOMBAS DE PULPADimensionamientoPotencia Consumida PM (potencial final requerida, HP):PB = potencia de bombeo [HP]ηT = eficiencia motor-transmisión = 0,92.Potencia de Bombeo, PB (HP):PT = potencia teórica [HP]ηR = eficiencia real de la bomba funcionando con pulpa:ηR = ηC HR Cs
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSBOMBAS DE PULPADimensionamientoPotencia Teórica PT (HP):donde:ρT = densidad de la pulpa [t/m3]QT = caudal de pulpa [l/s]ηC = eficiencia de catálogo, ηC (QT, Hw)
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSBOMBAS DE PULPADimensionamientoBombas en Serie:Si la altura de impulsión requerida es muy grande y no se puedeutilizar una sola bomba, se colocan bombas en serie y el número debombas (n) se calcula como sigue:
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSBOMBAS DE PULPADimensionamientoBombas en Paralelo:Si el caudal a impulsar es muy grande y no se puede utilizar una solabomba, se colocan bombas en paralelo y el número de bombas (n) secalcula como sigue (configuración para agua):
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSTUBERÍASMaterial de FabricaciónAcero Comercial (se fatiga a 28.000 psi).Aceros Especiales (bajo contenido de carbono y/o aleacionesde manganeso y/o niquel).Aceros de Alta Resistencia (grados X60, X65 o superior => elacero se fatiga a 65.000 psi, para el último ejemplo).Plásticas: PVC (polipropileno) o HDP (polietileno de altadensidad). Resistentes a la corrosión y a la abrasión. No puedenoperar a más de 100 – 200 psi, pueden ser inflamables o rotaspor equipo pesado.
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSTUBERÍASMaterial de FabricaciónAsbestos – Cementos (sólo aplicables a pulpas degranulometrías finas y baja velocidad).Acero revestido en Goma (flujos a alta velocidad, cambios dedirección y sólidos abrasivos, el problema es el costo y elenvejecimiento de la goma).Acero revestido en Poliuretano (flujos a alta velocidad,cambios de dirección y sólidos abrasivos, el problema es elcosto, es mejor que el anterior).
    • TRANSPORTE HIDRAÚLICO DE SÓLIDOSTUBERÍASAnillos Disipadores de Energía