clasificacion de hidrociclones

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CLASIFICACIÓN

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CLASIFICACIÓN

Page 2: clasificacion de hidrociclones

CLASIFICACIÓNEs la separación de partículas según su rapidez de asentamiento en

un fluido (generalmente agua o aire).

Los clasificadores normalmente generan 2 productos:

Corriente de respuesta positiva: Contiene las partículas de

asentamiento más rápido, también es conocida como arenas,

producto de descarga inferior o sobre-tamaño.

Corriente de respuesta negativa: contiene las partículas de

asentamiento lento, también es conocida como derrame, lamas o

sub-tamaño.

Page 3: clasificacion de hidrociclones

CLASIFICACIÓN

A pesar de que la clasificación es una operación desarrollada para la

separación de partículas de acuerdo con su tamaño, el efecto que

tiene la diferencia de densidad entre las diferentes especies

involucradas y otros factores que influyen en el proceso, hacen que

en algunos casos esta sea una operación más de selección que de

clasificación, por lo tanto esta operación es aplicada en las siguientes

situaciones:

Page 4: clasificacion de hidrociclones

CLASIFICACIÓN

Separación de tamaños finos y gruesos, que no puede ser

realizada por cribado por que son demasiado finos.

Efectuar una concentración de las partículas más pesadas y

pequeñas de las más grandes y ligeras.

Dividir una distribución de tamaños de intervalo grande en

varias fracciones.

Restringir la distribución de propiedades de las partículas que

van a entrar a un proceso de concentración.

Controlar la molienda en un circuito cerrado.

Page 5: clasificacion de hidrociclones

TIPOS DE CLASIFICADORES

Los equipos de clasificación generalmente se clasifican de

acuerdo con la forma de descarga de los sobre-tamaños en:

Clasificadores de descarga mecánica

Hidrociclones.

Ciclones neumáticos

Page 6: clasificacion de hidrociclones

CLASIFICADORES MECÁNICOS

Clasificadores de espiral (de rastrillo o de arrastre):Este clasificador realiza la descarga de sobre-tamaños por medios

mecánicos y de acuerdo con movimiento relativo entre las partículas y

el fluido por sedimentación.

CLASIFICADORES DE ESPIRAL

Alimento

FinosCorriente (-)

GruesosCorriente (+)

FC

FgFe

A mayor Tp, mayor será la Fe

Page 7: clasificacion de hidrociclones

% SÓLIDOS (VOL)ALIMENTO ARENAS LAMAS

-- 45-65 2-20

CLASIFICADORES MECÁNICOSClasificadores de Paletas:

Este tipo de espirales es útil en circuitos de molienda, lavado y eliminación de agua.

Page 8: clasificacion de hidrociclones

La clasificación se hace por medios mecánicos y por sedimentación

de las partículas en el fluido.

CLASIFICADORES DE PALETAS

FgFe

A mayor Tp, mayor será la Fe

FinosCorriente (-)

GruesosCorriente (+)

Alimento

Page 9: clasificacion de hidrociclones

Este tipo de clasificadores se utiliza para separaciones gruesas y

para remover aglomerados.

No existen restricciones de %Vol sólidos en las corrientes.

CLASIFICADORES MECÁNICOSClasificadores de Tanque Cilíndrico

Page 10: clasificacion de hidrociclones

Este clasificador posee rastrillos giratorios en el fondo del tanque, con el fin de facilitar la descarga de las arenas por medio mecánico. La interacción entre el fluido y las partículas se hace por sedimentación.

CLASIFICADORES DE TANQUE CILÍNDRICOLa baja eficiencia de este clasificador hace que su uso sea práctico sólo cuando se requiere separar grandes volúmenes de material.

AlimentoFinosCorriente (-)

GruesosCorriente (+)

Page 11: clasificacion de hidrociclones

CLASIFICADORES MECÁNICOS

% SÓLIDOS (VOL)ALIMENTO ARENAS LAMAS

-- 15-25 0.4-8

FgFe

Page 12: clasificacion de hidrociclones

Clasificadores de cono:

En este tipo de clasificadores la descarga de los sobretamaños se hace por gravedad y la interacción entre las partículas y el fluido se da por sedimentación.

CLASIFICADOPRES DE CONO

Alimento

FinosCorriente (-)

GruesosCorriente (+)

Page 13: clasificacion de hidrociclones

La eficiencia de este tipo de clasificadores es relativamente baja y de bajo costo, por lo que es utilizado solamente en separación primaria.

CLASIFICADORES HIDRÁULICOS

% SÓLIDOS (VOL)ALIMENTO ARENAS LAMAS

-- 35-60 5-30FgFe

Page 14: clasificacion de hidrociclones

Hidrociclones:En este clasificador la interacción entre las partículas y el fluido se da por sedimentación, la descarga de los sobre-tamaños se da por medios no mecánicos.

HIDROCICLONES

Alimento

FinosCorriente (-)

GruesosCorriente (+)

Page 15: clasificacion de hidrociclones

Los hidrociclones por su alta eficiencia de clasificación son utilizados en molienda de circuito cerrado

CLASIFICADORES NEUMÁTICOSCiclones Neumáticos:

% SÓLIDOS (VOL)ALIMENTO ARENAS LAMAS

4-35 30-50 2-15Fg

Fe

Fc

Page 16: clasificacion de hidrociclones

Este tipo de clasificadores realiza la descarga de los sobte-tamaños por medios no mecánicos y la interacción entre las partículas y el fluido se da por sedimentación. Su principal uso se da en la clasificación en seco y no posee restricciones de tamaño.

Alimento

FinosCorriente (-)

GruesosCorriente (+)

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CLASIFICACIÓN A TRAVÉS DE FLUIDOSEs la separación de partículas de acuerdo con la diferencia entre su velocidad de asentamiento y la velocidad de un fluido que puede ser líquido o gas.

Una partícula que desciende en el vacío posee una velocidad creciente e independiente de su densidad y de su área superficial, no obstante cuando la partícula desciende en contracorriente con un medio como el aire o el agua, este le proporciona una resistencia, que reduce su velocidad hasta el punto en el que la resistencia es igual a la fuerza de gravedad, a partir del cual la partícula adquiere su velocidad terminal.

Page 18: clasificacion de hidrociclones

Una vez la partícula alcanza su velocidad terminal, desciende con una velocidad constante.

En el proceso de clasificación a través de fluidos, cada partícula experimenta tres fuerzas: La fuerza de gravedad La fuerza de empuje La fuerza de arrastre (fuerza producida por el movimiento relativo entre la partícula y el fluido).

La fuerza de arrastre depende de la velocidad de caída de la partícula en el fluido así:

CLASIFICACIÓN A TRAVÉS DE FLUIDOS

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CLASIFICACIÓN A TRAVÉS DE FLUIDOSSi la velocidad de descenso de la partícula es lenta, obedecerá a la ley de Stokes y la partícula estará cubierta de una fina capa de fluido, que se mueve a la misma velocidad de la partícula.

Entre la capa de fluido que envuelve la partícula y el fluido adyacente habrá una diferencia de velocidad, que genera un movimiento relativo entre las capas de fluido y por lo tanto existirá un esfuerzo cortante entre ellas, que es proporcional a la viscosidad. A este mecanismo se le conoce como resistencia viscosa.

Page 20: clasificacion de hidrociclones

CLASIFICACIÓN A TRAVÉS DE FLUIDOS

Cuando la partícula desciende a alta velocidad, el fluido adyacente experimenta un movimiento turbulento que le imprime una resistencia al movimiento de la partícula, esta se conoce como resistencia turbulenta y obedece a la ley de Newton.

La magnitud de la velocidad terminal de cada partícula depende del tipo de resistencia ejercida por el fluido y la clasificación se hace de acuerdo con la diferencia entre la velocidad terminal de cada partícula, respecto a la velocidad del fluido.

Page 21: clasificacion de hidrociclones

CLASIFICACIÓN A TRAVÉS DE FLUIDOS

Las partículas cuya velocidad terminal sea menor que la velocidad del fluido que se encuentra en contracorriente, experimentan unas fuerzas de oposición mayores a la fuerza de gravedad y por lo tanto, serán arrastradas por el fluido hasta salir del clasificador, por una zona conocida como descarga de lamas, corriente negativa o subtamaños.

Las partículas cuya velocidad terminal es mayor que la velocidad del fluido en contracorriente experimentan unas fuerzas de oposición menores a la fuerza de gravedad y por lo tanto vencen la resistencia del fluido hasta salir del clasificador por la descarga de arenas, positiva o de sobretamaños.

Page 22: clasificacion de hidrociclones

La velocidad terminal de cada partícula puede ser calculada a partir del equilibrio de las fuerzas que interactúan en ellas:

a*MF

CLASIFICACIÓN A TRAVÉS DE FLUIDOS

Cuando se alcanza la velocidad terminal la velocidad de la partícula se hace constante y por lo tanto x/t = 0, es por esto que:

g*(m - m’) = Fa Entonces:

tx m Fa– Fe– Fg

tx m Fa - g) * (m' - g)*(m

Page 23: clasificacion de hidrociclones

Si la velocidad de descenso de la partícula es lenta, cumplirá con la ley de Stokes y por lo tanto:

Para d0 menores a 50 m

Fa = 3**d0**V;

= viscosidad del fluidoEntonces:

CLASIFICACIÓN A TRAVÉS DE FLUIDOS

Page 24: clasificacion de hidrociclones

De acuerdo con lo anterior, se puede establecer que la velocidad terminal de cada partícula depende de:

La diferencia de densidad entre cada partícula y el fluido. El diámetro de cada partícula

Por lo tanto: Si se tienen partículas con igual densidad, las de mayor

diámetro tendrán una mayor velocidad terminal. Si se tienen partículas de igual o similar tamaño, las de mayor

densidad, tendrán mayor velocidad terminal.Si se tienen partículas de diferente tamaño y densidad, la

relación de tamaño a la cual se obtienen igual velocidad terminal puede ser determinada mediante la relación de asentamiento.

CLASIFICACIÓN A TRAVÉS DE FLUIDOS

Page 25: clasificacion de hidrociclones

CLASIFICACIÓN A TRAVÉS DE FLUIDOS

Si la relación sólido – fluido es menor al 15% y además: El tamaño de las partículas es menor a 50 m

Sí Va = Vb, entonces:

)()(

dd

la

lb

b

a

Page 26: clasificacion de hidrociclones

Si la relación sólido – fluido es menor al 15% y además:El tamaño de las partículas es mayor a 5000 m

CLASIFICACIÓN A TRAVÉS DE FLUIDOS

L

laaa *33.0

)(d*gV

L

lbb *33.0

)b(d*gV

)()(

dd

la

lb

b

a

Sí Va = Vb, entonces:

Por lo tanto: n

la

lb

b

a

)()(

dd

n= ½ para partículas menores a 50mn= 1 para partículas mayores a 5000 mn= 0,5 – 1 para partículas entre 50 y 5000 m

Page 27: clasificacion de hidrociclones

CLASIFICACIÓN A TRAVÉS DE FLUIDOS

Si la relación sólido – fluido es al 15%, el fluido se comportará como una pulpa viscosa que obedece a la ley de Newton, por lo tanto:

)()(

dd

pa

pb

b

a

Page 28: clasificacion de hidrociclones

EVALUACIÓN DE LOS CLASIFICADORESUn clasificador es evaluado de acuerdo con:

Capacidad de clasificación Tamaño de separación Rendimiento

La capacidad del clasificador se mide de acuerdo con la cantidad de material separado por unidad de tiempo.

El tamaño que es capaz de separar un clasificador, se determina de acuerdo con la abertura de la malla que retiene una cantidad de sólidos (entre 1 – 3%) en la corriente de finos.

Page 29: clasificacion de hidrociclones

TAMAÑO DE SEPARACIÓN

En términos reales, no siempre las partículas que quedan retenidas en el tamiz superior de los finos tienen la misma probabilidad de ir a la descarga de gruesos como de finos, por lo tanto, este criterio se usa para determinar el tamaño límite que se puede clasificar.

RENDIMIENTO DE LOS CLASIFICADORES

Alimento

FinosCorriente (-)

Gruesos Corriente (+)

800m 3%500m 15%375m 22%250m 27%125m 33%

800m 3%500m 15%375m 22%250m 27%125m 33%

Page 30: clasificacion de hidrociclones

Se determina cualitativamente de acuerdo con la pendiente de la curva fracción retenida en los gruesos respecto al alimento Vs tamaño de partícula.

RENDIMIENTO DE LOS CLASIFICADORES

Alimento

FinosCorriente (-)

Gruesos Corriente (+)

1750m A(g)

1500m B(g) 15%1250m C(g)

1000m D(g)

800m E(g)

500m F(g)

375m G(g)

250m H(g)

125m I(g)

1750m A’(g)1500m B’(g)

15%1250m C’(g)1000m D’(g)800m E’(g)500m F’(g)

375m G’(g)

250m H’(g)

125m I’(g)

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Comportamiento ideal

RENDIMIENTO DE LOS CLASIFICADORES(tp)

mas

a de

par

tícul

as d

e un

de

term

inad

o ta

mañ

o en

la

desc

arga

(+) r

espe

cto

a la

mas

a de

pa

rtícu

las

del m

ism

o ta

mañ

o en

el

alim

ento

(Fra

cció

n)A’/A

D’/D

E’/EF’/F

1

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Comportamiento real

(tp)

mas

a de

par

tícul

as d

e un

de

term

inad

o ta

mañ

o en

la

desc

arga

(+) r

espe

cto

a la

mas

a de

pa

rtícu

las

del m

ism

o ta

mañ

o en

el

alim

ento

(Fra

cció

n)

A’/AD’/D

E’/EF’/F

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RENDIMIENTO DE LOS CLASIFICADORESComportamiento real

RENDIMIENTO DE LOS CLASIFICADORES(tp)

mas

a de

par

tícul

as d

e un

de

term

inad

o ta

mañ

o en

la

desc

arga

(+) r

espe

cto

a la

mas

a de

pa

rtícu

las

del m

ism

o ta

mañ

o en

el

alim

ento

(Fra

cció

n)A’/A

D’/D

E’/EF’/FY1

1Y2

Y1, Fracción de partículas finas en la descarga (+).

Y2, Fracción de partículas gruesas en la descarga (-)

Page 34: clasificacion de hidrociclones

La diferencia entre el comportamiento real y el ideal puede ser corregida mediante la siguienete expresión:

Esta expresión permite determinar el tamaño de clasificación de un equipo mediante el criterio del d50 en una curva de rendimiento.

Page 35: clasificacion de hidrociclones

FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LOS CICLONES

El rendimiento de los ciclones está fuertemente influenciado por sus parámetros de diseño y operación, tales como:

Velocidad y flujo de alimentación Ubicación del vórtice o remolino Dilución y presión de la pulpa Diámetro de entrada y salidas

La interacción directa de estos parámetros hace que la determinación del tamaño de corte (d50) sea complicada si no se dispone de datos experimentales para construir las curvas de rendimiento.

Page 36: clasificacion de hidrociclones

FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LOS CICLONES

No obstante, algunas relaciones empíricas han mostrado buenas aproximaciones con el resultado experimental, las más importantes de ellas son:

ECUACIÓN DE BRADLEY Es útil para determinar el tamaño de corte en ciclones pequeños y con pulpas diluidas.

d50c= es el punto de corte (µm) Do= diámetro del derrame (cm)Di= Diámetro de la entrada (cm) Q= caudal de entrada (m3/hor)S= Densidad relativa del sólido L= Densidad Relativa del líquidos

Page 37: clasificacion de hidrociclones

FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LOS CICLONES

ECUACIÓN DE PLITTUtilizada para determinar el tamaño de corte en ciclones industriales de gran diámetro y con pulpas de alto contenido de sólidos.

d50c= es el punto de corte (µm) Dc= diámetro interno del ciclón (cm)Di= Diámetro de entrada (cm) Do= Diámetro del vórtice (cm)Du= diámetro del derrame (cm) V= %de sólidos en la pulpa (vol)Q= Caudal de entrada de la pulpa (m3/hor)S= densidad del sólido (g/cm3) L= densidad del líquido (g/cm3)h= distancia desde la parte inferior del vértice hasta la parte superior de la descarga (-) (cm)

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FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LOS CICLONES

En el diseño de hidrociclónes generalmente se utilizan las siguientes relaciones geométricas, para obtener un buen rendimiento durante la clasificación:

El área de la entrada es aproximadamente el 7% del área de la sección transversal de la cámara de alimentación.

El buscador de remolino tiene un diámetro entre el 35 – 40% el diámetro interno del ciclón.

El diámetro del ápice generalmente es mayor al 25% del diámetro del buscador de remolino.

Page 39: clasificacion de hidrociclones

FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LOS CICLONES

FinosCorriente (-)

Alimento

Cámara de alimentación

Ápice

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FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LOS CICLONES

Dado que la fuerza centrífuga (Fc) y la fuerza de arrastre (Fd), son las encargadas de producir la selectividad durante la clasificación en un ciclón, el rendimiento de la clasificación dependerá del efecto que tengan las variables de operación y diseño sobre estas fuerzas.

r= distancia de la partícula al centro del hidrociclón.dp= Diámetro de la partícula

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V(t)= velocidad tangencialFACTORES QUE

AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LOS CICLONES

=Viscosidad de la pulpav( r ) =es la velocidad radial de la partícula

Sí Fc> Fd la partícula va a la descarga (+)Sí Fc<Fd, la partícula va a la descarga (-)

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DISEÑO Y OPERACIÓN DE HIDROCICLONES

El diseño y la operación de los hidrociclónes dependen de los patrones de flujo que se producen en el interior de este equipo durante la clasificación.

Los patrones de flujo son gobernados por el número de Reynolds de la corriente de pulpa en el hidrociclón (Rec).

Durante la clasificación con hidrociclónes, la pulpa al ingresar al equipo, generalmente posee un Rec del orden de 104, hasta 106, por lo que en esta zona se experimenta un flujo turbulento, adicionalmente como en el interior el hidrociclón posee una geometría circular, se requiere que el Rec sea mayor al que se puede obtener en la entrada,

Page 43: clasificacion de hidrociclones

para que la pulpa adquiera un flujo laminar por interacción entre su velocidad y la fuerza centrífuga.

DISEÑO Y OPERACIÓN DE HIDROCICLONES

Para hidrociclónes pequeños, existe un Rec límite de 104, por encima del cual la selectividad en la clasificación se da principalmente por efectos de la fuerza centrífuga y por debajo de este orden, la selectividad de la clasificación está gobernada por el Rec.

El Rec puede ser determinado a partir de la siguiente expresión:

Dc, es el diámetro del hidrociclón

Page 44: clasificacion de hidrociclones

V, es la velocidad de entrada de la pulpa al hidrociclónρl, es la densidad del líquido, es la viscosidad de la pulpa

DISEÑO Y OPERACIÓN DE HIDROCICLONESFinos

Corriente (-)Alimento

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DISEÑO Y OPERACIÓN DE HIDROCICLONES

Cada uno de los componentes de la pulpa experimentan una velocidad radial, una velocidad axial (vertical) y una velocidad tangencial (horizontal), cuyo valor depende de la posición en la que se encuentren dentro del hidrociclón.

Velocidad Radial

GruesosCorriente (+)

Page 46: clasificacion de hidrociclones

DISEÑO Y OPERACIÓN DE HIDROCICLONES

Velocidad Tangencial

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FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LOS CICLONES

DIFERENCIA DE PRESIÓN

La diferencia de presión entre la entrada del alimento y el interior del ciclón influye directamente sobre la fuerza centrífuga que experimentan las partículas al momento de la entrada.

Entre mayor sea la caída de presión, mayor es el caudal y menor es el tamaño limite de corte, ya que partículas más pequeñas adquieren la fuerza necesaria para vencer la succión de la corriente de derrame

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y por lo tanto lograrán llegar al extremo opuesto del punto de alimentación, donde la fuerza centrífuga se encarga de retenerlas en el interior del ciclón hasta descargarlas por la corriente (+).

FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LOS CICLONES

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FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LOS CICLONES

DENSIDAD DE LA PULPA

Un aumento de la densidad de la pulpa produce un flujo de mayor viscosidad y mayor interacción entre partículas, lo que hace que el tamaño de corte sea difuso, adicionalmente, aumenta el tamaño de corte.

Generalmente se trabaja con pulpas hasta del 30% en peso de sólidos, sin embargo, en algunas operaciones de clasificación posteriores a la molienda se alimentan pulpas hasta con 60% de sólidos, pero esto aumenta el tamaño de corte.

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FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LOS CICLONES

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FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LOS CICLONES

FORMA DE LAS PARTÍCULAS

La forma de las partículas también influye en el tamaño de corte, las partículas de caras planas tienen mayor área sobre la que actúa la presión de succión, por lo tanto estas tienden a salir por la corriente de derrame.

Un caso particular de este efecto se presenta en los minerales laminares, como la mica.

Page 53: clasificacion de hidrociclones

FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LOS CICLONES

ÁREA DE ENTRADA DEL ALIMENTO

A mayor área de entrada mayor podrá ser el caudal y la presión de alimentación, por lo tanto la caída de presión será mayor.

La dirección de entrada de las partículas es otro factor importante en el tamaño límite de corte. Los dispositivos involutos reducen el tamaño de corte de la clasificación.

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FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LOS CICLONES

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FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LOS CICLONES

TAMAÑO DEL BUSCADOR DE REMOLINO

Entre mayor sea el diámetro del buscador de remolino, mayor será la capacidad para aplicar la presión de succión y si se mantiene constante la presión de alimentación, menor será la caída de presión, por lo tanto el tamaño de corte se reduce y aumenta la capacidad de la clasificación.

TAMAÑO DEL ÁPICE

Un tamaño insuficiente de la abertura del ciclón reducirá la entrada de aire al ciclón disminuyendo el rendimiento de la clasificación, por el contrario un tamaño excesivo facilitará la salida excesiva de líquido y con él partículas

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muy finas sin clasificar. El ángulo adecuado generalmente varía entre 20 y 30º.FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE

LOS CICLONES