Transporte hidráulico

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Transporte hidrulico de slidos

Mecanica de Fluidos II

Transporte hidraulico de slidos

Generalidades

El transporte hidrulico de slidos, constituye una operacin ampliamente utilizada desde hace varios aos en numerosas industrias y especialmente en el campo de la minera

Transporte hidraulico de slidos

Generalidades

permite transportar grandes cantidades de slido a gran distancia y en forma continua el fluido transportante normalmente es agua la planta de molienda debe estar cerca del yacimiento en algunos casos, tambin el concentrador el sistema ms utilizado es transporte hidrulico a presin

Transporte hidraulico de slidos

Generalidades

posibilita desarrollar trazados sinuosos se comporta bien en grandes desniveles adaptable a cualquier topografa mnimo efecto en condiciones climticas adversas para gran variedad de productos de la industria minera en algunos casos permite alejar la planta del yacimiento

Transporte hidraulico de slidos

Generalidadespermite operacin continua y comando remoto menores costos de operacin costos de inversin competitivos requiere mnima mano de obra, alta productividad mnimo impacto ambiental

Transporte hidraulico de slidos

Costos de transporte de slidos

Transporte mediante andarivel Transporte mediante camiones Cinta transportadora Tubera

0,30 - 0,40 0,10 - 0,15 0,01 - 0,04 0,001 - 0,01

US$/Ton x Km US$/Ton x Km US$/Ton x Km US$/Ton x Km

Por tubera o canales Por barco fluvial Por tren Por camin

3 a 20 veces c.t.i. 4 a 8 veces c.t.i. 8 a 30 veces c.t.i. 80 a 100 veces c.t.i.

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Aplicaciones en minera

Transporte de concentrado desde mina hacia puerto o estaciones ferroviarias Transporte desde la mina al concentrador Transporte de relaves

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Aplicaciones en minera

Material transportado (ao puesta marcha) CARBN: - Ohio, EE. UU. (1957) - Arizona, EE.UU. (1970) - Arkansas EE.UU. (1979) - Utah, EE.UU. (1981) - Francia - Polonia - Rusia Canad

Longitud recorrida (Km) 174 440 1668 290 10 203 61 805

Dimetro tubera (pulg) 10 18 38 24 15 10 12 24

(millones ton/ao)

Capacidad

1.3 4.8 25.0 10.0 1.5 1.6 12.0

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Aplicaciones en minera

Material transportado (ao puesta marcha) CONCENTRADOS DE FIERRO: - Tansmania, Australia ( 1967) - Nueva Zelandia (1971) - Mxico (1974) - Mxico (1976) - Mxico (1976) - Brasil (1977) - frica - India

Longitud recorrida (Km) 86 10 48 32 27 400 266 58

Dimetro tubera (pulg) 9 8 y 12 8 8 10 20 16 20 y 22

(millones ton/ao)

Capacidad

2.3 2.0 1.8 2.1 1.5 13 4.0 10

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Aplicaciones en minera

Material transportado (ao puesta marcha) CONCENTRADOS DE COBRE - Bouganville , Indonesia (1972) - EE.UU. ( 1974) - Japn - Alumbrera, Argentina (1997) - Isacruz , Per (1996)

Longitud recorrida (Km) 27 17 64 240-300 25

Dimetro tubera (pulg) 6 4 8 7 3,5

(millones ton/ao)

Capacidad

1.0 0.4 1.0 1.1 0.4

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Aplicaciones en minera

Material transportado (ao puesta marcha) CALIZAS FOSFATOS Y OTROS - Inglaterra (1964) - Colombia (1971) - Brasil - Trinidad - frica del Sur - EE.UU.

Longitud recorrida (Km) 92 27 114 10 35 116

Dimetro tubera (pulg) 10 7 10 8 6 y9 6

(millones ton/ao)

Capacidad

1.7 1.5 2.2 0.6 1.1 0.4

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Aplicaciones en ChileMinera Collahuasi Escondida Lnea 1 Escondida Lnea 2 Pelambres Andina Lnea 1 Andina Lnea 2 Andina Lnea 3 Disputada nivel (msnm) partida descarga 4400 3084 3159 1600 3000 3000 3000 3500 0 0 0 0 1100 1100 1100 1000 Largo (Km) 200 170 179 120 21,5 21,5 21,5 56 dimetro caudal tubera (m3/hr) (pulg) 7 9 6 y7 7 4 inicio 2,5 final 4 inicio y 3 final 6 20 y 24 111 296 125 141 Max 27 38,2 124 2300 material pulpa de concentrado pulpa de concentrado pulpa de concentrado pulpa de concentrado pulpa de concentrado pulpa de concentrado pulpa de concentrado pulpa de mineral Slidos (%) 60 65 65 60 48 48 48 50 a 60

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Descripcin del procesoEl slido debe fcilmente. poder mezclarse y separarse

No deben existir riesgos, como por ejemplo taponamiento de la caera debido a interacciones entre las partculas, trayendo como consecuencia aglomeracin de ellas. El slido a transportar no debe reaccionar ni con el fluido transportante ni con la tubera.

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Descripcin del procesoEl desgaste y ruptura que sufren las partculas durante el transporte no deben tener efectos adversos para el proceso posterior de ellas. La cantidad de fluido transportante debe ser adecuada

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Fuerza impulsoraTransporte gravitacional

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Fuerza impulsoraTransporte por bombeo

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VariablesDependiente del slido a transportar granulometra densidad forma dureza

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VariablesDependiente del fluido transportante

Densidad viscosidad

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VariablesDependiente de la instalacin

dimetro interno de la caera longitud desnivel rugosidad interna ngulos de inclinacin de la tubera singularidades (estrechamiento, codos, etc.)

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Variables

Dependiente de la mezcla

concentracin de slidos en volumen y en peso densidad de la mezcla

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Variables

Dependiente del sistema

tonelaje de slidos a transportar velocidad de flujo perdida de carga

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Consideraciones para el transporte de pulpael sistema debe ser capaz de conducir la mxima produccin de la faena minera debe ser flexible para operar en un rango amplio de produccin debe tenerse en cuenta en su diseo problemas como:corte de suministro de energa elctrica falta de agua fallas operacionales temblores

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Consideraciones para el transporte de pulpacontar con un sistema de deteccin de bloqueo y fugas y piscinas de emergencia los accesorios deben tener sistemas stand-by que permitan la mantencin y prever problemas de erosin y corrosin. los operadores deben tener una clara concepcin de los problemas que podran tener en el sistema

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Consideraciones para el transporte de pulpasistema de comunicacin confiable y con respaldo para el diseo, deben realizarse pruebas de laboratorio el diseo, construccin y operacin deben estar completamente de acuerdo a la legislacin vigente

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Consideraciones para el diseopara el transporte de minerales a molienda o relaves a los tranque de depsito, son preferibles los canales abiertos a las tuberas para los concentrados, las lneas gravitacionales presurizadas son la mejor solucin (tuberas) el consumo de agua debe ser lo ms bajo posible

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Conceptos hidrulicostamao de las partculas slidas concentracin de pulpa viscosidad velocidad lmite tasa de erosin tasa de corrosin prdida de carga seleccin de la tubera bombas, vlvulas y seleccin de disipadores de energa

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Criterios para eleccin de rutasanlisis comparativo de varias rutas utilizar la mxima pendiente posible, hasta un 15% anlisis simultneo de permisos y propiedades de terrenos plataforma de un mnimo de 10 a 12 metros para instalar la tubera en los cruces de ros, la tubera debe estar enterrada bajo la profundidad mxima de erosin

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Regmenes de flujoFlujo de slidos en suspensin homogneaLas partculas slidas viajan a la misma velocidad del fluido no existe gradiente de concentracin local ni de granulometra comportamiento hidrulico de la mezcla es muy similar a la de un fluido puro.

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Regmenes de flujoFlujo de slidos en suspensin homognea

Transporte hidraulico de slidos

Regmenes de flujoFlujo de slidos en suspensin homognea

y D

y h

Vm

Vml

Vm

Vml

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Regmenes de flujoFlujo de slidos en suspensin heterognealos slidos se mantienen en suspensin pero las partculas ms pesadas tienden a caer pero sin llegar al fondo de la tubera Se forma un gradiente vertical de concentraciones y granulometras

Transporte hidraulico de slidos

Regmenes de flujoFlujo de slidos en suspensin heterognea

Transporte hidraulico de slidos

Regmenes de flujoFlujo de slidos en suspensin heterognea

y D

y h

Vm

Vml

Vm

Vm

TUBERIA

CANAL

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Regmenes de flujoFlujo de slidos con arrastre de fondoLas partculas ms pesadas son transportadas, ya sea a saltos, rodando o deslizandose por el fondo de la tubera viajando a una velocidad menor que la del fluido Las partculas ms finas se mantienen en suspensin, viajan a la misma velocidad del fluido

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Regmenes de flujoFlujo de slidos con arrastre de fondo

Transporte hidraulico de slidos

Regmenes de flujoFlujo de slidos con arrastre de fondo

Transporte hidraulico de slidos

Regmenes de flujoFlujo de slidos con arrastre de fondo

Transporte hidraulico de slidos

Regmenes de flujoFlujo de slidos con depsitos de fondoSi el flujo es dbil, las partculas ms pesadas de la fase slida se depositan sobre el fondo de la tubera o canal, Presentndose un lecho fijo de slidos o un tren de dunas a baja velocidad por la parte inferior del ducto y una nube de partculas arrastradas y/o suspendidas por encima de stas.

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Regmenes de flujoFlujo de slidos con depsitos de fondoEl flujo con depsito estable de fondo, se presenta generalmente a bajas concentraciones y tamaos de slidos Las dunas mviles son usuales en espectros granulomtricos anchos y concentraciones importantes. Poco aconsejable trabajar en este rgimen de flujo.

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Regmenes de flujoFlujo de slidos con depsitos de fondo

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Regmenes de flujoFlujo de slidos con depsitos de fondo

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Caractersticas del transporte hidrulico de slidos.Carencia de una teora bien desarrollada Aleatoriedad en la fijacin de las variables de estudio Obtencin de modelos matemticos que predicen del comportamiento global de un sistema de transporte hidrulico de slidos

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Caractersticas del transporte hidrulico de slidos.Los estudios aludidos se centraron en tres parmetros :velocidades lmites de depsito (VL) prdidas de carga en mezclas slido-lquido o coeficiente de manning tasas de desgaste.

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Velocidad lmite de depsito.Mnima velocidad de flujo para que no exista riesgo de depsito y obstruccin de la tubera

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Velocidad lmite de depsito.Los parmetros que influyen en la velocidad lmite sonGranulometra de las partculas slidas densidad relativa de las partculas slidas dimetro de la tubera concentracin de slidos de la mezcla inclinacin de la tubera pH de la pulpa

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Velocidad lmite de depsito.En menor grado, VL tambin depende de:factor de forma de las partculas slidas temperatura de la mezcla

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Velocidad lmite de depsito.Influencia de la granulometra" v L " (d50 )0.4 0.8

" v L " (% + 65 mallas )

0.2 0.4

vL

(d80 )

0.0 0.2

d50

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Velocidad lmite de depsito.Influencia de la granulometra

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Velocidad lmite de depsito.Influencia de la densidad relativa de los slidosEs nula para partculas boyantes Aumenta con la densidad relativa entre el slido y el lquido.

" v L " (s - 1 )

0.3 0.5

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Velocidad lmite de depsito.Influencia de la densidad relativa de los slidos

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Velocidad lmite de depsito.Influencia del dimetro de la tuberaCrece con el dimetro de la tubera para tuberas de pequeo dimetro

" v L " D 0.3 0.5para tuberas de gran dimetro

" v L " D 0.2 0.4

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Velocidad lmite de depsito.Influencia del dimetro de la tubera

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Velocidad lmite de depsito.Influencia de la altura de escurrimiento en un canalEscasos en canales Mas importante que la altura de escurrimiento es la altura critica alturas de escurrimiento distintas de las altura crtica para evitar resaltos (turbulencia, aireacin y salpicaduras)

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Velocidad lmite de depsito.Influencia de la altura de escurrimiento en un canalnmero de Froude mayor que 1,1 de manera que el flujo sea abiertamente ro o torrente nmero de Froude menor que 3,0 porque si la pendiente es muy alta se generan flujos supercrticos con ondas (olas) altas

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Velocidad lmite de depsito.Influencia de la concentracin de la mezclapuede crecer, ser constante o decrecer con la concentracin de slidos en la mezcla depende del tipo de slido que se transporte y del rango de concentraciones

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Velocidad lmite de depsito.Influencia de la concentracin de la mezcla

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Velocidad lmite de depsito.Influencia de la concentracin de la mezclaEntre un 10 a un 25 % la velocidad lmite crece con la concentracin.

" v L " Cv 0.2 0.3

Sobre un 30% en volumen, la velocidad lmite empieza a decrecer suavemente con un aumento de la concentracin bajar VL parece no ser una buena poltica, por riesgos de obstruccin de difcil refluidizacin es mayor en una pulpa a gran concentracin que en una a baja concentracin.

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Velocidad lmite de depsito.Influencia de la inclinacin de la tubera o del canalno existe influencia para un fluido puro. en mezclas slido-lquido influye en la formacin de dunas sobre el fondo de la tubera

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Velocidad lmite de depsito.Influencia de la inclinacin de la tubera o del canal

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Velocidad lmite de depsito.Influencia de la inclinacin de la tubera o del canal(VL ) : velocidad lmite de la tubera horizontal

(VL)m:velocidad lmite mxima contrapendientes del orden de 30.

(para

(VL )a : velocidad lmite de la tubera vertical ascendente, ella corresponde a la velocidad de sedimentacin de la partcula de mayor tamao del espectro granulomtrico

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Velocidad lmite de depsito.Influencia de la inclinacin de la tubera o del canal para trabajar con contrapendientes es necesario mayor velocidad de flujo el incremento puede alcanzar valores de hasta un 15%. Pocos estudios experimentales. La pendiente de los canales es del orden de 1% al 3%, no existe influencia sobre la velocidad lmite

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Prdida de carga en tuberasLa relacin entre la resistencia de una pulpa y el agua vara de acuerdo al % de slidos de la pulpa del modo siguientelog J CV3 CV2 CV1 VL

ua ag

CV1 < CV2 < CV3

log V

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Prdida de carga en tuberasEl aumento de velocidad para una velocidad dada, implica un aumento en la energa gastada en mantener las partculas slidas en suspensin. El aumento de velocidad homogeniza la suspensin y la mezcla tiende a comportarse como un lquido puro.

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Prdida de carga en tuberasAl producirse depositacin, el choque de las partculas contra la pared provoca una disipacin muy fuerte de energa, y la perdida de carga aumenta considerablemente aunque la velocidad de flujo disminuya

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Prdida de carga en tuberasSe define la diferencia unitaria de prdida de carga, , como:

donde:

=

Jm : prdida de carga de la pulpa J0 : prdida de carga del agua Cv : concentracin de slidos en volumen

Jm - J 0 Cv J 0

y es funcin de las siguientes variables:granulometra de la partculas densidad relativa de la partculas dimetro de la tubera velocidad de flujo

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Prdida de carga en tuberas

Deficiencias entre los estudios realizadosno consideran la distribucin granulomtrica de las partculas slidas no toman en cuenta la influencia del ngulo de inclinacin de la tubera

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Prdida de carga en tuberasDeficiencias entre los estudios realizados (cont.)el parmetro Jm est dado en metros de agua y para el anlisis de lineas gravitacionales debe transformarse a metros de pulpa no se considera el efecto de pulido que provocan las partculas slidas en la tubera, disminuyendo notablemente la perdida de carga del agua pura

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Desgaste de la tubera

El desgaste que sufren inevitablemente las instalaciones de transporte hidrulico de slidos tiene dos causas principalesla abrasin mecnica debido al choque continuo de las partculas slidas contra la pared y la corrosin electroqumica debido a la diferencia de potencial electroqumico entre la pulpa y el ducto

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Desgaste de la tuberainfluyen en la abrasividad de un flujo slido-lquido Tamao dureza densidad forma de las partculas concentracin de slidos velocidad caractersticas geomtricas y mecnicas de la lneas.

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Desgaste de la tuberalas variables importantes de controlar para un sistema dado son:la velocidad media de la mezcla los cambios bruscos en la direccin del flujo

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Desgaste de la tuberaLa tasa de abrasin depende de la velocidad en la siguiente razn:

Tasa abrasin = V 2,0 3,0

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Desgaste de la tuberaLa abrasin local por los cambios de direccin puede controlarsediseando las curvas con radio amplio ( superiores a 50 dimetros) instalando protecciones antiabrasivas en codos y curvas

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Desgaste de la tuberaLa corrosin electroqumica puede tener mltiples causaspresencia de oxgeno u otros gases en el flujo influencia catalitica de los reactivos pH cido, etc