Transporte hidráulico
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Transcript of Transporte hidráulico
Transporte hidráulico de sólidos
Mecanica de Fluidos II
Transporte hidraulico de sólidos
Generalidades
El transporte hidráulico de sólidos, constituye una
operación ampliamente utilizada desde hace varios
años en numerosas industrias y especialmente en el
campo de la minería
Transporte hidraulico de sólidos
Generalidades
– permite transportar grandes cantidades de sólido 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, también el concentrador
– el sistema más utilizado es transporte hidráulico a presión
Transporte hidraulico de sólidos
Generalidades
– posibilita desarrollar trazados sinuosos
– 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
Transporte hidraulico de sólidos
Generalidades
– 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 hidraulico de sólidos
Costos de transporte de sólidos
Transporte mediante andarivel 0,30 - 0,40 US$/Ton x KmTransporte mediante camiones 0,10 - 0,15 US$/Ton x KmCinta transportadora 0,01 - 0,04 US$/Ton x KmTubería 0,001 - 0,01 US$/Ton x Km
Por tubería o canales 3 a 20 veces c.t.i. Por barco fluvial 4 a 8 veces c.t.i. Por tren 8 a 30 veces c.t.i. Por camión 80 a 100 veces c.t.i.
Transporte hidraulico de sólidos
Aplicaciones en minería
– Transporte de concentrado desde mina hacia puerto o estaciones ferroviarias
– Transporte desde la mina al concentrador
– Transporte de relaves
Transporte hidraulico de sólidos
Aplicaciones en minería
Material transportado (año puesta marcha)
Longitud recorrida
(Km)
Diámetro tubería
(pulg)
Capacidad (millones ton/año)
CARBÓN: - Ohio, EE. UU. (1957) 174 10 1.3 - Arizona, EE.UU. (1970) 440 18 4.8 - Arkansas EE.UU. (1979) 1668 38 25.0 - Utah, EE.UU. (1981) 290 24 10.0 - Francia 10 15 1.5 - Polonia 203 10 - - Rusia 61 12 1.6 Canadá 805 24 12.0
Transporte hidraulico de sólidos
Aplicaciones en minería
Material transportado (año puesta marcha)
Longitud recorrida
(Km)
Diámetro tubería
(pulg)
Capacidad (millones ton/año)
CONCENTRADOS DE FIERRO: - Tansmania, Australia ( 1967) 86 9 2.3 - Nueva Zelandia (1971) 10 8 y 12 2.0 - México (1974) 48 8 1.8 - México (1976) 32 8 2.1 - México (1976) 27 10 1.5 - Brasil (1977) 400 20 13 - África 266 16 4.0 - India 58 20 y 22 10
Transporte hidraulico de sólidos
Aplicaciones en minería
Material transportado (año puesta marcha)
Longitud recorrida
(Km)
Diámetro tubería
(pulg)
Capacidad (millones ton/año)
NCENTRADOS DE COBRE Bouganville , Indonesia (1972) 27 6 1.0 EE.UU. ( 1974) 17 4 0.4 Japón 64 8 1.0 Alumbrera, Argentina (1997) 240-300 7 1.1 Isacruz , Perú (1996) 25 3,5 0.4
CO-----
Transporte hidraulico de sólidos
Aplicaciones en minería
Material transportado (año puesta marcha)
Longitud recorrida
(Km)
Diámetro tubería
(pulg)
Capacidad (millones ton/año)
CALIZAS FOSFATOS Y OTROS - Inglaterra (1964) 92 10 1.7 - Colombia (1971) 27 7 1.5 - Brasil 114 10 2.2 - Trinidad 10 8 0.6 - África del Sur 35 6 y 9 1.1 - EE.UU. 116 6 0.4
Transporte hidraulico de sólidos
Aplicaciones en Chile
nivel (msnm) Minera
partida descarga
Largo (Km)
diámetro tubería (pulg)
caudal (m3/hr) material Sólidos
(%)
Collahuasi 4400 0 200 7 111 pulpa de concentrado 60
Escondida Línea 1 3084 0 170 9 296 pulpa de
concentrado 65
Escondida Línea 2 3159 0 179 6 y 7 125 pulpa de
concentrado 65
Pelambres 1600 0 120 7 141 pulpa de concentrado 60
Andina Línea 1 3000 1100 21,5 4 inicio
2,5 finalMax 27
pulpa de concentrado 48
Andina Línea 2 3000 1100 21,5 4 inicio y
3 final 38,2 pulpa de concentrado 48
Andina Línea 3 3000 1100 21,5 6 124 pulpa de
concentrado 48
Disputada 3500 1000 56 20 y 24 2300 pulpa de mineral
50 a 60
Transporte hidraulico de sólidos
Descripción del proceso
El sólido debe poder mezclarse y separarse fácilmente.
No deben existir riesgos, como por ejemplo taponamiento de la cañería debido a interacciones entre las partículas, trayendo como consecuencia aglomeración de ellas.
El sólido a transportar no debe reaccionar ni con el fluido transportante ni con la tubería.
Transporte hidraulico de sólidos
Descripción del proceso
El desgaste y ruptura que sufren las partículas durante el transporte no deben tener efectos adversos para el proceso posterior de ellas.
La cantidad de fluido transportante debe ser adecuada
Transporte hidraulico de sólidos
Fuerza impulsora
Transporte gravitacional
Transporte hidraulico de sólidos
Fuerza impulsora
Transporte por bombeo
Transporte hidraulico de sólidos
Variables
Dependiente del sólido a transportar• granulometría• densidad• forma• dureza
Transporte hidraulico de sólidos
Variables
Dependiente del fluido transportante
• Densidad
• viscosidad
Transporte hidraulico de sólidos
Variables
Dependiente de la instalación
• diámetro interno de la cañería
• longitud
• desnivel
• rugosidad interna
• ángulos de inclinación de la tubería
• singularidades (estrechamiento, codos, etc.)
Transporte hidraulico de sólidos
Variables
Dependiente de la mezcla
• concentración de sólidos en volumen y en peso
• densidad de la mezcla
Transporte hidraulico de sólidos
Variables
Dependiente del sistema
• tonelaje de sólidos a transportar
• velocidad de flujo
• perdida de carga
Transporte hidraulico de sólidos
Consideraciones para el transporte de pulpa
el sistema debe ser capaz de conducir la máxima producción de la faena minera
debe ser flexible para operar en un rango amplio de producción
debe tenerse en cuenta en su diseño problemas como:
corte de suministro de energía eléctricafalta de aguafallas operacionalestemblores
Transporte hidraulico de sólidos
Consideraciones para el transporte de pulpa
contar con un sistema de detección de bloqueo y fugas y piscinas de emergencia
los accesorios deben tener sistemas stand-by que permitan la mantención y prever problemas de erosión y corrosión.
los operadores deben tener una clara concepción de los problemas que podrían tener en el sistema
Transporte hidraulico de sólidos
Consideraciones para el transporte de pulpa
sistema de comunicación confiable y con respaldo
para el diseño, deben realizarse pruebas de laboratorio
el diseño, construcción y operación deben estar completamente de acuerdo a la legislación vigente
Transporte hidraulico de sólidos
Consideraciones para el diseño
para el transporte de minerales a molienda o relaves a los tranque de depósito, son preferibles los canales abiertos a las tuberías
para los concentrados, las líneas gravitacionales presurizadas son la mejor solución (tuberías)
el consumo de agua debe ser lo más bajo posible
Transporte hidraulico de sólidos
Conceptos hidráulicos
tamaño de las partículas sólidasconcentración de pulpaviscosidadvelocidad límitetasa de erosióntasa de corrosiónpérdida de cargaselección de la tuberíabombas, válvulas y selección de disipadores de energía
Transporte hidraulico de sólidos
Criterios para elección de rutas
análisis comparativo de varias rutas
utilizar la máxima pendiente posible, hasta un 15%
análisis simultáneo de permisos y propiedades de terrenos
plataforma de un mínimo de 10 a 12 metros para instalar la tubería
en los cruces de ríos, la tubería debe estar enterrada bajo la profundidad máxima de erosión
Transporte hidraulico de sólidos
Regímenes de flujo
Flujo de sólidos en suspensión homogénea
Las partículas sólidas viajan a la misma velocidad del fluidono existe gradiente de concentración local ni de granulometríacomportamiento hidráulico de la mezcla es muy similar a la de un fluido puro.
Transporte hidraulico de sólidos
Regímenes de flujo
Flujo de sólidos en suspensión homogénea
Transporte hidraulico de sólidos
Regímenes de flujo
Flujo de sólidos en suspensión homogénea
y
D
Vm Vml
h
y
VmlVm
Transporte hidraulico de sólidos
Regímenes de flujo
Flujo de sólidos en suspensión heterogénea
los sólidos se mantienen en suspensión pero las partículas más pesadas tienden a caer pero sin llegar al fondo de la tubería
Se forma un gradiente vertical de concentraciones y granulometrías
Transporte hidraulico de sólidos
Regímenes de flujo
Flujo de sólidos en suspensión heterogénea
Transporte hidraulico de sólidos
Regímenes de flujo
Flujo de sólidos en suspensión heterogénea
y
D
Vm Vml
y
h
VmVm
TUBERIA CANAL
Transporte hidraulico de sólidos
Regímenes de flujo
Flujo de sólidos con arrastre de fondo
Las partículas más pesadas son transportadas, ya sea a saltos, rodando o deslizandose por el fondo de la tubería viajando a una velocidad menor que la del fluidoLas partículas más finas se mantienen en suspensión, viajan a la misma velocidad del fluido
Transporte hidraulico de sólidos
Regímenes de flujo
Flujo de sólidos con arrastre de fondo
Transporte hidraulico de sólidos
Regímenes de flujo
Flujo de sólidos con arrastre de fondo
Transporte hidraulico de sólidos
Regímenes de flujo
Flujo de sólidos con arrastre de fondo
Transporte hidraulico de sólidos
Regímenes de flujo
Flujo de sólidos con depósitos de fondo
Si el flujo es débil, las partículas más pesadas de la fase sólida se depositan sobre el fondo de la tubería o canal, Presentándose un lecho fijo de sólidos o un tren de dunas a baja velocidad por la parte inferior del ducto y una nube de partículas arrastradas y/o suspendidas por encima de éstas.
Transporte hidraulico de sólidos
Regímenes de flujo
Flujo de sólidos con depósitos de fondo
El flujo con depósito estable de fondo, se presenta generalmente a bajas concentraciones y tamaños de sólidosLas dunas móviles son usuales en espectros granulométricos anchos y concentraciones importantes.Poco aconsejable trabajar en este régimen de flujo.
Transporte hidraulico de sólidos
Regímenes de flujo
Flujo de sólidos con depósitos de fondo
Transporte hidraulico de sólidos
Regímenes de flujo
Flujo de sólidos con depósitos de fondo
Transporte hidraulico de sólidos
Características del transporte hidráulico de sólidos.
Carencia de una teoría bien desarrollada
Aleatoriedad en la fijación de las variables de estudio
Obtención de modelos matemáticos que predicendel comportamiento global de un sistema de transporte hidráulico de sólidos
Transporte hidraulico de sólidos
Características del transporte hidráulico de sólidos.
Los estudios aludidos se centraron en tres parámetros :
velocidades límites de depósito (VL)
pérdidas de carga en mezclas sólido-líquido o coeficiente de manning
tasas de desgaste.
Transporte hidraulico de sólidos
Velocidad límite de depósito.
Mínima velocidad de flujo para que no exista riesgo de depósito y obstrucción de la tubería
Transporte hidraulico de sólidos
Velocidad límite de depósito.
Los parámetros que influyen en la velocidad límite son
Granulometría de las partículas sólidas
densidad relativa de las partículas sólidas
diámetro de la tubería
concentración de sólidos de la mezcla
inclinación de la tubería
pH de la pulpa
Transporte hidraulico de sólidos
Velocidad límite de depósito.
En menor grado, VL también depende de:
factor de forma de las partículas sólidas
temperatura de la mezcla
Transporte hidraulico de sólidos
Velocidad límite de depósito.
Influencia de la granulometría
( d "v" 0.8 4.050L
→α )
( ) mallas 65 % "v" 0.4 2.0L
→+α
( )50
0.2 0.080
L dd α v
→
Transporte hidraulico de sólidos
Velocidad límite de depósito.
Influencia de la granulometría
Transporte hidraulico de sólidos
Velocidad límite de depósito.
Influencia de la densidad relativa de los sólidos
Es nula para partículas boyantes
Aumenta con la densidad relativa entre el sólido y el líquido.
( ) 1-s "v" 0.5 3.0L
→α
Transporte hidraulico de sólidos
Velocidad límite de depósito.
Influencia de la densidad relativa de los sólidos
Transporte hidraulico de sólidos
Velocidad límite de depósito.
Influencia del diámetro de la tubería
Crece con el diámetro de la tubería
para tuberías de pequeño diámetro
para tuberías de gran diámetro
D "v" 0.5 3.0L
→α
D "v" 0.4 2.0L
→α
Transporte hidraulico de sólidos
Velocidad límite de depósito.
Influencia del diámetro de la tubería
Transporte hidraulico de sólidos
Velocidad límite de depósito.
Influencia de la altura de escurrimiento en un canal
Escasos en canales
Mas importante que la altura de escurrimiento es la altura critica
alturas de escurrimiento distintas de las altura crítica para evitar resaltos (turbulencia, aireación y salpicaduras)
Transporte hidraulico de sólidos
Velocidad límite de depósito.
Influencia de la altura de escurrimiento en un canal
número de Froude mayor que 1,1 de manera que el flujo sea abiertamente río o torrente
número de Froude menor que 3,0 porque si la pendiente es muy alta se generan flujos supercríticos con ondas (olas) altas
Transporte hidraulico de sólidos
Velocidad límite de depósito.
Influencia de la concentración de la mezcla
puede crecer, ser constante o decrecer con la concentración de sólidos en la mezcla
depende del tipo de sólido que se transporte y del rango de concentraciones
Transporte hidraulico de sólidos
Velocidad límite de depósito.
Influencia de la concentración de la mezcla
Transporte hidraulico de sólidos
Velocidad límite de depósito.
Influencia de la concentración de la mezcla
Entre un 10 a un 25 % la velocidad límite crece con la concentración.
Sobre un 30% en volumen, la velocidad límite empieza a decrecer suavemente con un aumento de la concentración
bajar VL parece no ser una buena política, por riesgos de obstrucción de difícil refluidización es mayor en una pulpa a gran concentración que en una a baja concentración.
Cv "v" 0.3 2.0L
→α
Transporte hidraulico de sólidos
Velocidad límite de depósito.
Influencia de la inclinación de la tubería o del canal
no existe influencia para un fluido puro.
en mezclas sólido-líquido influye en la formación de dunas sobre el fondo de la tubería
Transporte hidraulico de sólidos
Velocidad límite de depósito.
Influencia de la inclinación de la tubería o del canal
Transporte hidraulico de sólidos
Velocidad límite de depósito.
Influencia de la inclinación de la tubería o del canal
(VL ) : velocidad límite de la tubería horizontal
(VL)m:velocidad límite máxima (para contrapendientes del orden de 30°.
(VL )a : velocidad límite de la tubería vertical ascendente, ella corresponde a la velocidad de sedimentación de la partícula de mayor tamaño del espectro granulométrico
Transporte hidraulico de sólidos
Velocidad límite de depósito.
Influencia de la inclinación de la tubería 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 límite
Transporte hidraulico de sólidos
Pérdida de carga en tuberías
La relación entre la resistencia de una pulpa y el agua varía de acuerdo al % de sólidos de la pulpa del modo siguiente
CV1
CV3CV2
VL
aguaCV1 < CV2 < CV3
log J
log V
Transporte hidraulico de sólidos
Pérdida de carga en tuberías
El aumento de velocidad para una velocidad dada, implica un aumento en la energía gastada en mantener las partículas sólidas en suspensión.
El aumento de velocidad homogeniza la suspensión y la mezcla tiende a comportarse como un líquido puro.
Transporte hidraulico de sólidos
Pérdida de carga en tuberías
Al producirse depositación, el choque de las partículas contra la pared provoca una disipación muy fuerte de energía, y la perdida de carga aumenta considerablemente aunque la velocidad de flujo disminuya
Transporte hidraulico de sólidos
Pérdida de carga en tuberías
Se define la diferencia unitaria de pérdida de carga, Φ, como:
donde:Jm : pérdida de carga de la pulpaJ0 : pérdida de carga del aguaCv : concentración de sólidos en volumen
y es función de las siguientes variables:granulometría de la partículasdensidad relativa de la partículasdiámetro de la tuberíavelocidad de flujo
0
0m
J CvJ - J Φ =
Transporte hidraulico de sólidos
Pérdida de carga en tuberías
Deficiencias entre los estudios realizados
no consideran la distribución granulométrica de las partículas sólidas
no toman en cuenta la influencia del ángulo de inclinación de la tubería
Transporte hidraulico de sólidos
Pérdida de carga en tuberías
Deficiencias entre los estudios realizados (cont.)
el parámetro Jm está dado en metros de agua y para el análisis de lineas gravitacionales debe transformarse a metros de pulpa
no se considera el efecto de pulido que provocan las partículas sólidas en la tubería, disminuyendo notablemente la perdida de carga del agua pura
Transporte hidraulico de sólidos
Desgaste de la tubería
El desgaste que sufren inevitablemente las instalaciones de transporte hidráulico de sólidos tiene dos causas principales
la abrasión mecánica debido al choque continuo de las partículas sólidas contra la pared y
la corrosión electroquímica debido a la diferencia de potencial electroquímico entre la pulpa y el ducto
Transporte hidraulico de sólidos
Desgaste de la tubería
influyen en la abrasividad de un flujo sólido-líquido
Tamaño
dureza
densidad
forma de las partículas
concentración de sólidos
velocidad
características geométricas y mecánicas de la líneas.
Transporte hidraulico de sólidos
Desgaste de la tubería
las variables importantes de controlar para un sistema dado son:
la velocidad media de la mezcla
los cambios bruscos en la dirección del flujo
Transporte hidraulico de sólidos
Desgaste de la tubería
La tasa de abrasión depende de la velocidad en la siguiente razón:
3,0 2,0 V →=abrasiónTasa
Transporte hidraulico de sólidos
Desgaste de la tubería
La abrasión local por los cambios de dirección puede controlarse
diseñando las curvas con radio amplio ( superiores a 50 diámetros)
instalando protecciones antiabrasivas en codos y curvas
Transporte hidraulico de sólidos
Desgaste de la tubería
La corrosión electroquímica puede tener múltiples causas
presencia de oxígeno u otros gases en el flujo
influencia catalitica de los reactivos
pH ácido, etc