Estudio teórico - experimental de pérdidas de carga en ductos de pulpa de relaves

CONSULTE EN LINEA A TRAVES DE REPOSITORIO INSTITUCIONAL

Tesis (Ing. Civil)--prof. guía: Ludwig Stowhas Borghetti

[Resumen del autor]

Una de las etapas más importantes dentro de una faena minera es el transporte de material sólido desde un punto de origen, como por ejemplo la planta de concentrado de mineral, hasta un punto de destino, como puede ser un puerto de embarque en el caso del concentrado de cobre o un tranque de relaves en el caso de relaves producidos en el proceso de separación del cobre. Existe una variedad de métodos para realizar este transporte, dentro de éstos destaca el transporte hidráulico de sólidos, el cual consiste en transportar el material sólido particulado desde un punto de origen hasta un punto de destino a través de una tubería (impulsión mediante bombas) o canal (desplazamiento gravitacional) utilizando para ello un líquido transportador (generalmente agua) como vehículo. El objetivo de la presente investigación es dar una descripción general de lo que involucra el transporte hidráulico de sólidos a través de una tubería y las teorías empíricas que son más comúnmente aplicables, validar algunos de los modelos con datos obtenidos de una instalación en particular y desarrollar un modelo de pérdidas de carga a partir de estos datos. Se conoce comúnmente como pulpa a una mezcla entre partículas sólidas y algún líquido; por consiguiente, en el presente trabajo se expondrán las características que hacen de la pulpa un fluido de especial tratamiento. Principalmente debido a la influencia que las partículas en suspensión tienen sobre las propiedades hidráulicas del flujo. Existe una diversidad de comportamientos hidráulicos en las pulpas, algunos muy divergentes, dependiendo de la combinación resultante entre los sólidos y el líquido transportador. Por esto predecir el mejor modelo para un determinado perfil hidráulico constituye uno de los principales objetivos que persigue un diseñador de sistemas de transporte hidráulico de sólidos. La presente investigación incluye algunos de los diversos modelos que se acercan a la predicción del comportamiento de una determinada pulpa. Juegan un papel fundamental en la definición de este comportamiento algunas características medible s, como son la concentración en peso (o en volumen) de los sólidos en la mezcla, la gravedad específica de los sólidos, la gravedad específica de la mezcla y el tamaño de las partículas. La principal clasificación que define el tipo de pulpa es: Homogénea o Heterogénea. Las pulpas homogéneas son aquellas mezclas que están en constante suspensión, mientras que en las pulpas heterogéneas las partículas tienden a sedimentar. Estas últimas son de cuidado especial, ya que la acumulación de sólidos en estanques, bombas o tuberías puede ocasionar el colapso del sistema, con el riesgo de obstrucción de la línea. El comportamiento hidráulico entre estos tipos de pulpa es también diferente, además existe una serie de subclasificaciones que diferencian entre los distintos tipos de flujos, newtonianos, no newtonianos, lecho fijo, saltación, etc. Por todo esto es muy difícil establecer una teoría única para el transporte hidráulico de sólidos y lo que existe es una serie de estudios experimentales que como resultado entregan modelos que reflejan el comportamiento hidráulico de determinadas mezclas en determinadas instalaciones. Generalmente el rango de aplicación de estos modelos es limitado. En este trabajo se exponen los resultados de investigadores como Durand, Wasp, Newitt, Wicks y Turian, que son

los más importantes y más utilizados. En el diseño de los sistemas para el manejo de pulpas existen ciertos criterios que son los más importantes, como la velocidad de depositación, el aumento de pérdida de carga con respecto al fluido puro y la erosión producida por las partículas sólidas sobre las partes húmedas de los componentes de un sistema de transporte hidráulico de sólidos, criterio que por cierto define la fabricación y diseño de estos componentes. Se presenta también, un análisis descriptivo de las consideraciones para el diseño de bombas para pulpa, además de describir los cambios en su operación y criterios para especificada. También se indican algunos de los tipos de tuberías, válvulas y uniones considerados en un sistema de transporte hidráulico de sólidos. Se realiza la validación de los modelos empíricos de pérdida de carga, comparando los resultados con mediciones obtenidas de la operación de un sistema de impulsión que bombea pulpa de relaves desde la planta Pedro Aguirre Cerda de Minera Ojos del Salado hasta el tranque de relaves de Minera Candelaria. Las mediciones se obtuvieron de los elementos de control del sistema, como son el flujómetro, manómetro, densímetro nuclear, sensor de nivel en el cajón de succión de la bomba y el variador de frecuencia del motor de la última bomba del tren de impulsión. Además, a partir de estas mediciones se desarrolló un modelo de pérdida de carga, de manera de obtener una ecuación de referencia para dimensionar sistemas dimensionalmente semejantes al sistema de impulsión de relaves de Minera Ojos del Salado. En resumen, este trabajo abarca los temas más importantes en lo referente a transporte hidráulico de sólidos, como son, describir la teoría, entregar una visión práctica e ingenieril de los sistemas, validar algunos de los modelos de pérdida de carga ya existentes para una instalación en particular y exponer el desarrollo de un modelo a partir de datos medidos en el sistema en funcionamiento.

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