86676705 Tesis de Ingenieria Civil 15

8/13/2019 86676705 Tesis de Ingenieria Civil 15

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

SECCIN DE POSTGRADO

ESTIMACIN DE PARMETROS REOLGICOS DE PULPAS

MINERALES A DIFERENTES CONCENTRACIONES DE SLIDOS

TESIS

Presentada por:

IVN PAL GAITN BARREDA

Para optar el grado acadmico de:

MAESTRO EN CIENCIAS CON MENCIN EN

INGENIERA HIDRULICA

LIMA, PER2010


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Ing Ivn Pal Gaitn Barreda i

Dedico esta tesis:

A mis queridos padres: Javier y Vilma;

a mis hermanos: Clider, Janeth y Flor,

por su constante amor y apoyo.


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Ing Ivn Pal Gaitn Barreda ii

RECONOCIMIENTOS

Me gustara reconocer el apoyo de Pipeline System Incorporated durante la

realizacin de esta Tesis de investigacin. Ellos mostraron su apoyo para poderrealizar los ensayos en su laboratorio de reologa de Concord, CA - USA y de la

asesora de algunos de sus especialistas en el transporte de pulpas minerales y de

acceso a estudios e investigaciones afines para poder culminar esta Tesis.

Tambin, me gustara reconocer a mis profesores de Maestra de la UNI, por su

invaluable transmisin de conocimientos, que incentiva la investigacin a fin de

conocer a ms detalle los procesos o fenmenos relativos al transporte hidrulico

de slidos.


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RESUMEN

Ing Ivn Pal Gaitn Barreda iii

RESUMEN

La ciencia de la hidrulica de pulpas comenz a florecer en la dcada de los 50

con pruebas sencillas de bombeos de arenas y carbn en concentraciones

moderadas. Esta ciencia, ha evolucionado gradualmente para abarcar el bombeo

de pulpas en la industria alimentaria y de las industrias de procesos, las mezclas

de carbn y petrleo como nuevos combustibles y numerosas mezclas de

minerales con agua.

La diversidad de los minerales bombeados, la amplia gama de los tamaos de laspartculas slidas y las diversas propiedades fsicas y qumicas de los fluidos

transportantes; hacen que la ingeniera de hidrulica de pulpas requiera de

diversos modelos matemticos y empricos para predecir su comportamiento.

Una pulpa es esencialmente una mezcla de slidos y lquidos a diferentes

proporciones o concentraciones. Sus caractersticas fsicas son dependientes de

muchos factores tales como: el tamao y distribucin de las partculas slidas, la

concentracin de slidos en la fase lquida, el tamao de los conductos, el nivel de

turbulencia, la temperatura y principalmente de la viscosidad absoluta (o

dinmica) del medio transportante resultante, por mencionar las variables

principales.

Por lo tanto, para efectuar el transporte hidrulico de una pulpa por una tubera, se

requiere conocer, simular o estimar sus caractersticas o propiedades fsicas y

reolgicas con mayor aproximacin a la realidad, denominndose a este procesocomo caracterizacin de una pulpa mineral, la cual se realiza con el fin de efectuar

un diseo ptimo para un sistema de transporte hidrulico de pulpas minerales.

Esta Tesis de investigacin tiene como objetivo especfico lograr estimar los

parmetros fsicos (distribucin granulomtrica de partculas y gravedad

especfica de slidos) y los parmetros reolgicos (esfuerzo de fluencia y

viscosidad plstica) de cuatro pulpas minerales tpicas (dos de relaves de cobre y

dos de concentrado de cobre) a diferentes concentraciones de slidos y ensayando

muestras del mineral ms comn del Per, que es el cobre.


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RESUMEN

iv Ing. Ivn Pal Gaitn Barreda

Finalmente, dado el hecho de que existen muchas variables en el diseo de un

sistema de transporte de pulpas minerales, se requiere de ms investigaciones de

este tipo en nuestro pas, a fin de conocer a ms detalle estas variables y as poder

disear sistemas de transporte hidrulico de pulpas minerales ms adecuados.


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ABSTRACT

Ing Ivn Pal Gaitn Barreda v

ABSTRACT

The science of slurry hydraulics started to flourish in the decade of the 1950' s

with simple tests on pumping sand and coal at moderate concentrations. This

science has evolved gradually to encompass the pumping of slurries in the food

and process industries, mixtures of coal and petroleum as a new fuel and

numerous mixtures of minerals and water.

Because of the diversity of minerals pumped, the wide range in solid particle sizes

and the various physical and chemical properties of the carrying fluids; theengineering of slurry system requires various mathematical and empirical models

to predict their behavior.

Slurry is essentially a mixture of solids and liquids at different ratios or

concentrations. Its physical characteristics are dependent on many factors such as

size and distribution of solid particles, concentration of solids in the liquid phase,

size of the conduits, level of turbulence, temperature and mainly absolute (or

dynamic) viscosity of the carrier, just to mention the main ones.

Therefore, to hydraulically transport slurry through a pipe, its physical and

rheological characteristics or properties need to be known, simulated or estimated

with a closer approach to the reality. This process is known as mineral slurry

characterization and that is aimed at performing an optimal design of a hydraulic

transportation system for mineral slurries.

The specific purpose of this Research Thesis is to estimate the physical parameters

(particle grain size distribution and specific gravity of solids) as well as the

rheological parameters (fluency stress and plastic viscosity) for four typical

mineral slurries (two copper tailings and two copper concentrate slurries) at

different solid concentrations, by testing samples of the most common mineral in

Peru, that is, copper.

Finally, given the fact that there are many variables involved in the design of amineral slurry transportation system, more research of this type is needed in our


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ABSTRACT

vi Ing. Ivn Pal Gaitn Barreda

country, in order to study these variables in more detail and thereby be able to

design more appropriate hydraulic transportation systems for mineral slurry.


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TABLA DE CONTENIDOS

Ing Ivn Pal Gaitn Barreda vii

TABLA DE CONTENIDOS

1.0 CAPTULO I: INTRODUCCIN ..................................................................................... 11.1 Procesamiento de minerales .................................................................................... 11.2 Comportamiento del flujo de una pulpa .................................................................. 11.3 Diseo hidrulico de tuberas .................................................................................. 31.4 Aplicacin de la reologa en el procesamiento de minerales ................................ 111.5 Espesamiento de pulpas ......................................................................................... 111.6 Objetivo de la tesis ................................................................................................ 191.7 Perfil de la tesis ..................................................................................................... 20

2.0 CAPTULO II: REVISIN DE LITERATURA ............................................................. 212.1 Introduccin ........................................................................................................... 212.2 Propiedades de los slidos para mezclas de pulpas ............................................... 222.3 Flujo de pulpas ...................................................................................................... 282.4 Velocidades y prdidas de presin del flujo .......................................................... 312.5 Densidad de una pulpa .......................................................................................... 362.6 Pulpas Newtonianas .............................................................................................. 372.7 Pulpas no-Newtonianas ......................................................................................... 392.8 Pulpas no-Newtonianas independientes del tiempo .............................................. 412.9 Pulpas no-Newtonianas dependientes del tiempo ................................................. 442.10 Resumen ................................................................................................................ 45

3.0 CAPTULO III: ENSAYOS CON PULPAS MINERALES ........................................... 473.1 Introduccin y antecedentes .................................................................................. 473.2 General .................................................................................................................. 483.3 Pruebas de laboratorio ........................................................................................... 483.4 Muestra de pulpa ................................................................................................... 533.5 Muestra recibida y preparacin para ensayar ........................................................ 543.6 Ajuste de la concentracin .................................................................................... 573.7 Resumen ................................................................................................................ 59

4.0 CAPTULO IV: PROCEDIMIENTO DE TOMA Y REGISTRO DE DATOS .............. 604.1 Introduccin ........................................................................................................... 604.2 Muestras a analizar ................................................................................................ 604.3 Anlisis de tamices (PSD) ..................................................................................... 61


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TABLA DE CONTENIDOS

viii Ing. Ivn Pal Gaitn Barreda

4.4 Gravedad especfica de slidos (SGs) .................................................................... 664.5 Reologa ................................................................................................................ 714.6 Resumen ................................................................................................................ 78

5.0 CAPTULO V: ANLISIS DE DATOS Y DISCUSIN ............................................... 795.1 Introduccin .......................................................................................................... 795.2 Anlisis de tamices (PSD) ..................................................................................... 795.3 Gravedad especfica de slidos (SGs) .................................................................... 835.4 Reologa ................................................................................................................ 845.5 Resumen ................................................................................................................ 93

6.0 CAPTULO VI: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................... 946.1 Conclusiones ......................................................................................................... 946.2 Recomendaciones .................................................................................................. 966.3 Aporte de la tesis al estado del arte ....................................................................... 976.4 Futuras investigaciones ......................................................................................... 98

BIBLIOGRAFA ......................................................................................................................... 100A.0 ANEXO A: ANLISIS DE TAMICES (PSD) .............................................................. 103

A.1 Anlisis de tamices de los Relaves de Cobre Tipo A ....................................... 104A.2 Anlisis de tamices de los Relaves de Cobre Tipo B ....................................... 105A.3 Anlisis de tamices del Concentrado de Cobre Tipo A ................................... 106A.4 Anlisis de tamices del Concentrado de Cobre Tipo B .................................... 107

B.0 ANEXO B: ANLISIS DE LAS MUESTRAS RECIBIDAS....................................... 108B.1 Anlisis de SGsy Cwde los Relaves de Cobre Tipo A .................................... 109B.2 Anlisis de SGsy Cwde los Relaves de Cobre Tipo B ..................................... 110B.3 Anlisis de SGsy Cwdel Concentrado de Cobre Tipo A ................................. 111B.4 Anlisis de SGsy Cwdel Concentrado de Cobre Tipo B ................................. 112

C.0 ANEXO C: REOLOGA DE LOS RELAVES DE COBRE - TIPO A ......................... 113C.1 Reogramas de los Relaves de Cobre Tipo A .................................................... 114C.2 Anlisis de yy /de los Relaves de Cobre Tipo A ....................................... 116C.3 Resultados del ensayo de los Relaves de Cobre Tipo A .................................. 118C.4 Resultados finales del ensayo de los Relaves de Cobre Tipo A....................... 121

D.0 ANEXO D: REOLOGA DE LOS RELAVES DE COBRE - TIPO B ......................... 122D.1 Reogramas de los Relaves de Cobre Tipo B .................................................... 123D.2 Anlisis de yy /de los Relaves de Cobre Tipo B ....................................... 125D.3 Resultados del ensayo de los Relaves de Cobre Tipo B .................................. 127


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TABLA DE CONTENIDOS

Ing Ivn Pal Gaitn Barreda ix

D.4 Resultados finales del ensayo de los Relaves de Cobre Tipo B ....................... 130E.0 ANEXO E: REOLOGA DEL CONCENTRADO DE COBRE - TIPO A ................... 131

E.1 Reogramas del Concentrado de Cobre Tipo A ................................................. 132E.2 Anlisis de yy /del Concentrado de Cobre Tipo A .................................... 134E.3 Resultados del ensayo del Concentrado de Cobre Tipo A ............................... 136E.4 Resultados finales del ensayo del Concentrado de Cobre Tipo A ................... 139

F.0 ANEXO F: REOLOGA DEL CONCENTRADO DE COBRE - TIPO B .................... 140F.1 Reogramas del Concentrado de Cobre Tipo B ................................................. 141F.2 Anlisis de yy /del Concentrado de Cobre Tipo B .................................... 143F.3 Resultados del ensayo del Concentrado de Cobre Tipo B ............................... 145F.4 Resultados finales del ensayo del Concentrado de Cobre Tipo B .................... 148

G.0 ANEXO G: EJEMPLOS DE APLICACIN DE DISEO ........................................... 149G.1 Diseo basado en reologa para los Relaves de Cobre Tipo B ......................... 150G.2 Diseo basado en coeficiente de arrastre para los Relaves de Cobre Tipo B... 153


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LISTA DE TABLAS

x Ing. Ivn Pal Gaitn Barreda

LISTA DE TABLAS

Tabla 2.1: Rango de tamaos de partculas de slidos de acuerdo con ASTM D2488 .......... 23Tabla 2.2: Conversin entre escalas ms comunes de tamao de partculas .......................... 24Tabla 2.3: Parmetros de ensayos en slidos para mezclado de pulpas .................................. 25Tabla 2.4: Velocidad terminal o de cada de partculas slidas .............................................. 32Tabla 2.5: Regmenes de flujos para pulpas Newtonianas y no-Newtonianas........................ 40Tabla 2.6: Ejemplos de fluidos segn sus propiedades reolgicas ......................................... 43Tabla 3.1: Cantidades aproximadas de pulpa para realizar los ensayos .................................. 53Tabla 4.1: Muestras a analizar en la Tesis de investigacin ................................................... 61Tabla 4.2: Peso seco requerido para el ensayo dePSDsegn tipo de mineral ....................... 62Tabla 4.3: Resumen del registro de datos para el ensayo dePSDde las muestras ................. 66Tabla 4.4: Peso requerido por cada matraz para el ensayo de SGs.......................................... 67Tabla 4.5: Densidad del agua para diversas temperaturas ...................................................... 68Tabla 4.6: Resumen del registro de datos para el ensayo de SGsde las muestras .................. 71Tabla 4.7: Coeficientes del viscosmetro Contraves Rheomat 15T ........................................ 73Tabla 4.8: Datos del ensayo de reologapara los Relaves de Cobre Tipo A ....................... 77Tabla 4.9: Datos del ensayo de reologa para los Relaves de Cobre Tipo B ....................... 77Tabla 4.10: Datos del ensayo de reologa para los Concentrados de Cobre Tipo A ............ 77Tabla 4.11: Datos del ensayo de reologa para los Concentrados de Cobre Tipo B ............ 78Tabla 5.1: Resumen de dimetros caractersticos del anlisis de tamices .............................. 81Tabla 5.2: Resumen de SGsobtenidos del anlisis a las muestras .......................................... 84Tabla 5.3: Resumen de las relaciones del de las muestras a diferentes Cw........................... 86Tabla 5.4: Resumen de las relaciones para la estimacin del ya diferentes Cw..................... 87Tabla 5.5: Resumen de las relaciones para la estimacin del / a diferentes Cw.................. 88Tabla 5.6: Resultados del ensayo de reologa de las muestras a diferentes Cw....................... 88Tabla 5.7: Comparacin de resultados entre los ensayos y valores tpicos............................. 89Tabla 5.8: Resumen de la validacin de los ensayos de reologa ........................................... 89Tabla 6.1: Resumen de los resultados de las cuatro muestras minerales ensayadas ............... 95Tabla A.1: Datos de tamices de los Relaves de Cobre Tipo A .......................................... 104Tabla A.2: Datos de tamices de los Relaves de Cobre Tipo B ........................................... 105Tabla A.3: Datos de tamices del Concentrado de Cobre Tipo A ....................................... 106Tabla A.4: Datos de tamices del Concentrado de Cobre Tipo B ....................................... 107Tabla B.1: Muestra recibida de los Relaves de Cobre Tipo A ........................................... 109


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LISTA DE TABLAS

Ing Ivn Pal Gaitn Barreda xi

Tabla B.2: Muestra recibida de los Relaves de Cobre Tipo B ........................................... 110Tabla B.3: Muestra recibida del Concentrado de Cobre Tipo A ........................................ 111Tabla B.4: Muestra recibida del Concentrado de Cobre Tipo B ........................................ 112Tabla C.1: Reogramas de los Relaves de Cobre Tipo A .................................................... 114Tabla C.2: Esfuerzo de fluencia de los Relaves de Cobre Tipo A ..................................... 116Tabla C.3: Viscosidad reducida de los Relaves de Cobre Tipo A ..................................... 117Tabla C.4: Resultados del ensayo de los Relaves de Cobre Tipo A................................... 118Tabla C.5: Validacin del ensayo de los Relaves de Cobre Tipo A................................... 119Tabla D.1: Reogramas de los Relaves de Cobre Tipo B .................................................... 123Tabla D.2: Esfuerzo de fluencia de los Relaves de Cobre Tipo B ..................................... 125Tabla D.3: Viscosidad reducida de los Relaves de Cobre Tipo B ..................................... 126Tabla D.4: Resultados del ensayo de los Relaves de Cobre Tipo B................................... 127

Tabla D.5: Validacin del ensayo de los Relaves de Cobre Tipo B................................... 128Tabla E.1: Reogramas del Concentrado de Cobre Tipo A ................................................. 132Tabla E.2: Esfuerzo de fluencia del Concentrado de Cobre Tipo A .................................. 134Tabla E.3: Viscosidad reducida del Concentrado de Cobre Tipo A .................................. 135Tabla E.4: Resultados del ensayo del Concentrado de Cobre Tipo A ............................... 136Tabla E.5: Validacin del ensayo del Concentrado de Cobre Tipo A ............................... 137Tabla F.1: Reogramas del Concentrado de Cobre Tipo B ................................................. 141Tabla F.2: Esfuerzo de fluencia del Concentrado de Cobre Tipo B ................................... 143Tabla F.3: Viscosidad reducida del Concentrado de Cobre Tipo B ................................... 144Tabla F.4: Resultados del ensayo del Concentrado de Cobre Tipo B ................................ 145Tabla F.5: Validacin del ensayo del Concentrado de Cobre Tipo B ................................ 146Tabla G.1: Diseo basado en reologa para los Relaves de Cobre tipo B .......................... 150Tabla G.2: Diseo basado en coeficiente de arrastre para los Relaves de Cobre Tipo B .. 153


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LISTA DE FIGURAS

xii Ing. Ivn Pal Gaitn Barreda

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1: Diagrama esquemtico tpico de un sistema de transporte de carbn .................... 4Figura 1.2: Diagrama esquemtico de un circuito de ensayos de pulpas .................................. 6Figura 1.3: Disposicin superficial de relaves utilizando un espesador para pasta ................ 15Figura 1.4: Facilidades o instalaciones dentro del alcance de la norma ASME B31.11 ......... 18Figura 2.1: Diagrama de una pulpa mineral fluyendo a travs de una tubera ........................ 21Figura 2.2: Concepto de velocidad crtica en sistemas de pulpas ........................................... 30Figura 2.3: Prdida de presin versus Velocidad para agua y una pulpa ................................ 33Figura 2.4: Esfuerzo de corte versus Tasa de corte ................................................................. 38Figura 2.5: Esfuerzo de corte versus Tasa de corte de fluidos no-Newtonianos .................... 42Figura 2.6: Viscosidad aparente versus Tasa de corte de fluidos no-Newtonianos ................ 42Figura 2.7: Esfuerzo de corte versus Tasa de corte de fluidos no-Newtonianos .................... 44Figura 3.1: Tamices Tyler y equipo vibrador de tamices ........................................................ 49Figura 3.2: Matraces de Le Chatelier en bao Mara para determinar la SGs......................... 49Figura 3.3: Viscosmetro con diferentes tazas y pndulos ...................................................... 51Figura 3.4: Equipo para el ensayo de corrosin de una pulpa................................................. 52Figura 3.5: Tubos acrlicos para el ensayo de deslizamiento y reposo ................................... 53Figura 5.1: Resultados del ensayo de anlisis de tamices (Curvas granulomtricas) ............. 82Figura 5.2: Resultados del ensayo de reologa (Curvas yvs Cw) ........................................... 91Figura 5.3: Resultados del ensayo de reologa (Curvas vs Cw) ............................................ 92Figura C.1: Grfico yversus Cwpara los Relaves de Cobre Tipo A ................................. 120Figura C.2: Grfico versus Cwpara los Relaves de Cobre Tipo A .................................. 120Figura C.3: Resultados finales del ensayo de los Relaves de Cobre Tipo A ..................... 121Figura D.1: Grfico yversus Cwde los Relaves de Cobre Tipo B .................................... 129Figura D.2: Grfico versus Cwde los Relaves de Cobre Tipo B ..................................... 129Figura D.3: Resultados finales del ensayo de los Relaves de Cobre Tipo B ..................... 130Figura E.1: Grfico yversus Cwdel Concentrado de Cobre Tipo A ................................. 138Figura E.2: Grfico versus Cwdel Concentrado de Cobre Tipo A .................................. 138Figura E.3: Resultados finales del ensayo del Concentrado de Cobre Tipo A .................. 139Figura F.1: Grfico yversus Cwdel Concentrado de Cobre Tipo B ................................. 147Figura F.2: Grfico versus Cwdel Concentrado de Cobre Tipo B .................................. 147Figura F.3: Resultados finales del ensayo del Concentrado de Cobre Tipo B ................... 148


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LISTA DE SMBOLOS

Ing Ivn Pal Gaitn Barreda xiii

LISTA DE SMBOLOS

A, B, C, D, F, Ki Coeficientes [-]

CD= 0.44 Valor conservativo del coeficiente de arrastre de laspartculas slidas en una pulpa [-]

CH-W= 135 Tpico coeficiente de la ecuacin de Hazen Williams [-]

Cv= Cw/[SGs(1-Cw)+Cw]Concentracin en volumen de slidos [%]

Cw= Cvs/m Concentracin en peso de slidos [%]

di Dimetro caracterstico que al i%, las partculasson ms pequeas [m]

e = 2.718281 Base del logaritmo natural o neperiano [-]

fD = 4fN Factor de friccin de Darcy [-]

fN Factor de friccin de Fanning [-]

FL Factor de Durand para velocidad crtica de deposicin [-]

g = 9.81 Aceleracin de la gravedad [m/s2]

Hf= fDLV2/2gD = 2fNLV

2/gDPrdida de presin por unidad de longitud [m/m]

Hfm/HfL= 1 + 280 -1.93Cv

Relacin de las prdidas de presin de la pulpa enrelacin con las del agua o lquido transportante [-]

ID = OD -2wt Dimetro interno de una tubera [m]

L Longitud de una tubera [m]

Ne Nmero ndice que indica si Ne < 40 ocurre saltacin yNe 40 se desarrolla flujo heterogneo [-]

OD Dimetro externo de una tubera [m]

Q Flujo total a travs de una tubera [m3/s]

Re = V ID/ Nmero de Reynolds (flujo Newtoniano) [-]

R (fN) Funcin para resolver la ecuacin de Colebrook [-]SGs= s/L Gravedad especfica de slidos [-]


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LISTA DE SMBOLOS

xiv Ing. Ivn Pal Gaitn Barreda

T Temperatura del fluido [C]

TDH = Zmax+ Hf L + HsCarga dinmica total requerida [m]

u* = (w/m) Velocidad friccional en una tubera (flujo turbulento) [m/s]

V Velocidad total en una tubera [m/s]

Vd Velocidad crtica de deposicin [m/s]

Vlaminar= ID w/8 (1 4/3 Z + 1/3 Z4)

Velocidad de flujo laminar en una tubera [m/s]

Vt Velocidad crtica de transicin viscosa [m/s]

Vte Velocidad terminal de partculas por depositarse [m/s]

Vturbulento= 2.5u* ln (mID u* /) + 2.5u* ln [(1-Z)/(1+Z)] + u* Z (14.1+1.25Z)Velocidad de flujo turbulento en una tubera [m/s]

Vr= (Cw/SGs)/(1-Cw) Tasa de volumen [-]

wt Espesor de pared de una tubera [mm]

y = R - r Distancia desde la pared de una tubera [m]

Z = y/w Tasa de esfuerzo en las paredes (al borde) [-]

Zmax Diferencia de nivel del punto mximo a superar [m]

Rugosidad absoluta de las paredes de una tubera [mm]

= medido estimadoVariacin de la viscosidad plstica [cP]

y= ymedido yestimadoVariacin de los esfuerzos de fluencia [Pa]

= d/dt = dV/dy Tasa de corte [1/s]

= / Viscosidad plstica o aparente (Bingham) [Pa-s, cP]

/ Viscosidad reducida [-]

Viscosidad absoluta (fluidos Newtonianos) [Pa-s]

m= L+ Cv(sL) Densidad de una pulpa o mezcla [kg/m3]

L Densidad del lquido transportante, usualmente aguaagua= 1,000 kg/m

3 [kg/m3]

s Densidad de las partculas slidas [kg/m3]


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LISTA DE SMBOLOS

Ing Ivn Pal Gaitn Barreda xv

Esfuerzo de corte [Pa]

w= (Hfm/L) (ID/4) Esfuerzo de corte en las paredes de una tubera [Pa]

y Esfuerzo de fluencia (Bingham) [Pa]

= Ne/Cv Variable para estimar la relacinHfm/HfL [-]

Hs Sumatoria de prdidas singulares de presin [m]


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GLOSARIO

xvi Ing. Ivn Pal Gaitn Barreda

GLOSARIO

Este glosario define los principales trminos tcnicos que son usados en esta

Tesis. Donde prcticamente, las definiciones siguen la norma NIST 960-3: The

use of Nomenclature In dispersin Science and Technology.

Agregado:Trmino general usado para describir una masa cohesiva de partculas,

el cual incluye aglomerantes y coagulantes. La formacin de agregados es llamado

agregacin.

Arcilla:Partculas slidas con tamaos menos de 2 m.

Arena:Partculas slidas en el rango de tamaos de 63 a 2,000 m.

Concentrado: Un concentrado es una forma de sustancia el cual tiene como

mayora su base removida (en el caso de un concentrado mineral ser el agua). Un

beneficio de producir un concentrado mineral es que existe una reduccin en peso

y volumen para su transporte como un concentrado, el cual puede ser

reconstituido con el tiempo usando la adicin de un solvente (usualmente agua).

Concentracin en peso/volumen: Relacin entre el peso/volumen de las

partculas slidas y el peso/volumen total de una pulpa.

Consistencia: Termino general para las propiedades de un fluido de una

suspensin. Para un fluido Newtoniano, la consistencia es equivalente a

viscosidad. Una alta consistencia significa que la suspensin tiene una

viscosidad aparente con una tasa de corte que es ms grande que una suspensin

de baja consistencia.

Corte:Movimiento relativo de las capas paralelas adyacentes de un material.

Curva del flujo (reograma):Una representacin grfica del comportamiento del

flujo del fluido bajo corte, en el cual el esfuerzo de corte es relacionado a la tasa

de corte.


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GLOSARIO

Ing Ivn Pal Gaitn Barreda xvii

Curva del flujo (tubera): Una representacin grfica del comportamiento del

flujo de un fluido, en el cual la gradiente de presin es relacionada a la velocidad

total.

Ecuacin constitutiva:Una ecuacin algebraica para describir el comportamientode un flujo segn un modelo reolgico. Generalmente, describe la relacin entre

dos de los siguientes parmetros: viscosidad aparente, esfuerzo de corte y tasa de

corte.

Esfuerzo de corte: Componente del esfuerzo, que causa que sucesivas capas

paralelas de un cuerpo material se muevan relativamente unas a otras en sus

propios planos de corte.

Esfuerzo de fluencia: Valor crtico del esfuerzo de corte; debajo del cual, un

material ideal visco-plstico no fluir. Una vez que el esfuerzo de fluencia es

excedido, el material fluir como un lquido Newtoniano.

Estructura: Agrupacin causada por la formacin de vnculos fsicos estables

entre las partculas slidas en una suspensin, que afecta el comportamiento

reolgico de un material y causa propiedades plsticas.

Fase lquida: El medio suspensorio que exhibe continuidad a travs de una

dispersin slido - lquido o gas lquido.

Finos: Partculas ms pequeas que 37 m y que pasaran a travs de la malla

Tyler #400. Esto incluye arcillas y pequeas partculas de limos.

Flujo: Deformacin contina e incrementada de un material bajo la accin de

fuerzas finitas que eventualmente no regresa a cero cuando las fuerzas sonretiradas.

Flujo de estado fijo: Condicin bajo el cual, un esfuerzo constante o tasa de corte

constante es mantenida por suficiente tiempo, para permitir equilibrio dinmico a

ser logrado en un fluido, conteniendo una estructura dependiente del tiempo.

Flujo laminar: Corriente o lnea de flujo de un fluido viscoso sin grandes

fluctuaciones irregulares.


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GLOSARIO

xviii Ing. Ivn Pal Gaitn Barreda

Flujo turbulento: Flujo de un fluido viscoso con grandes fluctuaciones

irregulares en la velocidad y la presin local.

Grava:Partculas slidas en el rango de tamaos de 2,000 a 4,000 m.

Gruesos: Partculas ms grandes de 37 m y que no pasarn a travs de la malla

Tyler #400. Esto incluye las gravas, arenas y grandes partculas de limos.

Limos:Partculas slidas en el rango de tamaos de 2 a 63 m

Modelo reolgico: Modelo fsico para explicar el comportamiento del flujo

(consistencia) de un fluido. El comportamiento resultante es descrito por una

ecuacin constitutiva. En la prctica, el trmino modelo reolgico es

frecuentemente usado para indicar ecuacin de constitucin.

Newtoniano:Modelo de flujo para fluidos con una relacin lineal existente entre

el esfuerzo de corte y la tasa de corte. Esto es lo mismo que una tasa de corte

independiente de la viscosidad.

No-Newtoniano: Cualquier fluido que no exhibe una relacin lineal entre el

esfuerzo de corte y la tasa de corte. Esto es lo mismo que una tasa de corte

dependiente de la viscosidad.

Ncleo turbulento: En flujo turbulento, es la regin al centro de una tubera

donde el flujo es dominado por los efectos inerciales y donde los efectos viscosos

son insignificantes.

Nmero de Reynolds: Nmero adimensional que expresa la relacin de las

fuerzas inerciales con las fuerzas viscosas.

Partcula: Cualquiera discontinuidad en un sistema disperso. Este trmino ser

usado en referencia a materiales slidos y agregados.

Pasta: Suspensin semi-slida con una consistencia suave y manejable. En

procesos minerales, pasta se refiere a una suspensin con un contenido lquido

sobre el lmite plstico y un esfuerzo de fluencia aparente sobre los 100 Pa.


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GLOSARIO

Ing Ivn Pal Gaitn Barreda xix

Plstico:Propiedad en el cual un material se comporta como un slido cuando el

esfuerzo est bajo algn valor crtico (esfuerzo de fluencia), pero fluye cuando

este valor es excedido.

Pulpa:Trmino general para una suspensin concentrada.

Relaves: Los relaves (o cola) son desechos txicos subproductos de procesos

mineros y concentracin de minerales, usualmente son una mezcla de tierra,

minerales, agua y rocas. Los relaves contienen altas concentraciones de qumicos

y elementos que alteran el medio ambiente, por lo que deben ser transportados y

almacenados en "tanques o pozas de relaves" (relaveras) donde lentamente los

contaminantes se van decantando en el fondo y el agua es recuperada o evaporada.

El material queda dispuesto como un depsito estratificado de materiales slidos

finos.

Reologa:Ciencia de la deformacin y flujo de la materia. El trmino reologa

es comnmente usado para significar consistencia.

Remetro de cilindro concntrico:Remetro rotacional donde la consistencia de

un fluido es medido por el corte del material en el espacio entre un cilindro

interior (pndulo) y un cilindro exterior (taza). El esfuerzo de corte es

determinado por el torque inducido y la tasa de corte es determinada por la

velocidad rotacional, las dimensiones del espacio y una reologa inferida del

material.

Sub-capa laminar:En flujo turbulento, es la regin cerca a las paredes de una

tubera, donde el comportamiento del flujo es dominado por los efectos viscosos y

donde los efectos inerciales son insignificantes.

Sub-capa viscosa: En flujo turbulento, la sub-capa viscosa incluye la sub-capa

laminar y la porcin de la zona de transicin entre las paredes de un medio y la

capa de borde.

Suspensin estable: Suspensin que no tiene agregaciones significativas, como

medidas sobre un esquema de tiempo relevante (ejemplo: el tiempo que toma la

suspensin para viajar a travs de una tubera).

Tasa de corte:Tasa de cambio de la presin de corte en el tiempo.


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GLOSARIO

xx Ing. Ivn Pal Gaitn Barreda

Tasa de viscosidad (viscosidad relativa): Relacin entre la viscosidad de una

suspensin y la viscosidad del medio transportante.

Tasa de volumen:Volumen de slidos dividido por el volumen de agua.

TDH: Carga dinmica total requerida para realizar un transporte hidrulico,

incluye la sumatoria de la diferencia de nivel a superar, las prdidas de presin y

las prdidas singulares de presin.

Visco plstico: Propiedad en el cual, el material se comporta como un slido

cuando el esfuerzo esta debajo de cierto valor crtico (esfuerzo de fluencia), pero

que fluir como un lquido viscoso cuando este valor sea excedido.

Viscosidad (viscosidad aparente):La relacin entre el esfuerzo de corte y la tasa

de corte bajo un simple corte. Para un flujo Newtoniano, la viscosidad es

independiente de la tasa de corte. Para lquidos no-Newtonianos, la viscosidad

vara con la tasa de corte.

Viscosidad aparente:Razn entre el esfuerzo de corte y la tasa de corte a cierto

valor nominal de la tasa de corte y tiempo. La viscosidad aparente cambia con la

tasa de corte para fluidos no-Newtonianos y con tiempo para fluidos dependientesdel tiempo.

Viscosidad plstica: Lmite superior de la tasa de corte implicada por la

consistencia de un modelo para un material visco-plstico (por ejemplo un

plstico Bingham).

Viscoso: Tendencia de un lquido para resistirse al flujo como resultado de la

friccin interna. Durante un flujo viscoso, la energa mecnica es disipada comocalor y el esfuerzo desarrollado depende de la tasa de deformacin.

Zona de transicin:En flujo turbulento, es la regin entre la sub-capa laminar y

el ncleo turbulento, donde ambas viscosidades y efectos inerciales son

significantes.


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CAPTULO I: INTRODUCCIN

Ing. Ivn Pal Gaitn Barreda 1

SECCIN I

1.0 CAPTULO I:

INTRODUCCIN

1.1 Procesamiento de minerales

Mientras que la tecnologa en la mayora de las especialidades o ciencias ha

cambiado dramticamente en los ltimos tiempos, el procesamiento de minerales

sigue siendo el arte o ciencia de romper el mineral en pequeas partculas slidas

(o encontrar aquellas ya quebradas de forma natural), separando el mineral con

valor comercial o til y disponiendo del remanente o no til. Algo ms que no ha

cambiado desde el siglo XVI, es que muchas de las operaciones de procesamiento

de minerales son llevadas o transportadas en mezclas de slidos (minerales) y un

lquido transportante (usualmente agua o una solucin acuosa) definido como

pulpa o el trmino ingls slurry.

La unidad de operacin para el transporte de pulpas incluye: molienda,

fraccionamiento por hidro-ciclones, tamizado hmedo, centrifugado, vibrado,

filtrado, flotacin, separacin de densidad media, almacenamiento en tanques

agitadores, filtrado del concentrado, transporte por canaletas o tuberas,

espesamiento, intercambiadores de calor y finalmente la disposicin de relaves en

una relavera o un depsito natural o artificial.

Un diseo exitoso de operacin de instalaciones de procesamiento de mineral,

depende fundamentalmente de comprender el comportamiento del flujo de una

pulpa. Especficamente, depende de comprender como la pulpa fluir a travs yentre las unidades de operacin.

1.2 Comportamiento del flujo de una pulpa

Cuando una pulpa est compuesta por partculas muy gruesas (como las gravas),

los efectos inerciales de las partculas dominarn, la fase fluida y slida retendrn

sus identidades separadas y el incremento en la viscosidad aparente de la mezcla

comparado con el lquido transportante ser mnimo. Cuando se transporte esta


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2 Ing. Ivn Pal Gaitn Barreda

pulpa por una tubera, las partculas slidas se asentarn rpidamente y tendern a

depositarse en el fondo o sern movidas por la viscosidad de arrastre del fluido en

movimiento sobre la cama de slidos. Por lo tanto, este tipo de pulpas sern

depositables y el flujo ser heterogneo, en donde la concentracin de slidos

vara significativamente a lo largo del eje vertical de la tubera.

Cuando una pulpa est compuesta por partculas muy finas (como las arcillas), las

partculas slidas se depositarn muy lentamente y la agitacin termal

(movimiento Browniano) puede ser suficiente para mantener a las partculas

suspendidas indefinidamente. La presencia de esos slidos puede tener un efecto

significante en las propiedades de la mezcla, resultando usualmente en un

incremento agudo en la viscosidad de la mezcla comparado con la del lquidotransportante. Frecuentemente estas mixturas exhiben una consistencia no-

Newtoniana. Cuando se transporte est pulpa en una tubera, las partculas tienden

a estar uniformemente distribuidas a lo largo del eje vertical de la tubera, incluso

en flujo laminar, por lo tanto el flujo ser homogneo. Estas pulpas no-

depositables pueden ser analizadas como fluidos continuos con las propiedades

promedio de la mezcla. El comportamiento del flujo de una pulpa homognea

puede estar fuertemente afectado por la presencia de qumicos (como dispersantes,

floculantes, reactivos, disolventes, etc.) en el fluido transportante.

Muchos comportamientos de flujo de pulpas pueden ser considerados entre estos

dos extremos. Las partculas en las pulpas de inters de la ingeniera de

procesamiento de minerales son generalmente de un tamao intermedio (limos y

arenas) y el comportamiento es intermedio entre los extremos mencionados.

Cuando estas pulpas moderadas y depositables fluyen en una tubera, las

partculas tienden a depositarse en un flujo laminar, pero son ms o menosdistribuidos a lo largo del eje vertical de la tubera en una flujo turbulento. El flujo

turbulento de estas pulpas es referido como pseudo-homogneo.

Casi todas las pulpas minerales industriales tienen un amplio rango de tamaos de

partculas, frecuentemente abarcan varios rdenes de magnitud. Por lo tanto, el

tamao de las partculas minerales y concentracin, usualmente cambiarn cuando

se mueven a travs de la planta o dentro de una unidad de operacin (por ejemplo

en un molino o en un espesador). El comportamiento del flujo tender a volverse

rpidamente homogneo, as como las partculas sern ms pequeas y la


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concentracin en volumen de slidos se incrementar. Durante las etapas de

procesamiento, una variedad de qumicos son adicionados, los cuales pueden

afectar dramticamente el comportamiento del flujo con suspensiones que

contienen partculas finas principalmente.

1.3 Diseo hidrulico de tuberas

La unidad ms comn de manejo de pulpas en cualquier planta de

procesamiento de minerales es una tubera. Una planta tendr miles de tuberas de

varios tamaos. Muchas de las operaciones mencionadas anteriormente son

alimentadas y/o tienen sus salidas por medio de tuberas de pulpas.

Segn D.J. Hallbom (Referencia 7), tuberas de pulpas pequeas o cortas han sido

usadas por muchos aos en operaciones de dragado, en facilidades de

procesamiento de mineral y para disposicin de relaves. En 1957, ya exista en

operacin una tubera de 174 km con 250 mm de dimetro para la tubera de

carbn consolidado de Ohio y tambin uno de 116 km de largo con 150 mm de

dimetro para una tubera de gilsonita en Colorado - Utah. Entre 1957 y 1977, una

docena de tuberas sobre los 25 km de longitud fueron construidas y operadas y

una gran variedad de materiales fueron transportados incluyendo limos, fosfatos,

concentrados de cobre y zinc.

Por ejemplo, existe una tubera de 85 km con 225 mm dimetro para una tubera

de concentrado de hierro en Tasmania (1967) que hizo viable el usar tuberas para

transportar materiales abrasivos. Otros de los mayores sistemas incluyen uno de

439 km con 450 mm de dimetro para la tubera de carbn en Arizona (1972) y

uno de 395 km de largo con 500 mm de dimetro para la tubera de concentradode hierro en Brasil (1977) y para no ir lejos en nuestro pas tenemos el

concentraducto de Antamina con 230 km de largo y dimetros de 250, 228 y 200

mm que transporta concentrados de cobre y zinc por lotes o batches, separados

por agua de procesos.

Mientras el uso de grandes factores de seguridad, reglas de generales o empricas

(rules-of-thumb) y tcnicas de ensayo y error fueron adecuadas para disear

tuberas de 100 m de dragado o 1,000 m de tuberas de relaves, estas tcnicas

fueron inservibles para tuberas de transporte de 100,000 m. El desarrollo de las


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tuberas de transporte de larga distancia requiri de un desarrollo significante en la

tecnologa de transporte de pulpas. Programas extensivos y costosos de ensayos

fueron llevados a cabo para proveer de mtodos de diseo, comportamiento de

materiales y la confiabilidad de los componentes mecnicos. Esto incluyo la

determinacin de:

Tamao ptimo de la molienda. Contenido ptimo de slidos. Velocidades crticas de transicin y deposicin. Gradientes hidrulicas para varias velocidades de pulpas. Operacin y metodologas para reiniciar una tubera llena de pulpa.En la Figura 1.1 se presenta un diagrama esquemtico tpico de un sistema de

transporte de carbn.

ESTACIN DE BOMBEO

MINA STOCK DEMINERAL

LIMPIEZA MINERAL TANQUES

APORTE DE AGUA

PLANTA DEFILTRADO

FILTRADO

PLANTA DE ENERGIA

BUQUES

TUBERIA Y ESTACIONES DE BOMBEO

PROVEEDORDE MINERAL SISTEMA DE TUBERIAS

SISTEMA DE TUBERIAS COMPRADOR DE MINERAL

Figura 1.1: Diagrama esquemtico tpico de un sistema de transporte de carbn(Adaptado de E.J. Wasp y otros - Referencia 8)

1.3.1 Caracterizacin de pulpasEl primer paso en el diseo de una tubera de transporte de pulpas es la

caracterizacin del material. Un nmero estndar de pruebas son llevadas a cabo

como:


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Medidas de la distribucin de tamaos de partculas (por tamices y/o laser). Medidas de la densidad de slidos secos (por picnmetro aireado o el matraz

Le Chatelier).

Ensayos de deposicin, para determinar la profundidad de la camadepositada.

Ensayos de penetracin para determinar la dureza de la cama depositada,para predecir la facilidad de re-suspender los slidos despus de una

detencin del flujo en una tubera.

Ensayos de deslizamiento (por ejemplo medir el ngulo en el cual, la camadepositada en una tubera empezar a deslizarse) para determinar la

pendiente mxima para secciones largas de tuberas.

Ensayos de conductividad, para determinar el potencial corrosivo de lastuberas de acero desnudo (sin liner o recubrimiento) o sin proteccin

anticorrosiva.

Ensayos de abrasin para determinar el desgaste potencial de las partesexpuestas al movimiento de a la pulpa (ejemplo los pistones y cilindros en las

bombas de pistones).

1.3.2 Estimacin de la gradiente de presinEl parmetro crtico de diseo de cualquier tubera de transporte de pulpa, es la

gradiente de presin o las prdidas de presin por unidad de longitud. Esto

permite que las tuberas, bombas y motores sean seleccionados y optimizados.

Adems, tambin permite el transporte ptimo para un rango de concentraciones

de slidos a ser definido. Las tuberas antiguas de larga distancia fueron diseadasen base a gradientes de presin obtenidos en circuito de ensayos o test loops.

1.3.2.1 Diseo basado en circuito de ensayosUn circuito de ensayos bsico est compuesto principalmente por un tanque de

pulpa, una bomba de pulpa, un mtodo de medida de flujo (flujmetro) y

dispositivos para medir los diferenciales de presin (trasmisores de diferencial de

presin) sobre una longitud conocida de tubera recta. La pulpa es bombeada a

travs del circuito, con un rango de caudales, para medir el flujo y las cadas de

presin, dando un gradiente de presin versus una curva de caudales.


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Dos o ms ensayos con secciones de diferentes dimetros o materiales de tuberas

(por ejemplo varias rugosidades) pueden ser incluidas para admitir ms

informacin a ser reunida en cada corrida de ensayos y corregir los datos por

deslizamiento en las paredes, si esto es necesario.

Se puede incluir instrumental adicional para recolectar ms informacin como el

contenido de slidos (con una aguja movible de densidad gamma) o la

distribucin del tamao de partculas (puertos de muestras) a lo largo del eje

vertical de la tubera.

La degradacin de las partculas slidas puede ser medida tomando muestras antes

y despus del ensayo. Los ensayos pueden ser realizados por largos perodos para

ver si los slidos gruesos tienden a agruparse o depositarse en el fondo de la

tubera en el tiempo (arenamiento), aunque esto es infructuoso si la

alimentacin de partculas gruesas es limitada.

En la Figura 1.2se muestra un diagrama esquemtico de un circuito de ensayos

utilizado para modelar el transporte de una pulpa con la medicin de la presin a

diferentes secciones de tuberas y condiciones de flujo.

Mezclador

elctrico

Tanque de agua

Flujmetro

electromagntico

Bomba de pulpa

Tanque de

coleccin

Tanque

de pulpa

Transmisor de

diferencial depresin

Presin

Presin

Presin

Seccin

visual

Figura 1.2: Diagrama esquemtico de un circuito de ensayos de pulpas(Adaptado de D.J. Hallbom - Referencia 7)

1.3.2.2 Diseo basado en reologaPor los aos 1980, el transporte de pulpas a larga distancia logro ser una

tecnologa madura. Los resultados de los programas de ensayos previos y de datos


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de sistemas operando, han sido correlacionados con ensayos de laboratorio a

escala. Se volvi prctico disear sistemas convencionales de transporte

hidrulico usando el comportamiento del flujo (reologa) de un material

ensayado en un laboratorio a escala, para predecir el comportamiento del flujo

hacia una escala industrial, frecuentemente a una configuracin muy diferente.

Como resultado, no fue ms necesario hacer circuitos de ensayos para disear

tuberas.

1.3.3 Ventajas del diseo basado en reologaA primera vista, el uso de un circuito de pruebas podra aparecer como superior al

diseo basado en reologa, primero porque las curvas de gradiente de presin son

medidas directamente, en vez que ser estimadas usando un modelo de flujo semi-

emprico y segundo que los efectos secundarios como deslizamientos en las

paredes y formacin de la cama de fondo son automticamente considerados, al

menos en teora. Adems, informacin adicional, tal como la degradacin de

partculas y los factores de clasificacin (de-rating) para bombas pueden ser

obtenidos de una manera directa. Sin embargo, hay un nmero de ventajas del

diseo basado en reologa como son las siguientes:

1.3.3.1 Tamao de la tubera del ensayoDeterminar el tamao de las tuberas de una seccin del circuito de ensayos es

problemtico, porque el tamao final de una tubera no es conocido en la fase de

diseo. De hecho, seleccionar el tamao de tuberas es uno de los principales

objetivos del diseo hidrulico.

El diseador de un sistema, es forzado a adivinar ese tamao, a menos que existanotras bases (por ejemplo una tubera existente). La probabilidad de tener la

correcta tubera del ensayo es incrementada, si dos o tres tamaos son usados. Sin

embargo, hay un lmite prctico como un rango de tamaos que se puede tener,

segn D.J. Hallbom (Referencia 7).

Asumiendo un circuito de ensayos con instalaciones de secciones de tuberas de

100 y 200 mm. Un tpico rango de velocidades para tuberas industriales ser 1.0 a

3.0 m/s. Para conseguir la velocidad de diseo en una tubera pequea, el rango de

velocidad en una tubera ms grande podra ser de 0.25 a 0.75 m/s y si la pulpa se


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asienta, aparecer como arenado (ejemplo de la constitucin de una cama de

slidos y de atoro de una tubera). Para conseguir 1.0 a 3.0 m/s en una tubera

grande, la velocidad en la tubera pequea debera estar entre 4.0 a 12.0 m/s y la

bomba deber impulsar la pulpa sobre el rango total del flujo, osea desde 1.0 a

12.0 m/s en una tubera pequea.

1.3.3.2 MuestrasLas instalaciones de circuitos de ensayos de dimetros mayores requieren de

grandes cantidades de muestras. Sin embargo, pocas veces hay una gran cantidad

de muestras de slidos representativas y disponibles en las etapas iniciales de

diseo. Adems, una planta o mina no existe, cuando las tuberas de pulpa estn

siendo diseadas para unas nuevas instalaciones, las muestras provienen de

bancos o plantas pilotos.

Tambin, las muestras disponibles no pueden ser representativas desde que los

procesos (como los tamaos de molienda, reactivos de flotacin, floculantes de los

espesadores, etc.) estn an en desarrollo o investigacin. Puede haber muchos

procesos bajo consideracin, cada uno con diferentes tamaos de partculas y

propiedades de fluidos transportantes. Con pulpas finas (arcillas o limos), elimpacto de sustancias disueltas en el fluido de transporte puede ser determinante

para el transporte.

Una instalacin de circuito de ensayos a gran escala y con una longitud total de

100 m, con 300 mm de dimetro de tubera, podra requerir cerca de 8,000 litros

de pulpa. Para hacer doce circuitos de ensayos, seran necesarios 100,000 litros de

pulpa para ser preparados, ensayados y dispuestos. En comparacin, doce ensayos

en un remetro cilndrico concntrico toman menos que 10 litros de muestras sin

considerar el tamao de la tubera.

1.3.3.3 InstrumentacinLas instalaciones de los circuitos de ensayos necesitan instrumentacin con el

orden de producir datos para la curva del flujo. Los principales instrumentos

requeridos son para medir el flujo de la pulpa y el diferencial de presiones. Los

flujmetros o caudalmetros son calibrados con un fluido Newtoniano (agua), los

cuales pueden dar errores significativos con fluidos no-Newtonianos.


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Los flujmetros magnticos darn medidas incorrectas si la pulpa contiene

magnetita. Los trasmisores de presin son diseados para medir pequeas

diferencias de presin y tienden a ser frgiles y pueden ser daados si son

expuestos a altas presiones. Los trasmisores de presin ms resistentes, pueden no

ser suficientemente precisos para medir pequeos diferenciales de presin.

Ciertos instrumentos no tienen una perfecta precisin y los errores tienden a ser un

porcentaje de las lecturas de la escala total. La gradiente de presin de un fluido a

baja velocidad puede ser solamente un porcentaje bajo de la escala total de las

lecturas. Esto podra ser del mismo orden de magnitud como el error del

instrumento. Los mtodos para improvisar la precisin incluyen usar equipos de

alta calidad y usar diferentes instrumentos para diferentes rangos de ensayos.Ambas opciones incrementarn el costo y la mejora en la precisin que puede ser

no justificable para su uso en un sistema simple.

1.3.3.4 Extrapolacin de resultadosEsos problemas pueden ser evitados por el uso de instalaciones de calidad en

circuitos de ensayos, muchas de estas instalaciones estn disponibles en

universidades del extranjero. Esto elimina el costo de construir instalaciones,aunque los costos de transportar toneladas de muestras al lugar de los ensayos y

disponer de ellos despus, pueden ser sustanciales. Esas instalaciones de circuitos

de ensayos, usualmente tienen instrumentos de alta calidad y sistemas sofisticados

de coleccin de datos. Sin embargo, instalaciones de investigacin existentes

tendrn un limitado nmero de tamaos de tuberas disponibles. Como resultado,

puede ser necesario extrapolar los resultados obtenidos en una tubera de ensayo

de 50 mm hacia el dimetro final de la tubera, el cual puede ser de 300 mm o

ms.

Claramente, extrapolando entre tamaos de tuberas, invalida la mayor ventaja de

un circuito de ensayos, que es la habilidad de medir directamente la gradiente de

presin. La extrapolacin requiere el uso de teoras estadsticas, para estimar el

impacto del tamao de la tubera en la gradiente de presin. De hecho, las

instalaciones de circuitos de ensayos es usado como un remetro capilarmente

largo para un diseo basado en reologa.


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1.3.3.5 Degradacin de partculasPara limitar la cantidad de muestras usadas, la prctica comn es diluir la pulpa en

el circuito. Como resultado, la pulpa har un mayor nmero de circuitos a travs

de la bomba y la tubera. Si bombas centrfugas son usadas, los altos esfuerzos decorte cerca al impulsor pueden causar el desgaste de las partculas. Partculas muy

finas son formadas por la rotura de las partculas ms grandes, causando que las

propiedades fsicas de la pulpa cambien entre ensayos y el resultado del circuito

de ensayos no ser representativo.

1.3.3.6 Otros equipos

Mientras la gradiente de presin en una tubera es importante, es solamente unaparte pequea del diseo de un sistema de transporte de pulpas. Un flujo de un

circuito de ensayos da una simple pieza de informacin, un mejor conocimiento

de la consistencia de la pulpa tiene mucha ms aplicabilidad en los siguientes

casos:

Los tanques de almacenamiento de pulpa tienen agitadores que deben serdimensionados (por ejemplo en dimetro, velocidad, potencia, etc.). Los

anillos disipadores (orificios cermicos) que necesitan ser dimensionados.

Los drenajes de piso que necesitan ser dimensionados y a cierta inclinacin.

Todos los anteriores equipos o instalaciones, son afectados por la

consistencia de la pulpa y no pueden ser diseados directamente de los datos

de un circuito de ensayos.

La presin y eficiencia de impulsin de las bombas centrfugas de pulpanecesitan ser estimadas. Esto podra ser ensayado directamente en un circuito

de ensayos. Sin embargo, a menos que la bomba usada en el ensayo sea del

mismo tipo y tamao que la que ser usada en la tubera final, alguna teora

de escalamiento o leyes de afinidad debe ser usada, segn A. Grzina

(Referencia 1).

En adicin, el rendimiento de muchas unidades de procesamiento de mineralest afectado por la consistencia de la pulpa. Esto incluye la molienda,

espesamiento, cicloneado, calefaccin, separacin, mezclado, transporte por


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canaletas (rampa en flujo a superficie libre), separacin media de densidades,

etc. por mencionar las principales unidades de operacin.

1.4 Aplicacin de la reologa en el procesamiento de minerales

Desde que la reologa de una pulpa afecta el comportamiento de la mayora de

unidades de operacin, ser razonable asumir que el diseo basado en reologa

juega una rol clave en la ingeniera del procesamiento de minerales.

Pero actualmente, no se le da mucha importancia a la reologa y solo es referida

como complemento para el diseo de unidades de procesamiento de minerales o

para el diseo de plantas de beneficio o metalrgicas, indicando que la reologa

afecta la forma en que dichos procesos o equipos operarn, concluyendo que la

reologa no es aplicada comnmente en la industria de procesamiento de

minerales.

El comportamiento no-Newtoniano de una pulpa es ignorado grandemente,

permitiendo el uso de factores de seguridad, evitado por la remocin de los

finos (limos o arcillas) o eliminada usando agua de dilucin. Hay situaciones,donde el comportamiento del flujo no-Newtoniano necesita ser considerada y la

solucin de dilucin no puede ser usada como en el espesamiento de pulpas.

1.5 Espesamiento de pulpas

Segn T.C. Aude y otros (Referencia 16), una pulpa puede ser considerada como

un material de transicin entre el rango lquido (a muy bajas concentraciones en

volumen como el agua turbia) y slido (a muy altas concentraciones en volumencomo cake o tortas o tierra). El comportamiento del flujo de una pulpa tambin

estar entre las transiciones de lquido a slido, cuando la concentracin en

volumen se incremente.

El procesamiento de minerales ha sido frecuentemente transportado como pulpas

diluidas convencionalmente. Los problemas asociados con comportamiento de

flujos no-Newtonianos de pulpas finas, pueden ser siempre reducidos o

eliminados por la adicin de lquido transportante. Esto permite al diseador u


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operador trabajar en el buen entendimiento del rgimen Newtoniano (o pseudo-

Newtoniano).

Sin embargo, hay muchos casos donde est solucin de dilucin no es prctica o

deseable. En las ltimas dcadas, ha habido un progreso gradual delprocesamiento y transporte de pulpas espesadas.

Las pulpas espesadas son suspensiones, donde la concentracin de slidos es

suficientemente alta, que las propiedades no-Newtonianas afectan grandemente el

comportamiento del flujo en escala macro, pero no tan grande como para volverse

frgil o quebradizo (por ejemplo una torta). Las pulpas espesadas estn

compuestas principalmente de partculas finas (limos y arcillas) a relativamente

altas concentraciones de slidos. Las pulpas espesadas pueden contener partculas

gruesas, pero ello no significa que afecte el comportamiento del flujo.

La caracterstica dominante de las pulpas espesadas es el esfuerzo de fluencia. Si

el esfuerzo de fluencia es ms grande que 100 Pa y su comportamiento es como

un semi-slido, con una consistencia suave y manejable, dicha pulpa espesada es

frecuentemente referida como pasta.

Muchas reas de desarrollo estn moviendo a la industria minera a travs del

incremento en el uso de los sistemas de pulpas espesadas. Los ms importantes

son discutidos a continuacin:

1.5.1 Relaves espesadosUna importante aplicacin para las tuberas de pulpas, es el transporte hidrulico

de relaves mineros (residuos o desechos) hacia relaveras, denominadas como

relaveras o reservorios de relaves. Histricamente, los relaves han sido

transportados y depositados a bajas concentraciones de slidos.

Cuando los relaves son descargados en una relavera como un relave convencional

(a bajas concentraciones de slidos), las partculas tienden a segregarse. Los

materiales gruesos se depositarn cerca de los puntos de descarga formando una

playa y los materiales finos sern lavados o desplazados dentro de la relavera,

formando una cama de lodos.


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La cama de lodos tendr una pequea resistencia cuando este hmeda y no estar

bien compactada. En el caso de una ruptura del dique de la relavera, los relaves

perdidos pueden fluir y causar un flujo de lodo peligroso (por ejemplo un

huayco), donde el lodo ser difcil de drenar, haciendo difcil la recuperacin de

dicha rea.

Cuando los relaves estn espesados, las partculas gruesas y finas permanecen

mezcladas cuando fluyen hacia la relavera. Esos relaves no segregados se auto

compactan a altos contenidos de slidos y donde el material fino queda retenido.

La compactacin de los relaves no segregados tiene un alto esfuerzo de corte

como los relaves con finos; por lo tanto, son menos propensos a fluir en el evento

de una ruptura o falla del dique de una relavera.

Adems, llenar demasiado la relavera con un gran espejo de decantacin y causar

el lavado de finos, son algunos de los principales riesgos de las relaveras, un

volumen apropiado de agua almacenada reduce este riesgo. La disposicin de

relaves espesados fue implementado inicialmente en 1973 en la mina Kidd Creek

en Ontario Canad. Desde entonces, muchos centenares de sistemas de relaves

espesados han sido instalados como nuevos sistemas o convirtiendo los sistemas

existentes convencionales.

El flujo de pulpas espesadas hacia una relavera formar una pendiente global de 1

a 3% comparada con una pendiente gruesa de 0.2 a 0.5% para los relaves

convencionales. Si los relaves espesados son vertidos en capas delgadas y se

permite el secado entre las vertidas, se pueden obtener pendientes del 5 a 7%.

Pendientes ms altas son posibles, si el material es compactado mecnicamente

entre vertidas o descargas.

Las pulpas espesadas, pueden ser vertidas desde un punto de descarga central para

formar montculos de cientos de metros de ancho, con solamente un pequeo

permetro o borde y con una significante reduccin de los costos de las relaveras

en reas con una topografa plana.

1.5.2 Relleno de pastaLas minas subterrneas resultan de la formacin de grandes espacios vacos que

necesitan ser rellenados para estabilizar el rea circundante a la extraccin. Una


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fuente potencial del material de relleno son los relaves de una mina, los cuales

estn fcilmente disponibles y tambin reducen la cantidad de relaves a ser

dispuestos en la superficie.

Si los relaves son gruesos (arenas), pueden ser usados como descarga libre para unrelleno hidrulico; sin embargo, si los relaves son finos (arcillas o limos) estos no

pueden drenarse bien y resultaran en un relleno dbil.

Un cementante (cemento) es adicionado frecuentemente para incrementar la

resistencia del material de relleno fino, formando un concreto dbil, similar a una

lechada (grout).

Un cementante, es un costo operativo mayor para un sistema de rellenocementado; por lo tanto, muchos clculos son realizados para reducir la

dosificacin requerida de cemento.

Adems, reduciendo el contenido de agua en la pulpa, se reduce la cantidad de

cementante requerido, para cumplir totalmente el curado necesario. La pasta

resultante tiene un esfuerzo de fluencia de muchos cientos de Pascales, comparado

con las pulpas convencionales.

Una manera econmica de transportar una pasta por etapas, es por medio de una

tubera de pulpa. Las tuberas para rellenos de pasta son de pequeos dimetros

(100 a 200 mm) y de unos pocos kilmetros de largo; adems, son costosas de

instalar si una seccin significante de la ruta de la tubera requiere de tneles a

travs de roca dura o del desarrollo de caminos de accesos.

Adems, hay que considerar que el trazo de la tubera cambiar constantemente

debido a las operaciones de relleno que se movern segn las descargas.

En minas subterrneas profundas, los sistemas de pasta fluirn por gravedad o

tendrn bombas con presin (o carga) que son solamente una pequea porcin de

la presin esttica. Estos sistemas son reolgicamente controlados y el caudal es

regulado, incrementando o disminuyendo la consistencia de la pulpa.

La Figura 1.3presenta un esquema de una disposicin superficial de relaves (tipo

pasta) impulsados por una bomba de desplazamiento positivo (bomba de


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disposicin) y generados por un espesador de cama profunda (espesador para

pasta).

Disposicin superficial derelaves

Bomba dedisposicin

Bomba delunderflow

Alimentacin

ESPESADORDE CAMA

PROFUNDA

Figura 1.3: Disposicin superficial de relaves utilizando un espesador para pasta(Adaptado de T.C. Aude y otros - Referencia 16)

1.5.3 Nuevos equiposDesarrollos e investigaciones en equipos para procesos, han hecho prctico

producir y transportar pulpas espesadas fcilmente no asentadas en grandes

volmenes. Algunos de los ms importantes desarrollos son:

Molinos con molienda ultra fina (ejemplo: molinos con agitadores), quepermiten la molienda del mineral a tamaos ms diminutos que anteriores

molinos, resultando en la produccin de pulpas finas, que exhiben fuertes

parmetros no-Newtonianos a relativos bajos contenidos de slidos.

Espesadores de cama profunda (DCT o de alta compresin), que permitenaltos esfuerzos de fluencia para las pulpas espesadas y producidas ms

econmicamente que en los filtros; particularmente a altas tasas de tonelaje o

produccin. La habilidad de transferir el alto esfuerzo de fluencia por el

underflow (parte inferior y de descarga del espesador) hacia tuberas, hace

que toda la instalacin tenga un costo ms efectivo.

Bombas de desplazamiento positivo (PDP), que permiten que pulpasespesadas sean transportadas sin prdidas significativas y en mejor eficiencia

que las observadas en las bombas centrfugas. Las PDP tipo bombas de


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diafragma de pistn pueden manejar confiablemente pulpas con esfuerzos de

fluencia sobre los 100 Pa y desarrollar presiones de descarga de 25 MPa o

ms elevadas.

Las bombas modificadas para concreto, pueden manejar pastas de muy altas

consistencias con esfuerzos de fluencia sobre los 400 Pa e incluyendo a

aquellas pastas que contienen partculas grandes (gravas) y que desarrollan

presiones de operacin de 12 MPa o ms altas.

1.5.4 Nuevos cuerpos mineralesCuerpos minerales grandes que requieren de tuberas para el transporte de mineral

con sistemas grandes, requerirn de grandes cantidades de agua a ser obtenida o

tratada para luego disponerla o bombearla de nuevo hacia la mina. La habilidad de

incrementar los contenidos de slidos en las pulpas (por decir del 25 al 40% de

concentracin en peso), podran cortar drsticamente el uso de agua y reducir de

una forma importante el volumen de agua a ser transferida.

Las operaciones de minas con rocas duras, tienen cuerpos de minerales

diseminados. El procesamiento de estos minerales requiere de molienda a tamaos

muy finos (frecuentemente menos que 10 m) para optimizar la recuperacin demineral y el grado de concentracin.

Esas partculas finas, pueden ser transportadas como pulpas convencionales a

bajos contenidos de slidos, pero pulpas espesadas podran ser transportadas sin

grandes cantidades de agua. Las pulpas con altas concentraciones de partculas

finas tienden a tener un comportamiento no-Newtoniana.

1.5.5 Disponibilidad de aguaMuchas reas de minas importantes estn en regiones desrticas o semi-desrticas,

tales como el norte de Chile, la costa del Per, el suroeste de EEUU, buena parte

de Australia o el sur de frica. Obtener grandes volmenes de agua en esas reas

es problemtico y/o costoso.

Aun cuando existiesen grandes fuentes de agua fresca, hay usualmente otros

involucrados, tales como agricultores (comunidades campesinas) y ganaderosquienes demandan tambin el recurso.


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El abastecimiento por aguas subterrneas tiene una tasa lmite de extraccin y

recuperacin y podran ser de pobre calidad (ejemplo agua con sales). El agua de

lluvia tiende a ser por temporadas, dando como resultado perodos del ao cuando

los ros son pequeos o no existen.

Las relaveras de relaves espesados no requieren de grandes reservorios asociados

con las relaveras convencionales. El total de agua que ingresa en una relavera ser

pequea y no necesita segregar el material fino por decantacin. Como resultado,

solamente un reservorio o espejo de agua pequeo drenar el agua de lluvia de ser

requerido.

Desde que la evaporacin en las relaveras es la mayor fuente de prdidas de agua

en las regiones ridas, una relavera pequea es sugerida para los relaves

espesados, reduciendo el agua neta a ser usada en relacin con la tonelada de

mineral procesado.

En regiones ridas donde la disponibilidad de agua es una limitante de operacin

(ejemplo la costa peruana o el norte de Chile), un sistema de relaves espesados

podra incrementar efectivamente la tasa de viabilidad de la produccin de una

mina.

1.5.6 Diseo de sistemas de pulpas espesadasSegn D. J. Hallbom (Referencia 7), cientos de kilmetros de sistemas de tuberas

de pulpa convencionales estn siendo actualmente diseados usando el diseo

basado en reologa. La habilidad de usar el diseo basado en reologa reduce el

costo y tiempo requerido para un programa de ensayos aproximadamente del 70 al

90%.

Esta metodologa tambin funciona bien para pulpas nuevas. Muchos sistemas

actuales ya estn siendo diseados sin circuitos de pruebas para estimar la

gradiente de presin. Adems, una vez que una organizacin ha elaborado una

base de datos de ensayos, los estudios conceptuales pueden ser desarrollados para

pulpas comunes sin algn ensayo.

Mientras que el tiempo adicional y costo relacionado a un circuito de ensayos essiempre una preocupacin, es durante un estudio conceptual o uno de factibilidad


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cuando es especialmente preocupante. El diseo de cualquier proceso o sistema

comenzar sin la evaluacin de muchas opciones potenciales. Para el transporte de

pulpas, esto puede incluir camiones de carga, fajas transportadoras y tuberas de

pulpas.

A pesar del xito del diseo basado en reologa para sistemas de pulpas

convencionales, el circuito de ensayos es aun ampliamente usado para sistemas de

pulpas espesadas. Hay muchas razones potenciales de porque el diseo basado en

reologa para pulpas espesadas ha sido infructuoso.

Sin embargo, el mayor impedimento parece ser los modelos reolgicos usados

para describir el comportamiento de pulpas espesadas.

La Figura 1.4 muestra las facilidades o instalaciones dentro del alcance de la

norma ASME B31.11: Slurry transportation piping system.

Lnea detransferencia

Facilidades dealmacenamiento

Estacin de bombeoFacilidades de

almacenamiento

Terminal de tubera

Estacin de bombeo

Planta de preparacin de lapulpa, relleno de mineral u

otras facilidades del modo

de transporte

Terminal de tubera

Facilidades de

almacenamiento

Planta o facilidades delmodo d e transporte

Figura 1.4: Facilidades o instalaciones dentro del alcance de la norma ASME B31.11(Adaptado de ASME B32.11 - Referencia 2)

1.5.7 Reologa virtualInvestigadores en reologa de pulpas se han preguntado: Por qu usar una

ecuacin constitutiva para todo, si se tiene un reograma? (data de un remetro ode un circuito de ensayos). La data puede ser usada para calcular el


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comportamiento de la tubera directamente. La respuesta es que muchos

ingenieros casi nunca tienen data reolgica disponible. Aun cuando los resultados

de ensayos sean disponibles, tendrn que ser llevados en un nmero finito de

pequeas muestras y esto no podra corresponder con el material que este

fluyendo a travs de una tubera en cualquier tiempo dado.

El diseo basado en reologa usa lo que puede ser llamado reologa virtual

basado en los parmetros fsicos que pueden ser medidos o controlados por un

operador de una planta o de una mina.

Hay muchos parmetros fsicos que pueden afectar la consistencia de una pulpa y

sus efectos pueden ser ms pronunciados, como la disminucin del tamao de

partculas o de las concentraciones de slidos. Otros parmetros que afectan la

consistencia incluyen a la temperatura, pH, tamao de partculas, densidad de

partculas, material de las partculas, densidad de la pulpa, contenido de slidos y

concentracin de coagulantes y/o dispersantes.

1.6 Objetivo de la tesis

1.6.1 Objetivo generalAl ser la hidrulica de pulpas una ciencia compleja y con muchas variables, se ha

planteado como objetivo general caracterizar cuatro (4) pulpas minerales tpicas,

considerando la influencia directa de la concentracin de slidos de dichas pulpas,

para que sirva como datos bsicos en el diseo de un sistema de transporte de

pulpas minerales basado en reologa.

1.6.2 Objetivo especficoComo objetivo especfico de esta tesis, se ha considerado estimar los parmetros

fsicos (Gravedad especfica de slidos y distribucin granulomtrica de

partculas) y reolgicos (esfuerzo de fluencia y viscosidad plstica) de cuatro (4)

pulpas minerales tpicas (2 de concentrado de cobre y 2 de relaves espesados de

cobre) a diferentes concentraciones de slidos, ensayando muestras del mineral

seccin comn del Seccin, que es el cobre.


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1.7 Perfil de la tesis

El desarrollo de esta Tesis est dividido en tres secciones:

1. La primera seccin (Captulos I y II) es terica y trata aspectos como laintroduccin acerca de la industria del procesamiento y transporte de pulpas

minerales a travs de sistemas hidrulicos y como estn influenciados de la

caracterizacin de una pulpa, que es conocer sus parmetros fsicos y

reolgicos.

Adems, se efecta una revisin de la literatura existente acerca de pulpas

con conceptos como la descripcin de las propiedades de las partculas

slidas y los conceptos de flujos de pulpas como velocidades crticas de

transporte, viscosidades y la clasificacin de las pulpas segn su

comportamiento.

2. La segunda seccin (Captulos III, IV y V) tratan acerca de los ensayos conpulpas minerales. Se inicia con la descripcin de los ensayos existentes y ms

comunes en pulpas minerales. Luego se indica los procedimientos de toma y

registro de datos de los tres ensayos a realizar como son el anlisis de tamices

(PSD), la gravedad especfica de slidos (SGs) y el anlisis reolgico(esfuerzo de fluencia y viscosidad plstica).

Adems, se hace el anlisis y discusin de los resultados de estos ensayos,

que llevan a caracterizar una pulpa mineral y as conocer sus parmetros

fsicos y reolgicos para poder disear apropiadamente un sistema de

transporte de pulpas minerales.

3. Como seccin final, se tiene el Captulo VI de conclusiones yrecomendaciones del estudio de investigacin, en donde se describen las

principales conclusiones, recomendaciones y futuras investigaciones como

resultados de los ensayos realizados para cada una de las cuatro muestras de

pulpas minerales de cobre (2 de relaves y 2 de concentrado).


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CAPTULO II: REVISIN DE LITERATURA


2.0 CAPTULO II:

REVISIN DE LITERATURA

2.1 Introduccin

Segn B.E. Abulnaga (Referencia 4), una pulpa es esencialmente una mezcla de

slidos y lquidos (generalmente agua). Sus caractersticas fsicas son

dependientes de muchos factores tales como el tamao y distribucin de

partculas, concentracin de slidos en la fase lquida, tamao de la tubera

(dimetro interno de la tubera), nivel de turbulencia, temperatura y viscosidadabsoluta (o dinmica) del fluido transportante. La naturaleza ofrece muchos

ejemplos de pulpas como inundaciones que llevan partculas finas y gruesas. (Ver

Figura 2.1)

Pulpa mineral = Slidos + Agua

Tubera

Figura 2.1: Diagrama de una pulpa mineral fluyendo a travs de una tubera

El dragado es uno de los ms comunes y antiguos procesos que involucran el flujo

de pulpas. Los materiales dragados contienen un amplio rango de partculas,

restos de rboles, rocas, etc. La minera tambin ha empleado el concepto de flujo

de pulpas en tuberas desde la mitad del siglo XIX, cuando la tcnica fue usada

para recuperar oro de algunos lugares de California (USA).

Adems, tuberas de larga distancia de pulpas han sido construidas en todos los

continentes desde la mitad de 1950s. Algunas mezclas de pulpas consisten de

slidos muy finos con altas concentraciones, como las pulpas concentradas y otras

mixturas que estn basadas en partculas gruesas hasta un tamao de 150 mm (6)

como son algunos relaves mineros.

En este captulo, se describirn algunos de los principios bsicos de pulpas y

flujos, ya que se debe conocer y caracterizar las propiedades del slido a ser

minado, transportado, dragado o mezclado con agua.


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2.2 Propiedades de los slidos para mezclas de pulpas

Los flujos de pulpas ocurren en la naturaleza en diferentes formas. Hay muchos

asociados con el transporte de limos de una zona a otra. Las fuertes lluvias causan

la erosin de slidos, deslizamientos de lodos (huaycos) y el eventual drenaje depulpas a travs de los ros. Todas estas son pulpas diluidas, en el sentido que la

mezcla natural con slidos ser a una concentracin en volumen de slidos a

lquidos menor que 15%.

El dragado es una actividad importante de ingeniera; en el cual, la grava es

transportada en forma de pulpa hacia una tolva o hacia un bote especial. Una

bomba especial es usada frecuentemente en la manga de dragado y una boquilla

especial de succin es usada en el extremo de la manga de dragado. Para

completar el dragado y formar la pulpa, es esencial cortar a travs de las capas de

arenas, rocas y restos, usando cortadores especiales de arena y rocas con hojas

muy duras y reemplazables.

La composicin de una pulpa depende de muchos factores como son el tamao de

las partculas y su distribucin. Las partculas pueden ser encontradas en la

naturaleza como slidos o pueden ser creados por los procesos de chancado,molienda y tamizado o zarandeo.

Para aplicaciones como el dragado, los slidos naturales son bombeados sin

chancado o tamizado. Para los procesos mineros, es bsico conocer las

propiedades fsicas de los slidos para el dimensionamiento de equipos,

especialmente de chancado y molienda, as como para la preparacin de las pulpas

para poder mezclarlas, transportar o bombearlas.

2.2.1 Clasificacin de slidosSegn B.E. Abulnaga (Referencia 4), hay una gran variedad de mtodos usados

para clasificar slidos como son:

Slidos cohesivos tales como ciertos limos y arcillas con un dimetro departculas medio ms pequeo que 0.025 (0.0625 mm) o malla Tyler #250.

Slidos no cohesivos como ciertos limos y arcillas con un dimetro departculas medio mayor que 0.0625 mm (ms que 0.025 o malla Tyler #250)


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Adems, tambin existe el Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (SUCS)

de la American Society for Testing of Materials (ASTM D2487). Este sistema fue

propuesto por Arturo Casagrande como una modificacin ms general a su

sistema de clasificacin propuesto en el ao 1942 para aeropuertos. Esta

clasificacin divide los suelos en:

Suelos gruesos (como gravas o arenas) con partculas slidas donde ms del50% son retenidas en la malla Tyler #200 o 0.074 mm.

Suelos finos (como arcillas, limos o suelos orgnicos) con partculas slidasdonde ms del 50% pasan la malla Tyler #200.

Para dragados bajo el agua, la fortaleza de una roca es determinada por su ncleoy est propiedad tiene un efecto importante en la eficiencia del dragado.

Existen muchas clasificaciones de slidos como la de Herbrich (1991) que

propuso una clasificacin de slidos en trminos de su fuerza de compresin no

confinada. Tambin la Permanent International Association of Navigation

Congress (PIANC - 1972) adopt un sistema de clasificacin de slidos que es

recomendada para el uso en dragados.

El estndar ASTM D2488 tambin ofrece una clasificacin de slidos con un

amplio rango de tamao de partculas como es presentado en la Tabla 2.1. Este

estndar es ampliamente usado en Norte Amrica.

Tabla 2.1: Rango de tamaos de partculas de slidos de acuerdo con ASTM D2488

Rocas > 300 > 12Empedrados 75 - 300 3 - 12Grava gruesa 19 - 75 0.75 - 3

Grava fina 4.75 - 19 0.190 - 0.75Arena gruesa 2.00 - 4.75 0.080 - 0.190Arena media 0.43 - 2.00 0.017 - 0.080Arena fina 0.08 - 0.43 0.003 - 0.017

Limos y arcillas < 0.075 < 0.003

Rango de tamaos

en mm

Rango de tamaos

en pulgadasMaterial

(B.E. Abulnaga Referencia 4)

La Tabla 2.2 presenta los factores de conversin entre las tres escalas ms

comunes para medir el tamao de partculas.


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Tabla 2.2: Conversin entre escalas ms comunes de tamao de partculas

- - 26,670 1.050

- - 9,423 0.3712.5 2.5 7,925 0.3123 3 6,680 0.263

3.5 3.5 5,613 0.2214 4 4,699 0.1855 5 3,962 0.1566 6 3,327 0.1317 7 2,794 0.1108 8 2,362 0.093

9 9 1,981 0.07810 10 1,651 0.06512 12 1,397 0.05514 14 1,168 0.04616 16 991 0.03920 20 833 0.032824 24 701 0.027628 28 589 0.023232 32 495 0.0195

35 35 417 0.016442 42 351 0.013850 50 297 0.011760 60 250 0.009870 70 210 0.008380 80 177 0.0070

100 100 149 0.0059120 120 125 0.0049140 140 105 0.0041170 170 88 0.0035

200 200 74 0.0029250 250 63 0.0025

- 270 53 0.0021- 325 43 0.0017- 400 38 0.0015- 500 25 0.0010- 625 20 0.0008- 1,250 10 0.0004- 2,500 5 0.0002

- 12,500 1 0.00004- < 12,500 < 1 < 0.00004 Lodo

Limo

U.S. N

Grava

Tamiz TylerAbertura

(m)Tipo deslidos

Abertura(pulgada)

Arena muygruesa

Arena gruesa

Arena media

Arena fina

Limopulveriz

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