HIDROCICLONES GENERALIDADES:
E
l hidrociclón fue patentado por E. Bretney el 26 de Mayo de 1891, en los Estados Unidos de América. Pero en la industria minera fue introducido por primera vez
en la Dutch State Mines en Holanda en el año de 1939, luego fue usado por los sudafricanos en los años 1940 y posteriormente en Norteamérica en la década de 1950. En el Perú se crea la empresa Ingeniería de Cyclones Bombas y Automatización S. A. en 1979, la primera dedicada a la fabricación de hidrociclones a nivel nacional y con ello la sustitución de los clasificadores mecánicos como aparatos de clasificación por tamaño y densidad en la mayoría de las plantas de molienda en el país. La industria minera es el principal usuario de los hidrociclones, siendo aplicado en clasificación de líquidos, espesamiento, lavado de sólidos y operaciones de ordenamiento de partículas ya sea por densidad o forma. Actualmente, este equipo es aplicado también en muchos otros tipos de industria tales como la química, petroquímica, textil, metalúrgica y otros. Debido a su versatilidad, simplicidad, su reducido tamaño, relativo bajo costo de manutención y porque resulta más eficaz especialmente para los tamaños más finos, los hidrociclones han reemplazado a los clasificadores mecánicos en un amplio número de operaciones unitarias. CONSIDERACIONES TEORICAS: El hidrociclón es un dispositivo mecánico muy simple que no incluye partes móviles. Consiste de un recipiente de forma cónica, abierto en su ápice o descarga que está unido a una sección cilíndrica, la cual tiene una entrada de alimentación tangencial. La parte superior de la sección cilíndrica esta cubierto con una placa a través de la cual pasa un tubo de derrame axialmente montado. El tubo se extiende hacia el interior del cuerpo del hidrociclón por medio de una sección corta, conocido como buscador de remolino,
el cual evita que la alimentación entre directamente hacia el derrame. El diámetro del hidrociclón puede variar desde una pulgada hasta diámetros que pueden alcanzar en ocasiones las 70 pulgadas. La razón largo : diámetro varía en un amplio margen, dependiendo de la aplicación y la dimensión del hidrociclón, en un rango desde 1:1 hasta 10:1. El hidrociclón requiere potencia externa para su funcionamiento, la cual es provista normalmente por una bomba centrífuga en operación continua En ocasiones recibe la energía por el aporte de la energía potencial del fluido a través de sistemas especiales de alimentación. La alimentación es introducida bajo presión, producido por la energía del fluido, a través de la entrada tangencial, lo cual imparte un movimiento rotacional a la pulpa. Debido a este movimiento se genera una zona de muy baja presión a lo largo del eje vertical del equipo, por lo que se desarrolla un núcleo de aire en ese lugar, que generalmente se conecta a la atmósfera a través del vortex de salida. De acuerdo a la teoría clásica de la acción del hidrociclón, las partículas en el fluido se ven afectadas en el sentido radial, por dos fuerzas opositoras: una, hacia la periferia del equipo debido a la aceleración centrífuga y la otra, hacia el interior debido al arrastre del fluido que se mueve a través del hidrociclón. Consecuentemente, la mayor parte de las partículas finas abandonarán el equipo a través del orificio vortex, localizada en la parte superior de la parte cilíndrica del equipo.
El resto de las partículas, mayoritariamente los
gruesos, saldrán a través del orificio de descarga o apex ubicada en el extremo inferior de la sección cónica. El flujo del hidrociclón es obligado a seguir una trayectoria tipo espiral hacia abajo debido a la forma del equipo y a la acción de la fuerza de gravedad; sin embargo, en la medida que la sección transversal disminuye, se superpone una corriente interior que genera un flujo neto ascendente a lo largo del eje central del equipo, lo que permite que el fluido encuentre en su camino al tubo buscador de vórtice que actúa como rebalse, permitiendo que las partículas finas que acompañan al fluido desalojan el equipo. Adicionalmente, el vortex permite la estabilización de la columna de aire que se genera a lo largo del eje.
ESQUEMA ILUSTRATIVO DE LAS TRAYECTORIAS DEL FLUJO Y LAS ESPIRALES EXTERIOR E INTERIOR EN UN HIDROCICLÓN
El tamaño de separación o tamaño de corte producido por el hidrociclón esta establecido como el tamaño de aquella partícula, en micrones, que tiene la misma posibilidad de ir tanto al rebose como a la descarga, y también por el porcentaje de material bajo una cierta malla de separación en el overflow del hidrociclón, como por ejemplo: 80% malla 200, significa aquel tamaño de separación, en micrones, en el cual el 80% de la masa total es de tamaño menor que la de la abertura de aquella malla 200 (74 ). Los hidrociclones de Ingeniería de Cyclones Bombas y Automatización S. A., poseen las relaciones geométricas adecuadas entre el diámetro del hidrociclón, área de entrada (inlet), abertura de rebalse (vortex), abertura de descarga (apex) y largo suficiente como para proveer mayor tiempo de retención para la clasificación de las partículas. El parámetro más importante es el diámetro del hidrociclón, puesto que el tamaño de separación de las partículas depende principalmente de su diámetro. La separación de partículas pequeñas requiere de hidrociclones pequeños y la separación de partículas
mayores requiere de hidrociclones grandes. Aquello significa que en la selección del tamaño del hidrociclón no interviene directamente el flujo a procesar y que esto solo aparece para establecer el número de hidrociclones que sean necesarios. El próximo parámetro es el área de la abertura de alimentación (inlet), que normalmente es un orificio rectangular que posee una dimensión mayor en el sentido paralelo al eje del hidrociclón.
El área de entrada de la alimentación del hidrociclón corresponde
aproximadamente al 7% del área de la sección cilíndrica. El tamaño d 50 se incrementa al aumentar el diámetro de entrada de la alimentación. Otro parámetro relevante es el diámetro del tubo buscador de vórtice (vortex finder), su función primaria es la de controlar el tamaño de separación y el flujo de salida de la pulpa. Además, el tubo buscador de vórtice se extiende hasta más abajo de la abertura de entrada para impedir el corto circuito del flujo de alimentación en el flujo de rebalse. El diámetro del orificio de vortex corresponde a 35 % del diámetro del hidrociclón. El tamaño d 50 se incrementa al aumentar el diámetro del vortex.
La sección cilíndrica del hidrociclón, esta
localizado entre la cámara de alimentación y la sección cónica y su función es alargar el hidrociclón para permitir el incremento de tiempo de retención. El largo de la sección cilíndrica es igual al diámetro interno de la misma. El diámetro del orificio de salida del apex esta determinado para cada aplicación y debe ser suficientemente grande para permitir que los sólidos que han sido clasificados para salir por la descarga puedan hacerlo sin atochamiento y podría estar entre el 10% y 35% del diámetro del hidrociclón. La longitud del hidrociclón afecta la separación de las partículas. Cuanto más largo es el hidrociclón, la separación será más fina. Esta longitud puede ser incrementada mediante dos técnicas: la primera, aumentando la longitud de la sección cilíndrica; y la segunda disminuyendo el ángulo de la sección cónica. La desventaja de la primera técnica es que si el cilindro es demasiado largo, la velocidad angular de la pulpa se disminuye y el tamaño de separación de la partícula llega a ser más gruesa. Por consiguiente, se recomienda la utilización de no mas de una sección cilíndrica adicional, el cual es equivalente a una longitud de dos veces el diámetro interno de tal sección, y solamente para hidrociclones menor o igual a 15” de diámetro. El empleo de la segunda técnica incrementa el costo del hidrociclón y reduce la densidad del underflow, y una reducción de tal densidad resulta en un retorno de más finos al molino y algunos problemas con la viscosidad óptima de pulpa dentro del molino. El ángulo de
la sección cónica del hidrociclón está normalmente entre 12° y 20°. Para hidrociclones mayores a 10” de diámetro el ángulo de la sección cónica podría ser de 20 y para hidrociclones menores o iguales 10” de 12. En un circuito de molienda común, la separación puede ser controlado por una simple adición de agua. Esta adición combinada con los 20 de ángulo cónico mejorará la eficiencia de clasificación y resultará en una cantidad mínima de finos retornados al molino. El empleo del ángulo pequeño es adecuado cuando el circuito no permite el uso de agua para una dilución adicional en el alimento del hidrociclón y la separación fina es requerida o si la separación fina es requerida y la densidad del alimento es ya bastante diluida. Una aplicación típica del empleo de ángulo pequeño se puede observar en algunos circuitos de procesamiento de oro donde no existen espesadores, por lo que se requiere una densidad del overflow bastante alto.
CAPACIDAD DE LOS HIDROCICLONES ICBA
Para determinar el tamaño y número de hidrociclones requeridos para una aplicación dada, se deben considerar dos objetivos principales: el primero, la clasificación o separación que se requiere y el segundo, el volumen o caudal de la pulpa que se desea procesar, el cual es determinado a través del cálculo de balance del material a partir de la siguiente información: (1) toneladas / horas a procesar, (2) malla de separación o
punto de corte, (3) densidad de la pulpa requerida en el overflow, (4) gravedad específica del mineral, (5) carga circulante estimada y (6) caída de presión en la alimentación.
SELECCIÓN DE TAMAÑO Y NUMERO DE HIDROCICLONES APROPIADO (SOFTWARE DE SIMULACIÓN ICBA)
Lynch y Rao, propusieron un modelo estadístico de clasificación con hidrociclones que incluye variables de operación y de diseño del hidrociclón. El modelo comprende dos ecuaciones básicas. Una de ellas relacionada, la fracción de agua de alimentación al hidrociclón clasificada con la descarga gruesa del clasificador y las variables de operación y diseño más importantes. La otra ecuación relaciona el parámetro d 50c, llamado corte corregido de clasificación.
La eficiencia de clasificación de partículas por tamaño se ilustra comúnmente con curvas de clasificación tipo “TROMP” como se observa en la figura, donde Yi = fracción por peso de material de tamaño i de la alimentación al hidrociclón enviada a la descarga gruesa o arenas. El parámetro “a”, se define como la fracción fina de la alimentación al hidrociclón cortocircuitada de los finos de las arenas, el índice de clasificación, Yi’ se define como: Lynch, propuso un modelo empírico de Yi’ en función de la eficiencia de clasificación, Y 1 ' Yi i 1 a , y x (=d/d50) como sigue:
'
Yi
exp( ' x) - 1 exp( ' x) exp( ' x) - 2
Donde d es el tamaño de la partícula y es parámetro de eficiencia de clasificación. La figura también muestra la curva de clasificación corregida, así como d50 y d50c.
% de alimento a la descarga
100
curva real Yi vs. d 50
curva corregida Yi' vs. d
a 0
0
D50
D50c
Tamaño de partícula, d(µ) CURVA DE TROMP PARA HIDROCICLÓN
El empleo de este modelo requiere de un conjunto de resultados experimentales, lo que permite calcular parámetros que dependen del tamaño y tipo de hidrociclón y del material a tratar. Los datos que se requieren son: (1) diámetro de apex y vortex, (2) flujo volumétrico de alimentación, (3) presión de alimentación, (4) fracción de sólidos en peso de alimentación, (5) fracción de sólidos en peso del rebalse, (5) fracción de sólidos en peso de en la descarga, (6) análisis granulométrico de rebalse y (7) análisis granulométrico de la descarga.
OPERACIONES DE CLASIFICACION EN HIDROCICLONES (SOFTWARE SIMULACIÓN ICBA)
Los hidrociclones tienen dos principales aplicaciones en la industria minera: deslamado,
donde el objetivo principal es remover las partículas finas a través del
rebose del hidrociclón para lograr una mayor eficiencia en los siguientes procesos como la flotación, separación magnética en húmedo, etc.
Circuito cerrado, donde los
objetivos de la clasificación son hacer más eficiente la molienda y asegurar que el producto de la operación esté bajo un determinado tamaño, recirculando al molino las partículas mayores. Algunas aplicaciones de este circuito se muestran en la siguiente figura:
Hidrociclón
1
2
Molino de bolas
3 Molino de bolas
4
HIDROCICLONES EN CIRCUITO CERRADO DE MOLIENDA MAS COMUNES
Caso “1”, tal vez es el más común, el alimento fresco va directamente al molino, la descarga de éste es alimentado al ciclón para la clasificación.
El overflow del
hidrociclón es el producto, y el underflow retorna al molino para una molienda adicional junto con el alimento fresco. Caso “2”, consiste una clasificación en dos etapas, donde el molino primario esta en circuito cerrado con el hidrociclón primario, el overflow de éste es alimentado al hidrociclón secundario. El overflow de este hidrociclón secundario es considerado
como producto y el underflow como alimento del molino secundario para una molienda adicional. El producto de este molino es el alimento del hidrociclón conjuntamente con el overflow del hidrociclón primario. Caso “3”, el alimento fresco y la descarga del molino son mezclados y clasificados dentro del mismo hidrociclón, el overflow del hidrociclón es el producto, y el underflow es retornado al molino. Este caso es ideal cuando se debe moler sólo una fracción por existir una cantidad considerable de finos en el material alimentado al circuito. Caso “4”, para optimizar el performance de los hidrociclones, se deben de realizar las operaciones de deslamado y clasificación independientemente en hidrociclones separados de tamaños diferentes. Ambos overflows son productos y ambos underflows son alimentos del molino. Los hidrociclones pueden ser montados horizontalmente, que producen separaciones más gruesas que los hidrociclones verticales de igual diámetro. La altura vertical reducida de los hidrociclones horizontales permite la producción de underflow de alta densidad. La selección del apex no es crítica, de esta manera permite la utilización de apex de gran diámetro que impida atoros. Los hidrociclones horizontales deben trabajar con pulpa más diluidas que los ciclones verticales para producir el mismo tamaño de corte, y adicionando más agua también se mejorará la eficiencia de clasificación. Los hidrociclones horizontales producen un underflow con menor cantidad de finos, resultando una carga circulante de mejor calidad, influyendo de esta manera en mayor capacidad del molino, bomba e hidrociclones.
Estos hidrociclones producen un
underflow lento en comparación con los hidrociclones verticales que reduce el desgaste de forro cónico inferior y apex.
NIDO DE 2 HIDROCICLONES D20B PARA RELAVE
Ingeniería de Cyclones Bombas y Automatización S. A., actualmente también fabrica hidrociclones de 26” de diámetro con una entrada involuta, dentro de las diferencias mas notables frente a los ciclones convencionales esta su nuevo diseño del cabezal de entrada que posee una voluta de 360º y un orificio de entrada mas rectangular, estas características entre otras hacen que el ciclón genere menos movimiento tipo remolinos al interior del ciclón.
Con esto se logra:
Menos turbulencia, mayor capacidad
volumétrica por ciclón, mejor eficiencia de clasificación y también mejor comportamiento al desgaste.
HIDROCICLÓN DE 26”Ø ICBA–entrada involuta
HIDROCICLÓN DE 26”Ø ICBA–vistas de entrada involuta
HIDROCICLONES ICBA D26B PARA TINTAYA
PIEZAS DE RECAMBIO DE LOS HIDROCICLONES DE ELASTÓMEROS Tanto el revestimientos como las piezas que se pueden cambiar de los hidrociclones manufacturados en ICBA, son el resultado de una amplia investigación que envuelve formulaciones de elastómeros que ofrece lamás alta resistencia a la abrasión, el cual reduce los costos de mantenimiento de la planta, mejora la eficiencia del proceso, conservando la geometría adecuada del hidrociclón para la producción y rendimiento óptimos. Todas las partes del hidrociclón son inspeccionados y aprobados en cuanto a la calidad del material, dimensiones, entre otros por el departamento de control de calidad.
REPUESTOS INTERCANBIABLES DE HIDROCICLÓN ICBA
INGENIERIA DE CYCLONES
INGENIERIA DE CYCLONES
INGENIERIA DE CYCLONES
INGENIERIA DE CYCLONES
INGENIERIA DE CYCLONES
INGENIERIA DE CYCLONES
504-J
APEX CILINDRICO JEBE
504-A
APEX CILINDRICO ADIPREME
06-03
BRIDA Y CONEXION DE ALIMENTACION VITAULICA
504-C
APEX CILINDRICO CERAMICO
502-C
PLACA SEPARADORA REFORMADA
103-J
MANGA DE JEBE DE DESCARGA
103-A 101-A
PLACA DE LA MANGA SOPORTE CILINDRICO
06-13
FORRO DE JEBE DE CUERPO CONICO SUPERIOR
06-12
CUERPO CONICO SUPERIOR METALICO
06-09
FORRO DE JEBE DEL CUERPO CILINDRICO
06-08 06-07
CUERPÒ CILINDRICO METALICO FORRO DE JEBE -CABEZAL
06-06
TAPA DE JEBE DEL CABEZAL
06-05
VORTEX DE NIHARD
06-04
CABEZAL METALICO
06-03B BRIDA Y CONEXION DE ALIMENTACION BRIDADA 06-02
TAPA METALICA DEL CABEZAL
06-01
BRIDA Y CONEXION DE DESCARGA DE 3" Ø
ICBA
DESCRIPCION
INGENIERIA DE CYCLONES
212-C
APEX DE REGULACION MANUAL CERAMICO
212-P
APEX DE REGULACION MANUAL ADIPRENE
212-J
APEX DE REGULACION MANUAL JEBE
212-D
ABRAZADERA REGULADORA
212-B
SOPORTE DE APEX MANUAL
504-A
APEX CILINDRICO ADIPRENE
504-C
APEX CILINDRICO CERAMICO
504-J
APEX CILINDRICO CAUCHO
06-03B BRIDA Y CONEXION DE ALIMENTACION 103-J
MANGA DE JEBE DE DESCARGA
103-A
PLACA DE LA MANGA
102-CR PLACA SEPARADORA REFORZADA 101-A
SOPORTE CILINDRICO
10-12
FORRO DE JEBE DE CUERPO CONICO SUPERIOR
10-11
CUERPO CONICO SUPERIOR METALICO
10-10
FORRO DE JEBE DEL CUERPO CILINDRICO
10-09
CUERPÒ CILINDRICO METALICO CABEZAL DE JEBE
10-08 10-07
TAPA DE JEBE DEL CABEZAL
10-06
CAJA DE FIERRO CABEZAL
10-05
VORTEX DE NIHARD
10-03
TAPA DE FIERRO -CABEZAL
10-02
ANILLO SEPARADOR
10-01
BRIDA Y CONEXION DE DESCARGA DE 4" Ø
ICBA
DESCRIPCION
INGENIERIA DE CYCLONES
212-C
APEX DE REGULACION MANUAL CERAMICO
212-P
APEX DE REGULACION MANUAL ADIPRENE
212-J
APEX DE REGULACION MANUAL JEBE
212-D
ABRAZADERA REGULADORA
212-B
SOPORTE DE APEX MANUAL
504-A
APEX CILINDRICO ADIPRENE
504-C
APEX CILINDRICO CERAMICO
504-J
APEX CILINDRICO CAUCHO
06-03B BRIDAD Y CONEXION DE ALIMENTACION 103-J
MANGA DE JEBE DE DESCARGA
103-A
PLACA DE LA MANGA
102-CR PLACA SEPARADORA REFORZADA 101-A
SOPORTE CILINDRICO
10-12
FORRO DE JEBE DE CUERPO CONICO SUPERIOR
10-11
CUERPO CONICO SUPERIOR METALICO
10-10
FORRO DE JEBE DEL CUERPO CILINDRICO
10-09
CUERPÒ CILINDRICO METALICO 10-08L CABEZAL DE JEBE 10-07
TAPA DE JEBE DEL CABEZAL
10-06L CAJA DE FIERRO CABEZAL 10-05
VORTEX DE NIHARD
10-04L BRIDA Y CONEXION DE ALIMENTACION 10-03L TAPA DE FIERRO -CABEZAL 10-02
ANILLO SEPARADOR
10-01L BRIDA Y CONEXION DE DESCARGA DE 5"Ø ICBA
DESCRIPCION
INGENIERIA DE CYCLONES
INGENIERIA DE CYCLONES
503J
APEX DE JEBE
503A
APEX DE ADIPREME
402CR PLACA SEPARADORA REFORMADA 403J
MANGA DE DESCARGA
503-C APEX CERAMICO 403-A PLACA DE LA MANGA 506 J ARO ALINEADOR SOPORTE 401-A SOPORTE DE APEX GRANDE 20-15 FORRO DE CAUCHO DEL CONO INFERIOR STD 20-14 CUERPO CONICO METALICO INFERIOR STD 20-11 FORRO DE JEBE DE CUERPO CONICO SUPERIOR 20-10 CUERPO CONICO SUPERIOR METALICO 20-09 FORRO DE JEBE DEL CUERPO CILINDRICO 20-08 CUERPÒ CILINDRICO METALICO 20-07 CABEZAL DE JEBE 20-06 TAPA DE JEBE DEL CABEZAL DE CAUCHO 20-05 VORTEX DE NIHARD O CAUCHO 20-04 CABEZAL METALICO 20-03 TAPA METALICA DEL CABEZAL 20-02 BRIDA Y CONEXION DE ALIMENTACION DE 6"Ø 20-01 BRIDA Y CONEXION DE DESCARGA DE 8" Ø ICBA
DESCRIPCION
INGENIERIA DE CYCLONES
503-A
APEX ADIPRENE
503-J
APEX DE JEBE
503-C
APEX CERAMICO
402 CR PLACA SEPARADORA REFORMADA 403-A
PLACA DE LA MANGA
506 J
ARO ALINEADOR SOPORTE
403-J 401-A
MANGA DE DESCARGA SOPORTE DE APEX GRANDE
20-14
CUERPO CONICO INFERIOR STD
20-11
FORRO DE JEBE DE CUERPO CONICO SUPERIOR
20-10
CUERPO CONICO SUPERIOR METALICO
20-09
FORRO DE JEBE DEL CUERPO CILINDRICO
20-08
CUERPÒ CILINDRICO METALICO 20-07L CABEZAL DE JEBE 20-06L TAPA DE JEBE DEL CABEZAL 20-05L VORTEX DE NIHARD 20-04L CABEZAL METALICO 20-03L TAPA METALICA DEL CABEZAL 20-02L BRIDA Y CONEXION DE ALIMENTACION DE 6" Ø 20-01L BRIDA Y CONEXION DE DESCARGA DE 8" Ø ICBA
DESCRIPCION
INGENIERIA DE CYCLONES
INGENIERIA DE CYCLONES
INGENIERIA DE CYCLONES
INGENIERIA DE CYCLONES
