ME56B Taller de Dise˜ no no Mec´ Me c´anic an ico o
Dise˜ no no de hidrociclones Informe de Avance
Eladio Hurtado M. Javier Nacif H. Profesor: Alejandro Font F.
Auxiliar: Marco Ruiz H.
Primavera 2009
´Indice
1. Introducc Introducci´ i´ on on
1
2. Objetivo Objetivoss
2
2.1. Objetivo Objetivo General General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
3. Anteced Antecedent entes es
3
4. Planta Planta de Sulfuro Sulfuross
6
4.1. Chancado Chancadorr Prima Primario rio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
4.2.. Mol 4.2 Molino ino SAG SAG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
4.3. Molienda Molienda Convencion Convencional al . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
4.3.1. 4.3 .1. Mol Molino ino de Bar Barras ras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
4.3.2. 4.3 .2. Mol Molino ino de Bol Bolas as . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
4.4. Chancado Chancado Secunda Secundario rio y Terciar Terciario io . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4.5.. Harne 4.5 Harneros ros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4.5.1. 4.5 .1. Harne Harnero ro del Molin Molino o SAG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 4.5.2. Harnero Harnero del del Chancado Chancadorr terciar terciario io . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 4.6. Correas Transportadoras ransportadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 5. Anteced Antecedent entes es del Hidrocicl´ Hidrocicl´ on on
14
5.1.. Descri 5.1 Descripci´ pci´ on on del Hidrocicl´on on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 5.1.1. Condicione Condicioness de de traba trabajo jo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 5.2.. Definic 5.2 Definici´ i´ on on de clasificaci´on on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 5.2.1. Factor Factores es de de corr correcci´ ecci´ on on de dise˜no no . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 5.3. Velocidad de flujo volum´etrico etrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5.4. Di´ametro ametro del Apex
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
6. Dimesio Dimesionam namient iento o de los Hidrocicl Hidrociclone oness
24
6.1. Par´ ametros ametros de entrada entra da . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
i
6.2. Dimensiona Dimensionamiento miento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 6.2.1. Factor Factores es de de corr correcci´ ecci´ on on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 6.2.2. Dimensiones Dimensiones principa principales les . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 6.3. 6.3. N´ umero umero de Hidrociclones Hidrociclones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Cap Ca p´ıtul ıt ulo o1
Introducci´ on on
En el presente informe se mostrar´ mo strar´ a de forma general to dos los procesos que hay involucrados en la planta de Sulfuros de la mina El Soldado, explicando todas las etapas y equipos que se encuentran en la planta. Luego se realizar´a la descripci´ descrip ci´on on del hidrocil´on on a dise˜nar. nar. Para esto, principalmente principalm ente se explicar´ ex plicar´a su funcionamiento y se expondr´an an los antecedentes necesarios para el dise˜no no del equipo. Realizado ´esto, esto, se proceder´a al dimensionamiento y selecci´on o n del n´umero umero de unidades teniendo en cuenta los datos obtenidos durante la visita la divis´on on El Soldado para defenir los par´ ametros ametros de entrada del dise˜no. no. La informaci´on on obtenida en dicha vista, ser´a de gran utilidad para entender el funcionamiento de la planta y para definir los par´ametros ametros de dise˜ di se˜no no del cicl´on on del Molino SAG, equipo equip o que ser´a dise˜ dise nado n ˜ado para el proyecto semestral del curso Taller de Dise˜no no Mec´ Mec ´anico ani co..
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Cap Ca p´ıtul ıt ulo o2
Objetivos
2.1. 2.1.
Objet Objetiv ivo o Gene Genera rall
Dise˜ nar los hidrociclones del molino SAG de la planta de sulfuros de nar Famili Familiar ariza izarse rse con el funcio funcionam namien iento to de una planta planta de molien molienda da de minera mineral, l, en cuanto cuanto a las distintas distintas etepas, etepas, procesos procesos y equipos involucrados. involucrados. Conocer en terreno las distintas instalaciones de una planta de molienda de mineral con el fin de dimensionar los equipos de producci´on. on. En particular, particular, poder definir los par´ ametros ametros de dise˜no no principales del Cicl´on. on. Conocer los flujos de mineral involucrados en cada etapa del proceso de molienda, para poder definir los datos de entrada para el dise˜no del hidrocicl´on. on. Definir todas las variables que determina el dise˜no del hidrocicl´on. on.
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Cap Ca p´ıtul ıt ulo o3
Antecedentes
La planta de molienda de la Mina El Soldado, la cual cuenta con una mina a rajo abierto y otra subterr´ anea anea que abastecen dicha planta. El Soldado es una de las cinco divisiones pertencientes p ertencientes a Anglo American Chile S.A. en Chile. Esta planta se encuentra ubicada en la V Regi´on, en la comuna de Nogales, a 132 kil´ ometros de Santiago y a 600 metros sobre el nivel del mar, en la figura 3.1 se muestra ometros un mapa de la ubicaci´on on de la planta.
Figura 3.1: Mapa de ubicaci´ on on Divisi´ Divisi´ on on El Soldado
La planta de molienda molienda en la actualidad actualidad funciona funciona en dos turnos de 8[hr] por d´ d´ıa y recibe de la mina aproximadamente 7,6 [Mton/a˜no]. n o]. En la la figur figuraa 3.2 se muestra un esquema de todos los procesos productivos que se realizan en la Divisi´on on El Soldado.
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CAP ´ ITULO 3. ANTECEDEN ANTECEDENTES TES
Figura 3.2: Esquemas Esquemas Procesos Productivos Productivos Divisi´ Divisi´ on El Soldado
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CAP ´ ITULO 3. ANTECEDEN ANTECEDENTES TES
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A continuaci´on on se explicar´ an an brevemente cada uno de estos procesos. Mina a rajo abierto: operaci´on on minera en la que el proceso extrativo se realiza en la superficie. Mina subterr´anea: anea: operaci´ operac i´on on miera en la que el proceso extractivo se realiza a trav´es es de t´ uneles uneles y gale ga lerr´ıas. as . Perforaci´on: on: El macizo rocoso se perfora en los puntos de mayor debilidad para la introducci´on on de los explosivos. Tronadura: Mediante una reacci´on on f´ısico-qu ısico- qu´´ımica en cadena, c adena, los explosivos explosi vos producen la fisura y la la fragmentaci´ on on del macizo rocoso. Extracci´ on: El material tronado es removido con cargadores frontales y/o palas. on: Stock de mineral de baja ley: Cantidad de mineral con bajas concentraciones de cobre. Botadero: Lugar en que se depositan el est´ eril eril resultante de los procesos de extracci´on. on. Chancador: El material es reducido a 1,5 [in] en promedio y dispuesto en pilas. Molienda: El material se reduce en molinos hasta conformar conformar una pulpa con part´ part´ıculas de unos 180 micrones. Flotaci´ on: La pulpa producida en la molienda es sometida a un proceso en el cual el cobre y otros on: materiales se concentran en espuma, la que es secada para su espesamiento y filtrado. Espesamiento y filtrado de concentrados: mediante el espesamiento del material y un filtro de prensa, el concentrado es secado hasta reducir su humedad a 9 %. Cobre contenido en concentrado: producto minero obtendi a trav´es es de la flotaci´ flo taci´ on on del mineral de cobre. Sus principales componentes son cobre, azufre y hierro. Transporte a Chagres: El concentrado de cobre es enviado a la Divisi´on on Chagres donde se almacena para luego ser fundido y transformado en ´anodos anodos de cobre. Relaves: Relaves: desechos desechos provenie provenientes ntes de los procesos procesos mineros. mineros. Los procesos relacionados con la oxidaci´on on no ser´an an mecionados ya que no se recorrieron sus intalaciones durante la visita.
Cap Ca p´ıtul ıt ulo o4
Planta de Sulfuros
La mayor parte del material extra´ extra´ıdo en faena, alrededor de un 85 % del total es procesado en la planta de sulfuros. sulfuros . Al d´ıa esta recibe 23 [kton/d [kton/ d´ıa] de material m aterial..
La planta est´a compuesta por las siguientes estaciones de trabajo: Chancador Primario. Molino SAG. Chancador secundario y terciario. Molienda Convencional. Secci´ on on de Flotaci´on. on. Secci´ on on de Filtrado. Harneros. Estanques de decantaci´on. on. Pilas de acopio de concentrado de cobre. Tranque de relabes. En la figura 4.1 se muestra la distribuci´on on de algunas de las estaciones antes mencionadas.
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CAP ´ ITULO 4. PLANT PLANTA DE SULFUROS SULFUROS
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Figura 4.1: Distribuci´ on de estaciones de trabajo Planta de Sulfuros on
4.1. 4.1.
Chanc Chancad ado or Prima Primari rio o
Es el primer equipo encargado de triturar las rocas que vienen desde la faena. Los camiones cargados con 25 [ton] (su capacidad capacidad m´axima axima es de 40 [ton]) descargan descargan en el buz´ on o n a raz´on on de 1000 [ton/hr] en m´axima axima producci´ producci ´on on y valores promedios de 800 a 950 [ton/hr]. Las rocas recibidas pueden tener di´ ametros ametros de 1 [m] por lo general, general, para para poder ser procesados procesados correctam correctamente ente en el chancador chancador.. En el caso de existir existir material material de mayor mayor di´ ametro ametro se cuenta cuenta con el taladro taladro neum´ neumatico a´tico montado en un brazo hidr´ aulico aulico que rompe las piedras hasta un tama˜no no adecuado.
El chancador es del tipo giratorio de pera. La pera esta constituida por acero al manganeso y es de 25 [ton] aproximadamente.
La granulometr´ granulometr´ıa salida del chancador primario es de 5 [in], la medida puede variar un po co dependiendo las condiciones de operaci´on on y el desgaste de la pera del equipo, en casos de mayor desgaste el valor llega a 7 [in].
CAP ´ ITULO 4. PLANT PLANTA DE SULFUROS SULFUROS
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El material proveniente del chancador cae a la descarga del chancador, una correa corta que recibe el impacto del material. En las imagenes 4.2 4.2,, 4.3, 4.4 y 4.5 se muestran algunas fotogrf´ fotogrf´ıas tomadas del chancador primario durante la visita.
Figura 4.2: Descarga al chancador primario
Figura 4.3: Chancador primario
Figura 4.4: Pantalla de control chancador primario
Figura 4.5: Brazo hidr´aulic lico
4.2. 4.2.
Moli Molino no SA SAG G
El este molino es alimentado con el mineral proveniente de uno de los dos stockpile que alimenta el chancador primario, esta pila descarga en la correa alimentadora del SAG.
El flujo m´aximo aximo de material material que puede entrar entrar en el SAG es de 900[ton/h], 900[ton/h], con un flujo promedio promedio
CAP ´ ITULO 4. PLANT PLANTA DE SULFUROS SULFUROS
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cercano a las 800[ton/h], la dimensiones de molino son 17[in] x 34[in] y 11,380[kW] de potencia.
4.3. 4.3.
Moli Molien enda da Conv Convenc encio iona nall
Proceso de molienda alternativo al de molienda SAG y posterior al chancado secundario y terciario. Se trabaja con un flujo promedio de 340 [tph]. Este proceso cuenta con 2 etapas entre las cuales se ubica un hidrocicl´on on que separa el material que esta listo para la flotaci´on on del que debe repetir el proceso.
4.3.1. 4.3.1.
Molino Molino de Barra Barrass
El molino de barras gira con el material proveniente del chancador terciario, que llega continuamente por una correa transportadora. El material se va moliendo por la acci´on del movimiento de las barras que se encuentran libres y que caen sobre el mineral. Finalmente el material molido pasa al molino de bolas.
4.3. 4.3.2. 2.
Moli Molino no de Bola Bolass
Este molino es un molino Chalmers, de dimensiones: 9 1/2 x 12 [in] y de 355 [KW] de potencia. Est´a ocupado ocupa do en un 35 % de su capacidad por bolas de acero de 3,5 [in] de di´ametro, las cuales son los elementos de molienda. En un proceso de aproximadamente 20 minutos, el 80 % del mineral es reducido a un tama˜no no m´aximo aximo de 180 micrones. En la figura 4.7 se muestra un esquema de este molino.
CAP ´ ITULO 4. PLANT PLANTA DE SULFUROS SULFUROS
Figura 4.6: Esquema de molino de bolas
En las ?guras
??
y
??
se muestran algunas fotograf´ fotograf´ıas obtenidas durante la visita.
Figura 4.7: Pantalla de control de molino secundario y terciario (izquierda) molino de bolas (derecha)
10
CAP ´ ITULO 4. PLANT PLANTA DE SULFUROS SULFUROS
4.4.
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Chanca Chancado do Secun Secunda dario rio y Tercia erciario
Este proceso es alternativo al de molienda con SAG. A este proceso se van los Peblees rechazados por el molino SAG. La primera etapa de este proceso es la del chancador secundario, chancador del tipo Symonds STD de 5,5 [in] y 220 [kW] de potencia. Este chancador reduce el tama˜no de granulado del material hasta alrededor de unas 3 [in] ,material que luego es ingresado a un Harnero, donde se separa el material que esta listo para ingresar a la siguiente etapa (molienda convencional), del material que debe a´un un ser pasado al chancador terciario. El chancador terciario reduce el tama˜no del granulado hasta 1/2 [in]. Esta unidad unidad correspon corresponde de a un chancado chancadorr Symonds Symonds SH de 7 [in] y 220 [kW] de potencia. potencia. Despu´ Despu´es es del chancador terciario se hace pasar nuevamente el material por un harnero, derivando a la siguiente etapa al de granulometr granulom etr´´ıa m´as as ?na e ingresand i ngresandoo nuevamente nuevament e al chancador terciario el de granulometr granulo metr´´ıa mayor. Este proceso se esquematiza en la ?gura 4.8.
Figura 4.8: Esquema de flujo chancado El Soldado
4.5. 4.5.
Harn Harner eros os
Estos equipo separan el material seg´un un su granulometr´ granulometr´ıa el material ingresa i ngresa a esta estructura vibratoria, donde debido a una malla de poliuretano existente en la base del harnero se separa el material de granulometr´ granulometr´ıa mayor mayor de el de granulometr´ granulometr´ıa mas ?na. Este equipo se puede ver en la ?gura 5.2 5.2.. En El Soldado se observan dos harneros:
CAP ´ ITULO 4. PLANT PLANTA DE SULFUROS SULFUROS
4.5.1. 4.5.1.
12
Harne Harnero ro del del Moli Molino no SAG SAG
Este harnero recibe y clasi?ca material proveniente del molino SAG entregando el material m´as as ?no a los hidrociclones y el mas grueso a la molienda convencional (ver ?gura 5.2 5.2))
4.5.2. 4.5.2.
Harnero Harnero del Chancado Chancadorr tercia terciario rio
Este harnero recibe y clasi?ca material proveniente del chancador terciario derivando a la siguiente etapa al de granulometr granulom etr´´ıa m´as as ?na e ingresand i ngresandoo nuevamente nuevament e al chancador terciario el de granulometr granulo metr´´ıa gruesa.
Figura 4.9: Harnero Harnero Molino SAG
4.6.
Correa Correass Transpo ransporta rtado doras ras
Las correas transportadoras son abundantes en las instalaciones de molienda. En la visita se lograron observar las correas que transportan material del chancador primario al primer acopio y al acopio SAG. Tambi´ ambi´en en se observar observaron on las correas correas que alimentan alimentan el molino SAG y la molienda molienda convenciona convencional. l. En las ?guras
??
se muestran algunas fotograf´ fotograf´ıas obtenidas durante la l a visita.
CAP ´ ITULO 4. PLANT PLANTA DE SULFUROS SULFUROS
Figura 4.10: Correas transportadoras mina el Soldado
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Cap Ca p´ıtul ıt ulo o5
Antecedentes del Hidrocicl´ on on
5.1. 5.1.
Desc Descri ripci pci´ on o ´n del Hidrocicl´ on on
La separaci´on on por sedimentaci´on on de part´oculas oculas se da en la naturaleza en cualquier lago o estanque donde se introduce agua turbia. Las partc´ partc´ıculas se posan en el fondo, formando un sedimento que posee un grado de espesado en relaci´on on con la concentraci´on on de la alimentaci´on on (feed), mientras que el agua sobrante es clarificada y eliminada como flujo superior (overflow). Los mismos fenmenos ocurren en una suspensi´on on en rotaci´on, on, donde fuerzas centr´ centr´ıfugas mucho mayores a las producidas por la gravedad producen los efectos de separaci´on por aumento del grado de sedimentaci´on. on. Los equipos que se emplean normalmente para este prop´osito, son las centr´ centr´ıfugas con camisa maciza, y los hidrociclones hidro ciclones pueden ser considerados como una centr´ centr´ıfuga de camisa maciza, en la cual ´esta esta permanece permanece fija, mientras mientras que la rotaci´ rotacion ´on de la suspensi´on on es producida por la propia alimentaci´ on on al cicl´on on tangencialmente y a presi´on. on. La figura ?? muestra, esquem´aticamente, aticame nte, el trabajo t rabajo de un hidrocicl´ hidro cicl´on. on. La suspensi´on on de alimentaci´on on forma forma un torbellino torbellino primario primario a lo largo largo de la superficie superficie interior interior de la pared pared de las partes partes cil´ındrica ındrica y c´onica, onica, dirigi´endose endose al exterior exteri or a trav´es es del v´ ortice ortice c´onico. onico. Al ser ´este este estrecho, solamente una parte de la corriente es evacuada como flujo inferior (underflow), transportando las part´ part´ıculas gruesas o inclusive todos los s´olidos olidos con ella. La mayor mayor´ıaa del l´ıquido (que ha sido limpiado por la sedimentaci´ on o n de los s´olidos olidos en el torbelli t orbellino no primario, o bien que transporta trans porta las l as part´ part´ıculas finas sobrantes so brantes con co n ´el), el), es e s forzado a abandonar el cicl´on on a trav´ es es de la tobera tob era del flujo superior sup erior (overflow) formando un torbellino secundario ascendente alrededor del n´ucleo ucleo de la carcasa. En el interior del n´ucleo ucleo se crea una depresi´on, on, que recoge todo el aire que ha sido transportado como burbujas o disuelto en el agua de alimentaci´on. on . Tambi´en el vapor crear´a esta visible columna centralde aire. Debido al incremento de la velocidad tangencial en el torbellino torbell ino secundario, se cundario, las altas al tas fuerzas fuerz as centr cent r´ıfugas generadas generada s traen consigo consig o una eficient efi cient´´ısima separaci´on on secundaria. Las part´ part´ıculas finas rechazadas sedimentan radialmente y se unen al torbellino primario; primario; la mayor´ mayor´ıa de estas part´ part´ıculas son evacuadas finalmente finalmen te a trav´es es de la boquilla bo quilla formada por el v´ortice ortice del cono. Por consiguiente, la separaci´on on dentro de un hidrocicl´on on tiene lugar como resultado de estos dos 14
´ CAP ´ ITULO 5. ANTECEDEN ANTECEDENTES TES DEL HIDROCICL HIDROCICLON
15
procesos, procesos, y el punto punto de corte corte final ser´ a determinad determinadoo principa principalment lmentee por la aceleraci´ aceleraci´ on on centr cent r´ıfuga ıfug a del torbellino secundario interior.
Figura 5.1: Vista en corte de un Hidrocicl´ on
5.1.1. 5.1.1.
Condic Condicion iones es de de trab trabajo ajo
En el caso particular de los hidrociclones a dise˜nar nar que corresponden a 8 hidrociclones conectados en paralelo, de lo cuales 2 son equipos redundantes, es decir, solo 6 de estos se encuentran en constante funcionamiento. Estos, como conjunto, reciben la gravilla proveniente del harnero, que corresponde a un flujo nominal de 1062 [TPH] y m´ aximo de 1328 [TPH] de material h´umedo. aximo umedo. El material obtenido del flujo inferior inferior de los hidrociclones hidrociclones es enviado enviado al proceso proceso de molienda molienda convencional convencional y corresponde corresponde a un 40-45 % del material recibido, mientras que el extraido de los flujos superiores corresponde al 55-60 % del material recibido, tiene una granulometr´ granulometr´ıa de 200-220 200-220µ µm, y es enviado al proceso de flotaci´on. on. En la figura
??
se ve un diagrama de flujo del Hidrocicl´on on del molino SAG
´ CAP ´ ITULO 5. ANTECEDEN ANTECEDENTES TES DEL HIDROCICL HIDROCICLON
16
Figura 5.2: Diagrama de flujo del hidrocicl´ on on del molino SAG
5.2. 5.2.
Defin Definic ici´ i´ on on de clasificaci´ on on
Investigaciones recientes definen la clasificaci´on on como el tama˜no no de part´ part´ıculas para el cual el 50 % se va al overflow y el otro 50 % se va al underflow, o tambi´ en en llamado punto D50c . La figura 5.3 muestra una relaci´on on t´ıpica entre el di´ametro ametro de las part´ part´ıculas y el porcentaje recuperado al underflow.
´ CAP ´ ITULO 5. ANTECEDEN ANTECEDENTES TES DEL HIDROCICL HIDROCICLON
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Figura 5.3: Vista en corte de un Hidrocicl´ on
Por lo general en el dise˜no no de un circuito que involucre ciclones el objetivo es producir un overflow, el cual tiene una cierta distribuci´on on de tama˜ no, no, normalmente defenida como el porcentaje de part´ part´ıculas que pasan con un tama˜no no en micrones dado. Una relaci´on on emp´ emp´ırica se muestra muestra en la figura 5.2 se muestra una tabala entre la distribuci´on on de tama˜no no en el overflow con el D50c requerido para producir la separaci´on on especificada. La relaci´on on de esta tabla es para tama˜nos nos de part´ part´ıculas molidas t´ıpicas o promedio y puede variar levemente dependiendo dep endiendo de las caracter´ caracter´ısticas del molido.
´ CAP ´ ITULO 5. ANTECEDEN ANTECEDENTES TES DEL HIDROCICL HIDROCICLON
18
La separaci´on on en un cicl´on on puede ser lograda aproximadamente usando la ecuaci´on on 5.1. El D50c (base) para un u n di´ d i´ametro ametro de cicl´on on dado es multiplicado por una serie de factores de correcci´on de dise˜no no on. C 1 , C 2 y C 3 para obtener el de la aplicaci´on.
D50c (aplication) aplication) = D50c (base) base) · C 1 · C 2 · C 3
(5.1)
Donde D50c (base) (base) referido referido a las siguientes siguientes condiciones: condiciones: 1. L´ıquido: agua a 20 C 2. S´ olido: olido: part´ part´ıculas esfer´ esfer´ıcas de 2.65 sp gr. 3. Concentra Concentraci´ ci´ on de la mezcla: menor al 1 % de s´olido on olido por unidad de volumen. 4. Ca´ Ca´ıda de presi´on: on: 69 [kPa] 5. Geo Geometr´ metr´ıa ıa del ciclone cicl one:: est´ e st´andar andar Corresponde al tama˜no no en micrones para que un cicl´on est´andar andar pueda lograr las condiciones de operaci´on on bajo las condiciones base y calculados por la ecuaci´on 5.2. D50c (base) base) = 2,84 · D0,66
(5.2)
Donde D = al di´ametro ametro del cicl´on on en cent´ımetros ıme tros..
5.2.1. 5.2.1.
Facto Factores res de cor correc recci´ ci´ on on de dise˜ no no
Influencia de la concentraci´on de s´ olido olido
El primer factor de correcci´on on C 1 est´a relacionado relac ionado con la influencia influenci a de la l a concetraci´ conce traci´on on de de s´olido olido en la mezcla. La representaci´on on gr´afica afica de esta correcci´on on se muestra en la figura 5.4 y puede ser calclulada la ecuaci´on on 5.3
´ CAP ´ ITULO 5. ANTECEDEN ANTECEDENTES TES DEL HIDROCICL HIDROCICLON
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53 − V −1,43 ) 53
(5.3)
C 1 = (
Donde C 1 es el factor correci´on on por la influencia de la concentraci´on o n de s´olido o lido en la mezcla, y V el porcentaje de s´olido olido por volumen de la mezcla.
Figura 5.4: Concentraci´ on on de s´ olido olido vs C 1
Ca´ Ca´ıda de presi´ pres i´ on on
El segundo factor de correcci´on on est´a rela r elacio cionado nado con la ca´ ca´ıda de presi´ presi ´on on a trav´es es del cicl´on, on, medida medida tomando la diferencia entre la presi´on on de entrada y la pres´ pres´ıon del overflow. La ca´ ca´ıda de presi´on on es una medida de la energ´ energ´ıa utilizada en el cicl´on on para lograr la separaci´on. on. Se recomienda que la ca´ ca´ıda de presi´on, on, siempre que sea posible, sea dise˜nada nada en el rango entre 40 y 70 kPa. La correcci´on on para par a la l a ca c a´ıda ıd a de presi´on on se muestra en la figura 5.5 5.5yy puede ser calculada de la ecuacu´on on 5.4 5.4,, en ´esta esta se observa que, una mayor ca´ ca´ıda de presi´ presi ´on on podr po dr´´ıa resultar en una separaci´ s eparaci´on on m´as as fina y una menor ca´ ca´ıda de presi´ presi ´on on en una separaci´on on mas gruesa.
´ CAP ´ ITULO 5. ANTECEDEN ANTECEDENTES TES DEL HIDROCICL HIDROCICLON
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C 2 = 3,27 · ∆P −1,43
(5.4)
Donde C 2 es el factor correci´on on por la ca´ ca´ıda de presi´on, on, y ∆P la ca´ ca´ıda de presi´ presi ´on on en kPa.
Figura 5.5: Ca´ Ca´ıda de presi´ on on versus C 2
Gravedad Grave dad espec esp ec´ ´ıfica del s´olido
El siguiente factor de correcci´on on est´a relacionado con el efecto que la gravedad espec´ espec´ıfica de los s´olidos olidos y el l´ıquido tienen en la separaci´ on. on. En vista que un cicl´on on no hace una separaci´on on en base al tama˜ no no de las part´ part´ıculas (como un harnero por ejemplo), sino lo que hace es una separaci´on on seg´ un un masa, la gravedad espec´ espec´ıfica de las part´ part´ıculas es extremadamente importante para determinar la separaci´on. on. Esto tiene un valor significativo en aplicacines donde el s´olido olido tiene una alta gravedad espec esp ec´´ıfica que la ganga, la cual permite una mejor liberaci´on on de part´ part´ıculas de mineral mi neral a un tama˜no no promedio de separaci´on on m´as as grueso. La relaci´on on entre la gravedad espec´ espec´ıfica del s´olido olido y el factor de correcci´on on C 3 se muestra en la figura 5.6 y puede ser calculada por la ecuaci´on on 5.5
´ CAP ´ ITULO 5. ANTECEDEN ANTECEDENTES TES DEL HIDROCICL HIDROCICLON
21
1,65 )0,5 GS − GL
(5.5)
C 3 = (
Donde C 3 es el factor de correcci´on on por la influencia influencia de la gravedad gravedad espec´ espec´ıfca, GS y GL son la gravedad espec´ıfca ıfca del s´olido olido y del l´ıquido respectivame respec tivamente. nte.
Figura 5.6: Gravedad esp ec´ ec´ıfica del s´ olido versus C 3
5.3.
Velocidad Velocidad de flujo volum´ volum´ etrico etrico
Otro aspecto asp ecto importante imp ortante a determinar, adem´as as de las dimensiones del cicl´ on, on, es la capacidad adecuada del cicl´on on para una aplicaci´on on dada, en part´ part´ıcular el n´umero umero de ciclones. Para esto considerar la figura 5.7 en donde se muestra la relaci´on on entre la ca´ ca´ıda de presi´on on y la velocidad del flujo volum´ etrico etrico para diferentes di´ametros ametros de ciclones. La forma de determinar el n´umero umero de ciclones cic lones utilizando utiliz ando el e l gr´afico afico de la figura
??
es determinar determi nar el e l flujo volum´etrico etrico para una ca´ ca´ıda de presi´on on dada y di´ametro ametro de cicl´on on
dado, este corresponde al flujo volum´etrico etrico de un cicl´on. on. Entonces si el flujo volum´ etrico etrico total se divide por este flujo volum´etrico etrico se obtiene el n´ umero de ciclones necesarios. El tama˜no umero no del vortex y el ´area area de entrada tambi´ en en tienen un efecto en la velocidad de flujo volum´etrico. etrico. Un mayor mayor tama˜ no no del vortex
´ CAP ´ ITULO 5. ANTECEDEN ANTECEDENTES TES DEL HIDROCICL HIDROCICLON
22
o de las ´areas areas de entrada incrementar´ incrementar´ıan la la capacidad, mientras que un tama˜no no menor del vortex o de las ´areas areas de entrada reducir´ reducir´ıan la capacidad. capacidad .
Figura 5.7: Ca´ Ca´ıda de presi´ on on versus flujo voum´ etrico etrico para distintos tama˜ nos de ciclones
5.4.
Di´ ametro ametro del Apex
La principal consideraci´on on para el apex a pex es que las part´ part´ıculas m´as as grande g rande que son so n recuperada recu peradass deben deb en pasar por el orificio. En la figura 5.8 se muestra un gr´afico afico que relaciona relacio na el flujo volum´etrico etrico y el di´ametro ametro del apex
´ CAP ´ ITULO 5. ANTECEDEN ANTECEDENTES TES DEL HIDROCICL HIDROCICLON
Figura Figur a 5.8: 5. 8: Di´ Di ´amtro amtro del apex versus flujo voum´etrico etric o
23
Cap Ca p´ıtul ıt ulo o6
Dimesionamiento de los Hidrociclones
6.1.
Par´ Par´ ametros ametros de entrada
En base a la informaci´on on obtenida en El Soldado, se definen los par´ ametros ametros de entrada para el dise˜no no mostrados en la tabla 6.1 Tabla 6.1: Par´ ametros ametros de entrada del Hidrocicl´ on Datos Datos de entrada entrada
Densidad total [Kg/m [Kg/m3 ]
1853,5
3
Densidad liquido [Kg/m [Kg/m ]
1000
Flujo masico total [T [T P H ]
1062
Flujo masico solido [T [T P H ]
900
Flujo masico liquido [T [T P H ]
162
Densidad solido [Kg/m [Kg/m ]
3
Caudal Volumetrico total [m [m /s] /s]
0,1799
Caudal Volumetrico solido [[m m3 /s] /s]
0,1349
3
Caudal Volumetrico liquido [m [m /s] /s]
6.2. 6.2.
1640
3
0,045
Dime Dimens nsio iona nami mien ento to
Teniendo eniendo en cuenta cuenta el proceso proceso en el cual ser´an an usasdos usasdos estos ciclones, se define define el D50 C de 200 micrones y tomando una distribuci´on on de part´ part´ıculas del 90 % se tiene de la figura 5.2 un factor de 0.91. Por lo tanto el D50 C (aplicacion (aplicacion)) igual a:
D50 C (aplicacion) aplicacion) = 0,91 · 200 = 182[µm 182[ µm]]
24
(6.1)
CAP ´ ITULO 6. DIMESIONA DIMESIONAMIENT MIENTO O DE LOS HIDROCICL HIDROCICLONES ONES
6.2.1. 6.2.1.
25
Facto Factores res de cor correc recci´ ci´ on on
Teniendo en cuenta los datos de la tabla 6.1 se pueden calcular los 3 factores de correcci´on on como sigue: 53 − V −1,43 C 1 = = 3,52 53
(6.2)
C 2 = 3,27 · ∆P −0,20 = 1,09
(6.3)
Esto ultimo u ´ltimo es considerand co nsiderando o una ca´ ca´ıda de presi´on on de 50 [kPa]
C 3 =
1,65 = 1, 1 ,39 GS − GL
(6.4)
Con estos 3 valores se puede obtener el D50 C (base) (base) y as´ as´ı calcular el resto de las dimensiones, de la siguiente manera:
D50 C (base) base) =
6.2.2. 6.2.2.
D50 C (aplicacion) aplicacion) = 34, 34 ,01[ 01[µm µm]] C 1 · C 2 · C 3
(6.5)
Dimension Dimensiones es princip principales ales
El di´ametro ametro del cicl´on on se puede obtener de la ecuaci´on on 5.2. D50 C (base) base) 1/0,66 D= = 43, 43 ,02[ 02[cm cm]] 2,84
(6.6)
Ain = 0,05 · D2 = 92, 92,56[ 56[cm cm2 ]
(6.7)
´ Area de entrada
Di´ametro amet ro de entrada entr ada
Din =
Ain · 4/π
(6.8)
Di´ametr am etroo Vortex Vort ex DV = 0,35 · D = 15, 15 ,087[ 087[cm cm]]
(6.9)
CAP ´ ITULO 6. DIMESIONA DIMESIONAMIENT MIENTO O DE LOS HIDROCICL HIDROCICLONES ONES
26
Di´ametro ametro Apex, este se s e obtiene obt iene de la figura fig ura 5.8 y se optiene un valor de 6 [in].y se cumple la condici´on on mencionada mencion ada en e n el cap´ cap´ıtulo anterior, de que q ue el orificio debe ser mayor que el la part p art´´ıcula m´as as grande g rande (en este caso son de 1.8[cm]aprox) El largo secci´ on on cil´ cil´ındrica es igual al diametro del cicl´ on, en este caso 43.02[cm] on,
6 . 3.
Numero u ´mero de Hidrociclones
Usando la figura 5.6 se puede determinar el n´umero umero de ciclones, ya que de este gr´ g r´ afico afico se obtiene el flujo volum´etrico etrico por unidad, luego si se divide el flujo total por el flujo por cicl´ on se tiene:
N ciclones ciclones =
flujo por por equi equipo po =6 F lujo lujo tota totall
(6.10)
