Bombas y Pulpas
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8/17/2019 Bombas y Pulpas
1/68
Agosto de 2000.
Universidad de Atacama
Transporte de Pulpas
Transporte de Pulpas
Mario A. Guevara
Departamento de Metalurgia
Universidad de Atacama
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Universidad de Atacama
Transporte de Pulpas
Objetivos
Aplicar los principios de la mecánica de fluidos en elplanteamiento y resolución de problemas prácticos,
relacionados con el transporte de pulpas.
Desarrollar la capacidad basado en conocimientos teórico-prácticos para seleccionar , diseñar y evaluar euipos deimpulsión de pulpas.
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Transporte de Pulpas
Temario
Generalidades
!ransporte de pulpas en canales
!ransporte de pulpas en tuber"as
#istema de bombeo de pulpas #istemas de disipación de energ"a
$onsideraciones generales de diseño
!ecnolog"a aplicada a pulpas
%roblemas operacionales de movimiento de pulpas en largadistancia
#istemas de medición y control en pulpas de largadistancia.
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Transporte de Pulpas
Generalidades
&'isten importantes yacimientos mineros en la cordillera sobre ()** metros de altura
dif"cil acceso
poco espacio para instalación de plantas
+a tendencia actual es separar el yacimiento del concentrador
%or lo tanto, es necesario diseñar un sistema de transporteadecuado abastecimiento continuo y confiable
costos de inversión y operación raonable
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Transporte de Pulpas
Generalidades
+as soluciones más abituales para el transporte de productosmineros son
camiones
v"a f/rrea
andarivel
cinta transportadora y
transporte idráulico
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Transporte de Pulpas
Generalidades
$amiones diseño de una red vial
cancado primario cerca de los yacimientos
sistema de protección para el invierno
sistema simple costos en general altos
0"a f/rrea no se utilia en #udam/rica
las pendientes son altas
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7/68Universidad de Atacama
Transporte de Pulpas
Generalidades
Andarivel es interesante
problemas con avalancas de nieve y vendavales
limitado si aumenta la producción
!ransporte mediante cinta reuiere traados rectos
problemas de acceso en invierno para mantención
costos de inversión y operación altos
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8/68Universidad de Atacama
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Generalidades
!ransporte idráulico
permite transportar grandes cantidades de sólido a gran distanciay en forma continua
el fluido transportante normalmente es agua la planta de molienda debe estar cerca del yacimiento
en algunos casos, tambi/n el concentrador
el sistema más utiliado es transporte idráulico en presión
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Transporte de Pulpas
Generalidades
0enta1as del transporte idráulico de sólidos
posibilita desarrollar traados sinuosos
se comporta bien en grandes desniveles
adaptable a cualuier topograf"a
m"nimo efecto en condiciones climáticas adversas
para gran variedad de productos de la industria minera
en algunos casos permite ale1ar la planta del yacimiento
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10/68Universidad de Atacama
Transporte de Pulpas
Generalidades
0enta1as del transporte idráulico de sólidos
permite operación continua y comando remoto
menores costos de operación
costos de inversión competitivos reuiere m"nima mano de obra, alta productividad
m"nimo impacto ambiental
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Generalidades
$omparación de costos de transporte de sólidos
!ransporte mediante andarivel *,2* - *,3* U#45!on ' 6m!ransporte mediante camiones *,7* - *,7) U#45!on ' 6m$inta transportadora *,*7 - *,*3 U#45!on ' 6m!uber"a *,**7 - *,*7 U#45!on ' 6m
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12/68Universidad de Atacama
Transporte de Pulpas
Generalidades
Aplicaciones de los sistemas de transporte de pulpa enminer"a
!ransporte de concentrado desde mina acia puerto o estaciones
ferroviarias 8&scondida, $ollauasi, %elambre, Alumbrera, Andina9
!ransporte desde la mina al concentrador 8+os :ronces5+as!órtolas, #e;el5$olón, %elambres5$acay9
!ransporte de relaves 8!eniente, Andina, +a Gran1a9
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Transporte de Pulpas
Generalidades
%royectos mineros de transporte de pulpa
Compañía Producto Tipo conducción Dimensiones Largo (ms! Producción ("TD! #nicio
!eniente =2
Disputada Mineral !uber"a de acero diámetro (*? )@ 2 7>>(
&scondida $oncentrado !uber"a de acero diámetro @? y >? 7=) 3 - ) 7>>( - 7>>)
Bscaycru 8%erC9 $oncentrado !uber"a de acero diámetro 2,)? () 7 7>>@
Alumbrera 8Argentina9 $oncentrado !uber"a de acero diámetro ? (3* - 2** 2 - 2 7>>
$ollauasi $oncentrado !uber"a de acero diámetro ? 7>) 2 7>>= Andina >=
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Generalidades
$onsideraciones para el transporte de pulpa
el sistema debe ser capa de conducir la má'ima producción dela faena minera
debe ser fle'ible para operar en un rango amplio de producción
debe tenerse en cuenta en su diseño problemas como corte de suministro de energ"a el/ctrica
falta de agua fallas operacionales
temblores
contar con un sistema de detección de bloueo y fugas y piscinasde emergencia
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Generalidades
$onsideraciones para el transporte de pulpa 8cont...9
los accesorios deben tener sistemas stand-by ue permitan lamantención y prever problemas de erosión y corrosión.
los operadores deben tener una clara concepción de losproblemas ue podr"an tener en el sistema.
sistema de comunicación confiable y con respaldo
para el diseño, deben realiarse pruebas de laboratorio
el diseño, construcción y operación deben estar completamentede acuerdo a la legislación vigente
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Generalidades
$onsideraciones para el diseño
para el transporte de minerales a molienda o relaves a lostranue de depósito, son preferibles los canales abiertos a las
tuber"as
para los concentrados, las l"neas gravitacionales presuriadasson la me1or solución 8tuber"as9
el consumo de agua debe ser lo más ba1o posible
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Generalidades
$onceptos idráulicos
tamaño de las part"culas sólidas
concentración de pulpa
viscosidad velocidad l"mite
tasa de erosión
tasa de corrosión
p/rdida de carga
selección de la tuber"a
bombas, válvulas y selección de disipadores de energ"a
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Generalidades
$riterios principales de elección de rutas
análisis comparativo de varias rutas
utiliar la má'ima pendiente posible, asta un 7)
análisis simultáneo de permisos y propiedades de terrenos
plataforma de un m"nimo de 7* a 7( metros para instalar la
tuber"a
en los cruces de r"os, la tuber"a debe estar enterrada ba1o laprofundidad má'ima de erosión
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Generalidades
$omponentes principales del sistema
estación de bombeo estación de disipación
estación de válvulas
estanues de almacenamiento
estación terminal
tuber"a
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Transporte de pulpa en canales
%ara el diseño de canales se consideran dos aspectosprincipales fórmula de Manning
concepto de velocidad l"mite
%ara flu1o uniforme, la fórmula de Manning es
32
21 HR S i
nQ ×=×
donde
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Transporte de pulpa en canales
$oeficientes de Manning de los materiales más usualesutiliados en canaletas de pulpa
$aterial nED% *.*77Eormigón *.*72
Acero *.*7(Madera pulida *.*73
Goma *.*7(
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Transporte de pulpa en canales
+a velocidad de escurrimiento debe ser mayor ue lavelocidad l"mite de depósito, v+.
+a velocidad l"mite se puede calcular como
[ ] 25,0LL 1)-(Shg2F1,25 v ×××××=
donde F+ parámetro de Mc&lvain y $ave 8depende del tamaño y
concentración de sólidos altura
s gravedad espec"fica de los sólidos
ecuación conocida como de Durand modificada
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Transporte de pulpa en canales
tra forma de calcular la v+ es mediante la ecuación de
Dom"ngue
158,0
H
85
5,0
m
msHL
R
d
ρ
)ρ(ρ
R g81,83 v
×
−××××=
donde ρs densidad del sólido
ρm densidad espec"fica de la mecla
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Transporte de pulpa en canales
Hormas para el dimensionamiento de canales
alturas de escurrimiento distintas de las altura cr"tica para evitar
resaltos 8turbulencia, aireación y salpicaduras9
nCmero de Froude mayor ue 7,7 o menor ue *,> de maneraue el flu1o sea abiertamente r"o o torrente
nCmero de Froude menor ue 2,* porue si la pendiente es muyalta se generan flu1os supercr"ticos con ondas 8olas9 altas
en miner"a se utilian ductos circulares, canales rectangulares yeventualmente trapeciales.
T t d P l
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Transporte de pulpa en tuberías
+os factores más importantes para el transporte de pulpa entuber"as son
velocidad l"mite de depósito p/rdida de carga o resistencia al flu1o
+a velocidad l"mite determina la m"nima velocidad de flu1o demanera ue no e'ista riesgo de depositación y obstrucción de
la tuber"a.
T t d P l
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Transporte de pulpa en tuberías
+os parámetros ue influyen en la velocidad l"mite son
granulometr"a de las part"culas sólidas
densidad relativa de las part"culas sólidas diámetro de la tuber"a
concentración de sólidos de la mecla
inclinación de la tuber"a
pE de la pulpa
T t d P l
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Transporte de pulpa en tuberías
+os modelos tradicionales para predecir la velocidad l"miteson
Fórmula de 0occadlo y #agoo
donde, I velocidad de sedimentación de las part"culas
Fórmula de Mc&lvain y $ave
en ue
[ ] 31
!g1)-(S"8,# v $L ×××××=
[ ] 21
1)-(S!g2F v $L ××××=
)",(d F $50L f =
T t d P l
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Gráfico de Mac-Elvain y Cave
*,3
*,)
*,@
*,
*,=
*,>
7,*
7,7
7,(
7,2
7,3
*,*7 *,7* 7,**
D%& 'mm
) L
Cv * +&,
Cv * -&,
Cv * .&,
Cv * %,
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Transporte de Pulpas
Transporte de pulpa en tuberías
Adicionalmente, desde el punto de vista emp"rico, se aencontrado ue
vL 'm/s 0ranulometría
7.) ) J @)K(.7 7) J @)K(.3 (* J @)K(. () J @)K
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Transporte de pulpa en tuberías
+a relación entre la resistencia de una pulpa y el agua var"a deacuerdo al de sólidos de la pulpa del modo siguiente
log 1
log 2
$07
$02$0(
0+
a g u a
$07 L $0( L $02
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Transporte de pulpa en tuberías
#e define la diferencia unitaria de p/rdida de carga, Φ, como
donde m p/rdida de carga de la pulpa
* p/rdida de carga del agua
$v concentración de sólidos en volumen
y es función de las siguientes variables granulometr"a de la part"culas
densidad relativa de la part"culas
diámetro de la tuber"a
velocidad de flu1o
0
0m
%"v
%-% &
×=
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Transporte de pulpa en tuberías
%ara flu1o en tuber"as, se emplea la e'presión de Darcy
donde λ es el coeficiente de fricción y depende del nCmero de
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Transporte de pulpa en tuberías
&'isten varios modelos para predecir la p/rdida de carga,todos basados en el parámetro adimensional Φ,
M/todo de Durand
M/todo de He;itt
M/todo de Mc&lvain y $ave
5,1
d
2
!g
"v1* &
××
×=
3v1)(S!g1.100 & −××××=
0mL %1,1 % $1,3$ si ×=⇒×>
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Sistemas de bombeo de pulpas
a
b c
d
$aracter"sticas idráulicas para definir un sistema de transporte de pulpa
$arga estática de succión distancia vertical entre a y b. %/rdida de entrada *,) veces altura de velocidad de succión
%/rdida de carga en la succión p/rdida entre a y b
Altura estática de descarga distancia vertical entre c y d
%/rdida de carga en la descarga p/rdida de descarga entre c y d
%/rdida de salida altura de velocidad de descarga
%resión reuerida en punto de descarga depende del tipo de descarga
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Sistemas de bombeo de pulpas
+os tipos de bomba más usuales son
bombas centr"fugas
bombas de desplaamiento positivo bombas especiales
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Bombas centrífugas
$orresponden a una adaptación de la bomba de aguacorriente, con modificaciones para resistir la presión
la carga e'tra por el peso de la pulpa los problemas mecánicos de los sellos
son las más utiliadas en plantas de beneficio
la altura de impulsión má'ima no más allá de @* m.
para bombas en serie, la presión final no debe ser superior a** psi
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Bombas centrífugas
la velocidad perif/rica del rodete impulsor está limitada a ()m5s 8@** a 7=**
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Bombas centrífugas
$orrección de las curvas caracter"sticas
las curvas entregadas por el fabricante corresponden al
funcionamiento de las bombas con agua pura.
el factor de corrección es el siguiente
donde E altura de impulsión de la bomba
E; altura de impulsión de agua pura
E< factor de corrección
HR
H H +=
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Transporte de Pulpas
Bombas centrífugas
Modelo de Mc&lvain y $ave para determinación de E<
el modelo propone la siguiente ecuación
donde
20
"- 1 HR v
×=
( )50dS, =
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p p
Bombas centrífugas
Determinación de 6 para Mc&lvain y $ave
*.**
*.*)
*.7*
*.7)
*.(*
*.()
*.2*
*.2)
*.3*
*.3)
*.)*
*.*7 *.7 7.* 7*.*
=.**
).**
3.**
2.**(.))
(.**
7.=*
7.()
7.7*
3"
D%& 'mm
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p p
Bombas centrífugas
Modelo de #illgren para determinación de E<
el modelo propone la siguiente ecuación
donde $p concentración de la pulpa en peso
$d coeficiente de arrastre
este modelo permite traba1ar con pulpas de asta (* envolumen
0,25
d
0,0,
"
1)(S"0,32 - 1 HR
−××=
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p p
Bombas centrífugas
tros aspectos importantes de considerar en el diseño de unsistema de bombeo son
el punto de funcionamiento de la bomba debe ser estable el estanue debe tener un tiempo de residencia superior a un
minuto para pulpas sin espuma
de dos a tres minutos para pulpas con fuerte espumación
la forma del estanue debe evitar embanues, formación detorbellinos o succión de espuma
el monta1e de la bomba no debe tener bolsas de aire en suinterior
deben considerarse las normas de mantención dadas por elfabricante
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p p
Bombas de desplaamiento positivo !pist"n#
#e utilian para impulsión de pulpas a grandes distancias o confuertes diferencias de nivel
se logran presiones de asta 2.*** psi
tienen alta eficiencia de bombeo 8>*9
pueden tomar carga por encima de las condiciones de traba1o
8partida rápida9
la velocidad de flu1o se limita a 3 m5s
tienen alto costo de instalación y mantención
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p p
Clasificaci"n
$lasificación de las bombas segCn el tamaño de part"cula
Tamaño de partícula Tipo de 4omba $aterialMalla 25=? 87* mm9 :omba dragadora Acero, Mn, otras aleaciones
:omba arena y grava Fe duro revestido de gomaimpeler cerradopart"culas redondeadas
Malla = 8(,) mm9 :ombas de arena
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Control de velocidad
&l control de velocidad es importante debido a las variacionesue se producen en la fase pulpa
+os m/todos más utiliados son poleas en 0
acoplamientos idráulicos
acoplamientos magn/ticos
motores de velocidad variable 8los más utiliados9
motores embobinado accionamiento de embrague
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Sistemas de disipaci"n de energía
$uando se dispone de energ"a e'ceso para el transporte8sobra altura de carga9, se debe liberar el flu1o e'cedente.
&l sistema más utiliado es el de anillos de disipación deenerg"a
&stos anillos se introducen en el interior de la tuber"aprovocando estrecamientos y ensances bruscos.
#e fabrican de un in1erto de material cerámico fundido sobreuna matri metálica
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Sistemas de disipaci"n de energía
Anillo de disipación de energ"a
Transporte de Pulpas
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Sistemas de disipaci"n de energía
Anillo de disipación de energ"a
se pueden disipar asta )* - @* m de pulpa
velocidades al interior del anillo de 2( - 2) m5s la p/rdida de presión en el orificio, es
en ue E N p/rdida de presión 8m9
O N flu1o volum/trico de pulpa 8m25s9
d7 N diámetro interior del orificio 8m9
6 N constante 8*,*) - *,=*9
#
1
2
d
Q H ×
=
Transporte de Pulpas
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Sistemas de disipaci"n de energía
Disposición de los anillos
Anillos fi1os
son permanentes en la l"nea con p/rdida de carga constante
Anillos variables la p/rdida de carga se regula mediante una válvula de control
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Sistemas de disipaci"n de energía
Anillo variable
0álvula de control
Anillo disipador
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Sistemas de disipaci"n de energía
Cavitación en anillos disipadores
debido a ue la presión en los anillos disminuye fuertemente,
aumenta el peligro de cavitación
para evitar esto, en las estaciones disipadoras, el sistema serecubre con goma o poliuretano
los anillos con mayor peligro de cavitación se ubican al final dela estación 8a veces se diseñan con diámetros mayores9
Transporte de Pulpas
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Consideraciones generales de dise$o
Caracteri5ación del sólido a transportar
0ariables
Densidad del sólido Granulometr"a del sólido
Forma de las part"culas
0elocidad de sedimentación
$oncentración de sólidos
Densidad relativa de la pulpa !emperatura de la pulpa
0iscosidad de la pulpa
pE
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Consideraciones generales de dise$o
6angos de 7lujo
&l caudal reuerido para un flu1o dado es
donde !M#%E toneladas m/tricas de sólido transportadas por ora
$p concentración de sólidos en peso
# densidad relativa del sólido
×=
s
m3
S
1 -1-
"
1
3.*00
/SH Q
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Consideraciones generales de dise$o
%ara el caso de sistemas restringidos, se debe manipular el de sólidos de manera de mantener constante el caudal
el caudal m"nimo estará dado para una m"nima producción y # y $p má'imos
el caudal má'imo estará dado para una má'ima producción y# y $p m"nimos
los caudales m"nimos transportables uedan definidos por lavelocidad m"nima de sedimentación
Transporte de Pulpas
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Consideraciones generales de dise$o
Pona de traba1o para un sistema de transporte
!onela1e
m"nimo
!onela1e
operación
!onela1emá'imo
$oncentración
m"nima
$oncentración
operación
$oncentración
má'ima
$ a u d a l m " n i m o
$ a u d a l o p
e r a c i ó n
$ a u d a l m á
' i m o %unto de
operación
Cp
T$3P8
Transporte de Pulpas
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Consideraciones generales de dise$o
3elección del tipo de ducto de conducción
%ara conducción en presión
transporte oriontal transporte a altura
+a tuber"a debe ser de acero
Transporte de Pulpas
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Consideraciones generales de dise$o
3elección del tipo de ducto de conducción
%ara conducción gravitacional
$onsideraciones el traado por tuber"a para un mismo sistema es menor ue el
traado por canaleta
el costo de la canaleta es muco menor ue el de tuber"a
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Selecci"n del tipo de bomba
&'isten dos tipos de bomba :ombas centr"fugas de pulpa
:ombas de desplaamiento positivo
:ombas centr"fugas de pulpa eficiencias sobre @*
presiones asta ** psi 8en serie9
duración de elementos desgastables asta 7*** oras.
:ombas de desplaamiento positivo eficiencias entre =* y >*
presiones asta 2*** psi
pueden desarrollar grandes alturas de impulsión
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Selecci"n del tipo de bomba
+os aspectos importantes son costos
altura de impulsión
&l sistema con bombas centr"fugas es más económico
las bombas de desplaamiento positivo son convenientespara
grandes alturas de impulsión pulpas e'tremadamente viscosas
Transporte de Pulpas
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Selecci"n del tipo de tubería
+os tipos más utiliados son Acero comercial
es el más utiliado
se fatiga sobre (=.*** psi
alto desgaste y corrosión interna y e'terna aceros de alta resistencia
se fatiga sobre @).*** psi
alto costo
%lásticas
pueden ser de %0$, polipropileno, polietileno, ED%, etc.. fáciles de instalar
presiones menores ue 7** a (** psi
Acero revestido de polietileno se busca resistencia a la corrosión y soportar altas presiones
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%álvulas de pulpa
Dada las caracter"sticas abrasivas de la pulpa, no esconveniente utiliar válvulas de laberinto, de mariposa o decompuerta 8de agua9
la selección se basa en dos factores si actCa como estrangulamiento o
como válvula de corte
tipos de válvula válvula %inc
válvula de bola
válvulas de cono
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%álvulas de pulpa
0álvula %inc mangas de goma fle'ible ue reduce su área de flu1o mediante
pinas o aire comprimido
la precaución es ue se usen con una coraa metálica e'terior
para absorber las sobrepresiones y no entren en resonancia
0álvula de bola especiales para flu1os viscosos o con sólidos en suspensión
0álvulas de cono similares a las de bola
pero cuentan con un sello idráulico ue permite reducir el torue
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Problemas operacionales en canales
&l depósito en el fondo local provoca formación de ondassuperficiales 8desborde9
aumenta el riesgo de embanues mayores
tambi/n se forman resaltos idráulicos, lo ue aumenta elárea y disminuye el caudal.
ay riesgo de ca"da de animales y gente
si el canal es por e'cavación, para velocidades mayores de 3m5s, se sigue profundiando.
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Problemas operacionales en tuberías de pulpa
desgaste de l"neas de pulpa 8abrasión mecánica yelectrou"mica9
fenómeno de migración 8por cortes de flu1o9
vaciado de pulpa 8drena1e de la l"nea9
llenado de tuber"as de pulpa
en general, cuando el flu1o no es estacionario
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Sistemas de medici"n y control
!uber"as a presión la instrumentación más adecuada es la no obstructiva 8e'terna o
parte de ella9
+as variables más importantes son caudal de pulpa 8o velocidad9
densidad de pulpa
presión relativa o absoluta
Adicionalmente, tambi/n espesor de la tuber"a
pE de la pulpa
temperatura de la pulpa y ambiental
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Sistemas de medici"n y control
Medición de caudal de pulpa flu1ómetros magn/ticos
medidores ultrasónicos
Densidad de pulpa dens"metros de absorción radiactiva o ultrasónica
pesa1e de un ramal de la l"nea
%resión medidores de presión electrónicos de diafragma
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Sistemas de medici"n y control
$analetas medición de niveles
pE
temperatura de la pulpa
Medición de niveles ultrasónica