Sesión 1

Curso MIN265“Fluidodinámica en Minería”

Sesión 1: Introducción

Profesor: Sebastián Rayo Villanueva ([email protected]; [email protected])

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mailto:[email protected]


Contenidos • Introducción al curso

• Algunos ejemplos

• Calendario académico

• Evaluación del curso

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Introducción al cursoProyectos hidráulicos típicosCentrales hidroeléctricas

Embalses de riego

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Introducción al cursoProyectos hidráulicos típicosAbastecimiento de agua potable

Obras marinas

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Introducción al cursoProyectos hidráulicos típicosTratamiento de aguas residuales

Obras fluviales

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Introducción al cursoProyectos hidráulicos típicos

Minería

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Introducción al cursoHidráulica aplicada a la minería¿Dónde está?

- Sistemas de ventilación

- Sistemas de drenaje

- Manejo de impulsiones dentro de plantas

- Manejo de soluciones ácidas

- Redes de distribución de aguas

- Redes contraincendio

- Descarga y depositación de relaves

- Saneamiento hídrico

- ….

- Transporte de pulpas a larga distancia 8

Introducción al cursoHidráulica aplicada a la mineríaMinería hoy…

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Introducción al curso

10

Concentrador

Piuquenes

Tranque Quillayes

Canaleta de

Relave

Planta de

Harneros

Estanques de

Cabeza

Estación de

Bombeo

Repulpeo

Reimpulsión

Túnel

Evacuador

Túnel Las Ánimas II

Túnel

CoirónTúnel La

Guardia

Esta

ció

n

Recir

cu

lació

n d

e

Ag

ua N

º1

Estación

Recirculación de Agua

Nº 2

Derrames

Agua de Lavado Harneros

Recuperació

n de Agua

Pozo

s de

Monito

reo

Conducción a

Muro

Reservorios

Agua Recirc.

Tranque Mauro

De Estación

Choapa Nº 3

Derrames PHBR

A Tranque

Quillayes

A Tranque

Quillayes

Zanja

Cort

a

fuga

Acondicionamiento de Relave

Embalse de Cabecera

Manejo de

Ultragruesos

Sistema de Dilución

Sistema de Lavado Relaveducto

Agua de Sello

Ma

ne

jo d

e

Ag

ua

s

Tra

nq

ue

Manejo de Relave

Planta

Abastecimient

o de Agua

PHBR

Transporte por Tubería

Estación

Disipadora

SISTEMA DE CABECERA (4100)

RECIRCULACIÓN DE AGUAS

(4400)

A Reservorios

Piscinas de

Emergencia

SISTEMA TRANSPORTE DE RELAVES

(4200)

Flujo de Agua Normal

Flujo de Agua Eventual

Flujo de Pulpa Eventual

Flujo de Pulpa Normal

SIMBOLOGÍA

Conducción de

Relaves al Tranque

Canaleta Túnel Las Ánimas II

Relaves Directo a

la Cola

Cajón de

Distribución

Clasificación

de RelavesEstación de

Ciclones

Depositación de

Arenas en el Muro Lamas a

Cubeta

Rela

ve e

n

dir

ect

o

sect

or

Mu

ro

A Pupío

Agua de Procesos

Tranque Mauro

Manejo de

Aguas

Balsas

Estación Intermedia

Pis

cina R

eco

lecc

ión d

e

Filt

raci

ones

QuelénCamisas

Punto Alto La

Guardia

Suministro de Cal

A Tranque

Quillayes

Concentrador

Piuquenes

Tranque Quillayes

Canaleta de

Relave

Planta de

Harneros

Estanques de

Cabeza

Estación de

Bombeo

Repulpeo

Reimpulsión

Túnel

Evacuador

Túnel Las Ánimas II

Túnel

CoirónTúnel La

Guardia

Esta

ció

n

Recir

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º1

Estación

Recirculación de Agua

Nº 2

Derrames

Agua de Lavado Harneros

Recuperació

n de Agua

Pozo

s de

Monito

reo

Conducción a

Muro

Reservorios

Agua Recirc.

Tranque Mauro

De Estación

Choapa Nº 3

Derrames PHBR

A Tranque

Quillayes

A Tranque

Quillayes

Zanja

Cort

a

fuga

Acondicionamiento de Relave

Embalse de Cabecera

Manejo de

Ultragruesos

Sistema de Dilución

Sistema de Lavado Relaveducto

Agua de Sello

Ma

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Tra

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Manejo de Relave

Planta

Abastecimient

o de Agua

PHBR

Transporte por Tubería

Estación

Disipadora

SISTEMA DE CABECERA (4100)

RECIRCULACIÓN DE AGUAS

(4400)

A Reservorios

Piscinas de

Emergencia

SISTEMA TRANSPORTE DE RELAVES

(4200)

Flujo de Agua Normal

Flujo de Agua Eventual

Flujo de Pulpa Eventual

Flujo de Pulpa Normal

SIMBOLOGÍA

Conducción de

Relaves al Tranque

Canaleta Túnel Las Ánimas II

Relaves Directo a

la Cola

Cajón de

Distribución

Clasificación

de RelavesEstación de

Ciclones

Depositación de

Arenas en el Muro Lamas a

Cubeta

Rela

ve e

n

dir

ect

o

sect

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Mu

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A Pupío

Agua de Procesos

Tranque Mauro

Manejo de

Aguas

Balsas

Estación Intermedia

Pis

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eco

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Filt

raci

ones

QuelénCamisas

Punto Alto La

Guardia

Suministro de Cal

A Tranque

Quillayes


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Cuenca aportante Mauro


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Introducción al curso¿Qué es una pulpa?El transporte del producto de una planta concentradora se sueleefectuar en forma hidráulica, requiriéndose mezclar laspartículas sólidas con agua, recibiendo el nombre de “pulpasmineras”.

Una pulpa minera corresponde a una dispersión, cuya fasedispersa con las partículas sólidas y la fase dispersante el aguaque las contiene.

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Introducción al curso¿Qué es una pulpa?Los principales parámetros que determinan una pulpa minerason:

- Flujo de sólidos

- Peso específico de sólidos

- Concentración en peso

- Concentración en volumen

- Granulometría

- Reología

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Introducción al cursoEn general…Pulpas mineras (‘slurries’) -> mezcla entre partículas sólidasdispersas en un fluido transportador (agua), que se tratan enoperaciones mineras.

Manejos de pulpa a larga distancia más relevantes:

- Mineral molido

- Relaves

- Concentrados

Lo más importante: imponer un nivel de turbulencia que evite lasedimentación de sólidos en ductos y canales.

El desarrollo del conocimiento (‘know-how’) del manejo depulpas se realiza mediante el estudio, la comprensión y elmanejo de los principios físicos y modelos matemáticos querigen su comportamiento.

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Introducción al cursoEn general…Aspectos clave:

- Dimensionar sistemas de transporte en forma segura.

- Evitar sobredimensionamiento de equipos de bombeo y/otamaño de ductos.

- Alcanzar una vida útil razonable.

- Evitar la existencia de “cuellos de botella” del proceso minero-metalúrgico global.

Conocimiento del manejo de pulpas: mezcla de conceptosteóricos, complementados con resultados empíricos /operacionales.

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Introducción al cursoAlgo de historia…Primeras experiencias en Chile: segunda década del siglo XX,gran minería extranjera en Chile (Teniente, Chuquicamata).

- Transporte de relaves por canaletas (mampostería de piedra ode madera), longitudes de varios kilómetros.

Primer ducto de pulpas de larga distancia construido en chile(década del 50), Salvador – Llanta, operativo hasta hoy.

- Dos ductos de acero 8’’, 20 km de longitud.

- Capacidad: aprox. 1000 ton/día

- Conducción gravitacional, a superficie libre.

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Introducción al cursoHitos tecnológicos relevantesPrimer concentraducto de larga distancia en Chile de MEL

- Tuberías de acero de 6’’ y 200 km de largo (Fluor/PSI/Techint),inicio puesta en servicio principios década del 90.

Ex-Disputada de EXXON define continuar su operación mediantemolienda en cordillera, transportando el material hacia la PlantaConcentradora Las Tórtolas (en el valle), a 40 km de distancia y2.800 m de desnivel (JRI). Inicia puesta en servicio en 1992.

- Atravieso de 3 cordones montañosos (túneles, puente de 300m de luz, cruces de quebradas).

- Tuberías de acero de 20’’ y gran espesor.

- Abastecimiento de válvulas y piezas especiales de grantamaño y para gran presión. 20

Introducción al cursoHitos tecnológicos relevantesLecciones aprendidas:

- Escondida

- Corrosión (bacteriana) -> ductos de concentrado de cobre sematerializan con tubería de acero revestida con HDPE.

- Ex-Disputada

- Demostró posibilidad de operar ductos con muy alta presión(sobre 3.000 psi).

- Problemas de cavitación y desgaste de tuberías pueden sercuantificables y mitigables.

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Introducción al cursoLos años dorados…Entre los años 90 y la primera década de este siglo, seconstruyeron más de 10 líneas de pulpa de larga distancia enChile:

- 2 concentraductos de Collahuasi

- 1 concentraducto y 1 relaveducto de Minera Escondida

- 1 concentraducto de Minera Esperanza

- 1 relaveducto de Atacama Kozan

- 1 concentraducto de hierro de CMP

- 1 relaveducto de Minera Los Pelambres

- 1 concentraducto de Andina

- 1 mineroducto y 1 relaveducto de Anglo American Sur

Además, con ingeniería chilena, se desarrollaron los siguientes:- Concentraducto Alumbrera, Argentina

- Concentraducto Iscaycruz, Perú

- Concentraducto Antamina, Perú

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Introducción al cursoSituación actualTransporte hidráulico más complejo por:

- Resistencia de las comunidades.

- Mala imagen de algunas empresas mineras (derrames).

- Altos costos de obras civiles y piping.

- Dificultades para obtener derechos de paso.

- Agua debe ser recirculada, evaporada o usada para forestación.

Ventajas

- Costo de operación más barato que transporte terrestre (camión o tren).

- Operación de ductos no afecta las comunidades.

- Manejo del agua es posible de integrar a otros procesos mineros.

- Práctica ha mejorado, derrames cada vez más infrecuentes.

- Operación de alta productividad (pocos operadores/mantenedores).23

Introducción al curso¿Qué se espera de este curso?- Conocer los fenómenos principales fenómenos físicos relacionados

con la mecánica de fluidos clásica (hidrostática de presiones,movimiento de fluidos, máquinas hidráulicas).

- Conocer aplicaciones de la hidráulica clásica en faenas deexplotación minera (mina, planta, manejo de productos, manejo dedesechos).

- Revisar ejemplos de sistemas hidráulicos, en operación,relacionados con la explotación de yacimientos.

- Realizar, dentro de un contexto académico, un acercamiento de losestudiantes al mundo de la ingeniería, en particular, el de laconsultoría para empresas mineras.

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Algunos ejemplosGeneralA continuación se presentan y describen algunos sistemas detransporte de pulpa a larga distancia, los que actualmente seencuentran en operación dentro de nuestro país.

Los sistemas presentados son los siguientes:

- Relaveducto (sector norte chico)

- Canaleta relaves (sector central)

- Concentraducto (sector norte grande)

- Mineroducto (sector central)

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Algunos ejemplosRelaveductoInstalaciones

- Sistema de transporte compuesto por tramos con canaleta derelaves (sector Quillayes y sector Túnel Las Ánimas II), mayor partedel trazado con escurrimiento en presión.

- Escurrimiento mixto (operación gravitacional y con disipación deenergía para flujos bajos, operación con bombas para flujos altos).

- Dos tuberías de acero desnudo API 5L X65 (36’’ y 28’’), espesormáximo 1,25’’, longitud aproximada 49 km.

- Desnivel total tubería: aproximadamente 400 m.

- Puntos bajos (Quelén y Camisas), estación disipadora terminal.

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Algunos ejemplos

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RelaveductoTrazado

Algunos ejemplos

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RelaveductoOperación gravitacional para flujo mínimo (Q = 5.900 m3/h)

Algunos ejemplosRelaveductoOperación máximo flujo gravitacional (Q = 6.600 m3/h)

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Algunos ejemplosRelaveductoOperación máximo flujo con tres bombas (Q = 8.500 m3/h)

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Algunos ejemplosCanaleta relavesInstalaciones

- Canaleta de relaves con longitud aproximada de 88 km.

- Tres túneles (longitud total 23 km) en el trazado.

- Canaleta corresponde a una sección útil de 0,8 m de ancho y 1 m dealtura, con una pendiente longitudinal de 1,2%.

- Capacidad original: 75 ktpd (expansión a 92 ktpd se logra con peraltede paredes de canaleta).

- Rápidos de descarga a lo largo del trazado.

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Algunos ejemplosCanaleta relavesTrazado

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Algunos ejemplosCanaleta relaves

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Algunos ejemplosConcentraductoInstalaciones

- Tubería acero API 5L X65 c/ liner HDPE de 5,6 mm deespesor.

- Espesor de tubería variable (5,16’’ a 6,35’’).

- Operación con bombas de desplazamiento positivo.

- Longitud tubería: 145 km aproximadamente.

- Desnivel tubería: 2700 m aprox.

- Considera dos estaciones de válvulas intermedias(clase #1500) y una estación disipadora terminal(clase #1500).

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Algunos ejemplosConcentraductoTrazado

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Algunos ejemplosConcentraductoPerfil longitudinal

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Algunos ejemplosConcentraductoPerfil longitudinal

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Algunos ejemplosMineroductoInstalaciones

- Tubería acero desnudo 24’’ diámetro nominal

- Caudal de operación: 970 l/s

- Flujo gravitacional.

- Longitud 55 km aprox.

- Desnivel 2600 m aprox.

- Cinco estaciones disipadoras (cuatro intermedias, una terminal).

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Imagen referencial

Algunos ejemplosMineroductoTrazado

40

Algunos ejemplosMineroductoPerfil hidráulico

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Calendario académicoEsquema: cátedras, trabajo grupal y presentaciones de avance.

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Sem. Fecha Actividad

1 28/9 LIBRE

1 2/10 Introducción

2 5/10 Propiedades de los fluidos

2 9/10 Estática de fluidos

3 12/10 FERIADO

3 16/10 Movimiento de fluidos

4 19/10 Movimiento de fluidos

4 23/10 Enfoque integral

5 26/10 Enfoque diferencial

5 30/10 LIBRE

6 2/11 Flujos internos

6 6/11 Flujos externos

7 9/11 Flujos compresibles

7 13/11 Flujo en canales abiertos

8 16/11 Flujo en canales abiertos

8 20/11 Máquinas hidráulicas

Sem. Fecha Actividad

9 23/11 Mecánica de suspensiones

9 23/11 LIBRE

10 30/11 Mecánica de suspensiones

10 4/12 Separación líquido – sólido

11 7/12 FERIADO

11 11/12 Transporte hidráulico de pulpas

12 14/12 Transporte hidráulico de pulpas

12 18/12 Reología de suspensiones

13 21/12 Ventilación

13 25/12 FERIADO

14 28/12 Ejemplos prácticos

14 1/1 FERIADO

15 4/1 EXAMEN

CERTAMEN 2

CERTAMEN 1





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Evaluación del curso• Trabajo grupal (TG): 20% (10% trabajo investigación + 10%

laboratorio)

• Definición de grupos (4 integrantes), a más tardar próximomiércoles 7/10. Enviar lista por correo o a foro en página Aula.

• Una vez conformados todos los grupos, se enviará listado detemas. Se asignará temas por ‘orden de llegada’ vía foro en Aula.

• Se preparará calendario de presentaciones y entrega de reportes.

• Los mismos grupos deberán ejecutar un trabajo en laboratorio(mediciones experimentales más preparación de reporte conanálisis de resultados).

• Calendario y tema se informará una vez se coordine conlaboratorio de Obras Civiles.

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Evaluación del curso• Trabajo individual (TI): 20%

• Cada alumno realizará un diseño hidráulico de un sistema deimpulsión de agua.

• Se deberá presentar un reporte (memoria de cálculo) con eldiseño propuesto.

• Fecha de entrega y diseño a realizar se indicará durante la tercerasemana del curso (semana del 12/10).

• Certamen 1 (C1): 30%

• Certamen 2 (C2): 30%

• Nota final: NF = 0,3xC1 + 0,3xC2 + 0,2xTG + 0,2xTI

• Asistencia no inferior a un 80% a las actividades presenciales(presentaciones grupales, asistencia a laboratorios, etc.).

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Curso MIN265“Fluidodinámica en Minería”

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