Pérdida de carga en tuberías.

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En definitiva, la selección del tipo de conducción pasa por evaluar los siguientes aspectos:

Mínimo costo total actualizado, que incluya el costo de inversión y el costo de operación actualizado.

Grado de dificultad a obtención de permisos

Flexibilidad operacional para todo el rango de producción

Confiabilidad del sistema, basado en un eficiente sistema de control de fugas.

El empleo de tubería de acero o de HDPE, para transporte hidráulico de sólidos, depende de las presiones existentes, ya que las tuberías de HDPE sólo son técnicamente factibles para presiones de trabajo menores a los 100 psi.

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Transporte de Pulpa en Canaletas

Si la topografía lo permite, las pulpas pueden ser conducidas mediante sistemas de transporte gravitacional, ya sea en acueducto (tubería) o en superficie libre (canales abiertos). Las pendientes de las canaletas normalmente, están cercanas a la horizontal (0.5 a 3%), y se puede indicar que ésta no influye sobre la velocidad límite.

En los diseños de canaletas para la minería normalmente, se emplean ductos circulares tuberías operando como acueductos, canales rectangulares y muy eventualmente trapeciales.

A continuación se analizarán la velocidad límite, velocidad de flujo, altura de escurrimiento y altura libre.

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Velocidad límite en canales

La velocidad límite de depósito (VL) es el parámetro que determina la mínima velocidad de flujo para que no exista riesgo de depositación y obstrucción en la tubería.

En términos prácticos, la velocidad límite corresponde al menor valor de la velocidad del flujo de pulpa, sobre el cual no hay riesgo de embanque de la pulpa. Por el contrario, si el valor de la velocidad del flujo de pulpa es inferior a este valor, existe serio riesgo de embancamiento total de la tubería.

Los estudios acerca de la determinación de la velocidad límite en canales son escasos. La cuantificación de esta variable sólo puede ser estimada como una estimación preliminar en base a experiencias puntuales. Los parámetros más relevantes que inciden en la determinación de la velocidad límite en canales son la granulometría y la altura de escurrimiento del canal .

En el caso del flujo de pulpas en canaletas abiertas, el problema de depósito de fondo es de mayor riesgo, puesto que los embanques locales provocan la formación de ondas superficiales, que pueden hacer desbordar el canal. Los desbordes, además del daño ambiental y físico que provocan, aumentan el riesgo de embanques mayores, puesto que van disminuyendo el caudal y la concentración de pulpa aguas abajo.

Adicionalmente, la formación de dunas en las canaletas forman a menudo un resalto hidráulico, o sea, cambio de régimen de torrente a río, el cual aumenta bruscamente el área de flujo, disminuyendo así la velocidad de flujo en el sector del resalto y aumentando el riesgo de generalizar el embanque.

Comparando la operación del flujo de pulpas en el caso de tuberías en presión y canal, se puede concluir que es más riesgoso el caso de un canal abierto que el de una tubería en presión.

Si el diseño se realiza mediante tuberías operando en régimen de acueducto, el riesgo puede ser algo menor porque se eliminan los desbordes pero no se evita el peligro de embanque generalizado en la tubería.

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Velocidad de flujo

Los sistemas de conducción de pulpas deberán contemplar las fluctuaciones de flujo que inciden en las operaciones de los procesos. La velocidad del flujo debe ser mayor que la velocidad mínima bajo la cual se produce depósito de material sólido (velocidad límite). Se considerarán velocidades de flujo mínimas iguales a la velocidad de depósito calculada por ecuación

: densidad relativa de la pulpa, según corresponda.[pic 7]

Se considerarán velocidades máximas de flujo de 4 m/s para evitar abrasión acelerada, salvo casos particulares, en que esta condición no pueda ser cumplida por una fluctuación del flujo demasiado grande.

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Altura de escurrimiento

La altura normal de escurrimiento se calcula mediante el radio hidráulico (R), a través de la fórmula clásica de Manning para agua pura, con algunas modificaciones menores para validarla en flujo de pulpas:

[pic 8]

Donde:

Q : Caudal pulpa (m3/s)

n : Coeficiente de rugosidad (MKS) (ver Tabla1)

i : Pendiente del ducto (º/l)

S : Sección de escurrimiento (m2)

R = S/P : Radio hidráulico (m)

P : Perímetro mojado (m)

En el caso de un canal rectangular, se tiene:[pic 9][pic 10]

[pic 11]

donde :

b : Ancho interno del canal [m]

y :Altura de escurrimiento del flujo [m]

Para pulpas espumosas (concentrados), el valor de la altura de escurrimiento oscila entre 0,2 y 0,5 m. En cambio, para pulpas no espumosas (pulpa mineral, colas flotación, lavados de pisos), la altura de escurrimiento (h) debe variar entre 0,3 - 0,6 metros.

Cualquier diseño debe contemplar alturas de escurrimiento mayores que la altura crítica, de modo de evitar resaltos caracterizados por turbulencia, aireación y salpicaduras. Algunos autores recomiendan que el escurrimiento sea abiertamente río o torrente y no presente problemas de crisis, por lo tanto el número de Froude debe ser tal que:

1,2 FR 0,8

En el caso que FR, es menor que 1.0 la energía potencial del fluido es mayor que la energía