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Curso Hidrociclones,
Innovacin Tecnolgica enClasificacin
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El Concepto de la Liberacin
El Material valioso de extraer, generalmente est
asociado a material que no tiene valor comercial.
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Fractura-Liberacin
El proceso de fractura al cual
es sometido la mena mineralen la mina a traves de losexplosivos y en los procesosde Chancado, generanmuchas partculas dediferentes tamaosincluyendo una proporcin
importante de tamaos finosya liberados, que le quitancapacidad a los equipos dereduccin de tamao, como
los molinos.
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Separacin por Tamao de Partculas
Por lo anterior se necesitaun equipo que separe losfinos de los gruesos antesde entrar al molino, as se
evita la sobre molienda,se aumenta la capacidadde los molinos,reduciendo en forma
importante los costos deproduccin,AUMENTANDO lasutilidades
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HIDROCICLN Un Hidrocicln es un
recipiente simple de formacilindro-cnica. Utilizan la fuerza centrfuga
para acelerar la tasa desedimentacin.
El propsito comn, esseparar partculas de acuerdo
a su tamao. El hidrocicln separa las
partculas de acuerdo a su
tasa relativa de decantacin.
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Partes del Hidrocicln
Inlet: Area de entrada.
Apex: Descarga del Cicln.
Vortex: Rebalse del Cicln.
Cabezal de Entrada. Cono intermedio.
Cono Inferior.
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Cintica al interior del Hidrocicln
El movimiento del fluido tiene una
simetra circular. Excepto la zonade entrada. El fluido se mueve en forma
helicoidal por las paredes internasdel cicln. Parte del fluido inferior se escapa
por el Spigot, mientras que otraparte se reporta al rebalse. Debidoa la accin de la fuerza degravedad, las partculas de menor
tamao se reportan al rebalse y lasde mayor peso a la descarga.
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Cmo Opera el Hidrocicln?
El hidrocicln bsicamentetransforma la energa lineal, enmovimiento en Vrtice.
La velocidad del flujo al interiordel cicln, se integra de trescomponentes: tangencial, axialy radial. Las cuales presentan
un perfil caractersticodependiendo de la seccin delcicln.
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Efecto de la Presin en la Descarga
La presin es inversamenteproporcional al caudal en la descargadel cicln. Es decir, al tener una bajapresin todo el caudal se reportar al
pex. A medida que se aumenta la presin,
el caudal reportado en la descarga delcicln, ir en descenso, puesto que la
pulpa se comenzar a reportar en elrebalse del cicln.
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Eficiencia de Clasificacin
La eficencia de Clasificacin se
acostumbra medir mediante unacurva de particin o curva deEficencia Real.
La curva de Eficiencia, especificaen funcin de la granulometra, lafraccin en peso de partculas que
pasan desde la alimentacina a ladescarga, bajo condiciones deoperacin estacionarias.
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Distribucin de Partculas
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Cuntas Partculas se van a la Descarga?
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Estadstica en el procesamiento
Distribucin Granulomtrica.
Es por todos conocido que una forma de caracterizar la distribucin de partculas enuna pulpa, es por tamao y resulta importante definir un tamao estndar pararealizar dicha caracterizacin. Existe la Norma ASTM, Tyler, entre otras.
Abertura Serie ASTM Serie Tyler
micrones n de tamiz n de tamiz
26900 1.06" 1.05"13500 0.530" 0.525"
11200 7/16" 0.441"
9510 3/8" 0.371"
8000 5/16" 2.172"
6730 0.265" 31410 14 12
841 20 20
297 50 48
149 100 100
74 200 20044 325 325
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Cmo se construye la curva de distribucin?
Procedimiento de Muestreo
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Distribuciones
Masa Retenida.
Luego del tamizaje, se tiene distribucin de tamaos por masa retenida en la malla.
Se denota por: la masa total es:
% Retenido Parcial.
Con los datos anteriores se puede obtener el material retenido por tamao en forma
porcentual.
% Retenido Acumulado.Este corresponde al material que se acumula por malla hasta completar la muestra
total, en forma porcentual.
im tm
100=t
ii
m
mr
==
n
iii rR 1
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Distribuciones
% Acumulado Pasante.
Luego se puede obtener la fraccin de material que posee un tamao menor a laabertura de la malla utilizada en el tamizaje. Es decir corresponde a una formarpida de conocer la cantidad de material que es ms pequeo que un tamaoespecfico. Corresponde a la diferencia entre el total y el material Retenido
Acumulado.
100, 01 == RRRFiii
Malla Abertura Masa parcial %Ret Parcial %Ret Acum %Acum Paste
Tyler micrones mi ri Ri Fi
3 6370 52 5.31 5.31 94.69
10 1680 68 6.94 12.24 87.76
20 841 126 12.86 25.10 74.90
65 210 232 23.67 48.78 51.22
150 105 298 30.41 79.18 20.82
270 53 43 4.39 83.57 16.43
-270 -- 161 16.43 100.00 0.00
masa total mt 980
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Eficiencia de Clasificacin
Por Balance Msico en el Cicln.
La eficiencia de clasificain es factible de obtener mediante el balance en el cicln, deacuerdo a la distribucin de tamaos de partculas en el rabalse y la descarga.
Por balance podemos expresar los flujos msicos, por flujos msicos distribuidos portamao, puesto que:
Por lo tanto la Eficencia:
100=
i
ii
aA
uUE
iii oOuUaA +=
( )
( ) 100
=
iii
iiii
aou
uoaE
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Eficiencia de Clasificacin Real y Corregida
Para los tamaos ms gruesos, laeficiencia Real es casi 100%,indicando que en este rangogranulomtrico casi todas laspartculas saldrn por el rebalsedel cicln.
No obstante, para los tamaosms finos la eficiencia no es100%, indicando que una
pequea cantidad de finos serarrastrada por el agua hacia ladescarga del clasificador,denominndose cortocricuito o
By-Pass.
Eficiencia de Clasificcin
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
10 100 1000 10000
Abertura, micrones
FraccinalUnde
rflow
Real Corregida
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Parmetros de la curva de EficienciaPendiente de la curva:
El parmetro es
representativo del tipo decicln, y debe expresarse entrminos que seanindependientes de las
variables de operacinPara independizar los
resultados de las variablesoperacionales es necesario
realizar una correccin de laeficiencia con respecto altamao de corte o d50c. Paraesto se realiza la curva deEficiencia reducida, la cual esla base del dimensionamientode hidrociclones.
Eficiencia de Clasificcin Reducida
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.10 1.00 10.00 100.00
d/d50c
FraccinalUnder
flow
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Dimensionamiento de Hidrociclones
Modelo de Lynch y Rao.
Lynch y Rao, desarrollaron un conjunto de 4 ecuaciones empricas, vlidas para
ciclones industriales. El modelo aplica bajo condiciones normales de operacin,segn las cuales el dimetro del Vortex es considerablemente mayor que eldimetro del Apex.
Capacidad Volumtrica.
Distribucin del Agua.
d50 corregido.
Curva de Eficiencia Reducida.
( ) ( ) ( ) 321 %1000Aalm
pesoA
vortexA SolPACaudal =
( )apexalmaguaagua BTPHBBTPH 210 ++=
( ) rebalseaguaapexvortexc TPHPCCCCdLn +++= 321050
( ) 2expexp
1exp
50
50
+
=
c
c
c
i
d
d
d
d
E
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Dimensionamiento
Modelo de L.R. Plitt
Los mecanismos de clasificacin y del By-Pass estn basados en ecuacionesempricas, que tienen relacin con las variables de operacin en pruebas a nivelindustrial.
Curva de Eficiencia Corregida
El valor de la pendiente m constituye una medida directa de la eficiencia global declasificacin, es decir, a mayor m, se tendr una clasificacin ntida de partculas
gruesas y finas en los flujos de descarga y rebalse, respectivamente.
=m
c
c
id
daLnE
50
exp1
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Teoras de Clasificacin Teora de Equilibrio Orbital.
De acuerdo a esta teora que originalmente
fuera propuesta por Crimer y Driesen (1950,1951), existe un lugar geomtrico dentro delHidrocicln donde partculas de un ciertotamao y densidad alcanzan un equilibrio enposicin orbital especifico.
Este equilibrio se alcanza cuando las fuerzascentrfuga que actan sobre la partcula seigualan a las fuerzas de arrastre. Laspartculas que se localicen entre la pared del
equipo y esta orbita tendrn una mayorprobabilidad de salir por la descarga delhidrocicln.
Similarmente, las partculas que se localicendesde la rbita hacia el centro del hidrocicln
tendrn mayores probabilidades de salir porel rebalse del hidrocicln.
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Teora del Tiempo de Residencia
Aquellos que apoyan esta teora (Rietema,1961), argumentan que el tiempo deresidencia de las partculas en un hidrocicln(pocos segundos) no es suficiente para que selogren condiciones de equilibrio. CuandoRietema (1961) propuso esta teora, el supusouna distribucin homognea de partculas enla entrada del hidrocicln. En consecuencia eltamao de corte ser el tamao de aquella
partcula, si se localiza precisamente en elcentro de la abertura de entrada del equipo,que tendr xito en alcanzar la pared delhidrocicln a nivel de la abertura de descarga
durante su tiempo de residencia
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Teora de EmpaquetamientoFahlstrom (1960) propuso que la eficiencia de clasificacin de un
hidrocicln est determinada por la probabilidad que tienen las
partculas de ser descargadas a travs del orifico de la descarga (apex).De acuerdo esta teora el proceso de separacin en el hidrocicln no esslo movimiento de sedimentacin forzada, sino tambin de descargaforzada a travs del apex. En consecuencia, el tamao de corte estdefinido por la capacidad del orificio de descarga y por la distribucinde tamao de la alimentacin.
Entonces, si el apex esta restringido bajo la influencia de las fuerzascentrfugas, la probabilidad de una partcula de pasar a travs delorificio de la descarga est determinada por su masa y densidad. Laspartculas gruesas y pesadas tienen mayor probabilidad que laspequeas y ms livianas.
Esta probabilidad, de acuerdo a Fahlstrom, debe aumentar con elincremento de la cantidad absoluta de slidos en la alimentacin, y laprobabilidad que una partcula definida abandone el hidrocicln atravs del apex, disminuir.
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Teora del Flujo Bi-fsico Turbulento
Una preocupacin comn a esta teora es su intento por explicar la
influencia de la turbulencia en el rendimiento del Hidrocicln. Driessenen 1951 atac este problema, pero no fue hasta Rietema, que el efecto dela turbulencia en la eficiencia del Hidrocicln fue estudiada en detalle.
Rietema, explic este fenmeno introduciendo el concepto dedifusin turbulenta la que acta sobre las partculas como si ellasconstituyeran una sustancia distribuida homogneamente. Por lo tanto,las diferencias en concentracin son casi eliminadas. La turbulencia secaracteriza comnmente por un parmetro denominado Viscosidadturbulenta la cual puede ser estimada con la ayuda de los perfiles develocidades tangenciales.
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Mtodo de Dimensionamiento
Modelo Gutierrez Modificado.
Este mtodo incorpora modificaciones al mtodo de Krebs.Est basado en curvas y tablas empricas.
En primer lugar, se determina el tamao de corte, d95, que se define como el tamao enmicrones, de separacin del cicln, que garantiza un mximo de 5% en dicha malla de
corte, en el producto de rebalse de ciclones.Este depende, entre otras de: dimetro de la seccin cilndrica del cicln, y factorescorrectores para la densidad de slido alimentado al cicln, para el porcentaje de slidos envolumen alimentado al cicln, para la presin; la densidad real del slido y la densidad dela pulpa.
467.0
32195 098.16 cDfffd =
E ll t
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Mtodo de Dimensionamiento
Modelo Gutierrez Modificado.
En segundo lugar, se determina la capacidad volumtrica, es decir elcaudal de pulpa que alimenta el cicln.
Este depende del dimetro interno del cicln, y factores correctores parala presin y el slido en volumen alimentado al cicln.
047.2
54408.0 cDffQ=
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Programa para el Dimensionamiento
Datos de Entrada:
Densidad del slido Tamao de corte (d95)
Caudal de Alimentacin al cicln.
Se calcula el factor para la densidad real de slido alimentada al cicln,variando el dimetro del cicln y la presin.
Para cada dimetro de alimetacin y presin, se calculan los factorescorrectores para la presin de alimentacin dependiente del tamao de
corte, el slido en volumen (%), el dimetro del cicln iterativamente.Se calculan los factores correctores para la presin de alimentacin
dependiente de la capacidad volumtrica, el factor corrector de la presindependiente de la capacidad volumtrica, se calcula el caudal unitario y por
ltimo se determina el nmero de ciclones requerido.
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Efecto de la Descarga en el ncleo de aire
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