Servicios Auxiliares Mineros-Tema 04

Ing. Benjamín Manual Ramos Aranda

Agosto del 2015

SERVICIOS AUXILIARES

MINEROS

UNIDAD I - INFRAESTRUCTURA

PARA EL MANEJO DE MATERIALES

TEMA Nº 4 –MINERO DUCTO.

(TRANSPORTE POR DUCTOS)

TRANSPORTE POR DUCTOS

Analiza la aplicación del transporte de mineral

por ductos (Mineroductos).

PROPOSITO DEL TEMA:

Docente: Ing. Benjamín M. Ramos Aranda

INTRODUCCIÓN

El transporte de materiales peligrosos, incluidos los

hidrocarburos y concentrados de mineral, por tubería,

es practicado desde hace varias décadas, por ofrecer

seguridad en el traslado y manipulación de estas

sustancias representa una posible respuesta a

preocupaciones actuales para mejorar la eficiencia

energética.


Sin embargo sus métodos de implementación son

aún poco conocidos, ya que además de

hidrocarburos y concentrados de mineral, los

ductos son un medio de transporte que puede ser

utilizado para el transporte de alimentos generando

un impacto positivo no solo en materia económica

sino ambiental, realizando esta tarea de un modo

más eficiente y rápido que los actualmente

utilizados.

INTRODUCCIÓN


PRODUCTOS TRANSPORTADOS


DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROCESO

Para que el transporte de mezclas sólido-líquido

a través de cañerías sea técnicamente factible,

se deben cumplir las siguientes condiciones:

• El sólido debe poder mezclarse y separarse

fácilmente.

• No deben existir riesgos, como por ejemplo

taponamiento de la cañería debido a

interacciones entre las partículas, trayendo

como consecuencia aglomeración de ellas.



• El sólido a transportar no debe reaccionar ni

con el fluido transportante ni con la tubería.

• El desgaste y ruptura que sufren las partículas

durante el transporte no deben tener efectos

adversos para el proceso posterior de ellas.

• La cantidad de fluido transportante debe ser

adecuada.



Dependiendo de la topografía, y

específicamente al desnivel entre el punto

de alimentación y el de descarga de la

tubería, se pueden utilizar dos tipos de

fuerza impulsora para mover la mezcla, con

lo cual el transporte hidráulico de sólidos

por cañerías sr clasifica en transporte

gravitacional y transporte por bombeo.

Estos dos tipos se muestran en la figura 1 y

2






VARIABLES DEL SISTEMA

El flujo de mezclas sólido-líquido por cañerías

depende de una gran cantidad de variables y

parámetros, no estando aún evaluada con

exactitud la influencia de algunas de ellas estas

variables se pueden sintetizar de la siguiente

manera:

Dependiente del sólido a transportar

─ granulometría

─ densidad

─ forma

─ dureza Docente: Ing. Benjamín M. Ramos Aranda


Dependiente del fluido transportante

─ Densidad

─ Viscosidad

Dependiente de la instalación

─ diámetro interno de la cañería

─ longitud

─ desnivel

─ rugosidad interna

─ ángulos de inclinación de la tubería

─ singularidades (estrechamiento, codos,

etc.) Docente: Ing. Benjamín M. Ramos Aranda


Dependientes de la mezcla

─ concentración de sólidos en volumen y en

peso

─ densidad de la mezcla

Dependientes del sistema

─ tonelaje de sólidos a transportar

─ velocidad de flujo

─ perdida de carga


REGÍMENES DE FLUJO

La turbulencia es uno de los factores más

importantes que permiten la suspensión de

los sólidos. Sin embargo, en algunos casos

particulares puede presentarse el régimen de

flujo laminar si la concentración de partículas

sólidas es muy grande (sobre un 70% - 80%

en peso) y por lo tanto la viscosidad de la

pulpa es alta.


REGÍMENES DE FLUJO

Por otra parte, es necesario clasificar los

flujos de mezclas bifásicas de acuerdo a la

forma que son arrastradas las partículas

sólidas, presentándose cuatro formas de

transporte claramente diferenciables:

1) Flujo de sólidos en suspensión

homogénea.

2) Flujo de sólidos en suspensión

heterogénea.

3) Flujo de sólidos con arrastre de fondo

4) Flujo de sólidos con depósitos de fondo. Docente: Ing. Benjamín M. Ramos Aranda

REGÍMENES DE FLUJO

1) Flujo de sólidos en suspensión homogénea.

Como su nombre lo indica, las partículas sólidas de la

mezcla son transportadas en suspensión, sin presentar

gradientes, ni de concentración ni de granulometría, en un

plano perpendicular al flujo y vertical. Además las

partículas sólidas no presentan ningún deslizamiento con

respecto al fluido, es decir, tanto el sólido como el líquido

tienen la misma velocidad de flujo con lo cual el

comportamiento hidráulico de la mezcla es muy similar a la

de un fluido puro, como ser, perfil turbulento de

velocidades de flujo con simetría de revolución en el caso

de tubería o canal y curvas de velocidad clásica en el caso

de canales. (Ver Figura. .3)


REGÍMENES DE FLUJO



REGÍMENES DE FLUJO


Donde:

y = Altura relativa sobre el fondo de la tubería o canal.

D =Diámetro interno de la tubería.

Y = Altura de escurrimiento del canal.

Cp1 = Concentración local en peso de sólidos en la mezcla.

Cp = Concentración media en peso de sólidos en la mezcla.

d501 = Tamaño medio local de partículas sólidas

d 50 = Tamaño medio de los sólidos en la mezcla

Vml = Velocidad puntual de la mezcla.

Vm = Velocidad media de la mezcla.

Para que este régimen de flujo exista es necesario que las

partículas sólidas sean muy pequeñas de densidad relativa baja

y, la velocidad de flujo sea alta.


REGÍMENES DE FLUJO

2) Flujo de sólidos en suspensión heterogénea.

En este caso los sólidos aun se mantienen en

suspensión pero las partículas más pesadas tienden a

caer formando un gradiente vertical de concentraciones

y granulometrías pero sin chocar en forma notoria

contra el fondo de la tubería.

Sin embargo a los sólidos aun puede asignárseles la

velocidad del fluido pero con un pequeño grado de

deslizamiento en las cercanías de las paredes. (Ver

figura 4)

Este régimen de flujo es bastante usual en el transporte

hidráulico de relaves con alto grado de molienda.


REGÍMENES DE FLUJO

2) Flujo de sólidos en suspensión heterogénea.


REGÍMENES DE FLUJO

3) Flujo de sólidos con arrastre de fondo.

Cuando la capacidad del fluido es relativamente baja

comparada con el peso relativo de las partículas sólidas

gruesas estas caen y son arrastradas por el fondo de la

tubería o canal ya sea asaltos deslizándose o rodando,

mientras que las partículas más finas del espectro

granulométrico aún mantienen su suspensión.

En este caso el gradiente de concentraciones y tamaños

de partículas se hace mas pronunciado y se puede

observar una nube de partículas desplazándose a una

velocidad menor que la del fluido por el fondo de la

tubería y otra nube de partículas mas finas suspendidas

y a igual velocidad que el fluido por encima de ella.


REGÍMENES DE FLUJO


Este régimen de flujo se presenta en una gran cantidad

de las instalaciones de transporte de relaves,

diseñados con velocidades bajas para lograr una

mínima abrasión, y tiene como inconvenientes que el

arrastre de fondo de las partículas gruesas provoca un

desgaste muy pronunciado en la parte de la tubería.


REGÍMENES DE FLUJO



REGÍMENES DE FLUJO

4) Flujo de sólidos con depósitos de fondo.

Si el flujo es débil, las partículas más pesadas de la

fase sólida se depositan sobre el fondo de la tubería o

canal, ya sea en forma intermitente o definitiva,

presentándose un lecho fijo de sólidos o un tren de

dunas a baja velocidad ambas situaciones a la vez por

la parte inferior del ducto y una nube de partículas

arrastradas y/o suspendidas por encima de estas. (Ver

figura .6).


REGÍMENES DE FLUJO


El flujo con depósito estable de fondo se presenta

generalmente en condiciones de concentración y

tamaño de sólidos relativamente bajas, en cambio, las

dunas móviles son usuales en espectros

granulométricos anchos y concentraciones

importantes.

El movimiento de las dunas en tuberías ocurre en el

mismo sentido que el flujo de la mezcla (cabe hacer

notar que en el flujo de mezclas por canaletas el sentido

puede ser inverso) y su velocidad es muy baja

comparada con la velocidad media de flujo.


REGÍMENES DE FLUJO



REGÍMENES DE FLUJO


Aunque la formación de un lecho fijo estable en el

fondo de una tubería, con el espesor más pequeño

posible, es deseable bajo el punto de vista de

proteger de la erosión el fondo de la tubería, el

riesgo de obstrucción de la misma, junto con la

imposibilidad de refluidizar el deposito por medios

hidráulicos, hace muy poco aconsejable trabajar en

este régimen de flujo.


MINERODUCTO

En general un mineroducto es un sistema

compuesto principalmente por las estaciones de

bombeo, las estaciones reductoras, los depósitos

de almacenamiento y la tubería de la línea.

Los equipos fundamentales que constituyen un

mineroducto son:

Bombas.

Tuberías.

Equipos auxiliares.


ESTACIONES

Son las instalaciones que forman parte de un

ducto y estas pueden clasificarse en:

1. Estaciones de bombeo

2. Estaciones reductoras de presión y;

3. Estaciones de recepción.


Estaciones de bombeo. Son instalaciones que

impulsan el producto a través de la tubería con ayuda

de los grupos motobombas, entregándole energía

hidráulica a las estaciones anterior y posterior a ella.

ESTACIONES


ESTACIONES

Estaciones de bombeo.

Las bombas habitualmente utilizadas en el

transporte de hidromezclas corresponde a los tipos

siguientes:

• Centrífugas.

• De pistones

• Especiales


ESTACIONES

Estaciones reductoras de presión. Son las instalaciones de

un ducto que tienen como finalidad disminuir la presión

del producto por medio de válvulas reductoras de presión.

Por condiciones operativas del sistema, se procede a

realizar esta operación, especialmente en los casos en que

el producto, por su energía potencial de altura cambia su

posición a una de energía de presión alta.


ESTACIONES

Estaciones de recepción. Son las instalaciones que

sirven para recibir y almacenar el fluido que se

transporta por el ducto. Está conformada por una

tubería principal y un manifold, el cual distribuye el

producto a los respectivos tanques.


ESTACIONES

Estación reductora y de recepción. Son las

instalaciones que funcionan como una reductora de

presión y de recepción, disminuyendo la presión de

llegada del producto y procediéndose a la recepción

de los mismos en los tanques de almacenamiento.

Estaciones de bombeo y de recepción. Son las

instalaciones que pueden funcionar como estaciones

de bombeo y de recepción, impulsando o recibiendo el

producto en la forma que se estime conveniente, e

inclusive funcionando esta instalación como una

estación inicial o de cabecera.


DEPÓSITOS

Son las instalaciones formadas por los tanques de

almacenamiento, que sirven para almacenar el

concentrado de mineral. Estos sistemas se

encuentran instalados en las áreas de

industrialización y en los centros de embarque

final.


TUBERÍA DE LÍNEA

Está formado por una

serie de tuberías

soldadas entre si cuya

unión da la respectiva

línea que une las

estaciones de bombeo,

de recepción y los

depósitos. A través de

esta circula el producto

que es transportado.


TUBERÍA DE LÍNEA

El diseño de las tuberías para mineroductos es de la

máxima importancia, ya que la selección inadecuada de

las mismas puede condicionar la viabilidad de todo el

sistema.

Los parámetros a considerar en el diseño de una

tubería son:

o Presiones de operación.

o Características mecánicas del material.

o Sismicidad del área.

o Características geomecánicas del itinerario.

o Fenómenos de desgaste, abrasión y corrosión.


EQUIPOS AUXILIARES

El diseño de un mineroducto debe disponer de una

serie de accesorios y equipos auxiliares necesarios

para una adecuada operación, como son:

1. Válvulas.- Con la calidad necesaria para soportar

las presiones de operación, y actuar cuando sea

necesario en presencia de partículas sólidas de

granulometría diversa. Las válvulas de control de

flujo deben presentar la mínima restricción al

movimiento, especialmente de los sólidos, por lo

que su actuación se realiza con dos posiciones,

cerrada o abierta totalmente.


EQUIPOS AUXILIARES

2. Bombas auxiliares.- Utilizadas como elementos

de carga que disminuyen la presión de

aspiración en las bombas de pistones, o como

suministradores de agua clara en las bombas de

vástago.

3. Instrumentación y control.- Compuesto por una

serie de dispositivos instalados, por duplicado,

en puntos clave del sistema que registran una

serie de datos (velocidad de flujo, densidad de la

mezcla, presión de operación, etc.), los

comparan con los diseñados como estándar de

operación, y presentan los datos para una

actuación manual o automática. Docente: Ing. Benjamín M. Ramos Aranda

INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL


DISEÑO DE UN MINERODUCTO

El diseño de un mineroducto encuentra, en sus

etapas iniciales, una acusada carencia de datos, por

lo que se realiza de forma básica y conceptual con la

idea de establecer estimaciones preliminares de

inversión y costos de operación. Es importante

dispones de información de mineroductos en

operación que utilicen materiales similares para fijar,

de forma preliminar, parámetros como caída de

presión, diámetro de tubería, velocidad de flujo, etc.


DISEÑO DE UN MINERODUCTO

El diseño de detalle, necesita numerosos trabajos

de laboratorio que permitan establecer con

exactitud las características de la hidromezcla en

estudio.

La secuencia de parámetros que son necesarios

para el diseño de un mineroducto se reflejan en el

esquema siguiente:


SECUENCIA EN EL DISEÑO DE UN MINERODUCTO


Las ventajas mas significativas que presenta el transporte

por ductos son:

1. Simplicidad de la instalación

2. Facilidad para vencer obstáculos naturales o

artificiales. No hay impedimentos, el transporte puede

ser en dirección horizontal, vertical o inclinada

3. No requiere de gran despliegue de maniobras de

instalación ni de operación. El factor operacional es

ventajoso, por cuanto es bajo el número de operarios

requeridos para hacer funcionar el sistema.

VENTAJAS DEL EMPLEO DE MINERODUCTOS



4. Proporciona un flujo continuo de sólidos y fácil

implementación de control automático

5. Bajo consumo de energía

6. Posibilidad de transportar varios productos

7. No se produce daño ni se altera el medio

ambiente.



8. Permitir la elección de la vía más corta entre dos

puntos al atacar cualquier tipo de pendientes, para

las tuberías en presión, y evitar la construcción de

las complejas obras civiles necesarias para

implementar un camino o una vía férrea.

9. Eliminar la influencia de factores climáticos como

temporales, rodados de nieve, neblina, etc.

10.Poder alcanzar ritmos de transportes imposibles de

realizar con otro tipo de sistema.


APLICACIONES DE MINERODUCTOS

El transporte de hidromezclas a cortas distancias es el

único sistema para el transporte de relaves a las presas

o relaveras de las plantas de flotación.

Otras aplicaciones de transporte hidráulico en

distancias cortas tienen lugar en minas de carbón para

llevarlo desde el frente de explotación al lavadero.

Este sistema se emplea para el transporte de mineral en

suspensión en liquido. Como por ejemplo el empleado

en la mina de Cerro de Pasco, se transporta del interior

mina a planta, sulfato de cobre suspendida en agua.



Planta Excelsior en Cerro de Pasco



El transporte de hidromezclas a distancias largas y

de gran capacidad se empezaron a construir en la

década de los 50 del siglo pasado, como el de Cadiz

– Cleveland (Ohio – USA), para transporte de

carbón, de 175 Km de longitud y diámetro de 250

mm.

En el norte de nuestro país, tenemos el mineroducto

de la empresa minera Antamina , que detallaremos a

continuación.

Ver video de mineroducto de Antamina Docente: Ing. Benjamín M. Ramos Aranda

Ubicación de Antamina

• Energía eléctrica desde Huallanca

• Mina/Concentradora en San Marcos

• Mineroducto de 302km y carretera de penetración de 120km

• Puerto cerca a Huarmey


Para el transporte de los concentrados de cobre y

zinc de Antamina, se optó por la construcción de un

mineroducto que uniera la mina con el puerto “Punta

Lobitos”, desde donde se exportan hacia el mundo.

Se trata de una tubería reforzada que corre bajo el

suelo y que es monitoreada en toda su trayectoria. El

mineroducto ha sido diseñado con el uso de la

tecnología más avanzada, que incluye una red de

fibra óptica entre la mina y Huarmey.

Mineroducto de Antamina



En su construcción se utilizó por primera vez en el

Perú el Mechanized Ultrasonic Testing (ensayo

mecanizado ultrasónico), método de comprobación

de la calidad de los empalmes y las tuberías. Este

Mineroducto consta de una estación de cuatro

bombas de alta presión y cuatro estaciones de

válvulas con estranguladores de agua y pulpa, para

reducir la excesiva presión producida en la caída de

gradiente hacia la estación terminal del puerto “Punta

Lobitos”.




Características del mineroducto:

Longitud total: 302 Km.

Longitud de cada tubería: 12 m.

Diámetro de cada tubería: 8 a 10 pulgadas (21 a 25 cm.)

Espesor de cada tubería: 1cm.

Espesor de la cubierta de polipropileno: 7mm

Material de la tubería: acero revestido interna y

externamente.



Características del mineroducto:

Resistencia de la tubería: recibe una presión de

70 Bar, pero puede soportar 200 Bar.

Tiempo de vida de la tubería: 30 años

Tipo de unión entre tuberías: soldadura eléctrica.

Profundidad promedio de las zanjas: 1,30 a 1,50m.

Resistencia a sismos: hasta grado VIII en la

escala de Mercalli modificada.


El mineroducto incluye un tendido paralelo de

fibra óptica que envía información sobre el

recorrido del mineral a través de la tubería y que

está interconectado digitalmente con todas las

sedes de la compañía.

La fibra óptica de Antamina, gracias a un

convenio efectuado con Telefónica del Perú, ha

sido extendida a Huaraz y pronto llevará sus

beneficios a otros pueblos del callejón de

Huaylas y del callejón de Conchucos.



MINERODUCTOS EN EL MUNDO


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