Transición desde el spray al roping en hidrociclones.

Abstract

Los hidrociclones son utilizados en muchas industrias para la clasificación de partículas de acuerdo al tamaño y densidad, entre estas la industria minera, en donde cumplen un rol fundamental en los circuitos de molienda. De acuerdo a la geometría y bajo ciertas condiciones de operación, el hidrociclón puede operar en roping, el cual corresponde a una operación defectuosa. Sobre este fenómeno se ha estudiado especialmente el efecto de la geometría del hidrociclón, pero poco se ha estudiado las variables que tienen real influencia en el problema. Es por esto, que en este estudio se busca caracterizar las vibraciones en la transición desde spray a roping y describir efecto de la distribución granulométrica de alimentación sobre este mismo fenómeno. Para analizar el impacto de la distribución granulométrica sobre el roping se realiza un modelo computacional de un hidrociclón de laboratorio variando presión de alimentación y granulometría de la misma, utilizando el modelo Euleriano y Reynolds Stress Model para la descripción de la multifase y la turbulencia. Por otra parte, el hidrociclón utilizado posee una relación de diámetros de descargas de 0,6, por lo que de acuerdo a estudios realizados [Bustamante, 1991; Concha et al., 1996] no debería existir roping para ninguna condición de operación. Para los casos en que la granulometría es fina, al aumentar la presión se observa una disminución en el ángulo de descarga y una mejor selectividad. Por otra parte, en los casos en que hay granulometría gruesa, se observa que el hidrociclón opera en roping para las presiones altas. La roping es directamente proporcional a la presión de alimentación y al grosor de la granulometría de trabajo. De forma general, los resultados obtenidos corresponden a un contraejemplo a autores que sólo han basado el estudio del roping en la geometría del hidrociclón. Replicando el modelo anterior en un hidrociclón de laboratorio diferente se analiza la relación entre fuerza calculada mediante el modelo y la medición experimental de vibración. El modelo replicó fielmente los resultados en spray, sin embargo, no replicó el roping experimental dando como resultado un semi-roping¸ esto se debe a que experimentalmente se trabajó un roping inestable muy cercano a la transición entre estos dos estados. Existe una clara relación entre cantidad de masa contenida dentro del ciclón, fuerza excitatoria numérica y vibración experimental. A pesar que el roping no se replicó fielmente en el modelo, de igual forma existe coherencia entre el modelo y la medición, esto se debe a que en un roping inicial pude existir aún una porción de núcleo de aire que provoque variaciones en la masa en el tiempo. Se realiza un set de tres mediciones experimentales spray, semi-roping y roping con el fin de caracterizar las vibraciones en cada condición de operación. En spray la amplitud de las vibraciones oscilan de forma leve en el tiempo, luego operando en semi-roping la vibración adquiere mayor amplitud y mayor oscilación en el tiempo debido a las fluctuaciones de masa debido al rompimiento y restitución del núcleo de aire, por otra parte, el roping se caracteriza por una vibración plana sin variación de amplitudes en el tiempo.