• Author / Uploaded
• Crizthian Oliva Guzman

Citation preview

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

ÍNDICE GENERAL I.

INTRODUCCIÓN

3

II.

GENERALIDADES

5

A. B. C. D. E.

5 6 6 7 8

III.

HISTORIA MARCO TEÓRICO CONDICIONES PARA EL TRANSPORTE VENTAJAS DEL TRANSPORTE HIDRÁULICO ALTERNATIVA COMO MEDIO DE TRANSPORTE DE SÓLIDOS

CLASIFICACIÓN 1. De acuerdo al Conducto de Transporte 2. Debido a la fuerza impulsadora para mover la mezcla 3. Según composición del Slurry o Pulpa

9 9 10 11

IV.

FACTORES A CONSIDERAR PARA EL TRANSPORTE

V.

ESTUDIOS EMPÍRICOS DEL TRANSPORTE HIDRÁULICO DE SÓLIDOS A. Velocidad Limite De Deposito (Vl) B. Perdida De Carga En La Tubería (Jm) C. Desgaste De Las Tuberías

VI.

12

14 15 16

ELEMENTOS UTILIZADOS EN EL TRANSPORTE HIDRÁULICO A. BOMBAS I. Principales Tipos de Bombas  Bombas de Engranajes  Bombas Centrifugas  Bombas Alternativas  Bombas de Pistón  Bombas De Lóbulos

17 18 18 19 20 21 22

B. TUBERÍAS  Tuberías más usadas  Tubería de Acero.  Tubería con forro de Goma.

22 22

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

1

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 Mangueras de Goma.  Tuberías de Plástico.

VII.

C. VÁLVULAS  Válvula más Utilizada Tipos:  Válvulas Distribuidoras o Direccionales - Válvula Distribuidoras Unidireccionales - Válvula Anti Retorno Pilotado - Válvula Distribuidora de Vías Múltiples  Válvulas Reguladoras

26 26

D. SISTEMA DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA

31

E. ACTUADORES

33

F. INSTRUMENTOS PARA EL SISTEMA DE MEDICIÓN Y CONTROL

35

REGÍMENES DE FLUJO 1. 2. 3. 4.

VIII.

FLUJO DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN HOMOGÉNEA FLUJO DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN HETEROGÉNEA FLUJO DE SÓLIDOS CON ARRASTRE DE FONDO FLUJO DE SÓLIDOS CON DEPÓSITOS DE FONDO

APLICACIONES EN EL TRANSPORTE DE SÓLIDOS 1. 2. 3. 4.

PARA LA MINERÍA TRANSPORTE DE PESCADO TRANSPORTE HIDRÁULICO DE LA MADERA OTRAS APLICACIONES

27 28 29 30 31

36 36 38 39 40 41 41 44 47 50

IX.

CONCLUSIONES

54

X.

BIBLIOGRAFÍA

54

XI.

LINKOGRAFÍA

55

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

2

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

I.

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo se quiere alcanzar mediante la recopilación de información, todo lo relacionado sobre transportadores hidráulicos, así como tratar de dar algunas pautas para una adecuada información en los diferentes tipos de transporte hidráulico:

 Transporte hidráulico de sólidos.  Transporte hidráulico de café.  Transporte hidráulico de pescado, etc. En el transporte hidráulico, la carga a granel se desplaza en mezcla con agua por los tubos. Esta mezcla de la carga con agua se llama pasta o lodos. El desplazamiento de lodos se efectúa por presión creada por diferencia de niveles o por instalaciones mecánicas. Este transporte comúnmente se emplea en extracción de minerales con el posterior enriquecimiento húmedo, como en trabajos de desmonte. Las ventajas del transporte hidráulico residen en la posibilidad de desplazar a grandes distancias, sin transbordos, por una línea compleja con ascensores bajo cualquier ángulo y por la vertical, un flujo considerable de material, sin necesidad de equipo mecánico en la línea de la tubería. La sencillez de explotación y la posibilidad de automatización completa, así como la posibilidad de simultanear el transporte con ciertos procesos tecnológicos. Sin embargo, la limitación por la naturaleza y característica de los materiales a desplazar según su tamaño, el intensivo desgaste de las tuberías y de las piezas de los mecanismos que entran en contacto con los lodos, y elevado consumo de energía disminuyen el campo de aplicación de este tipo de transporte. El transporte hidráulico de sólidos, a través de cañerías, constituye una operación ampliamente utilizada desde hace varios años en numerosas industrias y especialmente en el campo de la minería. El agua es el fluido más común para transportar sólidos, y si la instalación opera en forma continua, el proceso es capaz de transportar grandes cantidades de sólidos.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

3

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

En el agua de bombeo, la cual pasa a ser un tema importante a tratar de acuerdo a los límites permisibles contenidos en este elemento, así como las diferentes aplicaciones que se puede hacer a partir de esta pequeña información. A nivel mundial el transporte de líquidos y gases a través de conductos tubulares cerrados es muy común como consecuencia de los adelantos de la tecnología industrial

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

4

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

II.

GENERALIDADES.

A. HISTORIA Remontémonos a nuestro estudiosos gracia a quienes se le debe el desarrollo conceptual de las aplicaciones hidráulicas y para ilustración citaremos solamente algunos científicos entre ellos tenemos.  Sir Isaac Newton , quien entre muchas contribuciones a la ciencia desarrollo la primera ley o la ley de la inercia, la segunda ley o la ley de la interacción y la fuerza y la tercera ley o de acción y reacción. 

Daniel Bernoulli, científico de gran renombre en diferentes artes, aporto grandes avances en la investigación de la hidrodinámica. Específicamente el Principio de Bernoulli muy conocido en el ámbito de la ingeniería.



Leonard Euler, conceptos sobre las presiones en los canales, efectuó estudios sobre la mecánica de los fluidos, aplico el concepto de cavitación, y también desarrollo el principio de la maquina centrifuga, para citar solamente una pequeñísima parte de sus aportes a la ciencia, ya que según sabemos escribió más de 500 libros y artículos. Giovanni Batista Venturi:, se especializó en la dinámica de los fluidos, y su trabajo estaba profundamente orientado al estudio de la hidráulica, y para nosotros los ingenieros nos es muy conocido por el famoso invento llamado el tubo de Venturi. Blas Pascal, hizo grandes aportes en el estudio de la geometría, desarrollo teorías sobre probabilidad, y para lo que nos atañe en este artículo, efectuó grandes estudios relacionados con los fluidos, y los conceptos de presión y vacío.





B. MARCO TEORICO El transporte Hidráulico consiste en emplear un medio fluido, hidráulico, para transportar solidos a través del arrastre en suspensión de estos sobre el líquido que se mueve a lo largo de un conducto. El transporte hidráulico de materiales constituye una operación ampliamente utilizada desde hace varios años en numerosas industrias, especialmente en el campo de la minería. El agua es el fluido más común para transportar materiales y si la instalación opera en forma continua, el proceso es capaz de transportar grandes cantidades de materiales. La mezcla agua y solido se conoce como PULPA O SLURRY, y esta es movida por la presión creada por una diferencia natural en el nivel o

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

5

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

por medio de aparatos mecánicos, bombas o elevadores hidráulicos a través de canales o tuberías.

C. CONDICIONES PARA EL TRANSPORTE

Este transporte presenta algunas condicionantes las cuales son:  Los sólidos no deben experimentar ningún cambio físico o químico trascendental durante el tiempo en que están en contacto con el líquido, o al separarse.  La mezcla no debe experimentar variaciones importantes en su viscosidad.  El tamaño de las partículas no debe ser demasiado grandes.  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.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

6

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 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.

D. VENTAJAS DEL TRANSPORTE HIDRAULICO

Las ventajas significativas que presenta el transporte hidráulico de sólidos son:  Simplicidad de la instalación.  Facilidad para vencer obstáculos naturales o artificiales. No hay impedimentos, el transporte puede ser en dirección horizontal, vertical o inclinada.  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.  Proporciona un flujo continuo de sólidos y fácil implementación de control automático. MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

7

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 Bajo consumo de energía.  Posibilidad de transportar varios productos.  No se produce daño ni se altera el medio ambiente.  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.  Eliminar la influencia de factores climáticos como nieve, neblina, etc.  Poder alcanzar ritmos de transportes imposibles de realizar con otro tipo de sistema.

E. ALTERNATIVA COMO MEDIO DE TRANSPORTE DE SOLIDOS La explicación del creciente interés por esta alternativa para transportar materiales de tamaño reducido, es principalmente de índole económico, y son dos factores los más destacados: 

Bajo Costo y economía de escala.



Puesta en marcha de la explotación de yacimientos mineros, cuya localización hace que tal actividad no sea económica por medio del transporte tradicional.

Algunos antecedentes indican que los costos de transporte son más bajos, dentro de ciertos límites de producción, comparados con el transporte por ferrocarril, por camión y por correas transportadoras. Si se toma como patrón de medida el costo de transporte interoceánico (c.t.i.) de materiales finos, se tienen los siguientes índices, que demuestran lo favorable que es el transporte hidráulico de sólidos por tubería.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

8

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

  

Por tubería o canales: 3 a 20 veces c.t.i. Por tren: 8 a 30 veces c.t.i. Por camión: 80 a 100 veces c.t.i. COSTOS DE TRANSPORTE DE SOLIDOS

En nuestro país la ubicación de los yacimientos crea condiciones de pendientes y balances hidrológicos favorables que hacen pensar de inmediato en el transporte mediante un sistema hidráulico, consistente en el movimiento gravitacional y/o forzado de suspensiones sólido - líquido ya sea en tuberías o canales.

III.

CLASIFICACION 1. Clasificación de acuerdo al conducto de transporte:  Transporte en canal abierto.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

9

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 Transporte por tuberías.

2. Clasificación debido a la fuerza impulsadora para mover la mezcla.  Transporte Gravitacional.

    

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

10

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 Transporte Por Bombeo.

 Transporte Mixto (Bombeo y Gravitacional). Participan el transporte gravitacional y por bombeo a la vez. 3. Clasificación según composición del Slurry o Pulpa: El elemento líquido es prácticamente solo el agua. Se distinguen dos tipos:  Los Homogéneos. Que se caracterizan por el hecho de que el material a transportar se mezcla después de haber sido triturado muy fino y que con el agua tiende a formar una mezcla que provoca la modificación de su viscosidad, formando unos lodos o pastas bastante concentrados.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

11

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 Los Heterogéneos. Los cuales existe una fase liquida – el agua – y una fase sólida, el material que se transporta, fases claramente independientes.

IV.

FACTORES A CONSIDERAR PARA EL TRANSPORTE Variables Del Sistema El flujo de mezclas sólido – líquido por cañerías depende de una gran cantidad de variables y parámetros, no estando aun 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 y Dureza.  Dependiente del fluido transportante (agua).  Densidad.  Viscosidad.  Dependiente de la instalación.  Diámetro interno de la cañería.  Longitud.  Desnivel.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

12

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 Rugosidad interna.  Ángulos de inclinación de la tubería.  Singularidades (estrechamiento, codos, etc.)  Dependiente de la mezcla.  Concentración de sólidos en volumen y en peso.  Densidad de la mezcla.  Dependiente del sistema.  Tonelaje de solidos a transportar.  Velocidad de flujo.  Pérdida de Carga.

V.

ESTUDIOS EMPIRICOS DEL TRANSPORTE HIDRAULICO DE SOLIDOS

En forma paralela al desarrollo teórico, se realizaron estudios experimentales que permitieron conocer las características de funcionamiento del transporte hidráulico de sólidos. Debido a la carencia de una teoría bien desarrollada para el transporte hidráulico de sólidos, los primeros análisis experimentales, fundamentalmente para flujo en tuberías a presión, se caracterizaron por su aleatoriedad en la fijación de las variables de estudio. Es así como algunos investigadores le dieron importancia a la concentración de la mezcla, al efecto del diámetro de la tubería, influencia de la densidad del sólido, etc. Sin embargo, la mayoría de ellos permitieron extrapolaciones de sus resultados, en la obtención de modelos matemáticos que permitieron la predicción del comportamiento global de un sistema de transporte hidráulico de sólidos. Como resultado de esto, se puede encontrar en la bibliografía una enorme cantidad de modelos empíricos para transporte hidráulico de sólidos, así mismo, también se puede encontrar defensores de algunos modelos, correctores e incluso opositores. No obstante, los resultados experimentales son una excelente herramienta de diseño a nivel industrial. Los estudios aludidos se centraron en el análisis de los tres parámetros

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

13

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

más importantes del transporte hidráulico de sólidos desde el punto de vista industrial:



velocidades límites de depósito.



pérdidas de carga en mezclas sólido-líquido o coeficiente de manning.



tasas de desgaste.

A. VELOCIDAD LIMITE DE DEPOSITO (VL) Como su nombre lo indica, la velocidad límite es la mínima velocidad de flujo para que no exista riesgo de depósito y obstrucción de la tubería. La definición más usada y de fácil determinación experimental es aquella que identifica como la velocidad a la cual los sólidos gruesos permanecen detenidos por periodos importantes en el fondo de la tubería (formación de dunas móviles y/o lecho fijo de fondo). La velocidad limite en transporte hidráulico de solidos depende fundamentalmente de las siguientes variables.  Granulometría de las partículas sólidas.  Densidad Relativa de las partículas sólidas.  Diámetro de la tubería o altura de escurrimiento en una canaleta.  Concentración de sólidos en la mezcla.  Inclinación de la tubería o pendiente de la canaleta. MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

14

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

Si la velocidad de flujo de la mezcla cae por debajo de esta velocidad límite de depósito, más y más material podría ser depositado en el lecho hasta que el tubo es finalmente bloqueado.

B. PERDIDA DE CARGA EN LA TUBERIA (JM) La resistencia al flujo en una mezcla sólido – líquido que fluye por una tubería puede ser considerablemente mayor que la resistencia en el caso de un líquido puro. Este comportamiento se puede explicar de la siguiente manera:  El aumento de concentración, para una velocidad dada, implica un aumento en la energía gastada en manera de las partículas sólidas en suspensión y la mezcla tiende a comportarse como un líquido puro.  Al producirse depositación de partículas en el fondo, el choque de las partículas contra la pared provoca una disipación muy fuerte de energía, y la perdida de carga aumenta considerablemente aunque la velocidad de flujo disminuya.  Si el depósito provoca la formación de dunas, ello crea disminución del área de flujo con el consiguiente aumento de la perdida de la carga del sistema.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

15

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

C. DESGASTE DE LAS TUBERIAS El desgaste que sufren inevitablemente las instalaciones de transporte hidráulico de solidos tiene dos causas principales:  La abrasión mecánica debido al choque continuo de las partículas sólidas contra la pared, y  La corrosión electroquímica debido a la diferencia de potencial electroquímico entre la pulpa y el ducto. La abrasión mecánica de las tuberías, tiene su origen en la formación de tensiones locales altas en la pared, causada por el incesante impacto sobre ésta de las partículas de gran energía cinética, la repetición de estas tensiones fatigan el metal erosionando la superficie.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

16

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

VI.

ELEMENTOS UTILIZADOS EN EL TRANSPORTE HIDRAULICO A. BOMBAS Cuando las condiciones topográficas no son adecuadas (pendientes en contra del flujo, distancias muy grandes, etc.), se requiere mover la pulpa con un sistema de bombeo. Las bombas que se utilizan para esto son de características distintas a las bombas de agua pura, dada a la alta densidad, viscosidad y abrasividad de la pulpa. Son las que se emplean para impulsar la pulpa (generador de caudal), aportándole presión, y vencer la resistencia de la carga.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

17

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

I.

Principales Tipos de Bombas Utilizadas:  BOMBAS DE ENGRANAJES Presiones de hasta 3600 psi (250 bar) Tipos • Externos • Internos

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

18

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 BOMBAS CENTRIFUGAS Pueden ser horizontales o verticales. Las bombas centrifugas consisten en un rodete montado sobre una carcasa o voluta. El líquido entra en el centro del rodete y es acelerado por el giro de éste, la energía cinética del fluido se transforma en energía potencial en la salida. Son similares a las bombas de agua pero los impulsoras y carcazas deben estar revestidos con goma y materiales sintéticos, poliuretano o hechas con aleaciones de níquel o acero al magnesio. Las modificaciones son para resistir la presión, la carga extra por el peso de la pulpa y los problemas mecánicos.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

19

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 BOMBAS ALTERNATIVAS Las bombas alternativas se utilizan para caudales de bajos a moderados, con elevadas alturas manométricas. Consisten fundamentalmente en un pistón y un cilindro, con las apropiadas válvulas de aspiración y descarga.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

20

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 BOMBAS DE PISTONES Disposición múltiple, nunca solas, Gran eficiencia, gran variedad de caudales y depresiones de trabajo Tipos (según disposición de los pistones): • Axiales • Radiales

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

21

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 BOMBAS DE LÓBULOS Son bombas que están provistas de elementos rotativos que comprimen el fluido en el interior de una carcasa proporcionando un caudal sin pulsaciones. Los Lóbulos son accionados por un sistema de engranajes, empleados en sistemas oleo hidráulicos.

B. TUBERÍAS Es un conducto que cumple la función de transportar la mezcla. Se suele elaborar con materiales diversos:     

Acero Comercial. Aceros Especiales (bajo contenido de Carbono). Aceros de Alta Resistencia. Plásticas (PVC). (Resistentes a la corrosión). Asbestos – Cementos (Solo aplicables a pulpas de granulometría finas y bajas velocidades).  Acero Revestido en Goma (Flujos a alta velocidad, cambios de dirección y solidos abrasivos, el problema es el costo y envejecimiento).  Acero Revestido en Poliuretano.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

22

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

Son del tipo:  Rígidos.  Flexibles (mangueras). La elección de un circuito de tubería se fija en función de 2 parámetros:  Caudal de circulación.  Presión soportada por las paredes.

 TUBERÍAS MAS USADAS  Tubería de Acero: Es la más utilizada porque es fácil de instalar y su rigidez la hace fácil de soportar. Para reducir el riesgo de sedimentación el acero debe ser sin soldadura.  Tubería con forro de Goma: El forro de goma es de un espesor de 50 – 100 mm, vulcanizado e instalado dentro de un tubo de acero de pared estándar o delgada. La resistencia al desgaste es mucho mayor que en las de acero normal y son muy ventajosas cuando se transporta pulpas muy abrasivas, con solidos muy gruesos.  Mangueras de Goma: Son muy resistentes a la abrasión y por su flexibilidad en los tramos curvos y también en tramos rectos verticales, por su menor rigidez.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

23

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 Tuberías de Plástico: Se utilizan cuando además de abrasión hay problemas de corrosión.

NOTA: Para las pulpas sus velocidades deben estar comprendidas entre 1.5 y 5.5 m/s dependiendo del tamaño de las partículas, densidad y porcentaje de solidos. Una velocidad baja (próxima a la velocidad límite) aumenta el riesgo de sedimentación (obstrucción) y una velocidad alta origina mayor desgaste. El flujo debe mantenerse turbulento para evitar la sedimentación. Por otra parte, a igualdad de caudal, menor velocidad exige mayor sección (mayor inversión). Dada la abrasividad de las pulpas el trazado debe ser lo mas recto posible, evitando las curvas y procurando que su radio sea lo mayor posible. Las curvas aumentan la abrasión y el riesgo de sedimentación. La tubería debe ir con acoplamientos situados a distancias razonables para permitir su desmontaje y rotación para compensar el desgaste.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

24

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

25

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

C. VÁLVULAS Son las que gobiernan los ductos hidráulicos. Se debe evitar el uso de válvulas ya que pueden ocasionar problemas de sedimentación de los sólidos, especialmente las de mariposa y compuerta además de no ser recomendables para pulpas abrasivas.

 VÁLVULA MÁS UTILIZADA La válvula más adecuada son las de manguito (válvula “PINCH”) Es una manguera de goma con una abrazadera externa de fundición y unos tirantes que al desplazarse presionan el tubo por los dos extremos de su diámetro. Se pueden accionar manualmente (válvulas pequeñas) o mecánicamente. Tienen diámetros desde 30 a 500 mm.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

26

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

Tipos: A. VALVULAS DISTRIBUIDORAS O DIRECCIONALES Abren, cierran y dirigen el fluido en un sentido u otro a través de las distintas conexiones.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

27

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

Tipos    

Unidireccionales Anti retorno (o de cierre) De vías múltiples

Válvulas Distribuidoras Unidireccionales

Permiten el flujo en un solo sentido. Presión mínima en función del taraje del muelle. Rara vez presentan averías, aunque sí fugas por desgaste. Tipos -

Anti retorno Anti retorno pilotado (pilotaje externo permite flujo inverso)

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

28

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA



Válvulas Anti retorno Pilotado

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

29

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 Válvulas Distribuidoras de Vías Múltiples Pueden ser:  De corredera – Canalizan la dirección y sentido del fluido – Gobiernan los actuadores  Rotativas – Alimentan otras válvulas – Pueden ser de 2, 3 ó 4 direcciones – Se emplean en sistemas de baja presión y poco caudal

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

30

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

B. VÁLVULAS REGULADORAS Regulan la presión y el caudal.

D. SISTEMA DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA Cuando se dispone de energía en exceso para el transporte (sobra altura de carga), se debe liberar el flujo excedente. El sistema más utilizado es el de anillos de disipación de energía, los cuales se introducen en el interior de la tubería provocando estrechamientos y ensanches bruscos.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

31

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

32

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

E. ACTUADORES -

Convierten energía hidráulica en mecánica.

-

Según el movimiento: o Lineales (cilindros)

-

Simple Efecto

-

Doble Efecto o Rotativos (motores)

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

33

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

34

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

Las variables más importantes para la medición y control son:  Velocidad de la Pulpa.

Velocímetros

 Densidad de la Pulpa.

Densímetros

 Presión Relativa o Absoluta.

Barómetros y Manómetros

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

35

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

VII.

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. 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 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. Para que este régimen de flujo exista es necesario que las partículas solidas sean muy pequeñas de densidad relativa baja y la velocidad de flujo sea alta.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

36

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

37

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

2. FLUJO DE SOLIDOS EN SUSPENSION HETEROGENEA En este caso los sólidos aún 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 aún puede asignárseles la velocidad del flujo pero con un pequeño grado de deslizamiento en las cercanías de las paredes. Este régimen de flujo es bastante usual en el transporte hidráulico de relaves con alto grado de molienda.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

38

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

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 están caen y son arrastradas por el fondo de la tubería o canal ya sea a saltos, 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 más 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 más finas suspendidas y a igual velocidad que el fluido por encima de ella. 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.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

39

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

4. FLUJO DE SÓLIDOS CON DEPÓSITOS DE FONDO Si el flujo es débil, las partículas más pesadas de la fase solida se depositan sobre el fondo de la tubería o canal, ya sea en forma intermitente o definitiva, presentándose un lecho fijo de solidos 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. El flujo con depósito estable de fondo se presenta generalmente en condiciones de concentración y tamaño de solido relativamente bajas, en cambio. Las dunas móviles son usuales en espectros granulométricos anchos y concentraciones importantes. Es poco aconsejable trabajar en este régimen de flujo.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

40

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

VIII.

APLICACIONES EN EL TRANSPORTE DE SÓLIDOS 1. TRANSPORTE DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN PARA LA MINERÍA El transporte hidráulico de solidos a través de cañerías, constituye una operación ampliamente utilizada desde hace varios años en numerosas industrias y especialmente en el campo de la minería. La primera patente relacionada con el transporte hidráulico de sólidos, de tipo industrial, data del año 1891, y se relaciona con el transporte de carbón mediante bombeo de una suspensión preparada con agua como fluido transportador. El rango de aplicación del transporte hidráulico de sólidos en la industria minera es muy amplia, tanto para el cobre como para toda la minería metálica. Cuando se transportan sólidos suspendidos en fluidos (suspensión), puede ser de mezcla homogénea o heterogénea. Es en la industria minera donde se lleva a cabo con mayor preponderancia la utilización del hidro-transporte, no solo transportando los minerales (a través de minero ductos), sino también llevando los desechos de la producción minera (relaves), a través de los relave ductos, a lugares propicios. Entre los factores que más influyen a la viabilidad de este proceso se encuentran:  Factores Económicos Son más bajos dentro de los ciertos límites de producción comparados con el transporte por ferrocarril, por camión o por correas transportadoras.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

41

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 Factores Geográficos La accidentada geografía hace que el transporte hidráulico sea el más adecuado, incluso mejor a las fajas transportadoras. Así se evita cualquier incidente como huaycos, neblinas, entre otros, que retardarían el transporte de los minerales. La ventaja de este transporte es que van de cordillera a mar, es por ello que se tiene una energía disponible. En casi la totalidad de estos transportes los requerimientos de impulsión son bajos o nulos.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

42

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 Factores Ambientales No se produce daño ni se altera el medio ambiente

El transporte de los minerales a través de ductos o tuberías, implica desde la planta de extracción hasta la zona costera de embarque. Un ejemplo seria lo que pasa en la minera ANTAMINA, en el distrito de SAN MARCOS, en la región de ANCASH, a 200 km de la ciudad de Huaraz y a una altitud promedio de 4300 m.s.n.m.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

43

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

2. TRANSPORTE DE PESCADO En los principios de la pesquería el proceso de transporte del pescado a la planta se hacía de forma manual y/o artesanal, lo cual consistía en introducir el pescado capturado por la lancha dentro de redes, las cuales eran llevadas ya sea por lanchones, camiones, etc. a la planta para su procesamiento. Este nuevo sistema altamente eficiente ha influido mucho en el transporte de materiales delicados como el pescado en embarcaciones o plantas de procesamiento. En hidroeléctricas, donde se requiere bombear peces fuera de las bocatomas respetando los requerimientos ecológicos, los transportadores hidráulicos han sido seleccionados como el sistema mas adecuado en pruebas comparativas con otros medios de transporte.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

44

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 EQUIPOS DE BOMBEO MAS CONOCIDOS EN EL PERU Absorbente con Bomba Centrifuga.

Absorbente con bomba de Cavidad Positiva (Moyno).

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

45

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

COMPARACION ENTRE LOS DOS TIPOS DE BOMBEO

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

46

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

3. TRANSPORTE HIDRÁULICO DE LA MADERA El instituto de Investigaciones sobre la Pasta y el Papel, de Canadá, es un precursor en los estudios de las posibilidades técnicas de transporte de madera desmenuzada suspendida en una corriente de agua a largas distancias, por medio de conductos desde el bosque hasta las fábricas. Estos trabajos comenzaron en 1957. En tal ocasión se transportaron partículas de madera preparadas a través de un conducto de 5 centímetros de diámetro. Se demostró que las partículas de madera suspendidas en agua podían pasar a través de una bomba centrifuga ordinaria sin que esta sufriera daños, y que en realidad los desperfectos sufridos por la madera destinada a las fabricación de pasta o papel eran del todo insignificantes si se consideraba su desplazamiento a lo largo de centenares de kilómetros.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

47

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

SISTEMA DE TRITURADO

Donde: a. b. c. d. e. f. g.

Transportador alimentador Pre-trituradora Cinta transportadora. Post trituradora. Sistema evacuador de tolvas. Extracción de material. Bombeo.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

48

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

BENEFICIOS DEL TRANSPORTE HIDRÁULICO DE MADERA   

  

     



Bajo costo unitario de transporte una vez ya instalado el transportador. Escasa mano de obra exigida por el sistema. Baja depreciación anual en comparación con los ferrocarriles o carreteras de nueva construcción. Incluso un lignoducto subterráneo sería menos costoso que una carretera o línea férrea nuevas. Reducción a un mínimo de los inventarios de madera para pasta en el bosque y en tránsito. Funcionamiento continúo de las fábricas.} Transporte de toda clase de especies madereras aprovechables sin pérdidas por hundimiento. Menor necesidad de una costosa explotación forestal selectiva. Aprovechamiento de rollizos de pequeño diámetro (raberones y ramas) que hoy apenas si se aprovechan Independencia de muchas condiciones meteorológicas o del terreno. Esto reviste importancia particular en las latitudes septentrionales. Eliminación de los costos de almacenamiento Posible utilización del agua de transporte en la fábrica para otros fines económicos Posibilidad de compartir entre dos o más compañías los costos y el volumen de madera desmenuzada transportado por el sistema del lignoducto. Posible utilización del sistema para el transporte de una gran variedad de otros materiales (minerales, menas, etc.) también presentes en los bosques. Hoy día existe ya una tecnología para ello. Mayor rendimiento y mejor calidad del producto gracias a la entrega continúa de madera verde a la fábrica.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

49

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

4. OTRAS APLICACIONES  EN LA INDUSTRIA PETROLERA El paso inmediato al descubrimiento y explotacion de un yacimiento es su traslado hacia los centros de refinacion o a los puertos de embarque con destino a la exportacion. Para ello se construye un oleoducto, trabajo que consiste en unir tubos de acero a lo largo de un trayecto determinado, desde el campo productor hasta el punto de refinacion y/o embarque. La capacidad de transporte de los oleoductos varia y depende del tamaño de la tuberia, es decir, entre mas grande sea el diametro, mayor la capacidad. Estas lineas de acero pueden ir sobre la superficie o bajo tierra y atraviesan la mas variada topografia. En la parte inicial del oleoducto una “estacion de bombeo” impulsa el petroleo y, dependiendo de la topografia por donde esta pase, se colocan estrategicamente otras estaciones para que le permitan superar sitios de gran altura. Los oleoductos disponen tambien de valvulas que permiten controlar el paso del petroleo y atender oportunamente situaciones de emergencia.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

50

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

51

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 TRANSPORTE HIDRÁULICO DE ALIMENTOS Tales como: F. Café. G. Aceitunas

 TRANSPORTE HIDRÁULICO PARA CONCRETO

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

52

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 PARA EXTRACCIÓN DE ARENA Y LODO

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

53

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

IX.

CONCLUSIONES  El conocimiento de los mecanismos de transporte hidráulico de solidos es muy relevante para las aplicaciones que se están teniendo en la actualidad, sobre todo en el ámbito de la minería.  Cabe destacar además que aunque estos mecanismos de transporte poseen variada aplicación, su aplicación en la minería está teniendo un alza bastante grande, lo que implica, que un buen conocimiento permitirá manejar de mejor manera los sistemas.  La explicación del creciente interés por esta alternativa para transportar materiales de tamaño reducido, es principalmente de índole económico.  Se debe tener en cuenta que una velocidad baja (próxima a la velocidad límite) aumenta el riesgo de sedimentación (obstrucción) y una velocidad alta origina mayor desgaste.  El flujo debe mantenerse turbulento para evitar la sedimentación.  Por último cabe mencionar que aunque no fue tocado en este informe de investigación, la seguridad en relación a estos sistemas es muy importante ya que se trabaja con presiones muy elevadas.

X.

BIBLIOGRAFÍA  Informe de Investigación: Transporte Hidráulico y Neumático UNIVERSIDAD DE ANTOFAGASTA – CHILE  Bombas centrifugas para solidos – HIDROSTAL.  Centrifugas – SIEBTECHNIK  Transportadores Hidráulicos – MIREILLY DURAN  Manual de Bombeo de Pulpas – ERAL.

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

54

UNIVERIDAD NACIONAL PEDRO RUÍZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

 Immer Jhon R. Manejo de materiales, Barcelona España Hispano Europea.  Borjas Franco. Plantas y manejo de materiales II. Carabobo, Venezuela. Agosto 1996 U.N.A manejo de materiales.  Hidrostal - Soluciones y Tecnologías.  Borjas Franco. Plantas y manejo de materiales II. Carabobo, Venezuela. Agosto 1996 U.N.A manejo de materiales.

XI.

LINKOGRAFÍA

 http://www.buenastareas.com/ensayos/Transporte-De-Solidos-EnTuberias/1276660.html  http://www.fao.org/docrep/21636s/21636s05.htm  http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r60794.P DF  http://es.scribd.com/doc/67473852/Transporte-hidraulico  http://es.scribd.com/doc/54238778/Calculo-Transporte-Hidraulico-dePulpas  http://www.maremundi.com/hidrocarburos.asp?id=7

MAQUINARIA INDUSTRIAL I – TRANSPORTADORES HIDRÁULICOS

55