CICLONES DE MEDIO DENSO Los ciclones de medio denso son uno de
los principales dispositivos para el relavado de finos. El
principio que rige la separacin entre partculas ligeras y pesadas
es el mismo que en los medios densos estticos. La diferencia
fundamental estriba en que la fuerza de gravedad es reemplazada por
la fuerza centrfuga.
Donde es la fuerza centrfuga, es la velocidad tangencial, es el
radio del cicln, es la masa de la partcula y es la masa del fluido
desplazado por la partcula. Adems, la velocidad se incrementa a
medida que se desciende en el cicln, de forma que el pex la fuerza
centrfuga es unas 200 veces superior a la de la gravedad. Por lo
tanto, las fuerzas que tienden a separar las partculas de carbn de
las de estril, son mucho ms fuertes en un cicln que un sistema
esttico.
Figura 5. Esquema idealizado de las trayectorias de un cicln de
medio denso
Los ciclones de medio denso tienen dos ventajas fundamentales:
Poseen una gran capacidad Ofrecen la posibilidad de lavar partculas
finas
Figura 6. Cicln en medio denso
Es importante considerar los movimientos que se originan en el
cicln. Estos consisten en un vrtice descendente que facilita el
hundimiento de las partculas pesadas, y otra ascendente por el
centro del cicln que eleva las partculas de carbn hasta el punto de
salida.Otro factor adicional que influye en la separacin es el
progresivo incremento del peso especfico del medio a medida que
desciende hacia el pex. En cuanto a los productos utilizables para
la preparacin del medio denso, nicamente la magnetita se ha
empleado de una forma generalizada. Uno de los factores que ms
influencia ejerce sobre la eficacia de la separacin es el tamao de
las partculas de magnetita. El tamao ms adecuado es aquel en el que
90% de las partculas son menores de 325 mallas, siendo esencial que
esta granulometra sea mantenida.En los ciclones la viscosidad del
medio tiene poca importancia al ser disminuida por la aparicin de
fuerzas de cizallamiento. Los ciclones de medios densos son
bastante insensibles a la viscosidad. El campo de aplicacin de los
ciclones en medios densos est comprendido entre 30 y 0.5mm. En este
rango de tamaos, estos ciclones efectan un lavado ms eficiente que
el resto de los sistemas de tratamientos finos. Las capacidades de
las plantas de ciclones de medios densos oscilan entre 50 y 1300
ton/h. Un esquema de instalacin tpico consta de: Cubas de deslamado
( se eliminan partculas inferiores a 0.5mm) Depsito para alimentar
el cicln Bomba Cicln de medios densos Cribas de lavado y drenaje
del carbn y estriles Secador centrfugo del carbn lavado Sistema de
recuperacin de la magnetita Sistema de control del peso
especfico
Los conos se suelen fabricar con dimetros de 0.5 0.6 m. Y dan
unas producciones de 50 y 75 ton/hora respectivamente. El ngulo del
cono puede ser de 20o, la presin de alimentacin de 69 a 96 kN/m2, y
se instalan inclinados para facilitar el drenaje y la
alimentacin.Adems de los ciclones convencionales, existen otros de
forma tubular. De ellos, los ms importantes son el Turpinson y el
DWP (Dyna-Whirpool). En el DWP el cilindro es recorrido por una
corriente de medio denso introducida tangencialmente por la
extremidad inferior bajo una presin del orden de 96,6 kN/m2.
La alimentacin se realiza axialmente por la extremidad opuesta y
se mezcla con la corriente del medo que se remonta en el cilindro.
Las partculas ms pesadas son centrifugadas y rechazadas a lo largo
de la pared del tubo para ser evacuadas tangencialmente. El carbn
flota sobre la superficie del torbellino y se evaca axialmente por
la base del aparato. En los aparatos ms grandes se pueden lavar
hasta 150 ton/hora.La principal ventaja de los ciclones de medios
densos es su alta eficiencia para el lavado de carbones de
granulometra comprendida entre 0.5 - 30mm. En cuanto a desventajas,
se pueden citar: Elevados costos de instalacin inicial No
recuperacin de menores de 0.5 mm Costos constantes de magnetita
Elevados costos de mantenimiento
HIDROCICLONESEl hidrocicln es un filtro diseado para ser
utilizado en cabezales de filtracin, para aplicaciones
industriales. Su funcin es la de separar la mena de la ganga y
otras partculas compactas ms pesadas que el agua. La separacin se
produce gracias a la velocidad de rotacin que se genera al ser
inyectada el agua de forma tangencial en el interior del cuerpo del
hidrocicln. Como consecuencia de la fuerza centrfuga, las partculas
slidas se desplazan hacia la pared del cono de hidrocicln, donde
prosiguen una trayectoria espiral descendente debido a la fuerza de
gravedad.
De esta forma, las partculas slidas son arrastradas a la parte
inferior del hidrocicln donde se almacenan en un depsito colector.
La mena sale del hidrocicln a travs del tubo situado en la parte
superior. Las partculas slidas de ganga acumuladas en el depsito
colector deben ser eliminadas peridicamente. Esta limpieza puede
realizarse con una purga contnua o bien con un drenaje
temporizado.
Estructura de un Hidrocicln clsico
Figura 7. Estructura de un hidrociclnSiendo (1) la boquilla de
entrada, (2) la de descarga y (3) la de salida. Y para las
corrientes (K1) representa el producto grueso y (K2) el producto
fino.
Principio de FuncionamientoLa suspensin slido-lquida es
introducida a presinen el interior del hidrocicln por la boquilla
de entrada (1) por la parte cilndrica superior lateral y sometida a
formar una corriente externa circulatoria (torbellino o remolino
externo). A causa del efecto de reduccin de la parte cnica inferior
del boquilla de salida (2) se transforma a partir de una parte del
remolino exterior dirigido hacia abajo una corriente circulatoria
interna (remolino interno) dirigida hacia arriba.El balance de
extraccin de las partes del remolino exterior del hidrocicln se
efecta de la siguiente manera: la parte que contina en el
hidrocicln avanzando hacia abajo lo abandonar por la boquilla
inferior, mientras la parte que asciende del remolino interior ser
extrada por el boquilla exterior (3) (captador de remolino).
Figura 8. Separacin de un fluido diluido en un hidrociclnEs
caracterstico para el modo detrabajode los hidrociclones, que se
forme alrededor el eje de los mismos "un ncleo deaire". El "ncleo
de aire" es consecuencia del campo de la fuerza centrfuga,
pudindose interpretar su formacin a causa del efecto que ocasiona
la salida del suspensin por el vertedero y que, adems, une los
boquillas de salida superior e inferior.El nmero de Reynolds de los
fluidos en los hidrociclones se encuentra en el orden desde 105
hasta 106, es decir valores para fluidos altamente turbulentos.El
estudio de los modelos de clasificacin por fluidos turbulentos en
hidrociclones ha contribuido a fundamentar fsicamente los efectos
de separacin en elproceso.
La aceleracin de una partcula que entra en el cicln viene dada
por:
Donde es la aceleracin de la partcula, es la masa de la
partcula, es la masa del fluido desplazado por la partcula, es la
velocidad tangencial y es el radio del cicln.Para partculas que se
encuentran en una misma posicin en el cicln, la relacin anterior se
puede expresar de la siguiente forma simplificada:
Donde es una constante que es igual para todas las partculas y
es el peso especfico de la partcula. Si se considera una partcula
de roca de peso especfico 2,4 g/cm3 y otra de carbn de peso
especfico 1,3 g/cm3 se ve fcilmente que la partcula de roca tiene
una aceleracin inicial 2,5 veces superior a la de carbn. Por lo
tanto, la partcula de roca presentar una mayor tendencia a
desplazarse segn el vrtice descendente y ser arrastrada hasta el
fondo del cicln, de donde se evacua por la boquilla inferior de
descarga. Por el contrario, la partcula ligera de carbn, es
arrastrada por el vrtice ascendente, constituyendo el rebose que se
extrae posteriormente. El peso especfico de separacin de un
hidrocicln y, por tanto, el contenido en cenizas del carbn lavado,
se puede variar regulando las dimensiones del orificio de descarga.
Un esquema tpico de tratamiento consta de: Depsito de alimentacin
del hidrocicln y bomba Hidrociclones Depsito de alimentacin del
cicln clasificador y bomba Ciclones clasificadores Criba de
escurrido Secador centrfugo
Figura 9. Diagrama de flujo de una instalacin de hidrociclones
de una etapa
Este tipo de planta tiene las siguientes ventajas: Puede tratar
cualquier rango de tamaos inferior a 32mm. Bajos costos de capital
Bajos costos de operacin No implica costos por consumo de medios
densosLas desventajas son: Baja eficiencia de lavado Necesidad de
grandes cantidades de agua Para aumentar la eficiencia del lavado
se realiza una segunda etapa, ya que en esta se recupera el carbn
que en el otro caso podra pasar al estril. El lavado en dos etapas
es esencialmente recomendable cuando se alimenta con una porcin
importante de carbn menor de 6-9mm. En cuanto a costo por
tonelada/hora de carbn lavado, se incrementa aproximadamente en un
13% al pasar de una a dos etapas. En general, el lavado con
hidrociclones es el sistema de tratamiento que parece tener mayores
posibilidades para el relavado de carbn. Se ha demostrado que es
posible recuperar hasta el 90% del carbn presente, abarcando toda
la granulometra comprendida entre 32 y 0,5mm. Adems, hay que
destacar la eficiencia de los hidrociclones para la eliminacin del
azufre.
