bombas y pulpas

8/17/2019 Bombas y Pulpas

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Agosto de 2000.

Universidad de Atacama

Transporte de Pulpas


Mario A. Guevara

Departamento de Metalurgia



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Objetivos

Aplicar los principios de la mecánica de fluidos en elplanteamiento y resolución de problemas prácticos,

relacionados con el transporte de pulpas.

Desarrollar la capacidad basado en conocimientos teórico-prácticos para seleccionar , diseñar y evaluar euipos deimpulsión de pulpas.


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Temario

Generalidades

!ransporte de pulpas en canales

!ransporte de pulpas en tuber"as

#istema de bombeo de pulpas #istemas de disipación de energ"a

$onsideraciones generales de diseño

!ecnolog"a aplicada a pulpas

%roblemas operacionales de movimiento de pulpas en largadistancia

#istemas de medición y control en pulpas de largadistancia.


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Generalidades

&'isten importantes yacimientos mineros en la cordillera sobre ()** metros de altura

dif"cil acceso

poco espacio para instalación de plantas

+a tendencia actual es separar el yacimiento del concentrador

%or lo tanto, es necesario diseñar un sistema de transporteadecuado abastecimiento continuo y confiable

costos de inversión y operación raonable


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Generalidades

+as soluciones más abituales para el transporte de productosmineros son

camiones

v"a f/rrea

andarivel

cinta transportadora y

transporte idráulico


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Generalidades

$amiones diseño de una red vial

cancado primario cerca de los yacimientos

sistema de protección para el invierno

sistema simple costos en general altos

0"a f/rrea no se utilia en #udam/rica

las pendientes son altas


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Generalidades

Andarivel es interesante

problemas con avalancas de nieve y vendavales

limitado si aumenta la producción

!ransporte mediante cinta reuiere traados rectos

problemas de acceso en invierno para mantención

costos de inversión y operación altos




Generalidades

!ransporte idráulico

permite transportar grandes cantidades de sólido a gran distanciay en forma continua

el fluido transportante normalmente es agua la planta de molienda debe estar cerca del yacimiento

en algunos casos, tambi/n el concentrador

el sistema más utiliado es transporte idráulico en presión




Generalidades

0enta1as del transporte idráulico de sólidos

posibilita desarrollar traados sinuosos

se comporta bien en grandes desniveles

adaptable a cualuier topograf"a

m"nimo efecto en condiciones climáticas adversas

para gran variedad de productos de la industria minera

en algunos casos permite ale1ar la planta del yacimiento




Generalidades

0enta1as del transporte idráulico de sólidos

permite operación continua y comando remoto

menores costos de operación

costos de inversión competitivos reuiere m"nima mano de obra, alta productividad

m"nimo impacto ambiental




Generalidades

$omparación de costos de transporte de sólidos

!ransporte mediante andarivel *,2* - *,3* U#45!on ' 6m!ransporte mediante camiones *,7* - *,7) U#45!on ' 6m$inta transportadora *,*7 - *,*3 U#45!on ' 6m!uber"a *,**7 - *,*7 U#45!on ' 6m




Generalidades

Aplicaciones de los sistemas de transporte de pulpa enminer"a

!ransporte de concentrado desde mina acia puerto o estaciones

ferroviarias 8&scondida, $ollauasi, %elambre, Alumbrera, Andina9

!ransporte desde la mina al concentrador 8+os :ronces5+as!órtolas, #e;el5$olón, %elambres5$acay9

!ransporte de relaves 8!eniente, Andina, +a Gran1a9


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Generalidades

%royectos mineros de transporte de pulpa

Compañía Producto Tipo conducción Dimensiones Largo (ms! Producción ("TD! #nicio

!eniente =2

Disputada Mineral !uber"a de acero diámetro (*? )@ 2 7>>(

&scondida $oncentrado !uber"a de acero diámetro @? y >? 7=) 3 - ) 7>>( - 7>>)

Bscaycru 8%erC9 $oncentrado !uber"a de acero diámetro 2,)? () 7 7>>@

Alumbrera 8Argentina9 $oncentrado !uber"a de acero diámetro ? (3* - 2** 2 - 2 7>>

$ollauasi $oncentrado !uber"a de acero diámetro ? 7>) 2 7>>= Andina >=


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Generalidades

$onsideraciones para el transporte de pulpa

el sistema debe ser capa de conducir la má'ima producción dela faena minera

debe ser fle'ible para operar en un rango amplio de producción

debe tenerse en cuenta en su diseño problemas como corte de suministro de energ"a el/ctrica

falta de agua fallas operacionales

temblores

contar con un sistema de detección de bloueo y fugas y piscinasde emergencia


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Generalidades

$onsideraciones para el transporte de pulpa 8cont...9

los accesorios deben tener sistemas stand-by ue permitan lamantención y prever problemas de erosión y corrosión.

los operadores deben tener una clara concepción de losproblemas ue podr"an tener en el sistema.

sistema de comunicación confiable y con respaldo

para el diseño, deben realiarse pruebas de laboratorio

el diseño, construcción y operación deben estar completamentede acuerdo a la legislación vigente


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Generalidades

$onsideraciones para el diseño

para el transporte de minerales a molienda o relaves a lostranue de depósito, son preferibles los canales abiertos a las

tuber"as

para los concentrados, las l"neas gravitacionales presuriadasson la me1or solución 8tuber"as9

el consumo de agua debe ser lo más ba1o posible


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Generalidades

$onceptos idráulicos

tamaño de las part"culas sólidas

concentración de pulpa

viscosidad velocidad l"mite

tasa de erosión

tasa de corrosión

p/rdida de carga

selección de la tuber"a

bombas, válvulas y selección de disipadores de energ"a


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Generalidades

$riterios principales de elección de rutas

análisis comparativo de varias rutas

utiliar la má'ima pendiente posible, asta un 7)

análisis simultáneo de permisos y propiedades de terrenos

plataforma de un m"nimo de 7* a 7( metros para instalar la

tuber"a

en los cruces de r"os, la tuber"a debe estar enterrada ba1o laprofundidad má'ima de erosión


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Generalidades

$omponentes principales del sistema

estación de bombeo estación de disipación

estación de válvulas

estanues de almacenamiento

estación terminal

tuber"a


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Transporte de pulpa en canales

%ara el diseño de canales se consideran dos aspectosprincipales fórmula de Manning

concepto de velocidad l"mite

%ara flu1o uniforme, la fórmula de Manning es

32

21 HR S i

nQ ×=×

donde


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$oeficientes de Manning de los materiales más usualesutiliados en canaletas de pulpa

$aterial nED% *.*77Eormigón *.*72

Acero *.*7(Madera pulida *.*73

Goma *.*7(


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+a velocidad de escurrimiento debe ser mayor ue lavelocidad l"mite de depósito, v+.

+a velocidad l"mite se puede calcular como

[ ] 25,0LL 1)-(Shg2F1,25 v ×××××=

donde F+ parámetro de Mc&lvain y $ave 8depende del tamaño y

concentración de sólidos altura

s gravedad espec"fica de los sólidos

ecuación conocida como de Durand modificada


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tra forma de calcular la v+ es mediante la ecuación de

Dom"ngue

158,0

H

85

5,0

m

msHL

R

d

ρ

)ρ(ρ

R g81,83 v

×

−××××=

donde ρs densidad del sólido

ρm densidad espec"fica de la mecla


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Hormas para el dimensionamiento de canales

alturas de escurrimiento distintas de las altura cr"tica para evitar

resaltos 8turbulencia, aireación y salpicaduras9

nCmero de Froude mayor ue 7,7 o menor ue *,> de maneraue el flu1o sea abiertamente r"o o torrente

nCmero de Froude menor ue 2,* porue si la pendiente es muyalta se generan flu1os supercr"ticos con ondas 8olas9 altas

en miner"a se utilian ductos circulares, canales rectangulares yeventualmente trapeciales.

T t d P l


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Transporte de pulpa en tuberías

+os factores más importantes para el transporte de pulpa entuber"as son

velocidad l"mite de depósito p/rdida de carga o resistencia al flu1o

+a velocidad l"mite determina la m"nima velocidad de flu1o demanera ue no e'ista riesgo de depositación y obstrucción de

la tuber"a.

T t d P l


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+os parámetros ue influyen en la velocidad l"mite son

granulometr"a de las part"culas sólidas

densidad relativa de las part"culas sólidas diámetro de la tuber"a

concentración de sólidos de la mecla

inclinación de la tuber"a

pE de la pulpa

T t d P l


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+os modelos tradicionales para predecir la velocidad l"miteson

Fórmula de 0occadlo y #agoo

donde, I velocidad de sedimentación de las part"culas

Fórmula de Mc&lvain y $ave

en ue

[ ] 31

!g1)-(S"8,# v $L ×××××=

[ ] 21

1)-(S!g2F v $L ××××=

)",(d F $50L f =

T t d P l


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Gráfico de Mac-Elvain y Cave

*,3

*,)

*,@

*,

*,=

*,>

7,*

7,7

7,(

7,2

7,3

*,*7 *,7* 7,**

D%& 'mm

) L

Cv * +&,

Cv * -&,

Cv * .&,

Cv * %,



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Adicionalmente, desde el punto de vista emp"rico, se aencontrado ue

vL 'm/s 0ranulometría

7.) ) J @)K(.7 7) J @)K(.3 (* J @)K(. () J @)K



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+a relación entre la resistencia de una pulpa y el agua var"a deacuerdo al de sólidos de la pulpa del modo siguiente

log 1

log 2

$07

$02$0(

0+

a g u a

$07 L $0( L $02



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#e define la diferencia unitaria de p/rdida de carga, Φ, como

donde m p/rdida de carga de la pulpa

* p/rdida de carga del agua

$v concentración de sólidos en volumen

y es función de las siguientes variables granulometr"a de la part"culas

densidad relativa de la part"culas

diámetro de la tuber"a

velocidad de flu1o

0

0m

%"v

%-% &

×=



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%ara flu1o en tuber"as, se emplea la e'presión de Darcy

donde λ es el coeficiente de fricción y depende del nCmero de


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&'isten varios modelos para predecir la p/rdida de carga,todos basados en el parámetro adimensional Φ,

M/todo de Durand

M/todo de He;itt

M/todo de Mc&lvain y $ave

5,1

d

2

!g

"v1* &

××

×=

3v1)(S!g1.100 & −××××=

0mL %1,1 % $1,3$ si ×=⇒×>



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Sistemas de bombeo de pulpas

a

b c

d

$aracter"sticas idráulicas para definir un sistema de transporte de pulpa

$arga estática de succión distancia vertical entre a y b. %/rdida de entrada *,) veces altura de velocidad de succión

%/rdida de carga en la succión p/rdida entre a y b

Altura estática de descarga distancia vertical entre c y d

%/rdida de carga en la descarga p/rdida de descarga entre c y d

%/rdida de salida altura de velocidad de descarga

%resión reuerida en punto de descarga depende del tipo de descarga



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Sistemas de bombeo de pulpas

+os tipos de bomba más usuales son

bombas centr"fugas

bombas de desplaamiento positivo bombas especiales



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Bombas centrífugas

$orresponden a una adaptación de la bomba de aguacorriente, con modificaciones para resistir la presión

la carga e'tra por el peso de la pulpa los problemas mecánicos de los sellos

son las más utiliadas en plantas de beneficio

la altura de impulsión má'ima no más allá de @* m.

para bombas en serie, la presión final no debe ser superior a** psi



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Bombas centrífugas

la velocidad perif/rica del rodete impulsor está limitada a ()m5s 8@** a 7=**


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Bombas centrífugas

$orrección de las curvas caracter"sticas

las curvas entregadas por el fabricante corresponden al

funcionamiento de las bombas con agua pura.

el factor de corrección es el siguiente

donde E altura de impulsión de la bomba

E; altura de impulsión de agua pura

E< factor de corrección

HR

H H +=



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Bombas centrífugas

Modelo de Mc&lvain y $ave para determinación de E<

el modelo propone la siguiente ecuación

donde

20

"- 1 HR v

×=

( )50dS, =



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p p

Bombas centrífugas

Determinación de 6 para Mc&lvain y $ave

*.**

*.*)

*.7*

*.7)

*.(*

*.()

*.2*

*.2)

*.3*

*.3)

*.)*

*.*7 *.7 7.* 7*.*

=.**

).**

3.**

2.**(.))

(.**

7.=*

7.()

7.7*

3"

D%& 'mm



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p p

Bombas centrífugas

Modelo de #illgren para determinación de E<

el modelo propone la siguiente ecuación

donde $p concentración de la pulpa en peso

$d coeficiente de arrastre

este modelo permite traba1ar con pulpas de asta (* envolumen

0,25

d

0,0,

"

1)(S"0,32 - 1 HR

−××=



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p p

Bombas centrífugas

tros aspectos importantes de considerar en el diseño de unsistema de bombeo son

el punto de funcionamiento de la bomba debe ser estable el estanue debe tener un tiempo de residencia superior a un

minuto para pulpas sin espuma

de dos a tres minutos para pulpas con fuerte espumación

la forma del estanue debe evitar embanues, formación detorbellinos o succión de espuma

el monta1e de la bomba no debe tener bolsas de aire en suinterior

deben considerarse las normas de mantención dadas por elfabricante



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p p

Bombas de desplaamiento positivo !pist"n#

#e utilian para impulsión de pulpas a grandes distancias o confuertes diferencias de nivel

se logran presiones de asta 2.*** psi

tienen alta eficiencia de bombeo 8>*9

pueden tomar carga por encima de las condiciones de traba1o

8partida rápida9

la velocidad de flu1o se limita a 3 m5s

tienen alto costo de instalación y mantención



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p p

Clasificaci"n

$lasificación de las bombas segCn el tamaño de part"cula

Tamaño de partícula Tipo de 4omba $aterialMalla 25=? 87* mm9 :omba dragadora Acero, Mn, otras aleaciones

:omba arena y grava Fe duro revestido de gomaimpeler cerradopart"culas redondeadas

Malla = 8(,) mm9 :ombas de arena


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Control de velocidad

&l control de velocidad es importante debido a las variacionesue se producen en la fase pulpa

+os m/todos más utiliados son poleas en 0

acoplamientos idráulicos

acoplamientos magn/ticos

motores de velocidad variable 8los más utiliados9

motores embobinado accionamiento de embrague



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Sistemas de disipaci"n de energía

$uando se dispone de energ"a e'ceso para el transporte8sobra altura de carga9, se debe liberar el flu1o e'cedente.

&l sistema más utiliado es el de anillos de disipación deenerg"a

&stos anillos se introducen en el interior de la tuber"aprovocando estrecamientos y ensances bruscos.

#e fabrican de un in1erto de material cerámico fundido sobreuna matri metálica



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Anillo de disipación de energ"a



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Anillo de disipación de energ"a

se pueden disipar asta )* - @* m de pulpa

velocidades al interior del anillo de 2( - 2) m5s la p/rdida de presión en el orificio, es

en ue E N p/rdida de presión 8m9

O N flu1o volum/trico de pulpa 8m25s9

d7 N diámetro interior del orificio 8m9

6 N constante 8*,*) - *,=*9

#

1

2

d

Q H ×

=



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Disposición de los anillos

Anillos fi1os

son permanentes en la l"nea con p/rdida de carga constante

Anillos variables la p/rdida de carga se regula mediante una válvula de control



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Anillo variable

0álvula de control

Anillo disipador



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Cavitación en anillos disipadores

debido a ue la presión en los anillos disminuye fuertemente,

aumenta el peligro de cavitación

para evitar esto, en las estaciones disipadoras, el sistema serecubre con goma o poliuretano

los anillos con mayor peligro de cavitación se ubican al final dela estación 8a veces se diseñan con diámetros mayores9



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Consideraciones generales de dise$o

Caracteri5ación del sólido a transportar

0ariables

Densidad del sólido Granulometr"a del sólido

Forma de las part"culas

0elocidad de sedimentación

$oncentración de sólidos

Densidad relativa de la pulpa !emperatura de la pulpa

0iscosidad de la pulpa

pE



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6angos de 7lujo

&l caudal reuerido para un flu1o dado es

donde !M#%E toneladas m/tricas de sólido transportadas por ora

$p concentración de sólidos en peso

# densidad relativa del sólido

×=

s

m3

S

1 -1-

"

1

3.*00

/SH Q



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%ara el caso de sistemas restringidos, se debe manipular el de sólidos de manera de mantener constante el caudal

el caudal m"nimo estará dado para una m"nima producción y # y $p má'imos

el caudal má'imo estará dado para una má'ima producción y# y $p m"nimos

los caudales m"nimos transportables uedan definidos por lavelocidad m"nima de sedimentación



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Pona de traba1o para un sistema de transporte

!onela1e

m"nimo

!onela1e

operación

!onela1emá'imo

$oncentración

m"nima

$oncentración

operación

$oncentración

má'ima

$ a u d a l m " n i m o

$ a u d a l o p

e r a c i ó n

$ a u d a l m á

' i m o %unto de

operación

Cp

T$3P8



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3elección del tipo de ducto de conducción

%ara conducción en presión

transporte oriontal transporte a altura

+a tuber"a debe ser de acero



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3elección del tipo de ducto de conducción

%ara conducción gravitacional

$onsideraciones el traado por tuber"a para un mismo sistema es menor ue el

traado por canaleta

el costo de la canaleta es muco menor ue el de tuber"a


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Selecci"n del tipo de bomba

&'isten dos tipos de bomba :ombas centr"fugas de pulpa

:ombas de desplaamiento positivo

:ombas centr"fugas de pulpa eficiencias sobre @*

presiones asta ** psi 8en serie9

duración de elementos desgastables asta 7*** oras.

:ombas de desplaamiento positivo eficiencias entre =* y >*

presiones asta 2*** psi

pueden desarrollar grandes alturas de impulsión



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Selecci"n del tipo de bomba

+os aspectos importantes son costos

altura de impulsión

&l sistema con bombas centr"fugas es más económico

las bombas de desplaamiento positivo son convenientespara

grandes alturas de impulsión pulpas e'tremadamente viscosas



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Selecci"n del tipo de tubería

+os tipos más utiliados son Acero comercial

es el más utiliado

se fatiga sobre (=.*** psi

alto desgaste y corrosión interna y e'terna aceros de alta resistencia

se fatiga sobre @).*** psi

alto costo

%lásticas

pueden ser de %0$, polipropileno, polietileno, ED%, etc.. fáciles de instalar

presiones menores ue 7** a (** psi

Acero revestido de polietileno se busca resistencia a la corrosión y soportar altas presiones



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%álvulas de pulpa

Dada las caracter"sticas abrasivas de la pulpa, no esconveniente utiliar válvulas de laberinto, de mariposa o decompuerta 8de agua9

la selección se basa en dos factores si actCa como estrangulamiento o

como válvula de corte

tipos de válvula válvula %inc

válvula de bola

válvulas de cono



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%álvulas de pulpa

0álvula %inc mangas de goma fle'ible ue reduce su área de flu1o mediante

pinas o aire comprimido

la precaución es ue se usen con una coraa metálica e'terior

para absorber las sobrepresiones y no entren en resonancia

0álvula de bola especiales para flu1os viscosos o con sólidos en suspensión

0álvulas de cono similares a las de bola

pero cuentan con un sello idráulico ue permite reducir el torue



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Problemas operacionales en canales

&l depósito en el fondo local provoca formación de ondassuperficiales 8desborde9

aumenta el riesgo de embanues mayores

tambi/n se forman resaltos idráulicos, lo ue aumenta elárea y disminuye el caudal.

ay riesgo de ca"da de animales y gente

si el canal es por e'cavación, para velocidades mayores de 3m5s, se sigue profundiando.



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Problemas operacionales en tuberías de pulpa

desgaste de l"neas de pulpa 8abrasión mecánica yelectrou"mica9

fenómeno de migración 8por cortes de flu1o9

vaciado de pulpa 8drena1e de la l"nea9

llenado de tuber"as de pulpa

en general, cuando el flu1o no es estacionario



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Sistemas de medici"n y control

!uber"as a presión la instrumentación más adecuada es la no obstructiva 8e'terna o

parte de ella9

+as variables más importantes son caudal de pulpa 8o velocidad9

densidad de pulpa

presión relativa o absoluta

Adicionalmente, tambi/n espesor de la tuber"a

pE de la pulpa

temperatura de la pulpa y ambiental



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Medición de caudal de pulpa flu1ómetros magn/ticos

medidores ultrasónicos

Densidad de pulpa dens"metros de absorción radiactiva o ultrasónica

pesa1e de un ramal de la l"nea

%resión medidores de presión electrónicos de diafragma



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$analetas medición de niveles

pE

temperatura de la pulpa

Medición de niveles ultrasónica

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