Diseño de Sistema de Piping

Universidad de Chile

Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas

Departamento de Ingeniería Mecánica

Informe final

Diseño de Sistema de Piping

Curso: ME-56B Taller de Diseño Mecánico

Profesor: Alejandro Font

Ayudantes: Benjamin Blas

Ociel Gutierrez

Alumno: Xavier Mutizabal

Fecha: 21/07/2010

Índice:

1 Resumen: 3

2 Introducción: 4

3 Objetivos: 5

4 Antecedentes: 6

4.1 Los Bronces 6

4.2 Planta de procesamiento Las Tórtolas 7

4.2.1 Descripción del proceso 7

4.2.2 Equipos principales 8

4.2.3 Insumos principales 9

4.3 Antecedentes de piping 10

4.3.1 Densidad del lodo: 10

4.3.2 Reología del lodo: 10

4.3.3 Estimación de la reología del lodo: 11

4.3.4 Velocidad de Transición: 11

4.3.5 Pérdidas por fricción en flujo laminar: 12

4.3.6 Pérdidas por fricción en flujo turbulento: 12

4.3.7 Velocidad de deposición: 13

4.3.8 Cálculo de pérdidas por flujo horizontal 15

4.3.9 Perdidas de carga en flujo vertical: 16

4.3.10 Perdidas singulares: 17

4.3.11 Distancia entre soportes: 17

4.3.12 Espesor de la pared: 18

4.3.13 Bombas de lodo: 19

4.3.14 Tiempo de vida de la bomba: 21

4.3.15 Válvulas: 21

4.3.16 Instrumentación: 24

4.3.17 Sistemas de control: 24

5 Definición de parámetros de diseño: 25

5.1 Temperatura ambiental de operación 25

5.2 Altura de la planta 25

5.3 Tipo de sólido bombeado: 25

5.4 Liquido bombeado: 25

5.5 Granulometría: 25

5.6 Gravedad específica sólidos: 25

5.7 Concentración de mineral: 25

5.8 Caudal máximo: 25

5.9 Presión de entrega: 26

5.10 Condiciones topográficas del recinto: 26

6 Cálculos, diseño y selección: 28

6.1 Cálculos de reología: 28

6.2 Cálculos de Velocidad 28

6.3 Cálculos de pérdida 30

6.4 Calculo de presión: 30

6.5 Selección de Bomba: 31

6.6 Instrumentación: 32

6.7 Sistemas de control: 32

7 Comentarios: 33

8 Bibliografía: 34

9 ANEXO A: Gráficos para el cálculo de velocidad 35

10 ANEXO B: Tablas válvulas 37

11 ANEXO C: Disponibilidad bombas 40

12 ANEXO D: Diagrama piping 41

13 ANEXO E: 42

14 ANEXO F: Perdida de rendimiento de bombas 44

15 ANEXO G: Gráfico de bombas 45

16 ANEXO G: Instrumentación 48

17 ANEXO H: Sistema de control 49

1 Resumen:

Minera Los Bronces perteneciente a la División Anglo American, se encuentra situada en la Región Metropolitana cuya principal actividad es el procesamiento de minerales sulfurados.

Los Bronces, cuenta con una planta de procesamiento de minerales sulfurados llamada Las Tórtolas ubicada a 56 km de donde se extrae el mineral. El proceso a utilizar por la planta es la concentración de mineral mediante flotación por celdas Rougher, flotación columnar, espesado y secado.

El presente, consistirá en analizar debidamente uno de los procesos realizado en dicha planta donde intervienen variados equipos que procesan el material minado de manera de obtener principalmente cobre.

2 Introducción:

El presente documento es el informe final del proyecto final de la asignatura ME56B Taller de Diseño Mecánico. En el presente informe se explicará el funcionamiento y se darán antecedentes de Minera Los Bronces. A continuación, se detallarán todos los procesos involucrados desde la extracción del mineral, el chancado y molienda del material, el envío a través del mineroducto, y el proceso de concentrado del mineral.

En el proceso de obtención de minerales intervienen variados equipos que procesan el material proveniente de la mina, de manera de obtener cobre -entre otros metales- principalmente. Considerando dichos equipos, se selecciona un sistema de transporte del material en sus distintos estados y composiciones entre un equipo y otro. Al tratarse de un sistema hidráulico toma una mayor relevancia detallar el diseño el del piping -tuberías- que transportan un fluido de pulpa, impulsado por una bomba hidráulica.

El equipo seleccionado impulsa lodo o mezcla entre el concentrado de cobre y agua proveniente de las celdas Rougher, de la Remolienda y de las celdas Scavenger, para luego ser descargado a una batería de hidrociclones.

En el presente informe se detallará el análisis, diseño y selección para el sistema de piping antes mencionado.

3 Objetivos:

• Comprender la interrelación entre los distintos equipos mecánicos envueltos en procesos mineros a través del procesamiento de sulfuros para la obtención de concentrado de cobre.

• Familiarizarse con órdenes de magnitud en las variables de diseño luego de revisar 'in situ' una planta concentradora de cobre en operación, de manera tal de dimensionar correctamente los equipos.

• Finalmente, realizar el diseño mecánico de un equipo particular –piping-, considerando su interrelación con otros equipos que forman parte del sistema.

4 Antecedentes:

4.1 Los Bronces

División Los Bronces de Anglo American Chile, se ubica a 60 kilómetros de Santiago, a una altura de 3.400 msnm. El mineral es enviado 56 kms. en forma hidráulica, por un mineroducto que desciende desde la Mina hasta la Planta las Tórtolas, 50 kms. al norte de Santiago, en la comuna de Colina. En Las Tórtolas se producen los concentrados de cobre y molibdeno, que son enviados a la Fundición Chagres u otras fundiciones dentro y fuera del pais.

La producción de los Bronces en 2004, fue de 231,6 miles de TM de cobre fino.

En las siguientes figuras, se muestra la ubicación de Minera Los Bronces, seguida por su perfil y el Diagrama de Flujo de Proceso Productivo.

Figura 1: Ubicación División Los Bronces, Región Metropolitana

Figura 2: Perfil División Los Bronces

Figura 3: Diagrama de Flujo Proceso Productivo División Los Bronces

4.2 Planta de procesamiento Las Tórtolas

4.2.1 Descripción del proceso

El mineral molido es enviado a través de un mineroducto hasta la Planta de Flotación las Tórtolas en Colina. El proceso se inicia con una etapa de flotación primaria (rougher) cuyo concentrado es remolido y alimentado a columnas de flotación de limpieza. El concentrado de columnas es enviado a una planta de molibdeno para separar los concentrados finales de cobre (29% a 32% de Cu) y de molibdeno (50% a 51% de Mo)

Los relaves de flotación primaria y de repaso constituyen el relave final, que es depositado en el tranque de relaves de Las Tórtolas, con capacidad para cerca de 1.000 m de relaves.

El concentrado es sometido a espesaje y posterior filtrado para reducir su humedad a alrededor de 9% y ser despachado a fundición o puerto mediante camiones, previo almacenamiento en Planta las Tórtolas.

El tranque de relaves cuenta con un sistema de captación y recirculación (bombeo) de Infiltraciones de agua consistente en una "cortina" de 14 pozos profundos ubicados "aguas abajo” del muro del tranque.

A continuación se muestra el Diagrama de Flujo de Flotación/Planta Las Tórtolas.

Figura 4: Diagrama de Flujo Planta Las Tórtolas

Figura 5: Imagen Planta de Flotación Las Tórtolas

4.2.2 Equipos principales

3 filas de celdas auto-aspirantes de flotación Rougher, 3 Celdas de 4.500 pie³ y 27 celdas 3.000 pie³ distribuidas en tres bancos de tres celdas cada uno.

• 2 molinos para remolienda de concentrados (12..5' Ir. 11". 2000 HP elu)

• 4 columnas de flotación de 16 ml de sección c/u

• 3 filas de celdas Buto-aspirantes para flotación de repaso de 1500 pie³

• 21 celdas un total con configuración 2-2-3

• 2 estaciones de hidrociclones (20” ) y bombas de alimentación (14”x12”)

• 1 espesador de concentrado mixto (Cu-Mo). 90' de diámetro

• 1 espesador de concentrado de Cu. 100' de diámetro

• 2 filtros hiperbáricos de 5 discos. 60 m³ cada uno

• 7 sondas de medición en línea de elementos (AMDEL)

• 4 baterías de ciclones para clasificación de relaves. (Primario y

• Secundario)

• 12 celdas de 300 piel para flotación diferencial Cu - Mo dispuestas

• en una sola línea

• 2 celdas de 300 piel como primera limpieza concentrados flotación

• diferencial

• 1 columna de 1,77 mI como segunda limpieza concentrado Mo

• 1 espesador de 18' para concentrados de Mo

• 1 filtro de disco al vacio con 3 discos de 6” de diámetro c/u para

• concentrados de Mo

• 1

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