“Hidrociclones en la Industria Minera”: con el foco en los procesos metalúrgicos

• Por Juan Luis Bouso, Ingeniero Técnico Industrial, Especialista en Técnicas Energéticas de la Universidad Politécnica de Madrid. Coautor de “Fluid Mechanics Fundamentals of Hydrocyclones and its Applications in the Mining Industry”.

“Fluid Mechanics Fundamentals of Hydrocyclones and its Applications in the Mining Industry” es el título del libro, que podría resumirse simplemente como “HIDROCICLONES en la INDUSTRIA MINERA”, pero los condicionantes comerciales lo convirtieron en “Fundamentos de la Mecánica de Fluidos de los Hidrociclones y sus aplicaciones en la Industria Minera”, un título, al parecer mucho más comercial.

El objetivo del libro es reunir toda, o casi toda, la información, que se encuentra dispersa en una vasta literatura. Incluye fundamentos, aplicaciones, experiencia industrial y estudios de casos prácticos.

El libro está dividido en 12 capítulos. Cada uno de ellos comienza con un resumen de su contenido y finaliza con un listado de referencias o bibliografía de la que se nutrió cada capítulo.

Los seis primeros capítulos son básicamente teóricos. El capítulo séptimo recoge un modelo fenomenológico más cercano a la realidad física del hidrociclón que contiene además un modelo matemático con un programa o software, HYDROSIM, basado en el modelo fenomenológico.  Los últimos 5 capítulos son fundamentalmente prácticos.

El libro puede adquirirse completo o bien por capítulos, al menos directamente en la editorial SPRINGER. Se ha publicado en tres formatos, versión digital, en papel con cubierta blanda y en papel con cubierta dura, lógicamente el precio varía en función del formato.

El Capítulo 1, Introducción, contiene una introducción comentario sobre la incorporación de los hidrociclones en la minería reemplazando a los clasificadores mecánicos, sobre los años 50 y un listado de las Aplicaciones más comunes de estos aparatos en la industria minera.

El Capítulo 2, Fundamentos de la Clasificación, trata los Fundamentos de la Clasificación y de las variables involucradas en ella, tanto las correspondientes al propio hidrociclón como al producto de alimentación: mineral y pulpa.

El Capítulo 3, Sistema de sedimentación de partículas, está centrado en el mecanismo de la Sedimentación, como principio fundamental del funcionamiento del hidrociclón y de las principales leyes que la rigen según el tipo de flujo.

El Capítulo 4, Flujo de fluidos en tuberías circulares, trata sobre el flujo de fluidos en tuberías, como base para entender el diseño de los conductos de alimentación (Feed), descarga inferior (Underflow) y rebose superior (Overflow) del hidrociclón necesarias y la importancia de su diseño para prevenir la sedimentación en los mismos. Se detallan las características principales de los flujos turbulentos y laminares con fluidos Newtonianos, No-Newtonianos. Se recoge además una mención a los trabajos de Durand y la famosa Velocidad Límite.

El Capítulo 5, Patrón del flujo en los Hidrociclones, analiza el patrón de flujo en hidrociclones desde el punto de vista de la dinámica de fluidos. Se presentan observaciones experimentales y se establecen las ecuaciones básicas. El estudio incorpora soluciones exactas y extremas a estas ecuaciones en los flujos de Euler, Prandtl y Stokes, para obtener soluciones simétricas al eje de los tres componentes de la velocidad, con un detalle específico sobre los flujos en los hidrociclones de Fondo Plano, desarrollados por el Prof. Trawinski. Se expone la generación del núcleo central de aire (Air Core) y su descripción cuantitativa.

El Capítulo 6, Modelos numéricos de Hidrociclones, fundamentalmente teórico, recoge la modelación matemática de los flujos en el hidrociclón. Expone la solución a las ecuaciones empleando métodos de elementos finitos.

El Capítulo 7, Modelo fenomenológico del hidrociclón, presenta un modelo fenomenológico y un simulador numérico de un hidrociclón, desarrollado por el Prof. Fernando Concha en 1991-1992, basado en las observaciones experimentales de Hsieh y Rajamani en 1988 y los trabajos de Bloor e Ingham en 1975-1976. El interior del hidrociclón está dividido en seis zonas, el flujo de fluido de cada una de estas está descrito por ecuaciones de mecánica de fluidos, que predicen el funcionamiento de un hidrociclón cilíndrico-cónico utilizando las características del material de alimentación, la geometría del equipo y las condiciones de operación. El modelo resuelve las ecuaciones que describen el campo de velocidad del fluido dentro del hidrociclón, así como la trayectoria de las partículas.

El Capítulo 8, Diseño del hidrociclón, presenta el concepto del hidrociclón como una turbomáquina por su diseño mecánico. Se presentan varios diseños industriales y se comenta el efecto de las diferentes partes de hidrociclón: cuerpo cilíndrico, secciones cónicas y su ángulo, así como los diámetros de las toberas de las dos corrientes, inferior (Underflow) y superior (Overflow), conocidas vulgarmente como Apex y Vortex, respectivamente

El Capítulo 9, Selección del hidrociclón, estudia los diferentes modelos empíricos empleados en la selección de los hidrociclones, con un mayor detalle del método de selección y los más usados modelos de simulación de Lynch and Rao´s, Plitt, Nagerwararao´s y el recogido en el software MolyCop Tools

El Capítulo 10, Diseño del sistema de hidrociclonado, presenta aplicaciones de los hidrociclones y la descripción de los elementos fundamentals en el diseño de las instalaciones con estos equipos, como: los depósitos de alimentación, su geometría y volumen, las bombas centrífugas, la geometría del hidrociclón, los distribuidores de pulpa cuando se instalan varias unidades, materiales de construcción, etc.

El Capítiulo 11, Instrumentación y Control, está dedicado a los elementos de instrumentación y Control de los hidrociclones necesarios para alcanzar los resultados deseados. Se describen los diferentes métodos o sistemas empleados en los sensors de control: capacitancia, análisis de imagen, sensores de vibración y de peso.

El Capítulo 12, Casos de estudio, presenta varios casos de aplicación de hidrociclones en la minería chilena y una exposición de aplicaciones en base a la operación de los mismos: Molienda, Clasificación gruesa, Deslamado, Espesado, Clasificación & Espesado, Densificación. Termina el capítulo describiendo operaciones de hidrociclonado en el procesamiento de minerales industriales o no-metálicos, no tan conocidas, como la producción de arena de fracking, de arena para vidrio, caolín, dragado de arenas, plantas de producción de alúmina, etc.

Algunas partes del libro describen conocimientos y trabajos de investigación de los autores y del departamento de Ingeniería Metalurgica de la Universidad de Concepción.