Válvulas de control de nivel de tanques de relaves en aplicaciones mineras: Enfoque de filosofía de dimensionamiento

Las válvulas de control de nivel de tanques de relaves en aplicaciones mineras desempeñan un papel crítico en el procesamiento de minerales, especialmente en el proceso de recuperación de agua, que es fundamental para mejorar la sostenibilidad ambiental de los proyectos mineros. Un ejemplo de esta aplicación en el procesamiento de minerales es la válvula de control de relaves en la parte inferior de un circuito de flotación de partículas gruesas Eriez utilizando tecnología HydroFloat®. La respuesta de control, fiabilidad, dinámica del flujo, resistencia al desgaste y prácticas de dimensionamiento de la válvula de control en este servicio crítico requieren un enfoque de ingeniería dedicado para garantizar que la válvula esté diseñada adecuadamente para manejar este servicio abrasivo

En este artículo, el equipo de ingeniería de SAF da a conocer las prácticas de dimensionamiento de válvulas para tener en cuenta los cambios en el comportamiento del fluido de pulpa durante la fase de inicio de la mina en comparación con la operación normal. Los cambios en las propiedades del fluido de pulpa impactan el dimensionamiento de la válvula y la respuesta de estrangulación, y si no se tienen en cuenta prácticas de ingeniería adecuadas, pueden llevar a fallas en la válvula y en las tuberías, resultando en tiempos de inactividad y reparaciones no planificadas. Este artículo ilustra la naturaleza crítica de estas consideraciones analizando una aplicación en NewCrest Cadia en Australia, demostrando la tecnología de flotación de partículas gruesas.

Una válvula de control de servicio severo diseñada para manejar las desafiantes condiciones de flujo de las aplicaciones de relaves necesita contar con los debidos controles y balances de ingeniería para garantizar un servicio fiable.

Válvulas de mariposa de asiento metálico, daños debidos al control de medios abrasivos (izquierda).  Dinámica de fluidos computacional (CFD) (Derecha)

Válvula de bola de asiento metálico, daños debidos al control de medios abrasivos (Izquierda). Dinámica de fluidos computacional (CFD) (Derecha).

A lo largo de años de lidiar con procesos extremadamente abrasivos, SAF, los creadores de las válvulas Slurryflo, han desarrollado una filosofía de diseño que demuestra ser el mejor enfoque para seleccionar válvulas de control para procesos severamente abrasivos, garantizando un control óptimo y la mayor durabilidad:

1. Esfuerzo dedicado en dimensionar cada válvula para el espectro completo de condiciones del proceso.

2. Simplificación y optimización de los componentes de flujo para reducir la turbulencia no deseada en la mayoría de las posiciones de estrangulamiento de la válvula.

3. Utilización de los materiales más resistentes disponibles para los componentes de flujo para ralentizar los efectos dañinos de la erosión.

Con el proyecto de demostración de la tecnología de Flotación de Partículas Gruesas en la mina NewCrest, esta filosofía de diseño se utilizó con éxito para mitigar los desafíos en esta aplicación de control de relaves. Para el primer paso, además de evaluar las condiciones típicas del proceso que cubren las condiciones de flujo mínimo, normal y máximo, el ingeniero de diseño buscó comprender las condiciones de flujo durante el arranque de la mina, que presentaban entornos de flujo y propiedades del fluido muy diferentes que impactaban significativamente las características de control de la válvula.

En este proyecto, la fase de arranque de la mina produjo relaves de muy alta viscosidad, considerados un fluido no newtoniano, lo que requirió un método de corrección de Cv (coeficiente de flujo) utilizando números de alta viscosidad. La ciencia de dimensionar válvulas para fluidos no newtonianos no es exacta, y no hay un cálculo sencillo; sin embargo, los enfoques iterativos junto con los datos experimentales pueden ayudar a un ingeniero de diseño de válvulas a garantizar que la capacidad de flujo nominal de la válvula pueda manejar las mayores demandas de flujo requeridas con fluidos de relaves de muy alta viscosidad. Este análisis detallado de flujo y dimensionamiento es un punto de partida crítico en la ingeniería personalizada de una válvula de control para este tipo de servicio.

El siguiente paso fue el diseño y desarrollo de los componentes del trim de la válvula, que son las partes que controlan el fluido a través de la válvula. Se empleó un enfoque iterativo utilizando simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) para estudiar los gradientes de velocidad a través de la válvula en diferentes condiciones de flujo y analizar parámetros de flujo como turbulencia, remolinos y áreas de recirculación del flujo que pueden crear daños excesivos por erosión en los componentes de la válvula. Este enfoque de diseño iterativo permite al equipo de ingeniería minimizar la turbulencia no deseada y evaluar el rendimiento de la válvula en todas las condiciones de estrangulamiento mientras monitorean cuidadosamente el flujo de descarga y muchas otras variables para predecir el rendimiento de la válvula en el campo.

Dinámica de fluidos computacional (CFD) - Válvula de control Slurryflo. Trim a medida.

Slurryflo, trims a la medida, cada uno diseñado para las condiciones del proceso 

Slurryflo valve centered flow design.

Otro paso crucial en el diseño a medida de una válvula para entornos de flujo abrasivo es el enfoque dedicado a optimizar los componentes de flujo. El paso final de la filosofía de diseño es seleccionar materiales apropiados para la aplicación dada en términos de corrosión, limitaciones de temperatura y presión, y especialmente abrasión. En algunos casos, se utiliza una composición patentada de carburo para equilibrar la dureza y la resistencia con la resistencia a la abrasión, ya que estas válvulas deben funcionar en algunos de los entornos de flujo más duros, con grandes sólidos y fluidos de relaves de alta velocidad.

Siguiendo la filosofía de diseño e ingeniería personalizada desarrollada por SAF para las válvulas Slurryflo, se ha demostrado prácticamente la operación confiable y predecible de las válvulas de control de servicio severo diseñadas para manejar la descarga de relaves. En muchas aplicaciones mineras, los usuarios finales son reacios a usar válvulas de control para controlar fluidos de relaves con alto porcentaje de sólidos, ya que han demostrado ser difíciles para la mayoría de los tipos de válvulas de control. Sin embargo, se ha demostrado que para aplicaciones de control severamente abrasivas en la industria minera, el enfoque correcto es una válvula diseñada específicamente para las condiciones del proceso para asegurar un control adecuado mientras se minimiza la turbulencia y se centra el flujo.

Escrito por: Amir Emami, P.Eng.

Ingeniero mecánico y actual Vicepresidente de Ingeniería en SAF. Tiene 14 años de experiencia en diseño de válvulas, análisis de flujo y desarrollo de productos.

Editado por: Maria Aguirre, P.Eng.

Ingeniera mecánica y actual Gerente de Desarrollo de Negocios en SAF, tiene una maestría en ingeniería y 14 años de experiencia en la industria de válvulas y automatización. 

Para más información sobre las Válvulas de control de nivel de tanques de relaves en aplicaciones mineras, puede visitar los siguientes enlaces: www.slurryflo.com/best-valve-for-slurry y www.slurryflo.com/applications/tailings-reclamation 

Asimismo, para más información sobre Special Alloy FAB y las válvulas SlurryFlo, visite aquí.