Estudio experimental de las pérdidas de carga en tuberías con flujos de mezclas sólidos líquido no-newtoniano en régimen laminar

Abstract

El transporte hidráulico de sólidos a través de sistemas de tuberías es ampliamente utilizado en distintos procesos de la industria química, minera y alimenticia, entre otros. Para su correcto diseño, el cálculo de la velocidad de depósito y las pérdidas de carga, es fundamental para asegurar el transporte total de las partículas presentes en la mezcla sólidos- líquido. En la literatura, se encuentran varios estudios en esta materia cuando el uido utilizado como medio de transporte de los sólidos es newtoniano. Sin embargo, dependiendo de la concentración de sólidos y de la presencia de nos, el uido newtoniano junto a los nos se puede modelar como una mezcla no newtoniana que interactúa con las fracciones más gruesas de sólidos. Este tipo de mezclas con carácterísticas no newtonianas se utiliza extensivamente en la industria minera nacional para el transporte de pulpas y relaves. No obstante, en la literatura existen escasos estudios que se re eran al cálculo de la velocidad de depósito y pérdidas de carga en mezclas sólidos líquido no newtonianas. Con el n de calcular escalas físicas, se construyó una instalación experimental que consiste en un sistema cerrado de tuberías por el cual escurre una mezcla bifásica, en que la fase líquida es un uido no newtoniano de ley de potencia y la fase sólida son microesferas de vidrio. Experimentalmente se encuentró que la velocidad de depósito para partículas de 120, 300 y 600 micrones, a concentraciones en volumen de sólidos entre 17% y 32 %, ocurre en régimen laminar. Adisionalmente, se observó que las partículas de 300 y 600 micrones nunca lograron formar un lecho estático en la tubería, incluso a números de Reynolds inferiores a 100. Además, mediante imágenes tomográ cas de concentración, se observó un proceso migratorio importante de las partículas desde el interior hacia los bordes de la tubería. A partir de los datos experimentales, se propone un modelo para el cálculo de la velocidad de depósito y del factor de fricción de la mezcla sólidos líquido no newtoniana. El modelo propuesto para las pérdidas de carga tiene un error cuadrático medio de 11.2% respecto a los resultados experimentales. El modelo propuesto para la velocidad de depósito muestra un buen ajuste con los resultados experimentales y muestra una buena correlación con los resultados de Shah and Lord (1991) con una diferencia porcentual entre un 10% y 20 %. Respecto al fenómeno de migratorio de partículas, este fue analizado cualitativamente mediante un modelo difusivo basado en la frecuencia de colisiones. Finalmente, los resultados de esta investigación son un aporte importante en el desarrollo y comprensión de los fenómenos que rigen el transporte de mezclas sólidos líquido no newtonianas.