Simulación fluidodinámica computacional para la determinación de la variación de energía en tramos rectos de tuberías de transporte de flujos bifásicos

Abstract

La actividad minera en Chile crece cada año, aumentando cada vez más su consumo energético, producto de lo cual las empresas de este rubro han mantenido un interés creciente por proyectos de generación y recuperación de energía para el abastecimiento de sus requerimientos en sus procesos reproductivos. Algunas de las compañías mineras han implementado como medida el transporte del material extraído como pulpa a través de concentraductos, que van desde el interior de la mina hacia la planta de secado. Un ejemplo de esto es la Minera Doña Inés de Collahuasi, que dada su ubicación geográfica existe un diferencia de altura entre la planta de producción y el puerto (4270 metros), con pendientes que hacen viable técnicamente este tipo tecnologías desde el punto de vista técnico. Existe un gran interés por determinar el recurso energético disponible generado por las pendientes de los concentraductos de pulpa, debido a las grandes diferencias de altura existentes en la mayoría de los proyectos de la gran Minería . En tal sentido, la División El Teniente (DET), desde el año 2009 ha estado realizando ensayos de prueba para generación eléctrica de a través de pulpa de relaves, por lo que DET se transforma así en la primera planta piloto de generación eléctrica bajo esta modalidad de tecnología pretendiendo así llegar a un nivel de generación del orden de los 12 MW. El objetivo principal de este Trabajo de Título es estudiar la variación de energía disponible en tramos rectos de concentraductos para poder ser utilizada en generación eléctrica, para poder llevar a cabo esto, se trabajó con el software ANSYS. Como metodología de trabajo primero se diseñó una tubería como volumen finito, para continuar así con las simulaciones realizadas con el programa ANSYS-CFX, siendo éste una aplicación especial del software para flujos bifásicos, en donde se determinó la pérdida de energía mecánica en concentraductos para diferentes condiciones de operación (velocidad, viscosidad) y parámetros de diseño (diámetro, largo, pendiente). A partir de los datos obtenidos, se construye un modelo matemático que correlaciona la caída de presión de las simulaciones con las condiciones de operación y parámetros de diseño real de un análisis utilizando el concepto de ajuste de curva "Curve Fitting", usando el programa Mathematica 8. Se concluye que la pérdida de presión cae principalmente debido al aumento del largo de la tubería o su pendiente (parámetros), y un aumento en la velocidad de la pulpa o viscosidad ya que provocan una mayor fricción, por un parte entre las mismas partículas que colisionan entre si y por otra, en el contacto de ellas con la tubería, originando así mayores pérdidas de presión.