lecture. gas dispersion measurements
TRANSCRIPT
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SENSORES Y TCNICAS PARA MEDIR PARMETROSDE DISPERSIN DE AIRE
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INTRODUCCINDispersin de gas: caracterizacin
Distribucin detamao de
burbuja
Contenido de aire
Velocidadsuperficial de gas
MEDICIONESFACTORES
Espumante(tipo y concentracin)
Dispersor(tipo y operacin)
Flujo de gas
Concentracin deespumante
Agitacin
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INTRODUCCINMediciones en planta
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Medicin de velocidad superficial de gas
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MEDICIN DE VELOCIDAD DE GASSensores
El sensor de velocidad de gas est basado en la recoleccin yacumulacin de burbujas en un recipiente cerrado;
A medida que las burbujas se acumulan la presin en elrecipiente aumenta en el tiempo;
La pendiente de la curva presin versus tiempo estrelacionada con la velocidad de gas.
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SENSOR DE VELOCIDAD DE GASPrincipio de funcionamiento
MQUINA DEFLOTACIN
Tubo de recoleccinde burbujas
Trasmisor de presin P
Vlvula
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SENSOR DE VELOCIDAD DE GASCurva presin versus tiempo
0
25
50
75
100
0 20 40 60 80 100 120 140
PR
ES
ION
, cm
H2O
TIEMPO, s
Pendiente dP/dt
Tubo lleno de aire
Vlvula abierta Vlvula cerrada
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SENSOR DE VELOCIDAD DE GASInstalacin en planta
-
SENSOR DE VELOCIDAD DE GASOperacin del sensor
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SENSOR DE VELOCIDAD DE GASInstalaciones en planta
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SENSOR DE VELOCIDAD DE GASInstalaciones en planta
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CLCULO DE LA VELOCIDAD DE GASCondicin inicial (t=0)
MQUINA DEFLOTACIN
P0
H0
H
HL
Vlvula abierta
Patm, V0 (=AH0)
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CLCULO DE LA VELOCIDAD DE GASPerodo de acumulacin de gas (t>0)
MQUINA DEFLOTACIN
P
H0
H
HL
Vlvula cerrada
P, V (=AH)
PL
JgL
-
CLCULO DE LA VELOCIDAD DE GASRelacin Jg versus pendiente
Ley de los gases ideales:
Balance de masa de aire:
Presin hidrosttica versus altura:
H0
H
HL
P
)cm(atmnRT=PAH=PV 3
g)(molRTtAJP
+n=n gLLo
(atm)1033g
H-g(H+P=P 0batm)
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CLCULO DE LA VELOCIDAD DE GASRelacin Jg versus pendiente
Reemplazando las dos ltimas ecuaciones en la primera (paratener la variacin de presin P en funcin del tiempo):
Una relacin entre Jg y la pendiente de la curva de variacin depresin puede obtenerse derivando y reordenando:
tAJPRTn=g
PPg1033HPA gLL0b
00
(cm/s)dtdP
])H-(H[PH+P=J
0Lbatmb
LbatmgL
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MEDICIN DE DENSIDAD APARENTEUso de una presin de referencia
MQUINA DEFLOTATION
Sensor de Jg Referencia
L
P1 P2
-
MEDICIN DE DENSIDAD APARENTECurvas de variacin de presin
0
25
50
75
100
0 50 100 150 200
PR
ES
ION
, cm
H2O
TIEMPO, s
Medicin de densidad aparente
Diferencia
P2 (referencia)
Medicin de Jg
P1 (sensor de Jg)
-
MEDICIN DE DENSIDAD APARENTESeales de presin
0
50
100
150
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
PR
ES
ION
, cm
H2O
TIEMPO, min
P1 (sensor de Jg)
P2 (referencia)
-
MEDICIN DE DENSIDAD APARENTEResultados
0.0
0.5
1.0
1.5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DE
NS
IDA
D A
PAR
EN
TE, g
/cm
3
TIEMPO, min
-
MEDICIN DE VELOCIDAD DE GASEfecto de variaciones de nivel
0
10
20
30
40
50
60
0 20 40 60 80 100
PR
ES
ION
, cm
H2O
TIEMPO, s
-
MEDICIN DE VELOCIDAD DE GASSegundo tubo mide variaciones de nivel
FLOTATIONMACHINE
Jg sensor Reference
L
P1 P2
-
MEDICIN DE VELOCIDAD DE GASCorreccin por variaciones de nivel
0
20
40
60
80
0 50 100 150
PR
ES
ION
, cm
H2O
TIEMPO, s
P2 (referencia)
P1 (sensor de Jg)
-
MEDICIN DE VELOCIDAD DE GASCorreccin por variaciones de nivel
0
20
40
60
80
0 50 100 150
PR
ES
ION
, cm
H2O
TIEMPO, s
P2 (referencia)
P1 (sensor de Jg)
Pendiente 1.06 cm/s
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MEDICIN DE VELOCIDAD DE GASCorreccin por variaciones de nivel
0
20
40
60
80
0 50 100 150
PR
ES
ION
, cm
H2O
TIEMPO, s
P2 (referencia)
P1 (sensor de Jg)
Diferencia
Pendiente 0.87 cm/s
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Medicin de contenido de aire
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ECUACIN DE MAXWELLConductividad de dispersiones
Maxwell demostr que la conductividad de un lquidoconteniendo fases dispersas no conductoras disminuye amedida que la concentracin del material disperso aumenta.
La relacin entre conductividad y concentracin de fasedispersa, obtenida a partir de principios fundamentales, noincluye parmetros que requieren calibracin.
L
Lijk
L
Lijk
ijk
kk
0.5+1
kk
-1=
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MEDICIN DE CONTENIDO DE AIREEcuacin de Maxwell
La determinacin del contenido de aire en flotacin requiere dela medicin las conductividades de la pulpa con y sin aire.
Ls
Lsg
Ls
Lsg
g
kk
0.5+1
kk
-1=
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MEDICIN DE CONDUCTIVIDADFuncin de la constante de celda usada
Conductvimetro
kdispersin
Conductancia K
Constante de celda(A/l)
(A/l)k=K dispersin
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MEDICIN DE CONDUCTIVIDADConstante de celda ideal
Constante de celda = (A/l)
Al
l
A
-
MEDICIN DE CONDUCTIVIDADCeldas de conductividad de flujo
Constante de celda = (A/l)l
AA
=
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MEDICIN DE CONTENIDO DE AIREPrincipio de funcionamiento
MQUINA DE FLOTACIN
Celda sifnCelda abierta
Ecuacin de Maxwell
sifn
abierta
sifn
abierta
g
kk0.5+1
kk-1
=
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MEDICIN DE CONTENIDO DE AIREComportamiento de las celdas
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.0 1.0 2.0 3.0
CO
ND
UC
TIV
IDA
D, m
S/c
m
VELOCIDAD DE GAS, cm/s
Celda sifn
Celda abierta (sin espumante)
Celda abierta (20 ppm)
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MEDICIN DE CONTENIDO DE AIREComparacin de tcnicas
0
5
10
15
20
25
0 5 10 15 20 25
CO
NTE
NID
O D
E A
IRE
(K),%
CONTENIDO DE AIRE (P), %
Sin espumante
20 ppm
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SENSOR DE CONTENIDO DE GASElectrodos de anillo
Celda abierta
Electrodos de anillo
Celda sifn
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SENSOR DE CONTENIDO DE GASVersin actual
Celda abierta: Dimetro: 10 cm Altura: 50 cm
Celda sifn: Dimetro: 7.5 cm Altura: 45 cm
Orificio removiblepara ajustarse alas condiciones deplanta
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SENSOR DE CONTENIDO DE GASOrificio removible
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Medicin de distribuciones de tamao deburbuja
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MEDICIN DE TAMAO DE BURBUJAPrincipio de funcionamiento
El tamao de burbuja se determina procesando imgenes deburbujas recolectadas y expuestas para ser fotografiadas.
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MEDICIN DE TAMAO DE BURBUJAPrincipio de funcionamiento
Vlvula
Cmara
Fuente de luz
Difusor
Tubo de muestreo
Ventana
MQUINADE
FLOTACIN
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MEDICIN DE TAMAO DE BURBUJACondiciones en cmara de visualizacin
Vaco
Cmara de visualizacin
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MEDICIN DE TAMAO DE BURBUJAEquipo de medicin
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MEDICIN DE TAMAO DE BURBUJAmedicin en planta
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MEDICIN DE TAMAO DE BURBUJAImgenes tpicas (columna de laboratorio)
Baja concentracinde espumante
Alta concentracinde espumante
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MEDICIN DE TAMAO DE BURBUJAColumna de laboratorio (dispersor poroso)
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MEDICIN DE TAMAO DE BURBUJAColumna de laboratorio (dispersor frit-and-sleeve)
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MEDICIN DE TAMAO DE BURBUJACelda mecnica industrial
-
MEDICIN DE TAMAO DE BURBUJACelda mecnica industrial
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PROCESAMIENTO DE IMGENESResultados tpicos (16382 burbujas)
0
5
10
15
20
25
0 1 2 3 4
FRE
CU
EN
CIA
PO
R N
UM
ER
O, %
TAMAO DE BURBUJA, mm
-
PROCESAMIENTO DE IMGENESResultados (distribuciones acumulativas)
0
20
40
60
80
100
0 1 2 3 4 5
DIS
TRIB
UC
IN
AC
MU
ULA
TIVA
, %
TAMAO DE BURBUJA, mm
VolumenreaNmero
-
PROCESAMIENTO DE IMGENESResultados (d10 and d32)
0
5
10
15
20
25
0 1 2 3 4 5
FRE
CU
EN
CIA
PO
R N
UM
ER
O, %
TAMAO DE BURBUJA, mm
d10
d32
-
PROCESAMIENTO DE IMGENESSeleccin de un dimetro promedio dij
Caractersticas de una distribucin (slo dos se conservan): Nmero of burbujas (0) Suma de dimetros (1)
rea superficial total (2) Volumen total (3)
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PROCESAMIENTO DE IMGENESDimetro promedio d10
i
i10 n
d=d
Se conserva la suma de dimetros y el nmero deburbujas:
i1010 d=dn i10 n=n
-
PROCESAMIENTO DE IMGENESDimetro promedio d10
di = 1 2 3 4 5
di = 3 3 3 3 3
3=515
=55+4+3+2+1
=nd
=di
i10
-
PROCESAMIENTO DE IMGENESDimetro Sauter d32
Se conserva el rea superficial y el volumen total:
d6
=d6
n 3i33232
( ) 2i23232 d=dn
2i
3i
32 dd
=d
-
PROCESAMIENTO DE IMGENESDimetro Sauter d32
di = 1 2 3 4 5
di = 4.09 4.09 4.09 4.09
09.455
225)2516941(
)125642781(ddd 2
i
3i
32
-
Medicin de perfiles de distribucin deaire
-
MEDICIONES EN PLANTAPerfil de distribucin de gas
1.121.30
1.47
1.72
1.13
1.43
1.86
1.03
1.52
0.88
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
VE
LOC
IDA
D D
E G
AS
, cm
/s
CELDA
-
MEDICIONES EN PLANTAPerfiles de distribucin de gas
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
VE
LOC
IDA
D D
E G
AS
, cm
/s
CELDA
Original
Balanceado
-
MEDICIN DE VELOCIDAD DE GASSensor continuo
MQUINA DEFLOTACIN
Orificio calibradoP
H0
HSS
-
MEDICIN DE VELOCIDAD DE GASPresin de equilibrio
0
10
20
30
40
50
0 50 100 150 200
PR
ES
ION
, cm
H2O
TIEMPO, s
Presin de equilibrio
-
MANIPULACIN DE DISTRIBUCIN DE GASSensor mltiple para medir perfile de Jg
1.121.30
1.47
1.72
1.13
1.43
1.86
1.03
1.52
0.88
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
VE
LOC
IDA
D D
E G
AS
, cm
/s
CELDA
-
MANIPULACIN DE DISTRIBUCIN DE GASOperacin con un perfil de distribucin de gas
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 1000 2000 3000
VE
LOC
IDA
D D
E G
AS
, cm
/s
TIEMPO, s
-
MANIPULACIN DE DISTRIBUCIN DE GASSensor mltiple usado para mapear Jg
-
Instalacin de sensores y correccin demediciones
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MEDICIN DE DISPERSION DE GASInstalacin de sensores
ESPUMA HF
H2H1
H3PISO
HL
H0
HBD
Referencia
0.2 m
HE
P1P2
P3(abs)
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CLCULO DE DENSIDAD APARENTEBasado en dos lecturas de presin
BD
21b H
P-P=
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CORRECCIN DE VELOCIDAD DE GASDesde punto de coleccin a nivel de referencia
Eb1atm
1atmg1
ref(abs)
1(abs)g1ref H-P+P
P+PJ=PP
J=J
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CORRECCIN DE TAMAO DE BURBUJADesde condiciones de imagen a nivel de referencia
3
Eb1atm
1w3(abs)imagen3
(abs)ref
(abs)imagenimagenref H-PP
H+Pd
PP
d=d
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CORRECCIN DE TAMAO DE BURBUJAClculo de presin en la cmara de visualizacin
La presin inicial en la cmara de visualizacin puedecalcularse igualando dos presiones hidrostticas:
P+P=)H+H+(H+P 1atm321w3(abs)
)H+H+(H-PPP 321w1atm3(abs)
H+)H-H-(H+P=)H+H+(H+P FfF0Lbatm321w3(abs)