Modeling critical velocity of transport for mineral slurries with coarse particles.

O dimensionamento de sistemas de transporte hidráulico de polpas minerais exige especial atenção à medida que partículas grossas apresentam um comportamento de sedimentação no interior dos tubos. Dentro desta situação, a velocidade de transporte da polpa mineral deve ter magnitude suficiente para suspender e transportar os sólidos, evitando que os mesmos se depositem na base da tubulação. O bombeamento de polpas minerais em tubos horizontais contendo partículas grossas constituiu o objeto desta tese. Um levantamento sobre a literatura corrente foi realizado e, através de procedimentos experimentais, obteve-se um banco de dados para o modelamento da velocidade crítica (VC), isto é, a velocidade mínima em que ocorre a formação de um leito móvel na base do tubo, apresentando magnitude ligeiramente superior à velocidade de deposição VD, caracterizada pelo início da deposição das partículas na base dos dutos. Para a realização dos ensaios, foram construídas duas unidades experimentais de bombeamento de polpa mineral, onde foram estudadas as seguintes variáveis: i) gradiente de pressão por metro de tubo horizontal (\'delta\'P/L), ii) velocidade média do fluxo (V), iii) perfil de concentração de sólidos ao longo da seção transversal, iv) fator de forma através da função de esfericidade das partículas (\'psi\'), v) densidade do sólido e do líquido, vi) concentração volumétrica dapolpa mineral, vii) granulometria dos sólidos e viii) diâmetro da tubulação. A primeira unidade experimental foi montada com tubulação em PVC transparente de diâmetro interno de 25,4mm e a segunda unidade foi construída em PVC branco com um trecho de 2m em acrílico transparente, apresentando diâmetro interno de 50,8mm. A velocidade critica (VC) para cada condição estudada foi determinada visualmente, através das seções transparentes da tubulação. As amostras utilizadas neste trabalho foram: concentrados de apatita e hematita e o mineral quartzo. As frações granulométricas estudadas foram inseridas em duas classes de tamanho, sendo a primeira classe passante em 297µm e retida em 249µm e a segunda classe passante em 149µm e retida em 105µm. Os resultados permitiram determinar um novo modelo semiempírico para VC, alcançando desvios menores que 10% para as velocidades preditas em relação aos valores de velocidades observadas experimentalmente.The design of hydraulic systems of slurry transport demands a special attention due to coarse particles present a settling behavior inside the pipes. In this situation, the transport velocity should have order of magnitude sufficient to promote the suspension and the transport of particles, avoiding the solids deposition at the bottom of pipe. The transport of mineral slurries containing coarse particles was the primary goal of the thesis. A survey of the available literature was done and through the experimental tests could be possible to raise a data bank in order to develop a new best fit correlation for the critical velocity (VC) which included the particle shape effect, through the sphericity function. VC could be defined as the minimum velocity where a moving bed of particles takes place at the bottom of the horizontal pipe and it is slightly above the deposition velocity VD, which could be characterized by a bed of stationary particles at the bottom of pipe. The research was conducted using two recirculating pipe test rigs with transparent PVC pipe of 25.4mm and 50.8mm internal diameter with slurry concentrations from 8% up to 27% by volume. The material used was apatite and hematite concentrates and quartz mineral, clustered in two classes of size range (-0.297+0.210mm; -0.149+0.105mm), where the variables were: i) Head losses per meter of horizontal pipe (\'delta\'P/L), ii) Mean transport velocity (V), iii) solids distribution profile, iv) particle shape effect, through the sphericity function (\'psi\'), v) density of particles and liquid, vi) Volumetric concentration of slurries, vii) particles size and viii) pipe diameter. The critical velocity (VC), for each studied condition, was visually determined through the transparent sections of the pipes. The results have yielded a new semi empirical model to predict the critical velocity, yielding a deviation of less than 10% from the observed values of experimental data for VC