UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL NORTE DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y MINAS “
SLUMP TEST (PRUEBA DE ABATIMIENTO)
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Jorge Guíñez (
[email protected]) Oscar Salazar (
[email protected]) Ingeniería Ejecución en Metalurgia
Resumen: En esta experiencia se estudia y calcula el esfuerzo de fluencia de pulpas metalúrgicas en función de su concentración en peso de sólidos, por medio de la realización de una prueba de abatimiento o ¨Slump test¨ sobre 4 muestras de 66, 68, 70 y 72% de concentración de sólidos. Se obtienen los valores de esfuerzo para cada muestra, midiendo su deformación y se concluye que a mayor concentración de mineral se necesita un mayor esfuerzo para la deformación plástica, es decir, un mayor esfuerzo para lograr que este fluya. Según los datos obtenidos la muestra con la mayor concentración de sólidos utilizada con un Cp de 0,72 registra un esfuerzo de fluencia de 230,723 Pa siendo esta la mayor registrada en la experiencia.
Introducción El comportamiento reológico de las pulpas minerales es indicativo del nivel de interacción o agregación entre partículas, de aquí deriva su importancia como variable de control en procesos tales como transporte de lodos, deshidratación y molienda húmeda (Muster and Prestidge, 1995), siendo esta última considerada de gran interés para la industria del procesamiento de minerales. La reología es la ciencia que estudia el comportamiento de las deformaciones y el flujo de cualquier material que es capaz de fluir. Existen distintos métodos que permiten determinar el esfuerzo de fluencia de una pulpa pero el más utilizado es el denominado Slump Test por su simpleza y bajo costo, además podemos utilizar esta técnica para la caracterización de la consistencia o grado de fluidez de un material sólidoliquido, para ello se debe contar con una pulpa con un porcentaje de sólido conocido y verterla en un contenedor normalmente cónico, el cual posteriormente se retira y se procede a medir las zonas sin deformar y la zona de abatimiento o deformación y así calcular el esfuerzo de fluencia. El esfuerzo de fluencia es la indicación del esfuerzo máximo que se puede desarrollar en un material sin causar una deformación plástica.. “
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El ensayo de abatimiento de cono, que originalmente fue ideado para determinar la consistencia de una mezcla de concreto, está siendo muy utilizado en la actualidad por la industria mineral. Puede servir para caracterizar esa propiedad en el caso de pastas de relleno subterráneo y superficial. Es posible utilizar, además de la geometría cónica, la cilíndrica que es de mayor simplicidad y además presenta algunas ventajas . (Clayton et al., 2003; Jung y Biswas, 2002) “
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Los objetivos de la experiencia son:
Obtener el esfuerzo de fluencia para distintas concentraciones de sólidos mediante la prueba de abatimiento o Slump test . Obtener y analizar la relación entre la concentración de sólidos y el esfuerzo de fluencia. Comparar, analizar los resultados y determinar para qué condiciones se da el menor y mayor esfuerzo de fluencia. “
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Desarrollo experimental Se preparan 4 muestras o pulpas de 500 ml con concentraciones de solidos de 66, 68, 70 y 72%, se calcula la masa de sólido y volumen de agua, se mezclan el sólido con el líquido agitando para obtener una pulpa homogeneizada, posteriormente se miden las dimensiones del cilindro, luego se introduce la pulpa dentro de él y se golpea repetidas veces para asegurarse que todos los espacios del cilindro estén ocupados solo por la pulpa y no queden pequeñas burbujas de aire que pudieron haber quedado atrapadas dentro del cilindro. “
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A continuación se retira el cilindro verticalmente dejando que la pulpa escurra a través de él y se meden la zonas sin deformar (ℎ ) y de zona de abatimiento o deformación (ℎ ) que se observaron al retirar el cilindro. Con estas mediciones y conociendo la altura del cilindro ( ) se calcula el esfuerzo de fluencia de las muestras, en función de su concentración de sólidos.
Datos y resultados Densidad:
Volumen del agua: =
Dilución:
−
D=
Masa de sólido:
Ms=
+
Zona sin deformar
S = ℎ ℎ
Dónde: = Densidad m= Masa v= Volumen = Volumen de pulpa = Volumen de líquido = Volumen de sólido
D= Dilución Cp= Concentración de sólido = Masa del sólido = Volumen de pulpa
D = Dilución = Densidad del sólido = Altura del cilindro [mm] ℎ = Zona no deformada [mm] ℎ = zona abatida [mm] =altura perdida [mm] 2
Esfuerzo cortante adimensional
´
T´=Esfuerzo cortante adimensional = Altura del cilindro [mm] ℎ = Zona no deformada [mm] ℎ = zona abatida [mm]
∗∗
= Esfuerzo de fluencia [Pa]
Esfuerzo de fluencia
, = Esfuerzo cortante adimensional =Densidad de pulpa [Kg/ ] = Aceleración de gravedad [m/ ]
´ ∗ ∗ ∗
Tabla N° 1.Promedios de las medidas ℎ , ℎ y cálculo de esfuerzo de fluencia registrados. Prueba
Cp
(mm)
ℎ (mm)
ℎ (mm)
T´
Ty(Pa)
1
0.660
99,640
11,780
16,240
0,033
53,581
2
0.680
99,960
13,300
24,650
0,048
80,070
3
0.700
100,000
32,790
12,600
0,079
136,490
4
0.720
99,950
46,430
17,000
0,131
230,723
En la tabla se muestras las mediciones y cálculos obtenidos de las 4 muestras de pulpas con distintas concentraciones de sólido (Cp) durante la prueba de abatimiento. 250,000
) a P ( a i c n e u l f e d o z r e u f s E
200,000
150,000
100,000
Series1
50,000
0,000 0,65
0,66
0,67
0,68
0,69
0,7
0,71
0,72
0,73
Concentración en sólidos(Cp)
Grafico N°1. Esfuerzo de fluencia vs Concentración de sólido En el grafico se observa la tendencia del fluido a generar un mayor esfuerzo de fluencia mientras mayor sea su concentración en peso de sólidos. 3
Discusiones 1) Se observa en el grafico N°1 que a medida que aumenta la concentración en peso de sólidos (Cp) de las muestras, el esfuerzo requerido para que este se deforme o fluya aumenta. 2) Se extrae de la Tabla N°1 que las muestras con menores concentraciones en peso (pruebas 1 y 2) son las que registran tanto los menores esfuerzos de fluencia como las menores alturas ℎ correspondientes a la zona de abatimiento o deformación. 3) Durante el experimento en las muestras con una mayor concentración de sólidos (pruebas 3 y 4) se produjeron más burbujas de aire, las cuales pueden quedar atrapadas en el interior del cilindro por la dificultad de estas de salir del interior del cilindro por la alta viscosidad de las muestras, cambiando el volumen de la pulpa provocando una altura posiblemente mayor a la que ocuparía el mismo volumen de pulpa sin burbujas de aire. “
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Conclusiones
Se puede inferir que la resistencia a la deformación plástica o esfuerzo de fluencia es directamente proporcional a la concentración de sólidos del fluido estudiado, siendo este esfuerzo una medida para la caracterización de la consistencia o grado de fluidez y poder cuantificar la dificultad de este para fluir. Obtenido que para una concentración de sólidos (Cp) de 0.66 se registran 53,581 [Pa] y para una concentración de 0.72 se obtienen 230,723 [Pa] (ver Tabla N°1, página N°3) Se deduce que a menor altura de la zona de abatimiento ℎ menor será el esfuerzo de fluencia y mayor será la deformación plástica de la pulpa, ya que las muestras al escurrir o fluir generan una deformación en la forma cilíndrica del contenedor que las contenía desperdigándose de forma semicónica , aumentando el área de la base original y disminuyendo la altura total. “
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Se concluye que al tener altas concentraciones de sólidos en la pulpa se necesita de una comprobación más exhaustiva para lograr extraer las burbujas de aire en el interior del cilindro para evitar errores en la realización de la experiencia, ya que estas burbujas modifican las propiedades del fluido.
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Bibliografía. Adriana M. Osorio*, Juan M. Marín y Gloria Restrepo, Comportamiento Reológico de Pulpas de Cuarzo a diferentes Concentraciones del Sólido 2015, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia. Armando C., George E., Evandro M. y Christian H., Estudio del efecto de la composición mineralógica en la geología de pulpas basado en técnicas de caracterización avanzada 2006, Universidad Arturo Prat, chile Mena, Rossina. Laboratorio Operaciones de pulpa, ingeniería en metalurgia [guía]. Universidad Católica de Norte, Facultad de ingeniería y ciencias geológicas, Departamento de ingeniería Metalúrgica y Minas, 2017.
Anexos −,
D=
0,515
, P
Ms =
mL
=
+D
+, ,/
S ml∗∗∗
Vs =
s
=
,∗ g/ml
= 555.699
= 0,12
m
m
.g
v
,g/mL
ρ =>v= =
= 213.73
= = 500 213,73
Tabla N°2. Densidades medidas para distintas concentraciones en peso de sólidos.
Pruebas
Cp
Densidad de pulpa(Kg/m3)
1
0,660
1683,938
2
0,680
1720,074
3
0,700
1759,720
4
0,720
1796,494
La tabla muestra la densidad correspondiente a las muestras utilizadas en la prueba de abatimiento observando que a mayor concentración en peso de sólidos (Cp) la densidad es mayor.
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