Diseño de separadores de partículas finas empleando modelización de flujos complejos

Abstract

La industria de trituración de piedra procesa por año más de 24 millones de toneladas sólo en la provincia de Buenos Aires. La mayor parte de la producción consiste en piedra granítica, calcítica y dolomítica. Los procesos de trituración generan un subproducto conocido como arenas de trituración, las cuales están compuestas por partículas con tamaños entre 0 a 6 mm. La principal aplicación de estas arenas es como agregado fino en el hormigón y concretos asfálticos. Las arenas deben ser tratadas antes de ser utilizadas para este fin, debido a que presentan un elevado contenido de polvo (partículas menores a 75 micrómetros). El exceso de polvo se elimina actualmente mediante métodos de lavado, los cuales utilizan grandes cantidades de agua, energía y generan gran cantidad de efluentes. Otra desventaja de los procesos de lavado es la pérdida del polvo en forma de lodos. Este trabajo de tesis propone un nuevo proceso de extracción de polvo en arenas de trituración mediante el uso de sistemas de clasificación por aire. Se diseñó un nuevo equipo de desempolvado de arenas que reemplaza el proceso de lavado con agua y utiliza menos energía comparado con otros sistemas similares. El desempolvador se diseñó utilizando la metodología de simulación conocida fluidodinámica computacional (CFD) y el método de elementos discretos (DEM). Un prototipo del desempolvador se fabricó para su evaluación experimental en una planta piloto. Los resultados de las experiencias determinaron que el diseño propuesto es capaz de extraer el polvo de la arena de trituración y obtener el polvo extraído como un subproducto listo para ser comercializado.

The aggregate industry of the Buenos Aires province processes more than 24 millon tons of stone per year. The majority of the production is composed of granite, limestone and dolomite. The crushing processes generate a secondary product known as manufactured sands. These sands are composed of particles with sizes between 0 and 6 milimeters. The main application of the manufactured sands is as fine aggregate for concrete and asphalt. This application is not straightforward because of the high amount of dust (particles with sizes lower than 75 micrometers) that is present in the sands. At the present time, the excess of dust is controlled by water washing processes. The water washing has several shortcomings as the usage of high volumes of water, high energy requierements and the production of efluent disposals. Another disadvantage is that the extracted dust is lost as a mud. The aim of this thesis is to develop a new process for the extraction of dust from manufactured sands by using air classification. A new type of de-duster was designed to overcome the main disadvantages of the water washing process. It also reduces the energy requirements compared agaisnt similar air classificaction devices. The de-duster was designed by using the computational fluid dynamics (CFD) and the discrete element method (DEM) methodologies. A prototype for the deduster was built and evaluated in a pilot scale plant. Results determined that the new de-duster is able to extract the excess of dust from the manufactured sands and to collect it as a ready-to-use by-product.