Polpa é uma mistura de qualquer fluido combinado com partículas sólidas. Na indústria mineral, a água é o fluido mais empregado. A combinação do tipo, tamanho, forma e quantidade de partículas juntamente com a natureza do fluido transportador determinam as características exatas e as propriedades da polpa. Segundo BROWN E HEYWOOD (1993), os atributos que geralmente são utilizados para caracterizar fisicamente as polpas são: a massa específica das fases constituintes (sólido e líquido), a concentração de sólidos na polpa, a distribuição granulométrica dos sólidos, a forma e tamanho das partículas e a viscosidade da polpa.
Pelo fato da polpa constituir um fluido altamente abrasivo, os tubos helicoidais em aço precisam receber uma camada de revestimento interno para que resista ao longo do tempo e não sofra desgaste precipitado, resultando em vazamentos e paralizações não programadas.
Para estabelecer as condições das polpas, bem como as características da tubulação, são necessárias análises de projeto para que as melhores especificações sejam apresentadas e implementadas à mineradora (ARAÚJO, 2018).
Densidade da Polpa
Assumindo que o fluido de transporte seja a água, a densidade da polpa (ρp) pode ser calculada pela concentração de sólidos em peso, a partir da seguinte fórmula:
ρp = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 / 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 = ρL x ρs / ρs + Cw (ρL − ρs)
Onde:
ρp = Densidade da polpa (kg/m3 )
ρs = Densidade do sólido (kg/m3 )
ρL = Densidade do líquido (kg/m3 )
Cw = Concentração de sólidos em peso (%)
Concentração de Sólidos em Peso
A concentração de sólidos em peso (Cw) da polpa corresponde a massa da fração sólida dividida pela massa total da mistura, ou seja:
𝐶𝑤 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 / 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑀𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑎 = (𝜌𝑠𝑉𝑠 / 𝜌𝑠𝑉𝑠 + 𝜌𝐿𝑉𝐿) . 100
Onde:
Cw = Concentração de sólidos em peso (%)
VL = Volume do líquido (m3 )
Vs = Volume do sólido (m3 )
ρS = Densidade do sólido (kgf/m3 )
ρL = Densidade do líquido (kgf/m3 )
Concentração de Sólidos em Volume
A concentração de sólidos em volume (Cv) corresponde ao volume da fração sólida, dividido pelo volume da mistura, a partir da seguinte fórmula:
𝐶𝑣 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 / 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑎 𝑀𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑎 = ((𝑚𝑠/𝜌𝑠) / (𝑚𝑠/𝜌𝑠 + 𝑚𝑙/𝜌𝑙)) . 100
Onde:
Cv = Concentração de sólidos em volume (%)
ρS = Densidade do sólido (kgf/m3 )
ρL = Densidade do líquido (kgf/m3 )
mL = Massa do líquido (kg)
ms = Massa do sólido (kg)
Viscosidade
A viscosidade de um fluido pode ser definida como sendo a propriedade que ele apresenta em oferecer uma maior ou menor resistência à deformação, quando sujeito a esforços de escorregamento (POSSA, 2000). Existem dois tipos de viscosidade: viscosidade dinâmica e viscosidade cinemática.
Reologia
Reologia é o estudo do escoamento e deformação da matéria, ou seja, a reologia é o estudo do comportamento da fluidez. Os comportamentos dos fluidos podem apresentar diferentes formas geométricas, características diversas de ligação, tamanhos variados, que lhe conferem comportamentos distintos. (POSSA, 2000). O comportamento reológico de uma polpa (fluido) pode ser caracterizado pela sua viscosidade.
Granulometria
O tamanho das partículas presentes em uma mistura bifásica, influencia principalmente no comportamento que apresenta o fluxo. Ou seja, quando as partículas são muito finas, a mistura resultante costuma ter comportamento homogêneo. Por outro lado, quando as partículas transportadas são de maior tamanho, devido ao seu peso, tendem a ser transportadas perto da zona mais baixa da tubulação (“fundo”), caracterizando o fluxo heterogêneo. Desta forma, é comum utilizar diâmetros característicos para representar a granulometria, sendo os mais comuns d50 e d95. Isso significa que d50 é o diâmetro pelo qual passam 50% das partículas sólidas.
Espuma
A flotação em espumas é o processo mais comum utilizado para realizar a separação entre minerais de interesse. Neste processo, os minerais hidrofobizados dispersos, no meio aquoso (polpa), são coletados por bolhas de ar e arrastados à superfície, sendo removidos na camada de espumas por transbordo ou mecanicamente. Os minerais hidrofílicos permanecem na fase aquosa acompanhando o fluxo de água.
A espuma mineral consiste em partículas finas com uma dispersão fina de bolhas de ar. As características da espuma mineral dependem do tipo de mineral, da distribuição do tamanho das partículas, da concentração de sólidos, da quantidade de ar na espuma e do tipo de reagente de flotação utilizado.
Tipos de Fluxo de Polpas
Fluxo homogêneo: Apresenta uma composição uniforme da mescla em qualquer ponto da secção transversal da tubulação. Não se observa diferenças de concentração de sólidos na secção transversal e o tamanho das partículas sólidas tem uma distribuição granulométrica uniforme em todo trecho. Fluxo homogêneo ou aproximadamente homogêneo se encontra em misturas de alta concentração e tamanho de partículas finas. As polpas que exibem comportamento homogêneo não tendem a sedimentar e/ou formar depósitos sob condições normais de escoamento. (GOMES, 2012)
Fluxo heterogêneo: Se caracteriza por apresentar uma composição não uniforme da mistura na seção transversal da tubulação. Apresenta diferenças de concentração de sólidos na seção transversal e as partículas sólidas têm uma distribuição não uniforme na seção, as partículas maiores e/ou mais pesadas tendem a fluir para a parte inferior da tubulação. Apresenta-se um acentuado gradiente de concentrações através da seção transversal da tubulação. (GOMES, 2012)
Fluxo de leito móvel: parte dos sólidos deposita no fundo da tubulação, mas continua em movimento, criando um leito móvel que acompanha o fluxo. Parte das partículas pode se mover por rolamento ou por saltitação. (CHAVES, 2002)
Fluxo com leito fixo: os sólidos depositados no fundo da tubulação deixam de se movimentar. Aumentando a sua quantidade, a seção útil vai diminuindo progressivamente, até o entupimento da linha. (CHAVES, 2002)
Velocidade Limite de Transporte
A velocidade limite de transporte de uma polpa (VL) é a menor velocidade na qual o sistema pode ser operado em condições de estabilidade, homogeneidade e sem depósito de partículas no interior do tubo. A velocidade limite é a mínima velocidade a qual se pode transportar o concentrado assegurando fluxo homogêneo e turbulento. (BRASS, 2008) Se por um lado a velocidade de transporte deve ser suficientemente grande para produzir a turbulência necessária para manter os sólidos em suspensão, ela deve ser a menor possível para reduzir o atrito com as paredes do tubo e consequentemente reduzir a perda de carga (CHAVES, 2002).
Tubo em Aço Carbono com Costura Helicoidal
A seleção do diâmetro ideal do tubo helicoidal também é crítica em qualquer sistema de bombeamento de polpa. A utilização de tubos de aço de pequenos diâmetros pode resultar em uma taxa de vazão insuficiente ou em um consumo excessivo de energia. A velocidade na qual a polpa é bombeada dentro da tubulação também deve ser avaliada para garantir uma velocidade suficiente para manter os sólidos em suspensão, enquanto são bombeados.
Se a velocidade disponível é insuficiente, as partículas sólidas irão progressivamente assentar dentro do tubo e em última análise, causar um bloqueio total.
A escolha do diâmetro da tubulação deve ser feita considerando a disponibilidade das tubulações comerciais, que fabricam tubos normatizados e que possuem a chancela de empresas sérias e comprometidas com a qualidade, como é o caso da Santa Rita. O comprimento da tubulação e equipamentos complementares, tal como válvulas, curvas, reduções, acoplamentos mecânicos etc., tanto da sucção quanto do recalque também são requisitos para a avaliação de um sistema de bombeamento de polpa.
Perda De Carga
A perda de carga pode ser definida como a dissipação de energia do fluido ao longo do escoamento, provocando uma diminuição da pressão total do sistema. Ela ocorre devido ao atrito entre as partículas fluidas e as paredes do tubo, e mesmo devido ao atrito entre estas partículas. Ela pode ser distribuída ou localizada, dependendo do motivo que a causa. (VIDAL, 2011) Adicionando-se as perdas distribuídas e localizadas a altura geométrica que o escoamento tem que vencer (diferença de nível entre os reservatórios de sucção e recalque) tem-se a altura manométrica total. Esta é a pressão que a bomba tem que vencer quando o fluido escoa de um reservatório até outro. (VIDAL, 2011)
Conclusão:
Diante de toda complexidade envolvida no transporte de polpa de minério, os tubos helicoidais da Santa Rita recebem revestimento interno em borracha ou poliuretano para resistir a abrasão. Os tubos helicoidais revestidos com borracha resistem a determinadas especificações de polpa de minério e os tubos helicoidais revestidos com poliuretano a outras especificações. Vale sempre conversar com as equipes técnicas envolvidas para estabelecerem o revestimento mais indicado para o projeto, evitando assim desgaste precoce ou investimento desnecessário.
Bibliografia:
ARAÚJO, A. F. C. Manuseio de polpas em Mineração. O uso de bombas centrífugas na usina. Monografia (Pós-Graduação). Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte, 2018. 45p
BROWN, N.P.; HEYWOOD, N.I. Slurry Handling: Design of solid-liquid systems; New York, Elsevier Handling and Processing of Solids Series, Elsevier Science Publishers, 1991, 680p
CHAVES, A.P. et al; Teoria e Prática do Tratamento de Minérios. Volume 1 2.ed. São Paulo, Brasil: Signus Editora, 2002.
GOMES, H.A., Dimensionamento de Mineroduto. Monografia (Pós-Graduação). Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais. Curso de Pós-graduação em Engenharia de Recursos Minerais. Belo Horizonte, 2012. 67p.
POSSA, M. V., LIMA, J. R. B.de, Comportamento Reológico de Polpas Minerais. CETEM/MCT, Rio de Janeiro – Brasil, 2000.
VIDAL, A. M., Estudo de Bombeamento de Partículas Grossas. Monografia (Pós Graduação). Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais. Curso de Pós- graduação em Engenharia de Recursos Minerais. Belo Horizonte, 2011. 78p
