ABRASIVOS

CAMPO DE APLICACIÓN

La presente invención se relaciona con la industria minera, en particular, con el transporte de flujos abrasivos como relaves mineros desde una cierta altura hasta un punto de descarga, y a la generación de energía eléctrica a partir de la energía potencial durante este transporte de relave.

ANTECEDENTES

En la industria minera, los porcentajes o leyes de mineral implican que una gran parte del material procesado se convierte en un residuo inerte y sin valor. A ese residuo se le conoce comúnmente como relave. El relave debe ser dispuesto finalmente en grandes tranques, por lo general, ubicados a grandes distancias de la faena minera. Lo anteriormente expuesto implica la construcción de diversas obras civiles, el uso de gran cantidad agua, de energía y la utilización de enormes extensiones de terreno, con el fin de transportar y disponer este relave para cumplir con normas ambientales impuestas.

El relave es un fluido compuesto por agua, generalmente en un 50% y material solido en suspensión. El peso específico del relave es aproximadamente de 1 ,5 kg/Lt, y corresponde a un fluido altamente abrasivo. El relave contiene además productos químicos residuales del proceso extractivo del mineral. El proceso de transporte del relave se efectúa normalmente fluyendo por gravedad a una zona geográfica más baja en comparación al lugar donde se realiza el proceso de extracción del mineral.

Debido a las características abrasivas del relave, los dispositivos existentes capaces de transformar la energía potencial, producto del volumen y la diferencia de altura desplazada, en energía eléctrica no han mostrado ser eficientes en la generación y en la resistencia a la abrasión. Las actuales turbinas como Pelton, Francis, Kaplan o Banki presentan un desgate prematuro de sus partes móviles, lo cual hace poco viable su uso.

El documento WO2013033859 (A) describe un sistema que permiten el aprovechamiento de la energía de flujos de de material de minería, utilizando un elemento intermedio entre el líquido abrasivo y/o corrosivo y los elementos mecánicos de las máquinas generadoras eléctricas con medios líquidos. Esto se logra, usando uno o más pares de estanques que se llenan y vacían controladamente en forma alternada, sin interrumpir el flujo principal. Lo anterior permite que un elemento intermedio haga girar una turbina o generador eléctrico, ya sea mediante desplazamiento de un fluido, el ascenso y descenso por flotación de un elemento mecánico, o por ascenso y descenso de fuelles conectados a una palanca balancín. Con esto se logra aumentar sustancialmente la vida útil de las máquinas generadoras de electricidad, posibilitando la recuperación de la energía contenida en los efluentes mineros y otros líquidos.

Por otro lado, Weir Minerals Latín America (Agosto 2010) ha desarrollado una bomba adaptada para la generación de electricidad a partir del flujo de relaves aprovechando la energía potencial debido a las diferentes alturas del curso del flujo. Para dicha generación, se disponen de distintas estaciones de bombeo durante el recorrido del relave. El sistema comprende una bomba modelo Warman usada como turbina, donde el flujo entra por la descarga de la bomba y sale por la succión, un generador eléctrico, una sistema de transmisión por poleas y correas, un sistema electrónico para mantener el generador a 1500 RPM y elementos de control asociados.

Ambos sistemas antes descritos permiten la generación de energía eléctrica a partir de flujos de relave, sin embargo, requieren de un montaje complejo que intervienen directamente en el flujo de relave. De forma particular, el sistema de Weir Minerals utiliza una bomba convencional tipo centrifuga que dada las propiedades abrasivas del flujo de relave, resultaría en un constante desgaste y paradas necesarias para el remplazo de los rodetes de la bomba.

Una solución planteada por el estado del arte para no interferir fuertemente en el flujo de un cauce y disminuir en cierta medida la abrasión, es el uso de tornillos de Arquímedes. El documento US2013177424 describe una turbina de tornillo que comprende un álabe de turbina helicoidal montado para rotación axial, un montaje asociado con el álabe helicoidal de la turbina y un montaje de pala de la turbina helicoidal para rotación axial. Igualmente, posee un generador asociado con la pala de la turbina helicoidal que convierte la energía transmitida a la pala de la turbina helicoidal para generar electricidad. El diámetro de la pala de la turbina helicoidal es menor que el espacio de la pala de la turbina helicoidal, a través del cual dicha turbina de tornillo está adaptada para permitir el intercambio lateral del líquido en uso. Por otro lado, el documento EP2461017 contiene un sistema que cuenta con una rueda de tornillo instalada en un canal. El canal y / o la rueda de tornillo están acoplados a unidades de transporte durante la instalación en una ubicación de operación. Las unidades de soporte están formadas como consolas de soporte. Dichas unidades están provistas de soportes laterales (6), por ejemplo portadores de acero. Las unidades de soporte están formados en forma de U y / o perfil en forma de caja. El documento también describe un método para la fabricación de un sistema de tornillo.

La solicitud internacional WO2014047619 describe aparatos y métodos para la fabricación de un tornillo de Arquímedes usando un diseño traca como una cuchilla para aumentar el volumen de agua elevado o bajado en aproximadamente un 10%. La invención, en parte, altera la forma de las cuchillas dentro el tornillo de una forma helicoidal a una forma hilada. Una cuchilla helicoidal en un tornillo de Arquímedes se ha utilizado desde la antigüedad y no ha cambiado desde entonces, lo que limita el proceso de la eficiencia y la fabricación. La forma traca helicoidal permite contener una mayor cantidad de agua dentro del tornillo y es una superficie desarrollable que permite una fabricación más fácil, que la forma helicoide.

Adicionalmente, la compañía Kovosvit MAS, en año 2013 propuso un sistema que permite la generación de energía eléctrica a partir de energía potencial en un curso de agua. El sistema requiere la construcción de un by-pass, donde se instala el tornillo, el cual no se encuentra en funcionamiento en el mismo caudal del canal o río. Si bien, existentes sistemas que utilizan tornillos de Arquímedes para generación de energía, la utilización de este tipo de tecnología se encuentra aplicado al campo de generación eléctrica en cursos de agua y no en cursos de fluidos altamente abrasivos. Dicha implementación requiere de una instalación robusta que resista a las altas fuerzas ejercidas por un flujo abrasivo y revestimientos que permitan resistir al desgaste debido al flujo abrasivo,

PROBLEMA TÉCNICO

El principal problema técnico que plantean los sistemas de generación de energía a partir de flujos abrasivos divulgados por el estado del arte es que no han resultado ser eficientes en cuanto a la generación de energía eléctrica y a la resistencia a la abrasión, pues han demostrado ser complejos y costosas, disminuyendo la presión y velocidad del relave. Adicionalmente, los sistemas que utilizan tornillos de Arquímedes para generación eléctrica no han sido utilizados en flujos de abrasivos, y su campo de aplicación ha sido más bien el uso en corrientes de agua. Además, estos sistemas de generación por tornillo requieren la construcción de by-pass para la generación más obras civiles para apoyar y soportar el sistema, lo que hace aún más compleja su instalación, particularmente en flujo de materiales abrasivos.

SOLUCIÓN TÉCNICA

Para permitir la generación de energía eléctrica partir de la energía potencial que posee un curso en un flujo de relave sin la necesidad de requerir instalaciones complejas y donde el contacto con el flujo abrasivo no sea directo hacia las palas o rotores de una bomba, se propone la implementación de un sistema de generación de energía que comprende un dispositivo generador cuyo componente principal es una helicoide que gira solidario con un tubo protector, al menos un par de compuertas que permiten encausar el flujo desde la entrada y la salida del dispositivo, y unos soportes que permitan al dispositivo resistir a las altas cargas producto del flujo de material abrasivo, donde el interior del dispositivo que se encuentra en contacto con el flujo abrasivo, se encuentra constituido por materiales resistentes a la abrasión, basados en nanotecnología, con el objeto de evitar y disminuir la corrosión y el desgaste de los elementos principales.

VENTAJAS TÉCNICAS

La presente invención permite generar electricidad aprovechando el curso del flujo de material abrasivo del relave. Además, la configuración utilizada de tornillo de Arquímedes permite disminuir los efectos de la abrasión pues el flujo circula siguiente el movimiento de giro del tornillo, sin la existencia de impacto que aceleraría el desgaste de las turbinas. Dada la configuración de este tipo de la invención, se puede instalar una pluralidad de dichos dispositivos en serie para aumentar la capacidad de generación de electricidad. Otra de las ventajas de este tipo de solución es que pude generar electricidad a partir de flujos de bajo caudal y baja presión (desde 0,5 m ³ /s y 1 m de altura, hasta 10 m ³ /s y 10 m de altura de caída como máximo) a diferencia de las turbinas comúnmente conocidas.

El sistema también es amigable con el medio ambiente, pues permite el paso de elementos sólidos pos su interior sin dañarlos o destruirlos. Además, cuenta con altos parámetros de eficiencia y rendimiento, junto con la mayor duración de sus componentes, comparado con las otras formas de generación convencional. Por otra parte, no requiere de mayor infraestructura u obras civiles pues se instala directamente sobre la canaleta existente por donde circula el flujo.

La configuración de tornillo es estable frente a cambios de caudal y aumenta o disminuye la generación proporcionalmente con el fluido suministrado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 corresponde a un detalle de emplazamiento de un dispositivo para generar electricidad a partir del transporte de relaves mineros, de acuerdo a una modalidad preferida de la invención.

La Figura 2 corresponde a un dispositivo para generar electricidad a partir del transporte de relaves mineros, de acuerdo a una modalidad preferida de la invención.

La Figura 3 corresponde a un sistema de generación que comprende dos dispositivos para generar electricidad a partir del transporte de relaves mineros, de acuerdo a una modalidad preferida de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLA DE LA INVENCIÓN

La invención se relaciona a un sistema y un método de generación de energía eléctrica en flujo de material abrasivo, de manera particular, en flujo de relaves. El sistema, tal como se puede ver en la Figura 1 , comprende un dispositivo (100) preferentemente de estructura cilindrica, para generar electricidad a partir de la energía potencial del flujo de relaves. Dicho dispositivo (100), como lo muestra la Figura 2, comprende un tambor protector (4) y una helicoide (5), conectados a un sistema de transmisión rotacional (7), unido estructuralmente al tambor protector (4) y que a su vez se conecta con un motogenerador (8). En una modalidad de la invención, el motogenerador (8) se instala al costado del tambor protector (4) tal como lo muestra las Figuras. En otra modalidad de la invención, el motogenerador (8) se instala en el centro del eje del dispositivo (100). El dispositivo comprende además una estructura de soporte (2) para su montaje in-situ, y que permite soportar los diversos componentes del dispositivo de forma, fijándolo en la posición de trabajo determinada.

El dispositivo (100) se instala sobre un canal existente (1 ), en el que se desplazan los flujos de relaves originados en los procesos mineros. La instalación del dispositivo (100) se realiza sin la necesidad de modificar dicho canal existente (1 )

El flujo de relave es guiado a través del canal existente (1 ) por medio de una compuerta (3a) instalada a la entrada del dispositivo para encausar el flujo hacia el dispositivo (100) y una compuerta (3b) instalada a la salida del dispositivo para encausar el flujo que sale desde el dispositivo (100). El flujo de material se dirige desde el canal (1 ) hacia el dispositivo (100) a través de la compuerta (3a), la cual se sostiene en la estructura de soporte (2). La compuerta (3a) rota en un eje perpendicular al canal existente (1 ) de forma que puede permitir que el flujo de los relaves circule desde el canal existente (1 ) hacia el dispositivo (100) para generar electricidad. Por otra parte, la compuerta (3b) rota en un eje perpendicular al canal existente (1 ) de forma que puede permitir que el flujo de los relaves circule desde el dispositivo (100) hacia el canal existente (1 ). Ambas compuertas (3a, 3b) son preferentemente cóncavas. El flujo de relave fluye a través del dispositivo, haciendo rotar el tambor protector (4) y la helicoide (5) en forma solidaria, constituyendo así un sistema más robusto y resistente a la flexión, junto con la entrega de mayor inercia para la generación. El giro solidario del tambor protector (4) y la helicoide (5) se transfiere a través del sistema de transmisión rotacional (7) hacia el motogenerador (8), produciendo energía eléctrica. El dispositivo comprende además un soporte rotatorio (6) en cada extremo, el cual permite aislas la rotación solidaria del tambor (4) y la helicoide (5) con respecto a la estructura de soporte (2), permitiendo así el flujo continuo y normal de los relaves.

En la modalidad preferida de la invención, el dispositivo (100) se instala por encima del canal existente (1 ) y sobre la estructura de soporte (2). La estructura de soporte (2) se dispone de manera alineada con el canal existente (1 ), con el fin de mantener una pendiente continua, independiente de las variaciones de nivel que pueda presentar un terreno (10) donde se encuentra el canal existente (1 ).

En una modalidad de la invención, la estructura de soporte (2) permite además la alineación de una pluralidad de dispositivos de generación para su acople mediante un sistema de unión mecánico (9). De ésta forma todos los dispositivos para generar electricidad rotan en forma solidaria y mantienen sus respectivos ejes coloniales, de forma que el flujo de relave pase desde un dispositivo al siguiente en forma sucesiva, tal como se muestra en la Figura 3.

La compuerta (3a) posibilita la conducción del flujo de relave a través del canal existente (1 ) hacia el dispositivo (100) para generar electricidad mediante la rotación del mismo. Mediante esta configuración, se facilita el mantenimiento del dispositivo (100) y permitiendo la entrada en servicio de dicho dispositivo según sea requerido.

Debido al alto nivel abrasivo de los relaves mineros, los componentes internos del tambor protector (4) y la helicoide (5) están revestidos con materiales que aumentan la vida útil del dispositivo para generar electricidad.

En una modalidad preferida de la invención, el diámetro del tambor protector (4) y el número de helicoides (5), así como su ángulo, se determinan a partir de las condiciones existentes, como el desnivel del canal existente (1 ), el caudal y tipo de relaves mineros, por ejemplo.

Lista de elementos que constituyen la invención

Elementos

1 . - Canal existente

2. - Estructura de soporte

3a.- Compuerta de entrada

3b.- Compuerta de salida

4. - Tambor protector

5. - Helicoide

6. - Soporte rotatorio

7. - Sistema de transmisión rotacional

8. - Moto generador

9. - Sistema de unión mecánico

10. - Terreno

100.- Dispositivo generador