Thesis:

Estudio fluidodinámico de la influencia de obstáculos de amortiguación en la estimación de distancia peligrosa ante el colapso de un depósito de relave

Desde el siglo XVIII se busca entender el comportamiento de flujo para diferentes tipos de fluidos. Con el tiempo, se han presentado diferentes modelos teóricos y experimentales que expanden las barreras del conocimiento en esta área. Una de las principales áreas de aplicación en minería, es la caracterización de pulpas mineras, ya sean concentrados de mineral o relaves, estos últimos, constituyen un riesgo latente día a día, que se traduce en un posible colapso del depósito. Con ello, aparece una preocupación intrínseca relacionada con la distancia máxima de flujo del relave, el cual puede afectar a poblados, aguas continentales, flora y fauna. Por lo tanto, un entendimiento de las variables que controlan el fenómeno de flujo y la propuesta de un plan de mitigación proactivo, representan un avance de alta importancia en esta materia. En la presente tesis, se muestra la influencia de variables físicas propias del fenómeno de flujo de relave, en conjunto con la incorporación de obstáculos tipo barrera, con el objetivo de minimizar el valor de distancia peligrosa. Esto se lleva a cabo, integrando ensayos experimentales a escala de laboratorio y simulaciones de fluidodinámica computacional (CFD), permitiendo la generación de una base de datos robusta que correlaciona parámetros críticos como el volumen contenido, el porcentaje de sólidos en peso, la velocidad característica de salida, el número de barreras y el comportamiento reológico de la pulpa. Con base en las mediciones obtenidas, se propone un modelo multivariable adimensional, con el objetivo de relacionar todas las variables involucradas en el estudio y predecir la distancia máxima que podría alcanzar el flujo de relave para ciertas condiciones y considerando obstáculos que disipen su energía cinética. La efectividad de las barreras fue notoria y, si se compara un caso con y sin barreras, manteniendo un volumen y una concentración en sólido fija, se puede obtener ~30% menos en las distancias máximas medidas.

Since the 18th century, scientists have sought to understand the flow behavior of different types of fluids. Over time, various theoretical and experimental models have been developed, expanding the boundaries of knowledge in this area. One of the main areas of application in mining is the characterization of mining slurries, whether mineral concentrates or tailings. The latter pose a constant, latent risk, potentially leading to tailings dam collapse. This gives rise to an inherent concern regarding the maximum flow distance of the tailings, which can affect populated areas, inland waters, flora, and fauna. Therefore, understanding the variables that control the flow phenomenon and proposing a proactive mitigation plan represent a significant advancement in this field. This thesis demonstrates the influence of physical variables inherent to the tailings flow phenomenon, in conjunction with the incorporation of barrier-type obstacles, with the aim of minimizing the run-out distance. This is achieved by integrating laboratory-scale experimental tests and computational fluid dynamics (CFD) simulations, enabling the generation of a robust database that correlates critical parameters such as impoundment volume, solids percentage by weight, characteristic outlet velocity, number of barriers, and the rheological behavior of the slurry. Based on the measurements obtained, a dimensionless multivariable model is proposed to relate all the variables involved in the study and predict the maximum distance the tailings flow could reach under certain conditions, considering obstacles that dissipate its kinetic energy. The effectiveness of the barriers was notable, and comparing a case with and without barriers, while maintaining a fixed volume and solids concentration, a reduction of approximately 30% in the maximum measured distances can be observed.