Caracterización del régimen de mezcla en una celda de flotación neumática intensificada

Abstract

El presente trabajo tiene como objetivo caracterizar el régimen de mezcla al interior de una celda de flotación neumática Jameson L-150, mediante la determinación experimental y el modelamiento matemático de su distribución de tiempos de residencia (DTR). Para ello, se realizaron tres pruebas experimentales de trazador (DTR 1, DTR 2 y DTR 3), utilizando Cloruro de Litio (LiCl) como trazador, inyectado en forma de impulso en la alimentación del equipo. La concentración de litio a la salida se midió por espectrometría de absorción atómica, en condiciones de operación pseudo-estacionarias previamente establecidas (flujo de alimentación de 9.5 Lpm, presión de alimentación de 180 kPa, vacío de -10 kPa). Las curvas de concentración mostraron un comportamiento consistente entre las tres pruebas: un tiempo muerto de 0.7 a 0.9 minutos, un ascenso pronunciado hasta el máximo, y una cola de decaimiento prolongada con un quiebre en la pendiente, indicativo de al menos dos poblaciones de fluido con distintos tiempos de residencia dentro del equipo. A partir de la prueba DTR 2 se normalizó la curva para obtener E(t), calculándose un tiempo medio de residencia experimental τ = 3.31 min y una varianza σ² = 2.60 min². Con estos datos se ajustó un modelo compuesto: un flujo tipo pistón con dispersión y un flujo a través de dos reactores de mezcla completa en serie, cada uno con un tiempo de residencia distinto. Los cinco parámetros del modelo (α, td, σ, ts, tl) se determinaron por regresión no lineal de mínimos cuadrados, con Solver de Excel. El modelo ajustado reprodujo bien la curva experimental, con un coeficiente de determinación R² = 0.98 y un tiempo medio de residencia modelado de 3.31 minutos, consistente con el experimental. Los parámetros obtenidos (α = 0.21; td = 1.72 min; σ = 0.26 min; ts = 0.28 min; tl = 1.44 min) indican que un 21% del flujo atraviesa la celda de forma casi directa, mientras que el 79% restante queda retenido en zonas de mezcla de distinta escala temporal, asociado a recirculación interna, lo que confirma un comportamiento de flujo no ideal, útil de caracterizar para el diseño, operación y escalamiento de este tipo de equipos.