ES2939471T3

ES2939471T3 - Sistema de bombeo

Info

Publication number: ES2939471T3
Application number: ES19762857T
Authority: ES
Inventors: Rijswick Rudolfus Van
Original assignee: Weir Minerals Netherlands BV
Current assignee: Weir Minerals Netherlands BV
Priority date: 2018-07-16
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2023-04-24
Anticipated expiration: 2039-07-12
Also published as: CL2021000133A1; WO2020016716A2; WO2020016716A3; EP3807497A2; EP3807497B1; JP7289324B2; DK3807497T3; AU2019304200B2; PE20210355A1; CA3104857A1; ZA202100313B; EA202190278A1; MA52901A; JP2021531426A; GB201811632D0; BR112021000560A2; GB2575638A; CN112424447A; AU2019304200A1; US12152608B2

Abstract

Se describe un sistema de bombeo para bombear un medio. El sistema comprende: al menos una cámara de intercambio de presión transversal, pero preferiblemente múltiples cámaras de intercambio de presión. Cada cámara de intercambio de presión tiene una disposición de válvulas en cada extremo. El sistema también incluye una descarga presurizada en un extremo de entrega del sistema y un mecanismo de llenado operable para llenar la cámara de intercambio de presión con el medio. Una bomba de desplazamiento positivo puede funcionar para bombear un fluido impulsor en contacto directo con el medio de manera que el medio sea bombeado desde la cámara de intercambio de presión a la descarga presurizada. También se describe un método para bombear un medio. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de bombeo

Campo técnico

La presente invención se refiere a un sistema de bombeo. En particular, aunque no exclusivamente, la presente invención se refiere a un sistema de bombeo para su uso en la industria de procesamiento de minerales.

Antecedentes

En la industria de procesamiento de minerales, un problema se refiere al transporte de mineral desde ubicaciones subterráneas o submarinas a un nivel de superficie. En la mayoría de tales aplicaciones, este transporte incluye elevar el mineral verticalmente así como también transportarlo horizontalmente.

Para distancias verticales relativamente pequeñas, las disposiciones de transporte de cinta o camión son los métodos de transporte dominantes. Para las minas subterráneas, el método de transporte más dominante es la elevación de jaula en el que una jaula se eleva a la superficie después de cargarla con mineral subterráneo. En la minería de fondo marino, que es una aplicación relativamente nueva, se consideran múltiples métodos, tales como la elevación de jaula, la elevación de aire o la elevación hidráulica. En la elevación hidráulica, el mineral se mezcla con un fluido portador, por ejemplo agua, para formar una pulpa de partículas de mineral que luego se puede bombear a la superficie. La mezcla de partículas sólidas y el fluido portador se denomina pulpa.

En la minería de fondo marino, la elevación hidráulica se considera la más adecuada ya que el mineral se extrae típicamente mediante el uso de métodos de excavación que se basan en agua, que suministran una suspensión de mineral en agua, como la llamada producción mineral en bruto (ROM). Hay una serie de ventajas en la aplicación de la elevación hidráulica en las minas subterráneas y de fondo marino. Estas ventajas incluyen lo siguiente.

La construcción de una tubería ascendente para la elevación hidráulica desde una mina subterránea es mucho más rentable que la construcción de un sistema de elevación de jaula ya que puede perforarse un orificio para una tubería ascendente y tiene una sección transversal mucho más pequeña que la del pozo que se requiere para un elevador de jaula.

La construcción de una tubería ascendente y la infraestructura de la superficie necesaria para la elevación hidráulica es mucho menos invasiva que la necesaria para la elevación de jaula.

Las tuberías ascendentes para la elevación hidráulica no tienen que ser completamente verticales, lo que permite más libertad en la ubicación del punto de superficie con respecto al punto de inicio subterráneo.

Estas dos últimas ventajas son particularmente ventajosas para las minas en regiones densamente pobladas o con terrenos de superficie en difíciles condiciones.

La elevación hidráulica es un proceso continuo en comparación con el proceso por lotes de la elevación de jaula, lo que permite una mayor automatización del proceso con menos dependencia del operador y menos interferencias. Con la elevación de jaula, la capacidad de una escala de pozo de sección transversal específica se invierte con la profundidad, así como el tiempo de desplazamiento de las jaulas determina el número de lotes que se pueden elevar por unidad de tiempo. Con la elevación hidráulica, la capacidad se define por la velocidad de flujo y el diámetro de la tubería, cuya capacidad no se ve afectada por la profundidad.

Durante el proceso de excavación, el mineral se descompone en partículas más pequeñas de manera que el mineral se puede manejar como un material granular. Sin embargo, la reducción de tamaño antes de la etapa de elevación se limita preferentemente para reducir el requisito de instalación de equipos de trituración (reducción del tamaño de las partículas) de alto consumo de energía y costosos cerca del lugar de la excavación, que puede ser en el fondo marino, o en una mina subterránea.

Los tamaños de partículas de mineral ROM que no tuvieron una reducción de tamaño adicional están en el intervalo de 1 a 100 mm. Cuando se mezclan con agua, esto da la llamada pulpa de sedimentación en la que las partículas se asentarán rápidamente cuando la mezcla se estanca. Una pulpa es una mezcla de dos fases (un líquido con partículas sólidas suspendidas o ubicadas en la misma de cualquier otra manera). Esto es diferente a las mezclas que se observan típicamente en aplicaciones de procesamiento de minerales. En mezclas con partículas finas (de menos de 50 pm de diámetro), las partículas solo se asientan lentamente de manera que la sedimentación no presenta ningún problema con el transporte de la pulpa.

En la elevación hidráulica de mineral, las partículas relativamente grandes en el intervalo de 1 a 100 mm deben suspenderse en un fluido portador mientras se transportan a la superficie a través de una tubería ascendente. Las profundidades de elevación se encuentran típicamente en el intervalo de 100 a 2000 m para la minería subterránea y 5000 m para la minería de fondos marinos. Los principales desafíos para un sistema hidráulico de elevación de mineral en tal entorno, serían el tamaño de partícula relativamente grande que se transportará, en combinación con la alta presión de bombeo que se requiere para las profundidades de elevación típicas.

El tamaño de partícula relativamente grande coloca limitaciones en el equipo de bombeo que puede usarse en un sistema hidráulico de elevación de mineral. Hay disponibles bombas centrífugas de pulpa de paso grande que pueden manejar el tamaño de partícula típico, pero se limitan en la elevación de su altura de bombeo, que es típicamente menor de 50 m. Esto requeriría que un número extenso de dichas bombas se colocaran en serie para superar los requisitos de presión en un sistema hidráulico de elevación de mineral. Con el aumento del número de bombas centrífugas en serie, la complejidad del sistema aumenta y la fiabilidad del sistema disminuye. Además, la eficiencia energética de las bombas centrífugas de pulpa de paso grande se limita en comparación con las bombas centrífugas de líquido limpio de múltiples etapas o las bombas de desplazamiento positivo, típica de 70 % contra un 80 % y un 90 % respectivamente. El uso de múltiples bombas centrífugas de pulpa de paso grande en sistemas hidráulicos de elevación de mineral se limita por lo tanto, debido a estas desventajas.

Las bombas centrífugas de líquidos limpios de múltiples etapas de alta eficiencia de la técnica anterior obviamente no son adecuadas, ya que las áreas de paso internas son típicamente demasiado pequeñas y las velocidades internas son demasiado altas, lo que resulta en velocidades de desgaste excesivamente altas cuando se manejan fluidos cargados de sólidos o pulpas. Las bombas de desplazamiento positivo de la técnica anterior capaces de manejar pulpas abrasivas existen, pero tienen limitaciones al manejar partículas mayores de 1 mm. Estas limitaciones se relacionan principalmente con el funcionamiento de las válvulas de aislamiento de la cámara de la bomba que no se cierran y sellan correctamente en presencia de partículas más grandes. Además, las velocidades de flujo en las bombas de desplazamiento positivo de la técnica anterior son típicamente demasiado bajas para suspender de manera fiable las partículas más grandes, lo que resulta en un bloqueo cuando se manejan cantidades significativas de estas partículas más grandes.

Para superar algunos de estos problemas, se propusieron en el pasado varios conceptos de intercambio de presión. En un sistema de intercambio de presión, una cámara de intercambio de presión se llena primero con el fluido que se bombeará (denominado fluido bombeado) a través de un arreglo de válvulas mediante un sistema de llenado de baja presión. Al llenarse, el fluido bombeado desplaza el fluido que ya se encuentra en la cámara de intercambio de presión (denominado fluido impulsor) fuera de la cámara mediante otro arreglo de válvulas. Una vez que la cámara se llena con el fluido bombeado, las válvulas de entrada de fluido bombeado y de salida de fluido impulsor se cierran. De manera secuencial, se abre una válvula de entrada de fluido impulsor de alta presión y una válvula de salida de fluido bombeado de alta presión, lo que permite que el fluido impulsor de alta presión entre en la cámara de intercambio de presión y, de esta manera, desplace el fluido bombeado fuera de la cámara a través de la válvula de salida de fluido bombeado a la conexión de descarga de alta presión.

Sin embargo, todos los sistemas de intercambio de presión de la técnica anterior dependen de una bomba de líquido limpio para suministrar el fluido impulsor de alta presión al sistema. La mayoría de los sistemas de intercambio de presión de la técnica anterior usan bombas centrífugas de líquido limpio de múltiples etapas de alta eficiencia para este propósito. El fluido que sale de la cámara de intercambio de presión al llenar la cámara con fluido bombeado se reutiliza típicamente como fluido impulsor para minimizar cualquier desperdicio de fluido impulsor. La mayoría de los sistemas de intercambio de presión de la técnica anterior usan para ello un elemento separador en la cámara de intercambio de presión que separa el fluido bombeado y el fluido impulsor. La función de este elemento separador es evitar la mezcla del fluido impulsor y el fluido bombeado mientras se intercambia presión entre ellos. Los sistemas de intercambio de presión de la técnica anterior usan elementos separadores en diferentes formas, que incluyen: flotadores en cámaras de intercambio de presión dispuestas verticalmente, pistones flotantes en cámaras de intercambio de presión dispuestas horizontalmente, y elementos separadores flexibles sellados herméticamente en varias formas, por ejemplo, diafragmas cilíndricos o membranas y geometrías en forma de vejiga o en forma de manguera.

Los elementos separadores flotantes, sin embargo, no proporcionan un sello hermético entre el fluido bombeado y el fluido impulsor, lo que resulta en la mezcla de ambos fluidos. En un sistema de intercambio de presión que maneja pulpas abrasivas, esto provoca la contaminación del fluido impulsor que se expulsa de la cámara de intercambio de presión durante el llenado de la cámara con fluido bombeado. Esta contaminación tendría que eliminarse del fluido impulsor antes de reutilizarse para evitar velocidades de desgaste excesivas en las bombas de fluido impulsor de alta presión. La descontaminación completa del fluido impulsor no es práctica ni posible, lo que resulta en una fiabilidad comprometida de las bombas de fluido impulsor de alta presión debido a la contaminación en el fluido impulsor.

Algunos sistemas de intercambio de presión de la técnica anterior intentan limitar la mezcla sobre el elemento separador flotante mediante el uso de una cámara de intercambio de presión dispuesta verticalmente que permite que las partículas se asienten lejos del elemento separador. Aunque esto podría funcionar para un intervalo de tamaño de partícula intermedio de 100 a 500 pm, las partículas más pequeñas no se asentarían lejos del elemento separador lo suficientemente rápido y se mantendrían además en la pulpa por el flujo turbulento en la cámara de intercambio de presión. Las partículas mayores que aproximadamente 500 pm se asentarán lejos del elemento separador pero se asentarán demasiado rápido y formarán un sedimento en la parte inferior de la cámara de intercambio de presión. Si la cantidad o el volumen total de las partículas más grandes es demasiado alto, formará un bloqueo en la parte inferior de la cámara de intercambio de presión que obstruye la descarga del fluido bombeado en la conexión de descarga de alta presión.

Además, las velocidades del elemento separador flotante tienen que limitarse para garantizar su durabilidad. Esto coloca restricciones en las velocidades de fluido en las cámaras de intercambio de presión que limitan aún más su aplicación exitosa para mezclas de sedimentación de partículas grandes que están presentes en aplicaciones de elevación hidráulica de mineral, independiente de la disposición vertical u horizontal de la cámara de intercambio de presión. Esto se debe a que se requieren regímenes de flujo relativamente altos para evitar la sedimentación de las partículas en la pulpa.

Los sistemas de intercambio de presión de la técnica anterior que usan elementos separadores de sellado hermético evitan la mezcla del fluido bombeado y el fluido impulsor. Sin embargo, los elementos separadores de sellado hermético colocan restricciones geométricas en el tamaño y la relación de aspecto de la cámara de intercambio de presión. La limitación en tamaño da como resultado volúmenes relativamente pequeños que se desplazarán por ciclo. En combinación con los requisitos de velocidad de flujo mínima en la cámara de intercambio de presión para suspender las partículas a transportar, esto resultaría en tiempos de ciclo relativamente cortos. Los tiempos de ciclo cortos dan como resultado un gran número de accionamientos de la válvula que resultan en altas velocidades de desgaste en la válvula cuando se opera en presencia de partículas más grandes. Los tiempos de ciclo cortos limitan además los períodos de flujo inactivo alrededor de las válvulas que de cualquier otra manera podrían usarse para permitir que partículas más grandes se asienten lejos de las superficies de sellado funcionales en la válvula. Los sistemas de intercambio de presión herméticamente sellados de la técnica anterior típicamente usan una disposición vertical o al menos inclinada de la cámara de intercambio de presión con las válvulas de entrada y salida de fluido bombeado en el extremo inferior, y las válvulas de entrada y salida de fluido impulsor en el extremo superior, usando de esta manera el asentamiento de las partículas más grandes para ayudar a vaciar la cámara de intercambio de presión durante la fase de descarga del ciclo. Sin embargo, la disposición vertical da como resultado la sedimentación de las partículas más grandes en la parte inferior de la cámara de intercambio de presión, lo que obstruye la descarga de la cámara cuando las cantidades de sedimento son demasiado altas. Esto limita la concentración de sólidos que puede manejar un sistema de intercambio de presión de este tipo y requiere fases de llenado y descarga relativamente cortas en el intervalo de 2 a 5 segundos cuando se manejan mezclas de sedimentación con partículas más grandes.

Todos los sistemas de intercambio de presión de la técnica anterior que usan un elemento separador necesitan detener el llenado, o la descarga, de la cámara de intercambio de presión cuando el elemento separador alcanza el final de su recorrido permisible. La operación más allá de estos límites dañará el elemento separador o resultará en una parada forzosa del flujo dentro o fuera de la cámara de intercambio de presión. Esto plantea restricciones adicionales en el funcionamiento del sistema, especialmente cuando se usan múltiples cámaras en paralelo que se van a llenar y descargar secuencialmente. En primer lugar, es necesario detectar el final del recorrido que típicamente requiere de algún dispositivo de detección que puede no ser trivial. El tiempo de la fase de llenado y descarga se fija cuando se usan regímenes de flujo de descarga y llenado fijos y no permite la extensión, por ejemplo, de una fase de descarga de una cámara cuando la siguiente cámara en la secuencia aún no está lista. Como el elemento separador debe permanecer dentro de la cámara de intercambio de presión, algún fluido bombeado permanecerá en la cámara de intercambio de presión al final de la fase de descarga. Específicamente al transportar pulpas de partículas más grandes, esto requiere medidas adicionales para evitar una acumulación gradual de partículas más grandes dentro de la cámara de intercambio de presión. La mayoría de los sistemas de intercambio de presión de la técnica anterior que se anticipan para manejar la pulpa de partículas más grandes intentarían hacer esto mediante el uso de una disposición vertical o al menos de inclinación pronunciada de la cámara de intercambio de presión.

Algunos sistemas de intercambio de presión abiertos de la técnica anterior que se proponen, pueden usar una cámara de intercambio de presión en forma de una tubería alargada, pero dependen de un suministro de fluido limpio a la bomba de fluido impulsor de alta presión ya que usan una bomba centrífuga de fluido limpio de múltiples etapas de alta eficiencia. Esto limita la reutilización directa del fluido impulsor que se expulsa de la cámara de intercambio de presión durante la fase de llenado debido a su contaminación por la mezcla del medio y el fluido impulsor.

La reutilización del fluido portador (la parte líquida del medio bombeado) después de separar los sólidos en el extremo del sistema de transporte o elevación, se limita también a medida que el fluido portador se contamina con partículas más pequeñas. En ambos casos se requiere una separación extensa de sólidos para permitir el funcionamiento confiable de las bombas de fluido impulsor que no se diseñan para manejar fluidos contaminados. Además, los sistemas de intercambio de presión abiertos de la técnica anterior típicamente usan válvulas de compuerta de cuchilla para las válvulas de entrada y salida de fluido. Estas válvulas se abren cuando se accionan, independientemente del diferencial de presión a través de las válvulas. Esto puede causar altas velocidades de flujo cuando se abren en situaciones de presión desequilibrada, lo que resulta en altas velocidades de desgaste cuando se manejan pulpas abrasivas.

El uso de bombas de fluido impulsor centrífugas complica aún más la seguridad del flujo en la cámara de intercambio de presión y la línea de transporte o tubería ascendente a la superficie en sistemas hidráulicos de elevación de mineral. Una bomba centrífuga suministra un régimen de flujo que depende de la presión que tiene que suministrar, que además se afecta por el estado de desgaste del impulsor de la bomba. En un sistema hidráulico de elevación de mineral es muy importante garantizar que las velocidades de transporte en el sistema estén por encima de las velocidades de deposición críticas para evitar una acumulación de sólidos en el sistema que puede conducir a un bloqueo del sistema. Es posible cierto control del régimen de flujo mediante el control de velocidad de las bombas de fluido impulsor centrífugas, pero esto se limita porque las bombas centrífugas tienen un intervalo de flujo relativamente estrecho en el que funcionan de forma fiable con una alta eficiencia.

Está entre los objetivos de una modalidad de la presente invención obviar o mitigar las desventajas anteriores u otras desventajas de la técnica anterior.

Los diversos aspectos que se detallan a continuación son independientes entre sí, excepto cuando se indique de cualquier otra manera. Cualquier reivindicación correspondiente a un aspecto no debe interpretarse como la incorporación de cualquier elemento o característica de los otros aspectos a menos que se indique explícitamente en esa reivindicación.

La referencia en esta descripción a cualquier publicación anterior (o información que se deriva de la publicación anterior), o a cualquier materia que se conozca, no es, y no debe tomarse como un reconocimiento o admisión o cualquier otra forma de sugerencia de que la publicación anterior (o la información que se deriva de la publicación anterior), o la materia que se conoce, forma parte del conocimiento general común en el campo de trabajo al que se refiere esta descripción, o es incluso citable como técnica anterior contra esta solicitud.

El documento WO 2018/085742 da a conocer un aparato que comprende un sistema de emplazamiento del pozo que funciona para inyectar un fluido sucio presurizado en una perforación de pozo.

El documento US 3873238 da a conocer un aparato para hacer fluir líquido desde una perforación de pozo que se extiende desde la superficie de la tierra hasta una formación terrestre que porta líquido, y usa vapor para calentar el petróleo y facilitar el bombeo del mismo.

El documento US 3449 013 da a conocer un aparato para transportar hidráulicamente un material sólido granular con salto grande usando una pluralidad de cámaras de intercambio de presión dispuestas en paralelo.

El documento WO 2018/084831 da a conocer el bombeo de sustancias “difíciles de bombear” en una perforación de pozo, usando un sistema de intercambio de presión que tiene un elemento separador que impide el mezclado del fluido impulsor y el fluido de bomba.

Sumario de la descripción

Este sumario se proporciona para introducir una selección de conceptos en una forma simplificada que se describen en más detalle más adelante en la descripción detallada. No se pretende que este sumario identifique las características clave o características esenciales de la materia que se reivindica, ni se pretende que se use para limitar el alcance de la materia que se reivindica.

De acuerdo con un primer aspecto, se proporciona un sistema de bombeo para bombear un medio que comprende un líquido con partículas de mineral desde una ubicación subterránea o submarina a una superficie en un nivel elevado, comprendiendo el sistema: (i) al menos una cámara de intercambio de presión, ubicada a una altitud significativamente menor que el nivel elevado, y que comprende una tubería alargada que se extiende en una orientación transversal y que tiene un arreglo de válvulas de fluido impulsor en un extremo, y un arreglo de válvulas de medio bombeado en el extremo opuesto; (ii) una descarga presurizada en un extremo de suministro del sistema en el lado del arreglo de válvulas de medio bombeado de la cámara de intercambio de presión; (iii) una tubería ascendente que se extiende hacia arriba desde el extremo de suministro hasta el nivel elevado y para suministrar el medio al mismo; (iv) una fuente de fluido a aproximadamente el mismo nivel que la cámara de intercambio de presión para proporcionar agua para mezclar con el mineral para crear el medio; (v) un mecanismo de llenado que funciona para llenar la cámara de intercambio de presión con el medio; y (vi) una bomba de desplazamiento positivo conectada a la cámara de intercambio de presión y que funciona para bombear un fluido impulsor en contacto directo con el medio de modo que el medio se desplaza de la cámara de intercambio de presión a la descarga presurizada por el fluido impulsor.

El medio puede comprender una mezcla de una fase o de múltiples fases. Un ejemplo de una mezcla de una sola fase es el agua; un ejemplo de una mezcla de dos fases es un líquido con partículas de mineral (también denominado pulpa) o una pasta (que es una mezcla que se forma a partir de una pulpa altamente concentrada de partículas muy pequeñas). Las partículas de mineral pueden variar en tamaño desde menos de 1 mm hasta aproximadamente 100 mm. La pulpa puede comprender partículas de sedimentación en un fluido portador cuya mezcla se denomina pulpa de sedimentación.

La cámara de intercambio de presión (a veces denominada cámara de la bomba) comprende una tubería alargada transversal. La tubería puede ser relativamente larga, por ejemplo, 100 m de longitud, en algunas modalidades, la tubería puede ser de al menos 10 m de longitud. La tubería puede extenderse en una orientación transversal (más cerca de una orientación horizontal que de una orientación vertical). La orientación transversal puede ser una orientación generalmente plana (horizontal o generalmente horizontal) o una orientación en una inclinación relativamente baja, de una manera recta, curvada o helicoidal. La tubería puede extenderse en una orientación generalmente nivelada (a pesar de las desviaciones que se localicen en la misma) a lo largo de un fondo marino, tierra u otra superficie. La longitud de la tubería puede verse determinada o influenciada por la velocidad de flujo (del medio que llena la tubería) y el tiempo de llenado y descarga que se requiere; por ejemplo, una velocidad de flujo de 4 ms-1 durante un tiempo de llenado de 25 s requeriría una longitud de la tubería de 100 m. En algunas modalidades, la longitud de la tubería se puede seleccionar del intervalo de 20 m a 400 m.

El fluido impulsor puede comprender un fluido de una sola fase, tal como agua (agua de mar, agua desalinizada, agua no tratada, o similares).

El arreglo de válvulas de fluido impulsor comprende una válvula de entrada de fluido impulsor, una válvula de salida de fluido impulsor, una válvula de compresión y una válvula de descompresión. Estas válvulas son preferentemente adecuadas para su uso con altas presiones (por ejemplo, mayores de 40 Bar (4 MPa)). Estas válvulas pueden comprender válvulas accionadas.

Para permitir que las válvulas de entrada y salida de fluido impulsor se abran en un entorno de presión generalmente equilibrado, se puede proporcionar una línea de equilibrio de presión. Esta línea de equilibrio de presión puede incluir la válvula de compresión o descompresión para la cámara de intercambio de presión en una disposición de derivación (es decir, eludiendo las válvulas de entrada y salida del fluido impulsor).

La válvula de compresión se proporciona para eludir la válvula de entrada de fluido impulsor de modo que la presión en la cámara de intercambio de presión se pueda elevar antes de la apertura de la válvula de entrada de fluido impulsor; reduciendo de esta manera la fuerza requerida para abrir la válvula y reduciendo el régimen de flujo a través de la válvula de entrada de fluido impulsor al abrirse. Esto tiene la ventaja de prolongar la vida útil de la válvula de entrada de fluido impulsor.

De manera similar, la válvula de descompresión se proporciona para eludir la válvula de salida de fluido impulsor de modo que la presión en la cámara de intercambio de presión se pueda bajar antes de la apertura de la válvula de salida de fluido impulsor; de esta manera se facilita la descarga de fluido impulsor a través de la válvula de salida de fluido impulsor al abrirse la misma.

Las válvulas de compresión y descompresión se diseñan preferentemente para abrirse contra un diferencial de alta presión. Sin embargo, estas válvulas permiten principalmente el flujo de fluido impulsor (no el medio que se bombea) y, por lo tanto, operan en fluidos más limpios (que tienen menos partículas, o al menos de menos partículas de gran tamaño).

Mediante el uso de una bomba de desplazamiento positivo, el sistema de bombeo tiene la ventaja de no requerir una disposición de control complicada para garantizar que el régimen de flujo sea suficiente para evitar la sedimentación debido a las fuerzas de gravitación. Esto se debe a que una bomba de desplazamiento positivo crea un régimen de flujo que es independiente de la presión. Mediante el uso de una bomba de desplazamiento positivo para impulsar al medio fuera de la cámara de intercambio de presión transversal, la apertura y cierre de las válvulas para permitir la entrada y salida de fluido impulsor se puede controlar por el tiempo, en lugar de requerir sensores elaborados. Mediante el uso de una bomba de desplazamiento positivo, el fluido impulsor no necesita ser agua limpia, sino que puede contener partículas más pequeñas, por ejemplo partículas menores de 500 pm.

El uso de un sistema de intercambio de presión tiene la ventaja de que el mecanismo de llenado puede llenar previamente la cámara de intercambio de presión con el medio que se bombeará a la descarga presurizada (sin requerir una bomba de alta presión); después, la bomba de desplazamiento positivo puede desplazar el medio a la descarga presurizada a alta presión.

El arreglo de válvulas de medio bombeado comprende una válvula de salida de fluido bombeado (o medio) (también denominada válvula de descarga) y una válvula de entrada de fluido bombeado (o medio) (también denominada válvula de succión). Las válvulas de entrada y salida de fluido bombeado se abren en una situación de equilibrio de presión cuando la cámara de intercambio de presión correctamente se descomprime o comprime respectivamente. Estas válvulas pueden comprender válvulas accionadas.

Las válvulas de salida y entrada de fluido bombeado son preferentemente adecuadas para su uso con altas presiones (por ejemplo, mayores que aproximadamente 40 Bar (4 MPa)).

La válvula de entrada de fluido impulsor puede abrirse al mismo tiempo (o aproximadamente al mismo tiempo) que la válvula de salida de fluido bombeado, durante el cual la válvula de salida de fluido impulsor y la válvula de entrada de fluido bombeado permanecen cerradas.

De manera similar, la válvula de entrada de fluido bombeado puede abrirse al mismo tiempo (o aproximadamente al mismo tiempo) que la válvula de salida de fluido impulsor, durante el cual la válvula de salida de fluido bombeado y la válvula de entrada de fluido impulsor permanecen cerradas.

En modalidades preferidas, el cierre de las válvulas de entrada y salida de fluido bombeado se retrasa con respecto a las válvulas de entrada y salida de fluido impulsor; en otras palabras, las válvulas de entrada y salida de fluido impulsor se cierran antes de las válvulas de entrada y salida de fluido bombeado. Esto tiene la ventaja de detener el flujo de fluido impulsor (y por lo tanto también el flujo del medio) antes de que las válvulas de entrada y salida de fluido bombeado se cierren. Esto permite que las partículas más grandes en el medio se asienten lejos de las válvulas de entrada y salida de fluido bombeado, antes del cierre de las válvulas de entrada y salida de fluido bombeado; reduciendo de esta manera el riesgo de atrapar partículas grandes del medio en la válvula (que de cualquier otra manera puede dañar la válvula e impedir que se cierre y de esta manera impedir la continuación de la secuencia de funcionamiento).

En modalidades preferidas, las válvulas de entrada y salida de fluido impulsor pueden comprender válvulas accionadas, tales como válvulas accionadas, antirretorno, de asiento, de modo que la geometría de la válvula ayude en la apertura y cierre de la válvula. El diferencial de presión en el que se abren las válvulas de asiento es típicamente pequeño en comparación con la carga de presión que pueden tomar cuando bloquean el flujo en la dirección inversa.

Las válvulas de entrada y salida de fluido bombeado pueden comprender válvulas automáticas, pero en modalidades preferidas estas comprenden válvulas accionadas, tales como válvulas accionadas, antirretorno, de asiento.

Las válvulas accionadas típicamente permiten una apertura de válvula más grande en comparación con las válvulas automáticas. Una mayor apertura de válvula permite el paso de partículas más grandes en comparación con las válvulas automáticas. Además, las válvulas accionadas permiten una mayor flexibilidad con respecto al tiempo, esto permite, por ejemplo, un cierre retardado de las válvulas de entrada y salida de fluido bombeado con relación a las válvulas de salida y entrada de fluido impulsor respectivamente.

La ventaja de que las válvulas se abran solo cuando hay un pequeño diferencial de presión a través de la válvula es que las válvulas se abren automáticamente una vez que las presiones en ambos lados son aproximadamente iguales. Si se abriera una válvula con un gran diferencial de presión, el fluido fluiría a través de la válvula a alta velocidad cuando la válvula comienza a abrirse en un intento de equilibrar las presiones en ambos lados de la válvula. Cuando el fluido que pasa a través de la válvula es una pulpa, el flujo de alta velocidad contiene partículas sólidas que erosionarán rápidamente el cuerpo y el asiento de la válvula.

En algunas modalidades, las válvulas de asiento son válvulas de asiento accionadas. Preferentemente, la fuerza que aplica el actuador es tal que ayuda a la apertura de la válvula cuando el diferencial de presión es bajo (por ejemplo, menos de 5 Bar (500 kPa)), en lugar de forzar la válvula a abrirse incluso si el diferencial de presión es alto (por ejemplo, mayor que 40 Bar (4 MPa), o cualquiera que sea el diferencial de presión completo a través de la bomba). Preferentemente, las válvulas de asiento se disponen de manera que el diferencial de presión a través de las válvulas cuando se cierran ayuda a retener las válvulas en la posición cerrada. Para las válvulas de entrada y de salida de fluido bombeado, la dirección del flujo del fluido bombeado (el medio y el fluido impulsor) ayuda a abrir esas válvulas. Para las válvulas de entrada y salida de fluido impulsor, la dirección del flujo del fluido bombeado (el medio y el fluido impulsor) funciona de la manera opuesta, ayudando a que las válvulas se cierren.

En algunas modalidades, las válvulas de compresión y descompresión comprenden válvulas de bola o válvulas de asiento accionadas, o cualquier otro tipo de válvula que se pueda accionar en presencia de un diferencial de alta presión a través de la válvula. Las líneas de derivación en las que se ubican las válvulas de compresión y descompresión pueden tener además un estrangulador que se instala en serie con las válvulas de compresión y descompresión para limitar y controlar el régimen de flujo durante la compresión y la descompresión.

El primer y el segundo arreglo de válvulas pueden comprender válvulas accionadas, de asiento, antirretorno que se orientan y configuran de modo que un diferencial de presión a través de cada válvula actúa en un lado de alta presión de la válvula para ayudar a mantener la válvula en una posición cerrada cuando las válvulas no se accionan. Esto tiene la ventaja de que no se requiere fuerza adicional (externa) para mantener las válvulas en una posición cerrada.

El primer arreglo de válvulas puede comprender válvulas accionadas, de asiento, antirretorno que se orientan y configuran de modo que la dirección de flujo del fluido impulsor ayuda al cierre de estas válvulas.

El segundo arreglo de válvulas puede comprender válvulas accionadas, de asiento, antirretorno que se orientan y configuran de modo que la dirección de flujo del medio bombeado ayuda en la apertura de estas válvulas.

La fuerza del actuador se puede seleccionar de modo que las válvulas solo se abran en presencia de un pequeño diferencial de presión (por ejemplo, < 10 Bar (1 MPa)) incluso cuando se accionan. Esto evita el requisito de tiempo preciso de apertura de las válvulas ya que la válvula se puede accionar antes de que el diferencial de presión sea lo suficientemente bajo como para que la válvula se abra automáticamente cuando se alcance el diferencial de presión correcto. Esto tiene la ventaja de que se evita el exceso de desgaste debido a la alta velocidad de flujo, que causa un diferencial de alta presión.

En algunas aplicaciones, por ejemplo, en la minería de aguas profundas, la válvula de salida de fluido impulsor puede descargar el fluido impulsor al agua circundante. En otras aplicaciones, por ejemplo, en la minería subterránea, la válvula de salida de fluido impulsor puede descargar el fluido impulsor en un depósito o en un suministro para otra bomba de bombeo de fluido, tal como una segunda bomba de desplazamiento positivo.

La válvula de entrada de fluido impulsor tiene que sellar la línea de suministro de fluido impulsor de alta presión a la baja presión en la cámara de intercambio de presión cuando la cámara de intercambio de presión se llena con el medio. La válvula de salida de fluido impulsor tiene que sellar la cámara de intercambio de presión de alta presión a la línea de salida de fluido impulsor de baja presión cuando el medio se descarga de la cámara de intercambio de presión. La válvula de entrada (succión) de fluido bombeado tiene que sellar la cámara de intercambio de alta presión al suministro del medio de baja presión o la línea de succión cuando el medio se descarga de la cámara de intercambio de presión. La válvula de salida (descarga) de fluido bombeado tiene que sellar la línea de descarga del medio de alta presión a la baja presión en la cámara de intercambio de presión cuando la cámara de intercambio de presión se llena con el medio.

Preferentemente, la bomba de desplazamiento positivo bombea el fluido impulsor en la misma dirección que (en lugar de en una dirección transversal a) la dirección en la que el medio fluye cuando se desplaza hacia el extremo de suministro. Ventajosamente, cuando la cámara de intercambio de presión es una tubería, el fluido impulsor y el medio se bombean longitudinalmente con respecto a la cámara de intercambio de presión.

El mecanismo de llenado puede comprender una bomba centrífuga, que tiene las ventajas de que puede manejar directamente partículas grandes y puede tener un régimen de flujo relativamente alto. Alternativamente, el mecanismo de llenado puede comprender un sistema que se alimenta por gravedad, que tiene la ventaja de evitar la necesidad de una bomba adicional. Otras opciones incluyen una bomba de tornillo, o cualquier otra bomba conveniente o mecanismo de suministro.

La descarga presurizada puede comprender un suministro a una tubería ascendente, donde la tubería ascendente se extiende desde la descarga presurizada hasta un nivel de superficie. El nivel de superficie puede estar a más de 100 m por encima de la descarga presurizada. Alternativamente, la descarga presurizada puede comprender un suministro a un contenedor presurizado o un suministro a una línea de transporte horizontal de alguna longitud mayor que requiere una alta presión.

En algunas modalidades, una pluralidad de cámaras de intercambio de presión se conecta en paralelo.

Si solo se usa una cámara de intercambio de presión, entonces puede haber problemas debido a la pulsación del medio que se bombea. Además, con una cámara de intercambio de presión, la fase de llenado y la fase de descarga no pueden ser continuas.

La ventaja de usar dos cámaras de intercambio de presión en paralelo es que una de las cámaras de intercambio de presión puede llenarse (o estar en proceso de llenarse) con el medio mientras la otra cámara de intercambio de presión se descarga mediante el uso del fluido impulsor. La descarga ininterrumpida es posible, pero la fase de llenado debe acelerarse con respecto a la fase de descarga para que esté lista e intervenga una vez que la otra cámara termine su fase de descarga.

La ventaja de usar tres cámaras de intercambio de presión en paralelo es que al menos una cámara de intercambio de presión puede llenarse completamente con el medio y estar lista para descargarse mientras otra cámara de intercambio de presión se descarga. Por ejemplo, una de las cámaras de intercambio de presión puede llenarse completamente, a la espera de la descarga; otra cámara de intercambio de presión puede estar sujeta al proceso de llenado pero aún no completamente llena (es decir, el proceso de llenado está en curso para esa cámara de intercambio de presión); y la tercera cámara de intercambio de presión puede estar sujeta al proceso de descarga (es decir, el proceso de descarga está en curso para la tercera cámara de intercambio de presión).

Esto permite un llenado y descarga ininterrumpidos, con un margen de seguridad en el momento de las fases individuales.

Se pueden usar más de tres cámaras de intercambio de presión si se desea redundancia, por ejemplo, en instalaciones de aguas profundas donde el acceso a las cámaras de intercambio de presión para mantenimiento o reemplazo puede ser difícil o costoso.

Cuando se proporciona una pluralidad de cámaras de intercambio de presión, se puede proporcionar un controlador del sistema (o un actuador de válvula mejorado) para accionar las válvulas de compresión y descompresión y las válvulas de entrada y salida en los tiempos apropiados para asegurar que una cámara de intercambio de presión esté llena de medio mientras otra cámara de intercambio de presión se llena con el medio.

La bomba de desplazamiento positivo puede ubicarse aproximadamente a la misma altitud (o profundidad) que la cámara o cámaras de intercambio de presión. Esto tiene la ventaja de que la bomba de desplazamiento positivo se ubica cerca de las cámaras de intercambio de presión, mejorando de esta manera el tiempo de respuesta de carga al cambiar entre las cámaras de intercambio de presión.

Cuando las cámaras de intercambio de presión se ubican subterráneas (en lugar de en un fondo marino), esto tiene la desventaja de que la bomba de desplazamiento positivo tiene que suministrar toda la energía para superar la descarga presurizada (es decir, para elevar el medio a la superficie). La presión que se requiere es la suma de la presión hidrostática de la mezcla en una tubería ascendente (desde la descarga presurizada a la superficie) y las pérdidas de presión por fricción en la tubería ascendente. Además, el consumo de energía es alto porque la bomba de desplazamiento positivo tiene que superar la alta presión para elevar el medio a la superficie. Cuando las cámaras de intercambio de presión se ubican en un fondo marino, el agua circundante puede usarse como fluido impulsor, y este tiene presión hidrostática en base a la profundidad del agua, por lo que la bomba de desplazamiento positivo solo tiene que superar la diferencia de presión debido a la diferencia de densidad del agua de mar y el medio en la tubería ascendente, más las pérdidas por fricción en la tubería ascendente.

Además, puede ser costoso proporcionar una fuente de alta energía donde se ubican las cámaras de intercambio de presión (por ejemplo, abajo en una mina o en un fondo marino).

Alternativamente, la bomba de desplazamiento positivo se puede ubicar a una altitud significativamente más alta que la cámara o cámaras de intercambio de presión (por ejemplo, a nivel de superficie en una mina, o en una plataforma flotante o embarcación en la superficie del agua). Al ubicar la bomba de desplazamiento positivo en la superficie, la fuente de alta energía se puede instalar en la superficie. La capacidad nominal de presión de la carcasa de la bomba de desplazamiento positivo puede ser significativamente menor ya que la presión máxima que se crea por la bomba de desplazamiento positivo es mucho menor pues el fluido impulsor tiene el beneficio de la presión hidrostática cuando se bombea hacia abajo a la cámara de intercambio de presión. El consumo de energía es mucho menor cuando se usa la presión hidrostática en la línea de suministro de fluido impulsor en el caso de la minería subterránea.

La bomba de desplazamiento positivo requiere una fuente de fluido para su uso como fluido impulsor. La fuente de fluido impulsor puede ser una fuente externa o puede proporcionarse desde el fluido impulsor que se expulsa de la válvula de salida de fluido impulsor o puede proporcionarse desde la descarga del sistema de bombeo reutilizando el fluido portador después de que las partículas más grandes se eliminen del medio bombeado o una combinación de estas. Este fluido debe ya sea recuperarse (para su reutilización), sustituirse o una combinación de los dos. En algunas modalidades, el fluido impulsor usado puede no reutilizarse como fluido impulsor, pero puede reutilizarse como fluido portador para el medio que se bombea.

El fluido impulsor puede proporcionarse desde la superficie o desde la misma altitud que la cámara o cámaras de intercambio de presión. Como se usa en la presente, una altitud positiva se refiere a una altura por encima de un nivel de superficie (que puede ser el nivel del mar) y una altitud negativa se refiere a una profundidad por debajo de la superficie, por lo que la altitud puede referirse ya sea a la altura por encima o profundidad por debajo de la superficie; y la superficie puede estar por debajo, en o por encima del nivel del mar.

En modalidades donde el fluido impulsor se proporciona desde la superficie, puede usarse una tubería ascendente de fluido impulsor para proporcionar comunicación de fluidos entre la superficie y la cámara de intercambio de presión. Cuando el medio contiene agua u otro fluido, entonces este puede recuperarse (retirando el mineral u otras partículas grandes) de una tubería ascendente de medio (que se extiende desde la descarga presurizada a la superficie) y reutilizarse mediante el flujo en la tubería ascendente de fluido impulsor (o la bomba de desplazamiento positivo si la bomba de desplazamiento positivo también se ubica en la superficie).

Al proporcionar fluido impulsor en la superficie, el sistema de bombeo se beneficia de la presión hidrostática, reduciendo de esta manera los requisitos de energía de la bomba de fluido impulsor de desplazamiento positivo. En aplicaciones subterráneas, puede ser beneficioso reutilizar el fluido impulsor que se expulsa cuando el medio llena la cámara de intercambio de presión; de cualquier otra manera, este fluido puede necesitar bombearse a la superficie como parte de la operación de desagüe de la mina. Si se ubica una bomba adicional (más pequeña) a nivel de la cámara de intercambio de presión, entonces el fluido impulsor que se expulsa puede usarse para complementar el fluido impulsor que se proporciona desde la superficie al bombearse en paralelo con el fluido impulsor de la bomba de desplazamiento positivo. El resto más grande del fluido impulsor que se expulsa puede usarse para generar el medio a bombear (es decir, puede usarse como el fluido portador en el que se ubican las partículas de mineral). Esta bomba adicional (más pequeña) podría usarse en aplicaciones subterráneas, y se puede proporcionar en una configuración de lazo cerrado de modo que no se requiera una fuente de fluido externa para el fluido impulsor o el fluido usado para crear el medio que se bombeará.

En modalidades donde el fluido impulsor se proporciona desde la misma altitud que la cámara de intercambio de presión, puede no ser necesaria una tubería ascendente separada de fluido impulsor. Sin embargo, debe estar disponible el fluido para crear el medio y el fluido para crear el fluido impulsor. En aplicaciones de fondo marino hay agua de mar disponible para ambos usos. En aplicaciones de minería subterránea, este fluido puede suministrarse desde la superficie (pero no necesariamente a través de una tubería ascendente) o puede estar disponible como agua de la mina que de cualquier otra manera necesita elevarse a la superficie mediante el sistema de desagüe de la mina. En dichas aplicaciones, el requisito para el fluido impulsor y el fluido del medio puede obviar o reducir la necesidad de cualquier equipo de desagüe de minas separado.

Cualquier medio que se bombee fuera de la cámara de intercambio de presión en el extremo del fluido impulsor puede reciclarse para uso futuro.

Una pluralidad de bombas de desplazamiento positivo pueden proporcionarse en paralelo para bombear un fluido impulsor en contacto directo con el medio. Las bombas de desplazamiento positivo pueden proporcionarse todas a la misma altitud, o pueden proporcionarse a diferentes altitudes; por ejemplo, una o más bombas de desplazamiento positivo pueden ubicarse en una superficie, y una o más bombas de desplazamiento positivo pueden ubicarse a la altitud de la cámara de intercambio de presión.

Ahora se apreciará que la bomba de desplazamiento positivo puede ubicarse en la superficie o a una altitud negativa. De manera similar, el fluido impulsor puede proporcionarse desde la superficie o desde la altitud negativa, o una combinación de las dos.

Mediante el uso de una bomba de desplazamiento positivo para bombear un fluido impulsor en contacto directo con el medio, no hay separación mecánica (sin flotador ni diafragma) entre el fluido impulsor y el medio. La ausencia de un separador mecánico permite que el fluido impulsor se impulse más allá de la cámara de intercambio de presión si es necesario, y garantiza que no haya una posición de fin de carrera a la que deba adherirse.

Al tener múltiples cámaras de intercambio de presión, una cámara de intercambio de presión puede llenarse con el medio mediante una bomba de baja presión (tal como una bomba centrífuga), el medio puede dejarse asentar de modo que las partículas grandes descansen en un piso de la cámara de intercambio de presión, las válvulas pueden cerrarse luego con un riesgo reducido de atascarse o dañarse por una partícula grande debido al asentamiento de las partículas. La cámara de intercambio de presión puede entonces presurizarse y vaciarse bombeando fluido impulsor en la misma. El fluido impulsor puede bombearse más allá de la válvula de salida para reducir la posibilidad de que la válvula se cierre sobre cualquier partícula del medio.

De acuerdo con un segundo aspecto, se proporciona un método para bombear un medio que comprende un líquido con partículas de mineral de una ubicación subterránea o submarina a una superficie en un nivel elevado mediante el uso de un sistema de acuerdo con el primer aspecto, comprendiendo el método: (i) despresurizar una cámara de intercambio de presión que se extiende en una orientación transversal; (ii) llenar la cámara de intercambio de presión con un medio que se bombeará mediante el uso de una fuente de presión relativamente baja; (iii) presurizar la cámara de intercambio de presión mediante el uso de una bomba de desplazamiento positivo; (iv) expulsar el medio mediante el uso de un fluido impulsor en contacto directo con el medio, donde el fluido impulsor se suministra mediante el uso de la bomba de desplazamiento positivo; y (v) retrasar el cierre de las válvulas de entrada y salida de medio bombeado con relación a las válvulas de entrada y salida de fluido impulsor para detener el flujo del medio bombeado antes de que las válvulas de entrada y salida de medio bombeado se cierren, permitiendo de esta manera que las partículas de mineral grandes en el medio se asienten lejos de las válvulas de entrada y salida de medio bombeado antes de que se cierren.

La etapa (ii) puede comprender además llenar una cámara de intercambio de presión de manera que el medio pasa a través de la cámara de intercambio de presión (o una parte sustancial de la cámara de intercambio de presión) y hacia afuera a través de una válvula de salida de fluido impulsor.

La etapa (iv) puede comprender además expulsar el medio mediante el uso de un fluido impulsor en contacto directo con el medio de manera que el fluido impulsor pase a través de la cámara de intercambio de presión (o una parte sustancial de la cámara de intercambio de presión) y hacia afuera a través de una válvula de salida de fluido bombeado.

El método puede comprender realizar las etapas (i) a (iii) en una primera cámara de intercambio de presión, y realizar al menos alguna de las etapas (i) a (iii) en una segunda cámara de intercambio de presión antes o mientras la etapa (iv) se realiza en la primera cámara de intercambio de presión.

De acuerdo con un aspecto no reivindicado se proporciona un sistema de bombeo para bombear un medio a un nivel elevado, comprendiendo el sistema: al menos una tubería no vertical, cada tubería que tiene un arreglo de válvulas en cada extremo; un sistema de llenado que funciona para llenar la tubería no vertical; una tubería ascendente que se extiende desde la tubería no vertical al nivel elevado y para suministrar el medio al mismo; caracterizado por una bomba de desplazamiento positivo que funciona para bombear un fluido impulsor en contacto directo con el medio que se eleva al nivel elevado de modo que el medio se bombea desde la tubería a través de la tubería ascendente al nivel elevado.

El sistema de bombeo puede comprender además un controlador para controlar el funcionamiento del sistema, que incluye la apertura y cierre de válvulas en cada tubería no vertical.

Las tuberías no verticales pueden incluirse cada una en una cámara de intercambio de presión.

De acuerdo con un aspecto no reivindicado se proporciona un sistema de bombeo para bombear un medio a un nivel elevado, comprendiendo el sistema: una pluralidad de tuberías no verticales, cada tubería que tiene un arreglo de válvulas en cada extremo; un sistema de llenado que funciona para llenar las tuberías no verticales en secuencia; una tubería ascendente que se extiende desde las tuberías no verticales hasta el nivel elevado y para suministrar el medio al mismo; una bomba de desplazamiento positivo que funciona para bombear un fluido impulsor en contacto directo con el medio que se eleva al nivel elevado de modo que el medio se bombea desde cada una de las tuberías a su vez a través de una tubería ascendente al nivel elevado; en donde el régimen de flujo del sistema de llenado es tal que al menos una de las tuberías se llena con el medio antes de que la bomba de desplazamiento positivo se aplique a esa tubería garantizando de esta manera un flujo constante del medio desde las tuberías al nivel elevado. De acuerdo con un aspecto no reivindicado se proporciona una plataforma flotante para usar con un sistema de intercambio de presión, comprendiendo la plataforma flotante: (i) una bomba de desplazamiento positivo que se monta en la plataforma para acoplarse a una tubería ascendente que se extiende hacia abajo hasta un fondo marino y se acopla al sistema de intercambio de presión, la bomba de desplazamiento positivo que puede funcionar para bombear un fluido impulsor en contacto directo con un medio en el sistema de intercambio de presión de modo que el medio se desplaza de la cámara de intercambio de presión por el fluido impulsor; y (ii) un filtro de recuperación de fluido que se monta en la plataforma y se acopla a una segunda tubería ascendente que opera para transportar el medio que desplaza el fluido impulsor al filtro de recuperación de fluido, el filtro de recuperación de fluido que funciona para retirar el fluido del medio y proporcionarlo a la bomba de desplazamiento positivo para su uso como fluido impulsor.

En virtud de este aspecto, el fluido no deseado del medio (relaves) puede devolverse al fondo marino para su uso como fluido impulsor.

La plataforma flotante puede comprender una barcaza, un barco, un pontón o cualquier otra estructura flotante. Debe apreciarse ahora que uno o más de estos aspectos permiten que las mezclas de sedimentación de partículas muy grandes se transporten de manera confiable dentro y fuera de la cámara de intercambio de presión.

El uso de una bomba de desplazamiento positivo para el fluido impulsor tiene varias ventajas en comparación con una bomba centrífuga de múltiples etapas como se usa en sistemas de intercambio de presión de la técnica anterior. Una ventaja es el régimen de flujo virtualmente independiente de la presión de una bomba de desplazamiento positivo en comparación con el régimen de flujo altamente dependiente de la presión de una bomba centrífuga. Esto permite un régimen de flujo muy estable tanto en la cámara de intercambio de presión (que puede comprender una tubería horizontal) así como también en cualquier contenedor (tal como una tubería ascendente) que se acopla a la descarga presurizada. Las variaciones de la carga de presión en la bomba debido al reinicio del fondo asentado en la cámara de intercambio de presión, las variaciones de densidad en la tubería ascendente (u otro contenedor) y las variaciones de pérdida de presión en la tubería ascendente (u otro contenedor) no tienen ningún impacto en el régimen de flujo en la tubería ascendente (u otro contenedor). La seguridad del flujo de esta manera se mejora significativamente, lo que resulta en un sistema hidráulico de elevación de mineral más confiable.

La segunda ventaja del uso de una bomba de desplazamiento positivo es que es mucho más adecuada para manejar fluidos impulsores contaminados, en comparación con las bombas centrífugas de múltiples etapas. Cuando se usa una bomba de pulpa de desplazamiento positivo, el fluido impulsor en sí mismo podría incluso ser una pulpa de alta concentración, potencialmente de mayor viscosidad de manera que pueda usarse como un fluido portador viscoso. Esto permitiría, por ejemplo, la reutilización directa del fluido impulsor contaminado que sale de la cámara de intercambio de presión durante la carrera de llenado de retorno (llenado o succión) en modalidades donde la bomba de desplazamiento positivo se instala en la parte inferior del sistema hidráulico de elevación de mineral. En la superficie, las partículas de mineral pueden separarse del fluido portador que luego puede reutilizarse como fluido impulsor. La contaminación significativa del fluido impulsor es aceptable cuando las bombas de desplazamiento positivo se usan para bombear el fluido impulsor. Esto reduce significativamente los requisitos de separación en comparación con una situación donde una bomba centrífuga de múltiples etapas tendría que bombear el fluido portador reciclado como fluido impulsor.

De acuerdo con un aspecto no reivindicado, se proporciona un sistema de bombeo para bombear un medio a un nivel elevado, comprendiendo el sistema: (i) al menos una cámara de intercambio de presión ubicada a una altitud significativamente menor que el nivel elevado y que comprende una tubería alargada que se extiende en una orientación transversal y que tiene un arreglo de válvulas en cada extremo; (ii) una descarga presurizada en un extremo de suministro del sistema; (iii) un mecanismo de llenado que funciona para llenar la cámara de intercambio de presión con el medio; (iv) una primera bomba de desplazamiento positivo que se ubica a una primera altitud, y (v) una segunda bomba de desplazamiento positivo que se ubica en una segunda altitud más baja, las bombas de desplazamiento positivo que funcionan de forma conjunta para bombear un fluido impulsor en contacto directo con el medio de modo que el medio se desplaza de la cámara de intercambio de presión a la descarga presurizada por el fluido impulsor.

La primera bomba de desplazamiento positivo funciona preferentemente para recibir fluido impulsor del fluido que se extrae del medio bombeado.

La segunda bomba de desplazamiento positivo funciona preferentemente para recibir fluido impulsor del fluido en los alrededores de la cámara de intercambio de presión. Este fluido se puede extraer del fluido impulsor que se descargó o del fluido disponible localmente (agua de mar, agua del lago, un estanque, un suministro de agua subterránea, equipos de desagüe o similares).

El sistema de intercambio de presión descrito en los aspectos anteriores elimina o reduce las desventajas de los sistemas de intercambio de presión de la técnica anterior mediante el uso de un sistema de intercambio de presión abierto que se dispone transversalmente (por ejemplo, horizontalmente), en el que abierto se refiere a un contacto directo entre el medio y el fluido impulsor sin usar un elemento separador. Una forma de tubería alargada de cada cámara de intercambio de presión permite altas velocidades en la cámara de intercambio de presión facilitando de esta manera la suspensión y el transporte de partículas en la pulpa de sedimentación.

Breve descripción de las figuras

Estos y otros aspectos serán evidentes a partir de la siguiente descripción específica, dada a manera de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos acompañantes, en los que:

La Figura 1 es un diagrama esquemático simplificado de un sistema de bombeo de acuerdo con una primera modalidad de la presente invención, donde la primera modalidad usa solamente una única cámara de intercambio de presión, y donde la cámara de intercambio de presión se ubica debajo de una superficie a la cual se bombeará el medio;

La Figura 1A es un diagrama esquemático simplificado de parte del sistema de bombeo de la Figura 1, específicamente la cámara de intercambio de presión, para ilustrar el arreglo de válvulas en la cámara;

La Figura 2 es un diagrama de flujo (dividido sobre dos hojas de dibujo) que ilustra las etapas involucradas en el funcionamiento del sistema de bombeo de la Figura 1;

La Figura 3 es un diagrama esquemático simplificado del sistema de bombeo de la Figura 1 que ilustra una parte de la Figura 1 (el sistema de intercambio de presión abierto) de manera generalizada;

La Figura 4 es un diagrama esquemático simplificado de otro sistema de bombeo de acuerdo con una segunda modalidad de la presente invención, donde la segunda modalidad incluye tres cámaras de intercambio de presión (en un sistema de intercambio de presión abierto alternativo al de la Figura 1) y un controlador actualizado;

La Figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra las etapas involucradas en el funcionamiento del sistema de bombeo de la Figura 4 durante una operación de llenado (o rellenado);

La Figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra las etapas involucradas en el funcionamiento del sistema de bombeo de la Figura 4 durante una operación de descarga;

La Figura 7 es un diagrama esquemático simplificado que ilustra una tercera modalidad de un sistema de bombeo que tiene una ubicación alternativa para parte (la bomba de desplazamiento positivo) del sistema de bombeo de la Figura 1 o la Figura 4; y

La Figura 8 es un diagrama esquemático simplificado que ilustra una configuración general de un sistema de bombeo 810 para un sistema subterráneo, con variantes que se muestran en línea discontinua, mediante el uso de una bomba de inyección de fluido impulsor de desplazamiento positivo subterránea en un circuito cerrado, de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

Descripción detallada

La referencia se hace primero a la Figura 1, que es un diagrama esquemático simplificado de un sistema de bombeo 10 de acuerdo con una primera modalidad de la presente invención. En modalidades típicas, la mayor parte o la totalidad del sistema de bombeo 10 se ubica a una altitud más baja que un punto de suministro final en el que un medio debe suministrarse por el sistema de bombeo 10. En esta modalidad, el medio comprende partículas de mineral que varían en tamaño de 1 a 100 mm que se ubican en un portador líquido para producir una pulpa de partículas de mineral arrastradas y en suspensión.

El sistema de bombeo 10 comprende una única cámara de intercambio de presión 12, que tiene un arreglo de válvulas 14, 16 en cada extremo de la misma, específicamente un arreglo de válvulas de fluido impulsor 14 y un arreglo de válvulas de medio bombeado 16.

También se hace referencia a la Figura 1A, que es un diagrama esquemático simplificado de la cámara de intercambio de presión 12, que ilustra los arreglos de válvulas 14,16 en más detalle.

Una descarga presurizada 20 se proporciona en un extremo de suministro 22 del sistema 10. En esta modalidad, la descarga presurizada 20 es una entrada a una tubería ascendente de medio bombeado 24 que se extiende en una dirección generalmente vertical desde el extremo de suministro 22 a un receptáculo de recolección 26 en una superficie 28. Una línea de salida del medio 29 se acopla entre el arreglo de válvulas del medio bombeado 16 y la descarga presurizada 20.

Se proporciona un mecanismo de llenado 30, en forma de una bomba centrífuga, que funciona para llenar la cámara de intercambio de presión 12 con un medio 32 que se bombeará a la superficie 28. La bomba centrífuga 30 llena la cámara de intercambio de presión 12 con el medio 32 a través de una línea de entrada del medio 31.

El sistema de bombeo 10 incluye además una bomba de desplazamiento positivo 34 que funciona para bombear un fluido impulsor 36 a través de la cámara de intercambio de presión 12 y en contacto directo con el medio 32 de modo que el medio 32 se desplaza de la cámara de intercambio de presión 12 a la descarga presurizada 20 y desde ahí a la superficie 28 a través de la tubería ascendente del medio bombeado 24.

La bomba de desplazamiento positivo 34 se acopla al arreglo de válvulas de fluido impulsor 14 a través de una tubería ascendente de fluido impulsor 38 y una línea de entrada de fluido impulsor 40.

Una línea de salida de fluido impulsor 42 conecta la cámara de intercambio de presión 12 a un punto de descarga de fluido impulsor 44.

La combinación de la cámara de intercambio de presión 12, el arreglo de válvulas de fluido impulsor 14, el arreglo de válvulas de medio bombeado 16, las líneas de entrada y salida de fluido impulsor 40, 42, y las líneas de entrada y salida del medio 31,29 se denomina en la presente descripción sistema de intercambio de presión abierto 46. “Abierto” se refiere al contacto directo entre el fluido impulsor 36 y el medio 32. “Intercambio de presión” se refiere al intercambio de presión entre los dos fluidos diferentes que se bombean (fluido impulsor 36 y el medio 32).

El arreglo de válvulas de fluido impulsor 14 se ubica en un extremo de la bomba de desplazamiento positivo 48 y comprende una válvula de entrada de fluido impulsor 50, una válvula de salida de fluido impulsor 52, una válvula de compresión 54, una válvula de descompresión 56, una válvula de estrangulamiento 57, y un actuador de válvula maestro 58. El actuador de válvula maestro 58 se proporciona para accionar las diversas válvulas 50 a 56 en el momento correcto para el funcionamiento eficiente del sistema de bombeo 10.

Como se muestra en la Figura 1A, la válvula de entrada de fluido impulsor 50 incluye un actuador hidráulico 58a para abrir y cerrar la válvula de entrada de fluido 50. De manera similar, un actuador hidráulico 58b, c, d se empareja con la válvula de salida de fluido impulsor 52, la válvula de compresión 54 y la válvula de descompresión 56. Cada uno de estos actuadores hidráulicos 58a, b, c, d se controla por el actuador de válvula maestro 58. Esto no se muestra en la Figura 1A para mayor claridad.

En esta modalidad, el actuador de válvula maestro 58 comprende una unidad de energía hidráulica. Esta unidad de energía 58 se acopla a una pluralidad de actuadores de válvula individuales 58a, b, c, d, uno en cada válvula 50, 52, 54, 56. Estos actuadores 58a, b, c, d funcionan para controlar sus válvulas respectivas 50,52,54,56, en respuesta al actuador de válvula maestro 58 que recibe un comando del controlador del sistema 70.

En esta modalidad, estas válvulas son todas válvulas de alta presión (por ejemplo, mayores de 40 Bar (4 MPa)) accionadas, antirretorno, de asiento; sin embargo, en otras modalidades, pueden usarse diferentes tipos de válvulas. La válvula de estrangulamiento 57 (una se ilustra en la Figura 1; mientras que, dos se ilustran en la Figura 1A) se instala en serie con las válvulas de compresión 54 y descompresión 56 para limitar y controlar el régimen de flujo durante la compresión y descompresión de la cámara de intercambio de presión 12. Al limitar el régimen de flujo del fluido impulsor 36 (y cualquier medio 32 que pase a través de estas válvulas 54, 56), se reduce el desgaste en las válvulas de compresión 54 y descompresión 56.

En otras modalidades, puede proporcionarse una válvula de estrangulamiento separada y dedicada para cada una de las válvulas de compresión 54 y de descompresión 56 (es decir, pueden usarse dos válvulas de estrangulamiento, como se muestra en la Figura 1A). Las válvulas de estrangulamiento pueden comprender restricciones de geometría fija tales como placas de orificio y pueden colocarse hacia aguas arriba o aguas abajo de la válvula de compresión y descompresión.

Para permitir que las válvulas de entrada 50 y salida 52 se abran en un entorno generalmente de presión equilibrada, se proporciona una línea de equilibrio de presión 60. Esta línea de equilibrio de presión 60 acopla la válvula de compresión 54 y la válvula de descompresión 56 por la cámara de intercambio de presión 12 en una disposición de derivación (es decir, desviando la entrada de fluido impulsor 50 y las válvulas de salida 52).

La válvula de compresión 54 se proporciona para eludir la válvula de entrada de fluido impulsor 50 de modo que la presión en la cámara de intercambio de presión 12 pueda elevarse antes de la apertura de la válvula de entrada de fluido impulsor 50; reduciendo de esta manera la fuerza requerida para abrir la válvula 50 y reduciendo el régimen de flujo de fluido a través de la válvula de entrada de fluido impulsor 50 al abrirse. Esto tiene la ventaja de prolongar la vida de la válvula de entrada de fluido impulsor 50.

De manera similar, la válvula de descompresión 56 se proporciona para eludir la válvula de salida del fluido impulsor 52 de modo que la presión en la cámara de intercambio de presión 12 puede disminuirse antes de la apertura de la válvula de salida del fluido impulsor 52; evitando de esta manera altos regímenes de flujo del fluido impulsor 36 a través de la válvula de salida de fluido impulsor 52 al abrirse.

Las válvulas de compresión 54 y descompresión 56 se diseñan para abrirse contra un diferencial de alta presión. Sin embargo, estas válvulas permiten principalmente el flujo del fluido impulsor 36 (no del medio portador de mineral 32 que se bombea) y por lo tanto funcionan en un fluido más limpio (que tiene menos partículas, o al menos menor cantidad de partículas de gran tamaño). Esto significa que estas válvulas no están sujetas a un desgaste indebido. El arreglo de válvulas del medio bombeado 16 se ubica en el extremo de suministro 22 y comprende una válvula de salida de fluido bombeado 62 (también denominada válvula de descarga), una válvula de entrada de fluido bombeado 64 (también denominada válvula de succión o llenado) y un actuador de válvula maestro 66 para accionar las válvulas 62, 64 en el momento adecuado. Las válvulas de entrada 64 y salida 62 de fluido bombeado se abren en una situación de presión equilibrada cuando la cámara de intercambio de presión 12 correctamente se descomprime o comprime respectivamente.

Como se muestra en la Figura 1A, la válvula de salida de fluido bombeado 62 incluye un actuador hidráulico 66a para abrir y cerrar la válvula de salida de fluido bombeado 62. De manera similar, un actuador hidráulico 66b se empareja con la válvula de entrada de fluido bombeado 64. Cada uno de estos actuadores hidráulicos 66a, b se controla por el actuador de válvula maestro 66 (se muestra en línea discontinua en la Figura 1A).

En esta modalidad, el actuador de válvula maestro 66 es también una unidad de energía hidráulica. Esta unidad de energía 66 se acopla a dos actuadores de válvula individuales 66a, b, uno en cada válvula 62, 64. Estos actuadores 66a,b funcionan para controlar sus válvulas respectivas 62, 64, en respuesta al actuador de válvula maestro 66 que recibe un comando del controlador del sistema 70.Las válvulas de salida 62 y entrada 64 de fluido bombeado son adecuadas para su uso con altas presiones (por ejemplo, mayores de 40 Bar (4 MPa)).

En esta modalidad, las válvulas de entrada 64 y de salida 62 de fluido bombeado se cierran después del cierre de las respectivas válvulas de entrada 50 y de salida 52 de fluido impulsor. En otras palabras, la válvula de entrada de fluido impulsor 50 se cierra antes de la válvula de salida de fluido bombeado 62; y la válvula de salida de fluido impulsor 52 se cierra antes de la válvula de entrada de fluido bombeado 64. Esto tiene la ventaja de detener el flujo del fluido impulsor 36 (y por lo tanto también el flujo del medio 32) antes de que las válvulas de entrada 50 y salida 52 de fluido bombeado se cierren. Esto permite que las partículas más grandes en el medio 32 se asienten lejos de las válvulas de entrada y salida de fluido bombeado 64, 62, antes del cierre de las válvulas de entrada 64 y de salida 62 de fluido bombeado; de esta manera se reduce el riesgo de que partículas grandes del medio 32 queden atrapadas en esas válvulas 62, 64.

Como se muestra en la Figura 1A, las válvulas de entrada y salida 50, 52, 62, 64 se disponen de manera que el diferencial de presión a través de las válvulas 50, 52, 62, 64 cuando se cierran ayuda a retener las válvulas 50, 52, 62, 64 en la posición cerrada. Para las válvulas de entrada de fluido bombeado y de salida de fluido bombeado 64.62, la dirección de flujo del fluido bombeado (el medio y el fluido impulsor) 36,32 ayuda a abrir esas válvulas 64.62. Para las válvulas de entrada y de salida de fluido impulsor 50, 52, la dirección del flujo del fluido bombeado (el medio y el fluido impulsor) 36, 32 funciona de la manera opuesta, ayudando a las válvulas 50, 52 a cerrarse. Esto garantiza el sellado correcto de las válvulas 50, 52, 54, 56, 62, 64 cuando se cierran, asistido por el diferencial de presión sin fuerza adicional del actuador. Las válvulas 50, 52, 54, 56, 62, 64 se abrirán en una condición cercana a la presión equilibrada cuando solo se aplica una fuerza pequeña por el actuador 58a, b, c, d y 66a, b. Pequeña se refiere a pequeña con respecto a la fuerza de cierre hidráulica a través de las válvulas 50, 52, 54, 56, 62, 64 en la posición cerrada con el diferencial de presión completo entre las partes de alta y baja presión del sistema 10 que está presente a través de las válvulas 50, 52, 54, 56, 62, 64.

La apertura en una condición cercana a la presión equilibrada se aplica a las válvulas de entrada y de salida de fluido impulsor 50, 52 y a las válvulas de entrada y de salida de fluido bombeado 64, 62. La apertura en una situación cercana a la presión equilibrada elimina las altas velocidades de flujo en la apertura de las válvulas 50, 52, 54, 56, 62, 64 que de cualquier otra manera ocurriría debido al diferencial de alta presión a través de las válvulas 50, 52, 54, 56, 62, 64. De cualquier otra manera, estas velocidades de flujo altas dañarían las superficies de sellado funcionales de las válvulas 50, 52, 54, 56, 62, 64 debido a las pequeñas partículas abrasivas presentes tanto en el fluido impulsor 36 como en el medio bombeado 32.

La apertura automática en una situación cercana a la presión equilibrada permite que se aplique la fuerza del actuador relativamente pequeña antes de que se complete la ecualización de presión después de la apertura de la válvula de compresión o descompresión 54, 56. Esto simplifica significativamente el controlador del sistema 70 ya que no requiere una medición de presión para determinar la ecualización de presión correcta antes de accionar el fluido impulsor 36 y las válvulas de entrada y salida 50, 52, 64, 62 del medio bombeado 32.

Las válvulas de compresión y descompresión 54, 56 se diseñan para abrirse cuando todavía está presente el diferencial de presión completo, por lo tanto requieren una fuerza del actuador mayor en relación con la fuerza de cierre hidráulica presente del diferencial de presión a través de ellas. Para limitar la velocidad de flujo en las superficies de sellado funcional de las válvulas de compresión y descompresión 54, 56, uno o más estranguladores 57 pueden instalarse ya sea aguas arriba o aguas abajo de las válvulas de compresión y descompresión individuales 54, 56. En esta modalidad, el estrangulador 57 es una restricción en las líneas de derivación, tal como una placa de orificio. De este modo, la función de regulación, con su mayor margen de desgaste, se separa de la función de sellado de las válvulas de compresión y descompresión 54, 56 con su menor margen de desgaste, reduciendo sus requisitos de resistencia al desgaste. En otras palabras, mediante el uso de una restricción (estrangulador 57) se reduce el desgaste que experimentan las válvulas 54, 56. Al separar la función de control de velocidad de flujo de la función de sellado, es más fácil diseñar una parte resistente al desgaste para realizar la función de control de velocidad que diseñar partes de sellado de alta resistencia al desgaste que deben retener formaciones complementarias.

En algunas modalidades, los actuadores de válvula maestros 58 y 66 pueden combinarse en un solo actuador de válvula maestro que controla todos los actuadores de válvula 58a, b, c, d y 66a, b de todas las válvulas accionadas 50, 52, 54, 56, 62, 64.

El sistema de bombeo 10 incluye además un controlador del sistema 70 para controlar el funcionamiento de todo el sistema, que incluye las bombas 30, 34, las válvulas 50 a 56 y 62 a 64, y los actuadores de válvula maestros 58, 66. Cada una de las bombas 30, 34 debe proporcionarse de fluido.

En esta modalidad, se proporciona una primera fuente de fluido (superficie) 74 en la superficie 28 para proporcionar agua para el fluido impulsor 36. Esto proporciona agua desde la superficie 28, que puede ser agua de mar o agua de un lago para aplicaciones de fondo marino o fondo lacustre, o agua de una bomba de desagüe en aplicaciones de minería subterránea (o a cielo abierto). Esto proporciona el beneficio de la presión hidrostática del uso del agua de superficie. La fuente de fluido 74 puede incluir un filtro para eliminar partículas grandes del fluido antes de proporcionarlo a la bomba de desplazamiento positivo 34.

La fuente de fluido 74 puede usarse para extraer y reutilizar fluido del medio bombeado 32 en el receptáculo de recolección 26 de modo que el fluido del medio 32 puede usarse como fluido impulsor 36, opcionalmente, con fluido adicional que se proporciona por agua de origen local (en aplicaciones subterráneas o a cielo abierto del equipo de desagüe usado para bombear agua no deseada de la mina, o agua en exceso si está fácilmente disponible; en aplicaciones de fondo marino o de fondo lacustre, del agua de superficie). En aplicaciones de fondo marino o lacustre, la reutilización de los relaves del medio que se bombeó a la superficie tiene la ventaja de eliminar el requisito de desechar los relaves (líquido no deseado o partículas del medio 32) en la superficie. Esto se debe a que el fluido impulsor 36 (que contiene los relaves) que se desplaza de la cámara de intercambio de presión 12 durante la etapa de llenado de la cámara de intercambio de presión (etapa 106 en la Figura 2, y las etapas 402, 406, 410 en la Figura 5) puede descargarse directamente en el fondo del mar o del lago.

En esta modalidad, se proporciona una segunda fuente de fluido 76 aproximadamente al mismo nivel que la cámara de intercambio de presión 12 para proporcionar agua para mezclar con el mineral para crear el medio 32. Esta usa agua local, que puede ser agua de mar o agua de lago para aplicaciones de fondo marino o fondo lacustre, o agua de minas en aplicaciones de minería subterránea (o a cielo abierto).

Ahora se hace referencia también a la Figura 2, que es un diagrama de flujo (100) que ilustra las etapas que se realizan durante el funcionamiento del sistema de bombeo 10.

La primera etapa que se ilustra (etapa 102) es la etapa de descompresión. En esta etapa, el actuador de válvula maestro 58 abre la válvula de descompresión 56 para descomprimir la cámara de intercambio de presión 12 a la presión en la línea de salida de fluido impulsor 42, permitiendo de esta manera que se abra la válvula de salida de fluido impulsor 52 y la válvula de entrada de fluido bombeado 64.

La etapa de descompresión continúa hasta que se recibe un comando de llenado (etapa 103).

Una vez que se recibe el comando de llenado (que ocurre una vez que la cámara de intercambio de presión 12 se descomprime suficientemente), el actuador de válvula maestro 58 abre la válvula de salida de fluido impulsor 52 (etapa 104). El actuador de válvula maestro 58 puede energizar la válvula de salida 52 durante la etapa de descompresión (etapa 102). Debido a la presión de apertura limitada de la válvula 52, solo se abrirá una vez que el diferencial de presión haya caído a la presión de apertura de la válvula 52, según lo determine la fuerza de apertura del actuador de válvula maestro 58. En esta modalidad, se prefiere (pero no es esencial) que el actuador de válvula maestro 58 cierre la válvula de descompresión 56 antes de que el fluido impulsor 36 se desplace fuera de la cámara de intercambio de presión 12 para evitar que el medio 32 pase a través de la válvula de descompresión 56.

Una vez que la cámara se descomprime, el actuador de válvula maestro 66 abre entonces la válvula de entrada de fluido bombeado 64 (válvula de succión) y una vez que la válvula de entrada de fluido bombeado 64 (válvula de aspiración) se abre, el medio 32 fluye automáticamente hacia la cámara de intercambio de presión 12 debido al funcionamiento de la bomba centrífuga 30 (etapa 106). El actuador de válvula maestro 66 puede energizar la válvula de entrada 64 durante la etapa de descompresión (etapa 102). Debido a la presión de apertura limitada, la válvula 64 solo se abrirá una vez que el diferencial de presión caiga a la presión de apertura de la válvula 64, según lo determine la fuerza de apertura del actuador de válvula maestro 66. El medio que entra en la cámara de intercambio de presión 12 desplaza el fluido impulsor 36 fuera de la cámara de intercambio de presión 12 a través de la válvula de salida de fluido impulsor 52, de modo que el medio 32 comienza a llenar la cámara de intercambio de presión 12. El medio 32 se bombea a un régimen de flujo relativamente alto pero a una presión relativamente baja, así la cámara de intercambio de presión 12 se llena relativamente rápido.

Una vez que la cámara de intercambio de presión 12 se llena (que puede determinarse mediante una medición directa o indirecta o estimación del volumen de llenado, por ejemplo mediante la integración del régimen de flujo que se mide o estima en el tiempo por el controlador del sistema 70) (etapa 108), el actuador de válvula maestro 58 cierra la válvula de salida del fluido impulsor 52 (etapa 110), deteniendo de esta manera el flujo de salida del fluido impulsor 36 de la cámara de intercambio de presión 12 y deteniendo el flujo de entrada del medio 32 a la cámara de intercambio de presión 12.

Después de que el flujo del medio 32 se detiene, el actuador de válvula maestro 66 espera un tiempo predeterminado (etapa 112). En esta modalidad, el tiempo de espera es de 3 segundos, pero en otras modalidades el tiempo de espera puede seleccionarse para un tiempo entre cero segundos y diez segundos. Este tiempo de espera permite que las partículas más grandes en el medio 32 se asienten en una parte inferior de la cámara de intercambio de presión 12 y lejos del asiento de la válvula 64, permitiendo de esta manera un mejor cierre de la válvula 64.

El actuador de válvula maestro 66 cierra la válvula de entrada de fluido bombeado 64 (válvula de succión), después que transcurrió el tiempo de espera predeterminado (etapa 114).

Una vez que la válvula de entrada de fluido bombeado 64 (válvula de succión) se cierra, el actuador de válvula maestro 58 abre la válvula de compresión 54 (etapa 116), permitiendo de esta manera que el fluido impulsor de alta presión 36, que suministra la bomba de desplazamiento positivo 34, entre en la cámara de intercambio de presión 12. Esto comprime el contenido de la cámara de intercambio de presión 12 a la presión en la línea de entrada de fluido impulsor 40.

Después de que la compresión de la cámara de intercambio de presión 12 alcance un nivel suficiente, y se reciba un comando vacío (o de inicio), (etapa 117), los actuadores de válvula maestros 58, 66 abren la válvula de entrada de fluido impulsor 50 y la válvula de salida de fluido bombeado 62 (etapa 118). De la misma forma anterior, los actuadores de válvula maestros 58, 66 pueden accionar las válvulas 50, 62 antes de la ecualización de presión ya que las válvulas 50, 62 solo se abrirán una vez que el diferencial de presión caiga a la presión de apertura de las válvulas 50, 62, como se determina por la fuerza de apertura de los actuadores de válvula maestros 58, 66. En esta modalidad, se prefiere (pero no es esencial) que el actuador de válvula maestro 58 cierre la válvula de compresión 54 cuando la presión se iguala, de modo que el fluido impulsor 36 fluya principalmente a través de la válvula de entrada de fluido impulsor 50 en lugar de la válvula de compresión 54.

Una vez que estas válvulas 50, 62 se abren, el fluido impulsor 36 fluye hacia la cámara de intercambio de presión 12 a través de la línea de entrada de fluido impulsor 40 y la válvula de entrada de fluido impulsor 50 debido al funcionamiento de la bomba de desplazamiento positivo 34 (etapa 120). El fluido impulsor 36 desplaza el medio 32 a través de la válvula de salida de fluido bombeado 62, la línea de salida del medio 29, la descarga presurizada 20, y parcialmente hacia arriba de la tubería ascendente del medio bombeado 24 (en dependencia de la altura de la tubería ascendente 24).

Una vez que el medio 32 se desplaza hacia la línea de salida del medio 29 (que se puede determinar mediante una medición o estimación directa o indirecta del volumen de llenado, por ejemplo mediante la integración del régimen de flujo que se mide o estima en el tiempo por el controlador del sistema 70) (que se implementa por un comando de parada que se genera por el controlador del sistema 70, etapa 121), la válvula de entrada de fluido impulsor 50 se cierra (etapa 122). Esto detiene el flujo de entrada del fluido impulsor 36 hacia la cámara de intercambio de presión 12, y detiene el flujo de salida del medio 32 desde la cámara de intercambio de presión 12.

Después de que el flujo de salida del medio 32 se detiene, el actuador de válvula maestro 66 espera un tiempo predeterminado (etapa 124). En esta modalidad, el tiempo de espera es de 3 segundos, pero en otras modalidades el tiempo de espera puede seleccionarse para un tiempo entre cero segundos y diez segundos. Este tiempo de espera permite que las partículas más grandes en el medio 32 se asienten en una parte inferior de la cámara de intercambio de presión 12 y lejos del asiento de la válvula de salida de fluido bombeado 62, permitiendo de esta manera un mejor cierre de la válvula 62.

En otras modalidades, como adición, o alternativa, la etapa 120 se extiende de modo que el fluido impulsor 36 fluye a través de la válvula de salida de fluido bombeado 62. Esto asegura que la válvula de salida de fluido bombeado 62 se cierre en presencia del fluido impulsor 36, que puede ser más limpio, o puede tener menos partículas grandes, que el medio 36. En tales modalidades, el fluido bombeado (o el medio) 32 puede incluir algún fluido impulsor 36. Esto también evita la acumulación de partículas del medio en la cámara de intercambio de presión 12.

El actuador de válvula maestro 66 cierra la válvula de salida de fluido bombeado 62 (válvula de descarga), después que transcurrió el tiempo de espera predeterminado (etapa 126).

Una vez que la válvula de salida de fluido bombeado 62 se cierra, la secuencia regresa a la etapa 102 para la descompresión de la cámara de intercambio de presión 12 e inicia un nuevo proceso de llenado del medio.

Ahora se hace referencia a la Figura 3, que es un diagrama esquemático simplificado del sistema de bombeo 10 de la Figura 1. En la Figura 3, el sistema de intercambio de presión abierto 46 (es decir, la cámara de intercambio de presión 12, el arreglo de válvulas de fluido impulsor 14, el arreglo de válvulas de medio bombeado 16, las líneas de entrada y salida de fluido impulsor 40, 42, y las líneas de entrada y salida del medio 31,29) se indica generalmente por el número 46.

Ahora se hace referencia a la Figura 4, que es un diagrama esquemático simplificado de otro sistema de bombeo 310, de acuerdo con una segunda modalidad de la presente invención. Para mayor claridad, se retiraron aquellas partes que son comunes con las partes de la modalidad de la Figura 1. Este sistema de bombeo 310 es muy similar al sistema de bombeo 10. Las principales diferencias son que el sistema de intercambio de presión abierto 346 comprende tres cámaras de intercambio de presión 312 a, b, c en lugar de una cámara de intercambio de presión 12, y el controlador del sistema 370 administra el llenado y la descarga secuencial de las tres cámaras de intercambio de presión 312.

Cada una de las tres cámaras de intercambio de presión 312a, b, c incluye válvulas idénticas a las descritas con referencia al sistema de bombeo 10 de la Figura 1 (la válvula de estrangulamiento 57 no se ilustra en la Figura 4 para mayor claridad, pero se incluye en cada cámara de intercambio de presión 312). Cada una de las tres cámaras de intercambio de presión 312a, b, c, es idéntica (o al menos muy similar para todos los propósitos prácticos) a la cámara de intercambio de presión 12 de la Figura 1. El sistema de bombeo 310 incluye además un controlador del sistema de bombeo 370 que es similar al controlador del sistema de bombeo 70 pero adicionalmente administra el llenado y la descarga secuencial de las tres cámaras de intercambio de presión 312. La secuenciación del llenado y descarga de la cámara de intercambio de presión 312a, b, c se puede gobernar principalmente por los ajustes de temporización en el controlador del sistema de bombeo 370, o puede influir el estado (o una condición) de otra cámara de intercambio de presión 312a, b, c.

Al tener múltiples cámaras de intercambio de presión 312 dispuestas en paralelo, el sistema de bombeo 310 puede garantizar que al menos una cámara de intercambio de presión 312 siempre esté llena con el medio 32 y lista para su descarga, permitiendo de esta manera un suministro continuo de fluido impulsor 36 a las cámaras de intercambio de presión 312 y un suministro continuo del medio 32 a las cámaras de intercambio de presión 312.

Ahora se hace referencia a las Figuras 5 y 6, que son diagramas de flujo 400, 420 que ilustran las etapas que se realizan durante el funcionamiento del sistema de bombeo 310 (llenado y descarga, respectivamente).

Inicialmente, una de las cámaras de intercambio de presión (por ejemplo, la primera cámara de intercambio de presión 312a) se llena mediante el uso de la etapa 106 del proceso 100 de la Figura 2 (etapa 402).

El controlador del sistema 370 luego permite que la primera cámara de intercambio de presión 312a se llene hasta que se alcance la etapa 108 (Figura 2) (etapa 404).

Una vez que la primera cámara 312a alcanza la etapa 108 (Figura 2), entonces el controlador del sistema 370 comienza a llenar la siguiente cámara de intercambio de presión 312b (etapa 406).

El controlador del sistema 370 luego permite que la segunda cámara de intercambio de presión 312b se llene hasta que se alcance la etapa 108 (Figura 2) (etapa 408).

Una vez que la segunda cámara 312b alcanza la etapa 108 (Figura 2), entonces el controlador del sistema 370 comienza a llenar la siguiente cámara de intercambio de presión 312c (etapa 410).

El controlador del sistema 370 luego permite que la tercera cámara de intercambio de presión 312c se llene hasta que se alcance la etapa 108 (Figura 2) (etapa 412).

El proceso luego se revierte para llenar la primera cámara de intercambio de presión 312a (etapa 402).

Con referencia a la Figura 6, inicialmente, el controlador del sistema 370 comienza a descargar la primera cámara de intercambio de presión 312a mediante el uso de la etapa120 del proceso 100 de la Figura 2 (etapa 422).

El controlador del sistema 370 luego permite que la primera cámara de intercambio de presión 312a se descargue hasta que se alcance la etapa 122 (Figura 2) (etapa 424).

Una vez que la primera cámara 312a alcanza la etapa 122 (Figura 2), entonces el controlador del sistema 370 comienza a descargar la siguiente cámara de intercambio de presión 312b (etapa 426).

El controlador del sistema 370 luego permite que la segunda cámara de intercambio de presión 312b se descargue hasta que se alcance la etapa 122 (Figura 2) (etapa 428).

Una vez que la segunda cámara 312b alcanza la etapa 122 (Figura 2), entonces el controlador del sistema 370 comienza a descargar la siguiente cámara de intercambio de presión 312c (etapa 430).

El controlador del sistema 370 luego permite que la tercera cámara de intercambio de presión 312c se descargue hasta que se alcance la etapa 122 (Figura 2) (etapa 432).

El proceso luego se revierte para descargar la primera cámara de intercambio de presión 312a (etapa 422).

Esta secuencia de llenado y descarga proporciona una absorción gradual del flujo de llenado de una cámara de intercambio de presión 312 a la siguiente, y del flujo de descarga de una cámara de intercambio de presión 312 a la siguiente.

Para mantener un suministro ininterrumpido dentro y fuera del sistema de bombeo 310 la temporización de la secuencia de las cámaras de intercambio de presión individuales 312 se controla y se alinea por el controlador del sistema 370.

Pueden usarse múltiples parámetros para controlar el tiempo de la secuencia. Por ejemplo, el régimen de flujo del fluido impulsor 36 se puede ajustar. El régimen de flujo del fluido impulsor 36 es directamente proporcional a la velocidad de la bomba de desplazamiento positivo 34. La duración de la etapa de descarga de la cámara de intercambio de presión (etapa 120) se puede ajustar. En modalidades preferidas, la etapa de descarga de la cámara (etapa 120) continúa después de desplazar el medio 32 fuera de la cámara de intercambio de presión 312 permitiendo que la válvula de salida (descarga) de fluido bombeado 62 se cierre a través del fluido impulsor 36 menos contaminado en lugar de en el medio bombeado 32.

El régimen de flujo del mecanismo de llenado (bomba centrífuga en las modalidades anteriores) 30 se puede ajustar. El régimen de flujo de dicha bomba se puede cambiar variando la velocidad de la propia bomba 30 o cambiando la carga de presión en la bomba 30 mediante el uso de una válvula de control de flujo en la línea de salida del fluido impulsor 42. Como la velocidad de flujo de una bomba centrífuga depende tanto de la velocidad de la bomba como también de la carga de presión de la bomba, puede usarse una medición de régimen de flujo en la línea de salida de fluido impulsor 42 para determinar el régimen de flujo existente.

La duración de la etapa de llenado de la cámara (etapa 106) se puede ajustar. En modalidades preferidas, la etapa de llenado de la cámara (etapa 106) se detiene antes de desplazar el medio 32 fuera de la cámara de intercambio de presión 312 a través de la válvula de salida del fluido impulsor 52, lo que permite que la válvula de salida del fluido impulsor 52 se cierre en el fluido impulsor menos contaminado 36 en lugar de en el medio bombeado 32. Una ventaja del sistema de bombeo 10, 310 con un contacto directo entre el fluido impulsor 36 y el medio bombeado 32 es que la duración de las etapas de llenado y descarga puede extenderse casi sin límite. Esto es en contraste con los topes de extremo fijo en la carrera en una bomba accionada hidráulicamente o por cigüeñal, o los sistemas de intercambio de presión que usan un elemento separador entre el fluido impulsor y la mezcla bombeada. Esto permite una gran flexibilidad en la temporización de la secuencia, lo que lo hace muy robusta incluso si hay variaciones de temporización debido a las diversas condiciones en la bomba 34.

Como alternativa a las modalidades de las Figuras 1 a 6, es posible ubicar la primera fuente de fluido 74 al mismo nivel que la(s) cámara(s) de intercambio de presión 12, 312. Esto se ilustra como una fuente de fluido de bajo nivel 74' en línea discontinua en la Figura 1. La fuente de fluido de bajo nivel 74' puede reutilizar el fluido impulsor 36 que expulsa la(s) cámara(s) de intercambio de presión 12, 312 durante la etapa de llenado de la cámara de intercambio de presión (etapa 106 en la Figura 2, y las etapas 402, 406, 410 en la Figura 5) al suministrarlo en la línea de entrada de fluido impulsor 40, ya sea parcialmente (con algún fluido impulsor que se proporciona desde otro lugar) o completamente (con todo el fluido impulsor que se proporciona desde la fuente de fluido 74'). Sin embargo, este fluido que se expulsa está a una altitud mucho menor que la ubicación de la bomba de desplazamiento positivo de superficie 34, y la línea de entrada de fluido impulsor 40 está a una alta presión (suministrada por la bomba de desplazamiento positivo 34), por lo que requeriría que la fuente de fluido de bajo nivel 74' se accione por una segunda bomba de desplazamiento positivo 34' ubicada en el nivel de la cámara de intercambio de presión 12 (se muestra en línea discontinua, Figura 1). La segunda bomba de desplazamiento positivo 34' puede usarse para suministrar todo el fluido impulsor, negando el requisito de una bomba de desplazamiento positivo de superficie 34 (como se muestra en la Figura 7). Esto tiene ventajas en ubicaciones de minas subterráneas donde hay agua disponible a nivel subterráneo para crear la mezcla de pulpa, y el exceso de agua del medio bombeado puede eliminarse y desecharse en la superficie. Esto reduciría los requisitos de desagüe de la mina que la mayoría de las minas subterráneas ya tienen.

Es posible combinar la fuente de fluido de superficie 74 que se configura para extraer y reutilizar fluido del medio bombeado 32 de modo que el fluido del medio 32 pueda usarse como fluido impulsor 36, con la segunda bomba de desplazamiento positivo 34' que se configura para reutilizar el fluido impulsor 36 que se descarga durante la etapa de llenado de la cámara de la bomba (etapa 106 en la Figura 2, y etapas 402, 406, 410 en la Figura 5) de modo que se proporciona un sistema de fluido de lazo cerrado teóricamente que no requiere ninguna (o solo muy poca) entrada de fluido externo una vez que funciona porque todo el fluido impulsor 36 y fluido del medio 32 se reutiliza (se muestra por líneas discontinuas en la Figura 8). En este ejemplo, la segunda bomba de desplazamiento positivo 34' compensa la escasez de fluido impulsor 36 que viene del desagüe del medio 32 en la superficie 28. El uso de bombas de fluido impulsor de desplazamiento positivo 34, 34' permite esta instalación de bomba de fluido impulsor paralela que sería mucho más difícil de hacer con las bombas de fluido impulsor centrífugas paralelas ya que la sensibilidad a la presión del régimen de flujo resultaría en la interacción entre las bombas centrífugas individuales. Ahora se hará referencia a la Figura 7, que es un diagrama esquemático simplificado que ilustra una tercera modalidad de un sistema de bombeo 710 que tiene una ubicación alternativa para la parte (la bomba de desplazamiento positivo) del sistema de bombeo de la Figura 1 o la Figura 4.

En la primera y segunda modalidades (Figuras 1 a 6), la bomba de desplazamiento positivo 34 se ubica en la superficie 28, significativamente más alta que la(s) cámara(s) de intercambio de presión 12, 312. Por ejemplo, la superficie 28 puede ser de 50 m a 5000 m más alta en altitud que la cámara de intercambio de presión 12. Sin embargo, es posible ubicar la bomba de desplazamiento positivo a aproximadamente el mismo nivel (o altitud o profundidad) que la cámara de intercambio de presión 12 o las cámaras 312. Esto se ilustra como una bomba de desplazamiento positivo de nivel bajo 734 en la Figura 7.

Esto tiene la ventaja de que la bomba de desplazamiento positivo 734 se ubica cerca de la(s) cámara(s) de intercambio de presión 12, 312 mejorando de esta manera el tiempo de respuesta de carga al cambiar entre las cámaras de intercambio de presión 312. Otra ventaja es que no se requiere una tubería ascendente de fluido impulsor (tubería ascendente 38 en la Figura 1) ya que el fluido impulsor 36 puede proporcionarse por la fuente de fluido de bajo nivel 74'. Alternativamente, una tubería ascendente de fluido impulsor puede usarse para proporcionar el fluido impulsor 36 desde la superficie 28 directamente a la bomba de desplazamiento positivo 734. Esto tiene la ventaja de que la presión hidrostática en la tubería ascendente de fluido impulsor crea una alta presión de succión en la bomba de desplazamiento positivo 734 reduciendo su consumo de energía.

Cuando la(s) cámara(s) de intercambio de presión 12, 312 se ubican subterráneas (en oposición a en un fondo marino o lacustre), la bomba de desplazamiento positivo 734 tiene que suministrar la energía completa para superar la descarga presurizada 20 (es decir, para elevar el medio 32 a la superficie 28). Cuando la(s) cámara(s) de intercambio de presión 12, 312 se ubican en un fondo marino (o lacustre), el agua circundante puede usarse como fluido impulsor 36, y este tiene presión hidrostática en base a la profundidad del agua, por lo que la bomba de desplazamiento positivo 734 solo tiene que superar la diferencia de presión debido a la diferencia de densidad del agua de mar y el medio 32 en la tubería ascendente del medio bombeado 24, más las pérdidas por fricción en la tubería ascendente del medio bombeado 24.

Alternativamente, de una manera similar como se describió con referencia a la Figura 1, el fluido impulsor 36 puede suministrarse desde una fuente de fluido de superficie 74 a través de una tubería ascendente de fluido impulsor 38. Proporcionar la bomba de desplazamiento positivo 34 al mismo nivel que las cámaras de intercambio de presión 312 tiene la desventaja de que puede ser costoso proporcionar una fuente de energía de alta energía donde se ubiquen las cámaras de intercambio de presión 312 (por ejemplo, bajo una mina o en un fondo marino).

Ahora se apreciará que la bomba de desplazamiento positivo 34 puede ubicarse en la superficie 28 o a una altitud negativa. De manera similar, el fluido impulsor 36 puede proporcionarse desde la superficie 28 o desde la altitud negativa, o una combinación de las dos.

Ahora se hará referencia a la Figura 8, que es un diagrama esquemático simplificado que ilustra una configuración general de un sistema de bombeo 810, con variantes que se muestran en línea discontinua, para un sistema subterráneo que usa una bomba de inyección de fluido impulsor de desplazamiento positivo subterránea en un circuito cerrado, de acuerdo con una modalidad de la presente invención. El sistema de bombeo 810 incluye el sistema de intercambio de presión abierta 46, 346 como se describió anteriormente.

En la Figura 8, Cv se refiere a la concentración volumétrica de sólidos en una pulpa y Q_up se refiere al régimen de flujo total que el sistema de bombeo 810 suministra. La fuente de fluido de superficie 74 se ilustra como un tanque de agua a presión atmosférica. Esta (primera) fuente de fluido de superficie 74 puede suministrarse con cualquier agua fácilmente disponible (ilustrada por la caja 74'') de la superficie de un mar, un lago o un estanque, o del equipo de desagüe cuando sea necesario en dependencia de que variante del sistema se usa.

Un cuadro de línea discontinua 811 se muestra alrededor de la segunda bomba de desplazamiento positivo 34' (o en algunas modalidades, la única bomba de desplazamiento positivo 34') y la segunda fuente de fluido 76. En ambientes subterráneos (no en fondos marinos o lacustres), se requiere la segunda fuente de fluido 76 para capturar el fluido del sistema de intercambio de presión abierto 46, 346, de cualquier otra manera el fluido impulsor que se descarga inundaría el área. En tales aplicaciones, la segunda fuente de fluido 76 puede suministrar un mezclador de preparación de pulpa 813 que mezcla el fluido de la segunda fuente de fluido 76 con el mineral que se extrajo (no se muestra). Las modalidades de las Figuras 1, 3, y 7 incluyen además un mezclador de preparación de pulpa 813, pero no se muestra en esas figuras para mayor claridad. En entornos de fondos marinos o lacustres, no se requiere la segunda fuente de fluido 76, porque no hay necesidad de capturar el fluido del sistema de intercambio de presión abierto 46, 34, porque puede descargarse al agua del mar o del lago alrededor de la cámara de intercambio de presión 12, 312.

La Figura 8 también muestra una fuente de fluido subterránea 876 (que puede ser un estanque o tanques que se usan para retener agua) que puede usarse para suministrar cualquier escasez de fluido, o recibir cualquier exceso de fluido cuando se requiera en dependencia de que variante del sistema se usa.

Las etapas de los métodos descritos en la presente descripción pueden llevarse a cabo en cualquier orden adecuado, o simultáneamente cuando sea apropiado.

Los términos “que comprende”, “que incluye”, “que incorpora”, y “que tiene” se usan en la presente descripción para recitar una lista de extremo abierto de uno o más elementos o etapas, no una lista cerrada. Cuando se usan dichos términos, los elementos o etapas que se recitan en la lista no son exclusivos de otros elementos o etapas que pueden añadirse a la lista.

A menos que se indique de otra forma por el contexto, el término “un” y “una” se usa en la presente descripción para denotar al menos uno de los elementos, números enteros, etapas, características, operaciones o componentes que se mencionan después, pero no excluye elementos, números enteros, etapas, características, operaciones o componentes adicionales.

La presencia de palabras y frases de ampliación tales como “uno o más”, “al menos”, “pero no se limita a” u otras frases similares, en algunos casos no significan, y no debe interpretarse que significan, que se pretende o requiere el caso más específico en casos donde no se usan dichas frases de ampliación.

En otras modalidades, el mecanismo de llenado 30 puede comprender una bomba de draga, o cualquier otra bomba conveniente.

Los numerales de referencia y las partes correspondientes que se usan en la presente descripción se proporcionan a continuación:

10 sistema de bombeo

12 cámara de intercambio de presión

14 arreglo de válvulas de fluido impulsor

16 arreglo de válvulas del medio bombeado

20 descarga presurizada

22 extremo de suministro

24 tubería ascendente del medio bombeado

26 receptáculo de recolección

28 superficie

29 línea de salida del medio

30 mecanismo de llenado

31 línea de entrada del medio

32 medio (pulpa bombeada)

34 bomba de desplazamiento positivo

34' segunda bomba de desplazamiento positivo

36 fluido impulsor

38 tubería ascendente del fluido impulsor

40 línea de entrada de fluido impulsor

42 línea de salida de fluido impulsor

44 punto de descarga del fluido impulsor

46 sistema de intercambio de presión abierto

extremo de bomba de desplazamiento positivo

válvula de entrada de fluido impulsor

válvula de salida de fluido impulsor

válvula de compresión

válvula de descompresión

válvula de estrangulamiento

actuador de válvula maestro (para las válvulas 50 a 56)

línea de equilibrio de presión

válvula de salida de fluido bombeado

válvula de entrada de fluido bombeado

actuador de válvula maestro (para las válvulas 60, 62)

controlador del sistema

segunda bomba de desplazamiento positivo

fuente de fluido de superficie

' fuente de fluido de nivel bajo

segunda fuente de fluido

0 diagrama de flujo

0 sistema de bombeo alternativo

2a, b, c cámaras de intercambio de presión

6 sistema de intercambio de presión abierto (3 cámaras)

0 controlador del sistema

0 diagrama de flujo para llenar la cámara de intercambio de presión 310 0 diagrama de flujo para descargar la cámara de intercambio de presión 310 0 sistema de bombeo

4 bomba de desplazamiento positivo de nivel bajo

0 sistema de bombeo

1 caja con componentes opcionales

3 mezclador de preparación de suspensión

6 fuente de fluido subterránea

Claims

REIVINDICACIONES

i. Un sistema de bombeo (10, 310, 710, 810) para bombear un medio (32) que comprende un líquido con ^{partículas de mineral de una ubicación subterránea o submarina a una superficie (}28^{) en un nivel elevado,}comprendiendo el sistema (10, 310, 710, 810):

al menos una cámara de intercambio de presión (12, 132) que comprende una tubería alargada que se extiende en una orientación transversal, y que tiene un arreglo de válvulas de fluido impulsor (14) en un extremo y un arreglo de válvulas de medio bombeado (16) en el extremo opuesto;

una descarga presurizada (20) en un extremo de suministro (22) del sistema en el lado del arreglo de válvulas de medio bombeado de la cámara de intercambio de presión (12, 312);

un mecanismo de llenado (30) que funciona para llenar la cámara de intercambio de presión (12, 312) con el medio (32); caracterizado porque

la al menos una cámara de intercambio de presión (12, 312) está ubicada a una altitud significativamente menor que el nivel elevado, y que comprende además:

una tubería ascendente (24) que se extiende hacia arriba desde el extremo de suministro (22) hasta el nivel elevado y para suministrar el medio (32) al mismo;

una fuente de fluido (76) a aproximadamente el mismo nivel que la cámara de intercambio de presión (12, 312) para proporcionar agua para mezclar con el mineral para crear el medio (32);

una bomba de desplazamiento positivo (34, 34', 734) conectada a la cámara de intercambio de presión (12, 312) y que funciona para bombear un fluido impulsor (36) en contacto directo con el medio (32), de manera que el medio (32) se desplaza de la cámara de intercambio de presión (12, 312) a la descarga presurizada (20) por el fluido impulsor (36).
2. Un sistema de bombeo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el arreglo de válvulas de fluido impulsor (14) se ubica en un extremo (48) de la cámara de intercambio de presión (12, 312) conectado a la bomba de desplazamiento positivo (34, 34', 734) y comprende una válvula de entrada de fluido impulsor (50), y una válvula de salida de fluido impulsor (52) y el arreglo de válvulas de medio bombeado (16) comprende una válvula de entrada de fluido bombeado (64) mediante la cual el medio (32) se puede alimentar a la cámara de intercambio de presión (12, 312) y una válvula de salida de fluido bombeado (62) mediante la cual el medio (32) se puede descargar de la cámara de intercambio de presión (12, 312), y un actuador (58, 66) asociado con cada válvula (50, 52, 62, 64) y está configurado para desplazar la válvula (50, 52, 62, 64) entre una posición abierta y una posición cerrada, configurándose las válvulas (50, 52, 62, 64) de tal manera que el flujo de fluido bombeado ayuda a cerrar las válvulas de entrada de fluido impulsor y de salida de fluido impulsor (50, 52) y ayuda a abrir las válvulas de entrada y salida de fluido bombeado (64, 62).
3. Un sistema de bombeo de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el arreglo de válvulas de fluido impulsor (14) comprende además una válvula de compresión (54) para desviar la válvula de entrada de fluido impulsor (50) de manera que la presión en la cámara de intercambio de presión (12, 312) se pueda elevar antes de abrir la válvula de entrada de fluido impulsor (50) y una válvula de descompresión (56) para desviar la válvula de salida de fluido impulsor (52) de manera que la presión en la cámara de intercambio de presión (12, 312) se pueda disminuir antes de abrir la válvula de salida de fluido impulsor (52) y una válvula de estrangulamiento (57) conectada en serie con la válvula de compresión (54) para limitar el régimen de flujo del fluido impulsor (36) a través de la válvula de compresión (54).
4. Un sistema de bombeo de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde el sistema de bombeo (310, 710, 810) comprende una pluralidad de cámaras de intercambio de presión (312a,b,c) que se conectan en paralelo y se llenan secuencialmente con el medio (32) que se bombea y se vacían secuencialmente con el fluido impulsor (36).
5. Un sistema de bombeo de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el sistema de bombeo (310, 710, 810) comprende además un controlador de cámara de intercambio de presión (370) que funciona para accionar cualquier válvula de compresión y descompresión (54, 56), las válvulas de entrada y salida de fluido impulsor (50, 52) y, cuando se requiere, las válvulas de entrada y salida de fluido bombeado (64, 62), en los momentos apropiados para garantizar que al menos una cámara de intercambio de presión (312a,b,c) esté llena con el medio (32) cuando una cámara que se descarga se vacía con el medio bombeado (32) mientras que otra cámara de intercambio de presión se llena con el medio (32).
6. Un sistema de bombeo de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde la bomba de desplazamiento positivo (34', 734) se ubica aproximadamente a la misma altitud que la cámara de intercambio de presión (12, 312).
7. Un sistema de bombeo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la bomba de desplazamiento positivo (34) se ubica a una altitud significativamente mayor que la cámara de intercambio de presión (12, 312).
8. Un sistema de bombeo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 o 7, en donde el sistema comprende además una tubería ascendente de fluido impulsor (38) acoplada a la bomba de desplazamiento positivo (34) en la superficie (28), y una fuente de fluido impulsor (74) ubicada en la superficie (28) y que funciona para extraer y reusar fluido del medio bombeado (32), de manera que el fluido proveniente del medio (32) se pueda usar como un fluido impulsor (36).
9. Un sistema de bombeo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el sistema comprende además una fuente de fluido impulsor (74') que se ubica aproximadamente a la misma altitud que la cámara de intercambio de presión (12, 312), en donde la fuente de fluido impulsor (74') reúsa el fluido impulsor que se expulsa de la cámara de intercambio de presión (12, 312) durante una etapa de llenado de la cámara (12, 312).
10. Un sistema de bombeo de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende, además, una segunda bomba de desplazamiento positivo (34') ubicada al nivel de la cámara de intercambio de presión (12, 312).
11. Un sistema de bombeo de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el sistema comprende, además, una tubería ascendente de fluido impulsor (38) acoplada a la bomba de desplazamiento positivo (34) en la superficie (28), y una fuente de fluido impulsor (74) ubicada en la superficie (28) y que funciona para extraer y reusar fluido del medio bombeado (32), de manera que el fluido proveniente del medio (32) se pueda usar como un fluido impulsor (36), en la cual se proporciona un sistema de fluido de lazo cerrado que requiere muy poca, o ninguna, entrada de fluido externa una vez que está en funcionamiento porque todo el fluido impulsor (36) y el fluido del medio se reúsa.
12. Un método para bombear un medio (32) que comprende un líquido con partículas de mineral de una ubicación subterránea o submarina a una superficie (28) en un nivel elevado mediante el uso de un sistema (10, 310, 710, 810) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, comprendiendo el método: (i) despresurizar una cámara de intercambio de presión (12, 312) que se extiende en una orientación transversal;

(ii) llenar la cámara de intercambio de presión (12, 312) con un medio (32) que se bombeará mediante el uso de una fuente de presión relativamente baja;

(iii) presurizar la cámara de intercambio de presión (12, 312) mediante el uso de una bomba de desplazamiento positivo (34, 34', 734);

(iv) impulsar el medio (32) hacia afuera mediante el uso de un fluido impulsor (36) en contacto directo con el medio (32), donde el fluido impulsor (36) se suministra mediante el uso de la bomba de desplazamiento positivo (34, 34', 734); y

(v) retrasar el cierre de las válvulas de entrada y salida de medio bombeado (64, 62) con relación a las válvulas de entrada y salida de fluido impulsor (50, 52) para detener el flujo del medio bombeado (32) antes de que las válvulas de entrada y salida de medio bombeado (64, 62) se cierren, permitiendo de esta manera que las partículas de mineral grandes en el medio (32) se asienten lejos de las válvulas de entrada y salida de medio bombeado (64, 62) antes de que se cierren.
13. Un método para bombear un medio (32) de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la etapa (ii) comprende además llenar una cámara de intercambio de presión (12, 312) de manera que el medio pase a través de una parte sustancial de la cámara de intercambio de presión (12, 312) y hacia afuera a través de una válvula de salida de fluido impulsor (52).
14. Un método para bombear un medio de acuerdo con la reivindicación 12 o 13, en donde la etapa (iv) comprende además expulsar el medio (32) mediante el uso de un fluido impulsor (36) en contacto directo con el medio (32) de manera que el fluido impulsor (36) pasa a través de una parte sustancial de la cámara de intercambio de presión (12, 312) y hacia afuera a través de una válvula de salida de fluido bombeado (62).
15. Un método para bombear un medio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en donde el método comprende realizar las etapas (i) a (iii) en una primera cámara de intercambio de presión (312a, b o c), luego realizar las etapas (i) a (iii) en una segunda cámara de intercambio de presión (312b, c o a), antes o mientras se realiza la etapa (iv) en la primera cámara de intercambio de presión (312a, b o c).