CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
1.1 Planteamiento del problema Se denomina clasificación granulométrica o granulometría, a la medición y graduación que se lleva a cabo de los granos de una formación sedimentaria, de los materiales sedimentarios, así como de los suelos, con fines de análisis, tanto de su origen como de sus propiedades mecánicas, y el cálculo de la abundancia de los correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una escala granulométrica. Los objetivos de esta disminución de tamaño son el de liberar a las distintas especies constituyentes de un mineral, ya que en este se en cuentra presente la especie que es de utilidad (el material beneficiable), y las especies que no son útiles comercialmente en este, la ganga, o el poder separar el material según la distribución de tamaño de grano para utilizarla en procesos posteriores. A nivel mundial se tiene que, todas las menas explotadas con fines comerciales, están compuestas por mezclas de diversos óxidos, hidratos, haluros, sulfuros, carbonatos, etc., que deben ser separados entre si para procesar y obtener el elemento deseado a un alto grado de pureza, lo que lleva al uso de equipos primarios en estas primeras etapas del proceso. Igualmente en Venezuela se observa que las empresas básicas y las privadas, que explotan minerales, presentan los mismos mismos problemas, tal es el caso de la bauxita, materia prima para obtener el aluminio, las minas de oro, plata, cobre, coltan, mineral de hierro, etc., sin embargo, todas cuentan con equipos que facilitan la separacion adecuada de tamaños a nivel industrial. Fundacion la Salle es una Institución sin fines de lucro, que atiende a una población estudiantil a nivel superior con el fin de prepararlos en diversas ramas técnicas en el
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área industrial, tales comos Metalurgia, Mecánica, Electricidad y Seguridad Industrial, para tales efectos dentro de sus instalaciones instalaciones se encuentran diverson espacios donde se imparten conocimientos de las diferentes asignaturas. En ciertas cátedras como lo es el caso de fisicoquímica, metalurgia física, entre otras; que cuentan con los equipos para ensayos en laboratorios sobre diferentes aspectos metalurgicos, permitiendole así al estudiantado la adquisición de conocimientos prácticos, que lo ayuden en su área de trabajo. El problema que se plantea resolver, consiste en la clasificacion granulometrica promedio de un mineral muestreado en el Sector El Manganeso del estado Bolívar, haciendo uso de los equipos ubicados en el laboratorio de arenas de Metalurgia. Puesto que no se tiene una información precisa de cuanto tiempo debe utilizarse para el tamizado de las muestras, qué cantidad de material debe añadirse al tamiz superior, etc., se deben establecer las variables operativas óptimas a utilizar con este equipo. Los datos aportados serviran de guia para tener una idea acerca de la distribucion granulométrica en ese sector. Las causas por las que no se han realizado estos ensayos granulométricos es porque la mayor parte de ese sector es área protegida por la ley de Parques Nacionales, lo que hace imposible la extracción de minerales con fines comerciales. Además, no se tiene idea de cuanta cantidad de material de este tipo puede haber en esa área. Por otro lado, se hace difícil el traslado de este material hasta el laboratorio, debido a lo lejos del sitio. Como consecuencia hay desconocimiento acerca de la granulometria de este material, su composicion y la cantidad de mineral que haber en el Sector de El Manganeso. Además, no se sabe si el laboratorio está en capacidad de realizar este ensayo. Se pronostica que de no realizarse este ensayo no se podria conocer la granulometria promedio de las rocas rocas de ese sector, sector, ni los parámetros optimos para para realizar realizar este ensayo. De alli la importancia de este trabajo de investigación, enfocado en optimizar las variables operativas, tiempo y carga de mineral, lo que ayudaría al buen uso del mismo
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área industrial, tales comos Metalurgia, Mecánica, Electricidad y Seguridad Industrial, para tales efectos dentro de sus instalaciones instalaciones se encuentran diverson espacios donde se imparten conocimientos de las diferentes asignaturas. En ciertas cátedras como lo es el caso de fisicoquímica, metalurgia física, entre otras; que cuentan con los equipos para ensayos en laboratorios sobre diferentes aspectos metalurgicos, permitiendole así al estudiantado la adquisición de conocimientos prácticos, que lo ayuden en su área de trabajo. El problema que se plantea resolver, consiste en la clasificacion granulometrica promedio de un mineral muestreado en el Sector El Manganeso del estado Bolívar, haciendo uso de los equipos ubicados en el laboratorio de arenas de Metalurgia. Puesto que no se tiene una información precisa de cuanto tiempo debe utilizarse para el tamizado de las muestras, qué cantidad de material debe añadirse al tamiz superior, etc., se deben establecer las variables operativas óptimas a utilizar con este equipo. Los datos aportados serviran de guia para tener una idea acerca de la distribucion granulométrica en ese sector. Las causas por las que no se han realizado estos ensayos granulométricos es porque la mayor parte de ese sector es área protegida por la ley de Parques Nacionales, lo que hace imposible la extracción de minerales con fines comerciales. Además, no se tiene idea de cuanta cantidad de material de este tipo puede haber en esa área. Por otro lado, se hace difícil el traslado de este material hasta el laboratorio, debido a lo lejos del sitio. Como consecuencia hay desconocimiento acerca de la granulometria de este material, su composicion y la cantidad de mineral que haber en el Sector de El Manganeso. Además, no se sabe si el laboratorio está en capacidad de realizar este ensayo. Se pronostica que de no realizarse este ensayo no se podria conocer la granulometria promedio de las rocas rocas de ese sector, sector, ni los parámetros optimos para para realizar realizar este ensayo. De alli la importancia de este trabajo de investigación, enfocado en optimizar las variables operativas, tiempo y carga de mineral, lo que ayudaría al buen uso del mismo
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y evitaria daños prematuros al equipo, ademas de contribuir con el conocimiento mineralógico de las rocas de ese sector. La solución que se propone involucra el uso de mineral del sector El Manganeso del estado Bolivar, y la exposición a diferentes tiempo de tamizado y diferentes cargas de material, a fin de optimizar estas variables; esto ayudará a establecer la carga máxima que debe usa rse con este material. Los resultados obtenidos serian tales que se beneficiaria el estado venezolano al conocer la granulometria del sector y los alumnos de metalurgia que sabrian calcular los parámetros operativos de la tamizadora.
1.2 Objetivo general Estudiar la clasificación granulométrica promedio de las rocas ubicadas en el Sector El Manganeso del estado Bolivar.
1.2.1 Objetivos específicos
Diagnósticar el estado actual de la tamizadora ubicada en el Laboratorio Laboratorio de Arenas del Iutemar.
Establecer las propiedades físicas del mineral a utilizar.
Desarrollar el método para la optimizacion de las variables, tiempo y carga de mineral, de la tamizadora.
Presentar los resultados obtenidos luego de los ensayos granulométricos realizados de las rocas provenientes del Sector El Manganeso.
1.3 Delimitación del problema Este proyecto se realizará en el Instituto Universitario de Tecnologia del Mar, Fundación las Salle, situada en las UD-104 San Félix, Estado Bolívar. Para estudiar la clasificacion granulometrica promedio de las rocas ubicadas en el Sector El Manganeso. El tiempo de la realización del ensayo está comprendido desde el mes de Noviembre del 2015 hasta Febrero del 2016.
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CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes de la institución La Fundación lleva el nombre de la Salle, en honor al genial educador francés Juan Bautista de la Salle quien fue el fundador en 1682 de la congregación. Aunque ésta denominación es el resultado normal de la creación de la ob ra, el colegio de la Salle de caracas y la sociedad de ciencias naturales. El 15 de mayo de 1940 un grupo de alumnos del colegio la Salle, bajo la dirección de su profesor el hermano Ginés, funda una agrupación dedicada al estudio científico de la naturaleza de Venezuela, la sociedad de ciencias naturales que ya ha cumplido 75 años. En su etapa inicial de dos años dedicados a gestiones y sin ningún capital para iniciar su tarea con apenas tres personas dos de ellas a tiempo completo y escasa remuneración, la que en futuro llegaría a ser un gran instituto, logró reunir un pequeño grupo de personalidades que ofrece su decidido apoyo a la naciente obra. El 21 de agosto de 1957, se redacta el acta de constitución de la Fundación la Salle de ciencias naturales. En el año 1968 la fundación la Salle creada diez años antes por los hermanos de la escuela cristiana. Desde el principio puso en marcha un programa de estudio a nivel del bachillerato técnico, al mismo tiempo que tenía el ya existente centro de aprendizaje industrial organizado en colaboración con las empresas locales. En 1969, se crea el liceo técnico de Guayana en instalaciones que fueron construidas por la Corporación Venezolana de Guayana (CVG). Fundación La Salle a través de su campus Guayana estableció en la ciudad de san Félix, se hizo cargo en la década de los 70 del colegio que funcionaba bajo la dirección de la congregación de los hermanos de las escuelas cristianas, en colaboración con el
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instituto nacional de corporación educativa, de la Corporación Venezolana de Guayana y de un convenio con la Orinoco Company Iron Mines of Venezuela, se dio un impulso especial en el área industrial dictándose cursos de electricidad, así como también de mecánica. Al mismo tiempo en el año 1974 Fundación la Salle dirige su labor educativa a forma técnica de educación media, se habla de los institutos universitarios de tecnología en Margarita; Cojedes y Ciudad Guayana. Se establecen contactos con las autoridades oficiales. En 1977 la gobernación del estado Bolívar construye la subestación hidrobiológica de río claro, cerca de los terrenos donde se construirán los estanques para el cultivo de algunos peces de la región y del camarón de río. En 1978 como compensación de los servicios prestados, la Corporación Venezolana de Guayana (CVG) hace el traspaso a fundación la Salle de los terrenos donde está ubicado el campus Guayana y se inician labores para la dotación de un polideportivo. En el año de 1986 nace el Instituto Universitario de Tecnología Industrial de Guayana (IUTEIN), que proporciona la formación en el ámbito superior en las carreras de electricidad, mecánica, contabilidad y finanzas, administración de empresas y metalurgia. Ambos institutos brindan una respuesta seria y oportuna al mundo industrial que se ha desarrollado en Guayana. La formación que se imparte en el instituto de la fundación la Salle en Guayana cuenta con el apoyo de una dirección técnica encargada de coordinar la capacitación a través de distintos talleres los cuales se encuentran debidamente equipados en la actualidad se habla de que el IUTEMAR pasará a ser Universidad del Caribe, la cual beneficiará a los egresados al continuar con sus estudios y así obtener el grado de licenciatura o ingeniería, por la buena preparación de sus egresados y el desempeño realizado en el tiempo de pasantía, las fructíferas labores, los diferentes trabajos y por lo esfuerzos mancomunados de todos los que trabajan en la institución.
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Visión Ser una Institución Científico Educativo, de extensión-producción, integrada sinérgicamente con excelencia y solidez. Reconocida regional, nacional e internacionalmente. Fundamentada en su concepción filosófica humano-cristiana. Apoyada en los avances científico-tecnológicos. Que cuenta con la voluntad, capacidad y compromiso de sus miembros para fomentar la dignificación y trascendencia de la vida y de la persona, en defensa y promoción de valores culturales y ambientales de cada pueblo.
Misión Servir a las comunidades más desasistidas, ajustándose a las necesidades y realidades de cada una de ellas, a través de la educación, la investigación, la extensión y la producción, con base en la cultura del trabajo, el hermanamiento y la solidaridad para enraizar a la gente en su región y darle instrumentos que faciliten su desarrollo personal y comunitario, teniendo como fin hacer realidad el reino de Dios en la tierra.
Ubicación geográfica Fundación la Salle Campus Guayana se encuentra ubicada en Ciudad Guayana-San Félix en la UD 104 y ocupa un espacio físico de 17 hectáreas.
Fundación La Salle La Fundación La Salle, Campus Guayana es la de enseñar, preparar y producir hombres y mujeres aptos para su desenvolvimiento en el trabajo, bajo un sistema educativo que de referencia a las actividades orientadas a la investigación, expresión personal a los procesos grupales más que por impedir conocimiento de acuerdo a las necesidades educativas de la región.
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Organigrama General Campus Guayana
Fuente: Fundación La Salle 2.2 Antecedentes de la investigación Los procesos de tamizado de minerales han provocado inquietudes en el estudio del comportamiento de los mismos cuando se refiere a su forma de distribuirse en las diferentes bandejas o fracciones, así como el consumo de energía que implica el proceso, es por esto que muchos investigadores han intervenido en este campo dejando algún aporte. Arias (2010)
expresa: “los antecedentes reflejan los avances y el estado
actual del conjunto en un área determinada y sirven de modelo o ejemplo para futuras
investigaciones”. (Pág.106) El Bachiller Machado, Cesar en el año 2010, presentó su Trabajo de Grado titulado
“Estudio geológico y evaluación del yacimiento granítico ubicado en el Fundo Capuripia, Municipio Sucre, Estado Bolívar ” para optar al título de Geólogo en la Universidad de Oriente, donde llegó a las siguientes conclusiones:
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Es factible el desarrollo de una cantera en el yacimiento granítico, para la extracción de rocas graníticas, ubicado dentro del Fundo Capuripia, en el Municipio Sucre del estado Bolívar permitiendo un desarrollo sustentable para la zona.
Las operaciones de explotación se realizan en armonía con el medio ambiente y tomando en cuenta una extrema seguridad para todo el personal que realiza actividad laboral.
Se pudo determinar que el proyecto es técnica y económicamente viable, respetando estrictamente las normas ambientales vigentes para la explotación de una cantera.
La bachillera Baquero, Paula en el 2010, presentó su Trabajo de Grado titulado
“Estudio geológico-geotécnico de subsuelo de una zona ubicada entre las poblaciones de Tucupido, Municipio José Félix Rivas, y Tacalito, Municipio Pedro Zaraza. correspondiente a un sector del Eje Ferroviario de los Llanos, Edo. Guárico. Venezuela”, ante la Ilustre Universidad Central de Venezuela para optar al título de Ingeniero Geólogo, concluyendo:
Se pudo observar que el 57% de las muestras caracterizadas resultaron ser arcillas (CL), 27 % arcillas con contenido de arena, y el 87% de todas las muestras comprenden materiales finos (arcillas o limos), dejando sólo un 11 % de materiales arenosos con alto contenido de limos y arcillas, el porcentaje de material gravoso es escaso, alcanzando solo el 2%. Por la frecuencia de estos materiales finos se entiende que la mayor parte de la construcción de la vía férrea se establecerá sobre ellos.
El subsuelo de la zona de estudio comprende una litología monótona conformada por rocas sedimentarias que se intercalan entre arcilitas abigarradas y lutitas con presencia de areniscas friables de forma lenticular, cuyo tamaño
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de grano varía de fino a medio. La mayoría de estas areniscas poseen matriz limosa o arcillosa.
Las arcilitas pueden presentar una variación en su c oloración que va desde tonos ro jizos
a abigarrados con presencia de minerales de yeso (CaSO4 • 2H2O), y
algunos precipitados calcáreos. Las lutitas de color gris verdoso, en su mayoría calcáreas, con presencia de minerales de yeso y micas. La Bachiller Artigas, María en el año 2011, presentó su trabajo titulado “Diseño de patrones de perforación y voladura, para normalizar la fragmentación del material resultante de la Mina Choco 10 Empresa PMG S. A. El Callao, Estado Bolívar en la Universidad Central de Venezuela, para optar al título de Ingeniero de Minas; en la misma llegó a las siguientes conclusiones:
Los resultados de campo muestran que la fragmentación del mineral de las voladuras evaluadas se puede considerar como buena si se toma como referencia el paso del material por la tolva auxiliar, el 93% del material pasó a través de esta.
En algunas voladuras se pudo observar que la calidad de la fragmentación en el material considerado estéril disminuyo, no guardando relación con los resultados que se obtienen en el mineral.
Muchas veces ha ocurrido que las áreas de influencia de la voladura al no ser marcadas correctamente han permitido que los equipos de carguío trabajen en zonas no voladas generando material grueso y deformando el área para el siguiente proyecto de perforación notándose
la generación de “desnivel” en el
área no volada, lo que ocasiona se confunda la evaluación de los resultados. Los trabajos citados anteriormente, guardan relación con esta investigación, ya que tratan sobre diversos ensayos de tamizado realizados con diferentes minerales y los problemas que resolvieron, además de tratar sobre la caracterización de los materiales
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usados. En este sentido, pueden servir de apoyo a esta investigación ya que muestran los procedimientos y técnicas usados para llevar a cabo esta granulometría de las muesras.
2.3 Marco referencial El material que se obtiene de la explotación de una mina está generalmente compuesto de una mezcla de minerales de diferentes especies, algunos de los cuales constituyen el objeto de la explotación, del material pétreo y sin valor inmediato, constituido por los minerales estériles que se encuentran dentro del yacimiento mismo (cuarzo, calcita, arcilla, feldespato, dolomita, etc.), roca proveniente de las cajas o paredes que limitan el yacimiento y que por efecto de las descargas se desprenden y es imposible evitar que se junten al mineral. Al respecto Kracht (2006) señala: Los minerales extraídos en una operación minera están compuestos por dive rsas especies, algunas de ellas de valor comercial, usualme nte las menos abundantes, y otras de menor valor o sin valor relativo. La metalurgia extractiva corresponde al conjunto de procesos que se llevan a cabo para separar selectivamente las especies de interés de aquellas sin valor. Pág. 6 Esta mezcla de sustancias minerales valiosas y estériles, en diversas proporciones, tienen que ser tratadas en alguna forma para separar aquello que no sirve, de los minerales que son útiles; para ello se recurre a las operaciones de preparación (trituración, molienda, clasificación) y concentración de minerales, que permite obtener productos de alto contenido de elementos valiosos, que serán procesados en fundiciones y refinerías para obtener metales ò elementos de alta pureza. Muy raras veces son las minas que obtienen un producto de laboreo que puede ser vendido directamente sin ninguna preparación y concentración previa. Lo corriente es que el minero extraiga el mineral muy sucio, mezclado con sustancias sin valor y de baja ley. Este mineral para ser vendido tiene que ser preparado y concentrado hasta
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obtener una ley mínima dada, que exigen las fundiciones para que el negocio sea económicamente rentable. Para que funcione adecuadamente cualquiera de los métodos de separación y concentración, es importante que las partículas minerales tengan un grado de liberación apropiada, éste objetivo se obtiene en las etapas de trituración y molienda. Las operaciones y procesos de preparación y concentración de minerales pued en ser clasificados en: 1.- Preparación del mineral 2.- Concentración (separación sólido-sólido) 3.- Desaguado (separación sólido-líquido) 4.- Operaciones coadyuvantes de transporte y almacenamiento
Preparación del mineral Consiste en operaciones de reducción de tamaño y separación de partículas para liberar los minerales valiosos de los estériles y preparar en un rango de tamaños adecuados (malla 200). Se dividen en: 1. Trituración. 2. Tamizado (en rangos gruesos). 3. Molienda. 4. Clasificación (en rangos finos),
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Conminución Se denomina conminución en términos generales a la reducción de trozos grandes a fragmentos pequeños de rocas. La conminución usualmente se lleva a cabo en dos pasos relacionados pero separados, los cuales son: trituración o chancado y molienda.
Razones para reducir de tamaño un mineral
Lograr la liberación de especies minerales comerciables desde una matriz formada por minerales de interés económico y ganga.
Promover reacciones químicas rápidas a través de la exposición de una gran área superficial.
Para reducir un material con características de tamaño deseables para su posterior procesamiento, manejo y/o almacenamiento.
Mecanismos de conminución Generalmente existen tres mecanismos básicos de conminución para reducir el tamaño del mineral los cuales son:
Figura 1.- Mecanismos básicos de conminución. Fractura Es la fragmentación de un cuerpo sólido en varias partes, debido a un proceso de deformación no homogénea. Los métodos de aplicar fractura en un mineral son:
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a) Compresión La aplicación de esfuerzos de compresión es lenta. Normalmente se produce en máquinas de chancado en que hay una superficie fija y otra móvil. Da origen a partículas finas y gruesas. La cantidad de material fino se puede disminuir reduciendo el área de contacto utilizando superficies corrugadas. Generalmente usan este método las chancadoras de quijada y las giratorias.
Figura 2.- Esquema de la acción de esfuerzos de compresión. b) Impacto Es la aplicación de esfuerzos comprensivos a alta velocidad. De esta manera la partícula absorbe más energía que la necesaria para romperse. El producto, normalmente, es muy similar en forma y tamaño.
Figura 3.- Esquema de la acción de esfuerzos de impacto. 15
c)
Cizallamiento
El cizallamiento ocurre como un esfuerzo secundario al aplicar esfuerzos de compresión y de impacto. Produce gran cantidad de finos y, generalmente, no es deseable.
Figura 4.- Esquema de la acción de esfuerzos de cizalla. d) Astillamiento La ruptura de esquicios y cantos de una partícula, ocurrida por la aplicación de esfuerzos fuera del centro de la partícula, genera el mecanismo de astillamiento. e)
Abrasión
Cuando el esfuerzo de cizalle se concentra en l a superficie de la partícula se produce abrasión.
Trituración o chancado El triturado es una operación unitaria o grupo de operaciones unitarias en el procesamiento de minerales, cuya función es la reducción de grandes trozos de rocas a fragmentos pequeños. La trituradora es la primera etapa de la reducción de tamaños, generalmente trabaja en seco y se realiza en dos o tres etapas que son: triturado primario, secundario y ocasionalmente el terciario.
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El triturado, se lleva a cabo mediante máquinas que se mueven lentamente en una trayectoria fija y que ejercen presiones inmensas a bajas velocidades, la acción de chancado se aplica sobre la roca por una parte móvil que se acerca y se aleja de una parte fija, el mineral es cogido y presionado entre estas dos partes. Si las deformaciones producidas por las fuerzas aplicadas no exceden el límite elástico del material, entonces no habrá chancado. Por otro lado, si se excede el límite elástico en los puntos donde se aplica la fuerza, se producirán grietas y roturas; las cuales originan que la energía de deformación, fluya hacia la superficie y las grietas se propaguen causando fracturamiento. Una vez que las rocas grandes han sido rotas, los fragmentos caen hacia abajo dentro de la máquina, hasta que son nuevamente cogidas y presionadas por la quijada. Generalmente el equipo usado en la trituración, hace uso combinado de los métodos descritos, donde la naturaleza y dureza del material juega un rol importante. Además, ciertas rocas y minerales son más duras que otras y ofrecen por lo tanto una mayor resistencia a la fractura. La importancia del triturado para el procesamiento de minerales, radica en que mediante el, es posible liberar los minerales valiosos de los estériles y preparar las superficies y el tamaño de las partículas para procesos posteriores de concentración.
Método de determinación granulométrico El método de determinación granulométrico más sencillo es hacer pasar las partículas por una serie de mallas de distintos anchos de entramado (a modo de coladores) que actúen como filtros de los granos que se llama comúnmente columna de tamices. Pero para una medición más exacta se utiliza un granulómetro láser, cuyo rayo difracta en las partículas para poder determinar su tamaño. O también se pueden utilizar los rayos gamma obs.
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Ensayo de tamizado Para su realización se utiliza una serie de tamices con diferentes diámetros que son ensamblados en una columna. En la parte superior, donde se encuentra el tamiz de mayor diámetro, se agrega el material original (suelo o sedimento mezclado) y la columna de tamices se somete a vibración y movimientos rotatorios intensos en una máquina especial. Luego de algunos minutos, se retiran los tamices y se desensamblan, tomando por separado los pesos de material retenido en cada uno de ellos y que, en su suma, deben corresponder al peso total del material que inicialmente se colocó en la columna de tamices (Conservación de la Masa).
Curva granulométrica La curva granulométrica de un suelo es una representación gráfica de los resultados obtenidos en un laboratorio cuando se analiza la estructura del suelo desde el punto de vista del tamaño de las partículas que lo forman. Para este análisis se utilizan dos procedimientos en forma combinada, las partículas mayores se separan por medio de tamices con aberturas de malla estandarizadas, y luego se pesan las cantidades que han sido retenidas en cada tamiz. Las partículas menores se separan por el método hidrométrico. Se representa gráficamente en un papel denominado "log-normal" por tener en la horizontal una escala logarítmica, y en la vertical una escala natural. Tomando en cuenta el peso total y los pesos retenidos, se procede a realizar la curva granulométrica, con los valores de porcentaje retenido que cada diámetro ha obtenido. La curva granulométrica permite visualizar la tendencia homogénea o heterogénea que tienen los tamaños de grano (diámetros) de las partículas. En geología, este análisis granulométrico permite diferenciar diversas clases de materiales independientemente de su naturaleza química. La siguiente tabla muestra esta clasificación.
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Figura 5. Curva granulométrica de un suelo areno-limoso, representado en un papel "log-normal". (Distribución acumulada). Fuente: https://es.wikipedia.org /wiki/Clasificación_granulométrica
Tabla 1. Escala granulométrica. Partícula
Tamaño
Arcillas
< 0,002 mm
Limos
0,002-0,06 mm
Arenas
0,06-2 mm
Gravas
2-60 mm
Cantos rodados
60-250 mm
Bloques
>250 mm
Tamizado La primera fase del tamizado consiste en busca primero el tamaño más grande tmax y el más pequeño tmin, reportados en el análisis. Como estos valores no son necesariamente valores redondeados, se tiene interés en tomar dos límites con valores numéricos redondeados, escogidos de acuerdo al recorte ulterior del intervalo, y que
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incluyen todos los valores reportados. Por ejemplo, si tmax = 9,3 μm y tmin = 1,3 μm se puede tener interés en escoger como límites bien sea 1 - 10 μm, bien sea 0 - 10 μm. Luego se divide el intervalo entre los límites en un cierto número de intervalos de clasificación, en general un mínimo de 10 y un máx imo de 50. Este proceso se llama a menudo tamizaje ya que corresponde a una operación de clasificación de polvo que lleva el mismo nombre, en la cual se coloca una serie de tamices uno encima del otro. En el tamizaje, se recoge en cada tamiz los granos de tamaño superior al tamaño de la malla de este tamiz, pero de tamaño inferior al tamaño de la malla del tamiz inmediatamente superior. Un intervalo de clasificación de índice "i" se define por los dos límites: Tamaño mínimo tmin <--------------> Tamaño máximo tmax Este intervalo
cubre el rango Δti = ti
max
- ti
min
y posee un tamaño medio
representativo de todos los granos del intervalo. Este tamaño medio del intervalo se escoge según los casos como la media aritmética o la media geométrica de los límites del intervalo: media aritmética ti = (ti max + ti min)/ 2 media geométrica ti = √(ti max * ti min)
Distribución de tamaños El intervalo "i" contiene todos los granos cuyo tamaño "t" es tal que tmin < t ≤ tmax Para proceder a la clasificación, se realiza el conteo del número de granos en cada intervalo "i", obteniéndose entonces el número total de granos de la muestra como la
sumatoria Σni.
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La relación ni/Σni indica la fracción (en números) de los granos que poseen un tamaño correspondiente al intervalo "i". En los datos clasificados la lista de los tamaños de los granos que corresponden al intervalo "i" se reemplaza por dos datos: uno que define el intervalo "i" (ti max ó ti) y otro que dé cuenta del conteo de granos perteneciendo a este intervalo (ni ó ni/Σni). El conjunto de estos dos datos para todos los
intervalos "i” se llama distribución de
tamaños.
Distribución por masa Recordamos que en cada tamiz se recoge los granos del intervalo de tamaños limitado por los tamaños de malla del tamiz en cuestión y del tamiz inmediatamente superior. Consideremos los granos que están contenidos en el tamiz "i" y más bien que contar su número, lo que puede ser muy tedioso, se pesa la masa mi de granos del intervalo "i". Se repite tal operación para todos los intervalos obteniéndose las fracciones en masa mi/Σmi para cada intervalo.
Distribución por volumen La misma consideración se puede tener para el volúmen en cada intervalo "i", determinando el volumen vi de granos del intervalo "i". Se repite tal operación para todos los intervalos obteniéndose las fracciones en volumen vi/Σvi para cada intervalo. El conjunto de estas fracciones define la distribución en masa y la distribución en volumen, las cuales es obviamente son diferentes a la distribución en número.
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Tamizado industrial Llamado también cedazo o zaranda se define como la clasificación del material en grupos de tamaño; es decir separar los finos de los gruesos, esto se consigue mediante el zarandeo. El material que pasa a través de la abertura del cedazo, se le llama undersize; mientras que el material remanente sobre la malla se le denomina oversize.
La granulometría La granulometría es la distribución de los tamaños de las partículas de un agregado tal como se determina por análisis de tamices (norma ASTM C 136). El tamaño de partícula del agregado se determina por medio de tamices de malla de alambre de aberturas cuadradas. Los siete tamices estándar ASTM C 33 para agregado fino tienen aberturas que varían desde la malla Nº 100 (150 micras) hasta 9,52 mm.
Figura 6. Juego de distintos tamices. Fuente: https://matdeconstruccion. wordpress.com/2010/10/14/la-granulometria/ Los números de tamaño (tamaños de granulometría), para el agregado grueso se aplican a las cantidades de agregado (en peso), en porcentajes que pasan a través de un arreglo de mallas. Para la construcción de vías terrestres, la norma ASTM D 448 enlista
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los trece números de tamaño de la ASTM C 33, más otros seis números de tamaño para agregado grueso. La arena o agregado fino solamente tiene un rango de tamaños de partícula. La granulometría y el tamaño máximo de agregado afectan las proporciones relativas de los agregados, así como los requisitos de agua y cemento, la trabajabilidad, capacidad de bombeo, economía, porosidad, contracción y durabilidad del concreto.
Granulometría de los agregados finos Depende del tipo de trabajo, de la riqueza de la mezcla, y el tamaño máximo del agregado grueso. En mezclas más pobres, o cuando se emplean agregados gruesos de tamaño pequeño, la granulometría que más se aprox ime al porcentaje máximo que pasa por cada criba resulta lo más conveniente para lograr una buena trabajabilidad. En general, si la relación agua – cemento se mantiene constante y la relación de agregado fino a grueso se elige correctamente, se puede hacer uso de un amplio rango de granulometría sin tener un efecto apreciable en la resistencia. Entre más uniforme sea la granulometría, mayor será la economía. Estas especificaciones permiten que los porcentajes mínimos (en peso) del material que pasa las mallas de 0,30 mm (Nº 50) y de 15 mm (Nº 100) sean reducidos a 15% y 0%, respectivamente, siempre y cuando:
El agregado que se emplee en un concreto que contenga más de 296 Kg de cemento por metro cubico cuando el concreto no tenga inclusión de aire.
Que el módulo de finura no sea inferior a 2,3 ni superior a 3,1, el agregado fino se deberá rechazar a menos de que se hagan los ajustes adecuados en las proporciones el agregado fino y grueso.
Las cantidades de agregado fino que pasan las mallas de 0,30 mm (Nº 50) y de 1,15 mm (Nº 100), afectan la trabajabilidad, la textura superficial, y el sangrado del concreto. El módulo de finura (FM) del agregado grueso o del agregado fino se obtiene, conforme a la norma ASTM C 125, sumando los porcentajes acumulados en peso de
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los agregados retenidos en una serie especificada de mallas y dividiendo la suma entre 100. El módulo de finura es un índice de la finura del agregado entre mayor sea el modo de finura, más grueso será el agregado. El módulo de finura del agregado fino es útil para estimar las proporciones de los de los agregados finos y gruesos en las mezclas de concreto.
Tamices Nuestra herramienta principal de trabajo para este proceso es la malla o tamiz. Existen dos escuelas, claramente diferenciables, en cuanto a la forma en sí del tamiz: la escuela alemana y la escuela norteamericana. La escuela alemana utiliza una plancha metálica agujereada, mientras que la escuela norteamericana forma la malla con hilos metálicos dispuestos en forma de cuadrícula. No puede afirmarse en ningún momento que una escuela sea superior a la otra en este aspecto; cada una tiene sus ventajas, como también sus desventajas. Las mallas alemanas tienen la bondad de presentar orificios circulares que se asemejan más a la forma de las partículas que el cuadro de las mallas norteamericanas. Ahora bien, las planchas agujereadas presentan zonas ciegas, donde puede quedar retenido material que de otra manera hubiera pasado, quedando este efecto reducido a un mínimo en las mallas norteamericanas. Ya se utilice una o la otra, siempre debe tenerse la precaución de no mezclar ambas normas, advertencia que puede ser aplicada a todas las ramas restantes de la ingeniería civil. Dentro de la escuela norteamericana, podemos distinguir dos tipos de tamices: La serie Tyler: en este juego de tamice, cada malla tiene una separación veces mayor que la del cedazo próximo menor y su designación numérica corresponde al número de aberturas por pulgada lineal. La serie U.S. Standard: a diferencia de la serie anterior, los números que designan a cada tamiz son inversamente proporcionales al tamaño de las aberturas.
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Por ejemplo: un tamiz Nº 200 tiene aberturas igual a la mitad de las correspondientes a la malla Nº100. Cuando las mallas son muy gruesas, se usa para su identificación la separación entre hilos.
Como se nombra el tamaño de luz de malla Se entiende por luz de malla la distancia del lado de cada cuadrado libre que forma el tejido de una malla cuadrada, o el diámetro de los orificios de una plancha cribada con agujeros circulares. Aquí nos referiremos solamente a las mallas hechas con alambres que forman agujeros cuadrados, es decir lo que comúnmente se llama “malla
cuadrada”. Se necesitan dos parámetros para definir una malla; uno es la luz de malla y la otra la superficie abierta, que se mide como la proporción de la superficie total de la malla que queda libre, o sea que no forma parte de la estructura de hilos o alam bres, Figura Nº 5, en la que se marca con anaranjado la luz de malla. De esa forma lo que se define como “número de malla”, que en estos tamices normalizados se denomina
“número de mesh” utilizando la palabra mesh que dignifica malla en inglés, es la cantidad de hilos por pulgada lineal que tiene la malla, pero manteniendo constante la superficie abierta, que en ASTM es del 60%. Es decir que cuanto más grande es el mesh más finos deberán ser los hilos. Una descripción típica de un tamiz puede ser la siguiente: Nº Normalizado
40 (425 μm)
425 μm. Variación permitida de abertura promedio ±19 μm. Tolerancia
permitida no más del 5% de la abertura
nominal: 471 μm. Diámetro nominal de
alambre: 0,28 mm.
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Figura 7. Malla de abertura cuadrada. Elección de un tamiz Para poder elegir el tamiz necesario y para optar por alguna opción en caso de no poder conseguir o no existir en el mercado el que se necesita, se da a continuación una tabla que correlaciona los números de mesh y la apertura de malla en tres sistemas distintos de normas utilizados internacionalmente. La norma ASTM correspondiente a los tamices es la E-11, y la ISO es la 3310-1 ASTM son las siglas de American Society of Testing Methods, (lo de
‘American’ es
en realidad una usurpación que hacen los estadounidenses del gentilicio de todo un continente).
Cabe aclarar que en inglés se usa el término test’ para el conjunto de conceptos que nosotros llamamos ‘análisis’, ‘determinación’ y ‘ensayo’. Análisis es la separación de una muestra en todos sus componentes, determinación se refiere a uno solo de ellos, y ensayo es una prueba que se le hace a un material para medir sus propiedades. Por ejemplo, se puede hacer la determinación de fósforo que contiene un fertilizante, el análisis de todos los componentes; fósforo, nitrógeno, insolubles, etc., y ensayar su disolución en un sustrato a lo largo del tiempo.
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Tabla 2. Comparación entre abertura de malla (cuadrada) y el número mesh de los sistemas ASTM, Tyler y British Standard.
2.4 Marco conceptual Aceros al carbono: Las aleaciones de hierro y carbono que tienen desde una pequeña cantidad (aproximadamente un 0,003%) a un 1,2% de carbono y de un 0,25% a un 1%
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de manganeso; así como menores cantidades de otros elementos reciben la denominación de aceros ordinarios al carbono. (Smith. 1999. Pág. 414).
Beneficio: Conjunto de procesos físicos, químicos y/o fisicoquímicos que se realizan para extraer o concentrar las partes valiosas de un agregado de minerales, y/o para purificar, fundir o refinar metales; comprende preparación mecánica, metalúrgica y refinación. (Smith. 1999. Pág. 237).
Carga de bolas: Es la relación entre el volumen de apilamiento y el volumen de trabajo, estando entre el 25% y 45%. Por debajo del 25% de llenado, las bolas se deslizan sobre el blindaje del molino y por encima del 45%, se originan dificultades en las trayectorias de caída de los cuerpos moledores. (Duda. 2003. Pág. 73).
Criba: Instrumento de diferentes tamaños manual o aparato mecánico utilizado para clasificar partículas. (Pemex. 2007. Pág. 7).
Ganga: Acá se consideraría al mineral que se encuentra junto a la mena y disminuye la concentración del mineral valioso, esta vendría a ser la parte que se trata de descartar en
la
etapa
de
concentración
y
que
no
tiene
valor
comercial.
(Intranetferromineraorinoco).
Mena: Independientemente de las clasificaciones para los minerales, se considera mena aquellos que tengan un valor comercial determinado, o que el valor metálico o sus compuestos puedan ser posibles de recuperar por un proceso de beneficio económico. (Dolores. 2002. Pág. 68)
Metal: Sustancia química elemental opaca y lustrosa que es un buen conductor del calor y de la electricidad y, cuando se ha pulido, es un buen reflector de la luz. (Apraiz. 1999. Pág. 677).
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Mineral: Elemento o combinación química formado mediante un proceso inorgánico natural, con una composición química definida con un arreglo de átomos ordenado o estructura cristalina. Mientras que las rocas son mezclas de minerales que pueden tener una composición muy variada. (es.wikipedia.org/wiki/mineral).
Minería: Actividad desarrollada por el hombre para la extracción de productos minerales que encuentran en la corteza terrestre y que tienen algún valor económico. (www.uac.edu.co/images/stories/...10-no.../12_articulo_vol_10_1.pdf ).
Molienda: Etapa de reducción de tamaño posterior al chancado que utiliza los equipos denominados molinos (estructuras giratorias continuas). (EMP. 2004. Pág. 172)
Molino de bolas: Cilíndrico de acero, conteniendo bolas de acero a donde el mineral al triturarse se alimenta. Cuando el molino de bolas rota, las bolas de acero funcionan en cascada, triturando el mineral. (EMP. 2004. Pág. 176).
Tamiz: Un tamiz es una malla metálica constituida por barras tejidas y que dejan un espacio entre sí por donde se hace pasar el alimento previamente triturado. Las aberturas que deja el tejido y, que en conjunto constituyen la superficie de tamizado, pueden ser de forma distinta, según la clase de tejido. (Napier. 1999. Pág. 98)
Tamizado: se entiende el proceso de separación de sólidos en dos o más productos en base a su tamaño. Esto se puede realizar en húmedo y en seco. (Metso. 2004. Pág. 4.1)
Velocidad crítica: en la cual la fuerza centrífuga anula la influencia que la gravedad opera sobre las bolas, en esta situación los cuerpos moledores no caen y, por lo tanto, no prestan ningún servicio de molienda. (Duda. 2003. Pág. 71).
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CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
El marco metodológico tiene por objetivo describir las estrategias técnicas, pasos y procedimientos usados para el desarrollo de esta investigación, señalando el tipo y diseño, así como también los instrumentos necesarios para recabar información referente a la investigación y, por medio de estas, llegar a presentar una posible solución que puede ser satisfactoria para el problema planteado en la tesis. Al respecto
Sabino (2010), señala: “que el marco metodológico es un proceso sistemático que conlleva a lograr un tipo de conocimiento, mediante la aplicación de un método
especifico, derivado de los objetos de estudio”. (pág., 26) 3.1 Tipo de investigación Descriptiva Se utilizó porque a través de esta se permitió dar a conocer el procedimiento para realizar la granulometría a las rocas del Manganeso, señalando en forma explícita, cómo funciona la tamizadora y como se obtiene información inmediata del ensayo. Con relación a esta Biggot (2010) expresa que: La investigación descriptiva es aquella que ”
tiene como objetivo situaciones predominantes, mediante la descripción exacta de las actividades, procesos objetivos y personas. Interpretar la realidad de los hechos, es decir, condiciones o conexiones, existente, prácticas que prevalecen, opiniones, puntos de vista que sostienen efectos o tendencias a desarrollar ” (Pág. 60).
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Aplicada Lo investigado estuvo orientado a buscar soluciones directas y especificas del problema planteado en cuanto a la determinación granulométrica de las rocas provenientes del Manganeso con la finalidad de usar la información obtenida. Al respecto Rojas de Narváez (2010) expresa que: “la investigación aplicada busca diseñar estrategias,
instrumentos,
herramientas
totalmente
prácticas
y
directamente
relacionados con una situación real en el ambiente de trabajo”. (pág. 30). 3.2 Diseño de la investigación De campo Según su estrategia empleada para la recopilación de información será de campo, porque fue necesario dirigirse hasta el sector El Manganeso, del estado Bolívar, para poder recolectar las muestras a ser analizadas para llegar a solucionar el problema. La investigación de campo son los diseños que se refieren a los métodos a emplear cuando los datos de interés se recogen en forma directa de la realidad o d el lugar donde ocurren los hechos, mediante el trabajo concreto del investigador u su equipo. Al respecto Majo (2013), expresa que: “se realiza observando el comportamiento, creencia
y actitudes de
individuos o grupos. Tal como se presenta en la vida real. (pág. 22).
3.3 Técnicas e instrumentos de recolección de datos Observación directa Por medio de este recurso se pudo visualizar detalladamente los procesos que permitieron desarrollar el estudio granulométrico del material, asi como comprobar sus características y aspecto físico, con el propósito de recopilar la información precisa para el desenvolvimiento de la investigación, consiguiendo cumplir con los objetivos requeridos (ver anexo A). En relación a esto Tamayo y Tamayo (2010) indica lo
siguiente: “la observación directa es un proceso intelectual eh intencional que el
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investigador realiza sobre hechos, acontecimientos, datos y relaciones que señalan la existencia del fenómeno que pueden explicarse en el marco de la ciencia que la realiza” (pág. 25).
Entrevista estructurada Se utilizó para recabar información a través de la realización de 9 preguntas cerradas a 15 estudiantes de Fundación La Salle (ver anexo B). Al respecto Salkind (2012)
expresa lo siguiente: “la entrevista estructurada es una técnica que permite al investigador relacionar la información que poseen personas vinculadas a la
problemática, sobre las preguntas más relevantes con respecto al tema”. (pág. 32). Revisión bibliográfica Porque fue necesario recabar información por medio de diversas fuentes como las enciclopedias, libros de textos, estadísticas, con la finalidad de suministrar la evaluación de las diferentes problemáticas con respecto al ensayo de tamizado. Al respecto Balestrini
(2010), comenta que: “es un tipo de investigación cuya estrategia
está basada en el análisis de los datos obtenidos de las diferentes fuentes de
información”. (pág. 34). 3.4 Sistema de variables En toda investigación es importante plantear variables, ya que éstas permiten relacionar algunos conceptos y hacen referencia a las características que el investigador va a estudiar. Desde esta premisa, Ramírez (2011)
plantea que una variable es: “la
representación característica que puede variar entre individuos y presentan diferentes
valores” (pág. 25). Entonces, una variable es una cualidad susceptible de sufrir cambios (característica que varía).
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Variable independiente Es aquella propiedad de un fenómeno al que le evaluara su capacidad para influir, incidir o afectar otra variable. No obstante, existen variables independientes en algunos estudios, que en ciertas medidas dependen de algo. Arias (2010) indica lo siguiente:
“es la variable que antecede a una variable dependiente, la que se presenta como causa y condición de la variable dependiente, es decir, son las condiciones manipuladas por el investigador a fin de producir ciertos efectos”. (pág. 36). En el caso de esta investigación la variable independiente será la clasificación granulométrica.
Variable dependiente: Es otro objeto o evento de estudio sobre el cual se centra la investigación en general, es decir es las consecuencias de fenómeno. Es decir, el objeto de investigación que se trata de explicar en función de otro elemento. Kerlinger (2010) explica lo siguiente: “es la variable que se presenta como consecuencia de la variable
antecedente.” (pág. 57). En esta investigación la variable dependiente serán las rocas ubicadas en el Sector El Manganeso del estado Bolívar.
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CAPÍTULO IV
RESULTADOS
4.1 Estado actual de la tamizadora ubicada en el Laboratorio de Arenas del Iutemar Actualmente la tamizadora ubicada en el Laboratorio de Arenas del Iutemar esta operativa, ya que fue intervenida y reparada hace poco tiempo, y a la cual le sustituyeron el motor, que se encontraba dañado y se lijo y pinto toda su estructura, figura 8. Desde que fue entregada no ha sido utilizada, aunque dependiendo del volumen de muestra a tomar para la determinacion de tamaño por tamizado, se puede decidir sobre cual de las tamlzadoras del laboratorio puede utilizarse. Esta tamizadora es util para un gran volumen de material, ya que la amplitud de la malla permite que se coloque una gran cantidad de muestra, pero tiene la limitante de que solo posee la malla metálica instalada que no permite que pueda ser sustituida por otra de abertura diferente. En el mismo laboratorio se encuentra una tamizad ora Ro-tap, a la cual se le instalan, de manera simultanea, una bateria de varios tamices, figura 9. A diferencia de la anterios, permite separar todo el material, ya que pueden colocarse las mallas, de diferentes aberturas, una sobre la otra. Por otro lado, en este laboratorio hay una gran cantidad de tamices, de la serie Taylor, certificados y con bastidor de acero inoxidable o cobre, cuya aberturas estan exprsadas en mm, que permiten seleccionar entre que valores de aberturas se va a trabajar, figura 10.
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Figura 9. Tamizadora Ro-tap
Figura 10. Tamices de la serie Taylor
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A partir de la entrevista realizada se tiene que, los 15 alumnos, que representan el 100%, creen que las tamizadoras del laboatorio de arenas estan fuera de servicio, ya que nunca las han visto trabajar ni por tesistas, alumnos o profesores; de aquí se infiere que debe darse la informacion acerca d los equipos en uso y los que estan fuera de servicio en esa area. De igual manera, los 15 alumnos, que equivalen al 100%, piensan que no existen manuales o practicas operativa de estos equipos, pues no estan a la vista; de alli se desprende que estos manuales deben estar a la vista o colocados en un sitio de consulta comun. Por ultimo, 10 alumnos, que representan el 67%, indican no saber como calcular la distribucion granulometrica de los minerales, pero el 33% restante, 5 alumnos, si lo saben realizar; esto muestra que hay poca voluntad para recordar lo aprendido en clase.
4.2 Propiedades físicas del mineral a utilizar
4.3 Método para la optimizacion de las variables, tiempo y carga de mineral, de la tamizadora
4.4 Resultados obtenidos luego de los ensayos granulométricos realizados de las rocas provenientes del Sector El Manganeso
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