INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL “AZCAPOTZALCO”
DISEÑO PRÁCTICO DE UN MOLINO DE BOLAS
T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO MECÁNICO
PRESENTA: Alcántara Valladares Juan Ramón
MÉXICO, D.F.
2008
Agradecimientos. Esta tesis esta dedicada a mis padres, a quienes agradezco de todo corazón por su amor, cariño y comprensión. En todo momento los llevo conmigo.
Agradezco a mis hermanos por la compañía y el apoyo que me brindan. Se que cuento con ellos siempre.
Agradezco a dios por llenar mi vida de dicha y bendiciones.
Agradezco haber encontrado el amor y compartir mi existencia con ella, Sandra.
Agradezco a los amigos por su confianza y lealtad.
Agradezco a mi país por que espera lo mejor de mí.
Agradezco a mis profesores por su disposición y ayuda brindada.
Índice Temas
Páginas
Justificación. Introducción. I.1 Fundamento teórico I.1.1 Molinos I.1.2 Movimiento de la carga en molinos I.1.3 Partes principales de un molino I.1.4 Factores que afectan la eficiencia de molienda I.1.5 Volumen de llenado del molino I.1.6 Circuitos de molienda y clasificación I.1.7 Circuito cerrado de molienda y clasificación I.2 Molino de bolas I.2.1 Operación. I.2.2 Eficiencias del molino I.2.3 Parámetros del molino I.2.4 Selección del molino I.2.5 Capacidad y consumo de energía I.2.6 Motor y transmisión I.3 Funcionamiento de equipos patentados I.3.1 Molino de bolas Allis-Chalmers. I.3.2 Tipo rebosamiento I.3.3 Molinos de varios compartimientos. I.3.4 Molinos de tubo y Kennedy Van Saun I.3.5 Molino de bolas Marcy. I.3.6 Molino Koppers Co. Inc. I.3.7 Molino Hardinge. I.3.8 Molinos autógenos de volteo. I.3.9 Molino Aerofall. I.3.10 Molino Rockcyl. I.3.11 Molino Rockpeb. I.3.12 Molinos no rotatorios de bolas o cuentas perforadas. I.3.13 Molino Sweco de dispersión. I.3.14 Molino Attritor. I.3.15 Molino Koppers. I.3.16 Molino Bureau. I.3.17 Molino Vibratorio. I.3.18 Molino Vibracron. I.3.18.1 Funcionamiento. I.4 Métodos de molienda. I.4.1 Molienda planetaria de bolas. I.4.2 Clasificadores en seco. I.4.3 Las aletas rotatorias. I.5 Clasificadores. I.5.1 Funcionamiento. I.5.2 Clasificadores en húmedo.
1 1-2 2-3 3 3-4 4-5 5-6 6-9 9-12 12-13 13-14 14 14-15 15 15 15 16 16 16-17 17 17-18 18 18 19 19 19 19-20 20 20-21 21 21 21-22 22-23 23-24 24 24-25 25-26 26 27 27-28 28-30
Temas
Páginas
I.6
Molinos de martillos.
30
I.6.1 I.6.2 I.6.3 I.7 I.7.1 I.7.2 I.7.3 I.7.4 I.7.5 I.7.6 I.7.8 I.7.9 I.7.10 I.7.11 I.7.12 I.7.13 I.8 I.8.1 I.8.2 I.8.3 I.8.4 I.8.5 I.9 I.10 I.10.1 I.10.2
Molinos de martillos sin clasificadores de aire internos. Molinos Fitz. Molinos de martillos con clasificadores de aire internos Pilverizadores. Mikro-Pulverizers. Pulverizador de doble criba Blue Streak. Pulverizador Atrita. Pulverizador Aero. Pulverizador Automatic. Clasificador-pulverizador Hurricane Bauer. Mikro-Atomizer. Pulverizador Mikro-ACM. Pulvocron (Strong Scott Mfg. Co.). El pulverizador B & W Tipo E. Pulverizador Bradley. Pulverizador MBF. Desintegradores Desintegrador Desintegradores Rietz. Desintegradores en ángulo. Datos técnicos de desintegradores en Rietz. Molinos Turbo-Pulverizers y Turbo. Molinos de clavijas. Molinos de impacto. Molinos Kollopex. Molinos de impacto Entoleter.
31 32 32-33 33 33 34 34 34 34-36 36 36-37 38-39 39-40 40-41 41 41 42 42 42 42 43 43 43 43 43-44 44
I.11
Molinos de anillo y rodillo.
44-45
I.11.1 I.11.2 I.11.3 I.11.4 I.11.5 I.11.6 I.12
Molinos de anillo y rodillo sin clasificación interna. Molinos de anillo y rodillo con clasificación interna por tamices. Molinos de anillo y rodillo con clasificación interna por aire. Molino de anillo y rodillo Raymond. Molino Raymond de anillo y rodillo con clasificación interna por aire. Molino de anillo y rodillo Williams. Molinos de taza.
45 45-46 46 46 46-47 47 47
I.13
Molinos de frotamiento por discos.
47-48
I.13.1 I.13.2 I.13.3 I.13.4 I.13.5
Molino de fricción. Molino de dos discos. Trituradora Frigidisc. Molinos de piedra o muelas de asperón. Molinos de piedra o de muelas para "molienda de pintura".
48 48-49 50 50 50
I.14
Molinos de dispersiones y coloides.
I.14.1 I.14.2 I.14.3 I.14.4 I.14.6 I.14.7
Molinos de coloides para dispersión y emulsificación. Molino Morehouse. Molino Premier. Molino Charlotte. Molino Gaulin. Molino Manton-Gaulin.
51 51 52 52 52-53 53 53
Temas
Páginas
I.15
Molinos hidráulicos o de chorro.
I.15.1 I.15.2 I.15.3 I.15.4 I.15.5
Molino Micronizer. Pulverizador de chorro. Molino Jet-O-Mizer. Molino de aire Trost de la Colt Industries. Pulverizador de chorro Majac.
54-55 56 56 56 57
II.1 II.1.1 II.1.3 II.1.4 II.1.5 II.1.6 II.1.7 II.1.8 II.1.9
Diseño del molino de bolas. Cálculo de capacidad. Selección del reductor de velocidad. Expresión de Dawn para dimensionamiento del molino. Cálculo de velocidad del molino. Volumen de carga y peso de la bola. Velocidad crítica de rotación. Cantidad y tipo de cuerpos moledores distribuidos en la cámara de molienda. Consideraciones de llenado.
58 58-59 59 59 59-60 60-62 62 63 63-64
III.1 Diseño de la transmisión del molino de bolas. III.1.1 Cálculo de engranes rectos. III.1.2 Cálculo de la geometría de los engranes. III.2 Cálculo de la flecha. III.2.1 Calculando por criterio de ASME. IV.2.2 Análisis por Soderberg. III.2.3 Deformación angular IV.2.4 Deformación lateral. III.3 Selección de los cojinetes de bolas para la flecha diseñada. III.4 Selección de acoplamientos. III.4.1 Determinación del par nominal y los factores de servicio F1, F2 y F3 entre el motor y reductor. III.4.2 Determinación del par nominal y los factores de servicio F1, F2 y F3 entre el reductor y el eje motriz.
65 65-68 68-71 71-72 73 73 74 74 75 76 76-77
IV.1 Mantenimiento. IV.1.1 Concepto de Mantenimiento. IV.2 Clasificación del Mantenimiento.
54
77-78
79 79 80
IV.2.1 Mantenimiento Correctivo. IV.2.2 Mantenimiento Correctivo o a la Rotura. IV.2.3 Mantenimiento Proactivo. IV.2.3.1Mantenimiento Preventivo IV.2.3.2Mantenimiento predictivo
80 80 80 80-81 81
IV.3 IV.3.1 IV.3.2 IV.3.3
81-82 82 82 82
El mantenimiento propuesto es preventivo. Tipos de estándares. Estándares de mantenimiento. Procedimientos del trabajo de mantenimiento.
IV.3.3.1 Estándares del trabajo de mantenimiento. IV.3.3.2 Planes de mantenimiento. IV.3.4 Plan de mantenimiento anual.
82 82-83 83
Temas
IV.3.5 Planes de mantenimiento mensual. IV.3.6 Planes para proyectos mayores de mantenimiento. IV.4 Administración de proyectos. IV.4.1 Conservación y uso de los registros de mantenimiento. IV.4.2 Precauciones. IV.4.3 Control de partes de repuesto. IV.4.3.1 El método de cantidad fija es el más común para partes de repuesto. IV.4.3.2 Los métodos para estimar el presupuesto de mantenimiento más común. IV.5 Actividades de reducción de costos de la compañía. IV.6 Control de lubricación. IV.6.1 Métodos de pérdida total. IV.6.2 Métodos auto contenidos. IV.7 Mantenimiento predicativo y técnicas de diagnóstico. IV.7.1 Técnicas de diagnóstico. IV.7.2 El mantenimiento predictivo y sus fines. IV.7.3 Técnicas aplicadas para el diagnóstico de la máquina. IV.8 Planeación del mantenimiento anual para el molino de bolas. Glosario. Conclusiones. Anexos. Bibliografía.
Páginas
83-84 84 84-85 85-86 86 86 87-88 88-89 89-90 90 90 91 91 91-92 92 92 93
Justificación. El objetivo principal de este trabajo, es la descripción teórica de los principales equipos de molienda existentes en la industria, así como sus partes y funcionamiento, además de enfocarnos en el diseño de la transmisión del molino de bolas para la obtención de grava, con el fin de eficientar el equipo realizando un diseño adecuado de los elementos que componen el mismo. Además de mencionar el mantenimiento que se debe de realizar para preservar en óptimas condiciones el molino, evitando perdidas en la producción. De esta manera, se espera que este trabajo sirva como un manual de consulta, para aplicar los conocimientos básicos que aquí se dan en forma clara, ordenada y concisa para la ayuda de futuras generaciones.
Introducción. Molienda. La molienda es una operación unitaria, que reduce el volumen promedio de las partículas de una muestra sólida. La reducción se lleva a cabo dividiendo o fraccionando la muestra por medios mecánicos hasta el tamaño deseado. Los métodos de reducción más empleados en las máquinas de molienda son compresión, impacto, frotamiento de cizalla y cortado. Las principales clases de máquinas para molienda son: A) Trituradores (Gruesos y Finos). 1. Triturador de Quijadas. 2. Triturador Giratorio. 3. Triturador de Rodillos. B) Molinos (Intermedios y Finos). 1. Molino de Martillos. 2. Molino de Rodillos de Compresión. a) Molino de Tazón. b) Molino de Rodillos. 3. Molinos de Fricción. 4. Molinos Revolvedores. a) Molinos de Barras. b) Molinos de Bolas. c) Molinos de Tubo. C) Molinos Ultra finos. 1. Molinos de Martillos con Clasificación Interna. 2. Molinos de Flujo Energético. 3. Molinos Agitadores. D) Molinos Cortadores y Cortadores de Cuchillas. La operación de molienda se realiza en varias etapas: La primera etapa consiste en fraccionar sólidos de gran tamaño. Para ello se utilizan los trituradores o molinos primarios. Los más utilizados son: el de martillos, muy común en la industria cementera, y el de mandíbulas. Los trituradores de quijadas o molinos de mandíbulas, se dividen en tres grupos principales: Blake, Dodge y excéntricos. La alimentación se recibe entre las mandíbulas que forman una "V". Una de las mandíbulas es fija, y la otra tiene un movimiento alternativo en un plano horizontal. Está seccionado por una excéntrica, de modo que aplica un gran esfuerzo de compresión sobre los trozos atrapados en las mandíbulas.
La posición inclinada de la quijada móvil determina una obstrucción al material por triturarse cuanto más abajo se encuentre éste, de tal forma que el material se va acercando a la boca donde es triturado. La abertura de la boca puede ser regulada y con esto poder tener variaciones en la granulometría obtenida de este triturador. La segunda etapa sirve para reducir el tamaño con más control, manejándose tamaños intermedios y finos. Para esta etapa el molino más empleado en la industria es el molino de bolas. El molino de bolas o de guijarros lleva a cabo la mayor parte de la reducción por impacto. Cuando éste gira sobre su propio eje, provoca que las bolas caigan en cascada desde la altura máxima del molino. Esta acción causa un golpeteo sobre el material a moler; además de un buen mezclado del material. De esta manera la molienda es uniforme. El molino de bolas a escala industrial trabaja con flujo continuo teniendo dos cámaras en su interior; la primera contiene bolas grandes de dos a tres pulgadas de diámetro, mientras la segunda tendrá bolas de 1 a 1 1/2 pulgadas. Estos molinos generalmente trabajan en circuito cerrado. Tamizado. La separación de materiales sólidos por su tamaño es importante para la producción de diferentes productos por ejemplo. Arenas sílicas. Además de lo anterior, se utiliza para el análisis granulométrico de los productos de los molinos para observar la eficiencia de éstos y para control de molienda de diversos productos o materias primas, entre otras como: cemento, caliza, arcilla. El tamiz consiste de una superficie con perforaciones uniformes por donde pasará parte del material y el resto será retenido por él. Para llevar a cabo el tamizado es requisito que exista vibración para permitir que el material más fino traspase el tamiz. De un tamiz o malla se obtienen dos fracciones, los gruesos y los finos: la nomenclatura es la siguiente, para la malla 100, + 100 indica los gruesos y -100 indica los finos. Si de un producto se requieren N fracciones ó clasificaciones, se requerirán N1 tamices. Los tipos de tamices que vibran rápidamente con pequeñas amplitudes se les llaman "Tamices Vibratorios". Las vibraciones pueden ser generadas mecánica o eléctricamente. Las vibraciones mecánicas usualmente son transmitidas por excéntricos de alta velocidad hacia la cubierta de la unidad, y de ahí hacia los tamices. El rango de vibraciones es aproximadamente 1800 a 3600 vibraciones por minuto. El tamaño de partícula es especificado por la medida reportada en malla por la que pasa o bien por la que queda retenida, así se puede tener el perfil de distribución de los gránulos en el tamizador de manera gráfica. La forma gráfica es generalmente la más usada y existen muchos métodos en los que se realiza una presentación semilogarítmica, la cual es particularmente informativa.
CAPITULO I Fundamento teórico
I.1
Fundamento teórico.
I.1.1
Molinos.
La molienda es la última etapa del proceso de conminución, en esta etapa las partículas se reducen de tamaño por una combinación de impacto y abrasión, ya sea en seco o como una suspensión en agua, también llamado pulpa. La molienda se realiza en molinos de forma cilíndrica que giran alrededor de su eje horizontal y que contienen una carga de cuerpos sueltos de molienda conocidos como “medios de molienda”, los cuales están libres para moverse a medida que el molino gira produciendo la conminución de las partículas de mena. En el proceso de molienda partículas de 5 a 250 mm son reducidas en tamaño a 10 - 300 micrones, aproximadamente, dependiendo del tipo de operación que se realice. El propósito de la operación de molienda es ejercer un control estrecho en el tamaño del producto y, por esta razón frecuentemente se dice que una molienda correcta es la clave de una buena recuperación de la especie útil. Por supuesto, una sub-molienda de la mena resultará en un producto que es demasiado grueso, con un grado de liberación demasiado bajo para separación económica obteniéndose una recuperación y una razón de enriquecimiento bajo en la etapa de concentración. Sobre-molienda innecesaria reduce el tamaño de partícula del constituyente mayoritario, generalmente la ganga y puede reducir el tamaño de partícula del componente minoritario, generalmente el mineral valioso, bajo el tamaño requerido para la separación más eficiente. Además se pierde mucha energía, que es cara, en el proceso. Es importante destacar que la molienda es la operación más intensiva en energía del procesamiento del mineral. I.1.2
Movimiento de la carga en molinos.
Una característica distintiva de los molinos rotatorios es el uso de cuerpos de molienda que son grandes y pesados con relación a las partículas de mena pero pequeñas con relación al volumen del molino, y que ocupan menos de la mitad del volumen del molino. Cuando el molino gira, los medios de molienda son elevados en el lado ascendente del molino hasta que se logra una situación de equilibrio dinámico donde los cuerpos de molienda caen en cascada y en catarata sobre la superficie libre de los otros cuerpos, alrededor de una zona muerta donde ocurre poco movimiento hasta el “pie” de la carga del molino, como se ilustra en la figura No. 2. Se pueden distinguir tres tipos de movimiento de los medios de molienda en un molino rotatorio: a) rotación alrededor de su propio eje, b) caída en cascada, donde los medios bajan rodando por la superficie de los otros cuerpos y c) caída en catarata que corresponde a la caída libre de los medios de molienda sobre el “pie” de la carga. La magnitud del elevamiento que sufren los medios de molienda depende de la velocidad de rotación del molino y del tipo de revestimiento del molino. A velocidades relativamente bajas o con revestimientos lisos, los medios de molienda tienden a rodar hacia el pie del molino y la conminución que ocurre es principalmente abrasiva.
1
Esta caída en cascada produce molienda más fina, con gran producción de polvo y aumento del desgaste del revestimiento. A velocidades mayores los cuerpos de molienda son proyectados sobre la carga para describir una serie de parábolas antes de aterrizar en el “pie” de la carga. Esta caída en catarata produce conminución por impacto y un producto más grueso con menos desgaste del revestimiento. La velocidad crítica del molino, es la velocidad mínima a la cual la capa exterior de medios de molienda se adhiere a la superficie interior del cilindro debido a la fuerza centrífuga. A esta velocidad, la fuerza centrífuga es justo balanceada por el peso de los medios de molienda. Normalmente el rango de trabajo es entre 70 a 80% de la velocidad crítica. Estructuralmente, cada tipo de molino consiste de un casco cilíndrico, con revestimientos renovables y una carga de medios de molienda. El tambor es soportado en muñones huecos fijos a las paredes laterales de modo que puede girar en torno a su eje. El diámetro del molino, determina la presión que puede ejercer el medio en las partículas de mena y, en general, mientras mayor es el tamaño de la alimentación mayor necesita ser el diámetro. La longitud del molino, junto con el diámetro, determina el volumen y por consiguiente la capacidad del molino. La mena normalmente se alimenta continuamente al molino a través del muñón de un extremo, y el producto molido sale por el otro muñón. I.1.3
Partes principales de un molino.
Casco: El casco del molino está diseñado para soportar impactos y carga pesada, y está construido de placas de acero forjadas y soldadas. Tiene perforaciones para sacar los pernos que sostienen el revestimiento o forros. Para conectar las cabezas de los muñones tiene grandes bridas de acero generalmente soldados a los extremos de las placas del casco, los cuales tienen perforaciones para apernarse a la cabeza. Extremos: Los extremos del molino, o cabezas de los muñones pueden ser de fierro fundido gris o nodular para diámetros menores de 1 m. Cabezas más grandes se construyen de acero fundido, el cual es relativamente liviano y puede soldarse. Las cabezas son nervadas para reforzarlas. Revestimientos: Las caras de trabajo internas del molino consisten de revestimientos renovables que deben soportar impacto, ser resistentes a la abrasión y promover el movimiento más favorable de la carga. Los extremos de los molinos de barras tienen revestimientos planos de forma ligeramente cónica para inducir el centrado y acción rectilínea de las barras. Generalmente están hechas de acero al manganeso o acero al cromo-molibdeno, con alta resistencia al impacto, también los hay de goma. Los extremos de los molinos de bolas generalmente tienen nervaduras para levantar la carga con la rotación del molino. Ellos impiden deslizamiento excesivo y aumentan la vida del revestimiento. Generalmente están hechos de fierro fundido blanco aleado con níquel, Ni-duro, y otros materiales resistentes a la abrasión, como goma. Los revestimientos de los muñones son diseñados para cada aplicación y pueden ser cónicos, planos y con espirales de avance o retardo.
2
Los revestimientos del molino son de un costo importante en la operación del molino y constantemente se está tratando de prolongar su vida. En algunas operaciones serán reemplazados los revestimientos y elevadores por goma. Se ha encontrado que esos son más durables, más fáciles y rápidos de instalar y su uso resulta en una significativa reducción del nivel de ruido. Sin embargo se ha informado que producen un aumento en el desgaste de medios de molienda comparados con los revestimientos Ni-duro. Los revestimientos de goma también pueden tener dificultades en procesos que requieren temperaturas mayores que 80ºC. I.1.4
Factores que afectan la eficiencia de molienda.
Varios factores afectan la eficiencia del molino de bolas. La densidad de la pulpa de alimentación debería ser lo más alta posible, pero garantizado un flujo fácil a través del molino. Es esencial que las bolas estén cubiertas con una capa de mena; una pulpa demasiado diluida aumenta el contacto metal-metal, aumentando el consumo de acero y disminuyendo la eficiencia. El rango de operación normal de los molinos de bolas es entre 65 a 80% de sólidos en peso, dependiendo de la mena. La viscosidad de la pulpa aumenta con la fineza de las partículas, por lo tanto, los circuitos de molienda fina pueden necesitar densidad de pulpa menor. La eficiencia de la molienda depende del área superficial del medio de molienda. Luego las bolas deberían ser lo más pequeñas posibles y la carga debería ser distribuida de modo tal que las bolas más grandes sean justo lo suficientemente pesadas para moler la partícula más grande y más dura de la alimentación. Una carga balanceada consistirá de un amplio rango de tamaños de bolas y las bolas nuevas agregadas al molino generalmente son del tamaño más grande requerido. Las bolas muy pequeñas dejan el molino junto con la mena molida y pueden separarse haciendo pasar la descarga por harneros. I.1.5
Volumen de llenado del molino,
El volumen o nivel de la carga de bolas está relacionado con la dureza del mineral y tonelaje de alimentación que puede tratar el molino para un mismo grado de molienda. Por ejemplo, un aumento del tonelaje a tratar involucra un menor tiempo de residencia, lo que se compensa con una mayor carga de bolas, a fin de aumentar la probabilidad de contacto entre bolas y mineral. Lo mismo sucede frente a un mineral que presenta una mayor dureza.
3
La carga de bolas de expresa usualmente como un porcentaje del volumen del molino que es ocupado por las bolas. El cálculo de la fracción o nivel de llenado para un molino en forma cilíndrica puede hacerse una vez que se conoce la altura desde la superficie de la carga hasta el tope del molino. Denominamos h a esa altura y D al diámetro interno del molino, tal como lo muestra la figura No. 1:
DH
h
L
fig. No. 1 diagrama DH, h y L El volumen del molino ocupado por la carga está dado por el área del segmento achurado multiplicado por el largo interno del molino y la relación matemática con la que se determina él % de llenado de bolas es: % carga bolas 113 126
h D
h = espacio disponible sin carga de bolas. D = Diámetro del molino. ecuación. No. 1 Normalmente los molinos con descarga por rebalse operan con un volumen aparente de 40 a 42 % del volumen total del molino, realizando cargas periódicas y controladas de bolas para recuperar aquellas gastadas durante la operación de molienda. I.1.6
Circuitos de molienda y clasificación.
Los circuitos de molienda se utilizan para reducir el tamaño de las partículas de mena al tamaño requerido para su beneficio.
4
La mayoría de las menas sulfuradas se muelen en circuitos húmedos usando una o más etapas de molienda para obtener la liberación de los minerales necesarios para producir un concentrado final que cumpla con los criterios deseados. Las ventajas de molienda húmeda son: 1. - Menor consumo de energía por tonelada de producto. 2. - Mayor capacidad por unidad de volumen. 3. - Posibilita el uso de harneado en húmedo o clasificación mecánica, centrifuga para controlar bien el tamaño del producto. 4. - Elimina el problema de polvo, criterio ambiental. 5. - Hace posible el uso de métodos simples de manejo y transporte de pulpas tales como bombas, cañerías y canaletas. Los hidrociclones son el equipo de clasificación usado en circuitos modernos de molienda húmeda. I.1.7
Circuito cerrado de molienda y clasificación.
La molienda en circuito cerrado es la más común en circuitos de molienda para el procesamiento de minerales. Este tipo de circuito consiste de uno o más molinos y clasificadores y producirá en forma eficiente un producto con un tamaño máximo controlado y con un mínimo de material sobremolido. El material molido que descarga el molino es separado por el clasificador en una fracción fina y una gruesa. El tamaño de la separación es controlada por las condiciones operacionales del hidrociclón. En la operación en circuito cerrado no se intenta alcanzar toda la reducción de tamaño en una pasada por el molino. Por el contrario el énfasis se concentra en tratar de sacar el material del circuito tan pronto alcanza el tamaño requerido. El material retornado al molino por el clasificador se conoce como carga circulante y su peso se expresa como porcentaje del peso de la alimentación nueva al circuito. La molienda en circuito cerrado disminuye el tiempo de residencia de las partículas en cada paso por el molino y también la proporción de material fino en el molino comparado con molienda en circuito abierto. La sobremolienda del material se trata de evitar en general para minimizar la producción de partículas excesivamente finas que frecuentemente interfieren con los procesos de recuperación del metal. La figura No. 2 ilustra un circuito cerrado convencional en el que la descarga del molino se clasifica y separa en una porción de material fino (rebalse) que corresponde al producto del circuito y otra porción de material grueso (descarga) que es la carga circulante retornada al molino.
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Rebalse
Descarga Alimentación Molino
Agua
Fresca
Drene
fig. No. 2. Circuito cerrado convencional. I.2
Molino de bolas.
Los molinos de bolas, de piedras, de varillas, de tubo y de compartimientos tienen una capa cónica o cilíndrica que gira sobre un eje horizontal, y se cargan con un medio de molienda, por ejemplo, bolas de acero, pedernal o porcelana, o bien, con varillas de acero. El molino de bolas difiere del de tubo en que es de longitud más corta y, por regla general, dicha longitud no es muy distinta a su diámetro, de acuerdo con la fig. No. 3. La alimentación a los molinos de bola puede ser de 2.5 a 4 cm (1 a 1 1/2 in) para materiales muy frágiles, aunque por lo general el tamaño máximo es de 1.3 cm (1/2 in). La mayor parte de los molinos de bolas operan con una razón de reducción de 20 a 200:1. El tamaño usual de las bolas más grandes es de 13 cm (5 in) de diámetro.
fig. No. 3, Molino de bolas continuo, tipo rejilla, marca Marcy.
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El molino de tubo es largo en comparación con su diámetro, utiliza bolas de mayor tamaño y da un producto más fino. El molino de compartimientos que es una combinación de los dos tipos anteriores, consiste en un cilindro dividido en una o más secciones por medio de divisiones perforadas; la molienda preliminar se realiza en uno de los extremos y la de acabado, en el extremo de descarga. Estos molinos tienen una razón de longitud a diámetro superior a 2 y operan con una razón de reducción hasta de 600:1. Los molinos de varillas o vástago generan un producto granular más uniforme que otros molinos giratorios, reduciendo al mínimo con ello el porcentaje de finos que en ocasiones constituyen una desventaja. El molino de piedras, es un molino de tubo con piedras de pedernal o cerámica como medio de molienda, que pueden estar recubiertos con capas cerámicas u otros materiales no metálicos. El molino de piedra y roca es de tipo autógeno en el que el medio consiste en grumos de mayor tamaño que tienen un cribado preliminar en una etapa precedente del diagrama de flujo de molienda. El molino de bolas y el de piedras son fáciles de operar y sus aplicaciones son muy variadas. Se tiene una capa de acero cilíndrica, sólo de este material o recubierta con piedras, que contiene una carga de bolas de acero o piedras que giran horizontalmente en torno a su eje, y la reducción del tamaño o pulverización se realiza por medio del volteo de las bolas o de las piedras sobre la materia, que queda entre ellas. Los molinos operan en húmedo o en seco, ya sea por lotes, en circuito abierto o en circuito cerrado con clasificadores de tamaño El tipo común de molino por lotes consta de una cubierta cilíndrica de acero con cabezas de acero brindadas. Se tienen aberturas por las que se carga y descarga el medio de trituración y el material de proceso. La longitud del molino es igual al diámetro o menor que éste. La abertura de descarga se localiza generalmente en el lado opuesto de la abertura de carga y, cuando se trata de moliendas en húmedo, cuenta casi siempre con una válvula. Por lo común, se proporcionan uno o más orificios para liberar cualquier presión desarrollada dentro del molino, introducir un gas inerte o abastecer la presión necesaria para auxiliar la descarga del molino. Durante la molienda en seco, el material se descarga hacia una campana por medio de una rejilla, que está por arriba de la abertura de paso mientras gira el molino. La maquinaria cuenta con chaquetas para calentamiento y enfriamiento. El material se alimenta y descarga a través de muñones huecos en extremos opuestos de los molinos continuos. Según la fig. No.3. Se puede usar un tamiz, rejilla o diafragma que queda inmediatamente dentro del extremo de descarga con el fin de regular el nivel de lechada en la molienda en húmedo y controlar con ello el tiempo de retención. En el caso de los molinos con barrido de aire, se deben tomar medidas para hacer soplar el aire por un extremo y separar el material molido en una suspensión con aire, en el mismo o en el otro extremo. Los molinos de bolas tienen usualmente recubrimientos que se reemplazan cuando se desgastan. Estos recubrimientos pueden tener una acción desviadora debido a una forma ondulada o porque cuentan con inserciones de elevadores que ajustan la carga de la bola con la cubierta y evitan la pérdida de velocidad por deslizamiento. En la fig. No. 4. Se ilustran las formas usuales de recubrimientos. En molinos de recubrimientos lisos ocurren problemas especiales de funcionamiento debido al
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deslizamiento errático de la carga sobre la pared. A velocidades bajas, la carga puede agitarse de un lado a otro sin sufrir un verdadero volteo y, a velocidades más altas, se generan oscilaciones durante el volteo. Así pues, el uso de los elevadores evita este fenómeno. El consumo de energía en un molino liso depende de una manera compleja de las condiciones de operación, como la viscosidad del material alimentado, en tanto que es más predecible en un molino con elevadores. Las bolas para molienda pueden ser de acero forjado, acero fundido o hierro colado. El tratamiento térmico a que son sometidas las bolas de acero forjado suele proporcionar una característica óptima de desgaste. La dureza de las bolas varía considerablemente: las bolas suaves tienen una dureza Brinell entre 350 y 450 y las bolas duras tienen una dureza que supera el valor de 700.
fig. No. 4, Tipo de revestimiento de molino de bolas Los resultados más seguros de las pruebas de desgaste indican que las matrices de martensita o bainita a baja temperatura con austenita contenida, presentan la mejor resistencia al desgaste de las aleaciones de acero. Se ha difundido el empleo de recubrimiento de bloques de hule para molinos de bolas de gran tamaño. El desgaste y el rendimiento de la producción son similares a los que se obtienen con recubrimientos de acero, pero la mano de obra para su re emplazamiento es menor debido a la mayor facilidad con que se manejan. Con frecuencia, los molinos de piedras están recubiertos con materiales no metálicos cuando la contaminación con hierro puede dañar al producto, como el pigmento blanco o cemento. En tiempos pasados, el bloque de (sílice) o de porcelana constituían recubrimientos muy utilizados. Se ha demostrado que los medios de bolas y recubrimientos de sílice tienen un mejor desgaste que otros materiales no metálicos. La mayor densidad de los medios de sílice aumenta la capacidad de producción y mejora el consumo de energía de un molino determinado. Las capacidades de los molinos de piedras son, por lo general, del 30 al 50% de la capacidad de un molino de bolas del mismo tamaño con medios de molienda de acero y recubrimientos; esto depende directamente de la densidad de los medios.
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Los molinos de menor tamaño, hasta capacidades aproximadas de 0.19 m3 (50 galones), se fabrican en una sola pieza con cubierta. La U.S. Stoneware Co. fabrica estas unidades en cerámica resistente al desgaste reforzada con Burundum y también fabrica unidades grandes de tres piezas, dentro de una cubierta protectora de metal y con capacidades hasta de 0.8 m3 (210 galones). Paúl O. Abbe Inc. publica un manual sobre molienda, en molino de piedras. I.2.1
Operación.
Se dice que los medios de molienda efectúan movimientos de cascada y catarata. El primero de ellos se aplica al rodado de bolas o piedras de la parte superior hacia la base del montón, y el segundo al lanzamiento de bolas por el aire hasta la punta del montón. La acción de las bolas se ha estudiado y analizado desde este punto de vista Estos desarrollos matemáticos rigurosos se basan en hipótesis especulativas sobre la forma de la masa de bola. Los factores principales que determinan el tamaño de las bolas de molienda son la finura del material que se está pulverizando y el costo de mantenimiento para la carga de las bolas. Cualquier material grueso alimentado requiere una bola mayor que una 2 alimentación fina; se ha propuesto la relación: D P KXp donde DP es el diámetro de b la bola, y XP es el tamaño de las partículas de alimentación más gruesas, dándose ambas dimensiones en cm (in); y K es la constante de molibilidad que varía de 140 cm (55 in) en el caso de la lidita a 90 cm (35 in) para la dolomita. La necesidad de una distribución de alimentación calculada según el tamaño de la bola es una cuestión que no se ha aclarado aún por completo; sin embargo, se han propuesto métodos para calcular una carga de bolas racionada. El tamaño óptimo recomendado para el vástago y las bolas es:
Db
XpEt Kn r
ρs D
ecuación. No. 2 Donde Db = diámetro del vástago o de la bola, cm (in); D = diámetro del molino, m (ft); E t es el índice de trabajo del material alimentado; nr es la velocidad, por ciento de la velocidad crítica; ρs es la gravedad específica del material alimentado; K = 214 para vástagos y 143 para bolas. La constante K tiene un valor de 300 para los vástagos y 200 para las bolas, cuando Db y D se expresan en pulgadas y pies, respectivamente. Esta fórmula da resultados razonables para molinos con tamaño de producción, pero no así con los de laboratorio. La razón entre los tamaños recomendados de bola y varilla es 1:23.
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En el molino de varillas o vástago origina una carga graduada de las mismas debido al desgaste. Por ejemplo, el diámetro del vástago puede variar de 10 a 2.5 cm (4 a 1 in). Por lo común, se acostumbra conformar una nueva carga de vástagos en función de la usada, y esto ha dado buenos resultados. El criterio que se sigue para comparar la acción de las bolas en molinos de varios tamaños se basa en el concepto de la velocidad crítica. Se trata de la velocidad teórica a la que la fuerza centrífuga ejercida sobre una bola en contacto con la cubierta del molino, a la altura de su trayectoria, es igual a la fuerza ejercida sobre ella debido a la gravedad: 42.3 Sistema métrico Nc D 76.6 Sistema ingles Nc D ecuación. No. 3 Donde Nc es la velocidad crítica en rpm, y D es el diámetro del molino m (ft), para un diámetro de bola que resulta pequeño con respecto al diámetro del molino. El numerador de la expresión anterior es 76.6 cuando D se expresa en pies. Las velocidades reales de los molinos varían de 65 a 80% de su valor crítico. Podría generalizarse que se necesita del 65 al 70% para la molienda fina en húmedo en suspensión viscosa, 70 a 75% para moliendas finas en húmedo, en suspensiones de baja viscosidad y para moliendas en seco de partículas grandes con tamaños del orden de 1.3 cm (1/2 in). Las velocidades pueden incrementarse en un 5% del valor crítico cuando se trata de molinos sin desviadores, para compensar alguna falla. Circuitos de molinos de volteo. Los molinos de volteo o tambor pueden funcionar en un circuito cerrado normal, o bien, en un arreglo inverso, en donde la alimentación pasa por el clasificador antes de entrar al molino. Estos arreglos se utilizan también con molinos de compartimientos, en donde el material se clasifica por aire entre las etapas de molienda, en los compartimientos del mismo molino. Cargas de material y bolas. La carga del medio de molienda, se expresa en función del porcentaje del volumen del molino ocupado por el medio de molienda; por ejemplo, un volumen masivo de bolas que ocupan la mitad del molino es aproximadamente una carga de bolas del 50%. El espacio vacío de un volumen masivo estático de bolas es aproximadamente el 41%. Puesto que el medio se expande conforme gira el molino, el volumen real de funcionamiento se desconoce. Hay relaciones sencillas que gobiernan la cantidad de bolas y espacios vacíos en un molino. El peso de las bolas = ρ b ε b Vm , en donde ρb - densidad promedio de las bolas, g/cm3 (Ib/ft3); εb - fracción de llenado aparente de las bolas y Vm = volumen del molino = ?t02 L/4. Las bolas de acero tienen una densidad aproximada a 4.8 g/cm3 (300 Ib/ft3); las piedras representan 1.68 g/cm3 (100 Ib/ft3) y las bolas de alúmina, 2.4 g/cm3 (150 Ib/ft3).
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La cantidad de material que se tiene en un molino se expresa convenientemente como la relación entre su volumen y el de los espacios vacíos dentro de la carga de bolas. Esta expresión se conoce como razón del material a espacio vacío. Si el material sólido y el medio de suspensión (agua, aire, entre otros.) llenan exactamente los huecos de bola, la razón M/V es 1. Las cargas de los medios de molienda varían de 20 a 50% en la práctica y en general, las razones M/V se aproximan a 1. La concentración de sólidos en la lechada de un molino de piedras debe ser lo suficientemente grande para dar una viscosidad de lechada de por lo menos 0.2 Pa • s (200 centipoises) para asegurar su mejor eficiencia; pero es probable que esto requiera ajustar la carga a las paredes del molino liso utilizado. La carga de material en molinos continuos no se puede ajustar de manera directa, sino que se determina indirectamente según las condiciones de operación. Existe una razón de carga tratada máxima que depende de la forma del molino, las características de flujo de la alimentación, la velocidad del molino, el tipo de material alimentado y la disposición de descarga. Alimentación y descarga. Los esquemas de alimentación y descarga de los molinos de bolas y varillas dependen de su modo de operación. En la fig. No. 5 se muestran varios mecanismos de alimentación y descarga.
fig. No. 5, Sistemas de descarga de un molino de bolas continúo para moliendas por vía húmeda Los dosificadores alimentadores de molino unidos al muñón de alimentación del molino cónico y utilizado para pasar la alimentación al molino sin derramamiento, son de varios tipos. Por lo general, se utiliza un canal de alimentación para la molienda en seco que consiste en un canal inclinado, unido a la orilla extrema del muñón por donde pasa el material antes de llegar al molino. Un dosificador de tornillo sinfín, que tiene una sección corta de transportador de tomillo que se extiende parcialmente dentro de la
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abertura de la alimentación y transporta el material dentro del molino, puede ser utilizado también cuando se trate de molienda en seco. Para moliendas en húmedo, existen varios dosificadores distintos; el dosificador de pala que va unido y gira con el muñón del molino que se introduce en una caja estacionaria para recoger el material y transportarlo hasta el molino; un dosificador de tambor sujeto al muñón de alimentación y que gira con éste, con una abertura central por la que se introduce el material y un deflector interno o elevador para hacer pasar el material por el muñón al interior del molino; o una combinación de tambor y dosificador de pala, en donde la nueva carga de material que llega al molino se introduce a través de la abertura central del tambor al mismo tiempo que la pala recoge el material de tamaño grande que se devuelve de un clasificador a la caja de pala que queda abajo de la línea central del molino. El dosificador del molino debe ser capaz de manejar cualquier cantidad de material que el molino pueda tratar y, además, una carga circulante que llega a ser del orden de 1000% del nuevo índice de alimentación. Los molinos de descarga por rejilla o parrilla permiten controlar el nivel de pulpa para obtener una gran carga circulante. En un caso específico se obtuvo un aumento del 18% en la capacidad debido a la conversión de un molino de rebosamiento a un molino de descarga por rejilla, a pesar de que se registró una pérdida del 10% del volumen de molino debido al cambio. La principal razón fue eliminar los finos del molino debido a la razón de recirculación incrementada. Las rejillas o parrillas dejaron pasar la cantidad suficiente de pulpa para mantener la carga circulante en un nivel equivalente a 400%. I.2.2
Eficiencias del molino.
Los factores de control que se sabe regulan la eficiencia de molienda de minerales, en molinos cilíndricos son como sigue: 1. - La velocidad del molino afecta la capacidad, al igual que el desgaste del recubrimiento y de las bolas, en una proporción directa hasta del 85% de la velocidad crítica. 2. - La carga de bolas equivalente al 50% del volumen del molino, da la capacidad máxima. 3. - Las bolas de tamaño mínimo capaces de moler el material alimentado, dan una eficiencia máxima. 4. - Los recubrimientos ranurados de tipo ondulado son los preferidos entre los usuarios. 5. - La eficiencia del clasificador se hace más importante en moliendas de varias etapas. 6. - Las cargas circulantes de mayor tamaño tienden a aumentar la producción y reducir la cantidad de material fino no deseable.
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7. - La descarga de nivel bajo o rejilla incrementa la capacidad de molienda en comparación con la descarga central o por rebosamiento, aunque el desgaste del revestimiento, la rejilla y los medios es mayor. 8. Las razones de sólidos a líquidos en el molino deben estudiarse basándose en la densidad del mineral y la relación volumétrica. I.2.3
Parámetros del molino
Las pruebas experimentales representadas en un artículo de Coghill y De Vaney, han hecho que los autores lleguen a las siguientes conclusiones: 1. En la molienda de bolas por lotes y por vía húmeda, con cargas de minerales de 90 a 160 kg (200 a 350 Ib), se necesitaron aproximadamente 35 kg (75 Ib) de mineral para llenar los intersticios de las bolas en reposo y con velocidades del 30 al 80% de la crítica, la velocidad baja dio el mismo tipo de molienda que la alta. Las cargas grandes de minerales dieron una molienda un poco más selectiva de partículas gruesas que las cargas más ligeras. Se obtuvieron mejores capacidades con cargas ligeras y eficiencias un poco mayores con cargas grandes de minerales. 2. - Algunas de las características de molienda en seco en molinos de bolas por lotes fueron diferentes a las que se obtuvieron en moliendas en húmedo. En el trabajo en seco, la eficiencia y la capacidad mejoraron con cargas ligeras de minerales. Se redujeron los requisitos de potencia al disminuir la cantidad de mineral dentro del molino y en la molienda en húmedo aumentó al disminuir dicha cantidad. En moliendas en seco, la velocidad elevada fue más eficiente que la velocidad baja. 3. - Al comparar la molienda en húmedo y en seco, las pruebas por pares se realizaron, de tal manera que todas las variables establecidas fueron idénticas, excepto la consistencia de la pulpa (húmeda o seca). Con un peso intermedio de carga de mineral, la molienda selectiva resultó del mismo grado; con cargas grandes de minerales, la molienda en húmedo fue más selectiva, y con cargas ligeras, la molienda en seco resultó más selectiva. 4. - Al comparar la molienda húmeda y seca en molinos de bolas y circuito abierto, la que se hizo en húmedo dio un 39% más de capacidad y un 26% más deeficiencia. 5. - El volumen reducido de bolas no fue satisfactorio en el tipo de molinos de rebosamiento o inundación en seco, porque se desarrollaba un exceso de mineral dentro del molino. Cuando se logró prevenir el desarrollo excesivo de mineral simulando un molino de nivel bajo de pulpa, el volumen de bolas pequeño dio buenos resultados. 6. - Con un 60% de sólidos, las piedras del mismo tamaño que las bolas efectuaron la misma clase de trabajo que estas últimas cuando se molió dolomita; pero no se logró una molienda efectiva en el caso de la lidita. Las piedras dieron aproximadamente el 35% de la capacidad y el 81% de la eficiencia que caracterizó a las bolas.
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7. - Para minerales duros y de dureza intermedia, los tetraedros no dieron buenos resultados como medio para la molienda gruesa.
8. - Las bolas muy duras (níquel duro) resultaron mejores que las bolas ordinarias, sobre todo cuando se trataba de minerales de extremada dureza. 9. - La eficiencia de las bolas desgastadas y desechadas, fue aproximadamente 11% menor que la de las bolas esféricas nuevas. 10. - Un molino de bolas tan pequeño como de 48 por 91 cm (19 por 36 in) logró duplicar el trabajo de un molino tamaño planta. Los ensayos llevaron a la conclusión de que, si cada una de las variedades de los molinos, grandes o pequeños, se prueba en las mismas condiciones y si se aplica una unidad de trabajo por unidad de mineral, el efecto (molienda o trituración) será el mismo, según indican los productos; dicho de otra manera, se mantendrá la misma relación entre causa y efecto. I.2.4
Selección del molino.
La selección de la unidad de molienda entre un molino de bolas o de vástago, se basa en los experimentos del molino piloto con escalamiento presuponiendo que la producción es proporcional al consumo de energía. Cuando no se pueden realizar experimentos piloto, el rendimiento se basa en datos publicados para tipos del material similares, expresados en función de la molibilidad o de los requisitos de. Los métodos más recientes para determinar los tamaños de los molinos y especificar las condiciones de operación para un funcionamiento óptimo en circuito, se basan en soluciones de computadora de las ecuaciones de molienda, aplicando valores de las funciones de velocidad y rompimiento determinados a través de ensayos piloto y de escala. El molino de bolas es adecuado para materiales finos y gruesos, moliendas en húmedo o en seco, en circuito cerrado con clasificadores, cribas o separadores de aire. Se encuentra en diferentes clases de descarga, por ejemplo, de diafragma (rejas) o rebosamiento. La selección entre la molienda en seco y en vía húmeda la suele indicar el uso final del producto. Cuando el material puede ser molido en vía húmeda o seca, el consumo de energía, desgaste del recubrimiento y los costos de capital determinan el diseño. El consumo de los medios de molienda y el desgaste del recubrimiento por tonelada de producto es más bajo para un sistema de molienda en seco. A pesar de esto, el consumo de energía para un sistema de molienda en seco es aproximadamente 30% mayor que para la molienda en vía húmeda y requiere el empleo de un colector de polvos. I.2.5
Capacidad y consumo de energía.
Un método para determinar el tamaño adecuado del molino se basa en la observación de que el volumen de molienda depende de la cantidad de energía consumida, suponiendo que existe una práctica de operación aceptable comparable en cada caso. La energía aplicada a un molino de bolas se determina primordialmente de acuerdo con el tamaño del mismo y la carga de las bolas. Algunas observaciones
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teóricas demuestran que la potencia neta requerida para impulsar un molino de bolas es proporcional a D2.5, pero este exponente puede ser usado sin ninguna modificación para comparar dos molinos, sólo cuando las condiciones de operación son idénticas. La potencia neta necesaria para impulsar un molino de bolas resultó ser:
E 1.64L 1K 1 1.64D E 2 2.5
ecuación. No. 4 Donde L es la longitud interna del molino, m (ft); D es el diámetro interno medio del molino, m (ft); E2 es la potencia neta utilizada en un molino de laboratorio de 0.6 por 0.6 m (2 por 2 ft), en condiciones similares de operación, y K es 0.9 para molinos con longitudes menores de 1.5m(5 ft) y 0.85 para molinos mayores de 1.5m. Esta fórmula puede utilizarse para aumentar a escala de experimentos de molienda en unidades piloto en las que varíe el diámetro y la longitud del molino, pero el tamaño de las bolas y la carga de las mismas como fracción del volumen del molino permanecen sin alteraciones. Este procedimiento ha proporcionado resultados dignos de confianza. I.2.6
Motor y transmisión.
El consumo de energía de los molinos de bolas y varillas es básicamente constante y depende en forma principal del diámetro y carga de las bolas. En esta circunstancia, el equipo más adecuado es el motor síncrono. Los grandes molinos de bolas son impulsados ahora con motores hasta de 7500 kW (10 000 hp). Estos requisitos tan grandes de energía hacen que la selección de los sistemas de transmisión y engranaje sea extremadamente grande la transmisión de los grandes momentos de torsión desde el piñón a los engranes del molino llega a ser un problema no muy confiable y su costo es prohibitivo. Los grandes molinos son impulsados por un arreglo de piñón múltiple con reguladores de carga. I.3
Funcionamiento de equipos patentados.
I.3.1
Molino de bolas Allis-Chalmers.
Los molinos de bolas con descarga de reja Allis-Chalmers proporcionan productos finamente pulverizados, de malla 28 a 325, partiendo de un tamaño de material alimentado de aproximadamente 1.3 cm ( /2 in). Los diámetros varían de 2.7 a 4.9 m (9 a 16 ft), las longitudes de 2.4 a 7.3 m (8 a 24 ft), y la potencia de 110 a 2500 kW (150 a 3300 hp). Se recomienda generalmente para las siguientes aplicaciones: molienda en húmedo y en seco en circuito cerrado con clasificador para prevenir excesos, logrando una molienda más o menos gruesa con tamaño máximo de producto alrededor de la malla 48, aproximadamente. El producto de trituradora más fino con tamaños máximos dentro del intervalo de 0.6 a 1 cm (1/4 a 3/8 in) constituye un material de alimentación excelente para molinos de diafragma de nivel bajo, que podrán manejar material de alimentación hasta de 2.5 cm (1 in) si están provistos con revestimientos de capa extragruesa y una descarga de diámetro amplio. Para molinos de diafragma de nivel intermedio, el material alimentado de mayor tamaño debe ser del orden de 0.3 a 0.6 cm (1/8 a 1/4 in). Ambos molinos vienen en presentaciones tanto de nivel bajo como de nivel intermedio.
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I.3.2
Tipo rebosamiento
El molino tipo rebosamiento o inundación se recomienda casi siempre para las siguientes aplicaciones: molienda húmeda en circuito cerrado con clasificador para evitar la trituración excesiva, y obtener una molienda fina en donde el tamaño máximo del producto no sea mayor que la malla 65. El producto de un molino de vástago u otro tipo de alimentación en la gama de malla 8 o más constituye una excelente alimentación para molinos de bolas. El material alimentado es casi siempre de malla 8 o menor, los diámetros varían de 2.7 a 4.9 m (9 a 16 ft), las longitudes de 2.4 a 7.3 m (8 a 24 ft) y la potencia de 22 a 1200 kW(300al600hp). I.3.3
Molinos de varios compartimientos.
Los molinos de varios compartimientos ofrecen una molienda de material grueso hasta lograr el producto acabado en una sola operación, ya sea en húmedo o en seco. El compartimiento primario de molienda cuenta con bolas o vástagos grandes para la trituración, mientras que uno o más compartimientos secundarios tienen medios más pequeños para una molienda más fina. Los diámetros varían de 1.5 a 4.9 m (5 a 16ft), las longitudes ascienden a 16m (52ft) y la potencia a 3300 kW (4400 hp) con transmisión Twinducer. Los molinos de piedras dan productos finamente divididos que deben estar libres de contaminación de hierro. Se emplean con mucha frecuencia para triturar arena vítrea, arenas de alto grado para polvos de lavado, y aplicaciones en las industrias del talco o las cerámicas. La carga de molienda consiste en pequeñas piedras de pedernal. Los diámetros van de 0.9 a 2.7 m (3 a 9 ft), las longitudes de 1.8 a 8.5 m (6 a 28 ft). Los molinos de vástago Allis-Chalmers dan un producto de malla de 6 a 35 con una cantidad mínima de finos. Puesto que el molino de vástago utiliza un tamaño de ranura de dosificación de 2.5 cm (1 in), ha reemplazado la última etapa de trituración en muchas plantas. El tipo de descarga periférica central se emplea profusamente para producir conglomerados de especificación fina, mezclas crudas de ladrillo y gránulos para techos. Los molinos de vástago construidos por Allis-Chalmers son del tipo periférico de extremo o central y vienen en las clases de rebosamiento para aplicaciones de moliendas en húmedo. La longitud de los molinos de vástago o varilla debe ser al menos 1.25 veces mayor que el diámetro de trabajo. El intervalo de diámetros es de 2.7 a 4.3 m (9 a 14 ft); las longitudes de 3.7 a 5.5 m (12 a 18 ft); y la potencia de 335 a 1040 kW (450 a 1400 hp) con transmisión directa; 930 a 3300 kW (1250 a 4440 hp) con transmisión Twinducer. I.3.4
Molinos de tubo y Kennedy Van Saun
Los molinos de tubo y Kennedy Van Saun son de una construcción tal que permite funcionar a una capacidad mayor que la nominal en cada aplicación de molienda, ya sea húmeda o seca. Existen tamaños de 1.8 a 4.9 m (6 a 16 ft) de diámetro y 2.4 a 10 m (8 a 33 ft) de longitud para molinos de descarga mecánica; para molinos de rebosamiento en fase húmeda, de 1.5 a 4.5 m (5 a 15 ft) de diámetro y 2.1 a 7.6 m (7 a 25 ft) de longitud. Estos molinos son accionados por motores de 37 a 4500 kW (50 a 6000 hp).
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Los sistemas de molienda Kennedy con barrido de aire y elevador activado con aire, se utilizan con mucha frecuencia para pulverizar carbón para plantas generadoras de energía, para encender hornos para cemento y hornos metalúrgicos, así como para la molienda de fosfatos y otros minerales. Estos sistemas muelen y secan simultáneamente los materiales en circuito cerrado con separadores de aire no mecánicos para la alimentación y el encendido de hornos de calcinación. Este sistema se puede ajustar para producir y mantener del 38 al 90% de material que pasa por una malla 200, controlando los extremos fino y grueso. En el caso de sistemas de encendido es factible usar el combustible más barato obtenible, por ejemplo, con un alto contenido de cenizas, humedad, poca molibilidad y bajo poder calorífico. El desgaste y el mantenimiento son reducidos y el material extraño no puede dañar al sistema. Los molinos de vástago Kennedy se construyen en tamaños que van de 0.9 por 1.8 a 4 por 6.1 m (3 por 6 a 13 por 20 ft), tanto para molienda en húmedo como en seco. Dado que los molinos de vástago o varilla evitan la-formación de huecos, tienen una utilidad especial para reducir materiales húmedos o pegajosos. Por lo común, se emplean para producir materiales comprendidos en el intervalo de mallas del 6 al 20, aun cuando se obtienen con facilidad productos más finos y más gruesos. Sirven para moler minerales, escorias de cemento y muchos otros materiales. I.3.5
Molino de bolas Marcy.
Ver (fig. No. 3) Es, tradicionalmente, un molino de descarga por reja que se emplea para obtener una gran velocidad de carga tratada para una gran carga circulante en la molienda húmeda y seca de minerales. Los datos que aparecen en la tabla 1 no deben utilizarse para efectuar su diseño, sino simplemente como orientación. El diseño del molino deberá basarse en experimentos pilotos u otras técnicas que se mencionaron con anterioridad. I.3.6
Molino Koppers Co. Inc.
El molino cónico es similar al cilíndrico en el hecho de que consta de un tambor rotatorio que gira en torno a su eje horizontal y opera de manera muy semejante; pero, contrariamente a lo que sucede con el cilíndrico, tiene extremos cónicos en lugar de rectos.
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tabla. No. 1. Rendimiento ilustrativo de un molino Marcy de bolas Carga Tamaño, de lasa ft bolas, toneladas 3x2 4x3 5x4 6x4½ 7x5 8x5 9x7 10 x 10 12 x 12
0.85 2.73 5.25 8.90 13.10 20.2 30.0 56.50 90.5
I.3.7
hp Por corrida
5– 7 20- 24 44- 50 85- 95 135-150 220-245 345-380 700-750 12601345
Capacidad, toneladas/24h (basada en mineral de dureza intermedia) Velocidad Tamiz Tamiz Tamiz Tamiz Tamiz Tamiz Tamiz Tamiz Tamiz del No. 8 No. 20 No. 35 No. 48 No. 65 No. 80 No.100 No.150 No.200 molino 20 % 35 % 50 % 60 % 70 % 80 % 85 % 93 % 97 % rpm -200 -200 -200 -200 -200 -200 -200 -200 -200 35 30 27 24 22 ½ 21 20 18 16.4
19 80 180 375 640 1100 1800 3680 7125
15 64 145 300 510 885 1450 2960 5725
12 53 120 250 425 735 1200 2450 4750
10 45 102 210 360 625 1020 2100 4070
8 36 82 170 290 500 815 1700 3290
6½ 28 63 135 225 390 635 1325 2570
5 22 51 105 180 310 505 1050 2035
4 18 41 85 145 250 410 850 1650
Molino Hardinge.
Los molinos Hardinge para moliendas por vía húmeda cuentan con combinaciones de descarga como la que se ilustra en la fig. No. 5 para niveles de pulpa alto, intermedio o bajo, cuyo uso depende del problema específico que se esté estudiando. Para moliendas en seco se acostumbra utilizar una rejilla vertical con elevadores de descarga de pulpa de bajo nivel. Los molinos Hardinge se encuentran disponibles en tamaños de 0.9 a 4.3 m (3 a 14 ft) de diámetro con longitudes de 1 a 2 veces el tamaño del diámetro. Este tipo de molinos se utilizan para la molienda en vía húmeda de arenisca, cuarcita y granitos y la molienda en vía seca de abrasivos y coque. I.3.8
Molinos autógenos de volteo.
El principio del molino de bolas se ha utilizado en algunos casos en que el material alimentado que viene en trozos gruesos sirve como medio de molienda mientras se va triturando. El molino en cascada (Koppers Co,. Inc.) es del tipo autógeno para operaciones en húmedo o en seco. Se construye con diámetros hasta de 11 m (36 ft) y la razón de longitud a diámetro para todos los tamaños es de 1 a 3. Se acostumbra usar una velocidad relativamente baja para promover la acción de cascada y evitar la segregación de los trozos grandes en el centro del molino. Cuenta con una rejilla por la que se descarga a través de una criba de trómel en el muñón de descarga. Esta última efectúa una tarea de cribado preliminar para separar los trozos de mayor tamaño que se transportan al extremo de la entrada de material del molino. El material de alimentación puede ser el mismo de la mina, tal y como se extrae de ella, o bien el producto de una trituradora primaria, tomando las precauciones necesarias en la combinación de depósito y dosificador para asegurar una distribución de tamaño uniforme que sea constante.
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3 14 32 66 113 195 315 655 1275
I.3.9
Molino Aerofall.
El molino Aerofall (Aerofall Milis Ltd.) es de tipo autógeno para procesamientos en seco con una forma similar a la del molino en cascada. Tiene barrido de aire y, por ende, no requiere una rejilla de descarga; pero sí necesita un sistema de control de aire y un ciclón. El material proveniente directamente de la excavación de la mina se reduce en circuito cerrado hasta obtener los tamaños de productos finales. Los molinos autógenos eliminan el desgaste de los medios de bolas, aun que con frecuencia se incluye un 5% de carga de bolas grandes. Sus relaciones pequeñas de longitud a diámetro hace que sean apropiados para cargas circulantes muy elevadas en operaciones de circuito cerrado. I.3.10 Molino Rockcyl. Los molinos Rockcyl de la Allis-Chalmers se utilizan para moliendas autógenas ya sea en seco o en húmedo. Los molinos Rockcyl con razones de longitud a diámetro de 1 a 3, aproximadamente, eliminan todas las etapas de trituración excepto la primaria, toda la molienda en molino de vástago y el total o parte de las etapas de la molienda con bolas en un diagrama de flujo convencional. La molienda intermedia de rocas reduce al tamaño deseado el producto de dimensiones menores a 2 cm (3/4 in) proveniente de operaciones de trituración en circuito cerrado. La roca clasificada por tamaños que sale de la trituradora primaria sirve como el medio. Los molinos Rockcyl que tienen razones de longitud a diámetro de 1 a 2, aproximadamente, se emplean para la molienda intermedia de rocas. La molienda secundaria de rocas es la reducción al tamaño deseado del producto de un molino de vástago o de un molino primario de rocas, utilizando medios clasificados por tamaños, ya sea de una etapa de trituración o de un molino primario. Este proceso recibe a menudo el nombre de molienda de piedras y roca. I.3.11 Molino Rockpeb. Los molinos Rockpeb (piedras y rocas) que tienen razones de longitud a diámetro de 2 a 1, aproximadamente, se utilizan para moliendas secundarias de roca. Puesto que los elevadores Rockcyl se desgastan con mayor rapidez que las placas recubiertas, las barras de dichos elevadores se diseñan de tal modo que puedan quitarse y reemplazarse con facilidad. El dispositivo cuenta con un conducto alimentador de diámetro amplio que asegura el flujo libre de material alimentado al molino, que pasa a través del cojinete del muñón de longitud corta. I.3.12 Molinos no rotatorios de bolas o cuentas perforadas. Entre éstos se incluyen los de tipo agitado y vibratorio. En el primer caso se tiene una rueda de paletas central o armadura de propulsor que agita a los medios a velocidades que van de 100 a 1500 rpm. En el segundo, se imparte un movimiento excéntrico, ya sea a una armadura o a la cubierta, a frecuencias que ascienden hasta 1800 por min. Los medios oscilan en uno o más planos y, por lo común, giran en forma 19
muy lenta. Los molinos agitados utilizan medios de magnitudes del orden de 0.6 cm (l/4 de in) o menores, mientras que los vibratorios emplean medios de mayor tamaño para la misma energía de entrada. Los molinos vibratorios pueden moler en seco, pero la mayor parte de los agitados están restringidos a la molienda en húmedo. Los sólidos varían del 25 al 70%, dependiendo del tamaño del material alimentado y la reología. La carga de los medios varía de tres a seis veces la masa de la carga mojada. Contrariamente a lo que sucede con los molinos de bolas rotatorios, en éstos se produce cierta sedimentación. Aunque las aplicaciones llegan a tener cierta duplicidad, el equipo vibratorio se emplea casi siempre para operaciones de molienda de material duro (ZrSiO4, SiO2, TiO2, Al2O3, entre otros), mientras que los molinos agitados se emplean comúnmente para la dispersión y molienda de materiales suaves (tinturas, arcillas, CaCOs, entre otros). Los molinos agitados se denominan también molinos de arena cuando se utiliza arena Ottawa como medio. La contaminación y el desgaste del cuerpo de la trituradora se reducen al mínimo en ambos tipos utilizando recubrimientos resilientes.
I.3.13 Molino Sweco de dispersión. Molinos agitados. El molino Sweco de dispersión (Sweco, Inc.) tiene armaduras o marcos radiales en contrarrotación que sirven para mover el medio de molienda en una cámara vibratoria. El DM-70 de gran extensión tiene un volumen de trabajo de 0.65 m3 (23 ft3) y un motor de 30 kW (40 hp). Es posible tener recirculación mediante una bomba externa. I.3.14 Molino Attritor. En el caso del Attritor (Unión Process, Inc.) se tiene una sola armadura sujeta a un eje que hace girar varios brazos radiales largos (véase la fig. No. 6). Estos molinos están disponibles en los tipos por lotes, continuo y de circulación. La molienda propiamente dicha está afectada por el acercamiento y alejamiento continuo, aunque irregular, del medio en torno a los brazos. No obstante, se suprimen el movimiento de grupo y el impacto de pared. Véase la tabla. No. 2.
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fig. No. 6, El Attritor. (Union Process Inc.) I.3.15 Molino Koppers. Los molinos Koppers de torre están disponibles en varios tamaños para las diversas aplicaciones de molienda en vía húmeda. La masa alimentada junto con bolas de acero se mueve hacia abajo hasta alcanzar el extremo del molino. La fricción ocurre entre la alimentación, las bolas y el agitador de tornillo. tabla. No. 2 Característica de los desmenuzadores Atrritor. Designación 1-S-WC 15-S-WC 30-S-WC 100-S-WC 200-S-WC
Capacidad, gal 1½ 20 43 113 245
Capacidad en líquido, gal ¾ 10-12 20-25 50-60 125-160
Potencia del motor, Hp 2 15 20 50 100
I.3.16 Molino Bureau. El molino Bureau de Mines (U.S. Patent 3 075 710) consta de una armadura vertical cilíndrica con aspas en una configuración de jaula de ardilla, que gira muy cerca del interior de una cubierta paralela que tiene también aspas. La acción de la molienda ocurre predominantemente en la cercanía de las aspas que imparten también un movimiento vibratorio al sistema durante su paso. I.3.17 Molino vibratorio. Los molinos Vibro-Energy (Sweco, Inc.) y Podmore-Boulton son trituradoras montadas en pedestal, que se cargan por la parte superior, que vibran por medio de un motor montado en la base y que tiene funcionamiento excéntrico. La cámara de trituración tiene un soporte de resortes para reducir al mínimo la vibración del piso (véase la fig. No. 7).
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La trituración se lleva a cabo por medio de la vibración tridimensional a una frecuencia aproximada de 20 Hz de los medios contenidos, que generalmente son esferas o cilindros de alúmina. En la tabla. No. 3 se especifican algunas características adicionales.
fig. No. 7 Molino Vibro-Energy tabla. No. 3. Características de los molinos vibratorios Sweco. Designación
Capacidad
M-18 M-45 M-60 M-80 DM-1 DM-3 DM-10 DM-20 DM-70
2.6 gal 20 gal 70 gal 182 gal 0.125 ft3 0.5 ft3 3 ft3 6.5 ft3 23 ft3
Carga usual, Lb 5-20 50-200 200-1000 500-2000 3-5 20-60 100-400 200-800 900-3000
Motor, hp ¼ 5 10 40 1/3 1¼ 5 10 40
Diámetro del molino, in 18 45 60 80 24 30 45 60 95
I.3.18 Molino Vibracron. Los molinos Vibracron (Bepex Corporation) se encuentran disponibles en tipos de tubo sencillo o múltiple, para la molienda en vías húmedas y seca. La alimentación al molino puede alcanzar valores hasta de 5 cm (2 in) de diámetro. La compañía Allis-Chalmers fabrica otro molino con vibraciones inducidas horizontalmente. En este caso se tienen tres cilindros paralelos que contienen la carga
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(centro) y levas excéntricas (al exterior) impulsadas por dos motores independientes pero interconectados, que operan a 1200 RPM. El molino se carga por la parte superior a través de una puerta flexible. En la tabla 4 se indican otros datos adicionales. tabla. No. 4 Características de los molinos vibratorios Allis-Chalmers. Designación 1518-D 3034-D 3640-D 4248-D I.3.18.1
Capacidad gal 14 100 176 286
Altura, in 39 68 76 80
Longitud, in 70 116 125 159
Anchura, in 53 87 104 117
Total de hp del motor 15 100 150 250
Funcionamiento.
El diámetro de los medios de molienda debe ser, de preferencia, 10 veces el del material alimentado, sin exceder 100 veces el diámetro del mismo. Para obtener una mayor eficiencia cuando se reduce el tamaño en varios órdenes de magnitud, conviene utilizar varias etapas con diámetros de medio distintos. Al continuarse el trabajo de trituración fina, los factores geológicos alteran la razón de la carga y se encontrará que la potencia necesaria puede aumentar. Como lo indica la tabla. No. 5, existen muchos medios de molienda disponibles. Los tamaños varían de aproximadamente 1.3 cm ( /2 in) hasta una malla de 325. Aunque no se cuenta con datos definitivos sobre la forma y la molienda de los medios, las esferas y los cilindros generan menos impurezas debido al frotamiento que las partículas irregulares. Los datos asociados con la molienda de bolas indican que las esferas son la forma más eficaz. tabla. No. 5 Medios de molienda Material Óxido de aluminio Carburo de silicio Dióxido de silicio Óxido de circonio Silicato de circonio Vidrio templado Poliamida Divinilbenceno Polifluoroetileno
Nombres industriales y/o Nombres comerciales Alúmina, corindón Carborundum Sílice, arena Zirconia, Zircoa Circón Ceramida Nylon DVB Teflón
Formas disponibles E,C,I C,I I E,C,I E,C,I E E,C E,C C
Los molinos agitados y vibratorios tienen ventajas especiales cuando se trata de la molienda de finos, ya que producen tamaños de partículas de 1 μm y más finos. No se necesita por lo común el gran impacto de los molinos de bolas convencionales, sino más bien una gran cantidad de impactos de baja energía que requieren: 1) medios de molienda pequeños y 2) altos niveles de vibración o velocidades de rotación.
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En la fig. No. 8 se ilustra un mejoramiento de eficiencia usual logrado para la molienda de circón a nivel de fracciones de μm. Aunque cada máquina tiene sus características peculiares y requisitos de tiempo para diversas clases de molienda, en la fig. No. 9 se presentan algunos resultados comunes que se obtuvieron con varios materiales en condiciones óptimas.
fig. No. 8, Comparación de la energía entre molinos de bolas convencionales y vibratorios, contra la finura del producto
fig. No. 9, Rendimiento típico de un molino vibratorio I.4
Métodos de molienda.
I.4.1
Molienda planetaria de bolas.
Este es un método que aumenta la fuerza gravitacional que actúa sobre las bolas en un molino de este tipo. Por ejemplo, los metales refractarios y los carburos se pueden moler 1 a 2.6 m en un lapso de 5 a 20 minutos, en un aparato capaz de aplicar una fuerza centrífuga de 10 a 50 g. Los molinos tipo planetario Pulverit son fabricados por la compañia Geoscience Inc.
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Los molinos planetarios de bolas de alta velocidad pueden utilizarse para efectuar pruebas rápidas de simulación de molienda de materiales en molinos de bola. El tamaño de los molinos de alta velocidad puede ser menor que el tamaño de los molinos de bolas de igual capacidad. Clasificadores de partículas por tamaño que se utilizan con molinos de trituración. En los molinos de bolas o de tubo pueden funcionar en circuito cerrado con clasificadores de aire externos, con o sin barrido o arrastre de aire. Si se utiliza esta última operación, se acostumbra colocar un separador de ciclón entre el molino y el clasificador. Asimismo, otras clases de maquinarias de molienda funcionan en circuito cerrado con clasificadores externos de tamaño. Sin embargo, muchos tipos de trituradoras tienen arrastre de aire y están tan íntimamente conectados con sus clasificadores, que estos últimos se denominan clasificadores internos. I.4.2
Clasificadores en seco.
Las cribas en seco se utilizan primordialmente en circuitos de trituradoras, ya que son más eficaces a niveles de malla 4, aunque en ocasiones se emplean hasta de malla 35. Por ejemplo, se pueden citar las cribas Hummer (W.S. Tyler, Inc.) o las Rotex (Orvill-Simpson, Co.) y el separador Vibro-Energy (Sweco, Inc.).
La mayor parte de los circuitos de molienda en seco utilizan clasificadores de aire. Hay varias clases, pero todos ellos emplean los principios del arrastre por aire y la inercia de las partículas, que dependen del tamaño de las mismas. El tipo más simple de clasificador de aire es el elutriador, de los cuales un ejemplo es el clasificador de tipo de expansión Kennedy Van Saun. El clasificador Zig-Zag (AIpineAmerican Co.) es un elutriador a contracorriente de varios elementos. La eficacia de la separación aumenta con la cantidad de elementos y estos dispositivos son eficaces en la gama de mallas 3080. Otro tipo de clasificador dirige una corriente de aire a través de la corriente de partículas que se desean clasificar. Como ejemplo de éste se puede citar el clasificador de flujo radial (Kennedy Van Saun Corp.) que se caracteriza por tener elementos ajustables que controlan el flujo y la clasificación. Uno de los desarrollos adicionales basados en este principio es el clasificador Vari-Mesh (Kennedy Van Saun Corp.). que controla la clasificación por medio de desviadores de flujo ajustables. Un cambio en la dirección de flujo de aire es el principio de operación del clasificador superfino de flujo inverso (Koppers Co. Inc.) ilustrado en la fig. No. 10.
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fig. No. 10, Separador centrifugo Gayco I.4.3
Las aletas rotatorias.
Son los elementos principales de varios tipos de clasificadores. Las aletas establecen un movimiento centrífugo que tiende a lanzar hacia el exterior las partículas más gruesas. Por ejemplo, está el Mikro-Atomizer , en el que un ventilador externo obliga al aire a circular hacia adentro pasando a través de las aletas y arrastrando los finos. El movimiento centrífugo devuelve las partículas más gruesas hasta los martillos. Las aletas del clasificador tipo zumbador o de aletas perforadas que se muestran en el molino Raymond de lado alto tienen un efecto centrífugo similar que lanza a las partículas gruesas contra la pared de la cámara, en donde la menor velocidad de aire de la capa límite les permite volver a caer dentro de la zona de molienda. Las aletas del rotor constituyen también un elemento de varios clasificadores externos que se emplean en la molienda seca en circuito cerrado. Éstos se denominan generalmente separadores o clasificadores mecánicos de aire. Como ejemplo se citarán el clasificador Whirl-wind (Sturtevant Mili Co.), el separador centrífugo Gayco (Universal Road Machinery Co., véase la Fig. No. 10) y el separador tipo zumbador (Raymond División of Combustión Engineering Inc.). El material alimentado penetra en estos dispositivos a través de un canal colocado en la parte superior, y se distribuye entre dos placas giratorias de alimentación. Las partículas gruesas caen en un cono interno, en tanto que los finos deben pasar al interior a través de las aletas del rotor para moverse en sentido ascendente sobre la placa superior. El ventilador que se encuentra en la parte superior de la unidad hace circular el aire y los finos hacia afuera y abajo entre el cono central y una cubierta cónica exterior, hasta que pasa hacia adentro atravesando un conjunto de aspas fijas, cruzando por el material grueso descendente para ascender una vez más y elutriar dicho material grueso. Por esto se dice que estos clasificadores utilizan varios principios de separación.
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I.5
Clasificadores.
Algunos clasificadores mecánicos de aire están diseñados de tal manera que el producto fino debe pasar radialmente hacia el interior, a través de las aletas del rotor, en lugar de seguir un movimiento espiral a través de ellas como sucede con las aletas del llamado tipo zumbador. Por ejemplo, se tiene el separador Mikron (Pulverízing Machinery Co.) y el clasificador Majac que va unido al molino de chorro Majac. Existen varios clasificadores mecánicos de aire que están diseñados para funcionar al nivel superfino de 10 a 90 μm. Dos de éstos son el clasificador espiral de aire Mikroplex MPVI (AlpineAmerican Corp.) y el clasificador que es parte integrante del clasificador pulverizador Hurricane (Bauer Bros. Co.) descrito en la sección de "Molinos de martillos". Otro es el clasificador Donaidson. Cuando los clasificadores mecánicos de aire son parte integrante de un molino, las paletas rotatorias, el ventilador de aire y los elementos de molienda pueden montarse sobre el mismo eje o en diferentes ejes con unidades motrices independientes. La primera configuración permite una mayor simplicidad mecánica y a menudo una trayectoria de flujo de aire más sencilla. Las unidades motrices por separado permiten ajustar en forma independiente las velocidades del separador y el molino, por lo que proporcionan un servicio más variado y a menudo son más eficaces en la tarea de clasificación. A continuación se dan muchos ejemplos de este tipo de combinaciones. Además, el clasificador puede estar totalmente separado e ir conectado al molino en circuito cerrado por medio de conductos. En la fig. No. 11 se ilustra un ejemplo. El aire de arrastre penetra al molino de bolas Hardinge y sale de él por el mismo extremo, mientras que el material recirculado grueso y el material alimentado entran por el otro. El producto fino es arrastrado por la corriente de aire y se extrae por la parte superior del clasificador hasta llevarlo al ciclón, en donde se separa el producto del aire. En el sistema de clasificación por aire se mantiene una presión negativa para evitar la formación de polvo. I.5.1
Funcionamiento.
Cada tipo de clasificador presenta una variedad de tamaños que puede separar, aunque tales intervalos se pueden ampliar por medio de cambios del diseño que sacrifican la capacidad. Los clasificadores tipo deflector sin elementos giratorios llegan a dar un producto del 85% que pasa por un tamiz 250 μm aunque es más común que éste sea del 95% en mallas inferiores a 74 μm. Los clasificadores mecánicos de aire con elementos giratorios permiten obtener productos del 85% a través de una malla 250 μm, hasta finuras del 99.9% a través de una malla 44 μm. Un solo clasificador tipo zumbador está diseñado para funcionar dentro de límites de finuras de cerca de 95% por malla 74 μm, en tanto que el separador doble clasificador tipo zumbador se debe utilizar cuando se necesitan productos de mayor finura, en la gama de 99.9% o superior a ésta, pasando por una malla 44 μm. El tamaño de los clasificadores mecánicos de aire varía de 1 a 7 m (3 a 24 ft) de diámetro, con necesidades de potencia de 2 a 450 kW (3 a 600 hp). Los tipos superfino pueden dar un producto del 98% a través de 10 μm.
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fig. No. 11, Molino cónico Hardinge con clasificador de aire de corriente inversa. Las curvas de eficiencia de separación usuales de los clasificadores de aire en función del tamaño de la partícula . La cantidad del tamaño máximo de los finos puede ser muy baja, pero se tiene casi siempre de 10 a 30% de finos en el producto más grueso. Además, la separación en el tamaño de corte es casi siempre una curva gradual. Sin embargo, rara vez se dispone de datos de esta índole que se necesitan para evaluar el funcionamiento de los molinos en circuito cerrado. Para consulta de un método de prueba, véase la sección que trata sobre las características de los clasificadores de tamaño. I.5.2 Clasificadores en húmedo. La molienda por vía húmeda en circuito cerrado es la regla en lo que respecta a operaciones a gran escala, debido a su mayor producción y economía. El clasificador en húmedo más sencillo es el depósito de asentamiento que se construye de tal modo que los finos no tienen tiempo para asentarse, y son arrastrados en tanto que el producto más grueso se dirige al punto de descarga central. Por ejemplo, se tiene el hidroclasificador Hardinge y el espesador Dorr. Cuando se desean hacer clasificaciones a un nivel de tamaño de µm, uno de los aparatos eficaces es la centrífuga continua del tipo de la supercentrífuga Sharpless o la centrífuga Bird. La separación no está muy bien definida en los sedimentadores y el gran espacio necesario representa una desventaja.
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En las fig. No. 12 y 13 se muestran circuitos típicos que utilizan estos clasificadores en plantas de procesamiento de cemento y minerales. Los hidrociclones se han convertido en los clasificadores de vía húmeda más populares en las operaciones de minerales, debido a su diseño compacto y a lo económico de su funcionamiento. El control se ve afectado por la alimentación a velocidad constante desde un sumidero o una sentina en la que el nivel de líquidos se mantiene haciendo variar la cantidad de agua dosificada conforme cambia la velocidad de alimentación de la lechada (véase la fig. No. 14).
fig. No. 12, Sistema de molienda en húmedo de una sola etapa y en circuito cerrado
fig. No. 13, Sistema de molienda en húmedo de dos etapas y en circuito cerrado
fig. No. 14, Molienda en húmedo en circuito cerrado, con ciclón líquido/ sólido
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En la década de 1930 se hicieron varios intentos para utilizar cribas o pantallas para moliendas en circuito cerrado y por la vía húmeda, pero los costos de operación eran prohibitivos. En épocas recientes se han desarrollado cribas prácticas para circuitos de molienda. La primera de ellas fue la criba Dutch State Mines, que tiene una malla vibradora colocada en un plano curvo e inclinado, sobre la que fluye la lechada diluida antes de atravesarla. El uso de telas de hule para criba resuelve los problemas de tapado [Wessel, Aufbereit-Tech., 8(2), 53-62; (5), 167-80; (8), 417-428 (1967), Michel, Min. Mag. (London), ejemplar del resumen anual (5), 189-193,207 (1968)]. Se emplea una capa superior de hule perforado con pequeñas ranuras para tamaños de partícula de 0.2 a 2.5 mm, que está sostenida por una capa inferior con orificios más gruesos. La velocidad de vibración es de 2500 a 3000 ciclos/min y la ventaja de estas pantallas o cribas es que se logra una separación considerablemente más bien definida y se devuelven al molino cantidades más pequeñas de finos. La separación en criba es bastante menos que perfecta, aunque no se tienen muchos datos publicados aún. I.6
Molinos de martillos.
Estos molinos que sirven para pulverizar y desintegrar funcionan a altas velocidades. El eje del rotor puede ser vertical u horizontal, aunque predomina esta última modalidad. El eje sostiene a los martillos, llamados a veces agitadores, y pueden ser elementos en forma de T, de estribo, barras o anillos fijos o pivotados al eje o a los discos fijos que van sobre el eje. El rotor funciona dentro de un recipiente que contiene placas o revestimientos de molienda. El espacio abierto que se conserva entre los revestimientos y el rotor es importante con respecto a la finura del producto. La acción de molienda resulta de los impactos y la fricción entre los grumos o partículas del material alimentado, la cubierta y los elementos de la molienda. La finura del producto se regula cambiando la velocidad del rotor, la velocidad de alimentación o la abertura entre los martillos y la placa de molienda, así como cambiando la cantidad y el tipo de martillos utilizados y el tamaño de las aberturas de descarga. La descarga por criba o rejilla de un molino de martillo sirve como clasificador interno, pero su área limitada no permite un aprovechamiento eficaz cuando se requieren aberturas pequeñas. Para satisfacer las especificaciones críticas del tamaño máximo en la gama intermedia, el molino de martillos puede operarse en circuito cerrado con cribas exteriores de mayor área que la que podría emplearse dentro del molino propiamente dicho. En tal caso, la criba de descarga de éste cuenta con aberturas mayores para retener el material de tamaño excesivo dentro de la zona de molienda. El molino de martillos se fabrica en gran número de tipos y tamaños y se utiliza en una mayor variedad de materiales suaves, que cualquier otra clase de maquinaria. La materia prima que se le alimenta debe ser del tipo no abrasivo con durezas de 1.5 o menos. El molino es capaz de recibir material de alimentación de 2 cm (3/4 de in), dependiendo del tamaño de la garganta de dosificación, y de reducirlo a un producto sustancialmente capaz en su totalidad de atravesar una malla No. 200. Para producir materiales dentro de la gama de tamaños finos, puede operarse en combinación con clasificadores de aire exteriores como el que se ilustra en la fig. No. 11. Hay varias máquinas que tienen clasificadores de aire internos.
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I.6.1
Molinos de martillos sin clasificadores de aire internos.
El Mikro-Pulverizer (Fig. No. 15) (PulverizingMachinery Co.) es un molino de martillos de alimentación controlada sellada, abertura angosta y alta velocidad que se emplea para gran variedad de materiales no abrasivos, entre cuyas principales aplicaciones están azúcares, negro de humo, compuestos químicos, productos farmacéuticos, plásticos, materias primas de tinturas, colores secos y cosméticos. En la tabla. No. 6 se proporcionan datos sobre varios aspectos de su funcionamiento. Las velocidades, tipos de martillo, dispositivos de alimentación, las variedades de armazones y las perforaciones de las cribas o pantallas pueden alterarse para satisfacer las aplicaciones, en particular, obteniendo con ello finuras y características de molienda que cubren una gran variedad de posibilidades. Algunas de las moliendas llegan a tener una finura del 99.9% con un tamiz de malla 325. El material alimentado debe reducirse casi siempre a 4 cm (1 1/2 in) o más fino. Si el material de alimentación es mayor, quizá se requiera una trituradora auxiliar, de preferencia como unidad independiente, debido a que es difícil sincronizarlos dado que la trituradora se caracteriza por tener capacidades más grandes que el pulverizador. El acoplamiento adecuado se logra mediante una regulación cuidadosa de las velocidades relativas de la trituradora y el tornillo o tornillos de alimentación. En ocasiones se acostumbra emplear un revestimiento reemplazable para la cubierta del bastidor del molino en la forma de multitud de cortes, cuyo objeto es promover el rompimiento directo de las partículas que los martillos rotatorios lanzan contra la pared. Las puntas de los martillos pueden estar provistas de inserciones de carburo de tungsteno para darles mayor resistencia al desgaste, o bien, con puntas de Hastellite. Se puede añadir un alimentador inyector de aire para proyectar las partículas del material directamente frente a las puntas del martillo con el fin de proporcionar un golpe más directo e incrementar con ello la eficiencia del molino. La alimentación húmeda puede cargarse con dosificadores de tornillo o bombas, cuando se trate de molienda por vía húmeda.
fig. No. 15, Molino de martillo Mokro-Pulverizer Existe un sistema de molienda criogénico, para la molienda de materiales resilientes y sensibles al calor. Consiste en un preenfriador y una unidad de alimentación en la que se rocía nitrógeno líquido al material que se va a moler. El material se somete a un tratamiento de quebrado a una temperatura de –200°C antes de la molienda. 31
I.6.2
Molinos Fitz.
Los molinos Fitz (Fitzpatrick Co.) consisten en varias series de molinos de martillos en configuraciones que se adaptan a una gran variedad de aplicaciones para el procesamiento de alimentos. Hay molinos de martillos y criba de alta velocidad con martillos planos para producir impacto, y martillos angostos o cortantes para materiales plásticos o fibrosos resistentes. También se producen molinos giratorios largos de diámetro pequeño para el procesamiento de pastas, así como masticadores dentados de dos ejes. Hay también trozadores y desmenuzadores dentados de un solo rodillo, con cuchillos fijos. La compañía Prater Industries, Inc. fabrica molinos con cribas y martillos angostos de vaivén para semillas oleaginosas y materiales fibrosos. I.6.3
Molinos de martillos con clasificadores de aire internos
El pulverizador lmp (Raymond División, Combustión Engineering Inc.) es un molino de martillos con arrastre o barrido de aire, como se observa en la fig. No. 16. Esta máquina se fabrica en muchos tamaños, en donde el más pequeño tiene una hilera de martillos que requieren 7.5 kW (10 hp), hasta el de mayor tamaño, con seis hileras de martillos y un requisito de potencia de 150 kW (200 hp) para impulsarlos. Las máquinas están equipadas con una tolva, debajo de la cual se tiene un alimentador de estrella, activado por un mecanismo de trinquete y engranaje. En uno de los ejes del extremo del martillo está un ventilador y entre éste y los martillos se encuentra el separador tipo zumbador, que consiste en dos o más aletas delgadas cuyas puntas describen una leve curva para conformarse al bastidor que las contiene. La distancia entre las aletas y la cubierta se regula moviendo el separador tipo zumbador a lo largo del eje. Conforme éste se desplaza hacia los martillos, el producto resultante es más grueso. El producto clasificado pasa por el ventilador y se sopla hasta el recolector de ciclón, de donde se descarga en depósitos o recipientes. El aire retoma al pulverizador, con lo que se completa el ciclo. Es necesario desalojar una cantidad pequeña de aire excedente en dirección hacia un colector final de polvo. Si se tiene un cuidado apropiado durante la alimentación del material y el manejo del producto, se obtendrá un funcionamiento relativamente libre de polvo. Estas unidades Imp son excelentes como dispositivos de secado y se emplean profusamente para llevar a cabo simultáneamente tareas de secado, pulverización y clasificación.
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fig. No. 16, Clasificación por aire con aleta perforada tipo zumbador, en combinación con un molino Raymond Imp. I.7
Pilverizadores.
I.7.1
Mikro-Pulverizers.
Se fabrican en cinco tamaños, como se indica en la tabla No. 6. El tamaño más pequeño es el llamado Bantam, que se emplea profusamente en laboratorios para realizar trabajos de investigación y de tipo piloto. Los resultados se extrapolan y traducen aloque podrá esperarse en unidades de producción de escala completa. tabla. No. 6, Rendimiento de Mikro-Pulverizer.
Tamaño
Diámetro Del rotor, in
Máx. rpm
hp
Bantam 1 2 3 4
5 8 12 18 24
16 000 9 000 6 000 4 600 3 450
¾-1 3-5 7 ½-15 20-40 40-100
I.7.2
Capacidaes prom. en lb/h Azucar 6X Lechada Pigmentos y acuosa de colores arcilla y (secos) grafito 75-100 75-100 70-90 350-550 550 300-500 800-1500 750-1600 800-2000 2000-4500 4800 2500-4500 4000-9000 7000 4500-7000
Pulverizador de doble criba Blue Streak.
El pulverizador de doble criba Blue Streak (Prater Industries, Inc.) se utiliza para moler resinas, sales químicas, desechos de plásticos, productos alimenticios y materiales similares, hasta obtener un polvo granular uniforme con una finura de malla 30 o 40. El material de alimentación entra por extremos opuestos al rotor y pasa por tres etapas de reducción de tamaño por medio de martillos de tamaño descendente. Dos pantallas o cribas perforadas cubren más del 70% del área del tambor por las que pasa el producto para la clasificación final del tamaño.
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I.7.3
Pulverizador Atrita.
El pulverizador Atrita (RileyStoker Corp.) para carbón se presenta en diversos tipos simples dúplex. Las capacidades varían de 3400 a 25 000 kg/h (7500 a 54 000 Ib/h). Esta clase de pulverizador utiliza una serie de martillos oscilantes pivotados a la rueda del rotor, alrededor de la cual se encuentra una rejilla estacionaria, separando una sección de tal modo que el material extraño se expulsa. Después de pasar por esta primera etapa, el carbón se conduce por medio de una cometida de aire hasta la segunda etapa, que consiste en hileras de clavijas fijas y movimiento alternante en donde se efectúa la mayor parte de la pulverización. Al salir de esta etapa, el carbón atraviesa un expeledor de varias aletas en forma de cuchara, sostenidas por el eje principal, en donde las partículas más pesadas se lanzan una vez más al compartimiento de pulverización, permitiendo tan sólo el paso de las partículas más finas que penetran por la entrada del ventilador y son arrastradas hasta el homo. Se puede introducir aire caliente a la máquina para secar el carbón, y una temperatura de 150°C seca al carbón con un 8% de humedad hasta aproximadamente 1%. I.7.4
Pulverizador Aero.
El pulverizador Aero (Foster Wheeler Corp.) se emplea para carbón, alquitrán y coque, arrastrando el material molido directamente hasta el horno. La máquina propiamente dicha se divide en dos o tres cámaras cilindricas de pulverización. El aire primario se admite en el extremo de alimentación del material y entre la última cámara y el ventilador. El eje horizontal tiene discos que sujetan los martillos, y se tiene un grupo en cada cámara. El carbón se pulveriza por impacto y fricción. Los desviadores anulares de diámetros crecientes ubicados entre las cámaras retienen las partículas hasta que se hallan reducidas al tamaño apropiado para después descargarlas a la cámara final en suspensión con la corriente de aire. Se introducen gases calientes para secar el combustible pulverizado. El material refractario, por ejemplo, desechos de hierro, se suprime en la primera cámara de pulverización y se separa por medio de un receptáculo para desechos de hierro. I.7.5
Pulverizador Automatic.
El pulverizador Automatic (Raymond División) es una máquina tipo martillo equipada con un clasificador de aire de muchas paletas que funciona al vacío o del tipo de doble clasificador tipo zumbador. Tiene un eje horizontal en el que van montados uno o más discos con martillos, un alimentador de estrella con mecanismo de trinquete y engrane recibe la materia prima proveniente de un depósito de material y la deja caer en la cámara de pulverización sobre la que está montado el clasificador de aire. El aire entra a la cámara de pulverización por la parte posterior y arrastra el material pulverizado. Las partículas que tienen la finura adecuada se soplan hasta el ciclón, del cual se descargan hacia los depósitos o recipientes, mientras que el material de tamaño excesivo se devuelve al pulverizador a través de la válvula inferior del cono interno. En la puerta de la cámara de pulverización va montado un lanzador o expulsador automático, cuya función consiste en separar el material resistente contenido en la alimentación, como la arena y la grava de la arcilla. Las impurezas del material del tamaño excesivo se acumulan en la cámara de molienda hasta que se recogen por medio de martillos que giran con extrema rapidez y se lanzan por la ranura de la puerta hacia la cámara de expulsión, en donde, finalmente, son rechazadas, haciéndolas pasar por la
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válvula de charnela. El regulador de tiro ubicado en la parte superior de la sección de expulsión se ajusta de tal modo que admite aire de la atmósfera que penetra al pulverizador a través de la ranura en la puerta. En su trayectoria a lo largo de la sección de expulsión, el aire limpia el material rechazado y arrastra las partículas finas nuevamente al interior de la cámara de pulverización. Los componentes rotatorios del molino vertical Raymond están montados en el eje vertical y son el elemento de molienda, el clasificador tipo zumbador doble y el ventilador, que se muestran en la fig. No. 17. La velocidad de la punta de los martillos asciende a 7600 m/min (25 000 ft/min), de modo que resulta muy eficaz para lograr una molienda más fina que el molino Imp, cuya velocidad de punta es 6400 m/min (21 000 ft/min). El molino vertical, tiene también un clasificador más eficiente
fig. No. 17, Molino vertical Raymond. (Raymond Division, Combustión Engineeering Inc.) El doble clasificador tipo zumbador, devuelve las partículas más voluminosas a lo largo de las paredes del molino hasta el elemento de trituración. La corriente de aire arrastra el producto fino haciéndolo pasar por el ventilador y atravesando la abertura de descarga. Las partículas finas se separan de la corriente del aire promedio de un colector de ciclón, conduciéndolas a un recipiente adecuado. El aire que descarga el ciclón retoma a la máquina en cualquier proporción deseada o se conduce a un colector de bolsas de tela.
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Las máquinas se fabrican con rotores cuyos diámetros varían entre 45.7 y 88.9 cm (18 y 35 in), impulsados por motores de 15 y 110 kW (20 y 150 hp), respectivamente. Los molinos más grandes, se conectan directamente a un motor vertical. La velocidad normal del rotor para el molino vertical Raymond de 45.7 cm (18 in) es de 6000 rpm y 3600 rpm para la máquina de 88.9 cm (35 in). El campo de aplicación del molino vertical Raymond, es en la producción de materiales cuyos límites de tamaño van desde 99%, pasando por una malla de 44 μm hasta un 99% menor que 15 μm, dependiendo del estado de agregación del material alimentado. Se puede alcanzar un índice de producción de 227 kg/h (500 Ib/h) con un compuesto químico en una máquina de 45,7 cm (18 in), que consume 13.4 kW (18 hp) cuando el producto es sustancialmente menor a 15 μm. En una operación con talco en una máquina de 88.9 cm (35 in) que necesita 110 kW (150 hp) para su funcionamiento, se obtiene una producción de 320 kg/h (700 Ib/h). Si la producción es de 2250 kg/h (5000 Ib/h), una muestra de producto deja una traza de talco en un tamiz de malla 325. I.7.6
Clasificador-pulverizador Hurricane Bauer.
El clasificador-pulverizador Hurricane Bauer, es un molino de martillos con un clasificador tipo zumbador o aleta perforada montado sobre un eje común. La velocidad de extremo o punta es 6700 m/min (20 000 ft/min). El clasificador es eficaz para tamaños de partícula abajo de 10 μm, y el molino tiene muchas aplicaciones en la industria del asbesto y para la molienda de caolín. Se fabrica en dos tamaños que requieren desde 45 a 93 kW (60 hasta 125 hp).
I.7.8
Mikro-Atomizer.
El Mikro-Atomizer (Mikropul Corporation) es una unidad de clasificación interna por sí sola, como se observa en la fig. No. 18, y posee un eje rotor horizontal sobre el que van montados los martillos, las ruedas del clasificador y las del ventilador. El material se introduce a la unidad por medio de un mecanismo de alimentación por tornillo y entra en contacto con los martillos en forma de T y se divide en dos corrientes que describen un movimiento circular en espiral a cualquiera de los lados de los martillos, conforme se efectúa la molienda entre los martillos de alta velocidad y un revestimiento principal arrugado. El aire se impulsa por la unidad por medio de las aletas del ventilador. El producto fino se transporta a través del clasificador y los ventiladores, pasando por las salidas del producto que convergen casi siempre en un solo conducto y, a partir de ese punto, pasan directamente al filtro separador de polvo o bien a un ciclón o una combinación de ciclón y filtro de bolsa. Los factores que contribuyen a la obtención de partículas del orden más fino son: la más alta velocidad que desarrolla el rotor del clasificador, así como la del ventilador, el hecho de utilizar aspas más largas en la rueda del separador y un menor diámetro en la rueda del ventilador, y se emplean diversas combinaciones de dichos factores para obtener variaciones en los resultados.
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fig. No. 18, Principio de operación del Mikro-Atomizers. [Ind. Eng. Chem., 38, 672(1946).] Los Mikro-Atomizers se fabrican en tres tamaños, y en la tabla. No. 7 se especifican sus características. Las dimensiones del material de alimentación se limitan a 1.9 cm (μ4 in) y menores. En la tabla No. 8 se señalan los resultados de funcionamiento del Mikro-Atomizer No. 6 para varios productos; en otros tamaños se obtienen finuras similares. El Mikro-Atomizer se emplea también para moler cacao con un contenido de manteca de cacao que va del 12 a 23%, pero que requiere refrigeración cuando se trata de obtener un producto que pase en un 99.5% por una malla 100 y 97.5% por una malla 200. tabla. No. 7, Características de operación de Mikro-Atomizer No. De maquina 5 6 8
Diám. Del rotor, in 8 12 24
Máx. rpm del rotor 14 000 7 000 3 450
Capacidad relativa 1 4 18
hp 5 20 75
tabla. No. 8, Rendimiento del Mikro-Atomizer No. 6 Material Azucar Cloruro de polivinilo Carbonato de calcio Carbonato de níquel Óxido de plomo Colores secos
Tamaño de partícula, m Prom. Máx 19 40 10-12 20-30 5 25 2.5-5 10-20 2 5 4 15
Velocidad de producción, lb/h 500 125 600 300-650 1250 500
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I.7.9
Pulverizador Mikro-ACM.
El pulverizador Mikro-ACM (fig. No. 19) es un molino de clavijas en donde el material alimentado se hace pasar por clavijas rotatorias y se recircula a través de un clasificador de aspas adyacente. El material que se va a moler se introduce a una tolva por medio de un mecanismo de alimentación de tomillo hasta el rotor de clavijas, en donde se produce el rompimiento del material. Las partículas se arrastran mediante una corriente de aire que penetra por debajo del rotor de clavija y ascienden entre la pared interna y el anillo de cubierta con desviadores que reducen el remolino del aire. A continuación las partículas se desvían hacia el interior por medio de un anillo dispersor de aire hacia un clasificador de rotor de aspas. El rotor se impulsa por separado mediante un control de velocidades que se ajusta independientemente de la velocidad del rotor de clavijas. Las partículas aceptables pasan hacia arriba por la abertura de descarga y se recogen en un colector. Las partículas de tamaño excesivo se arrastran hacia abajo debido a la corriente de aire que circula en el interior y se devuelven al rotor de clavijas para su reducción subsecuente. El flujo constante de aire a través del ACM mantiene una temperatura razonablemente baja que hace que sea una maquinaria ideal para manejar materiales sensibles al calor. En la tabla. No. 9 se dan las capacidades típicas. Este molino se construye en cuatro tamaños: del modelo 10 al modelo 60.
fig. No. 19, Corte transversal del pulverizador Mikro-ACM, ilustrando el flujo de aire y material. (Pulverizing Machinery Co.)
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tabla. No. 9, Resultado de ensayos en el Mikro Pulverizar ACM Modelo 10 Material Fosfato de amonio
Apatita Calcita Material de tintura (negro) Goma Grafito Sulfato de potasio Resinas Resinas (termofijas) Resinas (ultrarresistentes) Goma laca
Finura 98.8% pasa por malla 200 86.7% pasa por malla 350 63.6% pasa por malla 350 25 m máx. menor que 10 m prom. 25 m máx. menor que 5 m prom. 9 m máx. menor que 2 m prom. 95.9% pasa por malla 200 34.8% pasa por malla 200 99.82% pasa por malla 300 92.8% pasa por malla 350 80.6% pasa por malla 350 25 m máx. menor que 10 m prom. 15 m máx. menor que 2-4 m prom. 97.6% pasa por malla 300 99.1% pasa por malla 200
Salida lb/h 665 665 862 67 210 360 32 68.5 110 685 1 070 140 52 29.5 77.5
I.7.10 Pulvocron (Strong Scott Mfg. Co.). El Pulvocron (Strong Scott Mfg. Co.), emplea una o más placas batidoras en cuya periferia van sujetos martillos rígidos de metal duro. Se impulsa dentro de una carcasa con espacios libres de apenas unas cuantas fracciones de pulgada, cuya periferia se corta casi siempre en forma de Ver (fig. No. 20). El anillo de molienda se enfría con líquido que está en contacto directo con su periferia y el material alimentado entra alrededor del eje propulsor y el desmoronamiento inicial se realiza mediante las placas quebrantadoras del primer disco. Luego sigue una trayectoria perimetral con un componente axial hasta llegar a la cámara de clasificación, en donde se tiene un rotor con aletas que se impulsa y controla de manera independiente. El volumen de aire arrastra las partículas finas hacia el interior a una abertura de descarga axial, mientras que las partículas más gruesas se mantienen en el exterior gracias a la fuerza centrífuga. Éstas se descargan en la línea de retomo de los desechos, junto con parte del aire y vuelven a la zona de baja presión cerca del eje de la entrada. En la tabla. No. 10 se especifican los datos de rendimiento de este molino.
fig. No. 20, El Pulvocron. (Strong Scout Mfg. Co.)
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tabla. No. 10, Rendimiento del Pulvocron de 20 in Material Sacarosa Cloruro de sodio Urea formaldehído y compuestos de melamina para moldeado Paraformaldehído Caseína Harina de maíz Escamas de soya Esteroles Lactosa Alúmina hidratada Canela
Análisis de partículas, en peso 97.5% menos malla 325 99.4% menos malla 100 99.95% menos malla 325
99.2% menos malla 80 99.7% menos malla 325 99% menos malla 80 88% meno malla 200 95% menos malla 200 100% menos 5 98.5% menos malla 200 99% menos malla 325 99.7% menos malla 60
Capacidad, lb/h 1800 3600 160
1600 1300 560 800 2000 700 1200 700 1000
hp 60 50 45
45 40 50 35 60 60 40 30 50
I.7.11 El pulverizador B & W Tipo E. Consiste en una sola hilera de bolas que funcionan entre un anillo rotatorio en la base y otro estacionario en la parte superior (fig. No.21). Cuenta con resortes de ajuste externo que aplican presión al anillo superior para conferirle la carga necesaria con el fin de lograr un pulverizador adecuado. Cuando está operando en húmedo, el carbón mojado se admite dentro de la hilera de bolas y se alimenta a través de los elementos de molienda por medio de la fuerza centrífuga. El pulverizador Tipo E es particularmente apropiado para la ignición directa de hornos rotatorios e industriales, en los que se requiere un control riguroso de la temperatura y son esenciales periodos prolongados de operación continua. Se construye en 17 tamaños con capacidades que ascienden a 12.6 Mg/h (14 ton/h) o más.
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fig. No.21, Pulverizador B & W, Tipo E. (Badcock & Wilcox Co.) I.7.12 Pulverizador Bradley. Los molinos neumáticos Hércules de Bradley (del tipo de barrido por aire) de la Bradley Pulverizer Co., son molinos de pulverización centrífugos del tipo anillo-rodillo, que pueden ajustarse con "dos o tres rodillos. Este equipo es adecuado para la pulverización de muchos materiales que originan un producto tan grueso como 98% en malla menos 20 hasta una finura de 99.5% en malla menos 325. Esta finura del producto se obtiene con un solo peso del material por el molino. El tamaño del producto pulverizado puede variar ajustando el selector de finura, montado en la parte superior del molino. El intervalo de capacidades de este equipo de molienda es de 225 kg/h (500 Ib/h) a 45 Mg/h (50 ton/h). I.7.13 Pulverizador MBF. El pulverizador MBF (Foster Wheeler Corp.), para molienda de carbón, también cuenta con tres rodillos de molienda unidos por pivotes al depósito de molienda. Estos pulverizadores se utilizan comúnmente en la industria de servicios y las capacidades disponibles son hasta de 80 Mg/h (90 ton/h).
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I.8
Desintegradores
I.8.1
Desintegrador.
Consta de un rotor que gira dentro de un receptáculo con una pantalla o criba de 360°C, cubriendo todo su contorno. El eje rotatorio es casi siempre vertical y el rotor incluye varios martillos diseñados para girar, con separaciones más o menos pequeñas en comparación con el interior de la criba cilíndrica que encierra la cámara de desintegración. Por lo común, los martillos están rígidamente fijos en el eje, colocados en orificios, sujetos con pasadores o bien soldados; pero cuando es conveniente, se utilizan martillos de vaivén. I.8.2
Desintegradores Rietz.
Los desintegradores Rietz, (Fig. No. 22) se encuentran en tres tipos. Los desintegradores en línea (serie RI) se diseñan para instalarlos en la línea de producción y su función no impide el flujo del proceso. Su aplicación primaria es en el mezclado, desmoronamiento y disolución de fluidos, suspensiones y pastas y la molienda y separación de sólidos muy fibrosos.
fig. No. 22, Desintegrador Rietz I.8.3
Desintegradores en ángulo.
Los desintegradores en ángulo (serie RA y RP) se utilizan para el procesamiento fino de productos alimenticios y para la dispersión y homogenización fina en las industrias alimenticia y química. Los desintegradores verticales (serie RD) se utilizan para la pulverización en seco, molienda en fase húmeda para producir suspensiones o pastas, fragmentación, desfibrilación y procesamiento de frutas y verduras suaves para la obtención de pulpas finas. 42
I.8.4
Datos técnicos de desintegradores en Rietz.
Los desintegradores Rietz cuentan normalmente con diámetros de rotor que van de 10 a 60 cm (4 a 24 in), con velocidades de rotación que producen velocidades en la punta de los martillos que varían de 300 a 6700 m/min (1000 a 22000 ft/min) y potencialmente entre 0.4 a 150 kW (μ2 a 200 hp). Sin embargo, existen también velocidades superiores y potencias de mayor nivel. Se tienen modelos de varios materiales de construcción, así como modelos sumamente sanitarios, de fácil limpieza o para trabajos industriales pesados . I.8.5
Molinos Turbo-Pulverizers y Turbo.
Los molinos Turbo-Pulverizers y Turbo (Pallmann Pulverizer Co.) combinan la acción de los molinos de martillos y de fricción, y tienen una aplicación especial en la molienda de materiales plásticos que se suavizarían en las condiciones cálidas de los molinos de alta energía. I.9
Molinos de clavijas.
En contraste con los martillos periféricos de tipo rígido u oscilante, se tiene una clase de molinos de alta velocidad que cuentan con quebrantadores de clavijas, dentro del circuito de molienda. Estos pueden estar sobre un rotor cor- clavijas de estator entre hileras circulantes de clavijas que van sobre el disco del rotor, o bien, están montados en rotores que funcionan en direcciones opuestas, asegurando con ello un mayor diferencial de velocidad. Véase también el pulverizador Mikro-ACM que se describe más adelante. I.10
Molinos de impacto.
I.10.1 Molinos Kollopex. Los molinos Kollopex (AlpineAmerican Corp.) son molinos de impacto de alta velocidad con un disco estacionario y uno sin perno rotatorio. Los molinos se operan sin un cedazo y por lo mismo pueden usarse con materiales que tienden a bloquear otros sistemas (véase fig. No. 23). La cámara amplia Contraplex es un molino similar, donde los dos discos son giratorios. Este equipo es adecuado para la molienda de materiales que tienden a formar depósitos o precipitados y para productos grasosos sensibles a la temperatura. Estos molinos se emplean en la molienda de alimentos, pesticidas, pigmentos y minerales suaves; molienda húmeda de suspensiones de PVC y la trituración de semillas de cacao, entre otros. Existe disponible el modelo de laboratorio.
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fig. No. 23, Molino Alpine Kolloplex. (Alpine American Corp.) I.10.2 Molinos de impacto Entoleter. Los molinos de impacto Entoleter (Entoleter, Inc.) son máquinas de eje vertical en las que el material de alimentación, al llegar al eje, es obligado a moverse en forma rotatoria y se lanza hacia el exterior a partir del rotor, para chocar contra un anillo externo. Se ha encontrado que las estructuras de clavijas son eficaces y, en éstas, las clavijas que van sobre el rotor realizan la tarea primaria de ruptura, mientras que el anillo externo de clavijas realiza la reducción subsecuente. Se dispone de una gama amplia de velocidades, en donde las más altas son para pulverizaciones finas. Estos molinos trituran una gran variedad de sustancias de flujo libre o semilibre, hasta llegar a tamaños controlados predeterminados. Entre éstos están los plásticos, hule, asbesto a fibra, granos y harina, carbón, arcillas, escorias y sales. En algunos casos se requiere la clasificación externa del material para devolver el de tamaño excesivo una vez más al molino. Los materiales plásticos se fragilizan por medio de nitrógeno líquido u otros refrigerantes apropiados para reducir su elasticidad. Para las velocidades más elevadas, las clavijas del estator se montan sobre un anillo que se mueve en sentido inverso al del rotor central. Los molinos se caracterizan por una potencia baja, calentamiento reducido y gran capacidad. I.11
Molinos de anillo y rodillo.
Los molinos de anillo y rodillo (fig. No. 24) vienen equipados con rodillos que operan en contra de anillos de molienda. La molienda se efectúa entre las superficies de los elementos de trituración, es decir entre el anillo y los rodillos. La presión se aplica por medio de fuertes resortes o a través de la fuerza centrífuga que ejercen los rodillos sobre el anillo. Puede hacerse que el anillo o los rodillos sean estacionarios, o que el primero esté en posición vertical u horizontal. Este tipo de molinos se denomina también de anillo y rollo, de rodillos o de velocidad intermedia. Los molinos de bola y anillo y los de taza o tazón son del tipo de anillos y rodillo. Es preciso hacer una distinción entre los molinos de anillo y rodillo y los de rodillo. Los molinos de rodillo se emplean en la industria de las pinturas y se describen en la subsección "Molinos de frotamiento por discos", y los molinos de rodillo para harina se describen en la subsección "Cereales y otros productos vegetales".
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fig. No. 24, Molino Raymond de lado alto con clasificador Whizzer interno. I.11.1 Molinos de anillo y rodillo sin clasificación interna. El molino Sturtevant tiene un anillo cóncavo vertical de molienda y se utiliza para materiales no metálicos, particularmente la roca fosfórica. Un molino No. 1 con clasificador exterior de aire muele de 1.8 a 3.6 Mg/h (2 a 4 ton/h) de piedra caliza o roca fosfórica al 90% que atraviesa una malla No. 80. El molino Kent Maxecon se emplea para bauxita, coque, piedra caliza, magnesita y roca fosfórica. El anillo giratorio de molienda tiene un eje horizontal y el material alimentado cae sucesivamente a través de varias muescas o cortaduras. La construcción abierta reduce al mínimo la contaminación al cambiar de un material a otro. La capacidad en circuito cerrado con criba externa o clasificador de aire es de 3.6 Mg/h (4 ton/h) de roca fosfórica para acidulación o 9.1 Mg/h (10 ton/h) de piedra caliza para usos agrícolas. I.11.2 Molinos de anillo y rodillo con clasificación interna por tamices. La acción de molienda del molino Hércules (Bradley Pulverizer Co.) consiste en que los tres rodillos se encuentran girando alrededor y contra de un troquel para crear una presión de molienda de aproximadamente 100 MPa (15 000 Ibf/in2 ). Esto puede 45
producir una piedra caliza o roca fosfórica en un tamaño de malla menos 20, cuando la alimentación es de menos 5 cm (-2 in). El material se descarga de la cámara de molienda a través de una criba. La capacidad de este equipo es relativamente alta y llega a tener valores entre 23 y 45 Mg/h (25 a 50 ton/h) de piedra caliza seca de dureza promedio. Es posible alcanzar otros tamaños de producto cambiando la abertura de la criba o tamiz. I.11.3 Molinos de anillo y rodillo con clasificación interna por aire. Los pulverizadores Babcock & Wilcox, Tipo B, serie 100, constan de una sola hilera de bolas que operan entre un anillo inferior estacionario y un anillo superior giratorio. Los Tipos B, series 200 y 300, están diseñados con varias hileras de bolas para asegurar una máxima capacidad en el espacio ocupado. El pulverizador serie 200 tiene dos hileras de bolas, una sobre la otra. El anillo superior y el inferior son estacionarios y cuentan con un anillo intermedio que es el que gira. Se tienen resortes externamente ajustables que son los que cargan los elementos de molienda a la presión requerida. Los pulverizadores de la serie 300 incluyen una tercera hilera de bolas para incrementar más aún la capacidad factible. I.11.4 Molino de anillo y rodillo Raymond. El molino de anillo y rodillo Raymond (fig. No. 24) es del tipo de clasificación interna por aire. La base del molino cuenta con un anillo de molienda que está rígidamente fijo a ella y descansa en el plano horizontal. Debajo del anillo de molienda están las aberturas tangenciales de aire por las que éste penetra a la cámara de molienda. Cuenta además con un eje vertical impulsado desde la parte inferior que sujeta los muñones de rodillo. Los rodillos de la base giran sobre sus propios cojinetes, al mismo tiempo que se desplazan en torno al anillo. La fuerza centrífuga obliga a los rodillos pivotantes a oprimirse contra el anillo. La materia prima proveniente del alimentador cae entre los rodillos y el anillo, en donde es triturado. Tanto el movimiento centrí fugo del aire como el de la reja mueven el material grueso hacia la línea de presión. El aire arrastra los finos y los transporta hacia arriba, partiendo de la zona de molienda, haciendo cierta clasificación en este punto. También se monta un clasificador de aire por encima de la zona de molienda para regresar el material de tamaño excesivo. El método de clasificación utilizado con los molinos Raymond depende de la finura deseada. Si se necesita un producto de finura intermedia (hasta de 85 o 90% a través de una malla No. 100), se emplea un clasificador de aire de un solo cono, que consiste en una cubierta que rodea a los elementos de molienda y tiene una salida en la parte superior por la que se descarga el producto terminado, lo que se conoce como molino de lado bajo. En el caso de productos más finos y cuando se requieren cambios frecuentes en la finura, se utiliza el clasificador tipo Whizzer. Este tipo de molino es conocido como molino de lado alto (fig. No. 24). I.11.5 Molino Raymond de anillo y rodillo con clasificación interna por aire. El molino Raymond de anillo y rodillo con clasificación interna por aire se emplea para la molienda de finos en grandes capacidades de casi todos los minerales metálicos más suaves. Los materiales con una dureza de la escala de Mohs hasta 5, inclusive, se manejan económicamente en estas unidades. Los materiales naturales
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usuales que se tratan incluyen baritas, bauxita, arcilla, yeso, magnesita, roca fosfórica, pigmentos de óxido de hierro, azufre, talco, grafito y una multitud de materiales similares. Muchos de los pigmentos elaboradores y gran variedad de compuestos químicos se pulverizan a finuras extraordinarias en este tipo de unidades. Entre estos materiales se incluyen fosfato de calcio, fosfato de sodio, insecticidas orgánicos, almidón de maíz pulverizado y muchos otros materiales similares. Cuando estos molinos funcionan en forma adecuada en succión, son completamente automáticos y quedan libres de polvo. Se fabrican en seis tamaños básicos con potencias conectadas que van de 28 a 500 kW (40 a 700 hp) y las capacidades varían de 0.5 a 450 Mg/h (0.5 a 50 ton/h) dependiendo de la naturaleza del material y la finura exacta de la molienda. I.11.6 Molino de anillo y rodillo Williams. El molino de anillo y rodillo Williams (Williams Palent Crusher & Pulverizer Co.) se puede adquirir con un clasificador interno del tipo de aletas rotatorias (el clasificador Spinner de aire), o bien con un clasificador de doble cono. I.12
Molinos de taza.
En el molino de taza Raymond, los muñones que sujetan los rodillos de molienda son estacionarios en tanto que el anillo de molienda es el que gira. La presión de molienda se produce por medio de resortes que se ajustan para conferir la presión necesaria, y la distancia entre los rodillos y el anillo se ajusta a cualquier abertura predeterminada. Los rodillos no tocan el anillo, de manera que no existe ningún contacto de metal a metal entre las superficies de molienda. La materia prima proveniente del alimentador cae dentro de la taza o tazón en donde, debido a la fuerza centrífuga de rotación, se ve forzada a concentrarse en la periferia entre el anillo y los rodillos, en donde se pulveriza. La acción de los rodillos ahusados sobre el ángulo del anillo hace que el material pulverizado ascienda y salga de la cámara de molienda. El aire con el material pulverizado pasa a un clasificador tipo doble cono, en donde el producto fino se separa y las partículas de mayor tamaño caen nuevamente a la taza donde se mezclan con la materia prima recién recibida. Este molino se diseñó especialmente para pulverizar carbón para el encendido directo de calderas. Asimismo, su uso se ha difundido mucho para el encendido de hornos industriales de diversos tipos. Los desechos de hierro y otros materiales duros extraños se expulsan por lo general del molino en forma automática a través de una boquilla. I.13
Molinos de frotamiento por discos.
El molino de discos o fricción es un equivalente moderno de los antiguos molinos de piedra. Las piedras se sustituyen por discos de acero en los que se montan placas de molienda intercambiables ya sea metálicas o abrasivas, que giran a velocidades mucho mayores, permitiendo con ello una gama más amplia de aplicaciones. Estas máquinas tienen un lugar especial en la molienda de materiales orgánicos resistentes, como la pulpa de madera y granos de maíz. La molienda se lleva a cabo entre las placas que pueden operar en plano vertical u horizontal; uno o los dos discos giran y, cuando los dos lo hacen, la rotación se efectúa en direcciones opuestas. El conjunto, que comprende un eje, los discos y las placas de trituración, se denomina impulsor. El material de alimentación entra por un canal cerca del eje, pasa entre las placas de molienda y se descarga en la periferia de los discos. Las placas de molienda se
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sujetan a los discos por medio de pernos y la distancia entre ellas es ajustable. I.13.1 Molino de fricción. El molino de fricción Sprout-WaIdron (fig. No. 25) se produce en modelos de uno o dos impulsores con discos de 48 a 122 cm (12 a 48 in) de diámetro y cuyas potencias ascienden a 1100 kW (1500 hp). El uso de una variedad de placas y construcciones de cubierta hace que estas unidades tengan aplicaciones de lo más variado, yendo de granulación a pulverización y desmenuzamiento. El modelo de un solo impulsor con placas, que cuenta con hileras circulares concéntricas de dientes realzados en la malla de la placa giratoria, oponiéndose a los que se encuentran en la placa estacionaria, actúa de una manera muy semejante al molino de martillos, y los dientes actúan como los martillos fijos, sirviendo para aplicaciones de la índole antes citada.
fig. No. 25, Molino de frotamiento de doble impulsor. (Sprout, Waldron Companies.) I.13.2 Molino de dos discos. Los molinos de dos discos (Bauer Bros. Co.), se emplean para la molienda de sustancias fibrosas y no fibrosas, el esponjado de materiales fibrosos, el mezclado intensivo de polvos finos y la hidratación de materiales celulares. Se fabrican en tres tamaños con diámetros de disco que van de 61 a 91 cm (24 a 36 in) y potencias de 37 a 150 kW (50 a 200 hp). En general, los molinos de un solo impulsor se usan para los mismos fines que los de dos impulsores, excepto que reciben una materia prima más gruesa, su gama de reducción para un material dado es más limitada y ofrecen, correspondientemente, salidas superiores con un gasto menor de potencia. Además, hay varias aplicaciones singulares que caracterizan a estas unidades, por ejemplo, el esponjamiento o mullido de la pulpa en hojas proveniente de rodillos continuos para las que los medios de entrada al molino de doble impulsor no son apropiados. Se puede utilizar la misma variedad de tipos de placas en los molinos de uno o dos impulsores. Aunque las placas de dientes cortantes se utilizan en ciertas aplicaciones para simular la acción del molino de martillo, en general se aplican casi siempre a tareas especializadas de rompimiento, desgarramiento o quebrantamiento controlado, como sucede al descascarar la materia prima. Los datos de rendimiento incluidos en la tabla. No. 11 ejemplifican las aplicaciones del molino de frotamiento. 48
tabla. No. 11, Rendimiento de los molinos de frotamiento por discos Material Celulosa alcalina Asbesto Bagazo Recortes de bronce Cera de Carnauba Residuos de hierro fundido Virutas de hierro fundido Cáscaras de coco
Mazorcas de maíz Aceite de semilla de algodón y disolvente
Detalles de reducción de Unidad tamaño Desfibrado por frotación B Mullido y desfibrado C Desfibrado B De 1/8 in a tamiz No. 100 A D De tamiz No. 4 a 65% tamiz No. 60 A De ¼ in a tamiz No.100 E De ¼ in a tamiz No. 100 B De 2 x 2 x ¼ in a tamiz 5/100 D De tamiz 5/100 a 43% tamiz No. 200 F De 1 in a tamiz No. 10 B Separación de aceites de productos de tamiz 10/200
Capacidad, lb/h 4 860 2 500 1 826 50 1 800
hp
100 500 1 560
10 50 17
337
20
1 500 2 400
150 30
5 50 5 10 20
Mica
De 4x4x¼ in a tamiz 3/60 De 80/60 a 75% tamiz 60/200
B D
2 800 510
6 7.5
Tortas de semillas oleaginosas (hidráulica)
De ½ in a tamiz No. 16
F
15 000
100
Residuos de semillas oleaginosas(prensa de tornillo)
De 1 in a tamiz No. 16
F
25 000
100
Residuos de semillas oleaginosas (disolvente) Trapos
De ¼ in a tamiz No. 16
F
35 000
100
Desfibrado para materia prima del papel Desfibrado De tamiz 35/200 a tamiz 80/325 Mullido para la acetilación De tamiz 10/50 a 35% tamiz No. 100 De 4 in máx a 45% tamiz No. 100
B
1 440
11
B B
820 11 880
10 10
C D
1 500 130
50 15
B
7 200
15
Ramio Sulfato de sodio Lamina de pulpa de sulfito Polvo de madera Resina de madera
A-Molino de 8 in de un solo impulsor B-Molino de 24 in de un solo impulsor C-Molino de 36 in de un solo impulsor
D-Molino de 20 in de dos impulsores E-Molino de 24 in de dos impulsores F-Molino de 36 in de dos impulsores
49
I.13.3 Trituradora Frigidisc. La trituradora Frigidisc (Young Machinery Co.), es un molino del tipo de fricción por discos de un solo impulsor y de fabricación resistente que se construyó para ser empleada en la industria de la recuperación del hule. Este molino es apropiado para materiales que deben molerse con un mínimo de aumento de temperatura, por ejemplo, a la reutilización de desechos de llantas, caucho sintético y otros materiales de naturaleza dura y elástica. Los dos discos de molienda, uno estacionario y otro móvil, se enfrían por medio de un líquido circulante para poder ejercer en ellos una presión elevada. I.13.4 Molinos de piedra o muelas de asperón. Los molinos de piedra o muelas de asperón, son del tipo de fricción que cuenta con piedras duras circulares que sirven como medios de trituración, y son en general muelas francesas, estadounidenses o tipo Esopo, aunque también se utilizan combinaciones de piedras de esmeril, muelas francesas y Esopo, o polvo de piedra y rocas esmeriles. Los molinos de piedras se siguen utilizando para la molienda de ciertos cereales y granos. El material de alimentación entra al molino a través de un hueco central de una de las piedras y se distribuye entre las caras de éstas en donde se va triturando al mismo tiempo que se desplaza hacia la periferia. I.13.5 Molinos de piedra o de muelas para "molienda de pintura". Los molinos de piedra o de muelas para "molienda de pintura", se han visto sustituidos por el molino de rodillos (fig. No. 26). Estos últimos constan de dos a cinco rodillos lisos, llamados a veces rollos, que funcionan a velocidades diferenciales. Se acostumbra alimentar una pasta entre los dos primeros, que son de velocidad baja, y se descarga después del último rodillo, de alta velocidad, por medio de una hoja raspadora. La pasta pasa de la superficie de un rodillo a la del siguiente debido a la velocidad diferencial que aplica también un esfuerzo cortante a la película del material que pasa por ellos. La técnica del molino de rodillos y su funcionamiento fueron estudiados por Hummel [J. Oil Colour ChemAssoc., 270-277 (junio, 1950)] y Krekel [Chem. Ing. Tech., 38(3), 229 (1966)] hizo una exposición del desmenuzamiento de conglomerados en este tipo de molino.
fig. No. 26, Molino de rodillos para la molienda de pintura.
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I.14
Molinos de dispersiones y coloides.
La situación de la molienda cambia cuando, en vez de desmenuzar partículas individuales, es preciso romper grumos o conglomerados unidos por fuerzas más o menos leves. Por ejemplo, está la reducción de pigmentos para incorporarlos a vehículos líquidos en la elaboración de pinturas. Otras estructuras comparativamente débiles pueden reducirse de esta misma manera. Los purés, las pastas alimenticias, las pulpas y sustancias de esta índole se procesan en este tipo de molino. La dispersión se asocia también con la formación de emulsiones que son básicamente sistemas de dos fluidos. Las mieles, salsas, leche, ungüentos, cremas, lociones, asfalto y las emulsiones de pintura y agua pertenecen a esta categoría. Hay una clase especial de molinos que se utiliza para operaciones de dispersión y de tipo coloidal, y operan basándose en el principio de esfuerzo cortante del fluido a alta velocidad. Aunque son una clase especial de trituradoras, no realizan en realidad un trabajo de molienda propiamente dicho, y su función consiste en separar los conglomerados o bien, en el caso de las emulsiones, cortar las fases de los fluidos a fin de producir gotitas dispersas de tamaño diminuto, del orden de 1 μm. Un análisis matemático realizado basándose en el funcionamiento de Kady y otros molinos de coloides, coincide perfectamente bien con los resultados experimentales [Turner y McCarfhy, Am. fnst. Chem. Eng. J., 12(4), 784 (1966)]. Zimmerman y Lavine [CostEng., 12(1), 4-8 (1967)] describieron varios modelos del molino Kady citando tanto sus capacidades como sus costos. Los requisitos de energía difieren tanto entre los materiales de que se trate, que con frecuencia se emplean otros dispositivos para alcanzar el mismo fin. Entre éstos están los agitadores de alta velocidad, las mezcladoras de turbina, los molinos de piedras, los vibratorios, así como las muelas o piedras de molino, discos, martillos y rodillos. En algunos casos se han utilizado dispositivos sónicos y se han obtenido buenos resultados. I.14.1 Molinos de coloides para dispersión y emulsificación. Los molinos de coloides que se utilizan para la dispersión o la emulsificación, se clasifican en cuatro grupos principales: de martillos o turbina, discos de superficie lisa, discos de superficie rugosa o áspera y los dispositivos de válvula u orificio. El principio de su funcionamiento es crear una corriente de fluido de alta velocidad en la que se ejerzan fuerzas cortantes extraordinarias dentro del fluido, que sirven para dividir las partículas. A menudo se recurre al uso de auxiliares químicos en forma de agentes de dispersión, que son de gran utilidad. La concentración de energía en los molinos de esta clase es alta, y se tiene una cantidad considerable de calentamiento, efecto que se reduce casi siempre mediante el uso de una chaqueta o cubierta enfriada por agua. En otros casos, como sucede cuando las emulsiones se calientan, la cubierta sirve para efectuar dicho calentamiento.
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I.14.2 Molino Morehouse. El molino Morehouse (Morehouse Industries, Inc.), es del tipo de disco de alta velocidad (fig. No. 27). La fase no dispersa se alimenta en la parte superior y atraviesa por los discos convergentes, en donde se lanza hacia el exterior en dirección de la periferia. Conforme las partículas de mayor tamaño se dividen y la dispersión se hace más fina, la corriente se somete a una energía mayor aún entre la zona más angosta del espaciamiento del disco para completar la desintegración y asegurar la inexistencia esencial de partículas de gran tamaño.
fig. No. 27, Molino de coloides modelo M. (Morehouse Industries, Inc.) I.14.3 Molino Premier. En el molino Premier (Premier Mili Corp.), el rotor tiene la forma de un cono truncado. Las superficies son lisas y se pueden hacer ajustes del espacio libre desde 25 μm (0.001 in) hasta dimensiones mayores. El molino tiene una chaqueta cubierta para regular la temperatura y se encuentran en construcciones de tipo líquido y conexión directa con rotores de 15 a 38 cm (6 a 15 in). Estos molinos operan a 3600 rpm con capacidades que ascienden a 5.7 m /h (1500 gal/h), y potencias hasta de 75 kW (100 hp). Las partes móviles se fabrican con la aleación In-var, que no se expande lo suficiente para cambiar la abertura de molienda si se produce un calentamiento excesivo. El rotor se recubre con Stellite o carburo de silicio para asegurar una mayor resistencia al desgaste. Para operaciones en plantas piloto, el molino Premier se produce con rotores de 7.5 y 10 cm (3 a 4 in). Esos molinos tienen transmisión de banda y funcionan entre 7200 y 17 000 rpm con capacidades de 0.02 a 0.6 m3 /h (5 a 150 gal/h). I.14.4 Molino Charlotte. El molino Charlotte (ChemiolloidCorp.) se basa también en la rotación a alta velocidad, en donde el fluido corre entre un rotor cónico ranurado o estriado y un estator cónico correspondiente que va también ranurado. El espacio libre entre ambos se regula por medio de un dispositivo de ajuste calibrado que se maneja desde el exterior. 52
Las corrientes en remolino que se forman en las ranuras someten al producto tanto a un esfuerzo cortante hidráulico como de impacto. Todos los modelos funcionan a 3600 rpm y se producen en los siguientes tamaños (Ver tabla No. 12): tabla. No. 12, Potencias y capacidades del Molino Charlotte. Potencia kW 2 5 15 37 56 93
Capacidad hp 3 7 20 50 75 125
I/min 1.3-3.2 3.2-6.3 6.3-25 25-63 63-315 190-440
gal/h 20-50 50-100 100-400 400-1000 1000-5000 3000-7000
I.14.5 Molino modelo W-10. El modelo W-10 de laboratorio funciona a 0.75 kW (1 hp) y tiene una capacidad de 4 a 190 L/h (1 a 50 gal/h). Estos molinos se producen con varios materiales, incluyendo acero inoxidable, níquel, monel, bronce y hierro colado. Hay un modelo ND especial diseñado para la elaboración de mayonesa y aceites para ensalada. También hay modelos sanitarios para el procesamiento de materias alimenticias. El dispersor-homogeneizador. Tri-Homo. Tiene una cabeza de estator y un rotor de alta velocidad para el que se dispone de varios diseños de ranuras, así como los tipos liso y abrasivo. I.14.6 Molino Gaulin. El molino Gaulin para coloides, tiene un rotor liso en forma de disco. El material de alimentación se lanza inicialmente hacia afuera a lo largo del disco y luego en tomo al borde y hacia adentro, generando una acción de dos etapas. EÍ ajuste de la abertura en el rotor y la cubierta puede reducirse a magnitudes del orden de 25 µm (0.001 in). El rotor se fabrica de acero inoxidable y funciona a 3600 rpm y este molino tiene una chaqueta para controlar la temperatura. I.14.7 Molino Manton-Gaulin. El molino Manton-Gaulin, utiliza una válvula y un impactor. En este dispositivo, la suspensión gruesa se bombea por un orificio angosto para aumentar su velocidad a niveles cercanos a la sónica. Esto produce fuerzas cortantes poderosas que reciben un mayor impulso conforme la corriente de alta velocidad choca contra un anillo de impacto en donde cambia de dirección. Esta operación finaliza mediante un alto orden de turbulencia que se convierte en trabajo de dispersión.
53
I.15
Molinos hidráulicos o de chorro.
Los molinos hidráulicos se clasifican según la naturaleza de la acción de molienda que desempeñan. En una de sus clases, la energía del fluido se obtiene en corrientes finas de alta velocidad con cierto ángulo en tomo a una porción, o en toda la periferia de una cámara trituradora y clasificadora. En este grupo están el Micronizer, el pulverizador de chorro, el Reductionizer, el Jet-0-Mizer, y algunos otros de estructura similar. En la otra clase, corrientes del fluido arrastran las partículas a alta velocidad hacia una cámara en donde se tienen dos corrientes que chocan entre sí. Los molinos Donaldson y algunos otros pertenecen a esta categoría. Ya sea que las partículas sean conducidas por el chorro o se intercepten con chorros en ángulo mientras se desplazan alrededor de la cámara de molienda y clasificación, se registra gran liberación de energía y se obtiene un alto orden de turbulencia que hace que éstas se desmenucen entre sí y se subdividan. No todas las partículas se muelen por completo, de manera que es necesario llevar a cabo una operación de clasificación para devolver las de mayor tamaño a fin de realizar una reducción subsecuente. La mayor parte de estos molinos emplean la energía de la corriente de fluido en movimiento para efectuar una clasificación centrífuga. El molino Donaldson difiere en que utiliza un clasificador mecánico de aire. I.15.1 Molino Micronizer. El Micronizer (Sturtevant Mili Co.) consta de una cámara de molienda circular de poca profundidad en donde el material que se va a pulverizar se somete a la acción de varios chorros de fluidos gaseosos que salen de orificios espaciados en torno a la periferia de la cámara, como se observa en la fig. No. 28. El gas rotatorio debe descargarse en el centro, arrastrando con él los finos, en tanto que las partículas de mayor tamaño se lanzan hacia la pared en donde se someten a una reducción posterior por impacto de las partículas contenidas en los chorros aplicados. La salida de la cámara de molienda conduce directamente a un recolector centrífugo del producto. Se han efectuado estudios fotográficos y matemáticos del funcionamiento de esos molinos [Rumpf,Chem.Ing. 7ec/f.,32(3), 129-135; (5), 335-342(1960); traducciones A.T.S. 668GJ, 844GJ]. Los molinos Micronizer se construyen en nueve tamaños estándar cuyos diámetros van de 5 a 107 cm (2 a 42 in), con capacidades de 250 g/h a 1.8 Mg/h (Ib/h a 2 ton/h). El tamaño del material de alimentación debe ser menor que 1 cm (3/8 in). El índice de producción, el consumo de fluidos y las cifras correspondientes a la finura son como se indican en la tabla. No.13.
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tabla. No.13, Rendimiento de un Micronizer.
Alimentación
Material Grafito de Ceilán Criolita Piedra caliza Talco duro Gel de sílice Talco suave Barita Carbón bituminoso Resina copal Mineral de wolframita Azufre
Tamaño prom. del producto, m 2 3 3.5 3.5 5.5 6.5 3.5 2 5 5.5 3.5
Tamaño, No. de tamiz 3 60 80 20 8 20 40 10 2 10 3
Consumo de fluido, g fluido/g sólidos
Velocidad, lb/h
Aire
Vapor
200 900 1000 1000 500 1800 1800 1300 600 800 1300
… … … … … … … … 7.5 5.6 3.5
8.5 4.0 4.0 4.0 3.5 2.5 2.2 1.2
fig. No. 28, Molino hidráulico (de chorro) Micronizer.
55
I.15.2 Pulverizador de chorro. El pulverizador de chorro (Jet Pulverizer Co.), es otro molino de bandeja poco profunda, con chorro en ángulo, y pertenece al tipo de clasificación radial hacia adentro, como el Micronizer. I.15.3 Molino Jet-O-Mizer. El Jet-0-Mizer (Fluid Energy Processing and Equipment Co.) es una máquina que pertenece al grupo de molinos que utiliza un toro elongado y hueco que se coloca en posición vertical. El principio de operación es semejante al del Micronizer, en donde el material de alimentación entra tangencialmente a la corriente que fluye en remolino y los materiales finos salen por el centro. I.15.4 Molino de aire Trost de la Colt Industries. Se encuentran disponibles en cinco tamaños (fig. No. 29). El más pequeño (Gem T) es una unidad de investigación y puede emplearse para estudios de molienda fina. Las capacidades de los molinos de este tipo son de 1 a 2300 kg/h (2 a 5000 Ib/h). La velocidad de flujo de aire varía de 0.2 a 28 m3/min (7.0 a 1000 ft3/min). Es posible la encapsulación de partículas mediante la inyección de material de recubrimiento en la alimentación.
fig. No. 29, Molino de chorro Trost. (Colt Industries.)
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I.15.5 Pulverizador de chorro Majac. El pulverizador de chorro Majac (Donaldson Company, Inc.) pertenece también al tipo de chorro opuesto, aunque su clasificador es mecánico (fig. No. 30). Se acostumbra emplear un alimentador de tornillo o de otro tipo para descargar el material que se va a pulverizar en la zona de impacto o dentro del clasificador, dependiendo de la materia prima de que se trate. El fluido y el polvo de los chorros pasan al clasificador mecánico que se localiza arriba. El material de tamaño excesivo fluye en sentido descendente pasando por un espacio anular y actuando en contra del aire de elutriación, atravesando dos brazos descendentes hasta las boquillas, en donde se acelera por medio de corrientes de fluido opuestas de alta velocidad que chocan entre sí. La finura se controla primordialmente por la velocidad del clasificador y la cantidad de aire del ventilador que se emite al clasificador; pero se pueden obtener otros efectos variando la presión de la boquilla, la distancia entre las bocas de la bóveda del conducto eyector del chorro y la posición del disco del clasificador. Estos pulverizadores se fabrican en 30 tamaños, operan con cantidades de aire comprimido que van de 0.6 a 13.0 m3/min (20 a 4500 ft3/min) aproximadamente. En la mayor parte de las aplicaciones, los aspectos económicos del empleo de esta clase de pulverizador de chorro son atractivos dentro de la gama del 98% a través de una malla 200 o más fina; además, cuando se requieren productos más finos, esta clase de equipo ofrece mayores ventajas.
fig. No. 30, Pulverizador de chorro Majac. (Donaldson Company, Inc.)
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CAPITULO II Diseño del molino de bolas
II.1
Diseño del molino de bolas.
II.1.1 Cálculo de capacidad. Datos básicos: Tamaño de planta: 15,674 Toneladas de grava por año. Capacidad del molino: Considerando 330 días por Año tenemos:
15,674 tons 47.5 tons/día 330 días 47.5 tons/día. Se le da un 10% de producción extra, esto nos da lo siguiente:
47.5 x 10% 47.5x.10 4.75 tons 47.5 4.75 52.25 tons/día 52.25 tons/día x 330días 17,242.5 Toneladas de grava por año El tiempo de trabajo del molino será de 20 horas diarias. Por lo que tenemos: 330 días x 20 horas 6600 horas al año
Producción del molino
17,242.5 2.6125 tons/hora 6600
Moliendabilidad de la piedra = 20KWh/t. Este dato se tomo como referencia del consumo total de la energía eléctrica por otros molinos semejantes en la industria. II.1.2 Cálculo de potencia del motor. Potencia del motor del molino 20 KW h/t x 2.6125 tons/hora 52.25 KW
De donde:
Usando un F.S.=1.3410
Potencia del motor = 52.25 x 1.3410 = 70 HP Este valor se toma para determinar el tipo de motor utilizado, por lo que utilizaremos un motor con los siguientes datos de placa: Marca: ABB Modelo: M3000 Hierro Fundido Código del Producto: 3GBP283 220ASG Potencia = 75 hp = 55kW Rpm = 1150 Torque = 531 Nm Momento de Inercia: J = 2.2 Peso: W = 650 Kg. Factor de Potencia = 0.84 Eficiencia: al 100% = 94.6 Nivel de Ruido: 66dB 58
Alimentación: Trifásico 440-480 v 60 Hz Ver anexo I II.1.3 Selección del reductor de velocidad. Posteriormente utilizaremos un reductor de velocidad el cual alimentara a toda la transmisión con los siguientes datos de placa: Potencia de entrada 75 hp Velocidad de salida 152 RPM Potencia de salida 70 hp De la marca: R.A.I.S.A. Modelo GS-254 con salida izquierda. Ver anexo II II.1.4 Expresión de Dawn para dimensionamiento del molino. Usando la expresión DAWN: KW netos = 0.284 DAWN En donde KW netos es la potencia solamente requerida por el molino, sin tomar en cuenta perdidas en el motor y en la transmisión. En donde: D = Es el diámetro del molino, adentro del emplacado (m). A = Es (1.073 - J); J = Es la fracción de carga del volumen del Molino W = Es el peso de la bola en toneladas N = Es la velocidad del Molino en rpm. Esta expresión es empírica y se ha desarrollado con el paso de los años. Sustituyendo estos valores en la formula o expresión se tiene: KW netos = 0.284 D (1.073 – J) WN. Para obtener las dimensiones del molino, todos los parámetros deben ser expresados en términos de “D”. II.1.5 Cálculo de velocidad del molino. La velocidad del molino normalmente se calcula como un porcentaje de la velocidad critica (Nc), la cual se define como la velocidad en la que la carga de bola empieza a centrifugar.
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La velocidad crítica se puede calcular como una función del diámetro del molino.
Nc
42.2 D
El rango normal de la velocidad del molino varia entre 70 y 80 % de la velocidad critica por lo que tomando la expresión.
N 75% Nc
31.65 D
La forma del molino de bolas se expresa en términos de la relación longitud a diámetro L/D, usando la longitud efectiva del molino y el diámetro dentro del emplacado para efecto del cálculo, por lo que tomaremos una relación de 2.35:1. II.1.6 Volumen de carga y peso de la bola. El volumen de carga depende hasta cierto punto del tipo de molino. El cálculo se basa en determinar el tamaño del molino y el volumen de carga necesario parta usar la potencia requerida de modo de obtener la meta de producción. Para encontrar el tamaño del molino se debe seleccionar un valor para el volumen de carga (J). Para este tipo de molino un valor del 28% es aceptable. Se ha encontrado en la práctica que con más de 30% se pierde eficiencia. El peso de la bola se relaciona con el % de volumen de carga. Peso de la bola = W = volumen del molino x J x densidad de la bola La densidad convencional usada para la bola es de 4.48 tons/m3 En este caso: W
π 2 D x 2.35 x D x 0.28 x 4.48 4
W 2.315 D 3 Toneladas
Los KW netos es la potencia a la entrada del molino y se calcula a partir de la potencia a la entrada del motor incluyendo perdidas en el motor y transmisión. Si este dato no se tiene disponible, un factor seguro para convertir potencia de alto (gross) a neto es de 0.9. De donde: KW netos 0.9 x 75 x 0.746 50.355 KW.
60
Por lo tanto: KW netos 0.284 D (1.073 - 0.28)2.315 D 3
31.65 D
Sustituyendo el valor KW netos en esta expresión tenemos: 50.355 KW 16.538 D 3.5
En donde: D 3.5
50.355 3.044 16.538
D 3.5 3.044; sacando 3.5 a ambos terminos : D 3.5x1/3.5 3.5 3.044 D 3.0441/3.5 1.37m. Entre emplacado.
El diámetro entre paredes es de 1.5m. Dejando 65mm. Como espesor del emplacado en cada pared. Para obtener la longitud del molino de la relación L/D = 2.35 despejamos a L y tenemos lo siguiente: L 2.35 x D sustituyen do el valor de D tenemos : L 2.35 x 1.37 3.2195 m.
N
31.65 D
31.65 1.37
27.04
N 27.04 RPM
Por lo que:
KW netos 0.284 x1.37 (1.073 - 0.28)2.315 x1.37 3
31.65 1.37
KW netos 49.66 KW netos es la energía neta consumida en el molino.
Usaremos un 5% de los KW netos correspondientes a causa de pérdidas en el motor, cojinetes, reductor, en general:
61
49.66 x .05 = 2.483 KW De donde KW bruto = 49.66 + 2.483 = 52.143 KW = 69.92 HP = 70 HP, lo cual concuerda con el cálculo. II.1.7 Velocidad crítica de rotación. Es aquella en que la fuerza centrífuga anula la influencia que la gravedad opera sobre las bolas que caen y, por lo tanto no prestan ningún servicio de molienda. La velocidad crítica está dada por la formula n
K
, en donde D = diámetro
D
libre del molino, para este caso D = 1.37 m. K = 76.6 cuando está expresado en pies y 42.3 cuando está en m. Entonces tenemos que:
n
42.3 1.37
42.3 36.15 rpm 1.17
Este es el valor de la velocidad de rotación crítica en rpm, en el cual las bolas no realizan ningún trabajo útil. El movimiento de las bolas tiene una considerable influencia de molienda, si el molino gira muy rápido las bolas pueden elevarse muy alto y entonces cuando caen pueden no pegar en la carga del molino sino caer sobre las placas del blindaje libres, disipando así innecesariamente la energía, alternativamente, el impacto puede ser excesivo, originando una sobre molienda con la consiguiente compactación y reaglomeración del material ya molido. Para mayores velocidades las bolas pueden centrifugarse y cesar por lo tanto a la molienda. Para saber la velocidad real óptima del molino en rpm que práctica se aplica de modo general, está comprendida entre el 45 - 80 % de la velocidad crítica, para nuestro diseño se tomara el 48 % entonces tenemos que la velocidad real óptima de nuestro molino es:
Velocidad real óptima vel. crítica x 0.5 Velocidad real óptima 36.15 x 0.48 17.5 rpm La cual es equivalente a la velocidad de diseño del molino en rpm.
62
II.1.8 Cantidad y tipo de cuerpos moledores distribuidos en la cámara de molienda. Se usaran bolas de acero en los siguientes diámetros y cantidades según datos establecidos por la compañía ALLIS (MINERAL SYSTEMS), cuyos diseños y datos tabulados de cantidades de bolas y características. Siguiendo las dimensiones de sus diferentes molinos, y tomando el más parecido que es el modelo M.B.32. Se obtienen las siguientes características para las bolas: Tamaño de bola (mm.) 90 80 60 50
Cantidad requerida (Toneladas) 0.98 1.83 1.887 1.3
Cantidad total requerida = 6 Tons. II.1.9 Consideraciones de llenado. Según L. Lewenson el llenado óptimo de los molinos debe ser tal que h = 0.16D
h
Para nuestro caso D = 1.37 m. h 0.16 x 1.37 0.21 m Grado de llenado de bolas en el molino: Es la relación entre el volumen del apilamiento de las bolas y el volumen de trabajo o volumen libre del molino. El grado de llenado para bolas de acero, varía entre 28% al 45%. Por debajo del 28% de llenado, los cuerpos moledores se deslizan sobre el 63
blindaje del molino, por encima del 45% de llenado se originan dificultades en las trayectorias de caída de los cuerpos moledores. Grado de llenado
Volumen ocupado por la bola Volúmen libre del molino
Volumen ocupado por la bola
Carga total bola (tons.) Densidad de bola
Densidad bolas grandes: 4.3 tons/m3 Carga total = 6 tons. Sustituyendo valores en: 6 Volumen ocupado bola 1.4 m 3 4.3
Volumen libre
D2 L
4 Como sabemos : Diámetro D 1.37 m. Longitud L 3.21 m. Sustituyen do valores en el volumen libre tenemos que : Volumen libre
x 1.37 2 x 3.21 4.73 m 3 4 Sustituyen do estos valores en el grado de llenado tenemos que : 1.4 0.29 4.73 % grado de llenado 0.29 x 100 29 % Grado de llenado
64
CAPITULO III Diseño de la transmisión del molino de bolas
III.1 Diseño de la transmisión del molino de bolas En este capitulo se tratara sobre el cálculo de la transmisión, la cual forma la base del éxito del molino de bolas para desarrollar un optimo y eficaz desempeño en la maquinaria. III.1.1 Cálculo de engranes rectos. Datos de la maquina: Velocidad del motor 1150 RPM Potencia de salida 75 hp Datos del reductor: Potencia de entrada 75 hp Velocidad de salida 152 RPM Potencia de salida 70 hp
152 X 17.5 RPM es a 70.5 hp X Proponiendo paso diametral igual a 1.5 Proponiendo distancia entre centros 58 plg 8.66
Calculando número de dientes totales: N 2CP N 2581.5 174 Dientes
Calculando número de dientes del piñón: N 174 18 dientes Rv 1 8.6 1 N motor 152 Rv 8.6 N maquina 17.5 np
Calculando número de dientes del engrane: n e N n p 174 18 156 dientes
Definiendo la relación de velocidad real:
Rv
n e 156 8.6 np 18
65
Calculando el diámetro de paso: np
18 12 plg P 1.5 n 156 Dp e e 104 plg P 1.5 Dp p
Comprobando distancia entre centros:
C
Dp e Dp p 2
104 12 58 plg 2
Factor de forma: Factor de forma del piñón de 18 dientes Y = 0.308 Factor de forma del engrane de 156 dientes Y = 0.4586 Defiendo materiales del piñón y engrane: Pieza Piñón Engrane
Material ASTM 35 ASTM 50
So 12,000 15,000
BHN 212 223
Determinando el elemento más débil:
Piñón So Y 12,000 0.308 3696 psi Engrane So Y 15,000 0.4586 6879 psi Calculando velocidad lineal: v
π D n π 12 152 477.52 rpm 12 12
Calculando carga transmitida: ft
33000 n 33000 70.5 4872.047 lb v 477.52
66
Calculando carga dinámica para un tallado comercial:
600 v 600 477.52 fd ft 4872.0471 8749.54 lb 600 600 Factor de concentración de esfuerzo: Kf = 1.7 ( Para una machacadora de piedra) Calculando ancho de cara: b
fs kf P 8749.541.7 1.5 6.036 120000.308 So y
Comprobando el ancho de cara: 8 12.5 8 12.5 b 6.036 P P 1.5 1.5 5.33 6.0368.33
Cumple con la condición Calculo por desgaste. Calculando Fd: Fs > N Fs Fd Fd Ft
0.05vbC ft
0.05v bc ft 2 0.05477.526.03658 4872.047 Fd 4872.047 1 0.05477.52 6.03658 4872.047 2 Fd 6168.9441 lb Fs 8749.54 NFs 1.4183 Fd 6168.9441 1
Calculo de la fuerza límite de desgaste Fw: Ses 400 BHN - 10000 400212 10000 Ses 74800 psi
67
Ses 2 sen20 1 1 k 1.4 Eg Ep k
748002 0.342
1.4 k 94.261
2 6 29 10
2Ng Np Ng 2156 Q 1.7931 18 156 Q
Fw DPkQ Fw 126.03694.2611.7931 12242.41312 Fw Fd Por lo que el cálculo es satisfactorio. III.1.2 Cálculo de la geometría de los engranes. Para el Piñón: d = 12 plg. N = 18 dientes Pc
πd π(12) 2.094 N 18
Pd
N 18 1.5 d 12
Pd 20 Paso fino según tabl a #
Especificaciones de dientes AGMA de profundidad total. Angulo de presión = 20° o 25 ° Altura de la cabeza a =
Altura de la raíz b =
1.000 1.000 0.666 Pd 1.5
1.250 1.250 0.833 Pd 1.5
Profundidad de trabajo =
2.000 2.000 1.333 Pd 1.5
68
Profundidad total =
2.250 2.250 1.5 Pd 1.5
Espesor circular del diente =
1.571 1.571 1.047 Pd 1.5
Radio del filete – cremallera básica =
Holgura básica mínima =
0.300 0.300 0.2 Pd 1.5
0.250 0.250 0.166 Pd 1.5
Ancho mínimo en la cresta superior =
0.250 0.250 0.166 Pd 1.5
Holgura (dientes rasurados o rectificados) =
0.350 0.350 0.233 Pd 1.5
Altura total del diente = a b 0.666 0.833 1.49 c b a 0.833 0.666 0.167
Altura de trabajo = a b c 0.666 0.833 0.167 1.33" Diámetro exterior Dop dp 2a 12 2(0.666) 13.332" dp =
N 18 12 Pd 1.5
Paso base Pb = Pc cos = 2.094 (cos 20°) = 1.96”
Para el Engrane: d = 104 plg. N = 156 dientes Paso circular Pc
πd π(104) 2.094 N 156
Paso diametral Pd
N 156 1.5 d 104
69
Pd 20 Paso fino según tabl a #
Especificaciones de dientes AGMA de profundidad total. Angulo de presión = 20° o 25 ° Altura de la cabeza a =
Altura de la raíz b =
1.000 1.000 0.666 Pd 1.5
1.250 1.250 0.833 Pd 1.5
Profundidad de trabajo =
Profundidad total =
2.000 2.000 1.333 Pd 1.5
2.250 2.250 1.5 Pd 1.5
Espesor circular del diente =
1.571 1.571 1.047 Pd 1.5
Radio del filete – cremallera básica =
Holgura básica mínima =
0.300 0.300 0.2 Pd 1.5
0.250 0.250 0.166 Pd 1.5
Ancho mínimo en la cresta superior =
0.250 0.250 0.166 Pd 1.5
Holgura (dientes rasurados o rectificados) =
0.350 0.350 0.233 Pd 1.5
Altura total del diente = a b 0.666 0.833 1.49 c b a 0.833 0.666 0.167
Altura de trabajo = a b c 0.666 0.833 0.167 1.33" Diámetro exterior Dop dp 2a 104 2(0.666) 105.33" dp =
N 156 104 Pd 1.5
Paso base Pb = Pc cos = 2.094 (cos 20°) = 1.96”
70
Para el Piñón y el Engrane: Radio de paso.
rp
dp 104 52 2 2
rg
dp 12 6 2 2
Distancia nominal entre centros c rp rg 52 6 58"
Razón de contacto
Z (rp ap) 2 (rp cosφ 2 (rg ap) 2 (rg cosφ 2 C senφ Z (52 0.666) 2 (52 (cos 20) 2 (6 0.666) 2 (6 (cos 20)) 2 58 (sen 20) Z = 3.366”
mp
Z 3.366 2.244 Pb 1.5 III.2
Cálculo de la flecha.
Datos: Potencia = 70 hp N = 152 RPM Piñón 20° Utilizando un material ASTM A148-58 Su = 50 KSI Sy= 80 KSI Según las condiciones ASME = 14400 PSI = 10800 PSI Momento de torsión: Mt
63000N 63000(70) 29013.15 lb plg n 152
71
T1 T2 T1 3 T2
T1 3T2 Mt Fd Mt Ft r Mt 29013.15 Ft 4835.52 lb r 6 Mt (T1 T2 )r Ft T1 T2 4835.52 T1 T2 4835.52 3T2 T2 4835.52 2417.76lb 2 T1 3(2417.76) 7253.28 T2
FN T1 T2 W w mg πd 2 π0.304 b 0.153 1.11 10 2 m 3 4 4 m ρ E V 7800 1.11 10 2 86.58kg 2
V
w 86.58 9.81 849.34N 190.94lb FNT 7253.28 2417.76 190.94 9861.98lb FT Ft 2 FNT 2
4835.522 9861.982
10983.66lb
Analizando como viga. Plano Vertical FT 10983.66 5492 lb 2 2 M f 60412 lb plg
10983 .66
RA RB
11” 5492
11”
5492
60412
72
III.2.1 Calculando por criterio de ASME. Suponiendo Kf = Kt = 1.2 Utilizando un material ASTM A148-58 Sy = 80 KSI Su = 50 KSI Según las condiciones ASME = 14400 PSI = 10800 PSI 16 d πδ
1
M f K f
16 d π10800 d 3.36" 4"
2
M t K t
2
3
60412 1.22 29013.15 1.22
1 3
IV.2.2 Análisis por Soderberg. ASTM A148-58 Sy = 80 KSI Su = 50 KSI Sn = 35 KSI N=3 Cs = 0.9 Cr = 0.75 Cm = 0.8 Sn’ = 18900 PSI Kt = 1.6 cuñero deslizable 1
32N KtMf 2 3 Mt 2 3 d 4 Su π Sn´ 32 3 1.6 60412 3 29013.15 d 4 50 10 3 18900 π d 5.39" 5.5" D 1.5 d D 1.5d 1.55.39 8.085" 2
2
1 3
r 0.17 d r 0.17d 0.175.39 0.9163"
73
III.2.3 Deformación angular.
MtL GJ 4 πD 4 π8.085 J 419.48in 4 32 32 E 200GPa 29 10 6 PSI
θ
E 29 10 6 14.5 10 6 2 2 29013.1522 θ (1.049 10 4 ) 6 14.5 10 419.48 θ 1/pie G
IV.2.4 Deformación lateral. Pl 3 Δmax 48EI 4 πD I 64 π(8) 4 I 201.06 64 (10983.66)(22) 3 Δmax 4.17x10 4 plg (48)(29x10 6 )(201.06)
74
III.3
Selección de los cojinetes de bolas para la flecha diseñada.
Datos:
R 1 5492 lb 24429.63N R 2 5492 lb 1 d 5 " 2 n 152 RPM 30 000 horas reales de trabajo B (h)(60)(n) (30 000)(60)(1 52) 273600000 RPM 273.6 Mr 1 K
Fr (B) R K3 1
Fr (273.6) 3 (24429.63) 158594.79 N Dos cojinetes de bolas de una hilera radiales rígidas con: Número de cojinete: 6328 Perforación = 140 mm = 5.51181 in Velocidad limitante = 2000 rpm Clasificación de carga dinámica = 44000 lb Clasificación de carga estática = 50000 lb Ver Anexo III
75
III.4
Selección de acoplamientos.
Datos: Diámetro del eje del motor = dp = 2.875” = 73.025 mm Diámetro del eje del reductor = dm = 2.250” = 57.15 mm Diámetro del eje = de = 5.5” = 139.7 mm Velocidad del motor = 1150 rpm Potencia del motor = 75 HP = 55 KW Velocidad del reductor = 152 rpm Potencia del reductor = 70 HP = 51.3 KW
III.4.1 Determinación del par nominal y los factores de servicio F1, F2 y F3 entre el motor y reductor. Pn Tn x 9549 Nm n 55 Tn 9549 Nm 1150 Tn 0.46 KNm selecciona ndo los factores de servicio : F1 2.5 F2 1.3 F3 1.25
Ver Anexo IV Se calcula el par máximo Tm Tn x F1 x F2 x F3 Tm 0.46 (2.5 1.3 1.25) KNm Tm 2.32 KNm
Se selecciona un acoplamiento tipo PM 6 Lo cual cumple las condiciones: Tkm = 6 KNm Tm Tkm 2.32 6 KNm n Velocidad máxima del acoplamiento
76
1150 4480 rpm dmin dp dmax 50 73.02 85 dmin dm dmax 50 57.15 85 III.4.2 Determinación del par nominal y los factores de servicio F1, F2 y F3 entre el reductor y el eje motriz. Pn Tn x 9549 Nm n 51.3 Tn 9549 Nm 152 Tn 3.22 KNm selecciona ndo los factores de servicio : F1 2.5 F2 1.3 F3 1.25
Ver Anexo IV Se calcula el par máximo Tm Tn x F1 x F2 x F3 Tm 3.22 (2.5 1.3 1.25) KNm Tm 16.26 KNm
Se selecciona un acoplamiento tipo PM 27 Lo cual cumple las condiciones: Tkm = 27 KNm Tm Tkm 16.26 27 KNm n Velocidad máxima del acoplamiento 152 2650 rpm
77
dmin dm dmax 92 57.15 143 dmin de dmax 92 139.7 143
78
CAPITULO IV Mantenimiento
IV.1
Mantenimiento.
Las maquinas, equipos e instalaciones que permiten el funcionamiento de una empresa, requieren de un mantenimiento constante para no prestar averías inesperadas. Sin un mantenimiento optimo, los equipos tarde o temprano presentaran fallas, reduciendo sustancialmente su vida útil y afectando la productividad de la empresa. Así como las instalaciones, maquinaria y equipos requieren de alguien que los opere, también se necesitan de alguien que los repare y mantenga operando. Cuando mas automatizada sea una instalación, menos personal de operación se requerirá. Sin embargo, el número de elementos susceptibles de fallar aumentara. Con un buen sistema de mantenimiento será mas difícil que un equipo pare inesperadamente por fallas, y al mismo tiempo se contara con un sistema que permita optimizar los recursos de la empresa. IV.1.1 Concepto de Mantenimiento. Conjunto de acciones oportunas, continuas y permanentes dirigidas a prever y asegurar el funcionamiento normal, la eficiencia y la buena apariencia de sistemas, edificios, equipos y accesorios. En estas definiciones, están contenidos términos que debemos analizar: Acciones: son efectos de hacer algo. Las acciones más importantes de mantenimiento son: planificación, programación, ejecución, supervisión y control. Continuas: que duran o se hacen sin interrupciones. Permanentes: de duración firme y constante, perseverantes. Para poder garantizar la disponibilidad operacional de sistemas, edificios, instalaciones, equipos y accesorios, el mantenimiento debe ser ejecutado de manera continua y permanente a través de planes que contengan fines, metas y objetivos precisos y claramente definidos. Prever: significar ver con anticipación. Conocer, conjeturar lo que ha de suceder. Con una buena planificación y programas oportunos de inspecciones rutinarias, el ingeniero de mantenimiento esta en capacidad de detectar los síntomas que nos indican, muchas veces con bastante anticipación, que los equipos están próximos a fallar y que, en consecuencia, debe abocarse a corregir las desviaciones antes que se conviertan en problemas de mayor trascendencia. Asegurar: establecer, fijar sólidamente, preservar de daños a las personas o cosas. Normal: lo que por su naturaleza, forma o magnitud, se ajusta a ciertas normas fijadas de antemano.
79
IV.2
Clasificación del Mantenimiento.
El mantenimiento de equipos y/o instalaciones en una empresa puede efectuarse antes o después de que aparezca una falla en su funcionamiento. Un buen programa de mantenimiento debe funcionar de forma eficiente y efectiva para poder ser el fundamento de altos niveles de confiabilidad en la operación de los sistemas. De acuerdo con lo anterior, el mantenimiento se clasifica en dos grandes grupos:
Mantenimiento Correctivo (se corrigen fallas después de que estas se presentan). Mantenimiento Proactivo (se previenen las fallas efectuando el mantenimiento antes de que estas se presenten). Aquí se incluye el Mantenimiento Preventivo y el Mantenimiento Predictivo.
IV.2.1 Mantenimiento Correctivo. Comprende las actividades de todo tipo encaminadas a tratar de eliminar la necesidad de mantenimiento; corrigiendo las fallas de una manera integral a mediano plazo. Las acciones mas comunes que se realizan son; modificación de elementos de maquinas, modificación de alternativas de proceso, cambios de especificaciones, ampliaciones, revisión de elementos básicos de mantenimiento y conservación, etc. Este tipo de actividades es ejecutado por el personal de la organización de mantenimiento y/o por entes foráneos, dependiendo de la magnitud, costos, especialización necesaria, etc., su intervención tiene que ser planificada y programada en el tiempo para que su ataque evite paradas injustificadas. IV.2.2 Mantenimiento Correctivo o a la Rotura. Consiste en el reacondicionamiento o sustitución de partes en un equipo una vez que han fallado, es la reparación de la falla (falla funcional), ocurre de urgencia o emergencia. IV.2.3 Mantenimiento Proactivo. El objetivo del mantenimiento proactivo consiste en evitar paros inesperados de los equipos como consecuencia de algunas fallas que, sin mantenimiento, seguramente se presentaran. Esto se realiza a través del monitoreo del deterioro del equipo o sus partes. Para poder delimitar el trabajo realizado dentro del mantenimiento proactivo, este se divide en dos: IV.2.3.1 Mantenimiento Preventivo: Es referido al mantenimiento basado en el uso (periodo de tiempo de uso). Algunos de los trabajos más frecuentes del
80
mantenimiento preventivo son: lubricación, limpieza y reemplazo de partes. La principal desventaja de utilizar este tipo de mantenimiento es que en ocasiones se requiere interrumpir la operación de los equipos en intervalos establecidos para efectuar su mantenimiento. IV.2.3.2 Mantenimiento predictivo: Este mantenimiento esta basado en la condición y su función principal es medir una o varias condiciones físicas del equipo (temperatura, vibración, ruido, análisis de lubricantes y corrosión) a fin de predecir y evitar fallas desde su fase inicial Para establecer un programa de mantenimiento es necesario conocer el proceso operativo o de producción, las características de los equipos, maquinaria e instalaciones, así como las condiciones a las cuales se someterán. IV.3
El mantenimiento propuesto es preventivo.
El mantenimiento preventivo es una inspección periódica para detectar condiciones que pudieran causar descomposturas, paros de producción o pérdida en detrimento de la función combinada con mantenimiento para controlar, eliminar o evitar tales condiciones en sus primeras etapas. En otras palabras el mantenimiento preventivo es rápida detección y tratamiento de las anormalidades del equipo antes de que causen defectos o pérdidas. Es medicina preventiva para el equipo. El mantenimiento preventivo consiste en dos actividades básicas; inspección periódica y restauración planeada del deterioro basadas en los resultados de inspecciones. La rutina de mantenimiento diario se considera como mantenimiento preventivo. Aquí se analiza las actividades planeadas de plazo intermedio y largo conducidas por el departamento de mantenimiento: seleccionando estándares de mantenimiento, preparando y ejecutando planes de mantenimiento, manteniendo los registros de mantenimiento, actividades de restauración. Cubre los subsistemas como control de partes, control de lubricación y control del presupuesto de mantenimiento. Estandarización de las actividades de mantenimiento. Las actividades de mantenimiento deben ser estandarizadas por varias razones:
Las actividades diversas de mantenimiento no pueden ser ejecutadas efectivamente si cada quién las lleva como a el le gusta.
Las técnicas y destrezas de mantenimiento llevan largo tiempo para ser ejecutadas adecuadamente.
El trabajo de mantenimiento es menos efectivo que el de producción pues es menos repetitivo. La estandarización dirige estos problemas incorporando manuales. Tales documentos permiten que un gran número de trabajadores, incluyendo los nuevos, hagan el trabajo que previamente fue hecho por trabajadores con experiencia. Esta capacidad de entrenar e involucrar muchos individuos en el trabajo de mantenimiento es
81
clave para desarrollar un programa eficiente de mantenimiento. Los estándares se deben revisar al menos una vez al año. IV.3.1 Tipos de estándares.
Estándares de desempeño del equipo o especificaciones del equipo. Indican como el equipo debe ser operado, incluye las principales dimensiones, capacidad y desempeño, precisión, funciones, mecanismos, los materiales con que están hechas sus partes principales, cantidad de energía eléctrica, vapor o agua necesaria para la operación, etc.
Estándar para la obtención de materiales para el equipo. Cubre la calidad para materiales y partes, son basados en el diseño del equipo y en el estándar de desempeño.
Estándar para la inspección de materiales del equipo. provee métodos de prueba e inspección para determinar los materiales y partes usadas en el equipo.
Estándar de aceptación y corrida de prueba. Indica la aceptación y pruebas de operación a ser desempeñadas en el equipo que ha sido instalado, modificado o reparado. IV.3.2 Estándares de mantenimiento. A. Estándares de mantenimiento del equipo. Indica métodos para medir el deterioro del equipo, detención de deterioro y restauración de equipo.
Estándares de inspección. Son técnicas para medir o determinar el deterioro. Especifica el área y objetos a ser inspeccionado, los intervalos de inspección, métodos, instrumentos de medición, criterio de evaluación, acción correctiva a tomar, etc. Incluye dibujos ilustrativos y fotografías.
Estándares de servicio. Especifican como dar servicio de rutina hecho con herramientas de mano. Incluyen guías y métodos para diferentes tipos de servicio, tal como limpieza, lubricación, ajuste y partes de reemplazo.
Estándares de reparación. Especifica condiciones y métodos para el trabajo de reparación. Los estándares de reparación usualmente incluyen métodos de reparación y horas de trabajo. IV.3.3 Procedimientos del trabajo de mantenimiento. Son procedimientos y métodos de trabajo, tiempos para inspección, servicio, reparación y otros tipos de trabajo de mantenimiento IV.3.3.1 Estándares del trabajo de mantenimiento. Estos estándares son preparados para el trabajo que se desempeña frecuentemente. Son de mucha ayuda en medir la eficiencia de la cuadrilla de mantenimiento, estimar las horas de trabajo disponible y capacidad de reserva, entrenar nuevos trabajadores, programar trabajo, etc. IV.3.3.2 Planes de mantenimiento. El mantenimiento periódico y rutinario debe ser bien planeado y ser razonable. Debe estar basado en las condiciones reales del equipo tomando en consideración las 82
prioridades y recursos presentes y futuros y construirlo en pasos para asegurar que los recursos necesarios estén disponibles para cuando se necesite. Los planes de mantenimiento son clasificados por período o por proyecto. IV.3.4 Plan de mantenimiento anual. Se designa para asegurar la confiabilidad del equipo por largo plazo. Para preparar planes de mantenimiento anual: A. Determine que trabajo es requerido. Puede incluir; Regulaciones estatutorias. Seguridad, control de la polución, etc. Estándares de mantenimiento del equipo. Trabajo determinado para los requerimientos del control de precisión y los resultados de las medidas de deterioro. Registros de descomposturas. Trabajo de mantenimiento requerido para prevenir la recurrencia de descomposturas. Plan anual del año anterior. Trabajo pendiente debido a cambios en el programa. Ordenes de trabajo recibidas del taller. Trabajo necesario basado en registros de anormalidades. B. Seleccione el trabajo a ser hecho. Categorice el trabajo en orden de importancia, enfoquese en lo importante. C. Tentativamente calcule los intervalos de mantenimiento. Haga pruebas de estimación del alcance de vida del equipo, componente por componente, parte por parte y decida los intervalos de mantenimiento, preferentemente usando los intervalos de descomposturas. D. Estime la lista de trabajo y los costos y tiempos de mantenimiento. Use los planes de producción anual y las metas de desempeño del equipo para estimar el número de días caídos y el tiempo requerido para el trabajo de mantenimiento y confírmelo contra el presupuesto. E. Cheque la obtención y colocación del trabajo. Confirme el arreglo para materiales y las piezas de repuesto difíciles de conseguir, y para el trabajo hecho por contratistas y manufactureros de fuera. Determine si el personal calificado es requerido. IV.3.5 Planes de mantenimiento mensual. Son planes de acción para hacer el trabajo requerido por el plan de mantenimiento anual. A. Priorice el trabajo. Para mejores resultados ponga el trabajo en el siguiente orden de prioridad. Trabajo mensual indicado por el plan anual de mantenimiento. Trabajo indicado por un análisis de registros de descomposturas e inspección. 83
Trabajo indicado por la inspección diaria y mejoras requeridas por el departamento de producción. Cambios en los planes de distribución e instalación de plantillas y herramientas. Planes para mejorar la calidad y seguridad del producto. Otro trabajo deberá incluirse en el plan como; órdenes de trabajo de varios departamentos, rescate de piezas reusables, preparaciones para el trabajo de mantenimiento y limpieza. B. Estime la mano de obra y costos. Una vez que los detalles del trabajo han sido determinados, estime las horas-hombre y costos. C. Balance las cargas de trabajo y prepare listas de trabajo. Para nivelar la carga de trabajo en el mes, divida el trabajo en semanas, empezando con el trabajo que ha de ser hecho en días designados o durante paros. IV.3.6 Planes para proyectos mayores de mantenimiento. Son trabajos grandes como reparaciones periódicas o trabajo de cambio, que requiere apagar el equipo por un determinado período. Son costosos y consumen mucho tiempo, así que el objetivo más importante es reducir su duración. El plan es necesario para materiales, fuerza de trabajo, movilización y subcontratos. El trabajo consiste en una serie de trabajos pequeños, los procedimientos detallados deben ser preparados para cada trabajo, Para facilitar el control del progreso use PERT o CPM. IV.4
Administración de proyectos.
Típicamente los proyectos consisten de exámenes periódicos y mantenimiento preventivo para mantener al equipo en un desempeño consistente, así como para construcciones nuevas o expansión de las existentes, reemplazo, reconstrucción, etc. Administración del proyecto significa ejecutar el trabajo en la forma planeada y de la forma más efectiva respecto al costo. Para administrar proyectos de este tipo, cuatro puntos claves son necesarios para la ejecución de planes de mantenimiento mensuales y proyectos mayores: A. Identifique problemas. Identifique los problemas que podrían sobresalir. Las siguientes limitaciones deben ser consideradas:
Los días y paros determinados por los planes de producción para mantenimiento.
Capacidad y hombres disponibles para mantenimiento.
Presupuestos y metas de mantenimiento.
Capacidades y nivel de destrezas.
Sí el trabajo será hecho en días de trabajo o días festivos.
Sí el trabajo es sub-contratado. 84
Sí las partes de repuesto críticas pueden ser enviadas e inspeccionadas cuando se necesite.
B. Confirme los detalles administrativos. Las razones más comunes para que los planes no se cumplan son el olvido de órdenes, retrasos en la expedición, insuficiente expedición, etc. Confirme el trabajo subcontratado por adelantado y tenga cuidado con el equipo de mantenimiento. C. Implementando el proyecto de mantenimiento. Reúna a los representantes de cada departamento involucrado para monitorear el progreso del proyecto e identificar problemas y dirija reuniones para discutir las acciones correctivas. D. Control del progreso. Asegure que el trabajo proceda de acuerdo al programa. Los siguientes puntos clave deben ser observados:
Estime las horas-hombre requeridas y acumule la carga de trabajo individual.
Identifique la diferencia entre las horas-hombre reales y estimadas, use los datos para estimaciones futuras.
Confirme y siga los arreglos administrativos.
Asigne trabajos de acuerdo a las destrezas individuales de los trabajadores.
Para grupos de dos o tres mezcle el nivel de destrezas para fomentar el aprendizaje.
Para evitar el ocio en las descomposturas planee trabajos de mejora o trabajo que pueda hacerse en ese tiempo.
Analice otros requerimientos para mantener a los trabajadores en orden y tome acciones apropiadas.
IV.4.1 Conservación y uso de los registros de mantenimiento. Documentar los resultados de mantenimiento es una importante actividad de mantenimiento, la calidad del mantenimiento de la fábrica es revelada por estos registros. Cada quién debe entender el propósito de la conservación de registros, porqué son mantenidos, qué está siendo controlado y como se deben de usar. Hay una gran variedad de tipos de registros en mantenimiento que evitan que sean generalizados, los siguientes son los tipos de registros mismamente requeridos en TPM.
Registros de mantenimiento de rutina. Son importantes los registros de los trabajadores enfocados a prevenir el deterioro y mantenimiento de las condiciones básicas.
Registros de inspección periódica. Es importante el criterio seguido para indicar el desgaste permisible antes de reparar.
Registro de los reportes de mantenimiento. Se requiere los utilizados para reparar y dar servicio para restaurar el equipo a su condición original.
Registros de mejoras. Aquellas modificaciones para aumentar la confiabilidad del equipo, identifica equipo que se descompone frecuentemente y las formas consideradas para prevenir su recurrencia. 85
Análisis de MTBF (Mean Time Between Failures). Los análisis de MTBF clarifican al clasificar las ocurrencias de descomposturas.
Bitácora del equipo. Se deben mantener por la vida del equipo incluyendo, fechas, localización, detalle y costos para las descomposturas que se repararon, el mantenimiento periódico y mejoras, así como nombres, modelos, tamaños y números de partes y manufactureros.
Registro de los costos de mantenimiento. Incluye mano de obra, material, costos de sub-contratos, etc. Estos costos son totalizados normalmente en el sistema de contabilidad de la empresa.
IV.4.2 Precauciones. Las siguientes precauciones deben ser tomadas al mantener registros de mantenimiento:
Clarifique el quién, qué, cuando, donde, porqué y como. Quién es el que llena las formas, qué debería registrarse, cuando se debe llenar la forma, en que lugar se llenarán, porqué deben ser llenadas y como deben ser llenadas.
Registre las descomposturas. Describa condiciones en la descompostura tan detalladas como sea posible. Identifique condiciones anormales que condujeron a la descompostura. Ilustre con diagramas o dibujos, indique la localización y descripción a través de dibujos o diagramas que hacen el reporte más fácil de entender.
Computarice los registros de mantenimiento. La deducción y análisis de los registros de mantenimiento toma muchas horas, el uso apropiado de computadores reduce las horas-hombre y hace más accesible los datos.
IV.4.3 Control de partes de repuesto. El control de partes tiene tres propósitos: Promover la confiabilidad del equipo y extender su período de vida a través de la compra, fabricación y almacenaje de partes. Asegurar que las partes de repuesto necesarias estén disponibles cuando se necesiten y así minimizar los paros por descomposturas o para mantenimiento. Reducir inventarios, costos de ordenar y aceptación, y reducir costos de almacenamiento. La clasificación es el primer paso en administración y control, primero verifique el estado actual del inventario. Los materiales de operación incluyen; herramientas de medición y materiales consumibles. Los materiales de mantenimiento pueden incluir materiales necesarios y no (partes quebradas, equipo viejo, etc.), los materiales necesarios incluyen: equipo de repuesto para reemplazo regular, partes de repuesto para descomposturas, reservas de almacén, partes reusables reconstruidas por el departamento, herramientas de mantenimiento.
86
Las partes de repuesto deben ser clasificadas como partes prioritarias y como comunes, las prioritarias son las partes más importantes del equipo más importante, las partes comunes deben ser suministradas automáticamente y deben ser repuestas por la colocación de una orden. Los métodos para ordenar partes de repuesto pueden ser ampliamente clasificados, las órdenes individuales son órdenes para partes que son ordenadas solo cuando se necesitan. Los inventarios permanentes son materiales que se mantienen continuamente y hay varios métodos para reponer los inventarios cuando llegan a un nivel cierto, por ejemplo; método de punto de reorden, doble caja, por paquete, lote, cantidad fija, intervalo fijo, etc. existen también algunos métodos basados en contratos con proveedores como; envió parcial basado en el método de precio unitario, sistema de depósito. Para seleccionar un método para inventario permanente, considere cada artículo y el tamaño de la pieza para ver si es posible, estimar que cantidad debería ser usada. Sí la estimación es posible la parte debe ser tratada como inventario permanente, para ordenarlo más eficientemente. Sí el uso de una parte de repuesto no puede ser estimada no se debe tratar como inventario permanente, puede resultar en inventarios costosos, la decisión debe tomarse en función de las pérdidas debidas a detenciones. Las partes de repuesto con las siguientes características deben designarse en el inventario permanente;
Partes que deben estar disponibles en el evento de una descompostura.
Partes que deben ser compradas tres o cuatro veces al año.
Partes que es probable que fallen entre períodos de mantenimiento.
Partes de repuesto reparadas para reparaciones de emergencia.
Partes con tiempo de envío más largo que los intervalos de servicio planeados.
IV.4.3.1
El método de cantidad fija es el más común para partes de repuesto.
Control del presupuesto de mantenimiento y reducción de costos. Los presupuestos de equipo son generalmente clasificados y controlados de acuerdo al propósito del gasto o tipo de trabajo, ya sea como egreso de capital o como costo corriente o como gasto del período. Los costos corrientes son desembolsos que son tratados como costo de mantener y restaurar el equipo. Los costos de mantenimiento son tratados como costos corrientes desde un punto contable e identificado en categorías como, material, mano de obra, otros (sub-contratos). Para ayudar al control del presupuesto de mantenimiento deben ser clasificados como sigue para tener control efectivo de datos: A. Clasificación por propósito.
Costos de mantenimiento rutinario. Incluye mano de obra y material para las actividades que evitan el deterioro, limpieza, lubricación, inspección, ajuste.
Costos de inspección del equipo. Incluye mano de obra y material de las inspecciones para descubrir anormalidades y determinar si el equipo está defectuoso o no. 87
Costos de reparación. Incluye mano de obra y materiales para las reparaciones que restauran el equipo a su condición original.
B. Clasificación por método de mantenimiento.
Costos de mantenimiento preventivo (PM).
Costos de arreglo de descomposturas (BM).
Costos de mejora de mantenimiento (MI). C. Clasificación por elementos constituyentes.
Costos de material de mantenimiento.
Costos de mano de obra.
Costos de sub-contratos.
D. Otros métodos de clasificación.
Escala de trabajo.
Tipo de trabajo.
IV.4.3.2 común son:
Los métodos para estimar el presupuesto de mantenimiento más
Estimado basado en los egresos actuales. Como los costos de mantenimiento no aumentan o disminuyen en proporción con la producción, pueden ser estimados en la base de los egresos del año pasado. Los cambios en la producción influye ligeramente por lo que se hacen algunos ajustes.
Método de la tasa de costo de reparación. Aquí el costo del equipo es multiplicado por el porcentaje del costo de mantenimiento calculado de los últimos desembolsos.
Método del costo unitario. Los costos son correlacionados con cantidades de producción, tiempos de operación, electricidad y otras variables. Calculándose esa relación normalmente por regresión lineal.
Método de base cero. El presupuesto es calculado justificando cada elemento o equipo en el plan anual y calculando la cantidad de mano de obra y material necesario. Para propósito de impuestos los egresos para capital fijo debe ser diferenciado, así como los sub-contratos, instalaciones, reparaciones mayores, etc. El control del presupuesto de mantenimiento, significa controlar las actividades de mantenimiento para el período en el que el presupuesto sea ejecutado. Para que el control sea efectivo considere los siguientes puntos: 88
Verifique que cada uno cuide la necesidad de controlar el presupuesto.
Monitoree los desembolsos de mantenimiento.
Trate efectivamente los problemas. Reduciendo los costos de mantenimiento. Cada compañía puede reducir sus costos de mantenimiento. Las prioridades son diferentes para las diferentes industrias y tipos de industria, pero varios puntos generales pueden ser observados:
Revise los intervalos periódicos de mantenimiento. Es importante introducir técnicas de diagnóstico de equipo y cambiar poco a poco, a los métodos basados en las condiciones.
Cambie de los contratos exteriores de mantenimiento preventivo al servicio interno. El mantenimiento sub.-contratado debe ser gradualmente hecho por personal de la empresa para que la ejecución sea más pronta.
Revise las partes de repuesto. Reduzca el número de artículos en el inventario permanente e incremente el número de artículos de compra planeada.
Use el equipo ocioso efectivamente. Intente conservar los recursos considerando sí el equipo puede ser reconstruido.
Reduzca el uso de energía y recursos. Una vuelta a la planta normalmente revela desperdicio de energía (vapor, agua, luces prendidas, etc.)
Elimine pérdidas en los equipos. Maximizando la eficiencia, introduzca TPM.
IV.5
Actividades de reducción de costos de la compañía.
Los costos de mantenimiento son difíciles de reducir a pesar de los esfuerzos diarios del personal de mantenimiento. Se logra reducción de costos cuando otro personal indirecto es involucrado. Esas actividades de grupos a lo ancho de la compañía pueden ser organizadas de la siguiente manera:
Forme un grupo en proyecto. Combine los departamentos de mantenimiento, ingeniería, y producción con compras y contabilidad.
Identifique los costos corrientes de mantenimiento. Examine los egresos del año anterior, establezca cuanto egresa cada departamento en cada artículo de equipo, que clase de trabajo se hace y por quién.
Establezca metas. Seleccione mejoras después de examinar los costos de mantenimiento para la fábrica total.
Prepare planes progresivos. Muestre metas y quién es el responsable de su cumplimiento.
Seleccione equipo prioritario. Prepare un análisis de pareto para cada artículo o equipo desde la perspectiva de los costos y defina importancias.
Seleccione artículos de costo prioritario. De los tipos y usos de costos, determine el orden preparando análisis de pareto. 89
Lleve medidas de las mejoras para cada artículo. Analice las fuentes de los costos de mantenimiento y prepare planes de mejora para bloquearlos, tome acciones apropiadas.
Mida resultados y siga adelante. Evalúe cada paso del proceso.
IV.6
Control de lubricación.
El control de la lubricación incrementa la eficacia del costo del equipo levantando la productividad y reduciendo los costos de mantenimiento. El control es generalmente dividido en control de los materiales lubricantes y control de las técnicas usadas. Los lubricantes que se usan en la mayoría de los equipos pueden ser categorizados dependiendo de su uso en:
Aceites lubricantes. Estos pueden ser aceites lubricantes en general (mineral,vegetal, animal) y aceites de corte (para reducir la fricción entre herramientas y equipo maquinado).
Grasas. Son aceites lubricantes mezclados con jabón o agentes inorgánicos haciéndolos semisólidos o semilíquidos.
Lubricantes sólidos. La mayoría son usados en conjunción con grasas, ejemplo, grafito, disulfuro de molibdeno. Métodos de lubricación. Estos pueden ser clasificados en desechables o de pérdida total, y auto contenido.
IV.6.1 Métodos de pérdida total.
Lubricación manual. El aceite se agrega a intervalos cortos, es para equipo con poco movimiento.
Alimentador con mirilla. El aceite es alimentado de un recipiente transparente por una válvula.
Sifón tipo mecha. Se usa para baja viscosidad y el suministro varía con el nivel de aceite.
Lubricante forzado mecánicamente. El suministro es controlado por la acción de un émbolo con un tornillo de ajuste.
Felpa. provee lubricante de la reserva suavemente y actúa como filtro.
Atomizador. Inyecta gota a gota en una corriente de aire presurizada atomizándola.
90
IV.6.2 Métodos auto contenidos.
Mechero con alimentación desde el fondo. Protege el equipo del polvo, filtrando el aceite.
Anillo. El aceite es usado por largos períodos de tiempo, algunas veces se usa cadena en lugar de anillo.
Baño. se usa por largos períodos en engranes y mecanismos de transmisión.
Circulante por presión. Suministra aceite a muchos puntos en equipos grandes. Puntos clave para la inspección diaria.
Control del nivel del lubricante. Seleccione el nivel apropiado que pueda ser mantenido.
Cheque la temperatura del lubricante. Con el aumento de la temperatura se reduce la fricción y aumenta el deterioro. asegure que la temperatura no llegue más allá de lo especificado.
Controle el rango de lubricación. Aplicar la cantidad correcta, mucho significa problema, menos es insuficiente.
IV.7
Mantenimiento predicativo y técnicas de diagnóstico.
Las metodologías de mantenimiento conocidas como mantenimiento predicativo y mantenimiento basado en las condiciones, están ganando atención como reemplazos confiables del mantenimiento periódico y reexaminación. Los métodos constituyen un nuevo tipo de mantenimiento preventivo que usa medición moderna y técnicas de señal de proceso para diagnosticar la condición del equipo durante operación y determinar cuando se requiere mantenimiento. Para permanecer competitivas las compañías deben cambiar del mantenimiento periódico al predictivo, en el equipo que es caro en reparación o que causa serias pérdidas si se descompone. IV.7.1 Técnicas de diagnóstico. Los intervalos para el mantenimiento periódico convencional y reexaminación son usualmente decididos determinando el máximo tiempo de operación de las estadísticas de descomposturas y de la inspección visual y ha sido sujeto de largos errores experimentales. La reexaminación y los intervalos de mantenimiento deben ser derivados científicamente, basados en una exacta comprensión de las condiciones de la máquina. La tecnología de diagnóstico mide la tensión en el equipo y sus mal funciones, deterioro, fuerza, desempeño, y otras propiedades sin desmantelarlo. Es una tecnología para monitorear cambios continuos. Los tipos de descomposturas a las cuales el mantenimiento predictivo es aplicable, está limitado a esos equipos a los cuales los cambios, en los parámetros seleccionados previamente son usados para proyectar descomposturas. No es apropiado cuando no hay medio de detectar mal funciones por adelantado, tampoco es apropiado
91
cuando los costos del monitoreo sean más altos que los costos de reparación o que las pérdidas de producción. IV.7.2 El mantenimiento predictivo y sus fines:
Reducir descomposturas y accidentes causados por el equipo.
Incrementar los tiempos de producción y operación.
Reducir los costos y tiempos de mantenimiento.
Incrementar la calidad de los servicios y productos.
IV.7.3 Técnicas aplicadas para el diagnóstico de la máquina:
Métodos térmicos. Incluyen el uso de pintura térmica para dar al equipo una termografía visible de los calentamientos.
Monitoreo del lubricante. Monitorea color, oxidación, y partículas de metal contenidos en un análisis espectro químico.
Detección de fugas. Fugas de vasos de presión se detectan con ultrasonido o gases halógenos.
Detección de fisuras. Son detectados usando un flujo magnético, resistencia eléctrica, ondas ultrasónicas o radiación.
Monitoreo de vibración. Choque y pulso son usados en maquinaria con partes movibles.
Monitoreo del ruido. Varios tipos de detectores monitorean a través del ruido que genera.
Monitoreo de la corrosión. Las emisiones acústicas y otros métodos son usados para monitorear la condición de los metales.
Los más usuales son el monitoreo térmico, monitoreo del lubricante y vibración, son extremadamente importantes, son una forma rápida en la detección de malfuncionamientos.
92
IV.8
Planeación del mantenimiento anual para el molino de bolas.
A) Se determina el trabajo requerido mediante técnicas aplicadas para el diagnostico de la máquina, las cuales son de forma rápida y en ocasiones pueden realizarse algunas de ellas sin necesidad de detener el funcionamiento de la misma:
Monitoreo del lubricante. El cual debe de ser el adecuado en rodamientos de la transmisión y del molino, lubricación adecuada en flecha y reductor de velocidad.
Detección de fugas.
Detección de fisuras. Detectados usando un flujo magnético, resistencia eléctrica, ondas ultrasónicas o radiación. Entre las placas del molino y sus elementos de transmisión.
Monitoreo de vibración. Determinar si existe una vibración excesiva y los motivos de la misma, así como detectar si es causada por factores externos.
Monitoreo del ruido. Ruido excesivo en la transmisión debido a un alineamiento erróneo entre los elementos móviles del molino.
Monitoreo de la corrosión. Mediante una inspección superficial de las placas que componen la carcasa del molino se determina la existencia de corrosión, así como la falta de pintura y abolladuras.
B) Una vez determinadas dichas fallas y su origen se debe de elaborar una lista de estas y de los elementos o materiales que se deben de sustituir para así posteriormente solicitar el material requerido para su compostura sustitución. C) Se debe de elaborar una bitácora de las tareas a realizar y el tiempo requerido en un orden congruente y de manera que no afecte ni retrase el tiempo estimado de reparación. D) Se inicia la reparación, haciendo el paro del molino y supervisando el trabajo realizado en el tiempo estimado, para evitar perdidas en la producción.
93
Glosario. Pulpa. Cualquier material vegetal reducido al estado de pasta. Harneado. Es la centrifugación de los materiales, es decir una clasificación mecánica producida por el movimiento del molino. Hidrociclones. Se utilizan principalmente para remover arenas y otras partículas sólidas del agua. La operación y el mantenimiento son muy simples dado que no hay partes móviles o mallas. Rebalse. Tipo de descarga, la cual actúa por medio de un sobre llenado de materia. Descarga. Desalojamiento de la carga que se encuentra alojada dentro del recinto de molienda. Piedras de pedernal. Sustancia mineral más o menos dura que no es terrosa ni de aspecto metálico. Lidita. Roca estratificada de alto contenido en sílice. Formación en el fondo marino generalmente en aguas profundas y/o aguas frías por lodos silícicos. Contienen una gran cantidad de microfósiles como radiolarios. Dolomita. La dolomita, también conocida como caliza de magnesio, es un carbonato doble de calcio y magnesio, su fórmula química es CaMg (CO3)2, fue descubierto en 1788/1789 por el geólogo y Mineralogista francés Déodat de Dolomieu, y en cuyo honor se le da el nombre de Dolomita al mineral. Por lo general este mineral reacciona levemente al aplicársele ácido clorhídrico diluido al 5% pero en forma distinta que el carbonato de calcio puro. La dolomita es más que una simple variante de caliza, contiene el 30.41% de CaO, 21.86% de MgO y el 47.73% de CO2, en su forma más pura. Normalmente se presenta en cristales romboédricos y por lo general estos cristales son de hábito deformado, muy aplastados, curvos en forma de silla de montar o en formas masivas, compactas o bien en forma de pequeñas geodas (en dolomías). A menudo se encuentra como masas granulares.
Clasificador. Medio por el cual se puede separar de manera ordenada o clasificada los componentes. Rebosamiento. Fuga incontrolada de pequeñas cantidades de matera. Tetraedros. Cuerpo sólido terminado por cuatro planos o caras. Diafragma. Separación que interrumpe la comunicación entre dos partes de un aparato o de una máquina. Muelas. Formas físicas que reducen un cuerpo solidó en polvo o en pequeñas partículas por presión o fricción. Grumos. Porción de un líquido que se solidifica o se coagula. Conglomerados. Masa formada por fragmentos de pequeñas rocas o sustancias minerales unidos por un cemento. Emulsiones. Concentración de una solución expresada en número de moles disueltos por litro de disolución. Coloidal. Estado de un cuerpo cuyas partículas se mezclan con un fluido sin lograr la disolución.
Conclusiones. Durante el diseño y la investigación para la realización del presente trabajo se desarrollo de manera concisa y ordenada el estudio de los diferentes equipos que existen en la industria para la molienda de grava encontrando a el molino de bolas como la mejor opción para la fabricación de 15,674 Toneladas de grava por año calculando las dimensiones del molino, el grado de llenado, el consumo de energía eléctrica y las capacidades de producción que tendrá. También se redujo de manera significativa cualquier desgaste ocasionado durante la trasmisión de movimiento, tomando en consideración diferentes aspectos básicos en el cálculo de engranes, ejes, rodamientos, acoplamientos, selección del motor eléctrico y el reductor de velocidad. Poniendo en práctica los conocimientos adquiridos y detallando los procedimientos de cálculo.
ANEXO I Motores trifásicos jaula de ardilla, alta eficiencia, totalmente cerrados Totalmente cerrados con ventilación exterior Montaje: Horizontal (F1) Aislamiento Clase F Dise.o Nema B según Norma MG-1 33oC temp. ambiente a una altitud de 2300msnm 40oC temp. ambiente a una altitud de 1000 msnm Motores a prueba de explosión para atmósferas de División 1, Clase 1, Grupo D - Clase 2, Grupos F&G Descripción Potencia en HP
50
60
75
100
125
150
Velocidad en RPM
3600 1800 1150 900 3600 1800 1150 900 3600 1800 1150 900 3600 1800 1150 900 3600 1800 1150 900 3600 1800 1150 900
Tensión a 60 Hz en Volts 220/440 220/440 220/440 220/440 220/440 220/440 220/440 220/440 220/440 220/440 220/440 440 220/440 220/440 220/440 460 460 460 460 460 460 460 460 460
Para otra clasificación, favor de consultarnos. Factor de Servicio: 1.0 Motores RGZZESD 1.15 Motores RGZE y RGZESD 1.25 Motores RGZE y RGZESD Armazones 143T a 256T en 2 y 4 Polos
Modelo Tamaño Armazón NEMA 326TS 326T 365T 404T 364TS 364T 404T 405T 365TS 365T 405T 444T 405TS 405T 444T 445T 444TS 444T 445T 447T 445TS 445T 447T 447T
RGZE Uso general Catálogo Spiridon
RGZESD Servicio pesado No. de parte
1LA03262FE72 1LA03264FE71 1LA03656FE71 * 1LA03642FE72 1LA03644FE71 1LA04046FE71 * 1LA03652FE72 1LA03654FE71 1LA04056FE71 * 1LA04052FE72 1LA04054FE71 * * 1LA04442FE82 1LA04444FE81 * * * 1LA04454FE81 * *
1LA03262SE72* 1LA03264SE71* 1LA03656SE71* 1LA04048SE71* 1LA03642SE72* 1LA03644SE71* 1LA04046SE71* 1LA04058SE71* 1LA03652SE72* 1LA03654SE71* 1LA04056SE71* 1LA04448SE81* 1LA04052SE72* 1LA04054SE71* 1LA04446SE81* 1LA04458SE81* 1LA04442SE82* 1LA04444SE81* 1LA04456SE81* 1LA04478SE81* 1LA04452SE82* 1LA04454SE81* 1LA04476SE81* 1LA04478HE81*
RGZZESD A prueba de explosión Catálogo Spiridon * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
Lista de partes para motores trifásicos cerrados de alta eficiencia. Notas técnicas. Lista de partes 1. Escudo soporte de rodamiento, lado accionamiento (“A”). 2. Arandela de presión. 3. Rodamiento de bolas lado (“A”) 4. Eje con paquete rotor y cu.a espiga 5. Carcasa con paquete estator bobinado. 6. Rodamiento de bolas lado “B” 7. Escudo soporte de rodamiento, lado ventilador (“B”). 8. Ventilador de plástico. 9. Capuchón de lámina. 10. Tapa caja de conexiones. 11. Empaque tapa-base caja de conexiones. 12. Base caja de conexiones. 14. Empaque base caja de conex-carcasa. 15. Placa de características. 16. Cancamo. 17. Tapón para rosca cáncamo. 18. Escudo soporte de rodamiento, con brida “C” o “D”. 19. Tapa balero interior lado ventilador (“B”). 20. Tornillo de tierra.
aula de ardilla, alta eficiencia, tot
fig. No. 31, despiece de un motor trifásico cerrado de alta eficiencia
Dimensiones de motores horizontales en pulgadas. NEMA 143T 145T 182T 184T 213T 215T 254T 256T 284T 286T 284TS 286TS 324T 326T 324TS 326TS 364T 365T 364TS 365TS 404T 405T 404TS
S
ES
C
D
E
.188 .188 .250 .250 .313 .313 .375 .375 .500 .500 .375 .375 .500 .500 .500 .500 .625 .625 .500 .500 .750 .750 .500
1.38 1.38 1.75 1.75 2.38 2.38 2.88 2.88 3.25 3.25 1.88 1.88 3.88 3.88 2 2 4.25 4.25 2 2 5.63 5.63 2.75
12.2 13.3 14.2 15.2 18.0 19.1 22.3 24.1 28.8 28.8 27.5 27.5 32.0 32.0 30.0 30.0 34.2 34.2 32.1 32.1 39.5 39.5 36.5
3.50 3.50 4.50 4.50 5.25 5.25 6.25 6.25 7 7 7 7 8 8 8 8 9 9 9 9 10 10 10
2.75 2.75 3.75 3.75 4.25 4.25 5 5 5.50 5.50 5.50 5.50 6.25 6.25 6.25 6.25 7 7 7 7 8 8 8
2F
BA
4 5 4.50 5.50 5.50 7 8.25 10 9.50 11 9.50 11 10.50 12 10.50 12 11.25 12.25 11.25 12.25 12.25 13.75 12.25
2.25 2.25 2.75 2.75 3.50 3.50 4.25 4.25 4.75 4.75 4.75 4.75 5.25 5.25 5.25 5.25 5.88 5.88 5.88 5.88 6.625 6.625 6.625
N-W 2.25 2.25 2.75 2.75 3.38 3.38 4 4 4.63 4.63 3.25 3.25 5.25 5.25 3.75 3.75 5.88 5.88 3.75 3.75 7.25 7.25 4.25
O 6.93 6.93 8.86 8.86 10.62 1062 12.62 12.62 14.19 14.19 14.19 14.19 15.94 15.94 15.94 15.94 17.81 17.81 17.81 17.81 19.90 19.90 19.90
P 7.7 4.7 9.7 9.7 11.2 11.2 13.4 13.4 15.5 15.5 15.5 15.5 17.1 17.1 17.1 17.1 18.5 18.5 18.5 18.5 19.6 19.6 19.6
H .13 .13 .13 .13 .13 .13 .13 .13 .13 .13 .13 .13 .13 .13 .13 .13 .38 .38 .38 .38 .13 .13 .13
AB 6.46 6.46 7.36 7.36 9.02 9.02 9.92 9.92 12.94 12.94 12.94 12.94 15.75 15.75 15.75 15.75 17.69 17.69 17.69 17.69 17.50 17.50 17.50
fig. No. 32, dimensionamiento de un motor trifásico cerrado de alta eficiencia
ANEXO II
Reducción nominal 5
7.5
0
15
20
25
30
40
50
GS-254 GSA-254 y GSV-254 Descripción de la capacidad 1750 Pot. Entrada HP 108 Pot. Salida HP 103 Par Salida Kg-cm 21926 Vel. Salida RPM 350 Pot. Entrada HP 89.1 Pot. Salida HP 85.5 Par Salida Kg-cm 25965 Vel. Salida RPM 233 Pot. Entrada HP 75 Pot. Salida HP 70 Par Salida Kg-cm 28734 Vel. Salida RPM 175 Pot. Entrada HP 56.4 Pot. Salida HP 52.3 Par Salida Kg-cm 31965 Vel. Salida RPM 117 Pot. Entrada HP 43.5 Pot. Salida HP 39.4 Par Salida Kg-cm 33696 Vel. Salida RPM 88 Pot. Entrada HP 36.9 Pot. Salida HP 32.9 Par Salida Kg-cm 33581 Vel. Salida RPM 70 Pot. Entrada HP 31.7 Pot. Salida HP 28.1 Par Salida Kg-cm 34504 Vel. Salida RPM 58 Pot. Entrada HP 23.7 Pot. Salida HP 20.1 Par Salida Kg-cm 33466 Vel. Salida RPM 44 Pot. Entrada HP 19 Pot. Salida HP 15.5 Par Salida Kg-cm 32312 Vel. Salida RPM 35
Velocidad de entrada 1150 91.2 86.9 26888 230 75 70 32658 152 62.6 59.2 36351 115 46.7 43.2 40043 77 36.1 32.4 42121 58 30 26.6 41197 46 26.2 22.9 42698 38 19.8 16.5 41774 29 15.8 12.7 40159 23
870 79.5 76 28965 174 65 62 37389 116 54.6 51.7 42000 87 40.9 37.8 46257 58 31.7 28.3 48583 44 26.9 23.6 48583 35 23.2 20.2 49852 29 17.6 14.4 48468 22 14.1 11.2 46621 17
MODELO
PESO
CAP
127
89
2
152
114
3
178
162
5.5
203
238
6
228 254 305
325 415 650
8 10 12
MAT Fundición Fo.Fo. Fundición Fo.Fo. Fundición Fo.Fo. Fundición Fo.Fo. Estructurado (Fierro) Estructurado (Fierro) Estructurado (Fierro)
fig. No. 33, vista lateral del reductor de velocidad MODELO 127 152 178 203 228 254
305
A 18 15/32 469.11 20 7/16 519.11 22 5/8 574.68 25 1/8 638.18 28 9/16 725.49 30 7/16 773.11 34 ¾ 882.65
B 9 11/16 246.06 10 ½ 266.70 11 1/8 282.58 12 ½ 317.50 14 5/16 363.54 14 15/16 379.41 16 ¾ 425.45
C 8 25/32 223.04 9 15/16 252.41 11 ½ 292.10 12 5/8 320.68 14 ¼ 361.95 15 ½ 393.70
D 2 19/32 65.88 2¾ 69.85 3¼ 82.55 3 9/16 90.49 4¼ 107.95 4 3/8 111.13
E () 1.375 34.93 1.500 38.10 1.625 41.28 1.875 47.63 2.125 53.98 2.250 57.15
F (Cuñero) 5/16x5/32x2-1/4
18 457.20
5½ 139.70
2.500 63.50
5/8x5/16x4-1/2
3/8x3/16x2-3/16 3/8x3/16x3 1/2x1/4x3-1/8 1/2x1/4x3-7/8 1/2x1/4x3-5/8
G 9½ 241.30 10 7/16 265.11 12 304.80 13 ½ 342.90 15 ½ 393.70 17 ½ 444.50
H 12 304.80 14 ¼ 361.95 15 ½ 393.70 17 ½ 444.50 19 ½ 495.30 21/3/4 552.45
U 15 ½ 393.70 17 ¾ 450.85 19 5/8 498.48 22 558.80 24 ½ 622.30 27 3/8 695.33
W 16 7/16 417.51 18 5/8 473.08 21 3/16 538.16 23 5/8 600.08 25 635.00 28 ¾ 730.25
V 1½ 38.10 1 9/16 39.69 1¼ 31.75 1¾ 44.45 1 7/8 47.63 2 50.80
21 533.40
25 ¼ 641.35
31 ½ 800.10
32 812.80
2¼ 57.15
Nota: Las dimensiones están dadas en pulgadas (superior) y milímetros (inferior), la capacidad se entiende en litros y el peso en kilogramos.
fig. No. 34, dimensionamiento del reductor de velocidad
ANEXO III NUMERO DE COJINET E
DIMENSIONES LÍMITE
Perforación mm
6300 6301 6302 6303 6304 6305 6306 6307 6308 6309 6310 6311 6312 6313 6314 6315 6316 6317 6318 6319 6320 6321 6322 6324 6326 6328 6330
10 12 15 17 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 120 130 140 150
in
.3937 .4724 .5906 .6693 .7874 .9843 1.1811 1.3780 1.5748 1.7717 1.9685 2.1654 2.3622 2.5591 2.7559 2.9528 3.1496 3.3465 3.5433 3.7402 3.9370 4.1338 4.3307 4.7244 5.1181 5.5118 5.9055
Diámetro exterior mm
35 37 42 47 52 62 72 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 215 225 240 260 280 300 320
in
1.3780 1.4567 1.6535 1.8504 2.0472 2.4409 2.8346 3.1496 3.5433 3.9370 4.3307 4.7244 5.1181 5.5118 5.9055 6.2992 6.6929 7.0866 7.4803 7.8740 8.4646 8.8582 9.4488 10.2362 11.0236 11.8110 12.5984
DIMENSIONES DE CHAVETA CIRCULAR in
Ancho mm
11 12 13 14 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 50 55 58 62 65
in
.4331 .4724 .5118 .5512 .5906 .6693 .7480 .8268 .9055 .9843 1.0630 1.1417 1.2205 1.2992 1.3780 1.4567 1.5354 1.6142 1.6929 1.7717 1.8504 1.9291 1.9685 2.1654 2.2835 2.4409 2.5590
H
.125 .125 .125 .141 .141 .195 .195 .195 .226 .226 .226 .271 .271 .304 .304 .304 .346 .346 .346 .346 -
S
1.562 1.625 1.821 2.074 2.276 2.665 3.091 3.406 3.799 4.193 4.587 5.104 5.498 5.892 6.286 6.679 7.198 7.593 7.986 8.380 -
RADIO DE FILETE MÁXIMO Flecha y carcaza
PESO APROX .
in
lb
.025 .040 .040 .040 .040 .040 .040 .060 .060 .060 .080 .080 .080 .080 .080 .080 .080 .100 .100 .100 .100 .100 .100 .100 .12 .12 .12
.13 .15 .20 .25 .34 .58 .83 1.07 1.41 1.95 2.50 3.30 3.81 4.64 5.68 6.60 9.53 11.00 11.60 13.38 16.34 17.8 21.0 32.3 40.1 48.1 57.8
t
.044 .044 .044 .044 .044 .067 .067 .067 .097 .097 .097 .111 .111 .111 .111 .111 .122 .122 .122 .122 -
VELOCIDAD LIMITANTE
CLASIFICACIO N DE CARGA DINAMICA
CLASIFICACIO N DE CARGA ESTATICA
rpm
22000 20000 18000 16000 14000 11000 9500 8500 7500 6700 6000 5300 5000 4500 4300 4000 3800 3400 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1900
lb
lb
1400 1700 1930 2320 3000 3800 5000 5700 7350 9150 10600 12900 14000 16000 18000 19300 21200 21600 23200 24500 28500 30500 32500 36000 39000 44000 49000
850 1040 1200 1460 1930 2550 3400 4000 5300 6700 8150 10000 10800 12500 14000 16300 18000 18600 20000 22400 27000 30000 32500 38000 43000 50000 60000
ANEXO IV MÁQUINA ACCIONADA EJEMPLOS
Funcionamiento uniforme, con masas pequeñas a acelerar. Bombas hidráulicas y centrífugas, generadores eléctricos, ventiladores, máquinas herramientas, agitadores para líquidos, cintas transportadoras. Funcionamiento uniforme, con masas medianas a acelerar. Máquinas para el plegado de chapa metálica, máquinas para el trabajo de madera, molinos, máquinas textiles, mezcladoras. Con masas medianas a acelerar y un funcionamiento irregular. Hornos rotativos, máquinas de imprimir y de colorear, alternadores, trituradoras, devanadoras, máquinas de hilar, bombas para líquidos viscosos, transportadores por cadenas. Con masas medianas a acelerar, funcionamiento irregular y choques. Mezcladoras para hormigón, martillos mecánicos, vagones de tracción por cable, molinos papeleros, bombas de hélice, devanadoras de cable, laminadoras para caucho. Masas muy grandes a acelerar, funcionamiento irregular y fuertes choques. Excavadoras, molinos de martillos, bombas de embolo con volante, prensas, máquinas rotativas para perforaciones, cizallas, prensas de forja, prensas de estampación. Masas muy grandes a acelerar, funcionamiento irregular y choques muy fuertes. Compresores y bombas de embolo sin volante, laminadoras pesadas, máquinas para la soldadura, prensas para ladrillos, machacadoras de piedras.
MOTORES DIESEL Y DE GASOLINA MOTOR ELÉCTRICO
4A6 CILINDROS
1A3 CILINDROS
1.0-1.2
1.5
2.0
1.5
1.8
2.5
1.8
2.0
2.8
2.0
2.5
3.0
2.2
2.8
3.5
2.5
3.0
3.8
Periodo de Funcionamiento horas/día 2 2 12 1 1.15
Mas de hasta Factor F2
Mas de hasta Cambios por hora
10 1
Arranques por hora 10 40 40 120 1.25 1.75
12 24 1.3
120 200 2.5
200 3
ANEXO IV
Datos Técnicos del PM - Bloques Especiales Redondos PM 12 - PM 600
kW / rpm PAR NOMINAL TKN (kNm)
1.2 5
1.89
2.83
4.19 6.28
9.43
3.2
4.8
7.2
10.6 15.9 7 9
24.0
PAR MÁXIMO TKmax 12. 18.0 27.0 40.0 60.0 (kNm) 0 PAR VIBRATORIO 3.33 1.0 1.5 2.25 5.0 TKW (kNm) (2) 4 CALOR DISIPADO 130 150 180 220 260 PERMISIBLE A TEMP. AMBIENTE 30°C PKW (W) VELOCIDAD 345 265 238 205 2975 MÁXIMA (rpm) 0 0 0 0 RIGIDEZ TORSIONAL DINÁMICA kW / rpm (3) 0.0 0.0 0.1 0.3 0.6 0.8 (MNm/rad) 45 7 4 2 3 4 SM 0.0 @ 0.25 TKN 0.08 0.12 0.18 0.27 60 53 PAR MÁXIMO 0.4 0.6 SM 0.07 0.24 TKmax (kNm) 8.0 0.109 1.3 0.163 3.0 6.00.362 70 23 1 7 SM 80 PAR VIBRATORIOSM @ 0.50 TKN 60 TKW (kNm) (2) SM CALOR DISIPADO 70 SM PERMISIBLE A 80 TEMP. AMBIENTESM @ 0.75 TKN 60 30°C PKW (W) SM VELOCIDAD 70 MÁXIMA (rpm) SM 80 RIGIDEZ SM @TORSIONAL 1.0 TKN 60 DINÁMICA (3) SM 70 (MNm/rad) Sm SM à 0.25 TKN 80 60 RIGIDEZ RADIAL SM SM (N/mm) 60 70 SM SM @ SIN CARGA 70 80 SM SM à 0.50 TKN 80 60 RIGIDEZ RADIAL SM SM (N/mm) 60 70 SM SM @ TKN 70 80 SM SM
0.1
0.0 0.08 8 54 0.10 4 26 0.15 96 0.16 8 0.16 72 2 00 0.21 4 0.28 5 0.25 6 0.32 0.0 8 03 261 0.0 9 05 374 0.0 2 09 613 0.0 8 05 951 0.0 0 07 905 0.0 6 10 913 0.0
0.239 2 0.251 0.243 63
00
0.321 0.427 0.385 0.00 0.491 5 0.00 3000 8 0.01 4286 3 0.00 7030 8 1090 0.01 00 1037 0.01 54 1046 0.01
0.358
8 0.53 4 0.7962
0.55 0.84 9 0.53 0.364 45 0.809 540 38 9 44 00.481 000.7180 1.069 60 3 0.94 0.641 1.424 8 0.85 0.577 1.282 5 1.09 0.01 0.0 0.737 0.0 0.071.638 2 2 29 3 97 0.01 0.104497 0.1 3433 0.03914 8 43 4 38 0.03 0.136425 0.1 4905 0.05592 0 72 4 79 1053 0.01 0.10 0.1 8044 0.09170 8 9 46 4 38 1247 1421 1630 0.02 0.0 0.13 0.1 0 85 5 0 58 5 9 1187 1353 1555 0.03 0.0 0.18 0.2 0 41 6 0 86 0 1 1196 1364 1567 0.02 0.0 0.15 0.2 0.377
28. 29
41.9 1
34.6 7
48.0
72. 0
106. 67
270 .0 22. 5
400. 0
180. 0
300
340
375
440
490
183 0
1600
146 0
126 0
109 0
1.2 5 0.61 3 12. 0.895 0
1.8 9 0.88 5 18. 1.293 0
7.5
0.224
365
18.8 6
130. 0 10.8 33
90.0
0.32 0.498 0.747 2 0.0 0.1 0.30.290.7 1.0 0.791 1.5 0.132 0.198 0.44 84 63 75 3 5 0.34 0.155 0.233 0.52 1.05 32 45 5 56 56 67 0.149
13.6 2
1.079
2.2 1.143 5 1.517
79
1.193 0
1.724 8
1.154
1.667
1.317 34
50
1.603
15.0
2.759
1.85
2.672
0.14 2.457 6 0.20 5132 7 0.26 7333 9 1202 0.20 5 7 1864 0.27 07 1774 0.36 51 1789 0.30
0.21 3.549 8 0.31 5798 1 0.40 8284 3 0.31 13586 1 0.41 21000 6 0.54 20048 2 0.46 20214
97 5
2.8 4.1 6.2 9.4 13 3 9 8 3 .6 1.22 1.8 2.72 4.02 6 39 4 87 13 27. 40.2.6860. 3.9790. 5.9 0. 1.79 0 0 5 0 8 0 67 1.49 3.31 4.90 2.24 3 9 8 16 3.3 11. 5.2 1.58 2.37 3.51 5.0 3 7.5 6 .2 75 2 25 73 5 4.66 2.1 3.15 7 7 10 11 12 13 870 2.38 5.30 7.9 3.58 59 69 7 18 4 09 56
2.30 8 2.63 1.902 29 2654 75 03.20 2.316 7
1.91
29.0
62. 86 15 9.9 9 60 0.0 42. 75 56 5
3.46 5.12 2 9 3.95 5.85 23 1 20 3 18 804.81 50 7.1230 6 8.48 3.82 5.73 9 8.22 3.7 5.55 2 4.91 10.9 0.32 0.47.370.72 1.0 3 19 8 85 8 92 739 0.46 1.5 6464 0.6 1.038438 6 91 8 6 54 1051.341205 0.60 0.8 2.0 9236 5 96 70 4 0 16 1514 173 1977 0.46 0.6 1.03 1.5 7 35 0 6 91 6 54 2348 268 3065 0.62 0.9 1.38 2.0 4 0 24 70 6 0 79 2235 1.22551.802917 0.81 2.7 3 0 04 80 6 6 09 2253 257 2941 0.69 1.0 1.54 2.3
7.6 93 8.7 16 8 00 10. 689 12. 733 12. 333 16. 1.5 378 77 965 2.2 745 137 2.9 9812 226 2.2 28 45 350 3.0 7003 333 3.9 9013 336 3.3
Acoplamientos PM Tabla de Dimensiones Tipo PM-MM
TIPO DE MOTOR
60 2
60 3
60 4
60 6
60 8
61 0
61 2
614
cv
10 72 5 18 7.3 17 2 2
15 65 0 18 7.3 17 2 2
25 57 5 21 5.9 19 6 2
35 52 5 26 0.3 21 9 3
50 50 0 26 0 23 7 3
D1
51
54
54
64
70
86
14 6 13 3 13. 5 10 2
17 1.4 15 7 15. 3 12 1
17 1.4 15 7 15. 3 12 1
K1
83
95
95
19 6.8 18 1 18. 7 13 3 14 6
23 5 21 4.3 18. 9 17 1 14 6
24 0 22 2 18. 5 17 8 17 1
75 47 5 33 8 28 1.5 3.5 10 9 31 2 28 0 18. 5 19 0 22 2
100
C
7 80 0 16 1.9 15 3 1
L
44. 45
50. 80
50. 80
63. 50
76. 20
82. 55
92. 107 07 .95
L1
76. 2
88. 9
88. 9
10 1.6
12 3.8
12 7
M
70
83
83
95
N
31 10 1 20 3
33 11 6 25 4
33 11 6 25 4
35 13 0 33 0
11 1 35 14 6 33 0
36
39
39
46
22
27
27
41
51
3
3
rpm A B
F G H K DIMENSIO NES (mm)
P V W MÍN. Y MÁX. Y Z
61 6 15 0 45 0 39 2 31 8 4 12 5 36 0 32 0
61 8 20 0 41 0 44 0 33 6.5 4.5 14 3 40 7 36 7
62 0 27 5 39 0 44 0 33 6.5 4.5 14 3 40 7 36 7
62 2 37 5 36 0 44 0 39 2.5 4.5 14 3 40 7 36 7
62 4 50 0 34 0 49 0 46 6 5 16 2 45 8 41 8
21
21
21
21
21
24 1 28 6 11 7.4 7
25 4 28 6 12 7.0 0
30 5 28 6 14 9.2 2
30 5 28 6 15 8.7 5
15 158 8.7 .7
18 1
20 3.2
22 8.6
22 8.6
11 1 37 14 8 40 6
12 4 45 16 9 48 3
13 7 52 18 9 58 4
14 9 40 18 9 58 4
16 8 51 21 9 58 4
17 8 67 24 5 58 4
60
81
10 2
102
11 8
13 4
13 4
15 2.7
38
49
50
72
72
80
92
92
92
51
64
73
85
3
3
3
3
12 5 5
14 3 5
14 3 5
14 3 5
30 5 28 6 17 7. 80 22 8. 6 23 2 67 29 9 58 4 15 2. 7 10 5 16 2 5
10 9 3
460 338 281 .5 3.5 109 312 280 18. 5 216 222
124 45 169 483
109 3
fig. No. 35, dimensionamiento del acoplamiento PM
ANEXO V Normas:
ASTM (American Society for Testing and Materials) AGMA (American Gear Manufacturing Association) ASME (American Society Mechanical Engineers) AISI (American Iron and Steel Institute) ANSI (American National Standards Institute) NEMA (National Electrical Manufacturers Association) SAE (Society of Automotive Engineers) Clasificación y usos de las normas dentro del diseño:
AGMA para engranes. ASME para flechas, rodamientos, chumaceras, cojinetes. ASTM, ANSI, AISI para materiales. NEMA para motores y circuitos eléctricos
Bibliografía. Norton, Robert L., (1999). Diseño de máquinas. Primera edición. México. Prentice hall.
Avallone, Eugene A., Baumeister III, Theodore, (1997). Manual del ingeniero mecánico. Tomo I. novena edición. Colombia. Mc Graw hill.
Smith, Edward H., (1998). Manual del ingeniero mecánico. Tomo I, II y III. Primera edición. México. Prentice Hall.
Juárez, Alejandro, (2005). Tesis: Propuesta para eficientar la utilización del equipo en la fabricación portland blanco. México. Instituto Politécnico Nacional.
Perry, Robert H., Green, Don W., Maloney, James O., (1992). Manual del ingeniero químico. Tomo II. Sexta edición. México.
Riley, William F., Sturges, Leroy D., Morris, Don H., (1997). Mecánica de materiales. México. Limusa, Wiley.
Plantas trituradoras, http://www.fam.de/espanol /index.html, (2008).
Catálogo de motores eléctricos SIEMENS, http://www.siemens.com.mx, (2007).
Catálogo de acoplamientos, (2008). http://www.renold.com
Catalogo de reductores de velocidad RAISA, (2007). http://www.raisa-slp.com.mx
Máquinas y equipos para la minería, (2007). http://www.tecmaqsrl.com
Trituradores, (2008). http://www.itescam.edu.mx
