definición de máquina

Código: Ml-537. 2012-II (ABA)

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA - UNSAACAsignatura: Maquinaria y Equipo Industrial.

Docente: Ing. Alfredo T. Benito Aragón. ([email protected])

GENERALIDADES

Definición de máquinaNo existe una definición clara y única de éste término debido a su gran complejidad y a los diferentes enfoques que se puede dar a la propia máquina, así se tienen algunas definiciones:1) Según la Real Academia Española de la lengua: “Máquina es cualquier artificio que sirve para aprovechar, dirigir o regula la acción de una fuerza”.2) Según el Economista Echepare: “Máquina es un tubo con una entrada por donde se mete dinero y una salida por donde sale más dinero”3) Desde el punto de vista de la Mecánica: “Una máquina es un conjunto de elementos móviles y fijos cuyo funcionamiento posibilita aprovechar, dirigir, regular o transformar energía o realizar un trabajo con un fin determinado. Se denomina maquinaria (del latín machinarĭus) al conjunto de máquinas que se aplican para un mismo fin y al mecanismo que da movimiento a un dispositivo.4) Definición técnica moderna: “Máquina se considera como el resultado de un diseño y su construcción en el cual intervienen dos grupos de factores, unos de naturaleza puramente mecánica, ejemplo: piezas y mecanismos que la constituyen; otros de naturaleza no mecánica, ejemplo: estética, mercado, impacto social, régimen político imperante, etc”Ambos conjuntos de factores hacen que las máquinas modernas adquieran diversas configuraciones y características según el entorno sociopolítico y económico en el que se diseñan, construyen, comercializan y se utilizan, por ejemplo: en un mercado abierto se considera la estética, el confort, la fiabilidad, la ergonomía, la diversidad de precios, los modelos, las marcas, etc.; en un mercado cerrado y dirigido los anteriores factores no tienen mucha trascendencia.

Componentes de una máquinaLos elementos que componen una máquina son:• Motor: es el mecanismo que transforma la energía para la realización del trabajo requerido. Conviene señalar que los motores también son máquinas, en este caso destinadas a transformar la energía original (eléctrica, química, potencial, cinética) en energía mecánica en forma de rotación de un eje o movimiento alternativo de un pistón.Aquellas máquinas que realizan la transformación inversa, cuando es posible, se denominan máquinas generadoras o generadores y aunque pueda pensarse que se circunscriben a los generadores de energía eléctrica, también deben incluirse en estacategoría otro tipos de máquinas como, por ejemplo, las bombas o compresores.• Mecanismo: es el conjunto de elementos mecánicos, de los que alguno será móvil, destinado a transformar la energía proporcionada por el motor en el efecto útil buscado.• Bastidor: es la estructura rígida que soporta el motor y el mecanismo, garantizando el enlace entre todos los elementos.

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• Componentes de seguridad: son aquellos que, sin contribuir al trabajo de la máquina, están destinados a proteger a las personas que trabajan con ella. Actualmente, en el ámbito industrial es de suma importancia la protección de los trabajadores, atendiendo al imperativo legal y económico y a la condición social de una empresa que constituye el campo de la seguridad laboral, que está comprendida dentro del concepto más amplio de prevención de riesgos laborales.

La máquina en los diferentes sectores productivos y de serviciosLa máquina se encuentra presente en todas las actividades del ser humano, en el mundo moderno ocupa un papel primordial, las máquinas empleadas por el hombre se pueden agrupar en los siguientes sectores:1) Sector Primario

• Agricultura.• Ganadería.• Maderera.• Pesca.• Minería.• Hidrocarburos.

2) Sector Secundario• Aeronáutica.• Alimentos.• Cemento.• Defensa.• Energía.• Siderurgia, • Metalurgia.• Metalmecánica.• Construcción.• Automotriz, Naval.• Obras civiles.• Industrias de transformación, etc.

3) Sector Terciario• Doméstico.• Medicina y salud.• Educación.• Telecomunicación.• Ocio y recreación.• Seguridad.• Saneamiento, etc.

ClasificacionesPueden realizarse diferentes clasificaciones de los tipos de máquinas dependiendo del aspecto bajo el cual se las considere. Por ejemplo, atendiendo a la fuente de energía y motor que utilizan las máquinas, se suele realizar la siguiente clasificación:

• Máquinas manuales.• Máquinas eléctricas.• Máquinas hidráulicas.• Máquinas térmicas.

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Maquinaria y equipo básico utilizado según sectores

1) Industria Metalúrgica

a) Máquinas Herramientas para trabajo de metales, sin arranque de viruta

Cizallas universales y de guillotina. Dobladoras de perfiles, tubos y varillas. Laminadoras, trefiladoras. Martillos de forja y martinetes (de caída libre, neumáticos, mecánicos, etc) Prensas (de embutir, extruir, troquelar, etc) Prensas de forja estampado y corte. Punzonadoras. Remachadoras. Herramientas manuales. Etc.

b) Máquinas Herramientas para trabajo de metales, con arranque de viruta

Afiladoras, esmeriles, amoladoras. Brochadoras. Fresadoras, tornos, taladradora, (máquinas de diversos tipos CNC y mecánicos) Cepilladoras. Mandrinadoras. Mortajadoras. Rectificadoras. Sierras circulares. Roscadoras. Herramientas manuales. Etc.

c) Otras máquinas

Máquinas para ensayos (Microscopios, pruebas mecánicas, para END, Análisis químico, etc)

Instrumentos de control (Dinamómetros, tacómetros, calibradores, sensores, pesómetros, PLCs, etc.

Máquinas ensambladoras. Máquinas de soldar. Etc.

2) Metalurgia Extractiva

Trituradoras. Cribadoras. Zarandas vibratorias.

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Fajas transportadoras. Molinos (de diversos tipos, convencionales y SAG) Clasificadores (Rastrillos, helicoidal, hidrociclones) Bombas de pulpa y de vacío. Celdas de flotación. Filtros de pulpas (Discos, prensa, cilindros) Mesas vibradoras. Espirales. Espezadores de pulpas. Centrifugadoras. Alimentadores de mineral y reactivos. Equipo de control (Manómetros, pesómetros, balanzas, flujómetros, sensores,

viscosímetros, PLCs, etc) Grúas puente. Montacargas. Reactores (Hornos de fusión, convertidores, celdas electroquímicas) Etc.

3) Siderurgia

Reactores (Alto horno, hornos horizontales, convertidores, hornos eléctricos) Transportadores. Trenes de laminación en caliente y en frío. Trefiladoras. Equipos de control de calidad. Grúas puente. Etc

4) Minería

Cabrestantes. Ascensores. Montacargas. Palas mecánicas. Maquinaria de transporte. Perforadoras. Dragas. Excavadoras. Bombas. Compresoras. Ventiladoras. Teodolítos. GPS. Etc.

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UNION DE PIEZAS Y ELEMENTOS DE MAQUINAS

Las diferentes estructuras, piezas, dispositivos y elementos mecánicos para la construcción y ensamble de máquinas se sujetan y conectan mediante diversos tipos de uniones. Los elementos y miembros conectados que forman parte de las estructuras y máquinas deben actuar juntos para cumplir óptimamente con sus funciones requeridas así como para mantener su integridad física. La importancia del conocimiento y uso de un determinado tipo de conexión se basa en que ésta constituye una vía para la transmisión de las diferentes cargas entre los elementos que componen la estructura o la máquina. Las formas de unión pueden ser desmontables y no desmontables.a) Desmontables.

Son aquellas que se ejecutan generalmente por cierre de fuerza o de rozamiento, pueden desensamblarse sin destrucción de sus partes, ejem: pasadores, chavetas, cuñas, tornillos, pernos, abrazaderas, etc.

b) No desmontables o fijas. Se ejecutan por cierre de material con deformación permanente, ejem: procesos de soldadura, uniones adhesivas (encolado, enmasillado), también se ejecutan por cierre de forma y fuerza, ejem: roblonado, remachado. engrapado.Estas uniones se caracterizan por que su desensamble es posible con la destrucción total o parcial de las mismas, por ejem: corte de las costuras soldadas con soplete o cincel, corte de las cabezas de los roblones y remaches, taladrado de las cañas de los roblones y vástagos de remaches, corte de las grapas de fajas, etc.

Guía para la selección de un método de unión.Para la elección de un determinado tipo de unión, deben considerarse claramente los objetivos que ésta deberá cumplir, así como el tipo, dirección y magnitud de los esfuerzos que ha de absorber. El proceso de selección no siempre señala un solo método, por que hay aplicaciones en que se emplean dos o más tipos de uniones, por ejemplo en la edificación de las instalaciones industriales de plantas metalúrgicas, en la fabricación y montaje de los equipos y máquinas para la industria metalúrgica: trituradoras, cribadoras, tolvas, zarandas vibratorias, molinos (de bolas, de barras, SAG), clasificadores (hidrociclones, helicoidal, de rastrillos), fajas transportadoras, bombas de pulpas, acondicionadores, alimentadores de reactivos, celdas de flotación, filtros de concentrados (de prensa, discos, cilindros), espezadores de pulpas, jigs, espirales, dragas, mineroductos , hornos de fusión (eléctricos, de inducción, rotatorios, alto horno), celdas de electrólisis, convertidores, cucharas de colada, grúas puente, máquinas herramientas (taladros, tornos, fresadoras, cepilladoras, mortajadoras), prensas (mecánicas, hidraúlicas), trenes de laminación y trefilado, instrumentos y sistemas de control, etc. A continuación se presenta diversas características principales de algunos tipos de unión, esto, como un ejemplo y una guía en la selección del método por usar para una aplicación en particular:

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1. CONEXIONES CON PERNOS

VENTAJAS DESVENTAJAS1. El espesor de los elementos que van ha

conectarse está limitado sólo por la longitud de los pernos y el área disponible para los agujeros de los pernos.

2. Se pueden desmontar fácilmente.con fines de reemplazo o inspección de la maquinaria.

3. Se unen diferentes materiales laminados y/o tratados.

4. Requieren de herramienta simple y barata.

5. Demanda habilidades mínimas por parte de los operadores.

6. El costo de conexión es más barato que los procesos de soldadura.

7. No introducen esfuerzos residuales o alabeos.

8. No cambia la microestructura de las partes conectadas.

1. La junta es más débil que las partes que se van a unir.

2. Introduce concentraciones de esfuerzos en los agujeros.

3. No son herméticas a fluidosa menos que se sellen. Los empaques fallan con el tiempo.

4. Pueden tener una conductividad eléctrica pobre.

5. Se aflojan y pueden ser sensibles a las vibraciones.

6. Pueden presentar corrosión en el borde de la tuerca o de la cabeza del perno.

7. Requieren traslape o placas de soporte.8. Se debilitan o aflojan por esfuerzos

térmicos.

2. CONEXIONES SOLDADAS

VENTAJAS DESVENTAJAS1. Son herméticas a fluidos cuando están

bien hechas.2. Tienen resistencia igual a la de los

materiales unidos.3. Se pueden construir componentes

mecánicos difíciles formar por algún otro proceso.

4. Pueden ser más ligeras que componentes similares de igual resistencia hechas por fundición o ensambladas a base de conexiones con pernos.

5. Tienen buena conductividad eléctrica y térmica.

6. Los rebordes o cordones rectificados a un contorno adecuado pueden no introducir concentraciones de esfuerzos adicionales.

7. Su resistencia y rigidez no son afectadas por cambios de temperatura dentro del margen de servicio de los elementos conectados.

1. Pueden cambiar la microestructura de los metales unidos.

2. Son difíciles de desmontar.3. Los elementos pueden alabearse.4. Puede introducir esfuerzos

residuales.5. Pocos metales diferentes pueden

conectarse.6. Requiere de operadores calificados,

equipo relativamente caro, equipo especial caro para verificar la calidad de la soldadura.

7. Es posible que no se detecten defectos en la soldadura como poros o inclusiones sin el uso de equipo especial.

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ELEMENTOS BASICOS DE CONEXIÓN

1) Remache. Es un elemento de sujeción permanente que tiene dos partes: cabeza y vástago. Los tamaños de los remaches se conocen por el diámetro del vástago. En la fig. . Se presenta las formas más comunes de remaches, A) cabeza redonda o de gota , B) cabeza ovalada C)cabeza plana, D) cabeza cónica o avellanada.

Los remaches deben tener la suficiente longitud para conectar las chapas, para formar la cabeza se recomienda sobresalir el vástago una longitud de 1.5 veces el diámetro del remache tal como en la fig. siguiente.

2) Tornillo y perno. El tornillo es un sujetador con rosca externa y se conecta en el agujero que puede o no tener rosca interna. El perno es un sujetador roscado exteriormente que se emplea con una tuerca que tiene rosca interna. El tamaño de éstos elementos de unión, generalmente se determina por el diámetro y la longitud del cuerpo.Los tornillos de ensamble de máquina se hacen con formas diversas de cabezas

Los tornillos de cabezas hexagonal, cuadrada y cónica pueden tener rosca fina o gruesa. Se usan para unir dos piezas , una

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de las cuales tiene un agujero machuelado.

Los tornillos prisioneros se fabrican con varias formas de cabeza y de punta, se emplean para sujetar poleas y collares en árboles. Se presenta los sgtes: A) cabeza deprimida (Allen), B) cabeza ranurada, C) cabeza cuadrada.

Los pernos comunes son de cabeza hexagonal o cuadrada se utilizan con tuercas en ensambles para trabajo pesado, son de rosca fina y gruesa.

Los pernos de cabeza ranurada tienen: a) cabeza plana o B) cabeza redonda y son de rosca gruesa, se emplean con tuercas para sujetar piezas metálicas .

Los pernos de carro se utilizan para sujetar estructuras de madera o para unir madera con metal. Son útiles por que su cuello cuadrado se hinca en la madera y sujeta el perno con firmeza cuando se aprieta la tuerca.

Las tuercas y arandelas (rondanas) se emplean junto a los tornillos o pernos para sujeciones. Las arandelas: A) plana y B) de presión, impiden que se

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aflojen las tuercas. Las tuercas: C) hexagonal y D) cuadrada se emplean para todo tipo de sujeción. Las tuercas E) bellota y F) de mariposa se emplean en donde se necesita instalación rápida y fácil.Estos sujetadores vienen en amplia variedad de tipos, materiales y tamaños.

ESFUERZOS EN LAS UNIONESLos esfuerzos que mayormente actúan sobre un determinado tipo de unión son de tracción, compresión, aplastamiento y de corte; cuando los esfuerzos alcanzan valores críticos de la resistencia de la unión se posibilita la presencia de fallas en las uniones.Por ejemplo en el esquema se presenta un ensamble de perno y tuerca. Una vez ajustado, el perno se carga bajo tensión y las partes unidas se cargan a compresión. Además, las fuerzas actuantes en direcciones opuestas en las partes, producen esfuerzos de corte en la sección transversal del perno. Por último, se aplican tensiones en las roscas a todo lo largo de la unión, con la tuerca en una dirección paralela al eje del perno. Los esfuerzos de corte pueden hacer que se desgasten las roscas del perno , esta falla también ocurre en las roscas internas de la tuerca. También se puede presentar una ruptura del perno en su sección transversal debida a una tensión excesiva

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La resistencia de un sujetador roscado generalmente se especifica mediante dos medidas: 1) Resistencia de tensión y 2) Resistencia de prueba o resistencia permitida sin deformación permanente.

Tabla. Valores típicos de esfuerzo de prueba y de tensión para pernos y tornillos de acero. Para diámetros de 1/4

pulg (6 mm) a 11/2 pulg (38 mm).MATERIAL ESFUERZO DE PRUEBA ESFUERZO DE TENSION

psi MPa psi MPa

Acero bajo y de medio carbono

33000 280 60000 414

Aleación de acero 120000 830 150000 1030

El esfuerzo de tensión al que está sujeto un perno se calcula como la carga tensil (F en N) aplicada a la unión, dividida por el área aplicable (A0 mm2

). = F / A0

A0 = 0.25 π ( D – 0.9382 p ) 2

D = Diámetro nominal en mm.p = paso de la rosca en mm.

Ejemplos de uniones empernadas en maquinaria de procesamiento de minerales.

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PROBLEMAS DE UNIONES REMACHADAS

Objetivo.- Proporcionar un método de análisis para el cálculo y diseño de juntas sometidas a diversas cargas aplicadas tanto simétrica como excéntricamente.Fundamento.- Después de plantear el diseño o el análisis de los miembros principales, es necesario unirlos entre sí ya sea por juntas remachadas, empernadas, atornilladas o soldadas. La aplicación industrial de uniones remachadas es muy extensa por ejemplo:: puentes, aeronaves, tanques y depósitos de presión, vigas de chapa, cerchas y estructuras de barcos, calderas de vapor, tuberías forzadas, diversas estructuras metálicas, etc.

1) Dos chapas de acero de 12 mm de espesor están unidas con una unión por solape de una sola fila de remaches. El paso de remachado es de 6.50 cm y el diámetro de los remaches 19 mm. La carga que soporta una longitud de chapa de 6.50 cm

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es de 3000 kg. Determinar las tensiones cortantes, de aplastamiento y de tracción máximas en la unión.Rpta. τ = 955 kg/cm2 , σa = 1250 kg/cm2, σt = 555 kg/cm2.

2) Una caldera de 9 m de diámetro está hecha de chapa de 8 mm. La costura longitudinal tiene una sola fila de remaches de 16 mm, separados 5 cm entre centros. Las tensiones unitarias admisibles son: en tracción 1100 kg/cm2 , en cortante 850 kg/cm2 y en compresión 1700 kg/cm2. ¿Cuál es el rendimiento de la unión y qué presión máxima se admite en la caldera? Suponer que los agujeros de los remaches son 2 mm más anchos que ellos.Rpta: Rendimiento = 49.2 % , presión interna = 0.96 kg/cm2.

3) Un tanque cilíndrico de 60 cm de diámetro está sometido a una presión interna de 20 kg/cm2. La costura longitudinal es una unión por solape de doble fila de remaches en la que el paso de remachado es de 7.50 cm ambas filas. Los remaches están al tresbolillo y tienen 19 mm de diámetro. El espesor de la pared del tanque es de 15 mm. Determinar las tensiones máximas cortante, de aplastamiento y de tracción en la unión.Rpta: τ = 715 kg/cm2 , σa = 750 kg/cm2, σt = 545 kg/cm2.

4) Dos chapas de 15 mm de espesor están unidas con una unión por solape de una fila de remaches. El paso de remachado es de 7.5 cm y el diámetro de los remaches 22 mm. Las tensiones de rotura sugeridas por el ASME Boiler Code son: tracción 3850 kg/cm2 , cortante 3100 kg/cm2 y compresión 6650 kg/cm2. Determinar la carga admisible en un módulo utilizando un coeficiente de seguridad 5. así como el rendimiento de la unión.Rpta: 2575 kg. , 29.7 %.

5) Dos chapas de 15 mm de espesor están unidas con una unión por solape de doble fila de remaches. El paso en ambas filas es de 9 cm y los remaches tienen 25 mm de diámetro. De acuerdo con el ASME Boiler Code , las tensiones de rotura recomendadas son : tracción 3850 kg/cm2 , cortante 3100 kg/cm2 y compresión 6650 kg/cm2. Determinar la carga de rotura de un módulo y el rendimiento.Rpta: 32900 kg. , 63.4 %.

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6) Considerar la unión remachada, cargada excéntricamente de la fig (a). Los remaches son de 19 mm de diámetro. Determinar la tensión cortante máxima en los remaches.Rpta: 585 kg/cm2

7) Considerar la unión remachada, cargada excéntricamente, de la fig (b). Los remaches son de 16 mm de diámetro. Determinar la tensión cortante máxima en los remaches.Rpta: 750 kg/cm2

8) Calcular el diámetro de los remaches para la junta remachada de la figura. (c). El esfuerzo cortante de los remaches es de 750 kg/cm2 .Rpta: D = 2.9 cm.

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SELECCIÓN Y DIMENSIONAMIENTO DE UNA TRITURADORA PRIMARIA

GeneralidadesLa trituradora de mandíbulas (jaw crusher) es uno de los equipos de conminución más utilizados en la reducción de tamaños de minerales, rocas, refractarios, coque y otros materiales. Se aplica principalmente en la trituración gruesa y media de los materiales de resistencia a compresión no mayor a 320MPa, se caracteriza por su alta relación de reducción, alta producción, granulosidad homogénea, estructura sencilla, funcionamiento fiable, fácil mantenimiento, coste de operación económico, etc.Las máquinas de éste tipo se aplican principalmente en la industria minera, metalúrgica, de construcción, química, del cemento, de refractarios, cerámica. La selección de la trituradora debe estar precedida de un adecuado dimensionamiento de la misma.

TRITURADORA DE SIMPLE EFECTO (TIPO DALTON)

La pieza porta-mandíbulas móvil (D) se encuentra articulada directamente sobre el eje excéntrico (3), que está situado encima de la boca de alimentación de la trituradora. El movimiento de la parte inferior de la pieza porta mandíbulas móvil, está controlado por una única placa de articulación

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(4), que está embutida al pie de la pieza D y de la corredera por medio de cojinetes semi-esféricos.El resorte de recuperación (5) sirve para mantener la placa de articulación en su posición de trabajo y para regular la salida del producto. Se disponen elementos de fijación (C) en las piezas de las mandíbulas fija y móvil, para acoplar los revestimientos de las mandíbulas (2) y (1) de los laterales y formar la cámara de trituración (A).

TRITURADORA DE DOBLE EFECTO (TIPO BLAKE)

La mandíbula móvil (1), da lugar a un balancín articulado en su parte superior, que está sólidamente fijado al bastidor. A través del movimiento de la biela (3), por efecto de la excéntrica (5), la mandíbula móvil se aproximará y alejará de la mandíbula fija (2), triturando el mineral.El movimiento de la biela transmite a la mandíbula móvil el movimiento de oscilación a través de las placas de articulación (4).Los extremos de las placas se apoyan sobre semi-cojinetes de acero extraduro, embutidos en el pie de la biela, en el pie del balancín y en la corredera (punto de apoyo fijo). Sobre la corredera se puede actuar, a través de un sistema mecánico o hidráulico, desplazándola tanto vertical como horizontalmente, regulando de esta forma la amplitud de la carrera, abertura de salida de la trituradora, y disminuir efectos de desgaste sobre mandíbula y articulaciones.

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La varilla y los resortes de recuperación (6), mantendrán el sistema de articulaciones en su posición durante la operación de trituración.La fuerza que origina el movimiento de los mecanismos descritos anteriormente, es proporcionada por grandes volantes de acero fundido, los cuales son accionados por motores eléctricos a través de la transmisión de correas trapezoidales.

Principales mecanismos de fractura

La fragmentación del mineral se fundamenta en los siguientes mecanismos: – Compresión lenta.– Impactos de alta velocidad.– Esfuerzos de corte o cizalla.– Esfuerzos de flexión.– Abrasión

Fundamentos del consumo de energía en la conminución

• La cantidad de energía teórica necesaria para la reducción de fragmentos de roca es uno de los aspectos más importantes en la reducción.

• La resistencia a la fragmentación de una materia tiene una gran influencia en la cantidad de energía consumida.

• Esta resistencia es un componente más o menos complejo de las distintas propiedades mecánicas de los minerales: dureza, tenacidad, resistencia a la compresión y abrasividad.

• Las partículas del mineral alimentado, primero son distorsionadas por el esfuerzo y seguidamente la energía aplicada es almacenada en el sólido.

• Al aplicar más fuerza, las partículas aumentan su carga de energía hasta su limite elástico, así se produce la fractura y se crea nuevas superficies. El monto de energía usada para la formación de nuevas superficies es una pequeña proporción de la energía total almacenada en las partículas.

• Dicha energía se considera inferior al 2%, por ello las nuevas superficies se usan como medida de la energía en los procesos de conminución. El resto se pierde endeformación plástica de las partículas, deformación elástica de las partes metálicas de la maquinaria, fricciones entre

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partículas, rozamiento de las partículas con las paredes de la maquinaria, calor, ruido y vibraciones.

• La energía necesaria para la reducción de tamaño es proporcional a la nueva superficie creada.

Cuadro Nº 1. Consumo promedio de energía en una Planta Concentradora de flotación por espumas

Cuadro Nº 2. Consumo promedio de energía por tonelada de mineral triturado

Operación Roca suave (kw-hr/TC) Roca dura (kw-hr/TC)Trituración primaria 0.3 – 0.6 0.7 – 1.2Trituración secundaria y terciaria.

0.4 – 0.8 0.9 – 2.0

El consumo de energía en la etapa de trituración depende del tipo de equipo utilizado (parrilla,

alimentador) y de la dureza del mineral ( Work Index), también influye el tipo de circuito utilizado que puede ser abierto o cerrado.

Importancia de la selección y dimensionamiento de una trituradora

Está demostrado que las operaciones básicas de conminución, trituración y molienda en las plantas de beneficio de minerales

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Operación %Trituración 12Molienda 47Flotación 25Filtración-Espesamiento 8Transporte de colas 3Servicios auxiliares 5Total 100




requieren de un consumo elevado de energía y que representa alrededor del 60 % de los costos operativos de una planta concentradora.Por lo mencionado, es imperativo el conocimiento de las premisas que posibiliten una selección y dimensionamiento adecuados de la máquina trituradora en la etapa de diseño y más aún con el propósito de optimizar los gastos de energía en la operación de una planta de beneficio de minerales.

Selección de una trituradora

1) Comparación técnica

Con el objeto de poder comparar los distintos tipos de trituradoras para su aplicación hay que efectuar un análisis de las características técnicas de las mismas y la naturaleza de los materiales a tratar.La selección del tipo y tamaño de una trituradora primaria está relacionada fundamentalmente con las subsiguientes etapas de trituración y con el tonelaje de mineral tratado en la planta de beneficio.

Una comparación de carácter técnico debe considerar esencialmente:

La capacidad de tratamiento. Tamaño de alimentación. Tamaño del producto. Consumo de energía. Eficiencia de la máquina.

El rendimiento o eficiencia de la trituradora primaria se debe a los siguientes factores:

Tipo de alimentador (mecánico o directamente por gravedad con dumpers)

Velocidad de alimentación. Tamaño requerido del mineral en la alimentación y

producto. Dureza y propiedades mecánicas del mineral. % de humedad en el mineral. Desgaste de los forros. Potencia de trabajo requerido. Tipo de control de operación (manual o automatizado)

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2) Comparación económica

Para una elección adecuada del tipo de trituradora, se debe tomar en cuenta el costo total de operación de la máquina en función a los siguientes aspectos:a) Amortización de la trituradora: que comprende el precio de la maquina y su instalación. Para ello se puede considerar una vida útil de veinte años; aun cuando las trituradoras pueden durar hasta cuarenta años.b) Consumo de energía: constituye un importante aspecto del costo. Para el caso de las trituradoras de mandíbulas los consumos se encuentran entre 0.3 a 3 KW por tonelada tratada. Naturalmente el valor más alto corresponde al mayor grado de desintegración.c) Mano de obra: comprende los gastos correspondientes al personal que atiende la operación de la maquina.d) Elementos de desgaste: entre los elementos de desgaste, los más importantes son las placas de trituración, es decir los elementos que se encuentran en contacto directo con las rocas a triturar. En el caso de las trituradoras de martillos serán los elementos de percusión.e) Mantenimiento: la lubricación de la maquina, diversas piezas, varillas, resortes, rodamientos, etc.

Dimensionamiento de una trituradora

Capacidad de una trituradora de mandíbulas

Para determinar el tonelaje de mineral tratado por hora se disponen de fórmulas y métodos empíricos propuestos por varios autores: Taggart, Hersam, Grieskieng, Michaelson, entre otros y diversos fabricantes de trituradoras: extranjeros y nacionales.

Cuadro Nº 3. Principales fabricantes de trituradoras de mandíbulas

MarcasImportadas Nacionales

EEUU: Allis Chalmers, Denver, Smi.Finlandia: Metso, Nordberg.Canada: Traylor, Coquitlam.Suecia: Svedala

Comesa (Consorcio metalúrgico SA)Famesa (Fabricaciones mecánicas SA)Magensa (Maestranza general SA) Maquisur (Maquinaria industrial del

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Italia: Maggut.Japón: Huazn.India: Sivakasi, Alwar, New Delhi.China: Zenith, Liming, Kefid, Shambao, Shanghai, Pew, Ciros, Yuanhua, Joyal, Luoyang, Linyi.

sur)Fima (Fabricación industrial de maquinas)

1) Fórmula empírica de Arthur F. Taggart

La relación empírica de Taggart es una de las más utilizadas para determinar la capacidad aproximada de una trituradora. En trituradoras pequeñas los valores teóricos obtenidos son cercanos a los prácticos, en máquinas de gran tamaño los valores teóricos están por debajo de los prácticos.

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S

Fig. (a) Fig. (b)




De acuerdo a Taggart la capacidad de la trituradora es proporcional al área de la abertura de salida y está limitada por el caudal del mineral triturado que fluye a través de dicha abertura bajo el efecto de la fuerza de gravedad.

T = 0.6 L S = 0.6 L (s´ + t) = 0.6 A / R

S = s´ + tA= L a

R = a / S

T: Capacidad de la máquina (TC/hr)L: Longitud de la abertura de alimentación (pulg)S: Reglaje o set de salida en posición abierta (pulg)s: Set de salida en posición cerrada (pulg)t: Recorrido o carrera (pulg)A: Area de alimentación (pulg2 )R: Grado de reducción (a/R): Angulo de trituración (20º - 27º)

2) Método empírico corregido

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Fig. (c) Fig. (d)




La ecuación empírica establece una relación entre diversos factores de corrección de carácter operativo y luego se emplean las tablas de catálogos elaboradas por los fabricantes de trituradoras.

TR = Km Kh Kf Ta

TR: Capacidad de la trituradora en el caso del mineral problema (TC/hr)Km: Factor de humedad del mineral.Kh: Factor de dureza del mineral (Roca predominante).Kf: Factor de alimentación a la trituradora.Ta: Capacidad de la trituradora en catálogos (TC/hr)

Tabla 1. Valor de los factores de corrección

Km Kh Kf0.75 : Humedad media (3-7 % H2O)

0.65 : mineral duro 0.5 : Con intervención de operador.

0.85 : Mineral (< 3 % H2O) 0.9 : mineral de dureza media. 0.75 : Con alimentador mecánico regular.

1 : Mineral seco. 1.0 : mineral suave 0.75 : Con alimentador mecánico eficiente.

Tabla 2. Valor de Kh

Roca predominanteDolomita: 1.0Gneiss: 0.95Andesita: 0.90Pizarra: 0.90

Granito: 0.90Cuarzo: 0.80Riolita: 0.80Diorita: 0.80

Basalto: 0.75Diabasa: 0.65

Tabla 3. Work index de minerales (kw-h/TC)

Material Wi Material Wi Material Wi

Vidrio 3.39 Caliza 12.77 Taconita 16.36

Baritina 6.86 Feldespato 12.84 Mineral de hierro 16.98

Arcilla 7.81 Cuarzo 14.05 Lutita 19.91

Galena 10.68 Mineral de cobre 14.44 Basalto 22.45

Roca fosfatada 11.14 Clinker de cemento 14.84 Esmeril 64.00

Carbón mineral 12.51 Granito 15.83 Mica 148.00

Mineral de plomo 12.54 Mineral de oro 16.31

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CASO PRACTICO

Diseñar una trituradora de mandíbulas que debe procesar 2000 TCSD con una jornada de trabajo diario de 12 horas. Los datos técnicos de referencia y las recomendaciones del fabricante se presentan en los cuadros siguientes:

REPORTE TECNICO DEL LABORATORIO METALURGICO

- Mineral de mina : Sulfuros de cobre.- GE del mineral: 4.4 gr/cc.- Humedad: 7 %- Roca predominante: Cuarzo.

- Prueba del péndulo balístico : 23 lb-pie / pulg.- Razón de reducción: 4 / 1- Producto de trituración: 7 pulg.- Factor de intermitencia: 30 %

RECOMENDACIÓN DE FABRICANTES Y PROVEEDORES

- Alimentador: Criba vibratoria.- Abertura de alimentación de la trituradora = (3 / 2 )Tamaño máximo de mineral alimentado- F80 = (1 / 2 ) Ancho de la abertura de alimentación.- Potencia instalada = 25 % mayor de potencia necesaria.- Stock de motores (hp) en catálogos : 100,200,300,400,500,600 y 700.

Determinar:1) El tonelaje horario que procesará la trituradora, use los factores operativos.2) El tonelaje de diseño.3) Seleccionar el tamaño de la máquina, usar el catálogo.4) El índice de trabajo del mineral.5) La potencia necesaria que consumirá la máquina (en hp)6) La potencia instalada.7) Proponer un flow sheet para la sección de trituración con

las siguientes máquinas adicionales: 1 trituradora secundaria cónica, 1 zaranda vibratoria y 4 fajas transportadoras.

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definición de máquina

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