trituración
TRANSCRIPT
1
Trituración.
1 Introducción
1.1 Algo de historia
Una de las primeras ocupaciones del hombre se centró en la rotura y conformado de
rocas, tal como lo muestran los vestigios encontrados desde eras prehistóricas. Desde la
obra civil hasta el arte, pasando por la elaboración de utensilios, hasta bien entrado el
siglo XIX estas operaciones eran de índole manual.
Fue en 1870 cuando E. W. Blake presentó la primera quebrantadora de mandíbulas, y
poco tiempo después aparecería la trituradora giratoria (P. W. Gates, 1881). Antes de
1900, T.A. Edison presentó su trituradora de rodillos.
También datan de esa época los primeros molinos cilíndricos, fechándose su invención
anónima entre 1865 y 1870, siendo en la década de los 1890 cuando su difusión es ya
generalizada en minería, comenzando su aplicación a la industria del cemento a partir de
1900. Ya en el siglo XX, el progreso en la tecnología de materiales y las exigencias en
la eficacia de las operaciones han posibilitado un enorme desarrollo, aunque existen
suficientes lagunas entre la teoría y la práctica de la reducción de tamaño como para
justificar que continúe el esfuerzo investigador en esta línea.
1.2 Granulometría del producto
En los productos de trituración no es posible obtener granos homogéneos en tamaño. Es
preciso realizar análisis granulométricos para caracterizar dicho producto de la
trituración, y de dicha caracterización se extraen parámetros que describen de manera
aproximada el conjunto de partículas (d80, etc.).
La estructura de la roca determina la forma en que se produce la rotura y la producción
de finos, pudiendo hacerse varios comentarios de carácter práctico resultado de
estudios llevados a cabo sobre este tema:
2
• El porcentaje de finos aumenta al aumentar la relación de reducción: varias
trituradoras sucesivas generan en conjunto menos ultrafinos que la reducción
equivalente en una sola etapa.
• La trituración de trozos planos genera más finos que la trituración de
partículas de forma más regular.
• La forma media de los granos depende de su tamaño: los más gruesos tienen
forma alargada, los medios una forma más bien cúbica y os finos más planos
y alargados.
• Si se procesa una roca homogénea con una excesiva relación de reducción,
se obtendrá un producto con granos gruesos redondeados por el desgaste un
porcentaje de granos muy finos, sin casi existir los tamaños intermedios.
• En la trituración de una roca heterogénea se produce un porcentaje mayor de
partículas de dimensión media que el que se produciría en el caso de que la
roca fuese homogénea con la misma relación de reducción.
Los métodos de medida de tamaño de grano van desde la medición directa por
microscopio, el análisis por tamizado, y las medidas por sedimentación, hasta las
mediciones de superficie específica, que es un indicador de la finura del producto. Estas
últimas pueden realizarse por métodos variados de tipo físico y químico.
1.3 Clasificación de los equipos de machaqueo
La gran diversidad de máquinas de machaqueo disponibles actualmente permiten
clasificaciones muy diversas. Puede hacerse una clasificación por la gama de reducción
volumétrica (machacadoras primarias, secundarias, terciarias, gravilladores, areneros), o
por el tipo de material (duros, abrasivo, heterogéneo, friable), aunque la más empleada
es en función del tipo de esfuerzo (compresión, abrasión o atrición, impacto,
cizallamiento).
En cuanto a la diferenciación entre trituración primaria, secundaria, terciaria, etc., no
existe ninguna norma para delimitar los límites de tamaño, ya que un mismo molino
puede funcionar en una planta determinada como terciario, y en otra como secundario.
3
Para trituración primaria se utilizan sólo machacadoras de mandíbulas, giratorias y
molinos de impactos (impactores). Los de impactos suelen suponer menor inversión de
capital por tonelada de capacidad, mayor capacidad de tratamiento por unidad de peso
de la máquina, mayor cubicidad en el producto triturado, menor tensión residual en las
partículas. Las giratorias se caracterizan por su amplia gama de tamaños y capacidades
(entre 600 y 6000 t/h).
Para trituración secundaria se utilizan machacadoras de mandíbulas (en fábricas de cal
sobre todo), gravilladores e impactores.
Para trituración terciaria: impactores, centrífugos, molinos de martillos, molinos de eje
vertical, trituradoras cónicas.
Para trituración cuaternaria se utilizan equipos de molienda, por lo que ya se denomina
molienda primaria
2 Trituradoras de mandíbulas
Conocidas como quebrantadoras de mandíbulas, están formadas por dos placas en V,
una fija y otra móvil, de forma que al introducir el material por la parte superior, éste es
fragmentado al acercarse la mandíbula móvil y va descendiendo por la cámara de
trituración al alejarse
2.1 Tipos de trituradoras de mandíbulas
Los tipos principales son:
• Doble efecto: sólo se da rotura por compresión (ver figura 1). Son entre 20-
30% más pesadas (=más caras) que las de simple efecto, dan menos
producción y tienen mayor riesgo de atasco, aunque el desgaste de placas es
menor y el sentido de giro es indiferente. Son poco utilizadas, siempre en
caso de materiales muy duros y abrasivos, y nunca para materiales plásticos.
4
• Simple efecto: la rotura es por compresión y por fricción. (figura 2). La
mandíbula móvil describe un círculo en el extremo de la excéntrica, que se
va transformando en elíptica hacia la boca de salida. Son las más utilizadas
por su mayor producción, menor riesgo de atasco, menor peso y precio.
2.2 Partes de una machacadora de mandíbulas
Carcasa o bastidor: soporta los elementos de trituración. Inicialmente eran de hierro
fundido, para pasar después a acero moldeado. Hoy se fabrican por soldadura de chapa
laminada de gran espesor, reforzada la estructura con nervios para eliminar
deformaciones.
Cámara de trituración: espacio entre las superficies de las mandíbulas y las placas
laterales. Se distingue la boca de entrada en la parte superior, las superficies de trabajo
(placas de revestimiento dentadas o estriadas) y la abertura de descarga. El ángulo de
admisión suele ser 27º. El reglaje se puede variar mediante un dispositivo mecánico o
hidráulico.
5
Revestimientos: Son superficies renovables de trituración, fabricadas de acero al
manganeso, normalmente dentadas en sentido vertical para favorecer el descenso. Su
morfología varía con la dureza del material (dentado para dureza media; ondulado para
materiales duros; liso para materiales extremadamente duros). Se consigue una
granulometría más uniforme con revestimientos abovedados en la móvil. Como el
desgaste no es uniforme, son reversibles e intercambiables.
Accionamiento: se realiza mediante un sistema excéntrico. Siempre se disponen unos
volantes de inercia para uniformizar la fuerza y mantener una producción continua.
Estos volantes están montados en el eje excéntrico, el que a su vez se apoya sobre los
cojinetes. La transmisión suele ser por correas trapezoidales sobre uno de los volantes.
2.3 Estimación de la capacidad y costes operativos.
A la hora de elegir una machacadora, el parámetro de cálculo más importante es la
relación entre el tamaño máximo a triturar (Dmax) y las dimensiones de la boca del
equipo: así, Dmax debe ser inferior al 80% de la mínima dimensión de la boca de
alimentación.
6
Aunque este valor lo proporcionan los propios fabricantes en sus catálogos, se puede
estimar a partir de la fórmula de Gieseking:
Q = f·ρa·w·r·t·n·a·u
En la que:
Q: capacidad en t/h
f: coeficiente según tipo de placas y finos presentes
Contenido en finos Mandíbulas lisas Mandíbulas onduladas
Finos naturales 0.000144 0.000106
Finos eliminados sobre rejilla fija 0.000126 0.000088
Finos eliminados cuidadosamente 0.000108 0.000072
ρa : densidad aparente de la alimentación (≈60% densidad real)
w : longitud (cm) de la ranura de salida igual a la longitud de la boca
r : reglaje (cm), que suele estar entre 1/3 y 1/8 la anchura de la boca de admisión
t : recorrido o amplitud del movimiento (cm), entre 25% y 40% del reglaje
n : número oscilaciones por minuto (rpm del volante)
a : coeficiente según ángulo entre mandíbulas, que vale 1+0.03·(26-α)
u : coeficiente según forma de alimentación y relación entre Dmax y el ancho de
boca, según figura.
7
Para calcular la potencia del motor, se obtiene el consumo específico energético W que
expresado en kWh/t, y multiplicado por las t/h a procesar, da una potencia teórica que
suele afectarse de un coeficiente de seguridad 2 para obtener la potencia nominal.
Los consumos reales medios varían entre 0,5 kWh/t y 1,5 kWh/t, según la dureza del
material y el coeficiente de reducción deseado.
En la tabla se presentan los datos de la serie MS de la casa Laron:
2.4 Comparación machacadoras de simple efecto y de doble efecto
Se recoge en este apartado un análisis comparativo entre ambos tipos:
• La de S.E. pesa 20-30% menos a igual capacidad ⇒ menor complejidad y precio.
• Las de S.E. dan un producto comprendido en un rango granulométrico más estrecho.
• En igualdad de condiciones de trabajo, la S.E. sufre un desgaste de placas mayor.
• El movimiento elíptico de la S.E. mejora el coeficiente de forma
• Las de S.E., a igualdad de abertura de alimentación, tienen más capacidad
(autoalimentación).
• Cuando la duración de las placas sea inferior a 24 semanas, es preferible la de D.E.,
imponiéndose las de S.E. en otro caso.
8
2.5 Machacadoras de cámara de trabajo horizontal
En este caso, el sistema está dispuesto sobre un plano horizontal sin cambio de
dirección en el flujo. La alimentación se realiza sobre un transportador blindado, que
lleva el material hasta la propia cámara de quebrantado, produciéndose la trituración
sobre el mismo, y descargando el producto sobre transportadores de banda.
La machacadora está dispuesta de forma que la mandíbula fija es paralela a la dirección
de transporte, lo que reduce el desgaste y favorece el flujo.
Se utilizan con materiales semiduros, y a veces con materiales duros, con riesgo para el
transportador. Están dotados de un sistema de protección contra sobrecargas, que
detiene el transportador cuando la velocidad del tambor baja demasiado, pudiendo
incluso invertirse el sentido de la marcha para desatascar la cámara.
Su principal aplicación es el machaqueo sobre equipos móviles en el frente de cantera,
enviando el producto por cinta hasta la planta; también en explotaciones subterráneas,
cerca del frente, y en el machaqueo de escombros de demolición y de hormigón armado.
Las más conocidas las fabrica DBT Mineral Processing, con dos modelos para 50-70 t/h
y 80/150 t/h, según el material y el reglaje para dar materiales entre 0-70 mm y 0-200
mm respectivamente. La potencia instalada es de 120 kW, siendo 90 kW la
machacadora y 30 kW el transportador, con un peso total de 32.5 t.
2.6 Estudio teórico
Las trituradoras de mandíbulas producen la rotura por compresión. El número de
compresiones puede variar entre 50 y 750 por minuto, siendo lo más habitual entre 150
y 300.
Se define el grado de reducción GR, como el cociente entre la dimensión máxima de
entrada y la dimensión máxima de salida, y puede obtenerse en una etapa o en varias.
El coeficiente de forma CF de las partículas da una idea de la uniformidad de sus
dimensiones máximas. Se expresa como relación entre el volumen del grano y el
volumen de la esfera circunscrita a ese grano. Los valores de referencia del coeficiente
de forma más utilizados son los siguientes:
CF =1 granos esféricos CF =0,36 granos cúbicos CF<0,36 granos planares
9
2.6.1 Fórmula básica
La salida del material de la cámara se produce por gravedad, en la carrera de retroceso.
De esta forma, la producción está limitada por el volumen de salida. Según Hersam,
viendo la figura, el volumen de material expulsado en cada movimiento de la mandíbula
móvil corresponde al prisma bb' cc', de altura h que depende de la caída de material
durante el retroceso de la mandíbula móvil. Así,
kDWnSG
TS2T30Q2
⋅δ⋅⋅⋅⋅−
⋅⋅+⋅=
siendo Q la producción en t/h, W el ancho de mandíbula (m), D, S, T y G las
dimensiones en m de la figura, n las revoluciones por minuto, δ densidad aparente a la
salida de la machacadora, k coeficiente de rendimiento que varía entre 0,5 y 1, y que se
suele tomar 0,75 (para doble efecto).
Hay que decir que existe un valor de velocidad crítica, hasta la cual la producción
aumenta proporcionalmente al número de vueltas, y a partir de la cual la producción
disminuye porque el producto no es evacuado tan rápidamente como es producido.
Realmente, el cálculo anterior es valido para las de doble efecto. En el caso de las de
simple efecto, al ser un movimiento de tipo elíptico, el razonamiento no sería igual. Se
ha demostrado que a igualdad de reglaje, velocidad y carrera en la salida, una de simple
10
efecto produce un 27% más, por lo que se aconseja un valor de k en la fórmula de
Hersam de 0,95 en S.E.
2.7 Alimentación y evacuación.
Un aspecto de gran importancia en la marcha operativa de una trituradora de
mandíbulas es la regularidad de alimentación. Para ello se utilizan alimentadores de tipo
mecánico cuya velocidad de alimentación suele ser regulable, que reducen el riesgo de
atascos.
En casos de alimentación fina y regular, puede pensarse en autoalimentación Consiste
en una alimentación directa, con un volumen de carga vertida no superior a tres veces el
volumen de la cámara de trabajo, y siempre con materiales de dimensión inferior al 80%
de la abertura nominal. Se conseguiría un funcionamiento continuo con un rendimiento
casi constante.
Es asimismo importante garantizar la evacuación de los productos machacados para no
producirse obstrucción.
3 Trituradores giratorios y de cono
3.1 Definición
En las trituradoras giratorias la trituración se
produce también por compresión, al igual que
en las de mandíbulas, aunque esta se produce
entre una pieza troncocónica con movimiento
excéntrico y una pared también troncocónica
pero invertida. El modo de acción es muy
similar al de la machacadora de mandíbulas,
aunque la giratoria trabaja en continuo
mediante la sucesión ininterrumpida de
acciones alternadas de presión y expansión.
Por eso se dice que las giratorias trabajan en continuo en una mitad de su volumen,
mientras que las machacadoras de mandíbulas trabajan la mitad de tiempo en todo su
volumen.
11
3.2 Descripción y detalles constructivos
Las giratorias están compuestas por una parte fija y otra móvil. La parte fija, llamada
bastidor o carcasa, se divide en bastidor superior (cámara de quebrantado) y bastidor
inferior (accionamiento). El bastidor superior está revestido por placas de desgaste y
posee en la parte superior el crucero, en el que se apoya el eje pendular. Dicho eje es de
una sola pieza y pivota en la parte superior sobre un cojinete con soporte ligeramente
cónico que está sostenido mediante la tuerca de suspensión. La regulación del reglaje
puede hacerse mediante esta tuerca, o bien mediante un sistema hidráulico sobre el que
se apoyaría el soporte anular. La parte inferior del eje está animada con un movimiento
excéntrico.
El accionamiento de las giratorias se realiza mediante una excéntrica, ya sea mediante
transmisión por engranajes cónicos, o por acoplamiento directo.
El triturador giratorio, pese a ser el más robusto, necesita una correcta instalación, sobre
todo en lo referente a la alimentación:
• El crucero debe estar alineado con la descarga del camión, para permitir una
distribución homogenea del material en la cámara de quebrantado.
12
• La descarga desde el camión se debe realizar sobre una caja de piedra o cemento
alrededor de la boca, para evitar el impacto directo con el bastidor superior.
• La tolva de alimentación debe ser lo suficientemente amplia como para almacenar
descargas de dos camiones de gran tamaño.
• Las plataformas de descarga deben estar bien estudiadas, ya que en función del
tamaño del camión el ángulo de descarga y el punto de impacto varían.
3.3 Comparativa trituradoras giratorias - trituradoras de mandíbulas
Aunque el modo operativo es el mismo en ambos, poseen grandes diferencias en las
dimensiones máximas de admisión y en la capacidad de producción
13
Viendo la figura, a partir de producciones superiores a 800-1000 t/h sólo se aplican las
giratorias, pero a menores valores pueden aplicarse ambas, a igual capacidad la de
mandíbulas admite tamaños mayores.
Regla de decisión: si el tonelaje horario (en t/h) dividido por el cuadrado de la
dimensión media de los bloques más gruesos (en dm) da un coeficiente ≤3.5, debe
utilizarse una de mandíbulas. En otro caso, se impone la giratoria.
Criterio de Taggart: siendo
A = dimensión de la abertura de admisión, en metros
B = capacidad de la máquina, en t/h
Si B<161,7·A , entonces debe utilizarse quebrantadora de mandíbulas. En caso
contrario, se usará una quebrantadora giratoria.
El costo del mantenimiento de una quebrantadora de mandíbulas es ligeramente menor
que el de la giratoria, pero ello puede ser compensado con los costos de instalación, que
son inferiores en el caso de la giratoria, la cual tiene un peso y un volumen igual a 2/3
de los correspondientes a una de mandíbulas de la misma capacidad.
Otra ventaja de la trituradora giratoria es que puede trabajar sin alimentadores, lo cual
supone un importante ahorro ya que estos equipos son caros.
En algunos casos las quebrantadoras de mandíbulas pueden resultar ventajosas debido a
la facilidad que presentan de poder ser divididas en secciones. Esto puede ser necesario
para poder transportarlas a lugares remotos y también para instalarlas en el interior de
minas subterráneas.
En la elección también tiene importancia el mineral que debe ser triturado. Las
trituradoras de mandíbulas funcionan mejor que las de mandíbulas con materiales
plásticos y arcillosos, debido a su mayor carrera.
Las giratorias han resultado ser muy interesantes con materiales duros y abrasivos, y
tienden a dar productos más cúbicos que las de mandíbulas si la alimentación tiene
forma lajosa.
14
3.4 Dimensionado de una giratoria
Los parámetros a definir son:
• Diámetro máximo y boca de admisión: La boca de admisión, A también cumple que
es mayor o igual que el 80% de Dmax. Si no se conoce Dmax, puede estimarse A si se
conoce el volumen del cazo de la pala cargadora según el ábaco.
• Capacidad y reglaje: el reglaje se define como la máxima abertura de salida. La
capacidad puede calcularse de varias formas:
Mediante ábacos: como el de la figura, para densidad aparente de 1,6.
Mediante tablas: dadas por los fabricantes, a partir de la boca de admisión.
15
Mediante fórmulas: Fórmula de Gieseking ⇒ T= f·ρa·L·r·t·n·a·u
En la que f se lee en la misma tabla que las de mandíbulas, para el caso
mandíbulas lisas, según el tipo de alimentación; ρa es la densidad aparente, del
orden del 60% de la real; L es la longitud de la circunferencia de la boca de
alimentación (cm); r es el reglaje (cm); t es la excentricidad, que varía entre 15-
30% del reglaje; a y u se calculan igual que en el caso de las trituradoras de
mandíbulas; n son las rpm de giro, que depende de A según la figura
3.5 Trituradoras giratorias secundarias
Se habla de trituradora giratoria secundaria cuando va situada tras una primaria. El
diseño es similar a las giratorias primarias, pero funcionan a más velocidad (250 rpm) y
con reglajes más cerrados. También la boca de trituración es menor. Si las primarias
trabajan con relaciones de reducción de 6 a 1 dando productos de hasta 150 mm, los
secundarios tienen una abertura de admisión entre 400 y 700, pudiendo llegar a
producto entre 150 y 40 mm. Con materiales húmedos y alta presencia de finos, su
producción baja mucho.
3.6 Trituradoras de cono
El triturador de cono es una giratoria modificada. La diferencia principal es que el eje
del cono no está suspendido, sino apoyado en un cojinete situado bajo la cabeza
giratoria o cono. Además, al no ser preciso tanto hueco en la alimentación como en las
giratorias, la carcasa que configura la cámara de quebrantado converge al revés que en
aquellas, aumentando el área transversal hacia la descarga, lo que permite un mayor
16
ángulo en la cabeza, a la vez que se mantiene el ángulo entre las superficies del cono y
la carcasa, dando lugar ello a una mayor capacidad, al ser ésta proporcional al diámetro
de la cabeza.
La cabeza va protegida por un recubrimiento desmontable, asentado sobre cemento
plástico, cinc o resina.
Forma de carcasa y cono de (a) giratoria y (b) trituradora de cono.
La producción de las trituradoras de cono llega a ser 5 veces superior a las de las
máquinas primarias, que deben soportar esfuerzos de trabajo mayores. Se opera también
a mayores velocidades. La acción es más por esfuerzos de impacto que por compresión
gradual. La rápida descarga y la dificultad de atasco permite alcanzar relaciones de
reducción comprendidas entre 3 y 7, y aún superiores.
17
3.6.1 TRITURADORA DE CONO SYMONS
Es el tipo de trituradora de cono más empleado. Puede ser del tipo estándar, para una
trituración secundaria normal, o de cabeza corta, para una trituración más fina, de tipo
terciario.
Ambos tipos de cono difieren principalmente en la forma de las cámaras de
quebrantado. En el cono estándar, el forro de la cámara de quebrantado tiene un perfil
en escalera, lo que permite una alimentación más gruesa que en el de cabeza corta. Este
posee en la parte superior de la cabeza, un ángulo menor para evitar atascos debido a la
gran cantidad de finos manejados. También posee el de cabeza corta una boca de
alimentación más estrecha y una sección paralela en la descarga más larga, pudiendo
producir un material menor que 20 y 3 mm.
Cono Symons estándar. Cono Symons de cabeza corta.
La sección paralela entre los forros de la descarga es una característica de todas las
trituradoras de cono, siendo su finalidad el mejor control del tamaño del producto final.
18
El material que pasa por esa zona recibe más de un impacto, por lo que en las
trituradoras de cono el reglaje es la mínima abertura en la descarga.
La placa de distribución, situada en la parte superior de la cabeza del cono permite
centrar la alimentación, distribuyéndola a velocidad uniforme en toda la cámara de
quebrantado.
Una característica importante de este tipo de máquina es que la carcasa que forma la
cámara de quebrantado se mantiene en su posición por medio de un dispositivo anular
con resortes o con un dispositivo hidráulico. Esto permite que ceda si entran cuerpos
extraños y que puedan pasar sin producir daños en la cabeza. En el caso de que los
resortes trabajen de forma continuada, como ocurre con las menas de dureza elevada, se
producirá un escape de partículas con tamaño superior al reglaje.
El reglaje de la trituradora se puede variar fácilmente o ajustarse por desgaste de los
forros, subiendo o bajando la carcasa que forma la cámara de quebrantado, mediante un
dispositivo mecánico o hidráulico. En la práctica, suele comprobarse el reglaje
alimentando con piezas de plomo y midiendo el diámetro a la salida.
3.6.2 TRITURADORA GIRADISC
Es un caso particular de trituradora de cono, usada para materiales muy finos, que
encuentra gran aplicación en el procesamiento de áridos, porque permite dar grandes
producciones de arena a bajo coste.
19
La principal modificación con respecto a la trituradora de cono convencional es que
posee forros muy cortos un ángulo muy abierto. La conminución se produce por
impacto y atrición entre las partículas, al estar la masa de material dispuesta en
múltiples capas. El ángulo de los forros en la parte inferior es menor que el de reposo
del mineral, por lo cual este no desliza, siendo solo el movimiento de la cabeza el
responsable de la evacuación. Cada vez que se separan los forros, el material entra en la
cámara de atrición desde la cámara de alimentación.
La frecuencia de golpeo es tal que tras el golpe inicial, la cabeza se retira más rápido de
lo que tarda en caer el material triturado, de forma que se puede actuar de nuevo sobre
las partículas trituradas. En ningún momento se produce la trituración en monocapa,
sino partícula contra partícula, de forma que el reglaje no está en relación tan directa
con el tamaño del producto como en el caso convencional.
Su uso principal está en las canteras, para la producción de arena y grava. Cuando se usa
en circuito abierto, el producto es inferior a 10 mm, con forma cúbica, con una cantidad
satisfactoria de arena, lo que evita el reprocesado. En circuito cerrado se usan para
producir grandes cantidades de arena, triturando material inferior a 19 mm hasta
tamaños de unos 3 mm.
20
4 TRITURADORAS DE RODILLOS
Aunque todavía se utilizan, se han visto bastante desplazadas por las trituradoras de
cono. Se usan casi únicamente para materiales friables donde se necesite una
producción regular y mínima producción de finos, aunque su validez indiscutible es
para el caso de materiales viscosos, pegajosos, húmedos o plásticos.
El modo de operación de la trituradora de rodillos es muy simple, ya sea de cilindros
lisos, acanalados o dentados. El modelo más utilizado consta de dos rodillos que giran
uno hacia el otro, como se representa en la figura.
A diferencia de las quebrantadoras de mandíbulas o giratorias, en las que la reducción
tiene lugar por la aplicación de esfuerzos repetidos al descender el material hacia la
descarga, en el caso de la trituradora de rodillos, el proceso de trituración se origina por
un único esfuerzo aplicado de forma continua. En el caso de rodillos dentados o
acanalados, la rotura es por combinación de esfuerzos de cizalla y compresión. Las
trituradoras de rodillos se fabrican también con un solo rodillo enfrentado a una placa
fija. En algunas trituradoras puede ser diferente el diámetro y la velocidad de los
rodillos.
El accionamiento de los rodillos puede realizarse mediante engranajes, aunque en los
diseños modernos cada rodillo suele tener un accionamiento independiente mediante
transmisión por correa.
21
Es importante la alimentación, que se ha de realizar con un alimentador que distribuya
uniformemente el material en todo el ancho del rodillo, para evitar desgastes
diferenciales.
La principal desventaja de las trituradoras de rodillos es que para conseguir relaciones
de reducción razonables, se requieren rodillos muy grandes en relación con el tamaño de
las partículas de alimentación. Por ello, estas son las trituradoras que suponen un mayor
coste de capital.
4.1 Trituradoras de rodillos dentados
Poseen dientes o picas de numerosas formas, según el material a triturar, tamaño de
alimentación y granulometría final requerida. Los esfuerzos son principalmente de
cizallamiento y de choque al inicio, y por compresión al final.
Como características destacan su robustez, su construcción modular, mínima
producción de finos, bajo coste de mantenimiento, bajo perfil, no necesitan precribado.
El tamaño máximo de admisión debe estar entre 1/3 y1/2 del diámetro de los cilindros.
El reglaje se define como la distancia existente entre la punta de un diente y la
concavidad a la que se enfrenta. El porcentaje de paso por la malla del reglaje oscila
entre 80 y 85%.
La capacidad puede obtenerse mediante tablas de los fabricantes o mediante fórmulas
como Q=3600·c·δ·v·L'·R, siendo L' = 0,5-0,6·L, L longitud cilindros (m), R distancia
entre las superficies lisas de los cilindros (m), v velocidad periférica (m/s), c coeficiente
de mullido (c=0.1+0.2·D-0.1·b, siendo D diámetro rodillo en m, b parámetro entre 0.05
y 0.62 según tipo de roca), δ densidad real de la roca (δ·c = densidad aparente en la
descarga).
La potencia absorbida viene dada por la fórmula de Bond, la potencia del motor es un
30% superior.
22
4.2 Trituradoras de rodillos lisos
Tienen la misma morfología que los dentados, pero con superficie lisa. La rotura se
produce por compresión. Existe una relación entre el diámetro de cilindro D y la
dimensión de las partículas d, de la forma siguiente (siendo r el reglaje):
Materiales secos, con buen coeficiente de fricción y velocidades periféricas entre
4 y 6 m/s: D ≥ 22·(d-r)
Materiales húmedos, con bajo coeficiente de fricción y velocidades por encima
de 6 m/s: D ≥ 50·(d-r)
Materiales duros: D ≥ 22·d para relaciones de reducción entre 2/1 y 3/1, D ≥ 26·d
para relación de reducción 4/1
Suelen usarse en molienda terciaria (de 15-20 mm a 4-5 mm), siendo muy útiles para
materiales húmedos, pegajosos o abrasivos, aunque su uso en la industria minera y de
áridos es escaso (algo en potasas y sal gema), siendo muy usados en la agro-alimentaria.
Para realizar una molienda muy fina, el reglaje se reduce casi a cero y se fuerza la
alimentación, entre 3 y 5 veces la normal. La presión en la alimentación fuerza la
separación de los rodillos, produciéndose compactación y automolienda, dando un
producto con elevado porcentaje de material más fino que la abertura producida. Esto
sólo es aplicable con materiales perfectamente secos.
La capacidad teórica viene expresada por la fórmula: dsWDNQ ⋅⋅⋅⋅⋅= 5,188 , siendo:
Q- la capacidad teórica en kg/h
N- la velocidad del rodillo en rpm
D- el diámetro del rodillo en m
W- el ancho del rodillo en m
s- el peso específico del material
d- la distancia entre rodillos en m
23
4.3 Trituradoras de rodillo único y mandíbula
Consisten en un tambor dentado y una placa curva estacionaria soportados en una
robusta estructura de acero. La rotura se produce por compresión y cizallamiento entre
el cilindro dentado y la placa.
El cilindro es de acero con alojamientos en su superficie para los dientes, en una
disposición que depende del tipo de material y granulometría final. La placa fija curva
puede regularse en separación respecto al cilindro.
El ángulo de admisión en la alimentación es más favorable que en el caso de dos
cilindros, por lo que a igualdad de peso y volumen, las de cilindro-mandíbula pueden
tratar bloques de mayor tamaño. Sin embargo, no existen grandes diferencias en la
distribución granulométrica del producto, pero sí en la mayor simplicidad de instalación
al accionar un solo cilindro.
Estos molinos pueden tratar productos relativamente húmedos y pegajosos. La
capacidad puede calcularse aproximadamente en t/h como Q = 1.2·(D·L)1.4, siendo D el
diámetro y L la longitud del tambor en metros.
24
4.4 Trituradoras de rodillo o tambor sobre transportador
Consisten en un transportador de racletas que actúa como alimentador a un rodillo
dentado que ejerce su acción sobre el propio transportador, siendo el responsable
también de la extracción, por lo que dice que son de flujo horizontal continuo.
El rodillo puede acoplarse a cualquier tipo de transportador blindado y se carga
directamente desde la pala, o bien por gravedad a la descarga de una chimenea o una
tolva. En caso de atasco o sobrecarga, se invierte el sentido de la marcha.
Destacan como características la posibilidad de alimentación a ambos lados; su fácil
desplazamiento a lo largo del frente de trabajo de la cantera; bajo perfil que permite su
uso en condiciones de limitación de espacio.
La reducción y producción se ajustan variando altura y velocidad del tambor, pudiendo
triturar materiales de hasta 2 m3 para dar un producto final entre 125 y 400 mm, con
producciones de hasta 1500 t/h.
Son muy utilizados en la minería de carbón, de sal y en el reciclaje de escombros de
demolición.
4.5 Comparación con trituradoras de mandíbulas y giratorias
En el caso de materiales friables o semi-duros no abrasivos las machacadoras de rodillos
dentados o de rodillo-mandíbula son menos costosas a igual capacidad de alimentación.
25
Sus principales ventajas son: reducido coste de mantenimiento mecánico; no necesitan
cribado previo; admiten sin problema materiales húmedos y pegajosos; bastante
regularidad en el producto; altura limitada.
Sus inconvenientes: no aptas para materiales duros y abrasivos por el desgaste de las
picas, bajo coeficiente de reducción.
No hay grandes diferencias en lo que se refiere a consumos energéticos, así como en la
granulometría del producto.
En resumen, la principal aplicación de las trituradoras de rodillos dentados es para el
machaqueo primario de rocas arcillosas o pegajosas (minerales de hierro, bauxitas,
carbones, sales, etc.), aunque entran en competencia en este campo con los impactores,
que consiguen mayores relaciones de reducción.
5 Molinos de impactos
También conocidos como impactores, producen la rotura principalmente por impacto
brusco o choque entre la roca a triturar y un elemento triturador. La fragmentación
puede ser directa debida a la energía cinética almacenada en los elementos trituradores
(15-150 m/s), o indirecta, entre el material proyectado a alta velocidad y las placas de
impacto.
Su campo de aplicación va desde la trituración primaria de grandes bloques, hasta la
pulverización, y en todo caso están constituidos por rotores que contienen útiles de
choque fijos o móviles girando a gran velocidad alrededor de un eje vertical u
horizontal, en el interior de una cámara blindada cuya descarga en la parte inferior
puede estar cerrada o no por una parrilla.
5.1 Molinos impactores de eje horizontal
5.1.1 Componentes
Los más simples están formados por un rotor, sobre el que van montadas unas barras de
impacto, girando en el interior del molino. Las barras son de acero al Mn si el material
no es muy abrasivo, y de acero al Mn-Cr cuando es abrasivo; son intercambiables y van
fijados mediante tornillos o cuñas. Pueden ser entre 2 y 6 barras.
26
La carcasa es de chapa laminada de gran espesor, reforzada externamente con nervios y
revestida internamente con forros de acero al manganeso atornillado. Suele disponer de
compuertas de vigilancia y de un sistema hidráulico de abatimiento para facilitar el
acceso a la cámara.
Dentro de la cámara se disponen las placas de choque, sobre las que impactan en
segunda instancia las partículas. Su posición es regulable respecto al rotor, para
controlar la finura de salida. Para ello se coloca la última placa de choque a una
distancia del rotor similar a la deseada a la salida. Para evitar atascos, las placas de
choque están sujetas sobre apoyos elásticos.
5.1.2 Dinámica
Los materiales alimentados por la parte superior son impactados por las barras
percutoras y proyectados hacia las placas de impacto, calculando el ángulo de impacto
de forma que el rebote lleve a las partículas de nuevo sobre el rotor, el cual las proyecta
hacia la segunda placa, de posición ajustada, de forma que sólo abandonan la cámara los
fragmentos suficientemente reducidos.
La velocidad del rotor depende de la abrasividad del material (el desgaste crece
proporcionalmente con la velocidad), el tipo de alimentación (si es forzada, debe
aumentar la velocidad) y el tamaño de alimentación (a menor tamaño, mayor velocidad
para asegurar el impacto correcto).
Las variaciones de velocidad producen modificaciones en la curva granulométrica.
Además, velocidades excesivas implican altos consumos energéticos, altos desgastes y
disminución de la producción (por escasa penetración), mientras que velocidades
escasas suponen desgastes incorrectos en percutores y rotor, por lo que es fundamental
conocer el valor óptimo.
5.1.3 Accionamiento
Trabajan con velocidades de rotación entre 300-2000 rpm, con accionamiento por motor
eléctrico y transmisión por correas. En equipos móviles, se emplean motores de
explosión interna que mediante un embrague transmite el movimiento a una polea que
mediante correas acciona el rotor.
27
Para el reglaje de los impactores, interesa conocer la velocidad de la placa de impacto
(m/s), lo que se calcula fácilmente conociendo las rpm del rotor y su diámetro; y para
ello, se precisa conocer la relación de transmisión del motor.
máquinapoleamotorpolea
motorrpmrotorrpmφ
φ⋅= ;
60rotorrotorrpm
rotorvπ⋅φ⋅
=
La energía absorbida por los molinos impactores, si la alimentación es regular, se
mantiene bastante constante, con lo que bastaría elegir motores cuya potencia nominal
supere la dada por la fórmula de Bond afectada por un coeficiente de 1,6.
5.1.4 Alimentación
Es importante que la alimentación sea lo más regular posible, así como el ángulo de
entrada para que le material penetre hasta media altura del percutor; esta penetración
depende del diámetro exterior del percutor, del número de percutores y de su velocidad.
Para conseguir la altura de alimentación por gravedad se emplea la fórmula siguiente:
( )( ) g2END3600
NnDRH 2
2
⋅⋅⋅−⋅π⋅⋅⋅π⋅
=
Donde R es la penetración ideal (1/2 altura
percutor), D diametro exterior percutor, n las
rpm, N número hileras de percutores, E ancho
percutor.
El tiempo de paso entre dos percutores:
( )π⋅⋅⋅⋅−⋅π⋅
=⋅⋅π
÷⋅−⋅π
=NnD
END6060
nDN
ENDt
La velocidad de penetración será v = R/t, y H
se calculará como:
g2vH
2
⋅= , para dar la fórmula antes expuesta.
28
Si la alimentación se realiza por plano inclinado a 45º, se debe multiplicar H por 1,7
para compensar el desplazamiento horizontal y el rozamiento.
5.1.5 Mantenimiento
Se centra en la conservación de los elementos percutores y las parrillas en caso de
tenerlas.
La producción baja mucho con el desgaste de las aristas de dichos elementos. Para
solucionar el problema, se puede rectificar las aristas y añadir metal de aporte para
compensar las pérdidas de peso, aunque lo ideal es sustituir las piezas por otras nuevas.
En ese caso, se tiene especial cuidado en el montaje de las mismas, pesándolas una a
una y disponiéndolas de forma que el rotor quede equilibrado.
5.1.6 Revestimientos
La selección de materiales es muy importante tanto en los percutores como en las placas
de revestimiento. Se tienen principalmente dos aleaciones, acero al Mn (12-14%), no
recomendado para materiales abrasivos y acero al Mn-Cr, de alta resistencia al desgaste
pero más frágil, por lo que no se puede usar en impactores primarios.
Es importante la fijación de los percutores, que permita resistir los esfuerzos así como
su fácil desmontaje.
Se comencializan sistemas de control como el Stonetronik, de Hazemag, que registra los
cambios que se van produciendo en los percutores y pantallas de impacto y ajusta el
sistema para conseguir el producto requerido.
5.1.7 Dimensionamiento
Para la selección de una trituradora de impactos hay que atender a varios parámetros.
En lo que se refiere al diámetro máximo de alimentación, se tiene que en las primarias,
este valor es aproximadamente el diámetro del rotor, mientras que en las secundarias
está entre el 30-40% del diámetro de rotor.
Para estimar capacidades, se recurre a las tablas dadas por los fabricantes Sólo existen
fórmulas para las de martillos:
29
Si φ rotor > L rotor, Q = 0,1·(φ rotor)2·L rotor·n
Si φ rotor < L rotor, Q = 0,1·φ rotor·(L rotor)2·n,
Siendo las dimensiones en m, la velocidad en rpm y el caudal en m3/h.
El reglaje sería la mínima distancia entre las placas de percusión y los percutores. Según
el tipo de máquina, el % de paso por la malla de reglaje varía entre 50 y 80% para las
Nordberg, y entre 93-95% para las Hazemag.
5.2 Molinos de martillos articulados
Son también equipos de eje horizontal que actúan por choque, pero el rotor está
formado por discos montados en su periferia sobre ejes en los que se articulan masas de
choque autónomas denominadas martillos. Por la fuerza centrífuga (velocidad 20-60
m/s o superior) los martillos se disponen radialmente y actúan de la misma forma que en
los molinos de impactos, como si estuviesen unidos rígidamente; aunque ante una
resistencia excesiva, podrían retroceder hasta en algunos casos desaparecer entre los
discos.
Se caracterizan porque la cámara de trituración va cerrada por una parrilla a través de la
cual descargan las partículas ya reducidas suficientemente.
Alcanzan elevadas relaciones de reducción, entre 20/1 y 30/1, siendo sus inconveniente
el desgaste cuando se procesan materiales abrasivos y el riesgo de atascos en la parrilla.
Los martillos pueden ser de formas diversas, algunas específicas para determinadas
aplicaciones (pulverización, materias fibrosas y tenaces, etc). Al coste de los martillos
hay que añadir el tiempo invertido en la operación de montaje y la sustitución del propio
eje periódicamente.
Las parrillas son de chapa perforada para materiales blandos y no abrasivos, y formadas
por barrotes para el resto de los casos.
30
5.3 Molinos impactores de eje vertical
Varios fabricantes han propuesto recientemente diseños de impactores con eje vertical,
que ya están bastante desarrollados y presentan ventajas e inconvenientes sobre los de
eje horizontal.
5.3.1 Impactores de eje vertical “roca contra roca”
Consiste en un rotor que gira alrededor de un eje vertical sobre el que se introduce por
la parte superior la alimentación. Inicialmente, el material cae por el interior del rotor,
del que sale proyectado por fuerza centrífuga por tres salidas hacia la cámara de
trituración. Transcurridos pocos minutos del arranque, el material proyectado recubre la
cámara de trituración formando un lecho que la protege. El material proyectado hasta 85
m/s choca contra ese lecho y se produce la rotura roca contra roca.
Una variante añade una segunda corriente de alimentación que es vertida
controladamente sobre la cámara trituradora; esto aumenta la densidad de la nube de
partículas, y con ello el número de colisiones, aumentado la eficiencia de la operación.
El factor determinante es la potencia instalada, estando sus consumos específicos entre
1.0 -2.5 kWh/t, que al ser superior al de otros equipos de trituración, es un
inconveniente. Sin embargo, tienen la ventaja del menor consumo de revestimientos,
por lo que para materiales abrasivos resulta una opción interesante.
Se utilizan en el ámbito de la trituración terciaria o posterior, pudiendo operar en
circuito cerrado (si interesa gran producción de finos) o abierto (si interesa más la
forma). Son muy usados como correctores de forma en el producto de los trituradores de
cono, al romper las lajas que pudieron dejar y conseguir una excelente cubicidad.
31
5.3.2 Impactores de eje vertical “roca-metal”
Está formado por una gran cuba de entre 1.8 y 2.4 m de diámetro, en cuya zona central
hay un rotor que se encarga de lanzar los materiales (alimentado en tamaños hasta 170
mm) que llegan desde la parte superior, con velocidades de hasta 70 m/s, hacia un
estator concéntrico al rotor, protegido por 18-20 yunques que presentan varias caras de
impacto. Ahí se produce una primera rotura, existiendo una segunda rotura entre las
partículas rebotadas y los elementos lanzadores-percutores.
Estos molinos pueden dar producciones hasta de 550 t/h, superiores a los roca-roca,
dando un producto aún más cúbico, y también con mayor producción de finos.
5.3.3 Impactores de eje vertical de doble impacto
Se está en desarrollo de un impactor, aun no comercializado, en el que el material antes
ser lanzado es impactado por el propio rotor.
Presentarían como principal ventaja que con la regulación de la velocidad del rotor, se
puede controlar la intensidad de la conminución. Además presentarían costes asociados
al desgaste no superiores a los otros impactores de eje vertical, dando un producto más
constante y regular.
5.4 Molinos centrífugos
Son equipos de trituración terciaria o cuaternaria, que admiten tamaños de hasta 130-
150 mm y dan producto inferior a 25 mm, con producciones entre 100 y 200 t/h.
Constan de una carcasa de chapa laminada gruesa, protegida de acero al Mn y
concéntrica a un rotor , entre los que se forma la cámara de quebrantado. Se diseñan
32
para proporcionar impactos a 90º, lo que favorece la forma del producto final y
disminuye el desgaste del revestimiento.
El rotor es un bloque de acero al Mn, fácilmente sustituible, y se ha demostrado que su
desgaste no afecta a las propiedades del producto. La alimentación entra por un hueco
en el rotor y es proyectada contra las placas del revestimiento; tras rebotar, impactan
contra los materiales de nuevo propulsados por el rotor, lo que consigue mejorar la
cubicidad y la proporción de finos.
Son equipos ideales para la producción de arena a partir de los excedentes de la planta
de obtención de áridos destinados a hormigones hidráulicos o asfálticos.
5.5 Ámbitos de aplicación de los molinos de rotura por choque
Los impactores pueden ser aplicados en todos los ámbitos de la trituración.
En trituración primaria se utilizan impactores de 6 percutores, admitiendo bloques de
hasta 6000 kg para dar tamaños finales inferiores a 100 mm. La alimentación es siempre
oblicua, variando su producción entre 100-2000 t/h. En el caso de los de martillos,
admiten bloques de hasta 1250 kg, dando un producto inferior a 200 mm, con
producciones entre 20 y 200 t/h.
En trituración secundaria los molinos tienen alimentación oblicua, con tamaños de
admisión de 350 mm y producto inferior a 40 mm, con 20-40% de arena inferior a 5
mm. Suele tener 4 percutores en el rotor, girando a 800 rpm, con producciones entre 70-
850 t/h. Los de martillos admiten hasta 200 mm, con producto dependiente de la
parrilla.
33
En trituración terciaria, los impactores se alimentan por la parte superior, lo que permite
que el rotor sea reversible. Con ello se aprovechan mejor los revestimientos. Suelen
tener dos percutores, por lo que la velocidad aumenta hasta 1500 rpm. Suelen
denominarse areneros, y dan unas producciones entre 60-180 t/h, con tamaños de
admisión de 80 mm y producto inferior a 18 mm, con 60-80% de arenas 0-5 mm.
También existen los gravilladores, con tres percutores en el rotor girando a 1100 rpm
que da un producto 35-50% de arena 0-5 y 20-30% de 6-12 mm. En este ámbito son
aplicados también los molinos centrífugos.
5.6 Comparación con otros equipos de fragmentación
La fragmentación por impacto se aplica en toda la gama de tamaños, desde trituración
primaria hasta molienda ultrafina, tanto para materias secas como húmedas, fibrosas,
elásticas, plásticas, etc. Se puede decir que son indicados si la abrasividad de los
productos no es elevada, siendo así el consumo de revestimientos asumible. Suele darse
el valor de 5% de contenido de sílice como máximo recomendable para procesar por
percusión.
Son los más recomendados en la trituración de pequeñas cantidades con un valor
intrínseco elevado.
En igualdad de condiciones, las instalaciones de impactores precisan de un desembolso
inferior al caso de trituradoras de mandíbulas, giratorias o de rodillos, por lo que los
gastos de amortización son menos elevados. Sin embargo, en lo que se refiere a
consumo energético, no aportan ventajas respecto a los anteriores.