Máquina vibratoria de proyección circular

Una máquina vibratoria de proyección circular es una máquina de cribado que se emplea en procesos que implican la separación de partículas. En los procesos de partículas, el cribado se refiere a la separación de partículas más grandes de las más pequeñas en una alimentación determinada, utilizando solo las propiedades físicas de los materiales. Las máquinas de proyección circular tienen una estructura simple con una alta eficiencia y volumen de cribado. Sin embargo, tienen limitaciones en los tipos de alimentación que se pueden procesar sin problemas. Algunas características de las máquinas de proyección circular, como la frecuencia , la amplitud de vibración y el ángulo de inclinación de la plataforma, también afectan el resultado.

Se utilizan ampliamente para cribar piedras de cantera y clasificar productos en procesos industriales de minería, arena, oro, energía y química . ^[1] La sustancia objetivo son predominantemente partículas más finas, que luego se pueden dirigir a una unidad de separación, como un hidrociclón o son materiales que se pueden eliminar y usar. Los materiales eliminados a menudo se forman intencionalmente y se clasifican por su forma, tamaño y propiedades físicas . Por ejemplo, los desechos de construcción se clasifican y tamizan mediante una criba vibratoria circular en partículas gruesas y finas. Las partículas se toman para hacer hormigón, ladrillos arquitectónicos y materiales de base para carreteras. ^[2]

Las cribas vibratorias de arrastre circular funcionan sobre una superficie inclinada. Una plataforma se mueve en círculo. Funcionan con una alimentación continua en lugar de por lotes, lo que genera una producción mucho mayor. La inclinación permite que la alimentación se desplace a través del dispositivo.

Las máquinas de tamizado circular son más grandes que otras y pueden requerir más espacio que otras unidades de tamizado. Los materiales finos, húmedos y pegajosos requieren un rociador de agua para lavar los materiales finos debajo de las barras rociadoras. ^[3] Las máquinas de tamizado circular tienen un recorrido grande y permiten que los componentes pesados ​​circulen e interfieran con la caja de tamizado. Se necesita un motor potente, mientras que otros separadores pueden no necesitarlo.

La separación por arrastre circular no produce un flujo de desechos separado. La alimentación se separa en múltiples flujos, y el número de flujos de salida coincide con el número de pisos. La separación por arrastre circular suele seguir a un proceso de molienda. Los flujos más gruesos del piso superior se pueden volver a introducir directamente en las unidades de molienda gracias al funcionamiento continuo, lo que reduce el tiempo de transporte, los costes y el almacenamiento.

La unidad estándar es una unidad de un solo eje y doble cojinete construida con una caja de tamizado, malla, excitador de vibraciones y resorte amortiguador. El marco de la pantalla está formado por placas laterales de acero y travesaños que soportan las fuerzas estáticas y dinámicas. En el centro de las placas laterales, se conectan dos cojinetes de rodillos con contrapesos para hacer funcionar el accionamiento. Cuatro juegos de resortes se fijan en la base de la unidad para superar la tensión longitudinal o transversal de los tamices y paneles y para amortiguar el movimiento. ^[2] Un excitador de vibraciones externo (motor) se monta en la placa lateral (lateral) de la caja de tamizado con un eje excéntrico cilíndrico y una unidad de ajuste de carrera. En la salida de la pantalla, los flujos cambian de dirección, generalmente a 90 grados o direcciones alternas, lo que reduce la velocidad de la corriente de salida. ^[4] Los pernos de bloqueo con ranuras anulares resistentes conectan los componentes. ^[5]

Las variaciones en este diseño se refieren a la ubicación de los componentes de vibración. Una alternativa es la vibración montada en la parte superior, en la que los vibradores se fijan a la parte superior del marco de la unidad y producen un recorrido elíptico. Esto reduce la eficiencia en favor de una mayor capacidad al aumentar la velocidad de rotación, que es necesaria para los procedimientos de cribado basto en los que se debe mantener un alto caudal. ^[7]

Un refinamiento agrega una vibración de montaje superior de contraflujo, en la que el tamizado es más eficiente porque el lecho de material es más profundo y el material permanece en la pantalla durante más tiempo. Se utiliza en procesos donde se requiere una mayor eficiencia de separación por pasada.

Se puede añadir una campana o recinto para polvo para manipular partículas particularmente sueltas. Se pueden colocar rociadores de agua sobre la plataforma superior y la separación se puede convertir en un proceso de cribado húmedo. ^[2]

La criba vibratoria de tiro circular genera un vector de aceleración rotatoria y la criba debe mantener un ángulo de tiro pronunciado para evitar el transporte a lo largo de la plataforma de la criba. ^[8] La plataforma se construye comúnmente para tener un ángulo dentro del rango de 10° a 18°, para desarrollar un movimiento adecuado de las partículas. Un aumento del ángulo de la plataforma acelera el movimiento de las partículas con una relación proporcional al tamaño de las mismas. ^[9] Esto disminuye el tiempo de residencia y la estratificación del tamaño a lo largo de la malla de la criba. ^[7] Sin embargo, si el ángulo es mayor a 20°, la eficiencia disminuye debido a la reducción del área de malla efectiva. El efecto del ángulo de la plataforma en la eficiencia también está influenciado por la densidad de las partículas. En minería, el ángulo de inclinación óptimo es de aproximadamente 15°. ^[8] Las excepciones son las cribas de deshidratación de 3° a 5° y las cribas pronunciadas de 20° a 40°.

En promedio, se requieren 1,5 segundos para que el proceso de cribado alcance un estado estable y para que las partículas cubran la criba. ^[8] Esto es inducido por el movimiento circular. La aceleración rotatoria tiene un efecto de aflojamiento sobre las partículas en la plataforma. Las fuerzas centrífugas esparcen las partículas a lo largo de la criba. Con la combinación del componente gravitacional, se mejora la eficiencia del paso de partículas pequeñas a través de la abertura y las partículas de gran tamaño son transportadas hacia el extremo de descarga. ^[8]

Bajo vibración, partículas de diferentes tamaños se segregan ( efecto nuez de Brasil ). La vibración levanta y segrega partículas en la pantalla inclinada. Cuando la amplitud de vibración está dentro del rango de 3 a 3,5 mm, el equipo segrega las partículas grandes y pequeñas con la mejor eficiencia. ^[8] Si la amplitud es demasiado alta, el área de contacto entre las partículas y la superficie de la pantalla se reduce y se desperdicia energía; si es demasiado baja, las partículas bloquean la abertura, lo que provoca una mala separación. ^[7]

Una mayor frecuencia de vibración mejora la estratificación de los componentes a lo largo de la malla y conduce a una mejor eficiencia de separación. ^[7] El engranaje de desplazamiento circular está diseñado con 750 ~ a 1050 rpm, lo que permite cribar materiales grandes. Sin embargo, las frecuencias demasiado altas hacen vibrar excesivamente las partículas; por lo tanto, el área de contacto efectiva de la superficie de la malla con las partículas disminuye. ^[9]

La humedad en el alimento forma partículas más grandes al coagular las partículas pequeñas. Este efecto reduce la eficiencia del tamiz. ^[7] Sin embargo, la fuerza centrífuga y la vibración actúan para evitar el bloqueo de la abertura y la formación de partículas aglomeradas. Las partículas del alimento se clasifican en partículas finas, de tamaño cercano y de gran tamaño; la mayoría de las partículas de tamaño cercano y las finas pasan a través de la abertura rápidamente. La relación entre partículas finas y de tamaño cercano y de gran tamaño debe maximizarse para obtener altas tasas de cribado. ^[7]

La velocidad de alimentación es proporcional a la eficiencia y capacidad de la criba; una velocidad de alimentación alta alcanza un estado estable y da como resultado mejores tasas de cribado. Sin embargo, se debe mantener un espesor de lecho óptimo para lograr una alta eficiencia constante. ^[7]

La eficiencia de la criba en estado estable es sensible a la amplitud de la vibración. Un buen rendimiento de criba suele darse cuando la amplitud es de 3-3,5 mm. La velocidad de las partículas no debe ser superior a 0,389 m/s. Si la velocidad es demasiado alta, se produce una segregación deficiente y una baja eficiencia. E _o muestra la eficiencia de la eliminación de partículas de tamaño inferior a las de tamaño superior en estado estable.

${\displaystyle E_{o}=100{\frac {\text{caudal másico de sólidos más gruesos que el tamaño de la malla en la corriente de alimentación}}{\text{caudal másico de sólidos en la corriente de gran tamaño}}}}$

${\displaystyle E_{o}=100\left[{\frac {F(1-f_{x})}{O}}\right]=100(1-o_{x})}$

donde F es stph (tonelada corta por hora) de mineral de alimentación, O es stph de sólidos de gran tamaño que se descargan como gran tamaño de la criba, fx es la fracción de peso acumulada de la alimentación más fina que 'x' y o _x es la fracción de peso acumulada de los finos de gran tamaño más finos que 'x'. E _u muestra la eficiencia de recuperación de tamaño inferior. U es la tasa de masa de sólidos en la corriente de tamaño inferior.

${\displaystyle E_{u}=100{\frac {\text{caudal másico de sólidos en la corriente de tamaño inferior}}{\text{caudal másico de sólidos más finos que el tamaño de la malla en la corriente de alimentación}}}}$

De este modo

${\displaystyle E_{u}=100{\left({\frac {U}{Ff_{x}}}\right)}=100{\left[{\frac {f_{x}-o_{x}}{f_{x}(1-o_{x})}}\right]}={\frac {E_{o}-(1-f_{x})}{E_{o}f_{x}}}}$

Las unidades vibratorias de tamizado circular dependen de la operación del componente de la pantalla a una frecuencia resonante para tamizar de manera eficiente. Si bien las frecuencias de vibración seleccionadas adecuadamente mejoran drásticamente la filtración, se produce un factor de deflexión a medida que las vibraciones desplazan partículas más pequeñas. No pasan adecuadamente a través de la pantalla debido al exceso de movimiento. Esta es una propiedad de la frecuencia natural del sistema. La frecuencia natural vibra preferiblemente a F _n es 188(1/d) ² (ciclos por minuto) donde d = (188/F _n ) ² (pulgadas). La deflexión estática corresponde a esta frecuencia. El aislamiento de vibraciones es un principio de control empleado para mitigar la transmisión. En las pantallas vibratorias de tamizado circular, se emplea un aislamiento pasivo de vibraciones en forma de resortes mecánicos y suspensión en la base de la unidad, lo que proporciona estabilidad y control de la vibración del motor. En la siguiente tabla se proporciona una regla general con respecto a la cantidad de minimización de la deflexión estática que se debe buscar con respecto a las RPM de funcionamiento. ^[10]

Las instalaciones críticas se refieren a unidades montadas en el techo. El peso, la carga y la distribución del peso son elementos que deben tenerse en cuenta.

Una criba vibratoria de tiro circular con un sistema de eje y cojinetes requiere tener en cuenta la carga que soportará la unidad. La carga adicional que la caja de la criba genera debido a la fuerza centrífuga, debido al movimiento circular de la carga a medida que pasa a través de la unidad, también es un factor. Los cojinetes deben estar diseñados para soportar la tensión adicional. La carga del cojinete debido a la fuerza centrífuga de la caja de la criba (F _r ) es

${\displaystyle F_{r}={\frac {1}{z}}\times {\frac {G}{g}}\times r\times \left(\pi \times {\frac {n}{30}}\right)^{2}}$

Se utiliza un factor suplementario de F _z = ~1,2 para tener en cuenta la tensión dinámica desfavorable:

${\displaystyle P=F_{z}\times F_{r}}$

El índice de esfuerzo dinámico F _L y el factor de velocidad Fn se utilizan para calcular la carga dinámica mínima requerida (kN)

${\displaystyle C=P\times {\frac {F_{L}}{F_{n}}}}$

F _L se toma entre 2,5 y 3 generalmente para corresponder a una vida útil por fatiga nominal de 11 000 a 20 000 horas como parte de un diseño habitual. ^[11]

La capacidad de procesamiento de la unidad está relacionada con la vibración, por lo que se debe tener cuidado con el diseño de los elementos estructurales y de soporte. Un diseño estructural inadecuado no logra estabilizar la unidad, lo que produce vibraciones excesivas, lo que genera mayor deflexión o reduce la efectividad.

Fuerza estática total aplicada y rigidez del resorte:

${\displaystyle {\text{Deflexión}}={\frac {\text{Fuerza}}{\text{Rigidez}}}={\frac {F_{\text{estática}}}{2k}}}$

Cuando se consideran las fuerzas dinámicas de la carga, se debe considerar un factor de ampliación de amplitud (MF):

${\displaystyle {\text{Amplitud}}=MF\left({\frac {F_{\text{dinámica}}}{2k}}\right)}$

Se puede obtener una estimación del factor de aumento para un sistema con un grado de libertad utilizando: ^[12]

${\displaystyle MF={\frac {1}{\left[1-\left({\frac {f_{d}}{f_{n}}}\right)^{2}\right]^{2}+\left[2\zeta \left({\frac {f_{d}}{f_{n}}}\right)^{2}\right]^{\frac {1}{2}}}}}$

La mayoría de los sistemas mecánicos estructurales están ligeramente amortiguados. Si se descuida el término de amortiguamiento :

${\displaystyle MF={\frac {1}{\left[1-\left({\frac {f_{d}}{f_{n}}}\right)^{2}\right]^{2}}}}$

donde f _d /f _n representa la relación de frecuencia (frecuencia debida a la fuerza dinámica, f _d , y frecuencia natural de la unidad, f _n ).

Una vez que se conoce el área de la unidad, se debe calcular la longitud y el ancho de la pantalla de manera que se mantenga una relación de 2-3 de ancho (W) por 1 de largo (L). La capacidad se controla mediante el ajuste del ancho y la eficiencia mediante el ancho. ^[13]

${\displaystyle W={\frac {400F}{DT\times ({\text{densidad aparente}})}}}$

${\displaystyle T=-120+10\times ({\text{ángulo de inclinación}})}$

La profundidad del lecho D debe ser menor o igual a

${\displaystyle D^{*}=[2+0,2\times ({\text{densidad aparente}})]\times X_{s}}$

Xs es el tamaño de corte deseado.

${\displaystyle {\text{Longitud}}={\frac {A}{W}}}$(pie)

Los ángulos de la plataforma inicial se pueden estimar a partir de

${\displaystyle A=15.5{\sqrt {\frac {F}{W}}}}$

F = caudal ideal de gran tamaño; los anchos estándar para las máquinas de proyección circular son 24, 36, 48, 60, 72, 84 y 96 pulgadas. Las medidas deben coincidir con las unidades disponibles en el mercado para reducir el costo de capital .

Con una capacidad de tamiz fija, es probable que la eficiencia disminuya a medida que disminuye el tamaño de la abertura. En general, no es necesario separar las partículas con precisión en el tamaño de su abertura. Sin embargo, la eficiencia mejora si el tamiz está diseñado para filtrar lo más cerca posible del tamaño de corte deseado. La selección del tipo de abertura se generaliza en la siguiente tabla:

La mayoría de los procesos han empleado tamices de dos cojinetes. Los tamices vibratorios circulares de dos cojinetes con un peso de caja de tamiz de 35 kN y una velocidad de 1200 RPM eran comunes. El eje del centroide de la caja de tamiz y la carga desequilibrada no cambian durante la rotación.

Se desarrolló una criba vibratoria de cuatro cojinetes (clase F) ^[14] para satisfacer las demandas, especialmente de las industrias de producción de mineral de hierro, fosfato y piedra caliza. La clase F cuenta con un cuerpo de criba atornillado HUCK que está conectado para mayor resistencia y rigidez, y se utiliza acero al carbono para las placas laterales para brindar alta resistencia. El eje está reforzado con una placa de refuerzo, que se fija a la placa deslizante y a los paneles de la criba.

La criba de cuatro cojinetes proporciona una estabilidad mucho mayor de la unidad, por lo que se pueden utilizar amplitudes y/o frecuencias de vibración más altas sin exceso de aislamiento o amortiguación; emisión de ruido general de la planta. El nuevo diseño proporciona una clasificación por tamaño precisa y rápida con materiales que varían en tamaño de corte de 0,15 a 9,76 pulgadas y una salida de alto tonelaje que puede procesar hasta 5000 toneladas por hora. ^[6]