criba rotativa

Las cribas rotativas se utilizan en la industria de residuos municipales para clasificar los residuos sólidos según su tamaño. ^{[ 5 ]} Además, también se pueden usar para mejorar la recuperación de residuos sólidos derivados de combustibles. Esto se logra eliminando materiales inorgánicos como la humedad y las cenizas de la fracción ligera clasificada por aire, separada de los residuos sólidos triturados, lo que aumenta la calidad del combustible resultante. ^{[ 6 ]} Asimismo, las cribas rotativas se utilizan para el tratamiento de aguas residuales. En esta aplicación, los sólidos del flujo de entrada se depositan en la malla de la criba y el tambor gira una vez que el líquido alcanza un cierto nivel. La zona limpia de la criba se sumerge en el líquido, mientras que los sólidos atrapados caen sobre una cinta transportadora que los procesa antes de su eliminación. ^{[ 7 ]}

Las cribas rotativas también se utilizan para la clasificación de materias primas con el fin de recuperar minerales valiosos. La criba separa los materiales minúsculos que no tienen el tamaño adecuado para la etapa de trituración. Además, ayuda a eliminar las partículas de polvo que, de otro modo, afectarían el rendimiento de la maquinaria posterior en los procesos subsiguientes. ^{[ 8 ]}

Otras aplicaciones de los tamices rotatorios se observan en el proceso de cribado de compost como técnica de mejora. Seleccionan compost de fracciones de tamaño variable para eliminar contaminantes y residuos de compostaje incompletos, obteniendo productos finales con diversos usos. ^{[ 9 ]} Además, la industria alimentaria utiliza tamices rotatorios para clasificar alimentos secos de diferentes tamaños y formas. El proceso de clasificación ayuda a lograr la tasa de transferencia de masa o calor deseada y evita el procesamiento insuficiente o excesivo. También se utilizan para cribar alimentos diminutos como guisantes y nueces, que son lo suficientemente resistentes como para soportar la fuerza de rotación del tambor. ^{[ 10 ]}

Las cribas rotativas son más económicas de producir que las cribas vibratorias. No vibran, lo que genera menos ruido que las cribas vibratorias. Las cribas rotativas son mecánicamente más robustas que las cribas vibratorias, lo que les permite durar más tiempo bajo tensión mecánica. ^{[ 11 ] [ 13 ]}

Sin embargo, una criba vibratoria puede procesar más material a la vez que una criba rotativa. Esto se debe a que en la criba rotativa solo se utiliza una parte de su superficie durante el proceso de cribado, mientras que en la criba vibratoria se utiliza toda la superficie. Las cribas rotativas también son más propensas a la obstrucción y al cegamiento, especialmente cuando se utilizan aberturas de diferentes tamaños en serie. ^{[ 11 ]} La obstrucción se produce cuando el material de mayor tamaño que la abertura se atasca o se encaja en ella, pudiendo ser forzado a pasar, lo cual es indeseable. ^{[ 13 ]} El cegamiento se produce cuando el material húmedo se aglomera y se adhiere a la superficie de la criba. ^{[ 14 ]} Las vibraciones en las cribas vibratorias reducen el riesgo de obstrucción y cegamiento. ^{[ 14 ]}

Una criba de rejilla es una estructura de barras metálicas paralelas dispuestas en un marco fijo inclinado. La pendiente y el recorrido del material suelen ser paralelos a la longitud de las barras. La longitud de cada barra puede alcanzar los 3 metros y la separación entre ellas oscila entre 50 y 200  milímetros. Las cribas de rejilla se utilizan habitualmente en minería para limitar el tamaño del material que pasa a la etapa de transporte o de reducción de tamaño.

Las cribas de rodillos son preferibles a las cribas rotativas cuando se requiere una alta velocidad de alimentación. Además, generan menos ruido que las cribas rotativas y requieren menos espacio libre. Los materiales viscosos y pegajosos se separan más fácilmente con una criba de rodillos que con una criba rotativa. ^{[ 11 ]}

Las cribas curvas son capaces de separar partículas más finas (200-3000  μm) que las cribas rotativas. Sin embargo, puede producirse adherencia si el tamaño de partícula es inferior a 200  μm ^{[ 15 ]} , lo que afectará a la eficiencia de separación. La tasa de cribado de una criba curva también es mucho mayor que la de una criba rotativa, ya que se utiliza toda la superficie de la criba ^{[ 16 ]} . Además, en las cribas curvas, el flujo de alimentación es paralelo a las aberturas. Esto permite que cualquier material suelto se desprenda de la superficie irregular de los materiales más grandes, lo que da como resultado un mayor número de partículas de tamaño inferior al de las cribas curvas ^{[ 17 ] .}

Las partículas de menor tamaño (>40  μm) pueden separarse con el separador giratorio que con una criba rotativa. ^{[ 11 ]} El tamaño del separador giratorio se puede ajustar mediante bandejas extraíbles, mientras que la criba rotativa suele ser fija. ^{[ 18 ]} Los separadores giratorios también pueden separar materiales secos y húmedos, al igual que las cribas rotativas. Sin embargo, es común que los separadores giratorios separen solo materiales secos o húmedos. Esto se debe a que existen diferentes parámetros para que la criba giratoria tenga la mejor eficiencia de separación. Por lo tanto, se requerirían dos separadores para la separación de materiales secos y húmedos, mientras que una criba rotativa podría realizar la misma función. ^{[ 17 ]}

Una de las principales características del proceso de interés es la tasa de cribado del tambor rotatorio. La tasa de cribado está relacionada con la probabilidad de que las partículas de tamaño inferior al estándar pasen a través de las aberturas de la malla al impactar. ^{[ 6 ]} Basándose en la suposición de que la partícula cae perpendicularmente sobre la superficie de la malla, la probabilidad de paso, P, se expresa simplemente como ^{[ 19 ]}

dónde${\displaystyle d}$se refiere al tamaño de la partícula,${\displaystyle a}$se refiere al tamaño de la abertura (diámetro o longitud) y${\displaystyle Q}$se refiere a la relación entre el área de apertura y el área total de la pantalla. La ecuación ( 1 ) es válida tanto para aperturas cuadradas como circulares. Sin embargo, para aperturas rectangulares, la ecuación se convierte en: ^{[ 19 ]}

dónde${\displaystyle a}$y${\displaystyle A}$se refiere a la dimensión rectangular de la abertura. Después de determinar la probabilidad de paso de un intervalo de tamaño dado de partículas a través de la pantalla, la fracción de partículas que permanecen en la pantalla,${\displaystyle V}$, se puede encontrar usando: ^{[ 6 ]}

dónde${\displaystyle n}$es el número de impactos de las partículas en la pantalla. Después de hacer la suposición de que el número de impactos por unidad de tiempo,${\displaystyle \sigma _{t}}$, es constante, la ecuación ( 3 ) se convierte en: ^{[ 6 ]}

Una forma alternativa de expresar la fracción de partículas que quedan en la pantalla es en términos del peso de la partícula, que se da de la siguiente manera: ^{[ 6 ]}

dónde${\displaystyle W(t)}$es el peso de un intervalo de tamaño determinado de partículas que permanecen en la pantalla en un momento dado.${\displaystyle t}$y${\displaystyle W(0)}$es el peso inicial del alimento. Por lo tanto, a partir de las ecuaciones ( 4 ) y ( 5 ), la tasa de cribado se puede expresar como: ^{[ 6 ]}

La eficiencia de cribado se puede calcular utilizando el peso másico de la siguiente manera: E=c(fu)(1-u)(cf)/f(cu)^2(1-f)

Además de la tasa de cribado, otra característica de interés es la eficiencia de separación de la criba rotativa. Suponiendo que la función de distribución de tamaño de las partículas de tamaño inferior al que se deben eliminar,${\displaystyle f(x)}$, se sabe, la probabilidad acumulada de todas las partículas que van desde${\displaystyle x_{0}}$a${\displaystyle x_{m}}$que se separan después${\displaystyle n}$Los impactos son simplemente: ^{[ 19 ]}

Además, la fracción numérica total de partículas dentro de este rango de tamaño en la alimentación se puede expresar de la siguiente manera: ^{[ 19 ]}

Por lo tanto, la eficiencia de separación, que se define como la relación entre la fracción de partículas eliminadas y la fracción total de partículas en la alimentación, se puede determinar de la siguiente manera: ^{[ 19 ]}

Hay varios factores que afectan la eficiencia de separación del trommel, entre los que se incluyen: ^{[ 20 ]}

1. Velocidad de rotación de la criba rotativa
2. Velocidad de alimentación
3. Tiempo de residencia en el tambor giratorio
4. Ángulo de inclinación del tambor
5. Número y tamaño de las aberturas de la pantalla
6. Características del alimento

En la ecuación presentada en esta sección para el tiempo de residencia de los materiales en una criba giratoria se hacen dos suposiciones simplificadoras. Primero, se supone que no hay deslizamiento de partículas en la criba. ^{[ 6 ]} Además, las partículas que se desprenden de la criba están en caída libre. Cuando el tambor gira, las partículas se mantienen en contacto con la pared giratoria por la fuerza centrífuga. ^{[ 6 ]} Cuando las partículas se acercan a la parte superior del tambor, la fuerza gravitatoria que actúa en la dirección radial supera la fuerza centrífuga , lo que provoca que las partículas caigan del tambor en un movimiento de catarata. ^{[ 2 ]} Los componentes de la fuerza que actúan sobre la partícula en el punto de partida se ilustran en la Figura 6.

El ángulo de salida, α, se puede determinar mediante un equilibrio de fuerzas, que se expresa como: ^{[ 6 ]}

dónde${\displaystyle r}$es el radio del tambor,${\displaystyle \omega _{t}}$es la velocidad de rotación en radianes por segundo,${\displaystyle g}$es la aceleración gravitacional y${\displaystyle \beta }$es el ángulo de inclinación del tambor. Por lo tanto, el tiempo de residencia de las partículas en la pantalla giratoria se puede determinar a partir de la siguiente ecuación: ^{[ 6 ]}

dónde${\displaystyle L}$se refiere a la longitud de la pantalla,${\displaystyle n}$se refiere a la rotación de la pantalla en términos de revoluciones por minuto y${\displaystyle \alpha }$Se refiere al ángulo de salida en grados.

Considerando que los tamaños de malla del tambor giratorio son mayores que los tamaños de partícula como se muestra en la Figura 7, la velocidad de movimiento de la partícula${\displaystyle V}$se puede descomponer en dos componentes de velocidad que consisten en la componente vertical${\displaystyle V_{y}}$y componente horizontal${\displaystyle V_{x}}$. Que denota${\displaystyle \theta }$Siendo el ángulo entre el movimiento de la partícula y la componente vertical, las velocidades vertical y horizontal ahora se pueden escribir como:

Cuando${\displaystyle V_{y}>V_{x}}$, las partículas escapan a través de la malla en el tambor giratorio. Sin embargo, si${\displaystyle V_{y}<V_{x}}$Las partículas quedan retenidas dentro del tambor giratorio. Los gránulos más grandes se retendrán dentro de la criba rotativa hasta alcanzar la abertura deseada, manteniendo el mismo comportamiento.

Con velocidades de rotación variables, el efecto sobre la eficiencia de cribado y la tasa de producción varía según los diferentes tipos de mecanismos de movimiento. Estos mecanismos incluyen el deslizamiento, la formación de cataratas y la centrifugación. ^{[ 22 ]}

Caída

Esto ocurre cuando la velocidad de rotación del tambor es baja. Las partículas se elevan ligeramente del fondo del tambor antes de caer por la superficie libre, como se muestra en la Figura 8. Dado que solo se pueden cribar los gránulos de filtro de menor tamaño cerca de la pared del tambor, esto resulta en una menor eficiencia de cribado.

Cataratas

A medida que aumenta la velocidad de rotación, el deslizamiento se transforma en un movimiento de cataratas donde las partículas se desprenden cerca de la parte superior del tambor giratorio, como se muestra en la Figura 9. Los gránulos más grandes se segregan cerca de la superficie interna debido al efecto de la nuez de Brasil, mientras que los gránulos más pequeños permanecen cerca de la superficie de la malla, lo que permite que los gránulos de filtro más pequeños la atraviesen. ^{[ 3 ]} Este movimiento genera un flujo turbulento de partículas, lo que resulta en una mayor eficiencia de cribado en comparación con el deslizamiento.

Centrifugación

A medida que aumenta la velocidad de rotación, el movimiento de catarata se transforma en movimiento centrífugo, lo que reduce la eficiencia de filtrado. Esto se debe a que las partículas se adhieren a la pared del tambor giratorio por la acción de las fuerzas centrífugas, como se muestra en la Figura 10.

Según Ottino y Khakhar, ^{[ 22 ]} el aumento del caudal de alimentación de partículas provocó una disminución de la eficiencia de cribado. No se sabe con certeza por qué ocurre esto; sin embargo, se sugiere que este efecto está influenciado por el grosor de los gránulos de filtro empaquetados en el cuerpo del tambor.

A mayores caudales de alimentación, las partículas más pequeñas de la capa inferior del lecho empacado pueden ser filtradas por aberturas específicas, mientras que las partículas pequeñas restantes se adhieren a las más grandes. Por otro lado, a menores caudales de alimentación, las partículas más pequeñas atraviesan con mayor facilidad el espesor de los gránulos en el sistema de tambor rotatorio.

Aumentar el área de material expuesta al cribado permite filtrar más partículas. Por lo tanto, las características que aumentan el área de superficie darán como resultado una eficiencia de cribado y una tasa de producción mucho mayores. El área de superficie mayor se puede aumentar mediante

^{[ 12 ]}

• Aumentar la longitud y el diámetro del tambor.
• Aumentar el tamaño de las aberturas y el número de aberturas.
• Reducir el número de huecos/área entre las aberturas
• Utilizar barras elevadoras para aumentar la dispersión de partículas.

Al diseñar la criba rotativa, se debe tener en cuenta que un ángulo de inclinación mayor resultaría en una tasa de producción de partículas más alta. Un ángulo de inclinación mayor resultaría en una tasa de producción más alta debido a un aumento en la velocidad de las partículas.${\displaystyle V}$Como se ilustra en la Figura 7, esto conlleva una menor eficiencia de cribado. Por otro lado, disminuir el ángulo de inclinación resulta en un tiempo de residencia mucho mayor de las partículas dentro del sistema de tambor rotatorio, lo que aumenta la eficiencia de cribado.

Dado que la eficiencia de cribado es directamente proporcional a la longitud del tambor, se necesitaría un tambor más corto con un ángulo de inclinación menor para lograr la eficiencia de cribado deseada. Se sugiere que el ángulo de inclinación no sea inferior a 2°, ya que se desconoce la eficiencia y la tasa de producción más allá de este punto. Por debajo de 2°, se observa un fenómeno según el cual, para un conjunto dado de condiciones de operación, la disminución del ángulo de inclinación aumenta la profundidad del lecho, lo que resulta en una menor eficiencia de cribado. Sin embargo, también aumenta simultáneamente el tiempo de residencia, lo que incrementa la eficiencia de cribado. No se sabe con certeza qué efecto será más dominante con ángulos de inclinación inferiores a 2°. ^{[ 3 ]}