Universidad de Chile Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas Departamento de Ingeniera Mecnica

Informe final Diseo de harnero vibratorio ME56B taller de diseo mecnico

Alumno: Jorge P. Carrasco C. Profesor: Alejandro Font Ayudante: Marco Ruiz Fecha: 13 de julio de 2009

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ndice INTRODUCCIN .............................................................................................................3 MARCO TERICO ..........................................................................................................4 Fase 1: Chancado ...........................................................................................................4 Fase 2: La molienda.......................................................................................................5 Molienda convencional .................................................................................................6 Molienda de barras: ...................................................................................................6 Molienda de bolas: ....................................................................................................6 Molienda SAG: ..........................................................................................................7 Fase 3: Flotacin............................................................................................................8 ANTECEDENTES DE LA DIVISION EL SOLDADO...................................................9 Procesos productivos divisin El Soldado ..................................................................10 Chancado primario ......................................................................................................11 Chancado secundario y terciario .................................................................................13 Molienda SAG .............................................................................................................14 Molienda convencional ...............................................................................................15 Flotacin ......................................................................................................................16 DESARROLLO ...............................................................................................................16 Estratificacin ..............................................................................................................17 Clasificacin ................................................................................................................18 Movimiento de vibracin ............................................................................................18 Eficiencia de cribado ...................................................................................................19 Alimentacin ...............................................................................................................20 Apertura de Malla ........................................................................................................22 Caractersticas de los parmetros de la criba ...............................................................24 1. Longitud de carrera y altura de amplitud del material: .......................................24 2. Velocidad de rotacin y aceleracin....................................................................24 3. Angulo de carrera ................................................................................................24 4. Inclinacin de la superficie ..................................................................................24 5. Velocidad de avance ............................................................................................25 6. Longitud y anchura de la criba ............................................................................25 7. Factor de piso ......................................................................................................25 8. rea efectiva de cribado ......................................................................................25 Seleccin y dimensionamiento ....................................................................................25 rea de cribado............................................................................................................26 Definicin de la anchura mnima de la criba ...............................................................30 Vibrador de masas excntricas ....................................................................................31 RESULTADOS ...............................................................................................................32 Superficie de cribado ...................................................................................................35 Ancho de la criba .........................................................................................................36 Seleccin del harnero ..................................................................................................36 Sistema vibrador ..........................................................................................................36 Malla de cribado ..........................................................................................................37 CONCLUSIONES ...........................................................................................................39 BIBLIOGRAFA .............................................................................................................40

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INTRODUCCINLa prctica de procesamiento de minerales es tan antigua como la civilizacin humana. Los minerales y sus productos derivados han formado nuestras culturas en desarrollo desde el pedernal del hombre de la Edad de Piedra hasta los metales de Uranio de la Edad Atmica. La meta en el procesamiento de minerales es producir el valor mximo de un material en bruto dado. Esta meta puede ser un producto chancado con cierto tamao y forma o la recuperacin mxima de metales desde un mineral metlico complejo. La trituracin, molienda y clasificacin constituyen el primer paso mediante el cual se reduce el mineral a fragmentos fcilmente manejable a granel, al mismo tiempo que permite el acceso del disolvente hasta el mineral deseado. En general, en este primer paso se tiende a quebrar el mineral hasta un tamao adecuado no mas fino que lo absolutamente necesario, y, si se quiere, tambin a separar los gruesos de los finos para tratarlos aisladamente de la manera mas adecuada para cada uno de ellos. En Chile la gran minera es una de las ms importantes del mundo, en la cual est involucrado el chancado y molienda de mineral, por lo cual es indispensable que un ingeniero mecnico maneje los conceptos de diseo y proceso lo mas detalladamente posible, razn por la cual en el presente informe se llevar a cabo el diseo de un harnero vibratorio de seleccin final, elemento de vital importancia en la lnea de proceso mencionada. Para la realizacin del trabajo se utilizar las variables de proceso de la planta de chancado y molienda de la Divisin, El Soldado de Anglo American Chile.

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MARCO TERICOEl objetivo del proceso de concentracin es liberar y concentrar las partculas de cobre que se encuentran en forma de sulfuros en las rocas mineralizadas, de manera que pueda continuar a otras etapas del proceso productivo. Generalmente, este proceso se realiza en grandes instalaciones ubicadas en la superficie, formando lo que se conoce como planta, y que se ubican lo ms cerca posible de la mina. El proceso de concentracin se divide en las siguientes fases:

Fase 1: ChancadoEl mineral proveniente de la mina presenta una granulometra variada, desde partculas de menos de 1mm hasta fragmentos mayores que 1m de dimetro, por lo que el objetivo del chancado es reducir el tamao de los fragmentos mayores hasta obtener un tamao uniforme mximo de pulgada (1,27cm). Para lograr el tamao deseado de pulgada, en el proceso del chancado se utiliza la combinacin de tres equipos en lnea que van reduciendo el tamao de los fragmentos en etapas, las que se conocen como etapa primaria, etapa secundaria y terciaria (fig. 1).

Fig. 1 Etapas de molienda convencional.

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En la etapa primaria, el chancador primario (fig. 2) reduce el tamao mximo de los fragmentos a 8 pulgadas de dimetro.

Fig.2 Chancador primario. En la etapa secundaria, el tamao del material se reduce a 3 pulgadas. En la etapa terciaria, el material mineralizado logra llegar finalmente a pulgada. Los chancadores, son equipos elctricos de grandes dimensiones. En estos equipos, los elementos que trituran la roca mediante movimientos vibratorios estn construidos de una aleacin especial de acero de alta resistencia. Los chancadores son alimentados por la parte superior y descargan el mineral chancado por su parte inferior, a travs de una abertura graduada de acuerdo al dimetro requerido. Todo el manejo del mineral en la planta se realiza mediante correas transportadoras, desde la alimentacin proveniente de la mina hasta la entrega del mineral chancado a la etapa siguiente.

Fase 2: La moliendaMediante la molienda, se contina reduciendo el tamao de las partculas que componen el mineral, para obtener una granulometra mxima de 180 micrones (0,18 mm), la que permite finalmente la liberacin de la mayor parte de los minerales de cobre en forma de partculas individuales. El proceso de la molienda se realiza utilizando grandes equipos giratorios o molinos de forma cilndrica, en dos formas diferentes: molienda convencional o molienda SAG. En esta etapa, al material mineralizado se le agregan agua en cantidades suficientes para formar un fluido lechoso y los reactivos necesarios para realizar el proceso siguiente que es la flotacin.

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Molienda convencionalLa molienda convencional se realiza en dos etapas, utilizando molino de barras y molino de bolas, respectivamente, aunque en las plantas modernas slo se utiliza el segundo. En ambos molinos el mineral se mezcla con agua para lograr una molienda homognea y eficiente. La pulpa obtenida en la molienda es llevada a la etapa siguiente que es la flotacin.

Molienda de barras:Este equipo tiene en su interior barras de acero de 3,5 pulgadas de dimetro que son los elementos de molienda (fig. 3). El molino gira con el material proveniente del chancador terciario, que llega continuamente por una correa transportadora. El material se va moliendo por la accin del movimiento de las barras que se encuentran libres y que caen sobre el mineral. El mineral molido contina el proceso, pasando en lnea al molino de bolas.

Fig. 3 Molino de barras.

Molienda de bolas:Este molino (fig.4), (fig.5), cuyas dimensiones promedio son 16 x 24 pies (es decir, 4,9 m de dimetro por 7,3m de ancho), est ocupado en aproximadamente un 35% de su capacidad por bolas de acero de 3,5pulgadas de dimetro, las cuales son los elementos de molienda. En un proceso de aproximadamente 20 minutos, el 80% del mineral es reducido a un tamao mximo de entre 100 y 200 micrones.

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Fig. 4 Caracterizacin de molino de bolas

Fig. 5 Molino de bolas.

Molienda SAG:La instalacin de un molino SAG (fig. 6) constituye una innovacin reciente en algunas plantas. Los molinos SAG (SemiAutGenos) son equipos de mayores dimensiones (36 x 15 pies, es decir, 11,0 m de dimetro por 4,6 m de ancho) y ms eficientes que los anteriores. Gracias a su gran capacidad y eficiencia, acortan el proceso de chancado y molienda.

Fig. 6 Molino SAG

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El mineral se recibe directamente desde el chancador primario (no del terciario como en la molienda convencional) con un tamao cercano a 8 pulgadas (20 cm, aproximadamente) y se mezcla con agua y cal. Este material es reducido gracias a la accin del mismo material mineralizado presente en partculas de variados tamaos (de ah su nombre de molienda semi autgena) y por la accin de numerosas bolas de acero, de 5 pulgadas de dimetro, que ocupan el 12% de su capacidad. Dados el tamao y la forma del molino, estas bolas son lanzadas en cada libre cuando el molino gira, logrando un efecto conjunto de chancado y molienda ms efectivo y con menor consumo de energa por lo que, al utilizar este equipo, no se requieren las etapas de chancado secundario ni terciario. La mayor parte del material molido en el SAG va directamente a la etapa siguiente, la flotacin, es decir tiene la granulometra requerida bajo los 180 micrones, y una pequea proporcin debe ser enviado a un molino de bolas.

Fase 3: FlotacinLa flotacin es un proceso fsico-qumico que permite la separacin de los minerales sulfurados de cobre y otros elementos como el molibdeno, del resto de los minerales que componen la mayor parte de la roca original. La pulpa proveniente de la molienda, que tiene ya incorporados los reactivos necesarios para la flotacin, se introduce en unos receptculos como piscinas, llamados celdas de flotacin. Desde el fondo de las celdas, se hace burbujear aire y se mantiene la mezcla en constante agitacin para que el proceso sea intensivo. Los reactivos que se incorporan en la molienda tienen diferentes naturalezas y cumplen diferentes funciones: Reactivos espumantes: tienen como objetivo el producir burbujas resistentes. Reactivos colectores: tienen la misin de impregnar las partculas de sulfuros de cobre y de molibdeno para que se separen del agua (efecto hidrfobo) y se peguen en las burbujas. Reactivos depresantes: destinados a provocar el efecto inverso al de los reactivos colectores para evitar la recoleccin de otros minerales como la pirita, que es un sulfuro que no tiene cobre. Otros aditivos: como la cal sirven para estabilizar la acidez de la mezcla en un valor de pH determinado, proporcionando el ambiente adecuado para que ocurra todo el proceso de flotacin.

Las burbujas arrastran consigo los minerales sulfurados hacia la superficie, donde rebasan por el borde de la celda hacia canaletas que las conducen hacia estanques especiales, desde donde esta pulpa es enviada a la siguiente etapa. El proceso es reiterado en varios ciclos, de manera que cada ciclo va produciendo un producto cada vez ms concentrado. En uno de estos ciclos, 8

se realiza un proceso especial de flotacin para recuperar el molibdeno, cuyo concentrado alcanza una ley de 49% de molibdenita (MoS2). Luego de varios ciclos en que las burbujas rebasan el borde de las celdas, se obtiene el concentrado, en el cual el contenido de cobre ha sido aumentado desde valores del orden del 1% (originales en la roca) a un valor de hasta 31% de cobre total. El concentrado final es secado mediante filtros y llevado al proceso de fundicin.

ANTECEDENTES DE LA DIVISION EL SOLDADOSe encuentra ubicada en la V Regin (fig.7), en la comuna de Nogales, a 132 kilmetros de Santiago y a 600 metros sobre el nivel del mar. Comprende una mina a rajo abierto y otra subterrnea, plantas de chancado e instalaciones para el tratamiento de minerales oxidados y sulfurados. En 2007 produjo 72.768 toneladas de cobre fino, entre ctodos de alta pureza y cobre contenido en concentrado. La Divisin El Soldado tiene una dotacin aproximada de 1.138 trabajadores, entre personal propio y contratistas de operacin y proyectos. En diciembre de 2006, culmin el proyecto Rajo Extendido, cuyo objetivo era extender la vida til de la mina manteniendo su capacidad de produccin de cobre hasta 2026.

Fig. 7 Posicin geogrfica Divisin El Soldado

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Procesos productivos divisin El Soldado

Fig. 8 Descripcin del proceso

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Chancado primarioEs la primera etapa de procesamiento de material como tal. Esta etapa es abastecida por el proceso de extraccin; desde la mina se enva el material extrado mediante camiones de capacidad de 40 ton (por lo normal hay entre 9 y 12 camiones circulando), los cuales descargan directamente sobre el equipo, esto se puede observar en la figura. (Fig. 9).

Fig. 9 Descarga de material sobre chancador primario El material descargado es procesado por el chancador, el cual procesa entre 850 y 900 toneladas por hora. El modelo del chancador es Allis Chalmer de 42 x 65 y tiene una potencia de 300 kW. El tamao de partcula de salida del chancador es de 5in cuando los revestimientos estn en buenas condiciones, cuando los revestimientos del chancador estn desgastados, el tamao de partcula vara entre 7 y 8in. Los revestimientos del chancador se van cambiando peridicamente segn sea necesario, es decir cuando se alcanza un tamao de partcula establecido es momento de cambiar los revestimientos; este desgaste est dado por las horas de uso operacional del chancador, luego el cambio de los revestimientos estar dado por las horas operacionales del chancador. Una vista superior del chancador puede observarse en la figura 10.

Fig. 10 Vista superior chancador primario. 11

El tamao de admisin mximo que admite el chancador son rocas de alrededor de 1m de dimetro, para procesar las rocas con tamao superior se cuenta con un brazo hidrulico que rompe por puncin dichas rocas, en la figura 10 se puede observar este brazo hidrulico. El material que es procesado por el chancador primario alimenta tanto al molino SAG como el chancado secundario y terciario. El chancador primario descarga sobre el chute de descarga hacia la correo transportadora que alimenta al acopio destinado al SAG y sobre el chute de descarga hacia la correa transportadora que alimenta al acopio destinado al chancado secundario y terciario. El acopio destinado al molino SAG tiene una capacidad de 4000 ton. En la figuras 11 y 12 se pueden observar los chutes de descarga antes mencionados.

Fig. 11 Chute de descarga que alimenta el acopio destinado al molino SAG.

Fig. 12 Chute de descarga que alimenta el acopio destinado al chancado secundario y terciario. 12

Chancado secundario y terciarioEsta parte del proceso es alimentado tanto por parte del chancado primario como por el material rechazado tras la molienda SAG, este material que se caracteriza por su dureza es llamado Pebble. En la figura 13 se observa las correas transportadoras que alimentan el acopio destinado al chancado secundario y terciario.

Fig. 13 Descarga sobre acopio chancado secundario y terciario. El acopio del chancado secundario y terciario alimenta dos tolvas de alimentacin que corresponden a la alimentacin de la lnea 1 y 2 de esta etapa el chancado. Estas lneas procesan alrededor de 200 y 360 toneladas por hora respectivamente. Cada lnea funciona de forma independiente de la otra. El material proveniente de las tolvas alimentadoras es procesado en primer lugar por el chancador secundario. El modelo del chancador secundario es Symons STD de 5 de una potencia de 220kW, el modelo del chancador terciario es un Symons SH de 7 de una potencia de 220kW. En la figura 13 es posible observar el chancador secundario y terciario. Luego el material es descargado sobre un harnero vibratorio. En el momento de la visita los harneros vibratorios de una lnea estaban instalados recientemente, estos harneros a diferencia de los posteriores contaban con mallas de un polmero (fig.14) y funcionaban con tres movimientos rotatorio diferentes e independientes lo que impeda la acumulacin de material. Los harneros recientemente instalados se pueden observar en la figura 15.

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Fig. 14 Mallas de harneros.

Fig. 15 Harneros vibratorios chancado secundario y terciario.

El material rechazado por el harnero es procesado por el chancador terciario, el cual nuevamente descarga sobre el harnero vibratorio. El material que pasa por el harnero es dirigido a la molienda tradicional.

Molienda SAGEl molino SAG es alimentado directamente por el chancado primario. En la figura 16 se puede observar la correa transportadora de alimentacin del molino.

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Fig. 16 Correa alimentadora molino SAG. La especificacin del molino SAG es MPSI Sag 17 x 34 de potencia 11380kW. El molino SAG (fig.17) procesa alrededor de 800 toneladas por hora, descargando sobre un harnero, del cual el material rechazado (pebble) es enviando al acopio del chancado secundario y terciario. El material que pasa por el harnero es dirigido a flotacin. Para pasar a flotacin las partculas de material deben tener un dimetro de 200m o menor.

Fig. 17 Molino SAG.

Molienda convencionalEl material que es procesado por el chancado secundario y terciario y que pasa por los harneros de dicha etapa, es el material que alimenta la molienda tradicional. Este proceso de molienda est conformado por molinos de barras y molinos de bolas, procesando 340 toneladas por hora. Los molinos de barras son del tipo Allis Chalmers Rod Mill 8 x 12 de potencia de 355kW, y los

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molinos de bolas son de dos tipos, Allis Chalmers Ball Mills 9 x 12 de potencia de 550kW y MPSI Ball Mill 12 x 27 de 1500kW de potencia. Posterior a esta etapa se procede a la etapa de flotacin.

FlotacinLa flotacin es el ltimo proceso en esta planta y tiene como objetivo separar los minerales de cobre. EL material que alimenta este proceso cuenta con un 1% de concentracin de cobre, mientras el concentrado final cuenta con cerca de un 29% de cobre.

DESARROLLOEl harnero que se determinar es aquel que esta posicionado despus del molino SAG, el cual le entrega material para ser seleccionado. Lo que va a flotacin, (pasante) por medio de una bomba o lo que va a los hidrociclones, (rechazo) para una nueva seleccin por tamao. La separacin por tamao de materiales es una de las opciones mas usadas a nivel industrial. Entre las alternativas disponibles destaca el harnero, el que se realiza mediante el uso de equipos, como los que se muestran en la figura 18, que separan mediante mallas sostenidos en bandejas al material de tamao superior a la abertura de la malla (sobretamao) de aquel de tamao inferior a la misma (bajotamao).

Fig. 18 Harnero vibratorio. Los principios de cribado o separacin por tamao de material, para harneros vibratorios, (fig.18). son bsicamente los mismos en cualquier aplicacin. El material a ser cribado, cuando es lanzado sobre la caja de alimentacin o directamente sobre la malla de cribado, pierde su componente de velocidad

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vertical y cambia la direccin de su movimiento. Bajo el efecto de la vibracin, la capa de material tiende a desarrollar un estado fluido. Las principales funciones del harneo en el procesamiento de minerales son:

Evitar la entrada del bajo tamao a los chancadores, con el fin de incrementar su capacidad y eficiencia. Evitar que el sobretamao pase a una prxima etapa de conminucin. Preparar una alimentacin, en un rango granulomtrico estrecho, para algn proceso de concentracin posterior. Generar un producto final de granulometra estricta, en aquellos casos donde el tamao es parte importante de la especificacin del producto.

EstratificacinEste es el proceso en el que por el efecto del movimiento vibratorio, las partculas gruesas suben a la parte superior de la capa de material y las partculas ms pequeas buscan su camino hacia la capa inferior de la capa a travs de los espacios creados entre las partculas gruesas. Los factores que afectan la estratificacin son: 1) Velocidad del flujo de material: es funcin del espesor de la capa, caractersticas de la carrera, e inclinacin de la criba. 2) Caractersticos de la carrera: amplitud, direccin, rotacin, tipo de movimiento y frecuencia. 3) Humedad superficial de las partculas: un alto contenido de humedad dificulta la estratificacin. En general los procesos de clasificacin son procesos probabilsticos, es decir, dependen de una conjugacin de efectos de n variables para poder realizarse. En el caso del harneado, se pueden mencionar: Tamao de la partcula. Forma de la partcula. Abertura disponible. Enfrentar la superficie. Humedad del material. Densidad aparente.

La probabilidad de separacin de una partcula, es una funcin de la relacin entre su tamao y la separacin de la malla. Cuanto mayor sea la diferencia de

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tamao, mayor ser la probabilidad que las partculas pasen o sean rechazadas. El efecto de la forma de la partcula es muy importante en el "tamao crtico" ya que este corresponde a un tamao muy cercano al tamao de las aberturas. La probabilidad de que ests partculas sean clasificadas como sobretamao o bajotamao depender principalmente de que la partcula se presenta a la abertura en la orientacin adecuada.

Clasificacin

Figura 19: Estratificacin y separacin en la criba: Relacin flujo de partculas a travs de la criba vs longitud de la criba. a-b estratificacin junto a la extremidad de alimentacin b-c cribado saturado c-d separacin por tentativas repetidas.

Movimiento de vibracinGeneralmente, el movimiento de vibracin se produce por medio de mecanismos vibrantes basados en masas excntricas con amplitud de 1,5 a 5mm operando dentro de un rango de 700 a 1000 RPM. Para una buena calidad de separacin, se necesita una buena relacin entre amplitud y frecuencia. Es deseable que cuanto el material se traslada sobre la criba las partculas no caigan en la misma abertura al mismo tiempo y que no salten varias aberturas. Por eso, se debe tener en cuenta: Aberturas mayores: mayor amplitud-menor velocidad Aberturas menores: menor amplitud-mayor velocidad

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En una criba inclinada la vibracin se produce por un movimiento circular en un plano vertical. La vibracin levanta el material produciendo la estratificacin y las partculas se trasladan sobre la superficie de la criba debido al movimiento vibratorio y su inclinacin. En la figura 20, podemos apreciar los distintos tipos de cribado.

Fig.20

Eficiencia de cribadoUna de las grandes preocupaciones de la clasificacin es la eficiencia de cribado. Bsicamente, la eficiencia es la calidad de separacin obtenida por la criba. La capacidad de un harnero y una alta eficiencia de separacin son requisitos generalmente opuestos y se debe llegar a algn punto de operacin que maximice ambos aspectos. Para una capacidad determinada hay "n" factores que afectan la eficiencia de un harnero. Algunos de ellos son los siguientes: Velocidad de alimentacin y profundidad del lecho. Tipo de movimiento del harnero y pendiente del harnero. Humedad del material que impide la estratificacin del material y tiende a cegar las aberturas del harnero. Tipo de superficie de harneado, rea y forma de las aberturas. Porcentaje de rea abierta que corresponde al rea neta de las aberturas dividida por el rea total del harneado. Tipo de material a tratar que corresponde a la dureza, forma de las partculas, peso especfico, etc. Porcentaje de material fino y de tamao crtico (3/4 a 1.5 veces la abertura) en la alimentacin al harnero. La eficiencia del harnero es fuertemente afectada por la presencia de partculas de tamao aproximado al de la abertura (stas tienden a obstruir o cegar la abertura).

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Se tiene que a nivel industrial se debe operar a un determinado espesor de lecho que maximice los conceptos de capacidad de produccin y eficiencia de separacin. Este espesor se llama Espesor de lecho ptimo y est dado por una profundidad del lecho que puede ser hasta cuatro veces el tamao de la abertura en el extremo de la descarga para materiales de 100[lb/pie3] de densidad o hasta tres veces para materiales de 50[lb/pie3] de densidad. La figura 21 muestra los diferentes tipos de lechos analizados.

Fig. 21 Tipos de lechos en harneros.

La eficiencia del harneo se define como el porcentaje de mineral bajotamao, presente en la alimentacin, que se recupera efectivamente en el bajotamao del harnero, es decir:

Ec.1

AlimentacinPara una criba dada y caractersticas de material, la eficiencia depende fundamentalmente de la tasa de alimentacin, como se indica en la figura 21

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(aqu, eficiencia se refiere a la eficiencia de recuperacin de sub dimensionado).

Figura 21: Relacin entre la eficiencia y la alimentacin. Para bajas tasas de alimentacin, a la izquierda del punto a, la eficiencia real se incrementa con el incremento de la alimentacin. La capa de material sobredimensionado (material de tamao superior al tamao de las aberturas de la malla) encima de las partculas de tamao marginal impide que estas salten excesivamente, incrementando el nmero de tentativas de paso y forzndolas a travs de la criba. Ms all del punto a la eficiencia se reduce rpidamente con el incremento de la tasa de alimentacin, dado que la criba no tiene capacidad suficiente para separar todo el material sub dimensionado contenido en la alimentacin. En condiciones de cribado ineficientes se debe inspeccionar la estratificacin, ya que los artificios de rotacin en contracorriente y de reduccin de amplitud y frecuencia para aumentar el tiempo de retencin del material en la criba, pueden generar una capa de material demasiado espesa en la criba, empeorando an ms la eficiencia. No es posible determinar un valor fijo para la eficiencia. Una criba de clasificacin final, operando para producir productos que cumplan especificaciones estrictas, debera operar con una eficiencia del 90% o superior. Sin embargo, en la misma planta, una eficiencia del 60-70% podra ser suficiente para clasificacin intermedia. En la mayor parte de los casos, eficiencias entre el 90 y el 95% se pueden considerar como comercialmente perfectas.

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Apertura de MallaLa funcin de las cribas vibratorias consiste en la separacin de materiales en fracciones de tamaos, evitando la contaminacin excesiva de una fraccin con partculas de otra fraccin. Los tamaos de productos obtenidos de esta manera se miden en cribas de laboratorio en las que la malla est orientada horizontalmente y el tiempo de cribado muy largo asegura el paso de todas las partculas con tamao inferior al de las aberturas de la malla usada. El proceso de separacin en las cribas vibrantes es diferente del proceso en los equipos de laboratorio. La inclinacin de la criba y la trayectoria de las partculas reducen la proyeccin (X) del rea de paso libre (A) como se ilustra en la figura 22:

Figura 22: Esquema de la proyeccin de la apertura. Como consecuencia, las partculas que pasan son ligeramente menores que la abertura de la malla. El espesor y el tipo de material de la malla tambin tienen influencia sobre el tamao del material pasante. Para obtener una separacin bien definida, la abertura de la malla debe ser siempre ligeramente mayor que el tamao de separacin especificado. Por razones prcticas, se considera aceptable que un producto contenga un 35% de material con dimensiones ligeramente mayores que las del tamao especificado, tomndose eso en cuenta en los factores para la determinacin de la capacidad de la criba vibrante. Por ejemplo, si deseamos obtener un producto de 20mm, la abertura de la malla de la criba tendr que ser mayor y el producto contendr el 3% de partculas con un tamao ligeramente mayor que 20mm. Por otro lado, si decidimos usar una abertura de malla igual que el tamao deseado de 20mm, el material pasante ser libre de contaminacin, pero el retenido ser altamente contaminado con finos y jams podr lograr una eficiencia aceptable. La tabla 1 puede facilitar la seleccin de la abertura de malla correcta para obtener los productos deseados con una criba vibrante.

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Tabla 1: Relacin entre el tamao del producto y la apertura de la malla

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Caractersticas de los parmetros de la criba1. Longitud de carrera y altura de amplitud del material:En conjunto, la longitud de carrera, velocidad de rotacin, angulo de carrera, inclinacin de la criba son parmetros que afectan la operacin de la criba. Los factores fundamentales deben ser proporcionales. La longitud de carrera y la amplitud del material tienen efecto sobre: 1.2.1 Como el material del alimentador empieza a separarse en la caja de alimentacin y en la superficie de cribado, la separacin y la mezcla de la capa de material son eficientes con una carrera larga. 1.2.2 Con carrera demasiado corta la amplitud del material tambin queda corta y la malla de la criba se atasca. Este problema ocurre cuando el tamao de la abertura es grande (50 mm o superior). En la prctica la carrera usada en una criba horizontal es de 7-20 mm. Se puede usar una carrera corta cuando se criba con tamao pequeo de abertura de malla. Por causa de la mezcla y separacin, se recomienda una carrera larga. La carrera se determina por la masa oscilante y el movimiento del volante de la unida de vibracin. La velocidad de rotacin no tiene efecto visible en la carrera.

2. Velocidad de rotacin y aceleracin.2.1 La aceleracin de la caja de la criba puede ser calculada en base a la carrera y la velocidad de rotacin. Cuando se incluye el ngulo de carrera y la inclinacin en el clculo se puede encontrar la aceleracin vertical. 2.2 Para lograr un buen resultado de cribado la aceleracin debe ser de entre 4.5-5.6xG (G=9.81m/s2).

3. Angulo de carreraEl ngulo de carrera tiene influencia sobre la amplitud del material y la tasa avance. El ngulo de carrera ms adecuado para cribas horizontales es entre 55 y 60 grados. Una posicin muy vertical puede reducir la tasa avance pero reduce la eficiencia de cribado y tambin incrementa la tasa desgaste de la malla. de de de de

4. Inclinacin de la superficieSe puede incrementar la velocidad de avance inclinando la superficie de cribado pero la carrera debe ser corta para evitar que el material deslice

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rpidamente sobre la malla. La inclinacin de la superficie puede ayudar a mantener las aberturas de la malla libres con mayor facilidad.

5. Velocidad de avanceLa velocidad de avance tiene influencia sobre la eficiencia y capacidad de cribado, el incremento de la velocidad puede reducir el espesor de la capa de material mejorando la eficiencia de cribado.

6. Longitud y anchura de la criba6.1Las etapas de cribado son: 6.1.1Estratificacin de la capa 6.1.2Estratificacin de finos en el principio de la superficie de cribado 6.1.3Separacin de la fraccin deseada en el fin de la superficie El espesor de la capa de material no puede ser ms de 3 a 5 veces superior al tamao de la abertura de la malla en el lado de descarga de la superficie de cribado. Para una seleccin eficiente, el espesor de la capa de material debe ser por lo menos dos veces el dimetro de abertura de la malla en el fin de la superficie.

7. Factor de pisoEl factor de piso debe ser considerado en los clculos de los pisos inferiores de cribas con pisos mltiples. En los pisos inferiores de alimentacin disminuye en el principio del piso y en la direccin del flujo, razn por la cual el material prximo del tamao de separacin no es cribado.

8. rea efectiva de cribadoEl rea efectiva de cribado, es el rea en la que el material pasa a travs de la superficie esta rea es entre 0.7 y 0.9 veces el rea total.

Seleccin y dimensionamientoDatos necesarios a) Caractersticas de los materiales a ser cribados: Densidad Tamao mximo de alimentacin

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b) c) d) e)

Granulometra del producto Forma de partcula Contenido de humedad Presencia o falta de material arcilloso Temperatura

Capacidad Rangos de separacin de producto Eficiencia deseada Tipo de tarea Lavado Clasificacin final Clasificacin intermedia, etc.

f) Existencia o no de limitaciones de espacio y peso. g) Grado de conocimiento del material y del producto deseado.

rea de cribadoEl rea de cribado se calcula mediante la siguiente frmula:

Ec.2 Qu : cantidad en t/h de partculas sub dimensionadas en la alimentacin. S: factor que puede asumir valores entre 1 y 1,4 siendo una funcin del conocimiento y confianza que se tenga en los datos disponibles sobre el material a ser cribado; para datos conocidos y fiables adopta el valor 1. Qspec: capacidad especfica, est definida por:

Ec.3 Parmetros que definen Qspec: A: Capacidad bsica para la separacin requerida en toneladas mtricas por hora y metro cuadrado del rea de la criba.

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Fig.23

Fig.24 B: factor dependiente del porcentaje de material retenido

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Fig.25 C: factor relacionado con el porcentaje, en la alimentacin, de material con tamao inferior a la mitad del tamao de separacin requerido.

Fig.26 D: posicin del piso.

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E: Cribado en humedo.

F: peso del material.

G: rea abierta de la superficie de cribado.

Ec.4 H: forma de la abertura de malla.

I: forma de las partculas.

J: eficiencia.

K: tipo de criba.

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L: humedad

Definicin de la anchura mnima de la cribaUn proceso de separacin eficiente requiere el ajuste del rea de cribado y del espesor de la capa de material transportado a la capacidad. El clculo anteriormente presentado define el rea de cribado en m2, la cual se puede distribuir en varias formas rectangulares. Por ejemplo, una criba de 10m2 puede estar formada por rectngulos de 2 x 5 o 2,5 x 4. Aparentemente, una mquina ms larga debera proporcionar una mayor eficiencia, pero su rendimiento puede ser afectado por un espesor exagerado de la capa de material. La formula genrica para la anchura de la criba es:

Ec.5 O, para una anchura especfica, el espesor de la capa en mm:

Ec.6 Donde: d = espesor de la capa de material (mm) Q = capacidad en m3/h (dividir la en t/h por la densidad aparente del material en t/m3) v = velocidad del transporte de material (m/s) B = anchura nominal de la criba (m) Se debe realizar el clculo para todos los pisos, tanto en la extremidad inicial como en la final.

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Tabla 2 velocidad de transporte de material

Espesor de la capa de material recomendado para el primer piso:

Fig.27

Vibrador de masas excntricasEs el corazn del equipo y genera la fuerza de excitacin que da el movimiento oscilatorio. En el caso de harneros con pendiente variable se deben elegir masas de giro contrapuesto para generar un movimiento lineal paralelo a la criba. En el caso de modelos horizontales se prefiere el movimiento lineal y en los inclinados el elptico o circular.(fig.28)

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Fig.28 La fuerza del vibrador se obtiene de relaciones de los fabricantes, esta fuerza proporcionada por los contrapesos es igual a la masa excntrica por el radio de excentricidad por la velocidad angular al cuadrado. Las caractersticas del motor se obtienen a partir del torque requerido, que puede calcularse como la aceleracin angular por el momento de inercia de las masas del sistema de excitacin. La aceleracin angular se obtiene de la velocidad de giro del vibrador dividido por el tiempo que demora el sistema en alcanzar dicha velocidad. Conocidas las rpm del sistema se determina el torque. La potencia de accionamiento es el torque multiplicado por la velocidad de giro del sistema. Comnmente la transmisin se realiza por engranajes rectos que no producen cargas axiales debido a que los rodamientos estarn sometidos a cargas de impacto, fatiga, temperatura, contaminacin, entre otros.

RESULTADOSLos datos de entrada de los clculos son los del flujo de mineral de la planta de chancado y molienda de La Divisin El Soldado de Anglo American Chile y los valores y ajustes son en base a las tablas y procedimiento anteriormente expuesto. Tenemos que la alimentacin de mineral proveniente del molino SAG es de 960 ton/h, mineral el cual tiene una densidad de 2,7 ton/m3, el porcentaje mnimo de finos bajotamao desde el SAG es 75%, el contenido de humedad es del 30% debido a que se le agrega agua a la entrada del molino para mejorar su eficiencia. La forma de las partculas es redondeada, el rea abierta de la criba se calcula como el rea realmente abierta dividida por el 50%. La bomba encargada de llevar el mineral pasante o bajotamao, en forma de pulpa debido a la humedad, proveniente del harnero hacia los hidrociclones es una GHEO TZP de triple pistn. (fig.29)(fig. 30). El tamao mximo permitido para el correcto funcionamiento de la bomba que mueve dicha pulpa de pasante hacia los hidrociclones es de 8mm por lo cual la abertura de la malla debe ser de a lo ms de 8mm.

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Fig.29

Fig.30 Tabla 3. Caractersticas de la bomba de pulpa.

A continuacin se presenta una tabla resumen con los datos de entrada del diseo:

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Tabla 4. Resumen de datosDatos Alimentacin Densidad Tamao mximo de alimentacin Contenido de hmedad Forma de las particulas Pasante Malla de goma de PU 70% Solidos Abertura de la malla Area abierta de la criba 960 2,7 40 30 Redondeada (ton/hr) (ton/m3) (mm) % %

758 54

(mm) %

Ec.6

Ec.7 Para calcular el rea tenemos que multiplicar la alimentacin por el porcentaje de pasante para tener el flujo de bajotamao lo cual arroja un resultado de 720 ton/h, el factor S es 1 debido a la confiabilidad de las plantas mineras. Para una separacin de 8mm tenemos que la capacidad especifica de produccin de cribado es 28t/h/m2, como tenemos un 25% de sobredimensionado el factor de material retenido B es 1,35. El factor C para un estimado de 55% de material menor a la mitad de la apertura de la malla es 1,3. Posicin del piso D es 1, el cribado es en condiciones hmedas por lo cual segn la tabla del factor E este es igual a 1,3. El factor F que depende de la densidad del material es 1. Tambin G, factor rea abierta de la superficie de cribado, nos da 1,08. El tipo de abertura es circular por lo cual H es 0,9. La forma de las partculas es redondeada a la salida del SAG y esto implica que I es 1,2. Se presume una eficiencia del 90% lo cual es lo recomendado por los fabricantes de harneros. Los requerimientos de la seleccin final inducen una criba horizontal, recta y de movimiento vibratorio elptico y por ltimo la humedad del material determina el factor L igual a 0,7.

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Superficie de cribadoTabla 5. Determinacin de factoresClculo de rea Qu S A B C D E F G H I J K LQspec Area

720 1 28 1,35 1,3 1 1,3 1 1,08 0,9 1,2 1 1,1 0,757,3742129 12,5491918

(ton/h) Planta minera Grfico B separacin de 8 (mm) Grfico C 25% sobresdimensionado Grfico D 55% material inferior a la mitad del tamao Un piso 70% slido 2,7 (ton/m3) 54% de rea abierta Abertura circular Particula redondeada Presume eficiencia 90% Horizontal, recto y elptico constante Humedad 30%(ton/h) (m2)

Ec.8

Segn los clculos realizados tenemos un harnero con un rea de cribado de 12,5m2.

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Ancho de la cribaTabla 6. Determinacin del ancho de la cribaAncho (considerando descarga) Q d (a la descarga 5x 8mm) v (criba movimiento horizontal) 240 40 0,5 (m3/h) (mm) (m/s)

Ancho

3,48333333

(m)

Seleccin del harneroCon estos resultados obtenidos se busca la disponibilidad comercial y escogemos la unidad que satisfaga los requerimientos. Segn el catlogo Nordberg Vibrating Equipment que incluye los harneros de la serie FS los cuales son horizontales y de movimiento oscilatorio elptico, de Metso minerals, la unidad que escogemos es el Nordberg FS 353 de dimensiones 2242x6100 (mm), lo cual nos da un rea de 13,7 m2.

Tabla 7. Seleccin del harnero

Sistema vibradorTenemos que esta unidad viene con un sistema vibrador MV4 (fig. 30) que pertenece a la serie Nordberg modular vibrators: MV Series, este es un sistema

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vibrador de masas excntricas posee 55 Kw, lo cual le da la fuerza de excitacin y el movimiento oscilatorio.

Fig.30 La carrera es de 20mm y el ngulo de carrera es de 45. Este harnero puede girar en un rango de 770 a 980 RPM y tiene un peso total de 14.500kg.

Malla de cribadoDebido a que el cribado es hmedo y fino se selecciona una malla sinttica de Poliuretano de abertura circular.

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Tabla 8. Utilizacin de tipos de malla

Tabla 9. Caractersticas de mallas de cribado

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CONCLUSIONESExiste un gran nmero de parmetros que influyen en el funcionamiento y eficiencia de un harnero vibratorio, lo cual dificulta el diseo y seleccin de la unidad, debido a que estos parmetros estn estrechamente relacionados y son dependientes de las condiciones de la faena. Los parmetros de diseo dependen tanto del material que se est procesando como de las condiciones de clasificacin requeridas. Se logr determinar el equipo que cumpla con los requerimientos del proceso considerando los datos obtenidos de la Divisin El Soldado de Anglo American Chile. Se pudo constatar que cada unidad de la lnea de chancado y molienda depende tanto del equipo que lo precede como del que se encuentra inmediatamente despus ya que las condiciones de operacin y por ende el diseo, dependen del material que voy a recibir y el material que voy a entregar en el proceso.

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