¿Qué es una criba vibrante? Características y áreas de aplicación
¿Qué es una criba vibrante?
El cribado ocupa un lugar importante en casi todos los procesos minerales. Se denomina cribado (clasificación) a la operación de separar en al menos dos o más fracciones un montón de material que contiene elementos de diferentes tamaños. El cribado consiste en hacer pasar el tamaño que se desea separar a través de una abertura determinada. De este modo, el material que puede pasar por la abertura se separa del que no puede. Las cribas son las máquinas más utilizadas para la clasificación dimensional. En la industria de procesos se observan muchas cribas y procesos de cribado diferentes. Este artículo se centra en las cribas vibrantes, uno de los tipos de criba más utilizados en el sector minero y especialmente en la producción de agregados.
Las cribas se dividen generalmente en las tres categorías que se muestran en la Tabla 1. En las cribas de tipo fijo (grizzlies, riffles, sieve bends) no se aplica ninguna fuerza mecánica al material a cribar; el cribado se produce únicamente por efecto de la gravedad. Como ejemplos de cribas de tipo rotativo se pueden mencionar el trómel y la criba de rodillos (roller screen). El trómel (Tabla 1, imagen de la derecha) funciona según el principio de rotación de un tambor con orificios. El cribado se produce cuando el material cargado dentro de la criba pasa por los orificios. La criba de rodillos tiene una estructura con varios rodillos dispuestos uno tras otro que giran de forma síncrona o asíncrona. Funciona según el principio de que el material a cribar cae por los espacios entre los rodillos. La criba de rodillos se muestra en la Imagen 1.
Los tipos de cribado se clasifican en categorías según el tamaño del material (Figura 1). Estas categorías se pueden resumir así:
400 micras – 2 mm extrafino, 2-5 mm aplicaciones húmedas, 5-65 mm clasificación típica, 65-250 mm clasificación de material grande, 250-450 mm cribado grueso, 450-915 mm extra grueso
1.1 ¿Qué es la fuerza G?
Las cribas inclinadas funcionan en un rango de 3-4 G y las cribas horizontales de 4-5 G. Pero, ¿alguna vez lo ha pensado? Cuando alcanza los 100 km/h con su coche en aproximadamente 8 segundos, ¿cuánta fuerza G actúa sobre usted? La respuesta a esta pregunta es 0,58 G. ¿Qué es la fuerza G y qué relación tiene con las cribas?
Cuando decimos que sobre una criba actúan 5 G, en realidad se entiende que sobre el sistema actúa una aceleración igual a 5 veces la aceleración de la gravedad. Aunque la aceleración de la gravedad varía según la posición en la que se encuentre en la Tierra, se acepta como 9,81 m/s². Es decir, 5G = 5x9,81 = 49,05 m/s².
1.2 Principio de funcionamiento de las cribas vibrantes
Las cribas vibrantes son el tipo de criba más utilizado en la industria. Generalmente se componen del cuerpo de la criba, el mecanismo de accionamiento y el sistema elástico.
1.2.1 Cuerpo de la criba
Las cribas vibrantes son el tipo de criba más utilizado en la industria. Generalmente se componen del cuerpo de la criba, el mecanismo de accionamiento y el sistema elástico.
1.2.2 Sistema de accionamiento
Uno de los elementos más críticos de una criba es el sistema de accionamiento. Para poder comprender los sistemas de accionamiento es importante conocer el principio de funcionamiento de la criba. Las cribas se hacen vibrar gracias a la fuerza centrífuga generada al girar unas masas excéntricas a una velocidad determinada. El principio de funcionamiento del sistema de accionamiento se muestra en la Figura 3.
La posición de fijación de la masa excéntrica en el cuerpo de la criba influye en la forma de la vibración. En las cribas inclinadas de accionamiento único, el mecanismo de accionamiento se coloca en una posición cercana al centro de gravedad de la criba. Así se consigue que la vibración sea igual en todos los puntos de la criba.
1.2.3 ¿Cómo se calcula la G?
Para calcular la G de su sistema puede utilizar la siguiente fórmula.
Por ejemplo: la G de una criba que funciona a 900 RPM y tiene una carrera de 9 mm se calcula de la siguiente manera:
También puede determinar el valor G utilizando el Gráfico 1.
Si su criba o sus alimentadores funcionan fuera del rango G recomendado, le esperan dos riesgos. Los rangos de 3-4 G para las cribas inclinadas, 4-5 G para las cribas horizontales y 4-5 G para los alimentadores han demostrado su idoneidad con la experiencia acumulada hasta ahora. Si el valor G es inferior al valor recomendado, pueden producirse una disminución del rendimiento de cribado y de la capacidad, así como atascos en sus cribas. Si es superior al valor indicado, las estructuras mecánicas pueden sufrir un esfuerzo excesivo, y pueden aparecer grietas en la estructura y una reducción de la vida útil de los rodamientos.
1.2.4 Sistema elástico
En las cribas y alimentadores se pueden utilizar como elemento del sistema elástico resortes helicoidales de acero, tacos de caucho y elementos en los que se colocan componentes de caucho en una estructura especial. Los resortes helicoidales de acero son el elemento del sistema elástico más utilizado y más económico en cribas y alimentadores. Los elementos del sistema elástico se muestran en la Imagen 2.
Ventajas de los tacos de caucho frente al resorte helicoidal de acero:
- Como la constante elástica de los resortes de caucho varía en función de la carga que actúa sobre ellos, proporcionan una frecuencia natural constante bajo cargas variables y, por ello, un buen aislamiento.
- Tienen una elevada capacidad de carga.
- Como la constante elástica en sentido horizontal es menor que en sentido vertical, proporcionan un buen aislamiento en sentido horizontal.
- Son más eficaces que los resortes de acero en ambientes húmedos y corrosivos.
- Producen menos ruido
1.3 Frecuencia, carrera y forma de vibración
Las cribas vibrantes tienen tres parámetros de funcionamiento importantes. Estos son: la forma del movimiento de vibración, la carrera y la frecuencia. Mientras que en algunas cribas estas características se pueden modificar fácilmente, en otras es bastante difícil modificarlas después de la fabricación en el entorno de la instalación. Cuando la criba vibra, se mueve por una trayectoria determinada. Esta trayectoria es la forma del movimiento de vibración. El doble de la amplitud se denomina carrera. La distancia entre los dos puntos más alejados de la trayectoria es la carrera. Para obtener información sobre cómo se mide la carrera, puede consultar los vídeos de la página de YouTube de MEKA GLOBAL. En la Tabla 2 se muestran ejemplos de carrera. La frecuencia indica el número de veces que ocurre un suceso por unidad de tiempo. La frecuencia en las cribas indica cuántas veces por segundo pasa un punto por la trayectoria que sigue la criba. Está directamente relacionada con la velocidad de giro de las masas excéntricas.
1.4 ¿Qué es el cribado?
El principio básico es el mismo en todas las cribas. Las partículas más pequeñas que la abertura de malla de la criba pueden pasar por debajo de la malla de cribado y se denominan finos (undersize); los materiales más grandes que la abertura de malla abandonan el sistema sin poder atravesar la malla de cribado y se denominan gruesos (oversize) (Figura 4). Cuanto mayor es la probabilidad de que las partículas pasen por la abertura de malla, mayor es el rendimiento de cribado. El recorrido que siguen las partículas sobre la criba se muestra en la Figura 5.
Las cribas vibrantes más utilizadas tienen 2, 3 o 4 pisos. En cada piso, unas estructuras denominadas bastidores sostienen la malla de cribado (screen media). Si el material es lo suficientemente pequeño como para pasar por la abertura de malla del piso en el que se encuentra, pasa a un piso inferior; si no, abandona el sistema al final del piso. Un canal en el punto de descarga de la criba conduce a la siguiente etapa el material de rechazo procedente de cada piso sin mezclarlos entre sí.
1.5 Estratificación (stratification)
Otro factor importante en el cribado es la estratificación. El material enviado a la criba, en el punto donde se vierte inicialmente, se encuentra como una mezcla de partículas gruesas y finas. Para que se produzca el cribado, las partículas pequeñas deben deslizarse entre los materiales gruesos y llegar hasta la malla de cribado. Después de avanzar durante un tiempo sobre la superficie de la criba, el material mezclado se posiciona, gracias al movimiento de vibración, de forma que las partículas pequeñas quedan abajo y las gruesas en la parte superior del montón; a este estado se le denomina estratificación. La estratificación se muestra en la Figura 6.
La profundidad de lecho (bed depth) es un parámetro que debe controlarse en el proceso de cribado relacionado con la estratificación. La regla general para la profundidad de lecho es que no supere 4 veces la abertura de la malla de cribado para materiales con una densidad aparente de 1,6 t/m³, y 3 veces para los de densidad más baja. La profundidad de lecho se muestra en la Figura 6. Los factores que influyen en la estratificación se indican a continuación:
- La capacidad del material para desplazarse sobre la criba es importante para la estratificación. Esto varía en función de la forma del material. Los materiales redondos se desplazan más rápidamente sobre la malla de cribado, mientras que los materiales planos se desplazan relativamente más despacio. Otros factores que influyen en la velocidad del material son las características de la malla de cribado y su inclinación.
- La frecuencia de vibración de la criba, su amplitud y el tipo de movimiento.
- Un alto contenido de humedad en la superficie del material influye negativamente en la estratificación.
1.6 Tipos de cribas y áreas de aplicación
Las cribas pueden ser de muy diversos tipos según el lugar de uso. El lugar de uso y los tipos de criba se indican en la Tabla 3.
1.6.1 Criba inclinada (Inclined Screen)
Las cribas inclinadas son el tipo de criba más utilizado. Las cribas inclinadas pueden estar entre 15° y 30°. Como en todas las cribas, el cuerpo de la criba funciona sobre resortes de acero o de caucho. La carrera de trabajo de este tipo de cribas suele estar entre 8 mm y 12 mm. Cuando se aumenta la cantidad de masas excéntricas se obtiene una carrera alta, y cuando se reduce, una carrera baja. Este tipo de cribas puede tener 2, 3 y 4 pisos; de este modo se pueden obtener 3 productos diferentes de una criba de 2 pisos, 4 de una criba de 3 pisos y 5 de una criba de 4 pisos. En la Imagen 3 se muestra la criba inclinada.
1.6.2 Criba horizontal (Horizontal Screen)
Las cribas horizontales (Imagen 4) tienen una estructura más compleja que las cribas inclinadas. Estas cribas pueden colocarse paralelas al suelo o en ángulos que varían entre 0° y 5°. La característica más importante de las cribas horizontales es que pueden realizar un movimiento de vibración de forma elíptica (Figura 7) con el ángulo de ataque y la carrera deseados. El ángulo de ataque, la carrera y la velocidad de trabajo de este movimiento de vibración se pueden modificar fácilmente.
El mecanismo de accionamiento triple se crea mediante la sincronización con engranajes de tres sistemas similares al sistema de accionamiento de las cribas inclinadas (Imagen 5).
Gracias a este sistema, la criba realiza un movimiento elíptico que es la combinación de un movimiento tanto circular como lineal. La mayor ventaja del movimiento elíptico es que es más eficaz para evitar el atasco de la malla de cribado y que, al estar la malla de cribado en posición horizontal, la abertura de la criba se puede aprovechar de forma más eficiente. Como se ve en la Figura 8, al ser mayor la abertura de malla en las cribas horizontales, la cantidad de material del tamaño correcto dentro del producto será mayor, lo que significa un aumento del rendimiento. En este caso, en un primer momento podría pensarse que esto se podría conseguir instalando en las cribas inclinadas una malla con una abertura mayor que la deseada, pero entonces existe la posibilidad de que se mezcle en el producto material de mayor tamaño que el deseado.
La carrera de las cribas horizontales varía entre 14 y 20 mm. Tienen una carrera y un valor G más elevados que las demás cribas.
1.6.3 Criba banana (Banana Screen)
La criba banana (Imagen 6) recibe este nombre por su estructura de bastidor curvada. A diferencia de las estructuras de bastidor planas habituales, en las cribas banana los bastidores tienen una estructura que varía entre 0° y 45°. Gracias a esta estructura, las cribas banana tienen una alta capacidad, una baja profundidad de lecho y una alta velocidad del material.
Las cribas banana se accionan gracias al mecanismo de accionamiento colocado sobre la criba. Gracias a este mecanismo de accionamiento se produce un movimiento lineal. Sin embargo, como a lo largo de un bastidor hay diferentes inclinaciones, el material tiene velocidades diferentes en las partes de carga, central y de descarga de la criba. La elevada inclinación en la parte de alimentación permite una estratificación más rápida del material, mientras que la baja inclinación en la parte de descarga permite que el material pase más tiempo sobre la criba (Figura 9) y así aumenta el rendimiento de cribado.
1.6.4 Criba de escurrido (De-Watering Screen)
La criba de escurrido (Imagen 7) se utiliza para separar el agua de un material fino que contiene una gran cantidad de agua. El movimiento de vibración se genera gracias a los vibromotores colocados sobre la criba. La inclinación de la criba es opuesta al sentido de flujo del material y está entre 0° y 5°. El régimen de trabajo de este tipo de cribas suele estar en torno a 1000-1500 r.p.m.
1.6.4 Criba de escurrido (De-Watering Screen)
La criba de escurrido (Imagen 7) se utiliza para separar el agua de un material fino que contiene una gran cantidad de agua. El movimiento de vibración se genera gracias a los vibromotores colocados sobre la criba. La inclinación de la criba es opuesta al sentido de flujo del material y está entre 0° y 5°. El régimen de trabajo de este tipo de cribas suele estar en torno a 1000-1500 r.p.m.
Realiza una vibración lineal gracias a dos vibromotores que giran en sentidos opuestos. Gracias a esta vibración, mientras el agua pasa por la abertura de malla de la criba, el material de rechazo avanza hacia la parte de descarga. La capa de torta (Imagen 8) que se forma cuando el material sale por la inclinación opuesta al sentido de alimentación actúa como un filtro; de este modo se retienen las partículas que podrían pasar por la abertura de malla. Las cribas de escurrido tienen una g más elevada que las demás cribas. Para una operación de escurrido eficiente, conviene que la criba funcione en un rango de 5-6 g.
1.6.5 Criba de material fino (Fine Material Screen)
La criba de material fino (Imagen 9) puede cribar hasta 200 micras el material alimentado con un tamaño de 0-5 mm. En este tipo de cribas, los bastidores están unidos al cuerpo mediante estructuras amplificadoras de vibración, de modo que los bastidores vibran a una frecuencia y amplitud mucho mayores que el cuerpo de la criba. Así, el material de tamaño pequeño se puede cribar con alta capacidad y rendimiento.
Otro tipo de criba utilizada para materiales finos es la criba de alta frecuencia. En este tipo de cribas, gracias a numerosos vibromotores de pequeño tamaño unidos bajo los bastidores, el bastidor se hace vibrar a una frecuencia mucho mayor que el cuerpo de la criba. De este modo aumenta el número de contactos del material con la superficie de la criba y se realiza un cribado eficiente (Figura 10).
Otra criba utilizada para los procesos de cribado de materiales finos es la criba rotativa (Imagen 10). En esta criba, a diferencia de las cribas habituales, el material se alimenta por el centro y avanza hacia los bordes. Se utiliza especialmente en la producción de productos alimenticios.
1.6.6 Criba de parrilla (Grizzly Screen)
Las cribas de parrilla (Imagen 11) se utilizan para cribar montones con tamaños de partícula bastante grandes. Las cribas de parrilla reciben su nombre de las parrillas paralelas situadas en su bastidor superior. Estas cribas se utilizan generalmente antes de la operación de trituración para evitar que las partículas pequeñas entren en la trituradora y reduzcan el rendimiento. La distancia entre las parrillas se puede ajustar según el tamaño del material a cribar. Generalmente, la abertura de las parrillas es mayor de 50 mm y en algunas aplicaciones puede llegar hasta 300 mm. La inclinación de las cribas de parrilla puede estar entre 15° y 20°.
Las parrillas están fabricadas con un material resistente al desgaste. La fundición de acero con manganeso es un método de fabricación generalmente preferido para las parrillas. La distancia entre las parrillas se va ampliando desde la alimentación hacia el sentido de descarga; de este modo se evita que el material cribado quede atascado entre las parrillas. Dado que estará sometida a grandes cargas, las chapas laterales y la estructura del cuerpo de la criba de parrilla están diseñadas para servicio pesado.
