Guía completa de los trituradores de cono y de impacto de eje vertical, y razón de su uso conjunto en plantas de trituración-cribado de áridos y mineral

En este artículo examinaremos los principios de funcionamiento, la estructura, los componentes y los cálculos de capacidad y potencia de los trituradores de cono y los trituradores de impacto de eje vertical de tipo terciario, que forman un dúo inseparable como trituradores secundarios y terciarios en las plantas de áridos donde se trituran principalmente rocas volcánicas como el basalto, el granito, la diabasa y similares. Explicaremos la razón de su uso conjunto. Daremos ejemplos de plantas donde se utilizan.

Trituradores de cono Hidrokon

Los trituradores de cono son trituradores de compresión.

Figura 1 vemos la vista en sección del triturador de cono de tipo Hidrokon y los principales componentes que forman este triturador. El eje principal del triturador está montado de forma excéntrica dentro de la pieza denominada excéntrica, la cual está alojada en el bastidor inferior, es accionada por un sistema de engranajes cónicos y gira a una determinada velocidad de giro. El eje principal también está alojado en el cojinete de araña situado en la parte superior del bastidor superior. El eje principal se apoya sobre el cojinete de empuje situado encima del pistón hidráulico (hidroset) fijado al bastidor inferior del triturador. Este cojinete soporta las cargas axiales que recibe el eje principal. Sobre el núcleo cónico unido al eje principal del triturador se fija la mandíbula móvil cónica (mantle). En la parte interior del bastidor superior se fija la mandíbula fija cónica (cóncava), también cónica y con una forma especial.

El sistema hidroset es un cilindro hidráulico que ajusta la abertura entre la mandíbula móvil (mantle) y la mandíbula fija (cóncava), es decir, controla el tamaño del producto.

Figura 1 Vista en sección y componentes del triturador de cono Hidrokon — En la Figura 1 vemos la vista en sección de un triturador de impacto terciario de eje horizontal y los componentes principales del triturador.

Durante el funcionamiento, la mandíbula móvil se acerca y se aleja de la mandíbula fija a lo largo de toda la circunferencia de 360°, aplicando así presión sobre el material. Es decir, podemos definir el triturador de cono como un triturador de mandíbulas con un número infinito de mandíbulas.

Vemos el principio de trituración del triturador de cono en la Figura 2.

Figura 2 Explicación del principio de trituración del triturador de cono

Fórmula de capacidad de Rose & English

Q = \frac{W_{i} \cdot D \cdot ρ_{s} \cdot \sqrt{L_{M A X} - L_{M I N}} (L_{M A X} + L_{M I N}) \cdot K}{2 \cdot \sqrt{\frac{R}{R - 1}}}

W_i: Índice de trabajo de Bond

D: Diámetro del tazón

L_MAX: Valor de ajuste del lado abierto (OSS)

L_MIN: Valor de ajuste del lado cerrado (CSS)

R: Relación de reducción de tamaño

K: Factor estadístico. Para materiales blandos como el carbón y el coque K = 0,5, para materiales duros como el cuarzo y el granito K = 1

ρ_s: Peso específico del material triturado

Fórmula de potencia del motor de Rose & English

P = W_{i} \cdot Q \cdot [\frac{\sqrt{F_{80}} - \sqrt{P_{80}}}{\sqrt{F_{80}}}] \cdot \sqrt{\frac{100}{P_{80}}}

P: Potencia del motor, KW

W_i: Índice de trabajo de Bond

Q: Capacidad, TPH

F₈₀: Tamaño por el que pasa el 80% del material alimentado, micrones

P₈₀: Tamaño por el que pasa el 80% del material triturado, micrones

Fórmula de la velocidad de giro del triturador de cono:

n \geq \frac{665 \cdot (\sin α - μ \cdot \cos α)}{\sqrt{d}}

n: Número de revoluciones de giro del triturador de cono, RPM

μ: Coeficiente de fricción entre el acero y el material triturado (está entre 0,2 y 0,3)

d: Tamaño máximo del producto, cm

α: Ángulo que forma la superficie del cono de trituración con la horizontal

Cálculo de la fuerza de trituración

F_{B} = {[{(\frac{2191878 \cdot N}{n \cdot x \cdot \sin β})}^{2} + {(\frac{2411065,8 \cdot N \cdot \tan α}{n \cdot x \cdot \sin β})}^{2}]}^{0,5} \cdot \frac{9,81}{1000}

n: Velocidad de giro, RPM

F_B: Fuerza de trituración, kN

N: Potencia del motor, KW

x: Distancia entre las generatrices del cono, mm

α: La mitad del ángulo del cono

β: Ángulo de giro

Trituradores de impacto de eje vertical de tipo terciario

Principio de funcionamiento de los trituradores de impacto de eje vertical de tipo terciario

El rotor de estos trituradores es cerrado y está completamente revestido con una caja de piedra. El rotor funciona como una bomba de piedra de alta velocidad: confiere una alta velocidad al material que entra en él y proporciona un flujo de piedra a alta velocidad hacia el grupo de placas de trituración formado por el estante de piedra fijado al bastidor, logrando así una trituración piedra contra piedra (rock on rock). La velocidad de las partículas lanzadas por el rotor puede alcanzar los 100 m/s.

Además del material que entra en el rotor, también se envía de forma controlada una cierta cantidad de material desde el exterior del rotor, lo que crea una densidad en la cámara de trituración y mejora así la transferencia de energía. Controlando esta cantidad de material enviada desde el exterior del rotor, y utilizando también variables como el diámetro del rotor y la velocidad del rotor, se controlan variables como la granulometría del producto, la capacidad y el grado de desgaste.

Figura 3 se muestra el principio de trituración de los trituradores terciarios de eje vertical.

Figura 3 Principio de funcionamiento de los trituradores de impacto de eje vertical de tipo terciario

Componentes principales de los trituradores de impacto de eje vertical de tipo terciario

Figura 4 se muestran los componentes principales del triturador de impacto de eje vertical de tipo terciario. En resumen, los componentes principales de estos trituradores son:

Grupo del anillo de trituración
Grupo del techo
Grupo del eje principal
Grupo de la base

Se compone de estos grupos.

Figura 4 Componentes del triturador de impacto de tipo terciario

El rotor es como el «corazón» de un triturador de impacto de eje vertical de tipo terciario. Su función es conferir al material alimentado la energía cinética que se convertirá en la energía de tensión necesaria para su trituración, es decir, acelerarlo. La particularidad de los rotores de los trituradores de tipo terciario es que sus rotores son de tipo cerrado: las acumulaciones de piedra formadas dentro del rotor sustituyen a las zapatas eyectoras de los rotores abiertos. El rotor suele tener 3 puertos que forman entre sí un ángulo de 120°. Las acumulaciones de piedra se forman en las salidas de los puertos, en el borde donde el material se lanza a alta velocidad, entre las puntas de carburo de tungsteno y las placas de desgaste.

Figura 5 se muestra la vista del rotor y los componentes del triturador de impacto de eje vertical de tipo terciario, y en la Figura 6 se muestra la vista general y los componentes de la cámara de trituración del triturador de impacto de eje vertical de tipo terciario.

Figura 5 Vista del rotor y componentes del triturador de impacto de eje vertical de tipo terciario

Figura 6 Vista general de la cámara de trituración del triturador de impacto de eje vertical de tipo terciario

Análisis de la capacidad y la potencia en los trituradores de impacto de eje vertical de tipo terciario

Análisis con la fórmula de Bond

En el cálculo de la potencia de trituración unitaria de los trituradores de eje vertical de tipo terciario, la fórmula de Bond da un resultado bastante diferente del valor real. Por ello, como se sabe, es una fórmula que se basa en el índice de trabajo W_i.

W = 11 * W_{i} * (\frac{1}{\sqrt{P}} - \frac{1}{\sqrt{F}})

N = W * Q

W: Requerimiento de energía específica aproximado necesario para la trituración, Kwh/t

W_i: Índice de trabajo

P: Tamaño de malla cuadrada por el que pasa el 80% del producto (el material que sale del triturador) – micrones

F: Tamaño de malla cuadrada por el que pasa el 80% del material alimentado al triturador – micrones (el material fino debe haberse cribado del material alimentado)

N: Potencia del motor requerida, KW

Q: Capacidad, tonelada/hora

Si examinamos las curvas de producto en los trituradores de impacto de eje vertical de tipo terciario, la curva avanza en gran medida con poca pendiente en la primera parte, es decir, en esta parte la relación de reducción de tamaño es baja; hacia la última parte la pendiente aumenta y la relación de reducción de tamaño aumenta. Por esta razón, al aplicar la fórmula de Bond, P₈₀, un valor entre P₃₅ – P₄₀ debe utilizarse en su lugar.

Para cálculos rápidos se puede utilizar el Gráfico 1.

Tabla 1 se muestran el índice de trabajo y otras propiedades físicas de diversos materiales.

NOMBRE DE LA ROCA	TIPO DE ROCA	ÍNDICE DE TRABAJO W_i	PESO ESP. (t/m³) ρ	DENSIDAD APARENTE (t/m³) γ	ÍNDICE DE ABRASIÓN A_i	RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN MPa
Andesita	Volcánica	16 ± 2	2,6-2,8	1,6	0,5	170 - 300
Anfíbol	Metamórfica	16 ± 3	2,8 – 3,0	1,7	0,2 - 0,45	-
Arenisca	Sedimentaria	10 ± 3	2,7	1,6	0,1 - 0,9	30-180
Basalto	Volcánica	20 ± 4	2,9 – 3,0	1,8	0,2 ± 0,1	300 – 400
Caliza	Sedimentaria	12 ± 3	2,7	1,6	0,001 – 0,03	80 - 180
Carbono	Sedimentaria	14 ± 4	1,0 – 1,8	0,8	-	-
Clínker	-	-	-	1,2	-	-
Coque	-	-	-	0,6	-	-
Diabasa	Volcánica	19 ± 4	2,8-2,9	1,7	0,3 ± 0,1	250 - 350
Diorita	Volcánica	19 ± 4	2,7 – 2,8	1,6	0,4	170 – 300
Dolomita	Sedimentaria	12 ± 3	2,7	1,6	0,01 – 0,05	50 - 200
Gabro	Volcánica	20 ± 3	2,9-3,0	1,8	0,4	170 – 300
Gneis	Metamórfica	16 ± 4	2,7	1,6	0,5 ± 0,1	200 – 300
Granito	Volcánica	16 ± 6	2,7	1,6	0,55 ± 0,1	200 – 300
Hematita	Sedimentaria	-	5,1	2,2 – 2,4	0,35 ± 0,2	-
Magnetita	Sedimentaria	-	5,7	2,2 – 2,4	0,50 ± 0,2	-
Mármol	Metamórfica	12 ± 3	2,7	1,6	0,001 – 0,03	80 - 180
Pórfido	Volcánica	18	2,7	1,6	0,1 – 0,9	180 – 300
Cuarcita	Metamórfica	16 ± 3	2,7	1,6	0,75 ± 0,1	150 – 300
Sienita	Volcánica	19 ± 4	2,7 – 2,8	1,6	0,4	170 – 300
Sílex (Corneana)	Metamórfica	18 ± 3	2,8	1,65	0,7	150 - 300

Tabla 1 Índice de trabajo y otras propiedades físicas de diversos materiales

Gráfico 1 Potencia de trituración unitaria en función de la velocidad de punta del rotor en los trituradores VSI de tipo terciario

Razón del uso de un triturador de cono como secundario y un triturador de impacto de eje vertical como terciario

Como el triturador de cono es un triturador de compresión, el producto obtenido de este triturador presenta tensiones internas y microfisuras capilares. Además, tiene una estructura laminar; sus índices de planeidad y alargamiento no están en el nivel deseado. Por estas razones, no es posible cribarlo y utilizarlo directamente en la construcción de hormigón y carreteras. El producto obtenido del triturador de cono debe triturarse de nuevo en la tercera etapa con un triturador de tipo impacto para liberarlo de sus tensiones internas y hacerlo cúbico.

Como ya hemos indicado, los trituradores de cono se utilizan como trituradores secundarios eficaces para rocas volcánicas duras y abrasivas como el basalto, el granito, la diabasa y el canto rodado de río. Después de estos trituradores no se suele utilizar un triturador de impacto de eje horizontal. En su lugar se utilizan trituradores de impacto de eje vertical diseñados según el principio de trituración piedra contra piedra.

Ejemplos de plantas donde se utiliza un triturador de cono como secundario y un triturador de eje vertical como terciario

1- Planta de trituración y cribado de basalto con una capacidad de producto de 200 TPH destinada a producir áridos para hormigón

La planta utiliza un triturador de mandíbulas 1100*900 con motor de 132 KW, un triturador de cono equivalente al METSO HP 300 con motor de 200 KW y un triturador de eje vertical con rotor de ∅990 y motores de 2*250 KW.Figura 5 muestra el esquema de flujo de la planta, y el Gráfico 2 muestra la curva de producto para una velocidad de punta de 60 m/s.

Figura 5 Esquema de flujo de la planta de producción de áridos para hormigón de basalto

Gráfico 2 Curva de salida del triturador VSI con rotor de ∅990

2- Planta de trituración, cribado y lavado de material de río con un tamaño de alimentación de 0-300 mm

En la planta se tritura material de río con un tamaño de alimentación máximo de 300 mm y se producen áridos para hormigón. Es material de río corriente, poco sucio. Tras separar la arena natural, se utilizan un triturador de mandíbulas y un triturador de cono para reducir la piedra a un tamaño que el triturador de eje vertical pueda triturar. La capacidad de alimentación de la planta es de 300 TPH; tras extraer 108 TPH de arena natural 0-4, se producen 192 TPH de áridos para hormigón de piedra triturada.

Gráfico 3 muestra la curva de alimentación del material de río, la Figura 6 el esquema de flujo de la planta, y el Gráfico 4 muestra la curva de salida del triturador de eje vertical.

Gráfico 3 Curva de alimentación del material de río

Figura 6 Esquema de flujo de la planta de trituración, lavado y cribado de material de río

Gráfico 4 Curva de salida del triturador de eje vertical

Suphi Yavuz

Ingeniero mecánico (Máster)

MMO N.º de registro: 9219

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