Cap 6 Molinos Bolas

MOLINOS DE BOLAS MANUAL DE CAPACITACIÓN

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INTRODUCCIÓN Se entiende por molienda la reducción de los materiales a polvo. Particularmente, el objetivo de la molienda es el aumento de la superficie específica de dichos materiales, siempre de acuerdo con una distribución granulométrica establecida; concepto que se extiende al de la obtención de una adecuada reactividad para la próxima etapa del proceso de fabricación del cemento, o de una reactividad apropiada en el producto acabado (cemento) propiamente dicho. Por lo general, la molienda se realiza en molinos de bolas, los cuales son los equipos más frecuentemente usados en los procesos de molienda llevados a cabo en la industria cementera, como son: la molienda de crudo y la molienda de cemento; pero también es común su aplicación para la molienda de carbón o coque, los cuales posteriormente pueden ser usados como combustibles. A través de los años se han desarrollando diferentes sistemas de molienda, los cuales tienden a mejorar el proceso, para hacerlo más eficiente. La selección de un sistema de molienda depende básicamente de la calidad requerida sobre todo para la producción de cemento. Los molinos tubulares de bolas son cilindros rotatorios de acero, en donde el desmenuzamiento del material se realiza debido al movimiento de los cuerpos moledores. A causa del giro del cilindro del molino, el montón formado por los elementos moledores y el material se eleva hasta un valor óptimo para su acción molturadora. La molienda se realiza por choque y rozamiento entre los cuerpos moledores y las paredes blindadas del molino. Todos los sistemas de molienda deben ser operados de tal forma que se obtenga la producción requerida así como la calidad de producto deseada, especialmente tomando en cuenta los costos relevantes de producción. A pesar de que se ha acumulado una cantidad considerable de experiencias acerca de la operación de los molinos de bolas, con frecuencia se observa que no son operados a su máxima eficiencia. Con mucha frecuencia, las posibles razones no se limitan únicamente a composiciones inadecuadas de la carga de bola o al posicionamiento incorrecto del separador, sino que incluyen una serie de factores interrelacionados unos con otros, y responsables en forma global, del buen o mal funcionamiento del sistema de molienda. Si se toma en cuenta la gran cantidad de combinaciones posibles de un sistema de molienda, resulta evidente que difícilmente se pueden establecer instrucciones generales acerca de cómo operarlo y mantenerlo. En la industria del cemento cerca del 75% del consumo total de energía eléctrica corresponde a las operaciones de los sistemas de molienda de crudo y de clinker y, cuando se emplean, de los combustibles sólidos. Debido a la disminución de los recursos energéticos disponibles y al desmedido aumento de los costos de la energía, es importante poner la mayor atención en la disminución de la energía utilizada en los sistemas de molienda. La molienda de materiales inevitablemente conduce a considerables pérdidas de energía. Las necesidades actuales de energía para la reducción de un material dado a un cierto tamaño de partícula excede con mucho a la energía teóricamente Capítulo: 6 Versión: 1.0

Elaboró: JEA, EMT Revisó: EDP

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necesaria para su rotura hasta conseguir el correspondiente aumento de la superficie específica del material. Según los criterios aplicados, se estima que tan solo del 2% al 20% de la energía suministrada al sistema de molienda se aplica a la producción de nuevas superficies. Queda un remanente, entre 98% y 80% de pérdida de energía, en su mayor parte como calor, ruido y vibraciones. Desde luego, no faltan en la actualidad esfuerzos para mejorar los sistemas de molienda con el fín de conseguir un mayor ahorro en la energía utilizada. El problema que se presenta en una instalación de molienda es cómo conseguir un máximo de economía con los equipos disponibles actualmente. Para ello, es necesario conocer las posibilidades y limitaciones del sistema presente y poseer información apropiada de las vías y medios para valorar el rendimiento de una instalación.

6.1 DESARROLLO HISTÓRICO Ha pasado mucho tiempo desde la época en que los romanos hacían la molienda en vasijas, (ver figura 6.1), hasta lograr los modernos sistemas de molienda con capacidades de 100 a 500 tph.

Figura 6.1 Molienda en vasijas En una etapa muy temprana en la historia de la Humanidad, se usaron ciertos aparatos para triturar algunos alimentos. Se desarrollaron máquinas sencillas para evitar el trabajo del Hombre; estos fueron evocaciones de los molinos de cuchilla que eran operados por animales, agua o viento. Alrededor del siglo IX el incremento de producción de depósitos minerales condujo a molinos aprisionadores por vía húmeda, y en el año de 1512 se desarrolló el molino de impacto por vía seca. No obstante, debido a las limitaciones de la fuerza motríz disponible, no hubo un desarrollo substancial durante varios siglos. Un cambio decisivo ocurrió con la introducción de la maquina de vapor, lo cuál llevó al uso del primer molino con rodillos moledores en Cornwall, Inglaterra, alrededor del año de 1790. En 1858 Blake desarrolló la trituradora de quijada en los Estados Unidos, con la cuál se Capítulo: 6 Versión: 1.0


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crearon las bases para la reducción primaria de minerales duros para materiales crudos. La trituradora de cono apareció en el año de1877. La tabla 6.1 muestra un sumario de las etapas mas importantes en este desarrollo. Tabla 6.1 Desarrollo de la tecnología de molienda. AÑO

INVENTOR

Alrededor de 500 años A.C. Alrededor de 900 1512 ? Cerca de 1790 1842 Alrededor de 1850 1858 1876 Cerca de 1877 1891 Cerca de 1925 1935 1969 1977

Sigismund Vont Maltitz

Patente Norteamericana Griffin, USA Blake, USA Gebr Sachsenberg, Alemania Gates, USA Konow & Davidson patente francesa con aplicación en Alemania Loesche, Alemania Harding, USA (patente ya concesionada en 1908) Feige, Alemania Schonert, Alemania

MAQUINA DE MOLIENDA "Molino Capstan", fue el precursor del molino de cuchilla para granos, posiblemente tambien para minerales de plata en Laurion, Grecia. Molino aprisionador, proceso húmedo. Molino de aprisionador, proceso seco. Molino de tambor para molienda por lotes. Molino de rodillos (Cornwall, Inglaterra). Molino de impacto. Molino centrifugo pendular. Trituradora de quijada. Molino de bolas con criba en la descarga. Triturador de cono. Molino tubular continuo. Molino de rodillos con sistema de carga elastico. Molino autogeno. Molienda fina, realizada entre dos rodillos. Molienda con rodillos a gran presión.

En el siglo XIX se desarrollaron los sistemas de molienda de crudo en escala industrial. El molino tubular se introdujo entre los años de 1890 y 1900, y posteriormente se fabricaron molinos de grandes tamaño, con diámetros aproximados de 5.0 m. y longitudes de hasta 20.0 m., como los equipos usados en las actuales fábricas de cemento. Hace tiempo hubo molinos de tambor operados en forma discontinua o por lotes disponibles para molienda fina, además de los molinos aprisionadores y los molinos de cuchilla, y en ocasiones muchos de ellos fueron colocados en el tiro de las minas. Los cilindros de molienda estaban hechos de materiales cerámicos o de hierro fundido. Los elementos de molienda eran principalmente piedras pedernales o bolas de cerámica, y más tarde también se usaron las bolas de hierro fundido. Las dimensiones de estos primeros molinos apenas excedían de 1.0 m. de diámetro por 1.0 m. de longitud. Así, estos equipos tenían muy baja producción; lo que hacía que tuvieran un intensivo trabajo por su modo cíclico de operación. Pero a pesar de estas desventajas, el proceso de molienda en molinos de tambor era realmente efectivo. Así, durante el último cuarto del siglo pasado se Capítulo: 6 Versión: 1.0


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realizaron grandes esfuerzos para aumentar el potencial industrial de la molienda contínua. El desarrollo de la operación contínua de molinos tubulares usados ampliamente hoy en día para la molienda fina de materiales data desde hace más de 100 años. De acuerdo a ésto, la mayoría de los inventores partieron de la suposición de que eran necesarias cribas adecuadas para la molienda contínua en molinos de tambor, así que el material grueso obtenido durante el cribado debería ser retornado al molino. En 1876 fué propuesta una máquina por Gebruder Sachsenberg, en la cuál los aparatos de cribado estaban fijos en marcos de madera rodeando el tambor de molienda y rotando con él. El material que pasaba a través de la criba formaba el producto final y era capturado en una cubierta que rodeaba la máquina, mientras que el material retenido en la criba era regresado al interior del molino a través de una abertura especial. Este molino de bolas descargando por cribas, y aún en uso prácticamente con el mismo diseño, puede operase en proceso húmedo ó seco. Su principal desventaja era que el tamaño del producto fino que podía producirse era determinado por la abertura de la malla de la criba usada y ésta tendía a bloquearse frecuentemente, además de que estaba sujeta a un fuerte desgaste. Estos son problemas que todavía ocurren en la operación de los molinos de bolas con descarga por cribas. Por lo tanto, se llevaron a cabo algunas consideraciones para colocar un cierto número de molinos de tambor en secuencia, y transportar la alimentación del molino de una cámara a la siguiente por cucharones. Las variantes de este desarrollo se muestran en la figura 6.2. Como hubo algunas opiniones que sostenían que parte del material sería retenido en el transporte a lo largo del molino, también se sugirió que los tambores de molienda deberían ser construidos con casco cónico hacía la descarga. Por razones de diseño el tambor entero no fue formado como un solo tambor cónico y se dividió en tres cámaras cónicas como se muestra en la figura 6.2 y fué propuesto como una solución apropiada. Sin embargo, se tuvo poco éxito en la práctica con estos molinos, ya que este arreglo del tubo de molienda causó también bastante retrazo en el transporte del material. Tomando en cuenta lo anterior, se pensó que el transporte de la alimentación del molino podría acelerarse a través de una caída entre los extremos de entrada y salida del molino. El 30 de Junio de 1891 Konow y Davidson de París registraron la patente No. 62871 en la oficina imperial de patentes del Reich alemán con el título: “Molino de bolas con alimentación central y descarga tangencial del material molido”, los cuales pueden ser considerados como las bases de los modernos molinos de bolas. En detalle, la especificación de la patente, dice: “Un molino de bolas es aquel en el cual se logra un proceso de operación contínua alimentando el material a moler al centro de un extremo del tambor y descargandolo en el perímetro del otro extremo del tambor -esto da una diferencia constante de altura entre los puntos de entrada y de salida- tomando lugar un lento movimiento hacia adelante del material que está siendo molido entre las bolas en la dirección longitudinal del tambor tubular Capítulo: 6 Versión: 1.0


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el cuál es de longitud suficiente”.

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Figura 6.2 Primeras propuestas de molinos multicámaras para molienda contínua. La figura 6.3 muestra un ejemplo del diseño de este molino tubular de una sola cámara, el cual podía estar soportado sobre roles o muñones. El tambor de molienda también podía ser cónico, con la finalidad de incrementar la diferencia de altura entre la entrada y la salida, como se muestra en la figura 6.4. El objetivo del invento estaba relacionado con la eliminación de las deficiencias asociadas con la operación de los molino de bolas con criba de descarga usados normalmente. Esto significa que la intensión era eliminar el principal problema ocasionado por el tamaño de la criba que se encontraba en operación, lo cual determinaba la finura del producto. El costo de mantenimiento era bastante significativo, la operación se dificultaba si el material a moler era de baja densidad y si debía ser molido finamente. Por otra parte, con el molino de bolas patentado “la longitud del casco del molino era seleccionado de tal manera que el material a ser molido pasara lentamente a lo largo de toda la longitud del molino con velocidad progresiva del casco de molienda y fuera expuesto por un largo tiempo al efecto de molienda de las bolas”. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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Figura 6.3 Molino tubular cilíndrico, como el descrito en la patente No. 62871.

Figura 6.4 Molino tubular cónico, como el descrito en la patente No. 62871. En esta patente el material a moler era alimentado dentro del molino por un transportador de tornillo o un transportador vibratorio. Salía del tambor por el otro extremo a través de agujeros o ranuras en el tambor o en la pared final. También era posible un tipo de cámara de descarga y existía protección provisional para el revestimiento del casco del molino. El siguiente enfoque de la patente también se considera interesante: “Si la alimentación suministrada al molino consiste de pequeñas piezas, entonces un solo compartimento es suficiente; no obstante, si debe molerse material grande, deberán usarse varios compartimentos con bolas de diferentes tamaños. En el último caso la alimentación al molino es introducida primeramente al compartimento con las bolas más grandes y después en secuencia se alimenta a aquellos compartimentos con bolas gradualmente decreciendo en tamaño. Estos compartimentos deberán estar colocadas debajo o al lado del otro.” La patente de Konow y Davidson expiró el 30 de junio de 1905, y desde entonces todas las compañías interesadas pudieron construir y desarrollar mejores Capítulo: 6 Versión: 1.0


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modelos de molinos tubulares sin ninguna restricción. El primer molino tubular construido en el presente siglo tuvo dimensiones máximas de hasta 1,200 mm. de diámetro por 6,000 mm. de longitud, y generalmente era cargado con piedras de pedernal, o muy rara vez con bolas de acero. Era normal el uso de un recubrimiento sencillo para protección del cilindro del molino. Las producciones alcanzadas eran de alrededor de 3 tph para molienda de clinker de hornos para cemento. A pesar de estas producciones relativamente bajas, los molinos tubulares para molienda de harina cruda y clinker en la industria del cemento se convirtieron muy rápidamente en una seria competencia para los molinos centrífugos tubulares que eran construidos en los Estados Unidos por la firma Bradley, y en Alemania por Humboldt-Maschinenbau AG, los cuales habian sido los principales tipos usados hasta entonces. Con el paso del tiempo hubo un rápido incremento en las dimensiones de los molinos tubulares usados tanto para la molienda en proceso húmedo como para la molienda en proceso seco. Las bolas de acero se usaron mas ampliamente como el medio de molienda y los elementos internos en la cámara de molienda fueron mejor adaptadas para una gran variedad de condiciones de operación. Se construyeron los molinos de cámaras multiples, y se introdujo el circuto cerrado con equipos de clasificación. Ya en el siglo XIX, el clinker de hornos verticales y de hornos rotatorios era molido en molinos tubulares de un compartimento. Se observó que en los molinos de un compartimento la reducción de tamaño de las partículas se realiza principalmente en una longitud equivalente al 20% - 30% de la longitud total del molino, mientras que la subsiguiente reducción de tamaño de las partículas en el resto del molino era muy pequeña. En consecuencia, se desarrolló un sistema de molienda en dos etapas, a fin de combinar la premolienda y la molienda final en dos molinos separados. Las dimensiones de los molinos, es decir, la relación de longitud a diámetro, fueron seleccionados de acuerdo a los pasos respectivos de molienda. La molienda de gruesos se realizaba en molinos cortos de gran diámetro, mientras que la molienda de finos se efectuaba en molinos largos de diámetro reducido. Con el fin de evitar el uso de dos transmisiones para los molinos separados, tal y como es necesario en la molienda en dos etapas, se introdujo el llamado molino compuesto, es decir, la molienda de gruesos y de finos se combinó en compartimentos individuales en un molino común único. Para satisfacer las exigencias de finura del producto, los molinos estaban dotados con tres y hasta cuatro compartimentos individuales. El molino compuesto, también denominado molino de circuito abierto, fué y es aplicado con éxito para la producción de cemento portland normal con una finura normal de 2,800 - 3,500 cm2/g (Blaine). Para la producción de cementos especiales, tales como cemento de endurecimiento rápido con una finura mayor de 3,200 - 3,300 cm2/g, la eficiencia del molino compuesto decrecía considerablemente, debido a la formación de aglomeraciones y adherencias en los elementos molturadores y en el revestimiento del molino. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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El desarrollo de separadores de aire permitió aumentar el grado de finura de la molienda. El material parcialmente molturado es retirado del molino y clasificado en el separador; la porción de gruesos (rechazos) es regresada al molino para ser molida otra vez. Con la introducción de molinos en circuito cerrado ha sido posible alcanzar una superficie especifica de hasta 5,000 cm2/g. Los actuales molinos en circuito cerrado consisten generalmente de uno ó dos compartimentos con descarga final, figura 6.5, o con descarga central, figura 6.6. Sin embargo, este último es usado únicamente en casos especiales, tales como molienda y secado de materia prima ó cemento de escoria.

Figura 6.5 Molino con dos compartimentos usado para la molienda en circuito cerrado.

Figura 6.6 Molino con descarga central. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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Entre 1960 y 1970 hubo un incremento significante en las dimensiones de los molinos, lo que ha resultado en los modernos molinos tubulares con mecanismos de transmisión y diámetros mayores de 6.0 m. para procesos húmedos y secos. También en este período se instaló el molino autógeno (molino Aerofall) en diversas plantas para la molienda de materiales húmedos y aglutinantes. Aunque, desde 1980 hasta la fecha se han desarrollado muchos tipos de equipos para la molienda, como los molinos verticales de rodillos, las prensas de rodillos, y los molinos horizontales de rodillos; el molino de bolas todavía es un equipo importantísimo para la industria del cemento, y a pesar de que su uso en el futuro será más y más limitado, para la molienda final de cemento aún sigue siendo competitivo. 6.1.1 DESARROLLO DE LOS ELEMENTOS INTERNOS DE LAS CÁMARAS DE MOLIENDA DE LOS MOLINOS TUBULARES. Debido a la mayor comprensión de los procesos de molienda que se llevan a cabo en el interior del molino de bolas, desde principios del siglo se reconoció que la efectividad de tales procesos dependen en forma crítica de un gran número de parámetros, y en detalle, estos son: x Longitud y diámetro del molino. x Velocidad de rotación del molino. x Configuración del blindaje. x Tipo, forma, tamaño y composición del medio de molienda. x Arreglo y configuración de los diafragmas intermedio y final, y de los anillos de retención. x Molturabilidad y distribución del tamaño de partículas del material de alimentación. x Especificación del producto molido (distribución del tamaño de partículas, área superficial específica, reactividad,etc.). La obtención de buenos resultados de la molienda, con un bajo consumo específico de energía, solo será posible si estas variables son seleccionadas correctamente. En particular, la configuración del emplacado, la velocidad de rotación del molino y el tamaño y composición de los elementos de molienda deberán ajustarse para asegurar un movimiento óptimo de la carga de bolas en relación a la composición del material de alimentación y la finura requerida del producto. Además del movimiento de la carga de bolas, también es necesario asegurar que el material que se está moliendo tenga la velocidad de transporte axial necesaria (tiempo de residencia del material en el molino). Desde hace más de 70 años se ha reconocido que no solamente los recubrimientos de molinos son indispensables para protección del desgaste, sino que también tienen una decisiva significancia tecnológica. Mientras que los primeros molinos de bolas fueron operados sin recubrimientos especiales, rápidamente se hicieron esfuerzos para proporcionar elementos reemplazables como protección del casco. Al principio éstos eran de cuarzo, de forma de cuña o bloques de piedra pedernal, de cerca de 15 cm. de espesor, y eran cortados en una forma dada y ahogados en cemento. Más tarde fueron barras longitudinales o pestañas en las Capítulo: 6 Versión: 1.0


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que la alimentación del molino podía hacerse y eran instaladas en la coraza cilíndrica, especialmente se usaron para molinos con molienda de minerales. En la figura 6.7 se muestran los blindajes de este tipo para molinos de procesos húmedos que fueron instalados en algunos lugares aún en los años 20´s.

a

b

c

d

e

f

Figura 6.7 Tipos de blindaje para molinos de minerales. a).- Placas lisas de acero con barras de forma de cuña atornilladas. b).- Bloques lisos, instalados para cemento. c).- Placas de acero corrugadas (onduladas). d).- Placas de acero escalonadas. e).- Rieles viejos acuñados con piedras pedernales. f).- Blindaje El-Oro_Osborn de barras de perfil acuñados con piezas de mineral. Debido a la gran variedad de condiciones bajo las cuales se usan los molinos de bolas, y a las diversas especificaciones de los productos obtenidos, se observó Capítulo: 6 Versión: 1.0


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claramente durante su desarrollo, que no hay una sola forma de emplacado que genere un resultado óptimo para todas las condiciones. Por lo tanto, todavía son usados diferentes diseños de blindajes, teniendo cada uno de ellos sus ventajas y desventajas. Una posible forma de igualar los esfuerzos sobre la alimención del molino en un molino tubular monocámara a la finura requerida es el uso del blindaje clasificador. Estos blindajes producen un movimiento axial de los cuerpos moledores debido a la forma cónica de las placas escalonadas en la dirección axial. Este emplacado usa el efecto de la fuerza centrífuga, impacto y declive para apartar las bolas grandes hacia el extremo de entrada del molino y las bolas pequeñas hacia la salida. El punto de partida del desarrollo de los blindajes clasificadores, que comenzó a prinicipio de los 20´s, fué el molino Harding, en el que la clasificación de los cuerpos de molienda se lograba por la configuración cónica del tambor. La relación se ilustrada claramente en la figura 6.8.

Sección de un molino cónico con descarga por rebose (modelo Harding).

a

b

c Figura 6.8 Desarrollo del blindaje clasificador basado en el molino cónico Harding. a).- Blindaje clasificador Carman. b).- Blindaje clasificador Slegten-Magotteaux. c).- Blindaje clasificador F. L. Smidth. Tratándose del desarrollo futuro de máquinas para la molienda fina, se espera que los molinos tubulares de bolas, los cuales tienen 100 años de uso, Capítulo: 6 Versión: 1.0


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seguiran estando vigentes. Esto es cierto, aún considerando el hecho de que en los últimos años se han estado usando unidades de molienda con un menor consumo específico de energía, como por ejemplo los molinos verticales, para la molienda de materiales blandos, como las materias primas para la fabricación de cemento. Sin embargo, no debe esperarse que vaya a haber algún incremento significativo en las dimensiones del molino de tubo en los próximos años. Además de los límites de fabricación y de transporte, también se sabe que solo ha sido posible alcanzar los actuales valores específicos de diseño para los grandes molinos tubulares solo después de una extensa afinación (reducción del diámetro de las bolas grandes y del grado de llenado de bolas). Se espera que habrá más mejoramientos técnicos y tecnológicos que ayudarán a incrementar la eficiencia de los molinos tubulares. El punto de partida para ésto será un mayor entendimiento de los mecanismos de la fractura de las partículas y del comportamiento del transporte axial en los molinos, lo que permitirá adaptar mejor los elementos internos de la cámara de molienda, el emplacado, el grado de llenado y composición de las cargas de cuerpos moledores, y la configuración del diafragma de salida.

6.2 TIPOS DE MOLINOS En esta sección se realizará una descripción de las diferentes categorías de molinos tubulares que tienen cuerpos moledores esféricos por ser los más usados en la industria del cemento. Aquellos que no contienen cuerpos moledores (o bien tienen una pequeña cantidad, tales como los molinos autógenos) no serán incluidos en este manual. Los molinos tubulares pueden ser clasificados según varios criterios:

6.2.1 NATURALEZA DEL PROCESO El proceso de molienda puede clasificarse según la cantidad de agua contenida en los materiales. Los circuitos que contenien materiales con humedades mayores a 25% pueden considerarse procesos de vía húmeda. Es bien sabido que el proceso de vía húmeda es más eficiente que la molienda en seco, siendo sus ventajas las siguientes: x Puede molerse material con gran contenido de humedad. x Menor consumo específico de energía. Algunos autores han tratado de explicar el menor consumo específico de energía en molienda húmeda llegando a la conclusión que la partícula está sujeta a una mayor movilidad al estar en un medio acuoso y puede ser molida con mayor facilidad entre las bolas. Existe un alto desgaste en los cuerpos moledores y en el blindaje del molino al utilizarse la molienda por vía húmeda. Además, encontramos un alto consumo de energía calorífica en el horno. Es por esto que este tipo de molienda cada vez se usa con menor frecuencia. 6.2.1.1 MOLIENDA VÍA HÚMEDA Capítulo: 6 Versión: 1.0


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En las plantas donde aún se utiliza el proceso de molienda por vía húmeda encontramos dos tipos de procesos. 6.2.1.1.1 CIRCUITO ABIERTO Para mantener la consigna de finura del producto en molinos de circuito abierto, normalmente se realiza una molienda excesiva del material; ésto consume más energía y provoca un mayor desgaste en los cuerpos molturantes y revestimientos del molino. Debido a las desventajas de la molienda en circuito abierto sólo debe usarse en casos especiales donde no sea posible utilizar el circuito cerrado. 6.2.1.1.2 CIRCUITO CERRADO Para evitar la molienda excesiva del circuito abierto y aumentar el rendimiento del molino se pueden instalar tamices (DSM, curvos, etc.) en la descarga del molino. El material que no tiene la consigna de finura es regresado al molino. Al introducir la molienda en circuito cerrado se han alcanzado los siguientes beneficios: x Aumento en la capacidad de molienda entre 20% y 30% con el mismo tamaño de molino. x Consecuente disminución en el consumo específico del motor principal. x Menor desgaste de los cuerpos moledores, medidos en gr/ton producida. x Mejor control en la calidad del producto. Para disminuir el desgaste algunos molinos están siendo equipados con revestimiento de caucho en el segundo compartimiento. 6.2.1.2 MOLIENDA VÍA SECA Al aumentar el costo de los energéticos utilizados en la producción del cemento se han buscado alternativas para disminuir el costo de producción. Actualmente las nuevas líneas de producción cuentan con hornos de vía seca y molinos en circuito cerrado cuando se muele cementos con finuras superiores a 3,200-3,300 Blaine, pudiéndose en casos especiales, producir cementos de endurecimiento rápido de 5,000 Blaine. En crudos los requerimientos son de 85-95% pasando 90 micras. Los circuitos abiertos en molienda de cemento, ahora poco usados, son utilizados cuando los requerimientos de finura son de 2,600 - 3,200 Blaine. 6.2.1.2.1 CIRCUITO ABIERTO Como ya se dijo, este tipo de circuito se utiliza para producir cementos de baja resistencia y finura; cuando se produce crudo, la longitud del molino en circuito abierto es generalmente mayor que en circuito cerrado debido a que en este último aproximadamente la mitad del material saliendo del molino tiene la finura requerida, la porción restante es regresada por el separador para ser molida de nueva cuenta. En circuito abierto el molino tiene una mayor longitud para terminar de moler el material a la finura deseada. El desgaste en gr/ton para molinos de circuito abierto Capítulo: 6 Versión: 1.0


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es generalmente más elevado debido a la mayor longitud del molino y a las cargas de bola más pesadas. En cuanto a producto, la distribución de partículas de los cementos y crudos producidos en circuitos abiertos muestran una banda de distribución más amplia en comparación con aquellos producidos en circuitos cerrados. Con frecuencia, al producir cementos finos (superiores a 3,200 Blaine), los molinos en circuito abierto producen una mayor cantidad de partículas finas (menores de 3 micras) que no contribuyen a las resistencias del cemento, pero si influyen negativamente en la producción al contribuir en la agregación de partículas y enforramiento de bola. El cemento que se muele en molinos de circuito abierto frecuentemente debe alcanzar una superficie específica más alta que la del cemento molido en circuito cerrado para la misma resistencia final. La siguiente figura muestra los dos tipos de circuitos de molienda. Alimentación Fresca

Producto Final Molino

CIRCUITO ABIERTO

Producto Final

Rechazos Separador

Alimentación Fresca Molino

CIRCUITO CERRADO

Figura 6.9 Sistemas de molienda en circuito abierto y en circuito cerrado. 6.2.1.2.2 CIRCUITO CERRADO En un molino largo de circuito abierto gran parte de material alcanza la finura deseada después de algunos metros dentro del molino. El material sigue expuesto a la acción de los cuerpos moledores en la parte restante del molino. Esto resta Capítulo: 6 Versión: 1.0


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eficiencia de molienda al presentarse agregación de material, amortiguamiento por bola enforrada y amortiguamiento de la molienda por material fino. En circuito cerrado el material pasa por el molino con una mayor rapidez al ser el molino más corto, esto reduce el riesgo de los problemas antes descritos, además de disminuir la probabilidad de deshidratación de yeso. Cuando los cementos producidos tienen valores menores a 3,200 Blaine, los molinos en circuito cerrado tiene iguales, e inclusive mayores consumos de energía. El consumo específico de energía en circuito abierto (que incluye solamente el motor) es igual o menor a la potencia consumida por el motor principal, elevador de cangilones y separador de un molino en circuito cerrado. La molienda en circuito cerrado puede ser controlada con mayor facilidad. El separador usado pueden cambiar la finura y la distribución de partículas del producto rápidamente; es por esto que la molienda en circuito cerrado puede producir cementos con diferentes características como: resistencia, manejabilidad y consistencia entre otras. En harina cruda se puede moler con el mismo retenido en la malla de control, pero el producto contendrá un menor retenido en 145 micras.

6.2.2 NÚMERO DE CÁMARAS 6.2.2.1 MOLINOS CON 1 CÁMARA La mayoría de las materias primas usadas en la producción de harina cruda contiene entre 3% y 8% de humedad y en algunos casos mayores. Para poder realizar una molienda efectiva es necesario el uso de gases calientes para secar el material antes y durante la molienda. Los molinos de una sola cámara mantienen una baja caída de presión inclusive en los casos donde se maneja una gran cantidad de aire. Al eliminar el diafragma intermedio, la cámara de molienda fina se equipa con un emplacado clasificador; esto asegura una correcta distribución de bola dentro del molino. La figura 6.10 muestra un molino monocámara.

Figura 6.10 Molino monocámara con emplacado clasificador.

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Los molinos de una sola cámara son poco usados en la molienda de cemento; en planta Barrientos se tiene un molino de una cámara marca KVS trabajando para la molienda de cemento. Existen algunas desventajas en la operación de estos molinos. Cuando se utilizan para la molienda de crudo se debe tener especial cuidado al presentarse un aumento de humedad del material alimentado, o al existir un desabasto de gases calientes; en ambos casos el exceso de humedad provoca una disminución en la molienda de gruesos. Estas partículas gruesas pasan a la sección de bola fina y no pueden ser molidas. Al suceder esto el molino debe trabajar varias horas con producción baja o nula hasta desgastar el material. Además existe el riesgo de una segregación reversible de bola; esto es, la bola grande se encuentra a la salida del molino y la bola fina en la parte inicial de éste. 6.2.2.2 MOLINOS CON 2 CÁMARAS La subdivisión en dos compartimientos de molienda por un diafragma permite una alimentación del material con una granulometría más gruesa y materiales más duros que en molinos con una sola cámara. En el primer compartimiento encontramos emplacado levantador y bolas grandes (90-50 mm) que realizan la reducción del material principalmente por impacto. Aquí el material es reducido de un tamaño máximo de 5% retenido en 15-20 mm a un nuevo tamaño de 2 mm. El diafragma de la primer cámara tiene una gran influencia en el tiempo de retención y en el tamaño del material que pasa a la segunda cámara. En el segundo compartimiento la reducción del tamaño del material se realiza utilizando bola pequeña (40-15 mm) que realiza molienda por atrición. En esta cámara se utiliza blindaje clasificador y en otros casos levantador según el tamaño máximo de la bola usada. La figura 6.11 muestra un molino de dos cámaras.

Figura 6.11 Molino con dos cámaras. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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Los molinos con dos cámaras tiene la ventaja de dividir los tamaños de bolas en dos cámaras diferentes, tienen poca restricción al flujo de gases y puede inyectarse agua a cualquiera de las dos cámaras. Se usa para moler harina cruda cuando la granulometría de alimentación es muy gruesa o inconsistente; el diafragma impide que los pedazos grandes pasen a la sección de molienda fina. En la molienda de cemento este tipo de molinos es el más usado por las ventajas que ofrece. 6.2.2.2 MOLINOS CON 3 CÁMARAS Para mejorar la eficiencia de molienda se usan molinos de 3 o más cámaras; esto asegura un tamaño de bola óptimo según la granulometría del material dentro de cada cámara. La desventaja se presenta en la caída de presión en el sistema. Cada diafragma restringe el paso de los gases a través del molino, lo que se traduce en un mayor consumo de energía en el ventilador de barrido. Generalmente estos tipos de molinos son usados cuando se tiene un sistema abierto produciendo cementos con altas finuras. La figura 6.12 presenta un molino con tres cámaras. Estos molinos no son usados para moler harina cruda por su alta caída de presión.

Figura 6.12 Molino con tres cámaras.

6.2.3 POSICIÓN DE DESCARGA DEL PRODUCTO 6.2.3.1 DESCARGA CENTRAL La mayoría de las materias primas utilizadas en la fabricación de cemento contienen entre 2% y 8% de humedad y en algunos casos hasta 15%. Para poder moler este material es necesario secarlo antes de la molienda. Esto requiere una gran cantidad de gases calientes disponibles para el secado y poca caída de presión en el sistema. La baja caída de presión ofrecida por la molienda en sistemas de una sola cámara y la alta eficiencia de molienda obtenida en molinos de dos cámaras pueden ser encontrados en los molinos con descarga central. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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En la molienda de cemento el material fresco se introduce al compartimiento de molienda de gruesos; en los casos donde se utiliza para moler materias primas, el material se alimenta directamente a una cámara de secado antes de pasar a la cámara de molienda gruesa. Después de esta molienda el material es descargado del molino a través de orificios que se encuentran en la periferia del casco y es alimentado al separador por medio de un aerodeslizador y un elevador. Las partículas rechazadas por el separador son alimentadas al compartimiento de molienda fina y los finos son capturados por ciclones o colectores de polvos. El material descargado de la cámara de finos es alimentado también al separador. Las cargas de bolas en cada compartimiento son iguales a las de un molino con descarga final. La figura 6.13 muestra un molino de descarga central.

Figura 6.13 Molino de descarga central. El aire de ventilación puede ajustarse de acuerdo a los requerimiento de cada cámara. En casos donde se tienen problemas con el secado de aditivos, como puzolana o escoria, se puede ajustar un mayor flujo en la cámara de molienda gruesa; el yeso puede alimentarse a la cámara de molienda fina donde pasa un menor flujo de gases, evitando así el riesgo de deshidratación. 6.2.3.1 DESCARGA FINAL Como su nombre lo indica, el material es descargado en el extremo opuesto a la alimentación. La mayoría de los molinos construidos hoy en día cuentan con este tipo de descarga por su facilidad de construcción mecánica. El separador, elevador y deslizador utilizados son de menor capacidad en comparación a los utilizados en sistemas con descarga central. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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6.2.4 MÉTODO DE DESCARGA DEL PRODUCTO Los primeros molinos utilizados producían cementos y crudos relativamente gruesos y eran de baja capacidad (entre 5 y 10 tph). El material se introducía, molía y descargaba después de un tiempo; este tipo de proceso se conoce como molienda por lotes o discontinua. A medida que las capacidades fueron aumentando, la necesidad de una molienda contínua fue haciéndose más imperante. Los molinos fueron equipados con dispositivos que alimentaban y descargaban el material por los extremos, transformando al proceso en continuo. 6.2.4.1 DESCARGA POR REBOSE Este tipo de molinos son usados para moler harinas crudas con bajo porcentajes de humedad y la mayoría de los cementos, aprovechando la baja velocidad de paso del material. La descarga del material en este tipo de molinos se realiza usando solamente medios mecánicos; el material al ser molido fluye debido a la presión ejercida por la alimentación fresca. La parte final del molino está equipado con placas que dejan pasar el material, reteniendo solamente los cuerpos moledores. Además, la mayoría cuenta con placas colocadas radialmente para ayudar a fluir al material. En este tipo de molinos se fuerza una cantidad de aire con varios fines: x Desempolvar el interior del molino, retirando así el material fino. x Enfriar el material y ayudar a retirar el vapor generado por el agua de enfriamiento, o evaporado de las materias primas. Las velocidades normales de operación dentro del molino son del orden de 0.8 a 1.2 m/seg , manejando un 10% del material en el flujo de aire. 6.2.4.2 SEMIBARRIDO POR AIRE Estos molinos frecuentemente son usados para secar materiales húmedos. La característica de estos molinos es la utilización de gases calientes dentro del molino con el propósito de desalojar la humedad desprendida por el material. No son utilizados en molienda de cemento por la facilidad de deshidratar el yeso. Además, las velocidades que se manejan en estos molinos son tales que no favorecen el tiempo de residencia del material necesario para crear las superficies específicas determinantes en las resistencias tempranas del cemento. Las velocidades normales de operación dentro del molino son del orden de 1.8 a 2.5 m/seg, manejando un 40% del material por el tiro del molino. Estos molinos cuentan con diafragma de salida y emplacado clasificador. 6.2.4.3 BARRIDO POR AIRE A diferencia de los tipos de molinos mencionados anteriormente, éstos no cuentan con elevador para el transporte de material; esto es, el 100% del material es transportado neumáticamente fuera del molino. Las velocidades típicas de operación dentro del molino son de 3 a 4 m/seg. Ver la figura 6.14. Este tipo de molino es usado cuando se requiere secar un alto porcentaje de humedad y los materiales a moler son poco abrasivos (carbón y harina cruda baja en sílice). Generalmente cuentan con emplacado levantador en la primera sección y Capítulo: 6 Versión: 1.0


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clasificador en la segunda. Carecen de diafragmas y levantadores dentro de ellos, lo cual hace que solamente el material que se encuentra en la superficie sea arrastrado por el tiro.

Figura 6.14 Molino barrido por aire.

6.3 ARREGLOS DE MOLINOS Existe un sin número de arreglos en los sistemas de molienda, todos ellos con diferentes finalidades para el proceso. En esta sección se explicarán las ventajas y desventajas de los principales arreglos existentes.

6.3.1 MOLINOS DE CRUDO Los diferentes tipos de arreglos encontrados en los molinos de crudo son utilizados con la finalidad de secar el material. Los arreglos se encuentran detallados en la sección 4.2 del capítulo Sistemas de Secado.

6.3.2 MOLINOS DE CEMENTO Los arreglos utilizados en la molienda de cemento tiene dos finalidades, obtener el menor consumo eléctrico del sistema y optimizar el proceso químico para obtener las máximas resistencias del cemento. 6.3.2.1 FLUJO DE MATERIAL x Alimentación fresca al molino. La mayoría de los arreglos existentes alimentan el material fresco al molino por medio de una banda transportadora. El material es depositado en la banda de la siguiente manera: primeramente el yeso, después la puzolana y encima el clinker, esto con el fin de no dañar la banda cuando se opere con clinker muy caliente. x Alimentación fresca al separador. En este arreglo uno o todos los componentes del material “fresco” o nuevo son alimentados al separador por medio del elevador que transporta el material descargado del molino o directamente vía una banda. Este tipo de arreglo es muy utilizado cuando alguno de los componentes, como la puzolana, contiene una considerable cantidad del material con la finura buscada en el producto. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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x Descarga de un separador estático. En los molinos barridos o semibarridos por aire se utiliza un separador estático ajustable para aliviar la carga de polvo al colector. Cuando el material arrastrado por el flujo de aire tiene las consignas de finura deseadas, este material puede enviarse como producto terminado. En los casos donde el material arrastrado contiene gruesos, el separador estático se ajusta para que la mayor parte del material que sale con la corriente de aire contenga las finuras deseadas. El material captado por el separador estático se alimenta al separador dinámico para separar las partículas finas que pudieron ser captadas.

Figura 6.15 Posibles arreglos de un sistema de molienda con relación al flujo del material captado por los colectores.

x Descarga del colector de barrido del molino. Típicamente los arreglos de molinos cuentan con dos colectores separados, donde uno de ellos se utiliza para captar el polvo arrastrado por el tiro del molino. El material que viaja en el flujo de aire contiene diferentes grados de finura dependiendo de la velocidad de los gases. Estas condiciones son determinantes para decidir si el material captado por el colector se envía al producto final o al separador dinámico para su clasificación. El parámetro de velocidad dentro del molino depende en gran parte de la cantidad de humedad a retirar y la velocidad de paso del material buscada. La figura 6.15 muestra los posibles arreglos, dependiendo de la finura de los productos de los colectores. x Descarga del separador. En la mayoría de los molinos el material rechazado por el separador dinámico se introduce a la primer cámara del molino junto con la alimentación Capítulo: 6 Versión: 1.0


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fresca. Cuando se tiene un molino de descarga central se tiene la posibilidad de mandar este producto a la primera o a la segunda cámara. En condiciones normales de operación se envía un 10% del producto rechazado a la primer cámara. En condiciones donde la alimentación contiene un alto porcentaje de humedad se desvía una mayor porción del material a la primer cámara con el fin de eliminar la máxima cantidad posible de humedad. Esta situación se muestra en la figura 6.16.

Figura 6.16 Sistema de molienda con molino de descarga central mostrando las posibilidades de manejo del material rechazado por el separador. 6.3.2.2 FLUJO DE AIRE x Recirculación de gases al separador con dos colectores. En este arreglo se tiene la posibilidad de ajustar la temperatura de los retornos entre 80°C y 105°C, según la humedad contenida en los materiales alimentados. Cuando la temperatura de los retornos está en el rango alto, se disminuye el riesgo de prehidratación de los minerales del clinker en el primer compartimiento del molino. Se opera con bajas temperaturas de los retornos cuando los materiales contienen poca humedad. Los retornos con baja temperatura influirán para reducir el incremento de temperatura dentro del molino (causado por la molienda), disminuyendo la inyección de agua. Mediante la admisión de aire frío al separador, se puede regular la temperatura final del cemento y mantenerla entre 80°C y 85°C. La desventaja que presenta este arreglo es un complicado control del flujo de aire, siendo necesario



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mantener una masa de aire constante a través del separador con el fin de no alterar la calidad del producto. El sistema se muestra en la figura 6.17.

Figura 6.17 Sistema de molienda con recirculación de gases al separador, y venteo independiente del molino. x Recirculación de gases al separador con un colector. A diferencia del arreglo anterior, aquí (figura 6.18) se elimina la compuerta de aire frío disminuyendo el aire al colector. La temperatura del material de retorno puede ajustarse por la relación de aire fresco y aire recirculado a través del separador; la temperatura de los rechazos del molino puede variarse en un rango de temperaturas de entre 70°C y 120°C. Esta temperatura deberá ajustarse según la humedad y temperatura de la alimentación.

Figura 6.18 Sistema de molienda con recirculación de gases al separador y con un solo colector. Este tipo de arreglo es apropiado para cuando se utilizan aditivos húmedos y la temperatura del clinker no es muy constante. La desventaja de este arreglo es la Capítulo: 6 Versión: 1.0


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necesidad de utilizar un enfriador de cemento para los casos donde se opere con la máxima temperatura de retornos. x Un colector y un ventilador de aire del barrido del molino. En los dos últimos arreglos el molino es desempolvado directamente a un colector. Otra alternativa en el arreglo podría ser el venteo del molino a través del separador, como se muestra en la figura 6.20. A continuación se realizará una comparación entre dos formas alternativas de venteo del molino. Esta comparación es interesante cuando se controla la mínima temperatura del producto con el fin de eliminar el uso de un enfriador de cemento. En la figura 6.20 se muestra el sistema de ventilación a través del separador, y en la figura 6.21 se muestra un arreglo donde la ventilación se realiza directamente a un colector. Para comparar los dos sistemas, se han calculado los consumos específicos basados en parámetros típicos de presiones, temperaturas y flujos de gases. La figura 6.19 muestra la relación del sistema 6.20 entre el 6.21 en consumo del ventilador, el flujo de gases a través del separador y el volumen total de gases a desempolvar como función de la temperatura de cemento del sistema con ventilación a través del separador, manteniendo en 75°C la temperatura final del cemento del arreglo con ventilación por el colector. 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3

Vol. Total de aire

1.2

Flujo aire Separador

1.1

Consumo Energía

1 0.9 0.8 0.7 0.6 75

77

79

81

83

85

87

89

°C

Temperatura de finos y rechazos

Figura 6.19 Comparación entre arreglos de desempolve del molino. De la figura 6.19 se puede ver que en el caso del venteo del molino a través del separador, manejando una temperatura de cemento de 75°C, el consumo de energía del ventilador es un 70% mayor que el consumo de los dos ventiladores utilizados en el arreglo del venteo independiente del molino. A la misma temperatura de cemento (75°C) se requiere un separador de mayor volumen debido al aumento del 30% en el manejo de aire en el último arreglo. El volumen total a desempolvar es prácticamente el mismo en los dos arreglos, la mayor necesidad de aire se debe a que la cantidad de aire manejado através del molino que pasa por el separador no contribuye al enfriamiento del cemento.



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Figura 6.20 Sistema de molienda con venteo del molino a través del separador. En consecuencia, se hace necesario un aumento en la demanda de aire frío para enfriar el material descargado del molino. El aire frío debe introducirse al separador por medio de una compuerta, la cual genera un caída de presión equivalente a la caída de presión del molino. Esta caída de presión, y en menor grado, el mayor volumen de aire manejado a través del separador, son las razones por las cuales se tiene un mayor consumo de energía en este arreglo.

Figura 6.21 Molienda de cemento con tiro independiente a través del molino y a través del separador. Además, puede concluirse que para el mismo tamaño de separador usado en los dos arreglos (esto es, mismo flujo de aire a través del separador), el arreglo con la ventilación del molino por el separador operará con temperaturas entre 5°C y 10°C más altas en los rechazos y en el cemento que el arreglo alternativo. Concluyendo, las ventajas del arreglo con venteo independiente son: Capítulo: 6 Versión: 1.0


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1. Menor consumo de ventilación y un separador menor. 2. El venteo del molino directamente al colector facilita un mejor control del producto. Asumiendo que el clinker alimentado al molino tenga grandes variaciones de temperatura, el aire del venteo del molino variará en cantidad, temperatura y punto de rocío. Estas variaciones pueden afectar la calidad del cemento si el venteo es a través del separador, a menos que el ventilador, el colector y el separador estén dimensionados para operar en los casos más críticos de temperatura. Cabe señalar que el dimensionamiento del equipo para situaciones extremas cuesta más y operan menos eficientemente. Como ejemplo, supongamos que la temperatura del clinker aumenta, esto causa un incremento en la inyección de agua al molino y la temperatura de punto de rocío. Esto aumenta la masa en el separador y por consiguiente el consumo en el ventilador. En el arreglo alternativo el filtro y el ventilador usados para desempolvar el molino son más chicos que los usados para desempolvar el separador. Aquí los primeros equipos son diseñados para manejar las variaciones en la temperatura de alimentación sin influir grandemente en los costos de inversión. Además, el separador operará en condiciones estables y con aire fresco solamente. Ésto asegura la finura y temperatura del producto constantes sin que el separador y su arreglo de venteo sean diseñados para situaciones extremas.

6.3.3. MOLINOS DE CARBÓN La molienda de carbón se ha desarrollado conjuntamente con los sistemas de calcinación, por lo que las distinciones entre las diferentes tipos se realizará en base a estos sistemas. Como principio, puede establecerse una diferencia entre las instalaciones de inyección directa, semi-directa e indirecta. 6.3.3.1 SISTEMAS DIRECTOS En estos sistemas el carbón es molido e inyectado directamente al horno sin tolva intermedia (figura 6.22).

Horno de Satélites

Figura 6.22 Arreglo de un sistema directo de molienda de carbón. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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El aire caliente necesario para el secado del carbón dentro del molino puede obtenerse de los gases residuales del horno, del enfriador de clinker, o de un generador de gases calientes. El ventilador succiona gas del molino y lo descarga junto con el carbón pulverizado, sirviendo como aire primario del quemador. La desventaja de este sistema es la inyección de aire falso al horno, resultando en un alto consumo de calor. Además, desde el punto de vista del proceso, la producción del molino debe variar según los requerimientos de combustible del horno. También existe una gran interdependencia entre la producción del horno y la del molino; cualquier disturbio en la operación de éste puede resultar en el paro del horno al no contar con ninguna reserva de carbón. 6.3.3.2 SISTEMAS SEMI-INDIRECTOS Esta es una variante del sistema directo, aquí el carbón se muele con un molino barrido por aire. El carbón pulverizado se separa en un clasificador y los finos se recogen en un ciclón. El ventilador del sistema opera con gas limpio del cual parte del flujo que maneja se envía al ventilador de aire primario. El suministro de carbón tiene más independencia de la producción del molino, el ciclón del separador suministra carbón pulverizado al quemador, además funciona como amortiguador para cualquier variación de producción, evitando así disturbios en el horno. Existe una variante cuando se muele y seca carbón con alto contenido de humedad, aquí el exceso de gases húmedos son descargados a la atmósfera pasando a través de un filtro.

Horno de Satélites

Figura 6.23 Arreglo de un sistema semi-indirecto de molienda de carbón. 6.3.3.3 SISTEMAS INDIRECTOS También son conocidos como sistemas centralizados, y se caracterizan por incluir un silo con una determinada capacidad de almacenaje entre el molino de carbón y el quemador. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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Horno de Satélites

Figura 6.24 Arreglo de un sistema indirecto de molienda de carbón. Las ventajas del sistema de inyección indirecta son: independencia de producción entre el molino y el horno, la posibilidad de alimentar a varios sistemas de hornos a un mismo tiempo, la posibilidad de regular en forma óptima el aire primario y la inyección de carbón. Las desventajas de estos sistemas son: mayor inversión inicial del equipo, necesidad de un filtro de gran rendimiento y equipo de gases inertes para seguridad de fuego.

6.4 ELEMENTOS DEL MOLINO DE BOLAS 6.4.1 TUBO DEL MOLINO El molino de bolas es de forma tubular. Esta forma está dada por el casco o carcaza, en el cual se alberga la carga de bola y demás piezas para la molienda del material. En el casco se identifican dos partes: la sección cilíndrica y las tapas o frentes. La sección cilíndrica consta de varios segmentos habiendo sido soldados en los talleres del proveedor, aunque para molinos muy grandes este trabajo de soldado de partes se culmina en planta. El espesor del casco varía directamente con las dimensiones del molino y va, aproximadamente, del 1/100 hasta el 1/75 de su diámetro. Así, para molinos de más de 4 metros de diámetro, el espesor del casco puede llegar hasta 60 o 70 mm. Para la definición del espesor del casco hay que tener en cuenta que los taladros dispuestos para la colocación de las placas de blindaje rebajan la resistencia mecánica de aquél en un 11%, aproximadamente. Esto es debido a las fisuras que pueden iniciarse en estas perforaciones, y en los agujeros de inspección, al estar sujeto a esfuerzos de tensión-compresión por la carga de bola y el peso mismo del casco. Este no debe ser sujeto a soldadura, a menos que se realice alguna reparación en él, como fisuras, etc. Si se requiere perforar el casco se recomienda hacerlo con herramienta de precisión. Los frentes de los molinos se fabrican de una sola pieza, en acero fundido. Estos frentes se componen de la parte cónica y de las uniones al muñón (en caso Capítulo: 6 Versión: 1.0


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de que cuente con este tipo de apoyo) y al casco; ésta última se puede realizar por medio de una brida o por soldadura. La parte cónica de los frentes de los molinos, hoy en día, se fabrica totalmente lisa; las nervaduras de refuerzo, que antes se usaban, perjudican de modo importante las resistencias a las tensiones radiales. Las caras frontales de los molinos están sometidas principalmente a solicitaciones por flexión; las de compresión y tracción son mínimas.

6.4.2 SOPORTES DEL MOLINO Los molinos son sustentados en sus extremos, o cerca de ellos. Existen dos tipos de soportes: el de muñón/chumacera y el de zapata deslizante, que a continuación se explican. 6.4.2.1 MUÑÓN/CHUMACERA En general, los molinos de bola en la industria del cemento van provistos de apoyos lisos, de muñón/chumacera. Éstos consisten en dos superficies lisas, una móvil (muñón, con el giro del molino) y otra fija (chumacera, al fundamento), de material antidesgaste en un baño de aceite. Tienen como funciones: sostener al molino; permitir la rotación del mismo y formar una película de lubricante que pueda carga al molino; y llevar un dispositivo de “levantamiento” de aceite. Un soporte, el del lado de la transmisión, es fijo y hace las veces de soporte de guía, mientras que el otro tiene tolerancia de movimiento axial para permitir las dilataciones del equipo (molino). En la figura 6.25 se muestra un diagrama del soporte.

Figura 6.25 Soporte de muñón/chumacera.

Es de primordial importancia la atención a las condiciones de lubricación de las partes del soporte al momento de arranque y marcha normal. Cuando la lubricación es por anillos, éstos deben girarse una vuelta con la mano antes de que se arranque el molino, al haber estado mucho tiempo parado. Si la lubricación es por circulación de aceite por bombeo, debe asegurarse que la bomba de Capítulo: 6 Versión: 1.0


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recirculación suministre aceite al arrancarse el molino, por lo que debe haber interbloqueo eléctrico entre los motores de la bomba y del molino. Cuando los soportes están provistos de bombas de alta presión, éstas inyectan aceite a presión entre las partes lisas en contacto, inmediatamente antes del arranque, de modo que exista una película de aceite entre ambas. El aceite a alta presión se suministra por un orificio localizado al centro de la chumacera. El lubricante, entonces, suspende el muñón y reduce con ello el rozamiento entre las dos superficies metálicas hasta una cuantía soportable. Cuando el molino ya esté en marcha normal, por lo general debe pararse la bomba de alta presión. El aceite lubricante debe conservarse, siempre a una viscosidad mayor de 6° Engler. Debe monitorearse permanentemente la temperatura de los soportes. Para ello, el sensor debe estar en contacto con el metal antifricción. No se considera adecuado medir y controlar con la temperatura del aceite pues conduce a errores como consecuencia de la mala conductividad térmica del lubricante, siendo posible que el metal ya haya alcanzado una alta temperatura peligrosa antes de que el aceite haya llegado a ella. Para la molienda con secado, los soportes son refrigerados por agua. La cantidad mínima de agua es del orden de 20-25 litros por minuto, para cada apoyo, a una presión máxima permisible de 2 kg/cm2; sin embargo, este flujo puede ser insuficiente si la temperatura del material y/o gases que pasan a través del soporte es demasiada alta, o si el agua se encuentra a temperatura alta; etc. El flujo de agua ha de ponerse en marcha antes de poner en servicio el molino. Al pararse éste, no debe cortarse el flujo de agua antes de que se hayan enfriado completamente los soportes; en caso contrario, la película de aceite entre la partes de contacto sería exprimida antes de haber terminado de contraerse el muñón, lo que haría que las partes de desgaste se arañen. Cuando se fabrican los cojinetes, la superficie de las placas son pulidas hasta tener una aspereza, Ra, no mayor de 0.8 micras. Esta aspereza puede entenderse como la media aritmética de las desviaciones de cada punto del perfil de la placa, Yi, con respecto al punto promedio de este perfil, Lm. En la figura 6.26 se presenta graficado el perfil de las placas, y la identificación de la aspereza.

Figura 6.26 Perfil de aspereza de una placa de una chumacera. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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Para obtener una película de lubricante entre el muñón y la chumacera, estas superficies de contacto deben tener diámetros distintos; de tal modo que, cuando el molino esté parado, se forme una cuña de aceite lubricante de cada lado del punto de contacto. En operación, este espacio también es llenado por aceite. También es importante que la chumacera no abrace al muñón “apretándolo”; si esto sucede por imperfecciones en la fabricación de las placas, se deben rebajar las orillas de la chumacera en el montaje. El perfil de presión es el que se presenta en la figura 6.27. En ella se observa el ángulo E formado por la dirección de carga, P, y la línea que pasa por los centros del muñón y chumacera, que delimita el sector donde la película de aceite es más delgada. También se observa que, inmediatamente antes del punto donde la película es mínima, la presión alcanza su valor máximo. En sentido longitudinal, la máxima carga se encuentra al centro. Los soportes se diseñan para que la chumacera soporte una presión hasta de 15 - 20 kg/cm2 si es de metal blanco, o 25 - 28 kg/cm2 si es de bronce.

Figura 6.27 Distribución de la presión en el soporte muñón chumacera. 6.4.2.2 ZAPATAS DESLIZANTES Otro tipo de soporte empleado en los molinos son las zapatas de deslizamiento, mostrado en la figura 6.28. Este tipo de soporte consiste en un aro de deslizamiento, montado al casco del molino, soportado por dos apoyos fijos, en ángulos de 30° en sentido vertical, que contienen las zapatas de material antidesgaste. El soporte con zapatas de deslizamiento está ejecutado de tal modo que puede utilizarse en ambos sentidos de rotación. En caso de una modificación del sentido de rotación del molino sólamente será necesario invertir la posición de los rascadores de aceite y la disposición de la instalación para el aceite de circulación. Cada una de las zapatas reposa, por medio de asiento esférico (rótula) y un bloque de presión, sobre unos rodillos que pueden moverse en el sentido longitudinal del molino. Este apoyo móvil asegura que las zapatas de deslizamiento Capítulo: 6 Versión: 1.0


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puedan seguir la dilatación térmica del cuerpo del molino. Estos soportes son lubricados por una unidad de bombas, compuesta de dos bombas de alta presión y una de baja presión. Las primeras inyectan el aceite a alta presión (entre 10 y 20 bars) en el arranque que, antes de la puesta en marcha del molino, tienen por función formar una película de aceite entre ambas zapatas y el aro de deslizamiento. Este suministro de aceite se realiza por un orificio al centro de la zapata. La bomba de baja presión funciona como bomba de recirculación de aceite, es decir, aspira el aceite del cárter del soporte bombeándolo a un depósito que está colocado delante de una de las zapatas (antes del contacto aro zapata de deslizamiento). La lubricación ocurre al inmergir el aro de deslizamiento del molino en el aceite del depósito. Las zapatas de deslizamiento están enfriadas por agua, y la entrada de agua refrigerante está colocada en el punto inferior de éstas.

Figura 6.28 Soporte del molino por zapatas de deslizamiento. Las ventajas de los soportes por zapatas sobre los soportes por muñón/chumacera son: x Se suprimen las chumaceras, que en algunos casos han dado lugar a grandes averías. x Al suprimirse los muñones, el molino resulta más corto. Dado que la construcción con zapatas no estrangula la sección libre del molino (como en el caso de muñón/chumacera) no se produce cuello de botella para el paso de gases calientes. x Como consecuencia de la menor distancia entre los soportes, la solicitación mecánica del casco es menor, por lo que puede ejecutarse con menor espesor de chapa. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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6.4.3 TRANSMISIÓN DEL MOLINO La diferencia entre las velocidades del motor y la requerida en el molino hace necesaria el empleo de reductores de velocidad precisos. La trasmisión y reducción del movimiento del motor al molino se puede efectuar de dos maneras mecánicas distintas: por accionamiento lateral (corona/piñón) o por accionamiento central. A continuación se explican cada uno de ellos. 6.4.3.1 CORONA / PIÑÓN La transmisión por corona/piñón consiste en una corona dentada fijada sobre el casco del molino mediante tornillos, accionada por un piñón o con dos piñones instalados en cada uno de los lados del molino. Este tipo de accionamiento hace posible emplear motores de gran velocidad. Los ejes de alta y baja velocidad de los reductores van provistos de acoplamientos elásticos. Los accionamientos con un piñón está limitado a una potencia de 2,500 kW, y en el caso de dos piñones a una potencia de 5,000 kW. Estos tipos de accionamiento pueden presentar variantes en cuanto al número de motores empleados y a los pasos de reducción en la transmisión del movimiento. En las figuras 6.29 y 6.30 se muestran los diagramas de accionamiento empleando uno y dos motores, respectivamente.

Figura 6.29 Accionamiento de piñon y corona dentada, con un motor. La lubricación de estos accionamientos-reductores es mediante la inyección de aceite , con enfriamiento del lubricante en un intercambiador aceite-agua. La lubricación se ve afectada por la velocidad periférica de la corona, la presión entre los dientes y la rugosidad entre los flancos de los dientes. Los movimientos relativos entre los ejes de los piñones y de la corona tienen igualmente un efecto negativo respecto a las condiciones del lubricante, ya que estos desplazamientos provocan sobrecargas incrementando la presión entre los dientes. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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Figura 6.30 Accionamiento, de dos motores, con piñon y corona dentadas. La lubricación de estos accionamientos-reductores es mediante la inyección de aceite , con enfriamiento del lubricante en un intercambiador aceite-agua. La lubricación se ve afectada por la velocidad periférica de la corona, la presión entre los dientes y la rugosidad entre los flancos de los dientes. Los movimientos relativos entre los ejes de los piñones y de la corona tienen igualmente un efecto negativo respecto a las condiciones del lubricante, ya que estos desplazamientos provocan sobrecargas incrementando la presión entre los dientes. 6.4.3.2 ACCIONAMIENTO CENTRAL El accionamiento central consiste en la transimsión de movimiento directamente al eje del molino, a través de un reductor de velocidad de precisión. El accionamiento central es un poco más caro que el accionamiento con corona/piñón. Los accionamientos centrales pueden presentar variantes en cuanto al número de etapas para la reducción de movimiento, y en cuanto al número de motores. En las figuras 6.31 y 6.32 se presentan dos diagramas de estos ejemplos.

Figura 6.31 Accionamiento central en dos etapas, de dos vías, con un motor. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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Algunos reductores de estos tipos son: a).- Reductor en dos etapas, de dos vías, con un motor de accionamiento. b).- Reductor en dos etapas, de dos vías, con dos motores de accionamiento. c).- Reductor en tres etapas, de dos vías, con motores gemelos. d).- Reductor en tres etapas, de dos vías, con un motor.

Figura 6.32 Accionamiento en tres etapas, de dos vías, con motores gemelos. Un ejemplo de reductor de velocidad central de precisión es el Symetro (F.L.Smidth), ver la figura 6.33.

Figura 6.33 Reductor Symetro (F.L.Smidth). El eje de baja velocidad del reductor (el eje de torsión ) puede ser acoplado directamente al molino. El eje de gran velocidad (acoplado al motor y/o embrague) tiene un piñón que engrana en dos ruedas intermedias, colocadas en sendos ejes Capítulo: 6 Versión: 1.0


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intermedios, cuyos dientes engranan en una rueda compensadora. De este modo, la potencia trasmitida se reparte a dos ruedas intermedias y a dos ejes intermedios lo que posibilita la construcción compacta del reductor Symetro. La estructura simétrica del reductor Symetro tiene además por efecto que el eje de gran velocidad y el eje de torsión estén dispuestos uno en prolongación del otro. Los piñones y las ruedas intermedias están provistas de dentado helicoidal sencillo, en tanto que los ejes intermedios y la rueda de equilibrio cuentan con dentado helicoidal doble. La rueda compensadora está fijada, mediante un juego de membranas, al eje de torsión, que reposa en un soporte de zapata de deslizamiento. La zapata de soporte del cojinete de compensación, está suspendida en resortes de discos por medio de dos hierros de soporte. La suspensión flexible de la rueda compensadora, en membranas y resortes de disco, en conexión con los dos aros de guía tiene por efecto que las presiones de los dientes en los dos engranes de la rueda compensadora sean automáticamente mantenidas con igual fuerza. Con esto se asegura que los ejes intermedios transmitan cada uno la mitad de la potencia total. Otro accionamiento central es del tipo reductor planetario, (ver figura 6.43). Estos reductores están compuestos por: x Rueda solar y piñones satélites cementados, templados y rectificados, que engranan con la corona interior. x Portasetélites sujetados por cojinetes. El sistema de los tres planetas y el piñón solar, centrado mediante los tres engranes, sin soporte, garantiza una distribución del momento de giro segura y regular. La temperatura del reductor es gobernada automáticamente de modo óptimo, a través del sistema de circulación del aceite que sirve a la lubricación, en función de la temperatura del exterior. El reductor planetario, realizado con dentado endurecido, pulimentado y corregido tanto en la rueda solar como en los planetas, trabaja con rendimiento de 98.9% a plena carga. El sistema de máquinas acopladas axialmente permite dilataciones térmicas sin deformaciones de la carcaza y sin deterioro del contacto de los flancos de los dientes.

Figura 6.34 Accionamiento central con reductor planetario en dos escalones. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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6.4.4 DIAFRAGMAS DEL MOLINO Cuando los molino son de dos o más cámaras, éstas son separadas por diafragmas; asimismo, al final de la última cámara se suele colocar un diafragma para impedir la salida de las bolas. Los diafragmas intermedios han de impedir el paso de partículas sobredimensionadas a la siguiente cámara, reteniendo a su vez la carga de bola; por tanto, las ranuras abiertas en el diafragma sólo dejan pasar material de un determinado tamaño. El tipo de construcción y el tamaño de las ranuras tienen influencia sobre la finura del producto molido, así como sobre el caudal del molino. Ver la figura 6.35. Placa con ranuras Paletas levantadoras

Pared de entrada (con placas con ranuras)

Rejilla central

Salida de material

Pared de salida (emplacado)

Figura 6.35 Diafragma de un molino y sus partes Los diafragmas constan de varias partes según su uso: una estructura o esqueleto de fijación, que sirve de soporte y al cual se fijan las otras partes; la pared de entrada, formada por segmentos de placas ranuradas, a través de las cuales pasa el material de menor tamaño y retiene la carga de bola de la cámara previa al diafragma; la rejilla central, que sirve para el paso libre de aire a lo largo del molino; los álabes o paletas levantadoras, que levantan y facilitan el transporte de material al siguiente recinto; y la pared de salida. Las ranuras de las placas comunes de entrada (ranuras de abertura establecida) se encuentran posicionadas de tal modo que el área libre sea lo mayor posible sin poner en riesgo la rigidez de la placa misma. La capacidad de transporte del molino está íntimamente ligada a este espacio libre, hablándose de 5 ton/dm2hr, para molienda en vía seca. Los diafragmas Combidan (F.L.Smidth) tienen la pared de entrada diferente, formada por una rejilla a la que se anteponen placas protectoras (sin ranuras) que retienen los cuerpos moledores en la cámara anterior. Ya que la rejilla está protegida contra los impactos de las bolas, su desgaste queda Capítulo: 6 Versión: 1.0


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reducido manteniendo la anchura de los orificios por más tiempo. El área de paso de este diafragma es más del doble que el del diafragma convencional. Otros fabricantes presentan otras opciones en este sentido, haciendo intercambiables las placas centrales, que no tienen contacto con bolas, por rejilla de mayor área libre. Como se ha mencionado, los álabes o paletas levantan el material y facilitan su transporte hacia el siguiente recinto, influyendo en el nivel de material en la cámara anterior. Estas paletas pueden ser radiales o en espiral. Cuanto mayor longitud tengan estas paletas, mayor cantidad de material podrá ser levantado y transportado. Por consiguiente, el nivel de material en la cámara anterior será menor que si cierta cantidad de material molido permaneciera sin ser levantado y transportado por paletas más cortas. Cuando se carece de paletas levantadoras, el nivel de material es máximo en la cámara previa, realizándose el transporte a la siguiente cámara por rebose en la pared de salida. La longitud de las paletas se ajusta en la puesta en marcha del molino, hasta el nivel de material tal, que se obtengan los mejores resultados de molienda para cierto tipo y calidad de producto. Algunos diafragmas modernos (Christian Pfeiffer) regulan este paso de material mediante la abertura de salida a la siguiente cámara. Esto evita el tener que trabajar en la posición de las paletas, que resulta tedioso por su ubicación y acceso. Cuando se utiliza el diafragma con paletas largas y completas axialmente (de pared anterior a pared posterior), ocurre que la capacidad de transporte es tan alta que el nivel de material baja y la eficacia de molienda disminuye. En contra parte, se introdujo un diafragma sin paletas levantadoras (Sonex de F.L.Smidth), que resulta en un elevado nivel de material, porque el material tiene que sobrepasar un anillo de retención alto (pared de salida). Éstos tienen como características una buena economía de molienda y bajo nivel de ruido de molienda; sin embargo, debido al alto nivel de material en el molino, los consumos de energía son bajos por lo que resulta necesario fabricar molinos con mayores dimensiones para obtener el mismo consumo de potencia. Una mediación entre estos dos tipos es un diafragma con paletas cortas (Stanex de F.L.Smidth), que permiten el mantenimiento de un nivel de material casi constante en las cámaras y tan alto que esté asegurada la eficacia de molienda adecuada sin obtener al mismo tiempo una reducción del consumo de energía.

6.4.5 BLINDAJES DEL MOLINO El blindaje es el revestimiento interno del molino, formado por placas de acero, que protege al casco del impacto de las bolas. Además, tiene como funciones propias de molienda, alguna(s) de las características siguientes: x Levantar las bolas al girar el molino, para el efecto de molienda por impacto o por atrición sobre el material según el grado o nivel de levantamiento; o x Clasificar las bolas en el interior del molino, manteniendo una distribución adecuada de bolas (por tamaño) para la molienda del material a lo largo del molino. Estas placas pueden ser fijadas al casco por diversas maneras. 6.4.5.1 TIPOS DE BLINDAJES Capítulo: 6 Versión: 1.0


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Los blindajes levantadores tienen como función la de levantar las bolas durante el giro del molino, hasta un punto del que caen libremente. Los perfiles son distintos si se trata para bola grande o bola chica. En el primer caso son característicos los blindajes en forma de escalones, los de forma ondulada, los de doble ondulado, etc., todos en sentido circunferencial. Los blindajes para bola chica tienen perfil corrugado (Dragpeb de F.L.Smidth). En la figura 6.36 se muestran algunos tipos de blindajes. Clasificador Dragpeb

Escalonado

Ondulado

Figura 6.36 Blindajes clasificadores y levantadores. Los blindajes clasificadores tienen como función distribuir la carga de bolas dentro del molino, manteniendo las bolas grandes hacia la entrada y las chicas hacia la salida. Se emplean cuando en una cámara se tiene una carga con una amplia granulometría de bolas. A lo largo del molino, se va observando una disminución gradual del peso unitario de bola, de manera que se obtiene casi el efecto de dos cámaras en una sola. Así, se obtiene una molienda más eficiente que si se tuviera una carga mezclada de bolas grandes y chicas; adicionalmente, las bolas chicas no serían dañadas por el impacto de las grandes, lo cual repercutiría en alto desgaste. Los blindajes clasificadores son escalones, en sentido axial, montados con la inclinación vista desde la entrada al molino. Con este blindaje, al ser golpeado por la bola, ésta tiende a irse hacia atrás (en sentido contrario al flujo de material). Así, cuanto mayor sea la bola, mayor será el impacto y tendrá a proyectarse hacia la entrada. Ver figura 6.37. Flujo de material

Blindaje clasificador

Figura 6.37 Efecto clasificador del blindaje. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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6.4.5.2 FIJACIÓN DEL BLINDAJE La instalación de los blindajes al casco del molino puede realizarse de diferente manera: atornillado, acuñado o montado. La figura 6.38 muestra las formas más usadas de fijación de blindajes.

Blindaje montado

Blindaje atornillado

Blindaje acuñado Figura 6.38 Distintos métodos de fijación del blindaje. En el primer caso, cada placa de blindaje es atornillada al casco, independiente una de otra. Las placas cuentan con un orificio al centro, a través del cual pasará el tornillo de fijación. Los blindajes acuñados consisten en hileras de placas atornilladas al casco (como la anteriores) no consecutivas; la(s) hilera(s) intermedias se encuentran acuñadas entre las atronilladas. Los blindajes montados tienen ranuras o canales laterales para sujetarse en perfiles soldados o atornillados al casco. Otros tipos de blindajes, aunque menos comunes, son los montados, sin fijación alguna al casco (similar a la instalación de refractario en un horno).

6.4.6 CARGA DE BOLA DEL MOLINO Las bolas o cuerpos moledores son los que, por acción del movimiento del molino y la geometría del blindaje del mismo, someten al material a ser molido. De allí la importancia en la definición y mantenimiento de la carga de bolas, para lograr una molienda a niveles óptimos y constantes. Las cargas de bola se rigen de manera general por tres aspectos importantes: x la bola de mayor tamaño (tamaño máximo de bola) x la composición de los cuerpos moledores (peso promedio unitario, superficie específica de la carga y la composición) x la cantidad de bolas en el molino 6.4.6.1 TAMAÑO MÁXIMO DE BOLA Para el cálculo del tamaño máximo de bola existen varias propuestas, que consideran las características del sistema de molienda y del material a moler. La más empleada es la fórmula correspondiente de Bond: Capítulo: 6 Versión: 1.0


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B

k Fk80 3

S WiBond Cs D

donde: k= Fk80 =

Constante (36 para bolas de acero). Tamaño del material alimentado, expresado como la abertura del tamiz que retiene el 20%, en mm. S= Densidad real del material a moler, en g/cm3. WiBond = Índice de molturabilidad según Bond; es decir, la energía específica necesaria para moler la alimentación a una finura que corresponda al 80%, pasando un tamiz de 100 micras. El índice está dado en kWh/t. Velocidad del molino, en porcentaje de la velocidad crítica. Cs = D= Diámetro efectivo del molino, en m. Para una primera cámara se considera el Fk80 de la granulometría del material fresco alimentado (sin considerar retornos). Para una segunda cámara se considera, normalmente, que el material entra con un residuo del 20% de partículas mayores de 0.5 mm. Otra fórmula para determinar el tamaño máximo de bola es la de Papadakis. Para ello, utiliza un molino de ensayo y transforma el resultado en el correspondiente a un molino mayor. Supone que la relación entre la energía cinética de las bolas y el tamaño máximo del material molido, es constante. La energía cinética está determinada a partir del peso (~B3) y de la altura de la caída (~D). B 31 D 1 B 32 D 2 2 2 F1k100 F2k100 Admitido esto, el diámetro máximo de bolas para el molino mayor, se calcula como sigue: 2 F2k100 D 3 B2 1 B 31 2 F1k100 D 2 El tamaño mínimo de bolas se rige, prácticamente, por el tamaño de las ranuras del diafragma intermedio o de salida, según la carga de la cámara de que se trate. Sin embargo, Kassatkin calcula el tamaño mínimo por la fórmula: Bmín

Fk100

V2 1.28 E Ubola D

donde: Bmín = Tamaño mínimo de las bolas, en cm. Fk100 = Tamaño máximo de la alimentación, en cm. V= Resistencia a la compresión del material molido, en kg/cm2. E = Módulo de elasticidad del material molido, en kg/cm2. Ubola = Densidad real de la bola, en g/cm3. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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D=

Diámetro efectivo del molino, en cm.

6.4.6.2 CARACTERÍSTICAS DE UNA CARGA DE BOLAS EQUILIBRADA La composición de la carga de bola está caracterizada por dos aspectos: el peso promedio de las bolas (gr/pza.) y la superficie específica de la carga (m2/ton); de tal modo que, el mantenimiento de la carga de bolas consiste en que estos dos parámetros se mantengan constantes, reponiendo el desgaste con la cantidad adecuada de bola del tamaño correcto. A esta filosofía de carga de bolas se conoce como carga de equilibrio. Para la reposición de bolas conservando la carga, se considera que las bolas se desgastan de manera constante en sentido radial, sin importar el tamaño de la misma. Para ilustrar la carga de equilibrio a desgaste constante, se considera de manera simplificada una carga con 100 bolas de tamaños consecutivos desde 1 hasta 100 mm. Al cabo de cierto tiempo de operación, durante el cual se ha provocado un desgaste de 0.5 mm de cada bola, se encontrará que la bola más grande tiene ahora un diámetro de 99 mm (originalmente era de 100 mm); y que la bola más pequeña en la carga original (de 1 mm) ha desaparecido. Así, para tener nuevamente la distribución original de la carga de bolas, basta con agregar una bola de 100 mm. Los cálculos del peso unitario (i) y de la superficie específica (o), se realizan para la fracción mayor de una muestra de bolas, tomada como se indica en la sección 1.3 Técnicas de Muestreo de Bola. Debe entenderse como fracción mayor, las bolas con diámetro mayor a la mitad del diámetro máximo nominal, obtenido con la fórmula de Bond para tamaño máximo de bola; esto es, por considerarse que, por debajo de esta medida, el efecto de molienda eficiente de la bola es nulo. El peso de una bola (en gramos) se puede calcular en función de sus dimensiones (diámetro en cm) y su densidad (en g/cm3):

i

4.084 d3

Sin embargo, de manera práctica, la muestra de bolas se pesa y se cuentan las mismas, resultando el peso unitario como el cociente del peso total de las bolas entre el número de bolas totales. La superficie específica de una bola, se calcula mediante el desarrollo de la siguiente fórmula: Superficie S d2 o S 3 Peso d U 6

o

6 d U

para tener la superficie en función del tamaño unitario, (i), considerando la densidad del hierro de 7.8 g/cm3, se tiene: Capítulo: 6 Versión: 1.0


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1.23 3 i

o

El cálculo de la superficie toma como base el peso unitario medio de los cuerpos moledores y supone que todos los cuerpos moledores son esféricos. 6.4.6.3 COMPOSICIÓN DE UNA CARGA DE BOLAS EQUILIBRADA x Distribución de las bolas por tamaño. Para conocer la distribución por tamaño de bolas en una carga equilibrada, se supone que está siendo compensado el desgaste continuamente. Así, el comportamiento está expresado por la ecuación: a dx A (dx) 2s

donde: A = Número de bolas del tamaño entre x y x+'x. a = Rapidez de reposición con bolas de diámetro D, en bolas/seg. s = Rapidez del desgaste radial de las bolas, en cm/seg. Para conocer el peso de estas piezas, bastaría con multiplicarlas por el volumen unitario de cada una de ellas y por su densidad. La expresión sería:

³ 6S x U 2a s dx 3

Q

que, desarrollándolo para una fracción de la carga; es decir, para bolas menores de un tamaño d: d

S U a 3 x dx 12 s 0

³

d

Q0

d

Q0

S U a d4 12 s 4

Igualmente, para la carga completa, es decir, para todas las bolas con tamaños de 0 a D: D

Q0

S U a D4 12 s 4

El cociente de estas 2 expresiones, resulta ser la fracción de bolas menores de cierto tamaño (d) con respecto al total de la carga:



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d

Q0 D Q0

d4 D4

Si en esta ecuación se sustituye el rango completo de proporciones, es decir de 0 a 1.0, se obtendría la siguiente distribución de los tamaños de bola en la carga: Bola menor del 10% del tamaño máximo (0.1D) = 0.01% Bola menor del 20% del tamaño máximo (0.2D) = 0.16% Bola menor del 30% del tamaño máximo (0.3D) = 0.8% Bola menor del 40% del tamaño máximo (0.4D) = 2.6% Bola menor del 50% del tamaño máximo (0.5D) = 6.0% Bola menor del 60% del tamaño máximo (0.6D) = 13.0% Bola menor del 70% del tamaño máximo (0.7D) = 24.0% Bola menor del 80% del tamaño máximo (0.8D) = 41.0% Bola menor del 90% del tamaño máximo (0.9D) = 66.0% Bola menor del 100% del tamaño máximo (1.0D) = 100.0% Se observa que el peso de las bolas menores de la mitad del tamaño máximo (0.5D) es únicamente el 6%. Cuando se separan las bolas menores de cierto tamaño (m) de la carga de bola, la distribución de éstas resultaría integrando la expresión antes mencionada desde m hasta D, y no de 0 hasta D. S U a D4 m 4 4 12 s

D

Qm

x Peso unitario. Para calcular el peso unitario promedio de las bolas de una carga equilibrada, se divide el peso total de la carga entre el número de bolas de la misma. Así, retomando las expresiones anteriores, el cálculo sería: D

D

A0

a D 2s

³ 2a s dx 0

S U a D4

D

i

Q0 D A0

a D

i

48 s

2s

S U D3 24

o sea, un cuarto del peso de las bolas empleadas para compensar el desgaste. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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En caso de que se separen las bolas menores de cierto tamaño m, el peso unitario se calcula como: S U a (D 4 m4 )

D

Qm D Am

i

a (D - m)

48 s

2s

S U (D 4 m4 ) 24 (D m)

i

x Superficie específica. La superficie específica también se calcula a partir de las mismas expresiones mencionadas anteriormente. En estos casos, se parte del cálculo de la superficie de la carga de bola (de 0 a D): D

³

D

S0

a dx 2s

S x2

0

S a D3 2s 3

La superficie específica se obtiene de dividir esta superficie entre el peso: D

S0 D Q0

o

S a D3

6s S U a D4 48 s o

8 UD

En el caso de que se separen las bolas menores de m, la superficie específica se calcula con las fórmulas: D

o

Sm D Qm

S a (D 3 m3 )

6s S U a (D m ) 48 s 4

o

4

8 D 3 m3 U D 4 m4

6.4.6.4 CANTIDAD DE LA CARGA DE BOLAS La cantidad de la carga de bolas, y algunas características geométricas del molino están íntimamente ligadas al consumo de energía; y éste es, a su vez, Capítulo: 6 Versión: 1.0


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traducido en capacidad de molienda. Por lo tanto, la cantidad de bolas representa la capacidad potencial de molienda. Las fórmulas y consideraciones para el cálculo de la energía en un molino se encuentran en el capítulo 2.1 Cálculos Relacionados con la Carga de Bola. 6.4.6.5 EJEMPLOS DE CARGAS DE EQUILIBRIO En las tablas 6.2 y 6.3 se encuentran las distribuciones de algunas cargas de bolas equilibradas, en porcentaje peso, sugeridas para emplear en los molinos. También se encuentran los tamaños de bola con los que se compensa el desgaste, el peso unitario y la superficie específica de la carga. Estas cargas de bola se han dividido en dos tablas: una para bolas grandes, características para la primera cámara; y la otra para bolas chicas, características para la segunda cámara.

Tabla 6.2 Cargas de equilibrio para bolas grandes. Desgaste compensado con 90 mm 90 mm 90 mm 80 mm 80 mm 70 mm 70 mm 80 mm 70 mm 70 mm 60 mm bolas de tamaño: 90 mm 23% 12% 12% 80 mm 32% 29% 16% 26% 13% 70 mm 21% 28% 25% 36% 32% 29% 15% 60 mm 14% 18% 25% 22% 31% 37% 36% 50 mm 8% 10% 15% 13% 17% 21% 30% 40 mm 2% 3% 7% 3% 7% 11% 16% 30 mm 2% 3% Peso unitario i (g/pza) 1400 1150 890 980 790 660 510 Sup. específica o (m2/ton) 11.3 12.0 12.9 12.7 13.6 14.5 15.7

Tabla 6.3 Cargas de equilibrio para bolas chicas. Desgaste compensado con 25 mm 25 mm 20 mm 20 mm 15 mm 20 mm 15 mm bolas de tamaño: 25 mm 40% 20% 20 mm 41% 46% 51% 26% 15 mm 17% 30% 43% 53% 62% 10 mm 2% 4% 6% 21% 36% 5 mm 2% Peso unitario i (g/pza) 30 20 15 10 6 2 Sup. específica o (m /ton) 41.0 46.0 51.0 59.0 68.0

6.4.7 OTROS ELEMENTOS INTERNOS DEL MOLINO 6.4.7.1 DÁNULAS Capítulo: 6 Versión: 1.0


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Las dánulas sirven como dispositivos de retención de material. Se empezaron a utilizar cuando F.L.Smidth optó por la filosofía de disminuir el tamaño de las bolas en la segunda cámara de molienda, y cuando se empezó a disminuir el peso específico de los cuerpos moledores al utilizar cylpebs y minipebs. Con la utilización de dánulas se prometió entre un 2% y 3% de aumento en la producción. En una segunda cámara larga se pueden llegar a utilizar hasta 4 o 5 dánulas, separadas con una distancia de 80 a 90 cms. Las dánulas pueden ser abiertas o cerradas. Al emplearlas, se observa un aumento del consumo de energía (en la cámara 2) en aproximadamente un 3%, lo que da un 2% de los kW totales del molino. Así, tenemos una mayor molienda en esta cámara. Las desventajas que presentaron estos arreglos fueron: tanto los anillos dánulas, como los cylpebs y minipebs resultaron muy caros; y no se lograron economías importantes en la molienda cuando se molía a un mismo Blaine, ya que había que subir la finura en la malla de control (estos arreglos aumentaban la pendiente de la curva RRSB). La siguiente figura muestra una pieza de dánula abierta.

Figura 6.39 Anillo dánula en la cámara de molienda fina. 6.4.7.2 ANILLOS DE RETENCIÓN. La función de los anillos de retención es el de asegurar un nivel constante del material en toda la longitud de la cámara de molienda; son especialmente adecuados para materiales que contienen conglomerados, ya que estos se retienen en el molino durante más tiempo. En ocasiones, se tiene la posibilidad de ajustar su altura. El anillo de retención esta hecho de material resistente a la abrasión (como Ducrodan).

6.4.8 MATERIALES La vida de las piezas del molino (blindajes, placas y bolas) dependen de factores mecánicos y de operación, pero en gran medida también del material de Capítulo: 6 Versión: 1.0


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construcción. Los desarrollos tecnológicos en la metalurgia han ampliado el rango de materiales empleados en las piezas del molino, mejorando las propiedades mecánicas de las mismas. Las siguiente tablas muestran algunas de las características de los materiales empleados en la fabricación de las partes de los molinos. Tabla 6.4 Materiales usados para fabricación de blindajes y bolas. Material

Forjada Normal

Forjada templada

Acero blanco

Dureza HB

350 - 425

600 - 700

400

Acero de aleación 600 - 700

Uso Crudo, Materiales blandos y no abrasivos Crudo, Materiales blandos y poco abrasivos Crudo, cemento y materiales abrasivos Crudo, cemento y materiales abrasivos

Desgaste (gr/kWh) Tamaño de Bola Molino de Molino de Crudo Cemento Bola grande y bola chica

Bola grande y bola chica

Bola chica

Bola grande y bola chica

15 - 30

20 - 40

3 - 10

5 - 15

10 - 20

10 - 20

2-8

2 - 10

2-6

5 - 15

2-5

2-5

1-3

1-3

Tabla 6.5 Materiales usados en bolas para molinos de cemento blanco. Materiales desprovistos de hierro usados en al fabricación de cuerpos moledores para la industria del cemento blanco Materiales básicos Peso de la bola de 40 mm. Desgaste por abrasión Porcelana densa 74 gramos Muy grande Teflón con núcleo de acero 95 gramos Grande Corindón sinterizado 120 gramos Pequeño Carburo de tungsteno 500 gramos Despresiable



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Los materiales empleados para la fabricación de partes del molino son: 1.- Acero forjado que se encuentra en 2 formas : normal y templado. 2.- Acero blanco. 3.- Acero de aleaciones. El acero al manganeso es tratado térmicamente hasta una dureza de 225 HB. Durante el uso de placas de este material, el impacto de las bolas incrementa la dureza en la superficie hasta 400 HB, mientras que por debajo se mantiene dúctil. La fundición blanca tiene mayor dureza, 360 a 450 HB. No tiene buena resistencia al impacto, pero si es resistente a la abrasión. La fundición blanca con cromo y níquel es altamente resistente al desgaste pero sensible al impacto. Se caracteriza por tener una dureza de 550 HB, y por una estructura de martensita y austenita en carburos muy duros. El acero al cromo y molibdeno, al ser endurecido y templado, tiene una estructura de granos finos de carburos, martensita y bainita. Si se varía el tratamiento térmico, en ciertos límites, se pueden alcanzar diferentes grados de dureza y rigidez, obteniendo buenas resistencias al impacto y al desgaste. Este material es frecuentemente utilizado en diafragmas cuando se usan bolas duras y muy grandes. La aleación acero-cromo (Ducrodan de F.L.Smidth) tienen una estructura de carburos extremadadmente duros en una matriz de austenita y martensita. Presenta buena resistencia al impacto y desgaste. Si el contenido de cromo es alto, la dureza excede los 500 HB antes del tratamiento térmico, después del cual puede ser mejorado por normalizado, endurecido y templado.

6.5 DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO El diseño y dimensionamiento de un molino de bolas se fundamenta en tres aspectos básicos iniciales: x Características de la materia prima; es decir, molturabilidad, humedad, distribución granulométrica, abrasividad, etc. x Calidad del producto deseado; o sea, la distribución granulométrica del producto, principalmente. x Capacidad de producción. El tercero, en función de los primeros dos aspectos y de la tecnología disponible, determinan el consumo de energía y aspectos de dimensionamiento del molino (y equipos periféricos). El consumo de energía es una función de la cantidad de material molido, la facilidad de este a ser molido, la granulometría de la alimentación y la granulometría deseada en el producto: Energía = f(Capacidad, Molturabilidad, Granulinicial Æ Granul.final) El mercado ha demandado productos de mayor finura con el correr de los años; por ello, el consumo de energía se ha visto incrementado en este sentido. El diseño influye en el consumo de energía en aspectos tales como: tipo de Capítulo: 6 Versión: 1.0


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circuito de molienda (abierto o cerrado); tipo de separador; uso de aditivos de molienda; distribución de la carga de bola y tipo de blindaje; calidad del producto; etc.

6.5.1 POTENCIA DEL MOTOR PRINCIPAL Para el cálculo de potencia, que es normalmente el cálculo con que se parte al dimensionar un molino, se requiere saber el consumo de energía esperado por el material y la capacidad a que se dimensiona el molino. El consumo de energía se puede obtener de pruebas de laboratorio (ver 3.2 Molturabilidad), cuyos valores son escalados, a nivel industrial, con índices obtenidos en la práctica para aspectos tales como: tipo de separador, tipo de molienda (vía seca o húmeda), tipo de circuito de molienda (cerrado o abierto), etc. Cada proveedor cuenta con sus propias consideraciones, como producto de su vasta experiencia en el ramo. Así, la potencia necesaria en el motor para moler será la de multiplicar este consumo específico de energía por la capacidad del molino, e incluir algún factor de seguridad de dimensionamiento: kWmotor

Consumo específico de energía Capacidad Factor de seguridad

6.5.2 DIMENSIONES DEL MOLINO Con la capacidad del motor, se selecciona el molino estándar en tablas del proveedor. En la tabla 6.6 se encuentra un ejemplo de molinos estándares de F.L.Smidth para cemento. Estos molinos han sido calculados a partir de una molturabilidad estándar de clínker y para un producto y sistema definidos. Tabla 6.6 Molinos estándares F.L.Smidth Capacidad* t/h 59 81 77 107 101 140 137 189 184 253

Tamaño del Molino** 34X11.5 34X16 38X11.5 38X16 42X12 42X16.5 46X13 46X17.5 50X14 50X19.5

Motor kW 1650 2270 2160 3000 3830 3930 3830 5300 5150 7100

RPM

17.8 17.7 16.8 16.8 15.8 15.9 15.5 15.3 14.9 14.7

Máxima Carga Peso del de Bolas Molino*** ton 132 178 159 219 196 270 241 344 310 431

ton 153 197 174 224 205 259 247 321 315 421

* Basado en clínker normal. Blaine de 3000 cm2/g. Sepax ** Molinos de igual diámetro, longitud variando en 0.5 m *** No incluye carga de bolas ni reductor



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De igual modo, se cuenta con molinos estándares para crudo y carbón. Como puede observarse, existen diversas combinaciones de tamaño de motor, diámetro y longitud. Sin embargo, en la práctica se ha notado que la relación diámetro/longitud obedece a las siguientes cantidades, en circuito cerrado: Molinos de cemento L/D = 2.6 a 3.8 Molinos de crudo barridos por aire L/D = 1.5 a 2.0 Molinos de crudo de 2 cámaras L/D = 2.0 a 2.5 Molinos de crudo de 3 cámaras L/D = 1.7 a 2.2 Molinos de crudo de descarga central L/D = 2.1 a 2.7 Los molinos en circuito abierto tienen una relación L/D de 3.0 a 6.0. Cuando la relación L/D disminuye, la carga circulante se incrementa. La ubicación del diafragma intermedio se realiza evaluando los consumos de energía específicos y grados de llenado, por cámara. Finalmente, se selecciona aquélla que se acerque más a parámetros de producto en cámara 1 de: 15% retenido en 0.5 mm, 7% de retenido en 1.0 mm, y 2% retenido en 2.0 mm; y un consumo de 10 kWh/ton en esta misma cámara, aproximadamente, para valores de grado de llenado “normales”.

6.5.3 EQUIPOS PERIFÉRICOS Los equipos periféricos se determinan en base a la carga circulante con que trabajaran. Ésta dependerá de la calidad del producto, del tipo de separador y de la capacidad de producción. Las consideraciones son: x Transporte de alimentación y producto. Se dimensiona con un 20% sobre la capacidad de producción de garantía del molino (tph*1.2). x Transporte de retornos. Se dimensiona con un 25% sobre la carga circulante esperada, de la capacidad de garantía del molino (tph*(FC-1)*1.25). x Transporte del molino al separador. Se dimensiona con un 25% sobre la descarga del molino (tph*FC*1.25).

6.5.4 CARGA DE BOLA Los parámetros principales para diseñar una carga de bolas son: La granulometría de la alimentación. La molturabilidad de la alimentación. El diámetro del molino. La velocidad de giro del molino. Las dimensiones de las ranuras del diafragma. Inicialmente, se calcula el tamaño máximo de bola para la cámara 1, tal como se vió en la sección 6.4.7.1 Tamaño Máximo de Bola, con la alimentación fresca; para la cámara 2 se considera todo el material que sale de la cámara 1. Por otro lado, el tamaño máximo de bola para la cámara 2 depende del ancho de las ranuras del diafragma de salida. El tamaño mínimo debe ser el menor de la carga de equilibrio obtenida por el tamaño máximo de bola ya calculado y/o, cuando menos, dos veces el ancho de las 1. 2. 3. 4. 5.



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ranuras mencionadas. En algunas ocasiones, especialmente cuando la granulometría de la alimentación al molino es muy amplia, se pueden mezclar 2 o más cargas de equilibrio distintas y en diversas proporciones; por ejemplo, una carga con tamaño máximo de bola de 90 mm y otra con 80 mm pudiendo estar en proporciones 50%50%, 30%-70%, etc. Este ajuste se realiza, normalmente, en las pruebas de puesta en marcha del molino y durante su optimización, por el especialista. Los molinos monocámaras tiene la particularidad de contar con dos (o más) cargas de equilibrio “mezcladas”, pero distanciadas por el blindaje clasificador (carecen de diafragma intermedio). En este caso, cada carga de bola se calcula a partir de “longitudes imaginarias” de cada “cámara” (ubicación del diafragma intermedio, imaginariamente) con un mismo grado de llenado. Las relaciones de las longitudes resultan ser de 40/60 a 45/55, aproximadamente. Los consumos de energía, para crudo son: 5-6 kWh/ton en “cámara 1” (bola grande) y 6-7 kWh/ton en “cámara 2” (bola chica). Las cargas de bola empleadas son, generalmente: x Para molienda de carbón, 50 mm a 25 mm (ó 15 mm). x Para molienda de crudo, 90 mm a 25 mm. x Para molienda de cemento (con premolienda), 50 mm a 15 mm.

6.6 EL PROCESO DE MOLIENDA La física de la fractura ha sido desarrollada principalmente en el área de la prevención de fracturas de estructuras. Es hasta tiempos relativamente recientes cuando ha sido aplicada a la molienda. De cualquier forma, su introducción ha representado una mejora considerable en el entendimiento de los mecanismos de rompimiento. Los métodos de aplicación de fuerzas a una partícula afectan el patrón de rompimiento y se reconocen cuatro formas básicas de aplicación de dichas fuerzas: x Impacto: rompimiento de la partícula por la acción de una sola fuerza rígida; x Compresión: desintegración de la partícula entre dos fuerzas rígidas; x Corte: desgarramiento de la partícula por la acción de fuerzas rígidas o el remolino de un fluido; y x Atrición: el desgaste por frotamiento de una superficie sobre otra, pudiendo ser una partícula contra una superficie rígida, o contra otra partícula. En la práctica es difícil definir, para un tipo de molienda dado, el método de aplicación de fuerzas predominante. Sin embargo, desde el punto de vista teórico, es importante distinguir entre estos métodos de aplicación de fuerzas. Se define la dureza de un material como su resistencia a la deformación, y se determina normalmente por pruebas de penetración por materiales muy duros. Por otra parte, se define la tenacidad de un material como la resistencia a la fractura. El cociente entre la dureza y la tenacidad se define como índice de rigidez. Los materiales con alto índice de rigidez serán más fáciles de molturar; aquellos con bajo índice de rigidez serán difíciles de molturar por su elevada tenacidad. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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6.6.1 PROPAGACIÓN DE GRIETAS EN SÓLIDOS La mayor parte de los sólidos tienen ciertas partes mas débiles que otras debido a la presencia de defectos, como: dislocaciones, microgrietas, fronteras entre cristales e impurezas. Ante la aplicación de una fuerza externa, los esfuerzos se concentran en las puntas de las deformaciones y las grietas se inician en estas. Por medio de un balance de fuerzas en el extremo móvil de la grieta, se ha demostrado que el esfuerzo debe alcanzar un valor crítico para que se inicie la grieta. Una vez que ésta se ha iniciado, si el esfuerzo de deformación no es relevado rápidamente, el sistema se convierte en inestable y la propagación de la grieta se acelera rápidamente a altas velocidades, alcanzando hasta 40% de la velocidad del sonido dentro del sólido. Durante este rápido proceso, la energía de deformación liberada excederá la energía requerida para la generación de superficie, por lo que la energía remanente puede concentrarse en otras grietas en el material y propagar también éstas. Una vez que una grieta comienza a distribuirse, pueden presentarse fracturas. En los materiales con elevado índice de rigidez, la energía aplicada por una fuerza externa es liberada más como propagación de grietas que como deformación, por lo que son más fáciles de fracturar.

6.6.2 PATRÓN DE ESFUERZOS EN LAS PARTÍCULAS Los principales factores que afectan el patrón de esfuerzos dentro de la partícula son: x El número y dirección de las fuerzas. x La velocidad de aplicación de las fuerzas. x El tamaño y forma de la partícula. Cuando una partícula rígida es sometida a una sola fuerza, debajo del área de contacto se desarrolla una zona de concentración de esfuerzos de forma cónica, en la que la degradación de la partícula es intensa, en comparación con la del espacio externo a esa zona. Por lo tanto, los finos se derivan principalmente de esta zona y los gruesos se derivan del resto de la partícula. En una partícula sometida a la acción de varias fuerzas, las grietas avanzan desde cada una de ellas en dirección de las otras, como se ve en la figura 6.40.

Figura 6.40 Desarrollo de grietas bajo la acción de fuerzas múltiples. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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Por otra parte, la probabilidad de rompimiento de una partícula aumenta con el número de fuerzas aplicadas, hasta un número del orden de diez. Si se aplican más de éstas, la probabilidad de rompimiento decrece y aumenta la probabilidad de que las grietas corran únicamente cerca de la periferia del sólido. Esto tiene especial interés en el caso de los molinos que trabajan con una cama de material, donde es muy importante eliminar los finos ya que de otra forma, la probabilidad de que las partículas grandes se rompan se ve reducida por el aumento de contactos debidos a las partículas pequeñas. La velocidad de aplicación de la fuerza es más importante para los materiales viscoelásticos que para los rígidos. Los materiales viscoelásticos son fracturados más facilmente a altas velocidades. Por eso, los materiales plásticos son mejor molturados por impacto que por compresión lenta. En cuanto al tamaño de partícula, las pequeñas tienen un patrón de esfuerzos internos diferente al de las grandes, debido principalmente al tamaño de las imperfecciones, a la energía elástica almacenada y a la deformación plástica. En general, ésto las hace más difíciles de romper. Al reducirse el tamaño de las partículas, también se reduce el tamaño de sus imperfecciones; por tanto, los niveles de esfuerzos tienen que ser incrementados de manera correspondiente. La segunda razón por la que las partículas pequeñas son más difíciles de romper es que la energía elástica almacenada al momento de iniciar la grieta disminuye proporcionalmente al volumen, mientras que la energía necesaria para la propagación de la grieta se reduce proporcionalmente al área transversal. Por tanto, al reducir el tamaño de partícula puede suceder que la energía almacenada y liberada en el momento de iniciar la grieta no resulte suficiente para la propagación y, por lo tanto, la grieta se detiene. El efecto de la deformación plástica se hace más importante al reducirse el tamaño de partícula. Por ejemplo, con calizas promedio, la reducción de tamaño hasta partículas de 5 micras aumenta el número de grietas radiales. Por debajo de 5 micras, la deformación plástica aumenta por lo que no hay aumento de grietas radiales. Finalmente, a 1 micra la partícula solamente se deforma sin generar grietas; en este caso, presenta un comportamiento totalmente plástico. En base a estudios realizados con clinker para cemento, se ha establecido que la transición de un comportamiento rígido a uno plástico se presenta entre 10 y 20 micras. Por último, se debe señalar que los aditivos de molienda no tienen efecto alguno en el patrón de esfuerzos en la partícula, ni ayudan a la propagación de grietas, ni a la fractura de las partículas. Su efecto positivo en la molienda industrial reside principalmente en el hecho de que le confieren una mayor movilidad a las partículas, incrementando la probabilidad de que sean alcanzadas por el golpe de alguna de las bolas. Claramente, la molienda práctica incluye la aplicación de fuerzas a la mayor cantidad de partículas posibles. Como muchas de las fuerzas aplicadas a las partículas no alcanzan el valor requerido para desarrollar grietas y lograr la fractura de las mismas, mucha de la energía se perderá como calor. Por lo tanto, es de esperarse que los sistemas industriales de molienda sean altamente ineficientes. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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6.6.3 FACTORES QUE AFECTAN LA DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS. La distribución de partículas que resulta de un proceso de molienda depende de ciertos factores. En esta sección revisaremos los más importantes. 6.6.3.1 EFECTO DEL TAMAÑO DE ALIMENTACIÓN Y TIEMPO DE MOLIENDA En la figura 6.41 se muestra un ejemplo para arena sílica, molida por diferentes tiempos a partir de dos granulometrías iniciales diferentes. Para tiempos cortos de molienda, la alimentación más fina resulta en un producto más fino, como era de esperarse. Sin embargo, para tiempos más largos, por encima de una hora, las distribuciones granulométricas resultantes son prácticamente iguales. Se han realizado estudios en los que se ve el mismo efecto para clinker de cemento. Todo indica que con tiempos de molienda prolongados, las distribuciones de las partículas producidas para un material dado tienden a coincidir, independientemente del tamaño inicial. 100.00%

64

64 32

32

8 4

8 50.00%

1

4 1

Tamaño Alimentación 32-42 mesh 60-80 mesh

0.00% 0

100

200

300

400

500

Figura 6.41 Distribución acumulada con 1, 4, 8, 32 y 64 minutos de molienda 6.6.3.2 EFECTO DEL MÉTODO DE MOLIENDA Diversos experimentos han demostrado que la distribución resultante del rompimiento inicial es independiente del sistema utilizado para la molienda (en todos los casos se presentan distribuciones bimodales). Conforme avanza el tiempo de molienda, la distribución empieza a transformarse en monomodal, prevaleciendo el valor de la moda de menor tamaño de partícula. Para la molienda por impacto, el aumento de la velocidad del golpe tiene el mismo efecto en la distribución de partículas que el que tendría el incrementar el tiempo de molienda en un molino de bolas. Por tanto, se puede concluir que todos los métodos de molturación dan distribuciones de partículas, las cuales pasan por el mismo ciclo de cambios conforme avanza la molienda. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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6.6.3.3 EFECTO DE ENERGÍA CONTRA VELOCIDAD DE IMPACTO Se ha demostrado, a través de pruebas de laboratorio, que en el rompimiento de una partícula por un solo golpe, usando diferentes velocidades de impacto, y la misma energía total, solo difieren ligeramente en cuanto a la distribución granulométrica resultante. Por tanto se puede concluir que es la energía total y no la velocidad del golpe el factor prevaleciente en la distribución de partículas. Inclusive, estudios realizados en 1973 indican que es la energía acumulada en la partícula al momento de la fractura, más que la magnitud de la energía externa aplicada, la que realmente decide la distribución de partículas resultante. Por tanto, la energía externa es necesaria para iniciar el rompimiento, pero no toda ella es utilizada en la fractura. 6.6.3.4 EFECTO DE FRACTURA SIMPLE CONTRA FRACTURA REPETIDA En base a estudios realizados con molienda por impacto, aplicando la misma energía total, pero con un solo impacto fuerte o con pequeños impactos repetidos, se puede concluir que se obtienen más finos con impactos repetidos.

6.6.4 RAZONES PARA LOS CAMBIOS EN LA DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS 6.6.4.1 DISTRIBUCIÓN MULTIMODAL EN EL ROMPIMIENTO INICIAL Se dijo anteriormente que cuando una partícula es sometida a una fuerza, se genera un cono de alto esfuerzo por debajo del área de contacto de la fuerza aplicada. En este cono también se presenta la más alta densidad de energía, por lo tanto, puede esperarse que la máxima degradación de partícula se encuentre en esta zona. En las zonas entre los diferentes conos de esfuerzo asociados con las fuerzas externas, se presenta una disgregación por compresión a partículas también muy finas, pero más gruesas que las de los conos. Del resto de la partícula, donde la ruptura se lleva a cabo por tensión, se generan partículas relativamente gruesas. Esto ha sido comprobado experimentalmente y se muestra en la figura 6.42.

Figura 6.42 Distribución de partículas típica resultante de rompimiento por impacto. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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Por todo lo anterior, puede esperarse una distribución multimodal, y el número de modas dependerá del número de fuerzas externas aplicadas. 6.6.4.2 DISTRIBUCIÓN MONOMODAL PARA ROMPIMIENTO CONTINUO Conforme avanza el rompimiento más allá de su etapa inicial, se puede esperar que las partículas de mayor tamaño sean molidas preferentemente, debido a dos razones: primera, las partículas menores son más fuertes que las grandes y, segunda, las partículas menores tenderán a cubrirse en los intersticios entre las más grandes. Por lo tanto, se puede pronosticar que con la molienda contínua desaparecerán los picos correspondientes a partículas grandes en la distribución de densidad granulométrica, y el pico asociado a las partículas pequeñas aumentará de altura, dando lugar, finalmente, a una distribución monomodal. 6.6.4.3 COINCIDENCIA DE LAS DISTRIBUCIONES DE LOS PRODUCTOS A PARTIR DE DIFERENTES TAMAÑOS DE ALIMENTACIÓN Similarmente, para dos distribuciones de alimentación de material, una más gruesa que otra, que sean sometidas a molienda, las partículas de mayor tamaño se romperán más fácilmente que las pequeñas. Por tanto, se espera que ambas distribuciones de tamaño de partículas tiendan hacia la misma distribución de producto final, en molienda contínua. 6.6.4.4 FINOS OBTENIDOS POR FRACTURA REPETIDA CONTRA UN SOLO GOLPE Si un mismo número de partículas de un mismo tamaño son sometidas a la misma cantidad de energía aplicada externamente, y un grupo de ellas es confinado a un solo golpe y al otro grupo se le aplica fractura repetida, entonces deberá esperarse que una mayor cantidad de finos resulte del segundo grupo. Esto puede deducirse del hecho de que para cada partícula, el cono de esfuerzos formado bajo el área de contacto produce finos, mientras que el resto de la partícula produce piezas más gruesas. En otras palabras, mientras más contactos existan, se producirá una mayor cantidad de finos, para una cantidad de energía externa aplicada. Esto también ha sido comprobado experimentalmente.

6.6.5 EFECTOS ASOCIADOS CON LA MOLIENDA MUY FINA Cuando se lleva a cabo molienda muy fina, se presentan efectos diferentes a los que se presentan en la molienda gruesa. Entre otras cosas, juegan un papel importante los fenómenos de agregación y aglomeración, la influencia del gas que rodea a la partícula (asociada con la fluidez del material), y la deformación plástica (asociada con el límite de molienda). 6.6.5.1 AGREGACIÓN Y AGLOMERACIÓN La agregación se define como la adherencia reversible y débil de partículas en un sistema disperso, debido a fuerzas de cohesión y electrostáticas. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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Normalmente tiene lugar en etapas más tempranas de la molienda que la aglomeración, principalmente en materiales suaves y fáciles de moler, como yeso, cal y ciertas calizas. La aglomeración, por su parte, es la adherencia compacta e irreversible de partículas, debido principalmente a fuerzas químicas, las cuales pueden inclusive causar cambios fundamentales en el producto molido. Es una característica de materiales que son difíciles de moler, como cuarzo y clinker de cemento, en los cuales se han observado cambios en la estructura cristalina. En ambos casos, estas adherencias representan un aumento en la fracción gruesa cuando se determinan por vía seca. Sin embargo, cuando se determina por vía húmeda, la agregación se revierte, no afectando la distribución obtenida. Por su parte, la aglomeración continuará presente y no podrá ser detectada por los métodos de medición de tamaño de partículas, sino solamente por análisis químico y por observación en microscopio electrónico. 6.6.5.2 EFECTOS DEL GAS QUE RODEA A LA PARTÍCULA Se han demostrado por medio de investigaciones el papel que juega el gas intersticial en el contexto de la molienda en molinos de bolas, para rangos de 100 a 10 micras. En ellas se encontró, por ejemplo, un incremento general en la frecuencia específica de rompimiento cuando aumenta la presión del gas circundante, debido a que la carga de polvo permanece en el fondo del molino y recibe la acción de las bolas que caen. Con baja presión de gas, el material tiende a subir por el tubo del molino, junto con las bolas, por lo que no reciben con plenitud el impacto de la caída de las bolas, haciendo la molienda ineficiente. 6.6.5.3 LÍMITE DE MOLIENDA Y COMPORTAMIENTO PLÁSTICO Las investigaciones realizadas llevan a la conclusión de que, para un material y un sistema de molienda dados, existe un límite por debajo del cual no es posible moler más. En un molino de bolas parece existir un punto de equilibrio dinámico en que las partículas finas están formando partículas más grandes a la misma velocidad que la molienda está formando partículas finas. Más aún, se han definido dos estados de equilibrio dinámico: el primero, temporal, asociado con la agregación, y el segundo, permanente, asociado con la aglomeración. Por otra parte, los materiales presentan una transición de estado rígido a plástico, cuando son reducidos por debajo de ciertos tamaños de partícula. En el cemento esta transición sucede en algún punto entre 10 y 0.5 micras. Cualquier punto en que suceda esta transición, se podría esperar que tenga relación con el límite de molienda, ya que más acción molturante solamente podría cambiar su forma, pero no su tamaño.

6.6.6 RELACIONES QUE CARACTERIZAN AL PROCESO DE MOLIENDA En la búsqueda de la forma de representar matemáticamente el proceso de molienda industrial, de tal modo que pueda ser simulado y optimizado, se han generado ciertas funciones matématicas que juntas caracterizan al proceso. No es Capítulo: 6 Versión: 1.0


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objeto de este documento el entrar al detalle de la simulación matemática; sin embargo, el conocimiento de estas funciones y de cómo varían con las diferentes características del proceso específico, nos permitirán entender algunos conceptos que serán importantes en la etapa de evaluación y optimización. 6.6.6.1 FRECUENCIA ESPECÍFICA DE ROMPIMIENTO (S) Se puede definir la frecuencia específica de rompimiento S como el número de rompimientos por unidad de tiempo, para un tamaño dado de partícula. De alguna forma nos da una indicación de la eficiencia con que el proceso es capaz de romper cada tamaño de partícula. Se puede decir que una mayor S representa una mayor eficiencia de rompimiento para ese tamaño de partícula. Se han postulado teorías razonables, desde el punto de vista probabilístico, que establecen que la velocidad de desaparición de partículas de un cierto tamaño, debida a la molienda, es proporcional a la cantidad de material de ese tamaño presente para ser molido. Por tanto, el comportamiento es básicamente lineal, al menos en cierto rango. Cuando la linealidad no se manteniene, se debe principalmente a efectos de partículas más duras en materiales heterogéneos, a efectos de finos cubriéndose o acolchonando partículas gruesas, o a cambios en la eficiencia del arreglo de molienda (tamaño de bola, por ejemplo) conforme progresa la molienda. 6.6.6.1.1 VARIACIÓN DE S CON EL TAMAÑO DE LA PARTÍCULA. Estudios llevados a cabo con un molino de laboratorio en 1982 demuestran que la frecuencia específica de rompimiento se comporta linealmente, aumentando a medida que aumenta el tamaño de partícula hasta cierto valor, por encima del cual, empieza a caer drásticamente. Esto se debe a dos factores: primero, las bolas no pueden “atrapar” las partículas más grandes (el molino se vuelve ineficiente) y, segundo, las partículas grandes tienden a ser acolchadas por las pequeñas. Este efecto se ve en la figura 6.43. S ( min - 1 ) 11 .0

0 .5

0 .2

0 .1

0 .0 5

0 0

50

100

200

500

1000

1 mic r a s

Figura 6.43 Variación de la función S con el tamaño de partícula. En la práctica, debemos tratar de mantener las características del molino acordes al tamaño de partícula que estamos moliendo en cada punto. Asimismo, se Capítulo: 6 Versión: 1.0


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ve la importancia de mantener los retornos limpios de finos, de manera que no obstruyan la molienda de las partículas más gruesas en la cámara 1. 6.6.6.1.2 VARIACIONES DE S CON LA VELOCIDAD DEL MOLINO Se pueden diferenciar tres tipos de movimientos de la carga de bola en el interior del molino. Estos se muestran en la figura 6.44.

Catarata Cascada Zona de poco trabajo de molienda

Figura 6.44 Movimiento de las bolas en el interior del molino. 1. La bolas que suben con el blindaje tienden a “amarrarse” unas a otras, dependiendo del grado de deslizamiento que produzca el blindaje, por lo que realizan un trabajo de molienda muy reducido. En esta zona, el poco trabajo de molienda se realiza básicamente por atrición y corte. 2. Las bolas que emergen de la superficie inclinada de la cama de bolas ruedan por la superficie, ocasionando muchos impactos en la carga de material. Este movimiento es conocido como cascada y es muy efectivo para molienda fina de partículas pequeñas, dependiendo del tamaño de bola. En este movimiento el trabajo de molienda se lleva a cabo principalmente por atrición, corte y compresión. 3. A mayores velocidades del molino, con una carga de bolas y de material dada, parte de las bolas son lanzadas hacia arriba y afuera de la cama de bolas y caen en el fondo del molino. Este movimiento es llamado catarata y es muy efectivo para la molienda de terrones mayores de material, como en los molinos autógenos. En esta zona, el trabajo de molienda es realizado principalmente por impacto. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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La fracción de la velocidad crítica a la cual el movimiento pasa de cascada a catarata varía con el grado de llenado de bola y de material. En la práctica, se debe encontrar la velocidad que se acerca al efecto óptimo deseado tanto a la cámara 1 (donde se desea principalmente catarata) como a la cámara 2 (donde se desea principalmente cascada). Esta velocidad estará seguramente cerca del valor donde se lleva a cabo la transición de una a otra (alrededor de 75% de la velocidad crítica, para grados de llenado típicos). 6.6.6.1.3 VARIACIÓN DE S CON LA GEOMETRÍA DEL MOLINO Se reconocen tres factores principales de la geometría del molino: x Diámetro del Molino. Los estudios han demostrado que la función de frecuencia de rompimiento varía aproximadamente con la raíz cuadrada del diámetro del molino, para molinos de menos de 3.8 metros de diámetro; para molinos de diámetro mayor, varía aproximadamente con la potencia 0.3 del diámetro. x Largo del Molino. La función de frecuencia de rompimiento es independiente del largo del molino, según establecen estudios elaborados en 1980. x Tipo de Blindaje. La geometría del blindaje modifica ciertamente la función de frecuencia de rompimiento. Sin embargo, la escalación de las pruebas de laboratorio a la práctica de la molienda comercial no es confiable. Solamente podemos señalar que los blindajes corrugados muestran una mayor S para partículas menores que para las mayores (mas cascada que catarata) mientras que los levantadores y espirales presentan el efecto contrario. 6.6.6.1.4 VARIACIÓN DE S CON LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS BOLAS Se identifican dos características de las bolas: x Tamaño de Bola. Se ha encontrado, en base a estudios de laboratorio, que para tamaños de partículas menores de 1 mm, hay una reducción de la función de frecuencia de rompimiento al aumentar el tamaño de las bolas de 3/4“ a 2“. Sin embargo, un aumento del tamaño de bola también desplaza el valor del tamaño de partícula al cual se presenta la mayor S a valores mayores. Estas relaciones se pueden ver el la figura 6.45. x Densidad de la Bola. Se ha encontrado una relación de proporcionalidad entre la función de frecuencia de rompimiento y la densidad de la bola, de manera que al aumentar esta, aumenta la frecuencia de rompimiento.



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S -1

(min)

1.0

1.0 in 0.75 in

1.25 in

1.5 in

2.0 in

Tamaño de Bola

0.1 Tamaño de Partícula 1.0

10

mm

Figura 6.45 Variación típica de S con el tamaño de bola y tamaño de partícula. 6.6.6.1.5 VARIACIÓN DE S CON LA CARGA DE BOLA Y MATERIAL Si se define como q a la fracción del volumen ocupado por la carga de bola, y como U a la fracción del espacio intersticial de la bola ocupado por material, entonces pude definirse la fracción del volumen del molino que ocupa el material como:

fc = 0.4 q U donde la porosidad del material está considerada en este caso como 0.4, aunque puede ser calculada en cada caso a partir de mediciones físicas. Cuando U = 1.0, se dice que la carga está saturada. El producto de S y fc se conoce como “frecuencia relativa absoluta de rompimiento”, concepto importante porque es proporcional a la capacidad del molino. Por otra parte, la gráfica de la frecuencia absoluta de quebrado (S por la masa W de material en el molino), figura 6.46, nos muestra que ésta permanece prácticamente invariable en el rango 0.51.0 cae drásticamente, correspondiendo esto al sobrellenado del molino. Como la potencia consumida no baja en la misma proporción al subir el llenado del molino con material, este sobrellenado se traduce en ineficiencia. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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SW

Empieza sobrellenado

0.6

0.5

Rango de S constante

0.4

0.3

0.2

0.1

0.5

1.0

1.5

2.0

Llenado Intersticial U

Figura 6.46 6.6.6.2 FUNCIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE ROMPIMIENTO (B) Cuando una partícula se rompe, genera una serie de partículas menores. La distribución resultante, antes de que otro rompimiento suceda, se conoce como función de distribución de rompimiento y se denomina como función B. De esta forma, el proceso de molienda industrial es en realidad una sucesión de eventos de rompimiento primario, representado por cada una de sus funciones B. La suma de todos esos eventos de rompimiento primario es la descripción de todo el proceso. Entre 1969 y 1980 se realizaron diversos estudios para conocer el efecto que los parámetros de operación y las características del molino tienen sobre la función B. Estos estudios han mostrado que los efectos del diámetro del molino, la densidad de la bola, la carga de bola (dentro de los límites normales) y la carga de material sobre la función B son despreciables. Sin embargo, el tamaño de bola sí tiene un efecto marcado, aumentando sensiblemente la generación de finos al aumentar el tamaño de las bolas. En general, la función de distribución de rompimiento B está menos afectada por las variables del molino que como lo está la frecuencia de rompimiento S. 6.6.6.3 DISTRIBUCIÓN DEL TIEMPO DE RESIDENCIA (RTD) La molienda contínua implica, a diferencia de la molienda por lotes, el transporte en el interior del molino, al mismo tiempo en que se realiza la molienda. La función matemática que relaciona la cantidad de masa alimentada con sus respectivos tiempos de residencia se conoce como función o curva C (figura 6.47). A partir de ésta se define la función RTD (Retention Time Distribution) como: C(t) I(t) = f ³ C(t) dt 0



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DIRECCIÓN TÉCNICA

c(t)

t

t+dt

Tiempo a partir de la entrada

Figura 6.47 Curva C de concentración a la salida del molino. Se puede ver que la función I(t) tiene la misma forma que la curva C, pero en términos de porcentajes. Además, a partir de I(t) se puede calcular el tiempo de retención promedio como: f W = ³ tI(t) dt 0

De todos los parámetros y geometría del molino, al considerar molinos industriales, son básicamente dos los que tienen importancia en la función RTD: la velocidad del molino y el tamaño de bola. Se han encontrado cambios considerables en la forma de la función RTD y en el tiempo medio de retención cuando los cambios de velocidad en el molino causan un cambio en el movimiento de las bolas de cascada a catarata. Sin embargo, un mayor aumento de velocidad dentro del rango de catarata no tiene efecto considerable. Por su parte, al diminuir el tamaño de bola y reducirse el espacio intersticial entre las mismas, se reduce el área de paso del material, aumentado el tiempo de retención siempre y cuando el valor de U<1.0. Para valores de U>1.0 la diferencia en los tiempos de retención se va reduciendo.

6.7 PARÁMETROS DE OPERACIÓN En la operación de molinos de bolas es necesario monitorear y controlar las condiciones del proceso, con el fin de lograr una operación estable y óptima del proceso. Algunos de los parámetros son los mismos para la molienda de harina cruda, cemento y carbón. Sin embargo, para cada uno de estos tipos de molienda existen particularidades que los hacen diferentes a los demás. En esta sección se veran los parámetros de operación para cada uno de los procesos de molienda, a Capítulo: 6 Versión: 1.0


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DIRECCIÓN TÉCNICA

manera de guía general y debe tenerse en mente que arreglos diferentes pueden requerir diferentes formas de operación.

6.7.1 MOLINOS DE HARINA CRUDA En las figuras 6.48 y 6.49 se muestran dos arreglos típicos para la molienda de harina cruda en molinos de bolas con cámara de secado. En uno de estos arreglos se incorpora además un secador flash. En las figuras pueden verse los parámetros que normalmente se miden en estos arreglos, y se considera que con ellos están prácticamente cubiertos todos los casos. Asimismo, en las tablas 6.7 y 6.8 se muestran los efectos de aquellos parámetros que puden modificarse directamente, sobre el resto de los parámetros. Las relaciones mostradas se refieren a los efectos primarios, antes de que se ejerza alguna acción de control, manual o automática. Kw

Kw

%

% Gases de Precalentador Tghor %

% Alimentación Fresca °C tph % H2O

Al silo Psal Tsalg

tph

Kw

Tgcal

%

Pent Tent

Tsal Sonido

Figura 6.48 Arreglo de molienda de crudo con separador de primera generación.

Al subir:

Retornos

Succión a la Entrada del Molino

Indicación del Nivel de Sonido

Temperatura del Material de Salida

Temperatura de Gases de Salida

Succión a la Salida del Molino

Potencia del Elevador

Potencia del Motor Principal

Potencia del Motor del VTI

Humedad del Producto

Finura del Producto

Tabla 6.7 Principales Parámetros de Control de un Molino Típico de Crudo y su Influencia en el Resto de los Parámetros.

Alimentación

Ï

Ð

Ï

Ð

Ð

Ï

Ï

Ð

Ð

Ï

Ð

Humedad

Ð

Ð

Ï

Ð

Ð

Ï

Ð

Ð

Ð

Ï

Ð

Temp. Entrada

Ï

Ð

Ð

Ï

Ï

Ð

Ï

Ï

ÏÐ

Ð

Ï

Abrir Sep.Estático

Ð

Ï

Ð

Ï

Ï

Ð

Ð

Ï

Ð

ÏÐ

Ï

Abrir Sep. Dinámico

Ð

Ð

Ð

Ï

Ï

Ð

Ð

Ï

Ð

ÏÐ

Ð

Persiana VTI

Ï

Ï

Ð

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Ð

Ð



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DIRECCIÓN TÉCNICA

%

%

Kw

%

tss

Kw Kw Kw, rpm

%

Gases de Horno

% H2O Finura

Alim: tph °C % H2O

% A. Frío %

tsal Psal

Retornos tph

Kw

tgg

Pent

tent

tsalmat

Sonido

Figura 6.49 Arreglo de molienda de crudo con separador de tercera generación.

Al subir:

Retornos

Succión a la Entrada del Molino


Temperatura del Material a la Salida

Temperatura de Gases a la Salida





Potencia del Separador

Temperatura Salida del Separador

Potencia del Ventilador Separador

Finura del Producto

Humedad del Producto

Tabla 6 8 Principales Parámetros de Control de un Molino de Crudo, y su Corresponiente Influencia Sobre el Resto de los Parámetros.

Alimentación

Ï

Ð

Ï

Ð

Ð

Ï

Ï

Ð

Ð

Ï

Ð

Ð

Ï

Ï

Humedad

Ð

Ð

Ï

Ð

Ð

Ï

Ð

Ð

Ð

Ð

Ð

Ï

Ð

Ï

Temperatura de Entrada

Ï

Ï

Ð

Ï

Ï

Ð

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Ð

Velocidad del Separador

Ï

Ð

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Ð

Ð

Ï

Ð

Ð

Ð

Ð

Persiana del Separador Persiana de Recirculación

Ð

Ð

Ð

Ï

Ï

Ð

Ð

Ï

Ï

Ð

Ï

Ï

Ð

Ð

Ð

Ð

Ï

Ð

Ð

Ï

Ð

Ð

Ð

Ð

Ð

Ð

Ð

Ï

Persiana del VTI

Ï

Ï

Ð

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Ð

Ï

Ð

6.7.1.1 NIVEL DE SONIDO Normalmente se monitorea solo el nivel de sonido de la cámara I, aunque en algunos casos también se puede usar el de la cámara II. La señal es graficada en el cuarto de control, en %. El sonido se ajusta de manera que la pluma del gráfico indique 100% cuando el molino está parado, y 0% cuando el molino esté en operación vacío, sin alimentación. Con el molino trabajando en condiciones normales, el gráfico debe de estar lo más próximo a 50%. Más material (menos ruido) da una señal más alta en el gráfico (molino más lleno) y menos material (más ruido) da una señal más baja en el gráfico (molino menos lleno). La forma de controlar el nivel de material dentro del molino es por medio de Capítulo: 6 Versión: 1.0


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DIRECCIÓN TÉCNICA

la alimentación nueva. Aunque la cantidad de los retornos, el caudal y la temperatura de gases, la humedad, la dureza y la granulometría de la alimentación y las condiciones de los elementos internos del molino pueden influir en el nivel de sonido, ninguna de estas condiciones puede ser controlada con un efecto tan rápido como la alimentación fresca. Por eso, el control primario del nivel del molino es por medio de esta última. 6.7.1.2 POTENCIA DEL MOTOR PRINCIPAL El consumo de energía del motor principal puede ser monitoreado como valor instantáneo o con registro gráfico, en amperes o kW, aparte del valor acumulado de kWh. Además de ser dependiente de la carga de bolas, el consumo de energía también varía paralelamente con el nivel del sonido. Un molino lleno da kWs más bajos, un molino vacío da kWs más altos, aunque con variaciones relativamente pequeñas. Cabe señalar que esta dependencia del consumo de potencia con respecto al nivel de material en el molino es realmente apreciable en el rango de molino vacío, hasta que el material ha saturado la porosidad de la carga. Para mayor grado de llenado de material, la potencia del motor del molino presentará reducciones muy pequeñas. Dentro de los rangos de nivel que ocasionan variaciones apreciables de la potencia, ésta es influida por los mismos parámetros que el nivel del sonido. 6.7.1.3 POTENCIA DEL ELEVADOR DE CANGILONES Normalmente el consumo de energía del (de los) elevador(es) es registrado como valor instantáneo, en amperes o kW, aunque también puede ser registrado en un gráfico contínuo, en kW o en % kW. Este parámetro también varía junto con el nivel de sonido, pero se puede considerar más como un indicador del factor de circulación, mientras que el nivel de sonido indica mayor cantidad, dureza y granulometría de la alimentación fresca. El parámetro con que se controla es también la alimentación fresca. 6.7.1.4 TEMPERATURA DE SALIDA DEL GENERADOR DE GASES La temperatura de salida del generador de calor se indica como valor instantáneo, en °C. Normalmente se mantiene en un valor máximo, dependiente del mismo generador de gases (típicamente 1000-1200;°C) y se ajusta por medio de las válvulas de combustible y de aire diluyente (frío). 6.7.1.5 TEMPERATURA DE ENTRADA DEL MOLINO La temperatura de entrada del molino es registrada como valor actual y como gráfico contínuo, los dos en °C. El valor normal depende de la construcción de los conductos (forrados o no) y de si los gases vienen de un generador de calor o son gases residuales de un horno. Normalmente, esta temperatura es ajustada paralelamente con la temperatura del generador o, en el caso de gases del horno, con la compuerta entre Capítulo: 6 Versión: 1.0


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horno y molino. Si hay aire falso, éste influirá mucho en la temperatura de los gases a la entrada del molino. 6.7.1.6 TEMPERATURA DE SALIDA DEL MOLINO La temperatura de salida del molino es registrada como valor instantáneo y también como gráfico contínuo, los dos en °C. Este parámetro depende tanto de la humedad en la alimentación como de la temperatura y el caudal de los gases de secado. También hay influencia de la cantidad de aire falso que entra al sistema. Para un sistema dado, con eficiencia en la transferencia de calor relativamente invariable, existe una correlación entre la temperatura de salida de gases y la humedad residual en el producto. A mayor temperatura de salida de gases, el producto saldrá más seco y viceversa. Este parámetro sirve de base para el control de la cantidad y la temperatura de los gases de secado; es decir, la posición de las válvulas de combustible y aire fresco, y/o compuerta de gases del horno, serán determinadas por la temperatura de los gases de salida del molino. 6.7.1.7 TEMPERATURA DE ENTRADA Y SALIDA DEL SEPARADOR Si hay secado en el (los) separador(es), las temperaturas de entrada y salida son controladas de la misma manera que las temperaturas del molino en el caso de secado en el mismo. 6.7.1.8 PRESIÓN EN LA ENTRADA DEL MOLINO La presión en la entrada del molino es registrada como valor instantáneo y en gráfico continuo, en mm CA o mbar. Dicha presión se controla de manera que siempre esté ligeramente negativa, entre -10 y -20 mm CA Se controla la presión por la compuerta del ventilador de barrido. 6.7.1.9 ALIMENTACIÓN NUEVA TOTAL Normalmente la alimentación total se registra como valor instantáneo y en registro gráfico, en tph, así como el valor acumulado, en toneladas. Por medio de la alimentación total se controla el nivel del molino (sonido), la potencia del motor principal y del elevador y la temperatura de salida. De manera indirecta, influirá en todos los parámetros de molienda. 6.7.1.10 VÁLVULA DE COMBUSTIBLE/AIRE PRIMARIO Se registra únicamente como posición actual, en %. Se ajusta para modificar el aporte de kilocalorías suministradas al molino, por lo que tiene influencia directa en las temperaturas de entrada y salida del molino, en las presiones de entrada y salida, e indirectamente, en el nivel de sonido. 6.7.1.11 POSICIÓN DE LA COMPUERTA DE AIRE DILUYENTE Se registra únicamente como posición actual, en %. Los ajustes de esta compuerta significan cambios en la temperatura y en el caudal de los gases del Capítulo: 6 Versión: 1.0


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generador (pero de manera práctica, no en las kilocalorías suministradas). Hay influencia directa en la temperatura de la entrada y en las presiones de entrada y salida. 6.7.1.12 POSICIÓN DE LA COMPUERTA DE GASES DEL HORNO Se registra como posición actual, en %. Su influencia es idéntica a la de la posición de la válvula de combustible; suministra más o menos kilocalorías al molino al abrirla o cerrarla, respectivamente. 6.7.1.13 AJUSTES EN EL SEPARADOR Los ajustes de los separadores de primera generación se realizan manualmente y no tienen registro constante en el cuarto de control. Para separadores más modernos, se registran los valores instantáneos de % de persiana, velocidad del rotor en rpm o caudal en m3/min. Los cambios en el separador significan cambio en la finura del producto y en la cantidad y finura de los retornos al molino. Esto último, a su vez, significan cambios en el nivel de sonido, en los kW del (de los) elevador(es) y en la presión de salida. 6.7.1.14 OTROS PARÁMETROS x Retornos Se registran como valor instantáneo y como gráfico contínuo, en tph. Indican la cantidad de material que es regresada al molino desde el separador. En conjunto con el sonido y los kWs del (de los) elevador(es), es una guía muy buena para el control del nivel del molino. x Temperatura de entrada al filtro Se registra como valor instantáneo, en °C. Normalmente es usada durante los arranques para evitar riesgos de condensación en el sistema, especialmente en el filtro. x Presión de salida del molino La presión de salida de molino es registrada como valor instantáneo y como gráfico contínuo, en mm CA o en mbar. Junto con el nivel de sonido, dicha presión da una buena indicación de la cantidad de material dentro del molino, y también del grado de atascamiento de los tabiques o diafragmas. x Amperajes del ventilador principal y del separador Se monitorean como rutina de vigilancia de motores eléctricos, pero además, dan información del proceso. El amperaje del motor del ventilador principal, además de indicarnos qué tan cerca estamos de su capacidad máxima, nos permite mantener una consigna de flujo constante. El amperaje del separador nos permite conocer, junto con los retornos y la potencia del elevador, la cantidad relativa de material en el circuito.

6.7.2 MOLINOS DE CEMENTO En las figuras 6.50 y 6.51 se ven dos arreglos típicos para la molienda de cemento en molinos de bolas. Uno de estos arreglos considera un separador de primera generación (tipo Sturtevant), alimentado por arriba, y el otro un separador Capítulo: 6 Versión: 1.0


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de tercera generación (tipo Sepax) alimentado por abajo. En las figuras pueden verse los parámetros que normalmente se miden en estos arreglos, y se considera que con ellos están prácticamente cubiertos todos los casos. Asimismo, en las tablas 6.9 y 6.10 se muestran los efectos de aquellos parámetros que pueden modificarse directamente, sobre el resto de los parámetros. Las relaciones mostradas se refieren a los efectos primarios, antes de que se ejerza alguna acción de control, manual o automática. Kw %

Kw

P colector

% % Alimentación Fresca °C tph % H2O

Al silo

Psal tsalg

tph

Kw

lts/hr %

Pent

tsal Sonido

lts/hr %

tdiaf

Figura 6.50 Molienda de cemento con separador de primera generación.

Potencia del Separador

Finura del Producto

Blaine del Producto

Ï

Ï

Ï

Ð

Ð

Ï

Ï

Ð

Ð

Ï

Ð

Ð

Humedad Temperatura de Entrada

Ï

Ï

Ï

Ð

Ð

Ï

Ï

Ï

Ð

Ï

Ð

Ð

Ð

Ð

Ð

Ï

Ï

Ð

Ð

Ð

Ï

Ï

Ï

Ï

Separador Estático

Ð

Ð

Ð

Ï

Ï

Ð

Ð

Ð

Ï

Ð

Ð

Ð

Separador Dinámico

Ï

Ï

Ï

Ð

Ð

Ï

Ï

Ï

Ð

Ï

Ï

Ï

Inyección de Agua

Ï

Ï

Ð

Ð

Ð

Ð

Ï

Ï

Ï

Ï

Ð

Ð



Potencia del Motor del VTI Potencia del Motor Principal

Alimentación


Al subir:

Retornos

Succión a la Entrada del Molino Indicación del Nivel de Sonido Temperatura del Material de Salida Temperatura de Gases de Salida Succión a la Salida del Molino

Tabla 6.9 Parámetros de Control para un Molino de Cemento equipado con un Separador de Primera Generación.

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DIRECCIÓN TÉCNICA

%

Kw

tss

%

% P colector P colector

Kw

Kw

Kw, rpm

Finura Blaine

Retornos tph

Alim: tph °C % H2O

tsal Psal Kw

%

Pent Sonido

lts/hr %

lts/hr %

tsalmat

tdiaf

Figura 6.51 Molienda de cemento con separador de tercera generación.

Al subir:

Retorno

Succión a la Entrada


Temperatura del Material a la Salida

Temperatura de Gases a la Salida





Potencia del Motor del Separador

Finura del Producto

Blaine del Producto

Tabla 6.10 Principales parámetros de control para un Molino de Cemento equipado con Separador de Tercera Generación, y el modo como influyen en el resto de los parámetros.

Alimentación

Ï

Ð

Ï

Ð

Ð

Ï

Ï

Ï

Ð

Ï

Ð

Ð

Humedad

Ï

Ð

Ï

Ð

Ð

Ï

Ï

Ð

Ð

Ï

Ð

Ð

Temperatura de Entrada

Ð

Ï

Ð

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Inyección de Agua

Ï

Ï

Ð

Ð

Ð

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Ð

Ð

Flujo de Aire al Separador

Ð

Ï

Ð

ÏÐ

ÏÐ

Ð

Ð

Ï

Ï

Ð

Ð

Ð

Vel. del Rotor Separador

Ï

Ï

Ï

ÏÐ

ÏÐ

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Ï

Tiro en el Molino

Ð

Ï

Ð

Ð

Ð

Ï

Ï

ÏÐ

Ï

Ð

Ð

Ð

6.7.2.1 NIVEL DE SONIDO Normalmente se monitorea solo el nivel de sonido de la cámara I, aunque en algunos casos también se puede usar el de la cámara II. La señal es graficada en el cuarto de control, en %. El sonido se ajusta de manera que la pluma del gráfico indique 100% cuando el molino está parado y 0% cuando el molino está en operación en vacío, sin alimentación. Con el molino trabajando en condiciones normales, el gráfico debe de Capítulo: 6 Versión: 1.0


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DIRECCIÓN TÉCNICA

estar muy próximo a 50%. Más material (menos ruido) da una señal más alta en el gráfico (molino más lleno) y menos material (más ruido) da una señal más baja en el gráfico (molino menos lleno). La forma de controlar el nivel de material dentro del molino es por medio de la alimentación nueva. Aunque la cantidad de retornos, el caudal y la temperatura de gases, la humedad, la dureza y la granulometría de la alimentación y las condiciones de los elementos internos del molino pueden influir en el nivel de sonido, ninguna de estas condiciones puede ser controlada con un efecto tan rápido como la alimentación fresca. Por eso, el control primario del nivel del molino es por medio de esta última. 6.7.2.2 POTENCIA DEL MOTOR PRINCIPAL El consumo de energía del motor principal puede ser monitoreado como valor instantáneo o con registro gráfico, en amperes o kW, aparte del valor acumulado de kWh. Además de ser dependiente de la carga de bolas, el consumo de energía también varía paralelamente con el nivel de sonido. Un molino lleno da kWs más bajos, y un molino vacío da kWs más altos, aunque con variaciones relativamente pequeñas. Cabe señalar que esta dependencia del consumo de potencia con respecto al nivel de material en el molino es realmente apreciable en el rango de molino vacío, hasta que el material ha saturado la porosidad de la carga. Para mayor grado de llenado de material, la potencia del motor del molino presentará reducciones muy pequeñas. Dentro de los rangos de nivel que ocasionan variaciones apreciables de la potencia, ésta es influida por los mismos parámetros que el nivel del sonido. 6.7.2.3 POTENCIA DEL ELEVADOR DE CANGILONES Normalmente el consumo de energía del (de los) elevador(es) es registrado como valor instantáneo, en amperes o kW, aunque también puede ser registrado en un gráfico. Este parámetro también varía con el nivel de sonido, pero se puede considerar más como un indicador del factor de circulación, mientras que el nivel de sonido indica una mayor cantidad, dureza y granulometría de la alimentación fresca. El parámetro con que se controla es también la alimentación fresca. 6.7.2.4 TEMPERATURA DEL TABIQUE INTERMEDIO La temperatura del tabique se debe registrar como valor instantáneo y como gráfico contínuo, en °C. El valor deseado depende en parte de la humedad/temperatura de la alimentación. Si hay humedad, la temperatura en el tabique es baja. Las temperaturas menores de 90°C a 100°C significan problemas de adherencias a las bolas. En tal caso se ajusta la temperatura por medio de la alimentación, dando menos humedad total para subir la temperatura. Si hay alimentación seca y caliente, Capítulo: 6 Versión: 1.0


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DIRECCIÓN TÉCNICA

la temperatura debe ajustarse entre 105°C y 110°C, con inyección de agua en la cámara I. 6.7.2.5 TEMPERATURA DEL MATERIAL DE SALIDA DEL MOLINO La temperatura del material a la salida del molino es registrada como valor instantáneo y también como gráfico contínuo, los dos en °C. Este parámetro se debe fijar entre 105°C y 130°C y se controla por medio de la inyección de agua en la cámara II. 6.7.2.6 PRESIÓN EN LA ENTRADA DEL MOLINO La presión en la entrada del molino es registrada como valor instantáneo y como gráfico contínuo, en mm CA o mbar. Dicha presión se controla de manera que siempre esté ligeramente negativa, entre -10 y -20 mm CA Se controla la presión por la compuerta del ventilador de barrido. 6.7.2.7 ALIMENTACIÓN NUEVA TOTAL Normalmente la alimentación total se registra como valor instantáneo y como grafico contínuo, en tph, así como el valor acumulado, en toneladas. Por medio de la alimentación total se influye en el nivel del molino (sonido), la potencia del motor principal y del elevador y en la temperatura de salida. De manera indirecta, influirá en todos los parámetros de molienda. 6.7.2.8 AGUA INYECTADA A LA CÁMARA I El agua inyectada en la cámara I es registrada como valor instantáneo, en lph o en m3/hr. Los ajustes en el caudal de agua influyen directamente en la temperatura del tabique intermedio. Indirectamente influyen en el nivel de sonido, presiones de entrada y salida y en el caudal de aire. 6.7.2.9 AGUA INYECTADA A LA CÁMARA II El agua inyectada en la cámara II es registrada como valor instantáneo en lph o en m3/hr. Los ajustes en el caudal de agua influyen directamente en la temperatura de salida del aire y del material. Indirectamente influyen en el flujo de material, presiones de entrada y salida, en el caudal de aire y en los kWs del ventilador del molino. 6.7.2.10 POSICIONES DE VÁLVULAS DE AGUA Y COMPUERTA DEL VENTILADOR PRINCIPAL Se registran como posición actual, en %. Con las válvulas se controla el flujo de agua, con lo efectos explicados en los puntos anteriores. Con la compuerta del ventilador principal se aumenta o disminuye el caudal de aire para el molino. Los cambios en el caudal de aire de barrido influyen directamente en las presiones de entrada y salida, e indirectamente, en el nivel de sonido y consumos de kW de elevadores, separador y ventilador. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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DIRECCIÓN TÉCNICA

6.7.2.11 AJUSTES EN EL SEPARADOR Los ajustes de los separadores de primera generación se realizan manualmente y no cuentan con registro constante en el cuarto de control. Para separadores más modernos se registran los valores instantáneos del porcentaje de persiana, velocidad del rotor, en rpm, o caudal, en m3/min. Los cambios en el separador significan cambio en la finura del producto y también en la finura y cantidad de los retornos al molino. Esto último, a su vez, significan cambios en el nivel de sonido, en los kW del elevador y en la presión de salida del molino. 6.7.2.12 OTROS PARÁMETROS x Retornos Se registran como valor instantáneo y en gráfico contínuo, en tph. Indican la cantidad de material que es regresada al molino desde el separador. En conjunto con el sonido y los kWs del elevador, es una guía muy buena para el control del nivel del molino. x Temperatura de entrada al filtro Se registra como valor instantáneo, en °C. Normalmente es usada durante los arranques para evitar riesgos de condensación en el sistema, especialmente en el filtro. x Presión de salida del molino La presión de salida del molino es registrada como valor instantáneo y como gráfico contínuo, en mm CA o en mbar. Junto con el nivel de sonido, dicha presión da una buena indicación de la cantidad de material dentro del molino, y también del grado de atascamiento de los tabiques. x Amperajes del ventilador principal y del separador Se monitorean como rutina de vigilancia de motores eléctricos, pero además dan información del proceso. El amperaje del motor del ventilador principal, además de indicarnos qué tan cerca estamos de su capacidad máxima, nos permite mantener una consigna de flujo constante. El amperaje del separador nos permite, junto con los retornos y la potencia del elevador, conocer la cantidad relativa de material en el circuito.

6.7.3 MOLINOS DE CARBÓN En la figura 6.52 se muestra un arreglo típico para la molienda de carbón en molinos de bolas. En la figura pueden verse los parámetros que se miden normalmente en estos sistemas y se considera que con ellos están prácticamente cubiertos todos los casos. Los molinos de carbón generalmente son 100% barridos por aire y equipados con separador estático.



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Kw

Kw %

% tsal Psal O2

tph % H20

% %

Sonido

% %

Horno de Satélites

Kw

tent Pent O2

Figura 6.52 Arreglo de molienda de carbón. 6.7.3.1 NIVEL DE SONIDO Normalmente se monitorea solo el nivel de sonido de la cámara I. La señal es graficada en el cuarto de control, en %. El sonido se ajusta de manera que la pluma del gráfico indique 100% cuando el molino está parado, y 0% cuando el molino esté en operación en vacío, sin alimentación. Con el molino trabajando en condiciones normales, el gráfico debe de indicar un valor próximo al 50%. Más material (menos ruido) da una señal más alta en el gráfico (molino más lleno) y menos material (más ruido) da una señal más baja en el gráfico (molino menos lleno). La forma de controlar el nivel dentro del molino es por medio de la alimentación nueva. Aunque la cantidad de retornos, el caudal y la temperatura de gases, la humedad, la dureza y la granulometría de la alimentación y las condiciones de los elementos internos del molino pueden influir en el nivel de sonido, ninguna de estas condiciones puede ser controlada con un efecto tan rápido como la alimentación fresca. Por eso, el control primario del nivel del molino es por medio de esta última. 6.7.3.2 POTENCIA DEL MOTOR PRINCIPAL El consumo de energía del motor principal puede ser monitoreado como valor instantáneo o con registro gráfico, en amperes o kW, aparte del valor acumulado de kWh. Además de ser dependiente de la carga de bolas, el consumo de energía también varía paralelamente con el nivel del sonido. Un molino lleno da kW más bajos, y un molino vacío da kW más altos, aunque con variaciones relativamente Capítulo: 6 Versión: 1.0


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pequeñas. Cabe señalar que esta dependencia del consumo de potencia con respecto al nivel de material en el molino es realmente apreciable en el rango de molino vacío, hasta que el material ha saturado la porosidad de la carga. Para mayor grado de llenado de material, la potencia del motor del molino presentará reducciones muy pequeñas. Dentro de los rangos de nivel que ocasionan variaciones apreciables de la potencia, ésta es influida por los mismos parámetros que el nivel del sonido. 6.7.3.3 TEMPERATURA DE SALIDA DEL GENERADOR DE GASES La temperatura de salida del generador de calor se indica como valor instantáneo, en °C. Normalmente se mantiene un valor máximo, dependiente del mismo generador de gases (típicamente 1000-1200;°C) y se ajusta por medio de válvulas de combustible y de aire diluyente (frío). 6.7.3.4 TEMPERATURA DE ENTRADA DEL MOLINO La temperatura de entrada del molino es registrada como valor actual y como gráfico contínuo, en °C. El valor normal depende de la construcción de los conductos (forrados o no) y de si los gases proceden de un generador de calor o si son gases residuales del horno. Normalmente esta temperatura es ajustada paralelamente con la temperatura del generador o, en el caso de gases del horno, con la compuerta entre el horno y el molino. Si hay aire falso, éste influirá mucho en la temperatura de la entrada. 6.7.3.5 TEMPERATURA DE SALIDA DEL MOLINO La temperatura de salida del molino es registrada como valor instantáneo y también como gráfico contínuo, los dos en °C. Este parámetro depende tanto de la humedad en la alimentación, como de la temperatura y del caudal de los gases de secado. También hay influencia de la cantidad de aire falso que entra al sistema. Para un sistema dado, con eficiencia en la transferencia de calor relativamente invariable, existe una correlación entre la temperatura de salida de gases y la humedad residual en el producto. A mayor temperatura de salida de gases, el producto saldrá más seco y viceversa. Este parámetro sirve de base para el control de la cantidad y temperatura de los gases de secado; es decir, la posición de válvulas de combustible y de aire fresco, y/o compuerta de gases del horno, será determinada por la temperatura de salida de gases del molino. 6.7.3.6 OXÍGENO EN LA SALIDA DEL FILTRO El oxígeno en la salida del filtro es registrado como valor instantáneo y como gráfico contínuo, en % de O2. Para reducir a un mínimo el riesgo de explosión, normalmente se mantiene muy por debajo del nivel de inercia (14 % de O2) a un valor de entre 8% y 10 %. Se Capítulo: 6 Versión: 1.0


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controla mediante la relación de los gases del horno y el aire recirculado. Si hay aire falso, éste influirá mucho en este parámetro. 6.7.3.7 PRESIÓN EN LA ENTRADA DEL MOLINO La presión en la entrada del molino es registrada como valor instantáneo y como gráfico contínuo, en mm CA o mbar. Dicha presión se controla de manera que siempre esté ligeramente negativa, entre -10 y -20 mm CA La presión es controlada por la compuerta del ventilador de barrido. 6.7.3.8 ALIMENTACIÓN NUEVA TOTAL Normalmente la alimentación total se registra como valor instantáneo y en registro gráfico, en tph, así como el valor acumulado en toneladas. Por medio de la alimentación total se controla el nivel del molino (sonido), la potencia del motor principal y del elevador y la temperatura de salida. De manera indirecta, influirá en todos los parámetros de molienda. 6.7.3.9 AGUA INYECTADA El agua inyectada es registrada como valor instantáneo en lph o en m3/hr. Asimismo, se registra el valor instantáneo de la posición de la válvula de agua, como % de apertura. Los ajustes en el caudal de agua influyen directamente en la temperatura de salida del aire y del material. Indirectamente influyen en el flujo de material, en las presiones de entrada y salida, y en el caudal de aire. Se usa solamente en los molinos inertes. 6.7.3.10 VÁLVULA DE COMBUSTIBLE/AIRE PRIMARIO Se registra únicamente como posición actual, en %. Se ajusta para modificar el aporte de kilocalorías suministradas al molino, por lo que tiene influencia directa en las temperaturas de entrada y salida del molino, en las presiones de entrada y salida, e indirectamente, en el nivel de sonido. 6.7.3.11 POSICIÓN DE LA COMPUERTA DE AIRE DILUYENTE Se registra únicamente como posición actual, en %. Los ajustes de esta compuerta significan cambios en la temperatura y en el caudal de los gases del generador (pero, de manera práctica, no en las kilocalorías suministradas). Hay influencia directa en la temperatura de la entrada y en las presiones de entrada y salida. 6.7.3.12 POSICIÓN DE LA COMPUERTA DE GASES DEL HORNO Se registra como posición actual, en %. Su influencia es idéntica a la de la posición de la válvula de combustible; suministra más o menos kilocalorías al molino cuando es abierta o cerrada, respectivamente. 6.7.3.13 POSICIÓN DE COMPUERTA DE AIRE FRÍO Se registra como valor actual, en % de apertura. Su función es exactamente igual a la del agua inyectada, pero en molinos no inertes. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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6.7.3.14 POSICIÓN DE LA COMPUERTA DEL VENTILADOR PRINCIPAL Se registra como valor actual, en % de apertura. Los ajustes de esta compuerta significan más caudal de gases calientes por el molino, si se disponen del horno o del generador de gases. Los cambios en su posición influyen directamente en las presiones de entrada y salida y en la temperatura de salida. 6.7.3.15 AJUSTES EN EL SEPARADOR ESTÁTICO Normalmente no se registran los cambios de las celosías del separador estático, ya que son realizados manualmente en campo. Los cambios en las celosías del separador significan cambio en la finura del producto y en la finura y cantidad de los retornos al molino. Esto último, a su vez, significan cambios en el nivel de sonido, en los kWs del elevador y en la presión de salida. 6.7.3.16 OTROS PARÁMETROS x Temperatura dentro del filtro Se registra como valor instantáneo, en °C. Normalmente, la temperatura se toma en 4 ó 6 lugares en la tolva del filtro para vigilancia de fuego en el mismo. Únicamente se usa por razones de seguridad. x Temperatura a la salida del filtro Se registra como valor instantáneo, en °C. Normalmente es usada durante los arranques para evitar riesgos de condensación en el sistema, especialmente en el filtro. x Presión a la salida del molino La presión de salida de molino es registrada como valor instantáneo y como gráfico contínuo, en mm CA o en mbar. Junto con el nivel de sonido, dicha presión da una buena indicación de la cantidad de material dentro del molino, y también del grado de atascamiento de los tabiques. x Amperaje del ventilador principal Se monitorea como rutina de vigilancia de motores eléctricos, pero además da información del proceso. El amperaje del motor del ventilador principal, además de indicarnos qué tan cerca estamos de su capacidad máxima, nos permite mantener una consigna de flujo constante. x Temperatura en el silo de carbón molido Se registra como valor instantáneo, en °C. Al igual que la temperatura del filtro, se usa para vigilancia de fuego en el interior del silo. Únicamente se usa por razones de seguridad. x CO en la salida del filtro y en el silo de carbón molido El CO es registrado como valor instantáneo y en registro gráfico, en ppm. Es parte del sistema de seguridad; vigila por fuegos en el sistema, tanto para incendios lentos, como en el caso de explosiones. x Presión a la salida del separador estático Capítulo: 6 Versión: 1.0


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Esta presión es registrada como valor actual y, en ocasiones, como gráfico contínuo, ambos en mm CA o mbar. Da una buena indicación de la carga de aire y material que pasa por el separador, lo que es igual a la carga circulante. x Presión a la entrada del filtro Esta presión es registrada como valor instantáneo, en mm CA o mbar. Da una buena indicación del caudal de aire total que pasa por el sistema.

6.8 OPERACIÓN Y CONTROL Para tener una marcha económica y obtener un producto de calidad en un molino de bolas, es necesaria la vigilancia y control de ciertas variables del proceso. En esta sección se verán los parámetros de vigilancia y control, los procedimientos de arranque y paro, y la forma en que se debe de responder a los disturbios externos que pudieran presentarse.

6.8.1 OPERACIÓN DE MOLINOS DE BOLAS En cuanto a la operación de molinos es conveniente aclarar que cada sistema y cada instalación tienen características que los hacen diferentes a las demás. Por esto, los casos que aquí se muestran deberán considerarse como ejemplos específicos y de ninguna manera como reglas generales. 6.8.1.1 MOLINOS DE CRUDO Los molinos de crudo tienen dos funciones principales: x Secado Este es el proceso que evapora la mayor parte de la humedad de la alimentación, antes de que esta sea introducida en la(s) cámara(s) de molienda. La fuente de calor puede ser los gases de un horno o de un generador de calor, siendo la única diferencia, la temperatura del gas. El secado puede ser efectuado en una cámara de secado en conexión directa con el molino, en un separador o bien tomar lugar completamente sin conexión con la instalación del molino. En todos los casos se trata de lo mismo, bajar el porcentaje de humedad en la alimentación a un nivel donde la cámara de molienda pueda moler el material sin problemas de adherencias en las bolas y en el revestimiento. Es decir, que la manera de controlar el secado es mantener una humedad correcta en el material que entra en la cámara de molienda, normalmente entre 1% y 1.5 %. Solo en el caso de secado en separadores o flash es posible muestrear entre el secado y la molienda. Por esto, se suele hacer una relación entre la humedad restante y la temperatura del material en la salida (del separador, del flash o del molino). La manera de mantener constante la temperatura y, por lo tanto, la humedad del producto, aunque se presenten variaciones en la humedad y en la cantidad de alimentación, es variar la cantidad de calor suministrada al lugar de secado. La cantidad de calor se puede variar de dos maneras: 1. Variando la temperatura de los gases calientes. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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2. Variando la cantidad de gases en m3/hr. En general, hay que trabajar con la temperatura más alta posible, considerando los máximos que pueden soportar los conductos, los ventiladores, los muñones o las zapatas y otros equipos en contacto con los gases. Los máximos normales son: Con gases de horno = 400 °C. Con gases de generador = 800 °C. Cuanto más alta es la temperatura, tanto más rápido se secarán los materiales, y tanto menos volumen de gases será necesario, dando menores velocidades de aire y menores pérdidas de presión. En la realidad, el límite en la cantidad de gas es la velocidad máxima de aire. Es decir, que sí se requieren grandes cantidades de gas, los equipos aumentarán en tamaño físico para no sobrepasar el límite máximo de velocidad de aire. En la práctica, la velocidad de aire en un molino o en un separador será más alta cuando se requiera cambiar el aire del molino más frecuentemente para eliminar la humedad que ya se ha evaporado, o cuando se quiera aumentar el transporte dentro del molino. x Molienda. La molienda se efectúa en las(s) cámara(s) de molienda (normalmente 1 ó 2). Luego el separador separa el producto del molino en finos y gruesos. Para controlar este proceso y hacerlo de la manera más económica posible, hay que ver las relaciones entre los diferentes factores del proceso. Las teorías indican que, una vez dados los tamaños de las máquinas, la composición y cantidad de las cargas de bolas, una cierta cantidad de material en relación con el nivel de bolas ofrece la molienda más eficaz. Dichas teorías también indican que a cierta finura del producto final corresponde una cifra de circulación óptima. Es decir que para obtener la máxima producción, a la finura deseada, hay que mantener una relación entre la alimentación y los retornos del separador. Los datos disponibles para hacer este control normalmente son: 1. Alimentación existente, en tph. 2. Nivel de sonido en la primera cámara. 3. Consumo de kW del motor principal. 4. Consumo de kW ó amperes del elevador. 5. Caída de presión en el molino. 6. Retornos del separador, en tph. 7. Finura del producto final. La mayoría de estos datos se encuentra registrados continuamente en el panel de control. Solamente la finura viene como resultado de los análisis del laboratorio cada 1 ó 2 horas. Los factores con que se controlan los valores arriba mencionados son: Cantidad de alimentación. Ajustes del separador (paletas, aspas, celosías, velocidad del rotor ó caudal de aire). Ajuste del caudal de aire del molino. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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Normalmente, se ajusta primero el separador para conseguir el producto deseado, ajustando luego la alimentación para obtener la óptima cifra de recirculación. Después, hay que mantener este balance, también con las variaciones normales de alimentación, como son: la granulometría, la composición, la dureza y la densidad. Para este propósito, el nivel de sonido y el consumo de energía del elevador son los valores más útiles. Manteniendo constantes los dos parámetros anteriores, con pequeños ajustes en la alimentación se consiguen condiciones óptimas dentro del molino. Los ajustes del separador se hacen únicamente en base a los resultados de finura obtenidos. 6.8.1.2 MOLINOS DE CARBÓN El carbón tiene cantidades variables de volátiles, tanto combustible como incombustible. Asimismo, todos los tipos de carbón contienen agua higroscópica, es decir agua inherente, así como cantidades variables de impurezas que en el proceso de combustión se convierten en cenizas. El grado de molienda requerido depende del tipo de carbón utilizado, toda vez que debe molerse precisamente a la finura que asegure la correcta ignición y combustión en el horno. El carbón con bajo contenido de volátiles exige una elevada temperatura de ignición y debe ser molido finamente. Por el contrario, el carbón con elevado contenido de volátiles no debe molerse a gran finura, porque en tal caso, el gas será expulsado con demasiada rapidez para mezclarse correctamente con el aire de combustión. En la tabla 6.11 se presentan valores típicos de contenido de volátiles, humedad y finura a la que se muele el carbón.

Tabla 6.11 Contenidos de volátiles, humedad y finuras para diferentes carbones. Agua Finura a que Tipo de Carbón (% ) Cenizas (% ) Higroscópica (% ) se muele Antracita 5 5 2 5-7 % +90 P Hulla Antracitosa 5-15 3-5 2-6 Carbón semi-graso 15-20 5-8 2-6 Carbón bituminoso 20-30 8-10 2-6 Carbón Graso 30-40 10-20 2-6 Lignito 40-50 15-30 10-25 30 % +90 P Los molinos de carbón tienen dos funciones principales: x Secado. El secado es el proceso que evapora la mayor parte de la humedad de la alimentación, antes de que esta sea introducida en la(s) cámara(s) de molienda. La fuente de calor puede ser los gases de un horno o de un generador de calor, siendo la única diferencia la temperatura de los gases. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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El secado puede ser efectuado en una cámara de secado en conexión directa con el molino o puede ser sin conexión con la instalación de molienda. En ambos casos se trata de lo mismo, bajar el porcentaje de humedad en la alimentación a un nivel donde la cámara de molienda pueda moler el material sin problemas de adherencias en las bolas y en el revestimiento. Es decir que, la manera de controlar el secado es mantener una cantidad determinada de humedad en el material que entra en la cámara de molienda; esta depende del tipo de carbón que se maneje. Se suele hacer una relación entre la humedad restante y la temperatura del material en la salida del molino. La manera de mantener constante la temperatura y, por lo tanto, la humedad del producto, aunque haya variaciones en la humedad y en la cantidad de la alimentación, es variar la cantidad de calor suministrada al lugar de secado. La cantidad de calor se puede variar de dos maneras: 1. Variando la temperatura de los gases calientes. 2. Variando la cantidad de gases en m3/hr. En general, hay que trabajar con la temperatura más alta posible, considerando los máximos que pueden soportar los conductos, los ventiladores, los muñones o zapatas y otros equipos en contacto con los gases. Los máximos normales son: Con gases de horno = 400 °C. Con gases de generador = 800 °C. Cuanto más alta es la temperatura, tanto más rápido se secarán los materiales y tanto menor será el volumen de gases necesario, dando menores velocidades de gases y menores pérdidas de presión. En la realidad, el límite en la cantidad de gases es la velocidad máxima de aire. Es decir que si se requieren grandes cantidades de gases, los equipos aumentarán en tamaño físico para no sobrepasar los límites máximos de velocidades de aire. En la práctica, la velocidad de gases de un molino o de un separador será más alta cuando se requiera cambiar los gases del molino más frecuentemente, para eliminar la humedad que ya se ha evaporado, o cuando se quiera aumentar el transporte dentro del molino. x Molienda. Normalmente la molienda de carbón se efectúa en un ambiente inerte, para evitar el riesgo de ignición ó explosión. La palabra inerte significa un ambiente con bajo porcentaje de oxígeno, donde no existe la posibilidad de incendio ó explosión; normalmente menos de un 10 % de O2. Por esto, la operación de un sistema inerte es algo más complicada. Además de controlar la temperatura de la salida del molino, también hay que controlar el porcentaje de oxígeno y la temperatura en el filtro de despolvamiento. El hecho de que no sea posible bajar la temperatura de los gases con aire frío (aumentaría el porcentaje de O2), hace necesario tener un sistema de inyección de agua. En total, se mantiene constante el caudal de gases calientes y con la inyección de agua se ajusta la temperatura de la salida dependiente de la humedad Capítulo: 6 Versión: 1.0


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en la alimentación. En algunos casos también existe la posibilidad de recircular gases para limitar la inyección de agua. La molienda se efectúa en la(s) cámara(s) de molienda (normalmente 1 ó 2 cámaras). Luego, el separador separa el producto del molino en finos y gruesos. Para controlar este proceso y hacerlo lo más económico posible, hay que ver las relaciones entre los diferentes factores del proceso. Las teorías indican que, una vez dados los tamaños de las máquinas, la composición y cantidad de las cargas de bolas, una cierta cantidad de material en relación con el nivel de bolas ofrece la molienda más eficaz. Dichas teorías también indican que a cierta finura del producto final corresponde una cifra de circulación óptima. Es decir que, para obtener la máxima producción a la finura deseada, hay que mantener una relación entre la alimentación y los retornos del separador. Además de estas dos funciones, el problema de seguridad influye mucho en la operación de un molino de carbón. Los datos disponibles para hacer este control normalmente son: 1. Alimentación existente, en tph. 2. Nivel de sonido en la primera cámara. 3. Consumo de kW del motor principal. 4. Consumo de kW ó amperes del elevador. 5. Caída de presión sobre el molino. 6. Retornos del separador, en tph. 7. Finura del producto final. La mayoría de estos datos se encuentra registrados en forma continua en el panel de control. Solamente la finura viene como resultado de los análisis del laboratorio cada 1 ó 2 horas. Los factores con que se controlan los valores arriba mencionados son: 1. La cantidad de alimentación. 2. Los ajustes del separador (paletas, aspas, celosías, velocidad del rotor ó caudal de aire). 3. El ajuste del caudal de aire del molino. Normalmente, se ajusta primero el separador para conseguir el producto deseado, ajustando luego la alimentación para obtener la óptima cifra de circulación. Después hay que mantener este balance, también con las variaciones normales de alimentación, como son: la granulometría, la composición, la dureza y la densidad. Para este propósito, el nivel del sonido y el consumo de energía del motor principal son los valores más útiles. Manteniendo constantes los dos parámetros anteriores, con pequeños ajustes en la alimentación se consiguen condiciones óptimas dentro del molino. Los ajustes del separador se hacen únicamente en base a los resultados de finura obtenidos.



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6.8.1.3 MOLINOS DE CEMENTO La función principal de un molino de cemento es la molienda. Pero también hay que controlar la calidad del cemento, en otros palabras, la distribución granulométrica del producto y la correcta deshidratación del yeso. Aquí serán mencionados los aspectos de operación necesarios para moler un producto de calidad. Molienda. La molienda se efectúa en las cámaras de molienda. Luego, el separador separa el producto en finos y gruesos. Para controlar este proceso y hacerlo lo más económico posible, hay que ver las relaciones entre los diferentes factores del proceso. Las teorías indican que, una vez dados los tamaños de las máquinas y la composición y cantidad de las cargas de bolas, una cierta cantidad de material en relación con el nivel de bolas ofrece la molienda más eficaz. Estas teorías también indican que a una cierta finura del producto final corresponde una cifra de circulación óptima. Es decir que, para obtener la máxima producción a la finura deseada, hay que mantener una cierta relación entre la alimentación nueva y los retornos del separador. Los datos disponibles para hacer este control normalmente son: 1. Alimentación existente, en tph. 2. Nivel de sonido en la primera cámara. 3. Consumo de kW en el motor principal. 4. Consumo de kW o amperes del elevador. 5. Caída de presión sobre el molino. 6. Retornos del separador, en tph. 7. Finura del producto final. La mayoría de estos datos se encuentra registrados en forma continua en el panel de control. Solamente la finura viene como resultado de los análisis del laboratorio cada 1 ó 2 horas. Los factores con que se controlan los valores arriba mencionados son: 1. La cantidad de alimentación. 2. Los ajustes del separador (paletas, aspas, celosías, velocidad del rotor ó caudal de aire). 3. Los ajuste del caudal de aire del molino. Normalmente se ajusta primero el separador para conseguir el producto deseado, ajustando luego la alimentación para obtener la óptima cifra de recirculación. Después hay que mantener este balance, también con las variaciones normales de la alimentación, como son: la granulometría, la composición, la dureza y la densidad. Para este propósito, el nivel de sonido y el consumo de energía del elevador son los valores más útiles. Manteniendo constantes los dos parámetros anteriores, con pequeños ajustes en la alimentación se consiguen condiciones óptimas dentro del molino. Los ajustes del separador se hacen únicamente en base a los resultados de finura obtenidos. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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Control de la temperatura y del punto de rocío. Para evitar los problemas de deshidratación del yeso y prehidratación del clinker, hay que mantener las temperaturas dentro del molino por debajo de aproximadamente 120 °C (dependiendo del tipo de yeso). Normalmente, esto se hace inyectando agua en el molino. Para asegurar la evaporación, la inyección no debe de iniciarse hasta que tenga una temperatura de al menos 105 °C en la cámara (puede ser en el tabique de la cámara 1 ó bien en el material que sale de la cámara 2). Una vez controladas las temperaturas, también hay que cuidar el punto de rocío para evitar condensaciones en el sistema. Esto se hace variando el caudal de aire por el molino, normalmente usando la depresión en la salida como dato de referencia. Material húmedo En el caso de que uno ó más de los componentes de la alimentación contengan más del 1.5 % de H2O en relación a la alimentación total en la entrada del molino, se presentarán problemas con la molienda. Puesto que en un molino de cemento normalmente no se usan gases calientes, solo existe la capacidad de secado que suministra el calor generado por la molienda misma. El efecto de un exceso de humedad es que la primer cámara se llena más fácilmente. En casos muy graves, el efecto es el atascamiento del tabique por material grueso y húmedo. Si no hay posibilidad de hacer ninguna forma de presecado del componente húmedo, solo existe la posibilidad de bajar la cantidad de alimentación hasta que el calor de molienda pueda secar la humedad que entra al sistema. Normalmente, sirve de guía la temperatura en el tabique, la cual debe de ser de alrededor de 100°C como mínimo, para que no haya problemas de humedad. Si la humedad total es menor del 1% se puede trabajar con temperaturas más bajas en el tabique. En casos de materiales húmedos es conveniente trabajar con temperaturas de clinker entre 100°C y 150°C.

6.8.2 CONTROL DE MOLINOS DE BOLAS Se pueden diferenciar dos tipos de controles básicos: los controles simples y los controles en cascada. Control simple.- Este tipo de control actúa de acuerdo a una señal de nivel variable proveniente del cuarto de control, como podría ser, el control de una compuerta de regulación. Este esquema de control se muestra en la figura 6.53. En este tipo de control, la señal de salida varía de acuerdo a la diferencia entre el valor buscado (set point o SP) y el valor retroalimentado (process value o PV). Este tipo de control, en el que el SP del dispositivo de campo es puesto por el operador, es considerado un control manual y no reaccionará a otros cambios del proceso, a menos que el operador modifique el valor del SP.



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CONTROL SIMPLE

DISPOSITIVO DE CAMPO

Valor del Proceso ( PV)

Set Point ( SP) Operador Salida ( O)

Figura 6.53 Esquema de control simple. Control Automático.- Los controles automáticos ó lazos de control, son una relación entre dos variables, a través de dispositivos electrónicos, de modo que las variaciones en uno de ellos ejerzan algún efecto sobre el otro. De este modo, es posible controlar esté a partir de aquel. Este tipo de control reaccionará a cambios en la variable controlada, moviendo automáticamente el SP de la variable de control, sin que el operador tenga que intervenir. El esquema se muestra en la figura 6.54. VARIABLE A CONTROLAR

VARIABLE DE CONTROL

Valor del Proceso (PV)

Valor del Proceso (PV)

Set Point (SP)

Set Point (SP)

Salida (O)

Salida (O)

DISPOSITIVO DE CAMPO

Operador

INSTRUMENTO DE MEDICION DEL PROCESO

Figura 6.54 Esquema de control automático. Hoy en día, muy pocos de los parámetros están controlados desde el campo, solamente en instalaciones antiguas se ven parámetros como paletas de separadores (diafragmas), válvulas de combustible y aire de un generador de calor, compuertas de ventiladores, etc., todavía sin control remoto desde el control central. En principio, los controles manual y automático son idénticos de actuación y funcionamiento. La gran diferencia es que el control automático actúa más frecuentemente y, si el sistema de regulación está bien ajustado, más finamente (pasos más pequeños), dando un control óptimo y, por lo tanto facilitando mucho el trabajo del operador. En la siguiente lección se explicará el control automático. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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6.8.2.1 CONTROL AUTOMÁTICO DE MOLINOS Para controles continuos, es decir, controles que necesitan acciones correctivas con alta frecuencia, muchas veces es viable dejar el control a un controlador automático que continuamente está vigilando una parte del proceso y que toma las acciones correctivas según su programación, manteniendo la variable en su valor de consiga. En la industria del cemento, el controlador PID ha sido usado durante muchos años. El PID usa modelos matemáticos determinados para controlar el proceso. En los últimas años el desarrollo de la computadora ha significado que nuevos sistemas sofisticados han sido introducidos en el mercado. Estos sistemas usan control indeterminado, es decir, criterios empíricos solos o en combinación con modelos matemáticos. A continuación se mencionan los parámetros normalmente controlados en automático y su método de control. 6.8.2.2 PARÁMETROS AUTOMÁTICO

NORMALMENTE

CONTROLADOS

EN

6.8.2.2.1 MOLINOS DE CRUDO En molinos de crudo típicos, normalmente se controlan las siguientes variables por controladores automáticos; la forma de controlar puede variar según el arreglo específico de que se trate. 1. El nivel del sonido y/o kW del elevador son controlados por medio la alimentación fresca. 2. La temperatura a la salida del molino o del separador, es controlada por medio del caudal y de la temperatura de gases de secado; esto es, por medio de la compuerta del ventilador o la válvula de combustible, en caso de que se utilicen gases del horno o de estufa, respectivamente. 3. La temperatura de salida del generador de calor, se controla por medio del caudal de aire secundario (diluyente), aunque en algunos arreglos puede estar controlada por la válvula combustible/aire. 4. La presión en la entrada del molino, es controlada por la compuerta del ventilador principal del molino (barrido), aunque en algunos casos puede hacerse con la compuerta de gases del horno o la de aire secundario de la estufa. 5. El caudal de aire de separación, es controlado por la compuerta de aire recirculado al separador. Los mecanismos de control pueden variar de sistema en sistema, pero siempre con el fin de controlar el nivel del molino, la temperatura de salida (y de esta forma, el secado), la temperatura de entrada al molino o salida del generador (por seguridad de la instalación) y la presión de entrada al molino (y de esta forma, el barrido). Si todos estos reguladores se están usando o no, depende de la complejidad de la instalación, es decir, gases del horno/generador de calor, tipos de separadores, etc. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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6.8.2.2.2 MOLINOS DE CARBÓN En molinos de carbón típicos, normalmente se controlan las siguientes variables por controladores automáticos; la forma de controlar puede variar según el arreglo específico de que se trate. 1. El nivel de sonido, es controlado por la alimentación fresca. 2. La temperatura de salida del molino, es controlada por el caudal y la temperatura de los gases de secado y aire fresco en molinos no inertes; y por el agua inyectada en molinos inertes. 3. La temperatura en la salida del generador de calor, es controlada por la válvula de combustible/aire o con aire secundario. 4. La presión en la entrada del molino, es controlada por la compuerta de gases del horno o por el aire secundario del generador. 5. El caudal de aire de separación, es controlado por la compuerta del ventilador principal. Los mecanismos de control pueden variar de sistema en sistema, pero siempre con el fin de controlar el nivel del molino, la temperatura de salida (y de esta forma, el secado), la temperatura de entrada al molino o salida del generador (por seguridad de la instalación) y la presión de entrada al molino (y de esta forma, el barrido y el aire de separación). Si todos estos reguladores están siendo usados ó no, depende de la complejidad de la instalación, es decir, gases del horno/generador de calor, inercia ó no, tipo de separador, etc. 6.8.2.2.3 MOLINOS DE CEMENTO En molinos de cemento típicos, normalmente se controlan las siguientes variables por controladores automáticos la forma de controlar puede variar según el arreglo específico de que se trate. 1. El nivel de sonido y/o kW del elevador, son controlados por la alimentación. 2. La temperatura del diafragma intermedio, es controlada por el agua inyectada en la cámara 1. 3. La temperatura en la salida del molino, es controlada por el agua inyectada en la cámara 2. 4. La presión en la entrada del molino, es controlada por las revoluciones o la compuerta del ventilador principal. 5. El caudal de aire de separación, es controlado por las revoluciones o la compuerta del ventilador. Si todos estos reguladores están siendo usados ó no, depende de la complejidad de la instalación, es decir, inyección de agua en una ó dos cámaras, molino de circuito abierto ó cerrado. La figura 6.55 muestra el control automático de la temperatura en un molino de cemento; y las figuras 6.56 y 6.57 muestran el control automático del caudal en un separador Sepax y el control automático de alimentación a un molino, respectivamente.



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Figura 6.55 Control automático de la temperatura en un molino de cemento.

C o n tr o la d o r P I

Figura 6.56 Control automático del caudal en un separador Sepax.

S U P ER V IS IÓ N A M PL IFIC A D O R O N / O FF

A L IM E N T A C IÓ N TO TAL

FOLÁFO NO A M PL IFIC A D O R

S U P ER V IS IÓ N A M PL IF IC A D O R B A

A -B

ALARMAS

M A X I M O

YE S O 0 -10 %

M IC R Ó F O N O A M P L IF IC A D O R

M I N I M O

C L IN K E R 0 -100 %

Figura 6.57 Control automático de la alimentación a un molino. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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6.8.2.3 OPERACIÓN CON CONTROL AUTOMÁTICO Para la operación con control automático es muy importante que las condiciones de operación sean estables y cercanas a los valores nominales antes de que se haga el cambio de manual a automático. En una sección posterior se verá como se hace el arranque y el paro de un molino de crudo. Para obtener una buena operación en automático es muy importante que los valores del regulador (amplificación y tiempo integral) estén ajustados correctamente. Este ajuste normalmente se hace durante la puesta en marcha en cooperación entre el especialista en molinos y el especialista en electrónica. Los beneficios del control automático son: Productos más uniformes. Producción media más alta. Menos necesidad de vigilancia contínua. Esto, sin embargo, no significa que el operador del molino no tiene trabajo. El control todavía está hecho por él, pero el carácter de su trabajo cambia con relación a un sistema manual. Típicamente, las funciones del operador son: 1. Arranques y paros del molino. 2. Ajustes de finura. 3. Ajustes de consignas para obtener una operación óptima. 4. Mantener llenas las tolvas de alimentación. 5. Registar datos de operación (si no está hecho por computadora). 6. En casos de disturbios mayores, poner el molino en control manual, llevarlo otra vez a condiciones estables y volver a ponerlo en automático. Es decir que el control automático es una ayuda, una herramienta para el operador, no un substituto. 6.8.2.4 SISTEMAS DE CONTROL INDETERMINADO Este tipo de control “Fuzzy” diseñado por la Compañía FLS, en su inicio se uso para hornos, aunque ahora han elaborado un control de este tipo para molinos. Los primeros molinos ya están actualmente trabajando según esta nueva filosofía. Los Fuzzy de molinos funcionan como un regulador complicado, usando varios parámetros para determinar las condiciones existentes de operación y actuando con regulación de varias variables, según criterios matemáticos empíricos. Cada Fuzzy está hecho especialmente para el molino en cuestión, dependiendo de la situación existente. Por ésto, no es posible hacer una explicación general del funcionamiento en detalle. A grandes rasgos, se puede decir que el Fuzzy funciona más como un operador que como el regulador PI; porque toma en consideración varios parámetros y hasta cierto grado puede predecir la operación. Así como en el caso del control automático, hay que decir que el Fuzzy es una herramienta que no funciona sin el operador. El Fuzzy hace que un buen operador trabaje mejor todavía.

6.8.2.5 ARRANQUE Y PARO DE MOLINOS Capítulo: 6 Versión: 1.0


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A continuación se presenta un procedimiento general para el arranque y/o paro de un molino. Se hará incapié en los pasos específicos de los diferentes tipos de molienda (cemento, crudo y carbón). Los siguientes conocimientos básicos deberán ser dominados correctamente por el personal encargado de operar los sistemas de molienda de cualquier planta. 1. Se deberá conocer a detalle el diagrama de interbloqueos del molino en cuestión. 2. Se deberá conocer la localización correcta de los puntos de mediciones de temperaturas, presiones, vibraciones, niveles de aceite, etc. 3. Es recomendable tener un listado de todos los instrumentos con los que cuenta el molino (aunque no se tengan en pantalla), si está en campo o COP, y para que se usa. 4. Por ningun motivo se puentearán o bloquearan señales. Verificaciones previas al arranque. Las siguientes verificaciones previas deberán llevarse a cabo antes de proceder al arranque del molino: 1. Verificar que exista suficiente cantidad de materia prima en las tolvas de alimentación. 2. Verificar que se tengan todas las compuertas y registros cerrados, y que nadie esté dentro del molino y/o equipos auxiliares. 3. Verificar que todos los interruptores estén dentro, así como todos los paros de emergencia deberán estar desactivados. 4. Verificar que todos los equipos tengan permiso de arranque; si no hay instrumentación, checar en campo. 5. Verificar que exista espacio suficiente en el silo seleccionado para depositar el producto del molino. 6. Verificar con el personal de laboratorio las consignas de calidad y dar aviso de arranque. 6.8.2.5.1 PROCEDIMIENTO DE ARRANQUE A continuación se presenta la secuencia lógica del arranque de los equipos que componen un sistema de molienda: 1. Se arranca el grupo de seguridad. En este grupo arrancan las bombas de lubricación de alta y baja presión, la bomba de lubricación del reductor, el motor principal y los compresores auxiliares. 2. Se arranca el grupo de transporte a silo. En esta etapa ya ha sido seleccionado el silo a donde se descargará el producto y empiezan a operar el compresor y la bomba, o el elevador y los fluidores, según esté equipada la planta. 3. Se arranca el grupo de ventilación. Los equipos principales que arrancan son el ventilador principal y el colector. 4. Calentamiento del sistema. Después de arrancar el ventilador se debe proceder a calentar el sistema, para lo cual se usan gases de horno o del generador de gases calientes. Con el objetivo de calentar la carga de bola, los elementos internos, ductería y sobre todo el colector de polvo, ya que de no calentarse, al arrancar el molino, se emplearía gran parte del calor suministrado en calentar, resultando en un Capítulo: 6 Versión: 1.0


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secado del material deficiente, mientras no se caliente todo el sistema. Además es de gran importancia que la temperatura de la superficie de todo el sistema estén por arriba del punto de rocío, evitando así condensación de agua dentro del sistema. Este procedimiento se lleva a cabo con poco tiro y manteniendo una temperatura a la salida del molino de 100°C a 120°C y se usa solamente en molienda de crudo o de carbón. Las persianas del ventilador se deben abrir ligeramente (entre 5 y 10%). 5. Se arranca el grupo de carga circulante. En este grupo arranca el separador, el o los aerodeslizadores de alimentación al separador, el o los elevadores y el aerodeslizador de descarga del molino. 6. Acoplamiento o arranque del molino. En este grupo el molino es puesto en operación. En algunos sistemas también arranca la banda de alimentación. 7. Se arranca el grupo de alimentación. En este grupo arrancan la banda de alimentación y las básculas. Es muy importante que el molino no trabaje vacío por más de 10 minutos, con la finalidad de evitarle daños al blindaje. 8. El siguiente paso es abrir las persianas del ventilador para darle barrido al molino y aire al separador. Si se está trabajando con generador de gases caliente debe abrirse la válvula de combustible. También en este momento debe operarse manualmente la alimentación, y alimentarse entre un 75% y un 80% de la alimentación máxima, durante un período de 10 a 15 minutos. 9. Se procede a estabilizar la operación del molino. En esta etapa es donde deberá prestarse la mayor atención a la operación del molino, observandose las tendencias de los registradores de las presiones a la entrada y a la salida del molino, las temperaturas de los gases en la entrada y a la salida del molino, la temperatura del material saliendo del molino, el nivel de sonido del molino, los amperajes y/o kWs del o los elevadores de la descarga del molino, del motor principal, del ventilador de barrido y del separador. 10.En base a las tendencias de los parámetros mencionados en el punto anterior, se debe proceder a recuperar la alimentación al molino en forma escalonada, es decir, en aumentos equivalentes a un 5% aproximadamente de su alimentación total a intervalos de 10 o 15 minutos, hasta alcanzar un 95%, para a continuación cambiar la alimentación al modo automático, para que alcance la alimentación máxima. También deberán hacese los ajustes pertinentes a las presiones y temperaturas y se aumenta la alimentación hasta su producción máxima. Para molinos de cemento deberá esperarse hasta que el sistema esté caliente,es decir que la temperatura en el diafragma intermedio y/o se encuentre por encima de 105 °C, para proceder a arrancar las bombas de inyección de agua (en caso de utilizarse), tratando de mantener la temperatura en los valores de consigna (normalmente 110 °C en el diafragma intermedio y de 115 a 120 °C en el diafragma de salida). La primera muestra de producto, sólo se deberá tomar como guía, y no como referencia para realizar algún movimiento para corrección de la finura o del blaine, a menos que sea un dato muy fuera de rango. 6.8.2.5.2 PROCEDIMIENTOS DE PARO Capítulo: 6 Versión: 1.0


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En la operación de un molino se pueden presentar dos situaciones de paro: el programado y el inesperado. En cualquier tipo de paro lo más importante será proteger la integridad física del personal y evitar que las instalaciones y los equipos sufran algun tipo de daño. Un paro programado es áquel en el que puede conocerse o estimarse la hora y la causa por la cual parará el sistema de molienda, y también puede conocerse o estimarse la hora de arranque. Dependiendo del objetivo por el cual parará el molino, será el procedimiento de paro. Paro Programado Corto: Es aquel que puede ser causado por falta de alguno de los materiales en las tolvas, o alguna otra situación semejante, y deberán de considerarse los siguientes puntos: 1. Dejar el sistema lo más normal posible. 2. Parar el sistema de alimentación. 3. Vaciar los equipos periféricos, como son: los aerodeslizadores, los elevadores y el separador. (Tal vez éste sea el punto más importante para este tipo de paro). 4. También es importante no dejar que se vacíe el molino. 5. Cerrar compuertas y/o persianas, permitiendo solo el tiro suficiente para eliminar humedades o condensaciones del sistema. La temperatura a la salida del molino deberá mantenerse cercana a los 100°C. 6. Desacoplar el molino. Paro Programado Largo: Puede ser un paro para efectuar alguna tarea de mantenimiento, para medir la carga de bola, para limpieza de rejillas, etc. Los puntos que deberán de considerarse son los siguientes: 1. Parar el sistema de alimentación el tiempo necesario para vaciar el molino y los equipos periféricos. Una buena referencia de que el sistema se ha vaciado serán la indicación de los kWs ó de los amperes del o los elevadores, la indicación del nivel de ruido y la indicación de los retornos. 2. En este tipo de paro, el punto más importante a tener en mente es el cuidado o protección el emplacado, principalmente el de la cámara 1. 3. Vaciar el sistema de material y de vapor. 4. Desacoplar el molino 5. Cerrar la compuerta que comunica al molino con la fuente de calor, no parar el ventilador de barrido, y si es posible, abrir alguna compuerta de aire frío para permitir que se enfrie el sistema. En caso de molienda de carbón no se deberá abrir ninguna compuerta de aire frío ya que pudiera provocarse una explosión. 6. Si la segunda cámara no se vació bien, puede girarse el molino con el giro lento y dar todo el tiro. Paro Inesperado: Capítulo: 6 Versión: 1.0


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Un paro inesperado es aquél en el cual no interviene el operedor, o si lo hace, sólo dispone del tiempo para desacoplar, es decir, no se conoce la hora de paro del molino, pudiendo ser un paro debido a un taponamiento en el flujo del proceso, a una falla de algún equipo que desacople el molino, a la falla en el suministro de energía eléctrica, etc. En una situación similar deberán de considerarse los siguientes puntos: 1. Si existe secado, hay que asegurar en primer lugar cerrar la compuerta de los gases de la fuente de calor y, si la temperatura se disparó, abrir alguna compuerta de aire frío. En caso de que se trate de un molino de carbón no se deberá abrir ninguna compuerta o persiana para evitar la entrada de oxígeno al sistema, y el enfriamiento deberá realizarse con inyección de agua. 2. Parar las bombas de inyección de agua y de aditivo, si el sistema no cuanta con un interbloqueo que pare dichos equipos al parar el molino. 3. Si el paro se debió al ventilador de barrido, deberá de restablecerse lo más rápido posible y ponerlo nuevamente en operación, para así poder retirar el calor y la humedad del molino. 4. Si hay secado en el separador, hay que abrir la compuerta de aire frío para evitar daños en el interior (excepto en carbón). 5. Si el paro fué provocado por el paro de algún equipo en el sistema de transporte, al quedar listo el equipo se deberá arrancar éste para limpiar el sistema cuando el material aún esté caliente.

6.8.3. ENCLAVAMIENTOS Por enclavamientos debemos entender los requisitos que se deben cumplir para poder operar un equipo. Cualquier desviación en este aspecto, impedirá el arranque u ocasionará el paro de la instalación. Como se señaló anteriormente, el número y el tipo de enclavamientos dependerá de la instalación específica de que se trate. Sin embargo, todos ellos tienen el mismo objetivo: proteger al personal y a las instalaciones. A continuación se mencionan los enclavamientos de proceso de un molino de cemento específico; además se menciona la secuencia de arranque, que tienen como finalidad asegurar el flujo de materiales. x Las básculas dosificadoras tienen señal (luminosa y sonora) en el tablero de control, en caso de que se presente desalineamiento de la banda o falla de material. x La bomba de aditivo tiene señal luminosa y sonora en caso de falla de flujo del aditivo. x Las bombas de lubricación de las chumaceras principales, de los reductores principales y de la corona de molino tienen señal luminosa y sonora en el tablero de control al fallar el flujo de aceite. Si no se restablece la falla a los 5 minutos, el molino parará. x El compresor de aire de la bomba de lubricación de la corona tiene señal luminosa y sonora en tablero, al fallar la presión de aire, si no se restablece la falla a los 5 minutos, el molino parará. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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x Los puntos de medición de temperatura del accionamiento del molino, tienen señal luminosa y sonora de aviso cuando la temperatura es de 75°C. Si la temperatura no es controlada y llega a los 80°C, el molino parará. x Las bombas de lubricación del reductor del separador tienen señal luminosa y sonora al haber falla de flujo, esta manda parar el separador. x Los filtros de bolsas del molino como el del separador tienen señal luminosa y sonora, al haber falla de presión de aire. El molino solo para, si para el filtro de bolsas del molino. x El aeropol tiene señal luminosa en el tablero de control de sobrellenado, al pasar esto automaticamente se corta la alimentación del molino hasta que se normalice la carga del aeropol. x Los motores eléctricos tiene protección en caso de sobrecarga, si ocurre esta falla el equipo se bota y aparece señal luminosa y sonora en el tablero de control. x La temperatura en la salida del molino está enclavada con la bomba de agua de enfriamiento, si esta es menor de 105 °C la bomba para, al llegar a 115 °C la bomba de agua entra en operación. A continuación se presenta la secuencia de arranque en molino de Cemento específico: 1. Básculas de clinker y/o yeso. a) Control maestro de básculas. b) Bomba de aditivo. c) Bomba de agua de enfriamiento. d) Molino. 2. Molino. a) Bomba de lubricación del reductor principal. b) Bombas de lubricación de chumaceras principales. c) Bombas de levante de chumaceras principales. d) Bomba de grasa de corona del molino. e) Falla de rpesión de aire. f) Falla por alta temperatura en puntos de medición (T máxima = 80 °C) g) Aerodeslizador. h) Elevador de cangilones. 3. Elevador de cangilones a) aerodeslizador. 4. Turboseparadores. 5. Plato dispersor del turboseparador. a) Ventilador del motor del turboseparador. b) Bomba de lubricación del turboseparador. c) Extractor del filtro de bolsas. 6. Extractor del filtro de bolsas. a) Programa de sacudido. b) Turboventilador de sacudido. c) Gusanos de tolvas. d) Esclusas de ciclones. e) Gusano de ciclones. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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f) Aerodeslizador de retornos. g) Fluidor de aerodeslizador. 7. Fluidor de aerodeslizador a aeropol. 8. Compresores del aeropol. 9. Fluidor de aerodeslizador a silo. El equipo numerado del 1 al 9 al botarse cualquiera de ellos botará en numeración descendente a todos los demas a excepción de los equipos de conexión independiente y a las bombas de lubricación del molino.

6.9 EVALUACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE SISTEMAS DE MOLIENDA Propósitos de la evaluación: Capacidad Economía. (kWh/ton, kcal/ton) Calidad Cuellos de botella. (Evaluar equipos periféricos) Evaluación mecánica. (Relacionada con el proceso) Herramientas: Datos históricos contra datos actuales Inspección interna del molino Muestreo de cargas de bolas Muestreo axial Balances de materia y calor Análisis de separadores

6.9.1 EVALUACIÓN DEL MATERIAL DE ALIMENTACIÓN Para evaluar el material de alimentación a un sistema de molienda debemos tener en cuenta los siguientes aspectos: Granulometría: Siempre debemos observar la distribución completa del material de alimentación, ya que el K80 no es suficiente, debido a que para un mismo K80 podemos tener distribuciones muy diferentes como se muestra en la figura 6.58. Una buena práctica que se recomienda es la de efectuar una inspección visual del tamaño de material que se alimenta, para compararlo mentalmente con el resultado de la granulometría, especialmente cuando los molinos se alimenten de patios de grúas donde se da el fenómeno de segregación.



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% Ret

80

Tamaño de Partícula

Figura 6.58 Tamaño de partícula vs Porcentaje Retenido. Para el cálculo de tamaño máximo de bola usaremos el K80 teniendo en cuenta la distribución completa. Preferentemente debemos de realizar el cálculo del tamaño máximo por componente, o si no es posible, del total de la alimentación. Existen dos enfoques posibles en el cálculo del tamaño máximo de bola: 1. Qué tamaño de bola se necesita para moler el material. 2. Qué tamaño de material puede molerse con determinado tamaño de bola. Siempre debe tomarse en cuenta que es más barato triturar que moler, por lo que la reducción de tamaño antes de entrar al molino, será benéfica para la economía de molienda. x Molturabilidad: La molturabilidad tiene influencia sobre tres factores de la molienda: 1. La capacidad del sistema. 2. El tamaño máximo de bola. 3. El desgaste. Al evaluar la molturabilidad de un material debe tomarse muy en cuenta el comportamiento del molino cuando se tome la muestra, ya que no será representativo cuando el molino esté muy por arriba o por debajo de su producción normal, debido a que muy probablemente la molturabilidad del material ha variado en ese momento. x Humedad: La humedad normalmente varía con el tiempo. Es recomendable estudiar la estadística anual de humedad ya que, si la temporada de alta humedad es muy corta, en ocasiones en conveniente aceptar la baja en producción, en lugar de invertir en equipos caros para el secado, que serían utilizados muy poco. En el caso de molienda de carbón, la humedad residual del producto dependerá de los volátiles contenidos en el carbón, ya que ésta se utiliza como una ayuda para evitar explosiones. En casos de humedad elevada no se deberán enfriar mucho los retornos, lo que se recomienda es enfriar el cemento posteriormente. Además, si el horno tiene Capítulo: 6 Versión: 1.0


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16

16

14

14

12

12

10

10

Í HORNO

8

8

6

6

CALCINADOR Î

4

4

2

2

0

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

% R +45 micras

% R +90 micras

enfriador de parrillas se recomienda no enfriar demasiado el clinker, y llevarlo más caliente hacia el molino. Cuando existen problemas para secar el material en el molino, se deberá bajar el tiro, pero cuidando siempre no acercarse al punto de rocío. Otro factor que nos puede ayudar es el mover el factor de circulación ya que, si los retornos regresan al molino más fríos de lo que salieron, están quitando calor al sistema, lo que reduce el secado. Cuando se tiene exceso de humedad en alguno de los materiales debe evitarse ponerlos en contacto durante períodos prolongados antes de entrar al molino, ya que puede causarse la hidratación prematura del clinker. x Temperatura: El método más simple para el control de la temperatura en el interior de un molino es por atomización de agua, ya que es mucho más eficiente que por enfriamiento con aire. Debe tenerse cuidado con la calidad del agua de enfriamiento, ya que si tiene partículas sólidas causará desgaste excesivo en la boquilla de atomización. Además, debe cuidarse que no tenga materia orgánica (agua de río) ya que puede afectar las resistencias del producto. También debe tenerse cuidado cuando el yeso se pone en contacto con clinker caliente por distancias de transporte prolongadas, ya que puede causar deshidratación. Cabe aclarar que hay yesos más sensibles que otros. x Composición Química: La composición química está más ligada con la calidad del producto que con el proceso de molienda. En molinos de crudo no hay influencia sobre la operación. Donde debe tenerse cuidado es en la molienda de carbón, ya que existen carbones que presentan peligro de explosión por su alto contenido de volátiles. Entre mayor sea el contenido de volátiles el peligro de explosión es mayor, sin embargo será más fácil de quemar en el horno, y por lo tanto se podrá moler más grueso. La figura 6.59 muestra la finura a la que se muele el carbón y/o coque dependiendo de su contenido de volátiles.

20

% de Volátiles

Figura 6.59 Porcentaje de Volátiles vs Finura Capítulo: 6 Versión: 1.0


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También debe tenerse en cuenta el contenido de cenizas contenidas en el carbón al momento de realizar el diseño de la mezcla cruda, ya que las cenizas tienen sílice y éste afectará la calidad del clinker. Existen materias primas que contienen carbón, por lo que debe tenerse cuidado, ya que empezarán a quemarse en las primeras etapas de los precalcinadores, pudiendo ocasionar encostramientos. En la molienda de cemento los diferentes componentes del clinker varían mucho en molturabilidad, el C2S es más duro de moler que el C3S, por lo que se dificulta la molienda cuando aumenta el C2S. Si el clinker es intemperizado es más duro de moler.

6.9.2 EVALUACIÓN DE LA CARGA Y DISTRIBUCIÓN DE BOLA. La evaluación de una carga de bola involucra los siguientes factores: x Tamaño máximo x Peso Promedio x Superficie x Cantidad x Distribución por Tamaños Cada uno de estos factores pueden ser evaluados por separado. La cantidad de bola se puede determinar por dos caminos, por altura de bola y/o por consumo del motor, se sabe de antemano que la medición de altura de bola puede tener error, lo mejor es determinar la carga de bola mediante los dos caminos. La cantidad de bola tiene influencia sobre la capacidad y la eficiencia de molienda, por lo que siempre debe definirse con respecto a que se quiere optimizar el molino: 1. Máxima Producción (Máxima cantidad de bola posible) 2. Mínimo consumo específico kWh/ton (Grado de llenado alrededor de 25 %) Para mantener la carga de equilibrio se deberá recargar el molino diariamente en la primer cámara (cuando se pueda agregar bola por la alimentación) y cuando menos cada quince días en la segunda cámara. Para conservar una buena eficiencia de molienda además de tener la cantidad de bola adecuada, se deberá conservar la carga en buen estado, por lo que se recomienda bajar la carga de bola, clasificarla y retirar la chatarra cuando el porcentaje de ésta sobrepase el 5%, o cuando los problemas por incrustamiento, o reducción en la capacidad de transporte representen una amenaza para la eficiencia de la molienda y/o producción del molino. No es necesario realizar una clasificación de bola si no se tienen problemas de incrustación, bajo transporte o pérdida de producción. Los cuellos de botella por falta de bola se detectan con el nivel de material en las cámaras del molino. En la curva axial también se puede detectar la falta de bola cuando no se presenta efecto de molienda. Se debe tener un tamaño de bola para moler cada tamaño de partícula, Capítulo: 6 Versión: 1.0


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existe el impedimento de que la bola demasiado pequeña (< 15 mm) es difícil de mantenerla en el molino, además de que se reducen los espacios donde deberá haber material para moler y se dificulta el transporte. Cuando la alimentación es fina y hay alta carga circulante se deberán diseñar cargas de bola con un pequeño porcentaje de bola grande para realizar la molienda del material fresco, simulando tener dos cámaras dentro de la cámara 1, una muy corta con una carga de equilibrio gruesa, y otra más larga con una carga de equilibrio con tamaño máximo de 60-70 mm. Para evaluar acertadamente el desempeño de la bola mediante el estudio de un muestreo axial de material, siempre debe tomarse en cuenta el factor de circulación, ya que cuando se tienen factores de circulación altos, el efecto de molienda se ve diluido por la alta cantidad de material molido que regresa con los retornos. Cuando el muestreo axial presente un incremento en el retenido en un solo punto no debe tomarse muy en cuenta, al menos que se repita en dos muestras consecutivas, ya que al ser acumulativo una sola partícula de mayor tamaño que se detecte impacta el resultado del resto de las mallas.

6.9.3 EVALUACIÓN DEL SEPARADOR Y SU RELACIÓN CON EL MOLINO Para un buen desempeño del sistema de molienda, el separador debe ser eficiente, para que regrese al molino sólo el material que no cumpla con la consigna de finura de producto final. Siempre debe recordarse que el separador no hace ningún trabajo de molienda, pero si ayuda evitando desperdicio de energía por una molienda ineficiente. Una forma de calcular el beneficio obtenido por el separador es el Vs, el cual es un cálculo teórico de ahorro de energía. El ahorro B es igual al producto de Bmáx por el valor de Vs del separador. De aquí puede calcularse la energía teórica para la molienda desde un tamaño a otro en un sistema de molienda: Ro E W Log 1 B má x Vs ) Rf Al graficar las distribuciones granulométricas en diversos puntos del sistema puede tenerse una visión clara del trabajo que se realiza en el sistema (Figura 6.60). Con la gráfica se tiene un horizonte amplio para observar el trabajo realizado por el molino y por el separador, pero no con el suficiente detalle para realizar una evaluación del sistema. Por ejemplo el trabajo de molienda realizado en la cámara 1 se observa al comparar la línea de alimentación total (#7) en su parte gruesa con la línea de salida de cámara 1 (#2). La verdadera ayuda del separador se puede determinar al conocer la cantidad de finos que regresan al molino con los gruesos. Si el producto del molino es muy cercano al producto final requerido, el beneficio del separador es menor.



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6

5

4

3

2

1

1 1

1.0 %

10.0 %

7

50.0 %

90.0 %

95.0 % 97.0 %

99.0 %

10 mic

1 mic

1 Alimentación Fresca 2 Salida C1

100 mic

1 mm

3 Entrada C2 4 Retornos del Separador 5 Alimentación a Separador

10 mm

100 mm

6 Finos del Separador 7 Alimentación Total al Molino

Figura 6.60 Distribuciones de partícula a lo largo de un sistema de molienda. La utilización de un separador de tercera generación en ocasiones es difícil de justificar sólo por el ahorro de energía, ya que además debe tenerse en cuenta los siguientes beneficios: x Facilidad para cambiar de producto. x Aumento en la capacidad de enfriamiento/secado. x Estabilidad en la calidad del producto. x Eliminación de chatarra (No es posible en todos los separadores de tercera generación).

6.9.4 BALANCES EN LA EVALUACIÓN DE MOLINOS x x x x

Balance de materiales (sólido, seco ) Kg/hr Balance de agua (líquido,vapor) Kg/hr Balance de aire (seco) Kg/hr Balance térmico Kcal/hr El uso que se da al balance de materiales es para verificación de básculas, capacidades de equipos de transporte, cuellos de botella. El balance de agua ayuda a conocer la capacidad de secado, problemas de prehidratación, deshidratación y/o condensación. También ayuda a determinar la correcta inyección de agua. Con el balance de aire se calcula la velocidad de aire a través del molino, se estima el arrastre de polvo y el punto de rocío. En molinos de cemento el punto de rocío normal para evitar condensación ó deshidratación del yeso es de 50 a 70°C y la temperatura de bulbo seco debe ser cuando menos 20 °C por arriba del punto de rocío. Capítulo: 6 Versión: 1.0


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Cuando se tiene una temperatura inferior a 90°C en el diafragma intermedio en un molino de cemento, lo más seguro es que existan problemas de humedad en el molino, lo que afectará la eficiencia de molienda. El balance de aire en conjunto con el balance térmico ayuda en la determinación de las entradas de aire falso.

6.9.5 FLUJOS Y PRESIONES EN EL SISTEMA Siempre deben evitarse las caídas de presión innecesarias en el sistema, ya que esto significa desperdicio de energía en el ventilador. Cuando se tienen problemas de arrastre de gruesos en la salida del molino, se puede aumentar el área del ducto de salida para precipitar las partículas gruesas, obteniendo además una reducción el la caída de presión. Debe procurarse un buen mantenimiento de limpieza en las cribas de los molinos, ya que la obstrucción de éstas, aumentará la caída de presión, disminuyendo el flujo por el molino, o aumentando el consumo de energía en el ventilador. En conclusión la evaluación de un sistema de molienda es muy compleja y difícil de exponer en un texto, ya que involucra un sinnúmero de parámetros relacionados entre sí, que imposibilita su estudio aislado. Como sugerencia muy importante, siempre que se evalue un molino, debe observarse el panorama general, y no dejarse influir por datos aislados, siempre deben de cotejarse todos los datos y cálculos, ya que muchas veces éstos se contraponen y estudiando el conjunto de datos se puden obtener mejores conclusiones.

BIBLIOGRAFIA x Blue Circle Industries PLC. Mill Design Principles, Milling Systems. Cement Tecnology, Volumen 2, 1979 x C. L. Prasher. The Physical of Breakage, Particle Shape, Size and Surface. Crushing and Grinding Process Handbook., 1987 x F. L. Smidth. Grinding Mills. Compendium for Cement Production Seminar, 1987. x F. L. Smidth. Molturación y Molienda, Control del proceso de Molinos de Crudo. Curso de Producción, Control de Calidad y del Proceso. 1987. x F. L. Smidth. Reductor Symetro, tipo TSX, Maniobra y Mantenimiento. Instrucciones 33844-02. x F. L. Smidth. Soporte con Zapatas de Deslizamiento y con Placas de Base Inclinada. Instrucciones 27084-14. x Holderbank. Molienda de Cemento. Seminario de Cemento, Tecnología del Proceso 1, Quito, Ecuador. 1986. x Labahn/kohlhaas. Molienda de Cemento. Prontuario del Cemento. 1985 x W.Schiebe, Freiberg. 100 Years of Tube Ball Mills. A Historical Review. Germany, ZKG 3/1993, pp. 123-128 x Walter H. Duda. La Molienda en la Producción de Cemento. Manual Tecnológico del Cemento. 1977 Capítulo: 6 Versión: 1.0


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Cap 6 Molinos Bolas

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