Modelación dinámica no lineal de harnero vibratorio considerando inercia del mineral y fuerza del mineral sobre el harnero calculada con elementos discretos

Abstract

Los harneros vibratorios son máquinas críticas en la industria minera cuya función es clasificar el mineral según su granulometría. Enfocándose en la minería chilena, una correcta clasificación se traduce en un mejor rendimiento en la obtención del cobre y en un ahorro energético; debido a que se entrega mineral de granulometría adecuada para el proceso y a que se evita chancar nuevamente. La efectividad de la clasificación depende significativamente del movimiento del harnero. Por este motivo, es de gran interés para el diseño y operación predecir su movimiento en la forma más precisa posible. El objetivo general de este trabajo es conocer la influencia del mineral en el movimiento del harnero vibratorio a través de un modelo dinámico no lineal y una simulación en elementos discretos. Esta influencia se caracteriza mediante la fuerza de inercia del mineral sobre el harnero en el modelo dinámico, y por la fuerza que ejerce cada partícula del mineral sobre las mallas clasificadoras del harnero, determinada mediante elementos discretos. Los objetivos específicos a seguir son: realizar una investigación bibliográfica de los harneros vibratorios, identificando parámetros que afectan su rendimiento; plantear un modelo dinámico no lineal que permita predecir el movimiento del harnero; simular en elementos discretos un harnero vibratorio de doble malla; integrar la fuerza calculada en elementos discretos en el modelo dinámico; comparar la fuerza del mineral sobre las mallas obtenidas desde el modelo dinámico y elementos discretos; y estudiar la respuesta del modelo dinámico al integrar la fuerza desde elementos discretos. Mediante ecuaciones del movimiento, determinadas por las ecuaciones de Lagrange, se plantea un modelo no lineal en el plano de tres grados de libertad que permite calcular el movimiento de los apoyos de la máquina en estudio. Se modela con el programa computacional de elementos discretos LIGGGHTS un doceavo del harnero vibratorio lineal de doble malla para obtener en estado estacionario el movimiento del centro de masa y fuerza del mineral sobre sus mallas. Se plantea el caso 1: mineral moviéndose en conjunto con el harnero (caso usado en modelo disponibles en la literatura); y caso 2: fuerza del mineral sobre el harnero calculada con elementos discretos aplicada al modelo dinámico. Las simulaciones se llevaron a cabo con datos de un harnero real de la minería del cobre y se analizaron sus respuestas en el tiempo, dominio frecuencia y las órbitas de los puntos de apoyo. Se compara la fuerza del mineral sobre el harnero y el movimiento para ambos casos, observando que la fuerza es notoriamente distinta, siendo la simulada por el modelo dinámico un caso irreal, pues el mineral no genera una fuerza de atracción sobre las mallas. La diferencia en la amplitud de la respuesta vertical entre ambos casos es baja ( 12 %), por lo que el modelo dinámico del caso 1 se puede usar para simular un harnero vibratorio a pesar de que su formulación considera una hipótesis irreal. Comparando las órbitas obtenidas con el modelo lineal y no lineal, la diferencia en estado estacionario es despreciable, debido a que la amplitud de la respuesta angular del harnero simulado es baja, cuyo valor es 0.014 [ ] aproximadamente.