Análisis no estacionario de torque en chancadores primarios.

Abstract

El chancador giratorio es una máquina utilizada en la industria minera chilena del cobre para la trituración primaria. En la operación en planta de un chancador existen condiciones, tales como el llenado o vaciado, que someten al equipo a torques de chancado elevados durante instantes relativamente cortos de tiempo. Es fundamental conocer el torque de chancado necesario en la etapa de diseño, ya que esto permite dimensionar distintos elementos mecánicos del chancador, tales como: contraeje, ejes de extensión, motores, rodamientos y estructuras. Existen varios métodos analíticos para calcular potencia o torque en chancadores, estos se basan en la distribución de fuerzas sobre el manto, propiedades del mineral y geometría del chancador. Otra alternativa de cálculo es mediante el método de elementos discretos (DEM). DEM es un método numérico que calcula la dinámica de las partículas y cómo estas interaccionan entre sí y con el entorno. El enfoque tradicional de DEM es considerar las partículas como un cuerpo rígido irrompible de forma esférica, no obstante, como al interior de un chancador ocurre fractura, se debe incorporar un modelo que represente este fenómeno físico. El objetivo de esta tesis es estudiar la operación de chancadores giratorios y de cono mediante modelos numéricos y experimentos, para poder explicar el comportamiento transiente del torque. Los objetivos específicos son: caracterizar los minerales, realizar experimentos en un chancador de laboratorio, validar un modelo DEM de chancador primario y de cono. Se lleva a cabo una completa calibración de parámetros del modelo DEM de chancador de cono, calibrando forma de las partículas, coeficientes de restitución, coeficientes de roce, módulo de elasticidad y parámetros específicos del modelo de fractura. Los datos experimentales se obtienen de un chancador de cono de laboratorio, midiendo torque, potencia, velocidad angular, flujo másico y granulometría. Los modelos DEM se efectúan en el programa computacional Rocky DEM, empleando un modelo de contacto histerético, partículas poliédricas, el modelo de fractura de Tavares y la distribución de tamaño dada por la función beta incompleta. Como resultado del modelo DEM del chancador giratorio, se obtuvo la potencia de chanca do, flujo másico y granulometría del producto. Se propuso un modelo de torque el cual considera solo las fuerzas radiales al manto, ya que el torque de las fuerzas tangenciales sobre el manto no se transmite al eje principal. El modelo fue validado a través de mediciones experimentales y datos del fabricante, con un error relativo de 7.5% en la potencia y 1.5% en el flujo másico. Se evidenció que hay partículas que producen un torque a favor del movimiento del eje principal, debido a la descompresión de las partículas. Con respecto a los resultados experimentales del chancador de cono, se manifiesta el incremento de torque motriz durante la alimentación y durante la descarga del mineral para algunos ensayos en específico. El modelo DEM fue validado mediante los resultados de potencia de chancado, logrando un error relativo del 11.4%, mientras que para flujo másico del producto y tamaño está alejado de los resultados experimentales. Se analizó el origen de los incrementos transientes de torque, los que pueden suceder por el desequilibrio de fuerzas sobre el manto, condiciones dinámicas del giro del eje principal o condiciones de dinámicas del sistema de ajuste.