Estudio del desgaste y la energía de la conminución en un molino rotatorio utilizando el método de elementos discretos.
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Date
2025
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Publisher
Universidad de Concepción
Abstract
Los molinos son máquinas rotativas que se utilizan en diversas industrias para la reducción de tamaño de materiales. Se destaca la industria minera por emplear estos dispositivos en los procesos de conminución de mineral. Estos equipos están compuestos principalmente por un rotatorio horizontal revestido internamente para proteger la superficie contra el desgaste y transmitir energía a la carga. Además, pueden operar bajo diversas combinaciones de nivel de llenado y de carga, donde cada condición operativa tendrá un efecto en su rendimiento, ya sea en términos del desgaste de sus recubrimientos o de la energía de conminución.
Actualmente, estos equipos presentan dos problemas principales. El primero, es que solo entre el 1% y el 5% de la energía total suministrada se utiliza en la conminución de mineral, desperdiciándose el resto en forma de calor o por colisiones elásticas entre la carga. El segundo, es el desgaste de los recubrimientos, siendo la principal causa de la disminución del tiempo de operación y el aumento de los costos de mantenimiento. Dado que estos equipos han mantenido su diseño y metodología de trabajo debido a los altos costos de transición, resulta más conveniente ajustar las condiciones operativas para el desarrollo de estrategias de operación.
Entre las investigaciones realizadas sobre molinos, no existen estudios que permitan identificar que condición(es) de operación permite(n) tener una menor tasa de desgaste en los recubrimientos, y al mismo tiempo, obtener un mayor beneficio respecto a la eficiencia energética de la conminución. Esto se debe a que, en la mayoría de estos estudios se centran en analizar el efecto del desgaste o la energía de la conminución bajo una única condición operativa, sin tener en cuenta cambios simultáneos en el nivel de llenado y la velocidad de rotación. Además, estos temas se han estudiado de forma independiente, sin establecer una relación entre ambos.
En esta investigación se estudia el efecto de las condiciones operativas en el desgaste de los recubrimientos de un molino rotatorio a escala de laboratorio. Se desarrolla un modelo de elementos discretos (DEM), el cual considera la velocidad de rotación y el nivel de carga como variables operativas. El modelo es validado experimentalmente para múltiples condiciones operativas mediante la comparación de torque, distribución espacial de la carga y fuerza normal. Se propone una metodología para centralizar el estudio del desgaste mediante los modelos de Archard, SIEM, Finnie y Bitter. Por otro lado, para las mismas condiciones operativas, se evalúa la eficiencia del proceso de conminución, donde se analiza la energía de impacto y de corte en la carga. Se desarrolla un procedimiento visual para conocer la distribución energética en el interior del molino.
En cuanto a los modelos de desgaste, los resultados muestran que los modelos Archard y SIEM predicen de manera similar las mismas zonas de desgaste. Cuando existen impactos, el modelo de Finnie subestima el daño por desgaste a comparación con el modelo de Bitter. Por lo general, un incremento en el nivel de llenado disminuye el desgaste, especialmente a bajas velocidades. En cambio, un incremento en la velocidad de rotación aumenta el desgaste cuando no existen impactos. Sin embargo, a elevadas velocidades, su efecto en el desgaste dependerá de la cantidad de carga suspendida en el aire y la aglomerada.
En cuanto a la energía de la conminución, la forma de la distribución energética está relacionada con el desgaste en los recubrimientos, la cual a su vez dependerá de la condición operativa del molino. Un incremento en el nivel de llenado disminuye el rendimiento del equipo. Un incremento en la velocidad de rotación, por lo general, tiende aumentar las energías de impacto y de corte.
Description
Tesis presentada para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería con mención en Ingeniería Mecánica.
Keywords
Molienda, Desgaste mecánico, Energía mecánica