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• Thanzha Solhedad Shilva

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SEMANA 8 – FUNDAMENTOS DE MÁQUINAS Y HERRAMIENTAS INDUSTRIALES

FUNDAMENTOS DE MÁQUINAS Y HERRAMIENTAS INDUSTRIALES SEMANA 8

Máquinas en la industria minera

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SEMANA 8 – FUNDAMENTOS DE MÁQUINAS Y HERRAMIENTAS INDUSTRIALES

APRENDIZAJES ESPERADOS El estudiante será capaz de: •

Seleccionar las máquinas de la industria minera, que responden a los diversos procesos productivos existentes.

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APRENDIZAJES ESPERADOS ............................................................................................................ 2 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 5 1.

PROCESO PRODUCTIVO INDUSTRIA MINERA .......................................................................... 6 1.1.

ALIMENTADORES ........................................................................................................ 7

1.1.1.

VIBRATORIOS .......................................................................................................... 8

1.1.2.

DE BANDA ............................................................................................................... 8

1.1.3.

DE CELDAS .............................................................................................................. 9

1.1.4.

DOSIFICADORES .................................................................................................... 10

1.2.

MOLINOS .................................................................................................................. 10

1.2.1.

DE BOLAS .............................................................................................................. 11

1.2.2.

DE BARRAS............................................................................................................ 11

1.2.3.

DE MARTILLOS ...................................................................................................... 12

1.3.

TRITURADORAS......................................................................................................... 13

1.3.1.

MANDÍBULA PRIMARIA ......................................................................................... 13

1.3.2.

MANDÍBULA SECUNDARIA .................................................................................... 14

1.3.3.

DE CONO .............................................................................................................. 15

1.3.4.

DE ROLOS.............................................................................................................. 15

1.4.

LAVADORES .............................................................................................................. 16

1.4.1.

TAMBORES ........................................................................................................... 16

1.4.2.

ROSCAS ................................................................................................................. 17

1.4.3.

HIDROCICLÓN ....................................................................................................... 18

1.5.

TRANSPORTE ............................................................................................................ 18

1.5.1.

CINTAS .................................................................................................................. 19

1.5.2.

ELEVADORES ......................................................................................................... 20

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1.5.3.

ROSCAS TRANSPORTADORAS ................................................................................ 20

COMENTARIO FINAL .................................................................................................................... 22

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INTRODUCCIÓN Dentro del sector primario de la economía, la minería es representada por la extracción de minerales que se hayan acumulados en el subsuelo o en el suelo en forma de yacimientos. Según la variedad de los minerales y su forma de extracción, la minería se divide en: i) metálica, empleada como materias primas o básicas (cobre, aluminio, plata, plomo, oro, hierro, mercurio y otros) para la fabricación de una diversidad de productos industriales.

ii) no metálica (arcilla, granito, mármol, cuarzo, esmeralda, rubí, zafiro, mica, etc.), que también es conocida como minería de cantera y construcción por el uso que se le da a estos elementos como materiales de construcción y materia prima en la joyería, ornamentación, entre otros usos. Otra de sus ramas es la extracción de materiales energéticos combustibles, empleados primordialmente para crear energía, como lo son el carbón, hulla, gas natural y otros.

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1. PROCESO PRODUCTIVO INDUSTRIA MINERA Identificado un yacimiento, y una vez extraído el mineral, este debe ser procesado de acuerdo a ciertos protocolos evaluados con anterioridad, según las características geográficas, tipo de mineral, uso y trasporte. Para que el proceso de extracción y procesamiento se dé, se realiza un estudio de metalurgia extractiva, el cual se caracteriza por el procesamiento de minerales, la revisión de los medios mecánicos de trituración, molienda y lavado, para permitir la separación de los metales con valor económico y la reducción de tiempo y costos de los mismos en el desarrollo que, junto a otras ciencias como la geología, la física y el uso de maquinarias industriales, ingeniería y mano de obra, crean un proceso productivo que cuida desde el yacimiento, extracción y posibles daños ambientales, definiendo de esta manera etapas hasta convertirse en un producto comerciable y utilizable. La metalurgia extractiva es un conjunto de procesos que se llevan a cabo para separar selectivamente las especies de interés de aquellas sin valor, entre los cuales hay procesos agrupados en la hidrometalurgia, pirometalurgia y electrometalurgia. El proceso de la industria minera se podría plantear de forma esquematizada observando las etapas más importantes:

• •

Explotación: extracción del mineral desde la mina. Carga y transporte: carga y transporte del mineral hasta los distintos puntos de entrega(planta de proceso, botaderos, etc.)

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•

Procesamiento: reducción de tamaño por métodos físicos para liberar las partículas metálicas desde la roca. Y aumento de la concentración de los metales por métodos fisicoquímicos. Fundición: separación de los metales contenidos en los concentrados. Refinación: purificación de los metales producto de la fundición, para su transformación industrial. Comercialización: venta y compra del metal purificado. Reciclaje: después de su vida útil, el material puede ser reciclado, es decir, ser fundido nuevamente.

• • • •

1.1.

ALIMENTADORES

Corresponde a un carro alimentador del mineral, cuya función es trasladar los materiales en el proceso de producción. Este tipo de máquina automatiza y controla el volumen de los materiales que se van agregando al proceso, regulando su velocidad. Los alimentadores se usan principalmente en el sector minero en el proceso de trasformación de la materia, ya que soportan grandes volúmenes de esta y pesos irregulares, debido a que parte de la cinta trasportadora está hecha de placas de acero grueso y unas cadenas ubicadas a lo largo de ambos extremos del alimentador, lo que ayuda a mover las bandejas a lo largo de la zona de la cinta y sus puntos de uso.

•

Se invita a revisar el siguiente instructivo audiovisual de un alimentador en cadena, útiles en industria de la minería y la construcción: https://www.youtube.com/watch?v=ewypldjZsm0

Existen una serie de alimentadores. A continuación, se exponen algunos modelos, indicando su función y utilidad dentro de la industria:

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1.1.1. VIBRATORIOS Es un mecanismo extensamente utilizado en la industria metalúrgica y minera para transferir material arenoso o bultos. Los vibratorios son adecuados para evitar materiales continuos y uniformes, ya que, de manera simultánea, criba los finos para aumentar la capacidad de posterior trituración. Su estructura física consiste en un armazón vibratorio, con resortes y un dispositivo a motor o bien un motor. El área del vibrador está compuesta por dos ejes excéntricos fijos y engranados, impulsados por el motor, produciendo una gran potencia lineal que hace vibrar el alimentador. A través de esta vibración los materiales se deslizan, avanzan y cruzan el tamiz. De esta forma, se caen los pequeños restos del material generando el efecto de cernido y garantizando de esta manera una alimentación continua, uniforme y, conjuntamente, una eficaz preselección de los materiales; situación que genera economía en tiempo y espacio, factores esenciales durante la trituración y cribado.

Alimentador vibratorio Fuente: https://goo.gl/j1XEdZ

1.1.2. DE BANDA El alimentador de banda es un transportador con correa recortada que puede soportar mayor presión. Posee un motor que aplica una velocidad variable, la cual se ajusta a la cantidad de mineral, intercambiando el peso por la velocidad dentro del movimiento de la correa. Esta máquina se constituye de una cinta trasportadora donde una tolva provee los minerales. Con un motor rotatorio, la cinta se va moviendo lentamente, creando una alimentación lineal y continua y trasportando de esta forma volúmenes enormes sin crear permutas.

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Alimentador de banda Fuente: TECMAQ (s/f) Productos [imagen]. Recuperado de: http://www.tecmaqsrl.com/html/

•

Se invita a ver el siguiente instructivo audiovisual para varios dosificadores de banda, útiles en varios tipos de industrias: https://www.youtube.com/watch?v=NypEfBA7gzg

1.1.3. DE CELDAS Este tipo de alimentador cuenta con un plano inclinado en un ángulo determinado que impulsa el material de dos maneras: i) por motor de disminución de velocidad y, ii) por rodillos eléctricos. Está compuesto de un armazón principal, banda transportadora, rodillos de correa y transmisión. Se conecta el armazón principal, por la diferencia de altura entre las bases anteriores y posteriores. Las principales ventajas de este tipo de alimentadores tipo celda se pueden puntualizar de la siguiente manera: •

Avanzado en su estructura, pero sencillo.

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• • • •

Fácil de mantener. Alta capacidad de transferencia. Rendimiento confiable. Gran distancia de transferencia.

Alimentador del celdas Fuente: TECMAQ (s/f) Productos [imagen]. Recuperado de: http://www.tecmaqsrl.com/html/

1.1.4. DOSIFICADORES Este tipo de alimentador fue creado para dividir, medir y graduar el mineral sin importar la variedad de este, ya sea a granel o en piezas, desde tolvas o silos, almacenamiento a cintas transportadoras, molinos, mezcladoras, trituradoras o cribas. Alcanza un gran volumen de producción según sus usos y necesidades.

1.2.

MOLINOS

La última etapa del proceso para la disminución del mineral a partículas es la molienda, donde se fragmentan las partículas por medio de la mezcla de fuerzas de abrasión, cizalladura y compresión. La fragmentación del mineral se realiza en el interior de unos equipos cilíndricos rotatorios de acero como cuerpos molturantes que pueden ser barras o inclusive fragmentos del mismo material a descomponer, generando a su vez dos formas de trabajar: • •

Discontinua: el molino es recargado y cerrado para hacerlo girar. Termina la operación y se abre para separar los cuerpos molturantes. Continua: es alimentado permanentemente por un extremo y se va descargando por el otro.

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Molino Fuente: https://goo.gl/uV9Nm0

Existen distintos tipos de molinos. A continuación, se exponen algunos de estos modelos:

1.2.1. DE BOLAS El molino de bolas tiene como característica el uso de tambores cilíndricos o cilindro-cónicos, con paredes interiores revestidas para recrear los cuerpos moledores en formas esféricas, las que permiten obtener granulometrías del mineral cónicas u irregulares, pero semiesféricas.

Molino de bolas Fuente: Molinos de bolas (s/f) Molinos de bolas para minería [imagen]. Recuperado de: https://goo.gl/LB6Gxc

1.2.2. DE BARRAS El molino de barras es una máquina compuesta por dos grandes tubos cilíndricos en posición horizontal con una base fija. Su particularidad es que dentro de las cámaras cilíndricas giran alrededor de su eje horizontal barras de acero, las cuales realizan el efecto molturador. Las barras internas de este tipo de molinos deben ser de por lo menos 10 a 15 cm más cortas en longitud que el molino para evitar el atasco en el proceso. Asimismo, la longitud de este tipo de molino es hasta 2 o 3 veces superior con respecto al diámetro del molino en sí.

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Molino de barras Fuente: Procesamiento de minerales (2010) Molinos de bolas [imagen]. Recuperado de https://goo.gl/VJQQBD

Las últimas son características particulares que se deben considerar en el diseño de estas máquinas para optimizar su rendimiento y evitar los atascos entre las barras de acero internas en los cilindros. De esta manera se logra una molienda uniforme aun cuando el material sea asimétrico.

1.2.3. DE MARTILLOS Este tipo de molino es un artefacto usado para reducir el tamaño de la roca, generando algún beneficio al mineral. Este se usa como triturador secundario, dejando el mineral al tamaño deseado y el cambio de criba según las necesidades y uso del moliente. Este tipo de molinos son de impacto o percusión. Cada bloque recibe una energía elevada de forma brusca (choque). No es recomendable para materiales muy abrasivos pues puede afectarse los mecanismos del sistema. Estos molinos están compuestos principalmente: 1) por una boca de entrada abierta por donde se ingresa el material, 2) una boca de descarga cerrada por una rejilla, 3) una cámara para desintegración, 4) un eje central en la parte interna donde son colocados los martillos, y 5) los martillos, los cuales se mueven perpendicularmente al trabajo de molienda.

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1.3.

TRITURADORAS

La función de esta máquina es procesar un material sólido de manera de reducirlo en tamaño. Para ello utiliza fuerza para romper y reducir el objeto en un conjunto de piezas de volumen más pequeñas y compactas. Se trata de una de las máquinas más usadas en la industria de la minería, la construcción y los procesos industriales. Una trituradora reduce el tamaño de los materiales a trozos de 8 a 6 pulgadas. Luego de obtenido el material triturado se criba para separar las partículas, cuyo tamaño sea suficientemente fino.

•

Se invita a revisar el instructivo multimedia sobre simulación 3D de un molino tipo martillo: https://www.youtube.com/watch?v=PadbRaG8BWA

Trituradora Fuente: Interempresas (2019) Obras públicas [imagen]. Recuperado de: https://images.app.goo.gl/385VsHJXWqvMBS5Q7

En la industria minera se utilizan diversos modelos de trituradoras, las cuales se exponen en el siguiente apartado:

1.3.1. MANDÍBULA PRIMARIA

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La trituración primaria reduce normalmente el tamaño de los trozos de mineral. Luego, los minerales obtenidos se criban, aumentando la capacidad de trituración. Funciona mediante un dispositivo que se comunica con planchas de acero o mandíbulas móviles en oscilación de adelante hacia atrás, de un recorrido corto y alternativo, dejando el material dentro del espacio entre las mandíbulas. Con sus movimientos se recrea la ondulación, aplastando los trozos contra la parte fija de la pieza en el movimiento que va hacia adelante y el que retrocede y masticando el mineral al caer por la abertura en la parte inferior. Estas trituradoras giratorias constan de una forma cónica fija que gira en el interior y abierta en su parte superior e inferior.

Mandíbula primaria Fuente: https://goo.gl/VqoF9w

•

A continuación, se presenta un instructivo multimedia sobre el funcionamiento de una trituradora de mandíbula: https://www.youtube.com/watch?v=PB6PYZ269lo

1.3.2. MANDÍBULA SECUNDARIA Esta máquina es utilizada en la trituración secundaria donde el tamaño de las partículas es reducido, dejándolas en condiciones para poder pasar a las operaciones de molturación o concentración.

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Su característica principal es que trabaja a altas velocidades y su trituración por ende es de forma giratoria o cónica, reduciendo el material y la velocidad a la abertura de la salida, devolviendo un material triturado más pequeño que una pulgada.

Mandíbula secundaria Fuente: https://goo.gl/cJCsVf

1.3.3. DE CONO Su principal diferencia con las otras trituradoras es que el eje y cono triturador no están suspendidos del spider, sino que están soportados por un descanso universal ubicado por debajo. Se trata de una trituradora giratoria trasformada, debido a lo que no es necesaria una gran apertura para alimentación de la máquina. El cono superior no es abierto en la parte superior, generando que el ángulo entre las superficies sea el mismo para ambas, proporcionado una mayor capacidad de trituración.

Trituradora de cono Fuente: https://bit.ly/2DofiIT

1.3.4. DE ROLOS Esta trituradora está compuesta de dos rodillos horizontales que giran en direcciones opuestas. Uno de estos rodillos posee un eje sujeto a un sistema de resorte que accede la apertura en una ampliación para casos de partículas de extremada dureza. La superficie de los cilindros puede ser lisa (trituración fina) o corrugada (trituración gruesa).

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Trituradora de rolos Fuente: TECMAQ (s/f) Productos [imagen]. Recuperado de: http://www.tecmaqsrl.com/html/

1.4.

LAVADORES

Los lavadores corresponden a un equipamiento robusto destinado al lavado energético de roca, minerales de granulometría gruesa, con presencia de aglomerados debido a sustancias adheridas como arcilla o grava. Por tratar material bruto, esta máquina se alimenta por un extremo del cilindro, consiguiendo una homogenización de un prelavado y originando con ello un levantamiento de áridos en cascadas con retención por el interior del cilindro, con lo cual se liberan partículas y fracciones más gruesas (arcilla u otro material). Posteriormente, el material es sometido dentro del cilindro por el efecto de fricción múltiple entre los minerales, paredes y mecanismos internos que generan gruesas fracciones creando una automolienda que va reforzando la disgregación de aglomerado, disminuyendo de esta manera la capacidad de tratamiento y tiempo de permanencia según el material a trabajar. En minería se emplean diversos modelos de lavadores, los cuales se presentan a continuación:

1.4.1. TAMBORES También llamada filtro de tambor, es una máquina que se utiliza cuando el material posee partículas que son resistentes al lavado y la zaranda no puede disolver. En este mecanismo, el material ingresa a un tambor lavador con agua, que gira con barras que se levantan y se dejan caer en su interior, creando un energético golpeteo entre sí. De esta forma, se desintegra el material no deseado (como la arcilla o grava), recibiendo posteriormente un enjuague en zaranda, completando el efecto de lavado.

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1.4.2. ROSCAS Este modelo de lavadores posee un diseño especial abierto, donde se obtiene un lavado con un mínimo de humedad gracias a un sinfín como eje de mayor resistencia, con aletas fuertes contra desgaste, que es accionado por un motor trifásico que normaliza y reduce la velocidad a engranajes, poleas y correas “V”. Se crea con ello una forma segura de lavado por rebosamiento con una o dos roscas de sinfín, según el rendimiento requerido.

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A continuación, se presenta un instructivo multimedia de una lavadora de roscas usada para áridos: https://www.youtube.com/watch?v=sglXpijOyRg

Se invita a revisar el instructivo multimedia de una lavadora o filtro de tambor en funcionamiento: https://www.youtube.com/watch?v=3GXTiMO_ziU

Trituradora de roscas Fuente: TECMAQ (s/f) Productos [imagen]. Recuperado de: http://www.tecmaqsrl.com/html/

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1.4.3. HIDROCICLÓN

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Se invita a revisar el instructivo multimedia de un hidrociclón en funcionamiento: https://www.youtube.com/watch?v=FbWCKEo1ECg

Este tipo de lavador funciona con el bombeo y ciclonado del material en bruto hacia una tolva, donde se hace una mezcla de material, agua y sólidos en suspensión. El mineral se obtiene a través de la recuperación cuando el compuesto con agua es pasado por una zaranda desaguadora. Este proceso de hidrociclonado es utilizado por industrias areneras y mineras. Algunas de las ventajas de este proceso de lavado son las siguientes: • • • • • •

Minimiza el impacto ambiental. Optimiza el consumo eléctrico y de agua. Aprovecha al máximo las alturas de instalación disponibles. Simplifica la instalación y el montaje. Se consigue una mejor operatividad. Reduce al máximo el mantenimiento.

1.5.

TRANSPORTE

Las máquinas que trasportan el material desde el yacimiento a las máquinas para ser triturados, molidos o desintegrados, están en continuo movimiento, deslizando, elevando o trepando según la geofísica del lugar y los puntos de uso. El traslado de los minerales no solo se da de la extracción al procesamiento, sino también del procesamiento a las unidades de transporte marítimo o vehicular, para continuar en la cadena del sistema productivo, que va a otras fábricas que reciben la materia procesada, ya sea en la localidad, región u otras naciones al otro lado del mundo.

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Es importante notar que, en lo respectivo al material de estudio, el transporte se refiere a las máquinas que permiten la movilización, desde la extracción hasta y entre las instalaciones dentro de los mismos emplazamientos mineros para su procesamiento.

Transporte Fuente: MAPAL (2017) Minería [imagen]. Recuperado de: https://goo.gl/NoX9PV

A continuación, se describen diversos tipos de transporte de minerales:

1.5.1. CINTAS Las cintas transportadoras son el principal transporte de materiales en la industria minera y metalúrgica por su rendimiento y sistema funcional de movimiento continuo. Su funcionamiento es la óptima relación entre la cinta y el equipo portante, donde el diseño e instalación se define según el desenvolvimiento de producción, siendo estas livianas o pesadas según el material a trasportar. Su base es una estructura reticular, con tramos desmontables, en donde se encuentran unas cuñas o soportes que sujetan los rodillos, una banda de goma metalizada o tejida (metal con otro material), sinfines de distintos tipos según el material a transportar, extremos montados, bancas de fundición, pie de apoyo regulable fijo, motor trifásico normalizado y un reductor con engranajes con comportamiento continuo, que hace que el material se mueva de forma continua y segura a un punto de entrega, tolva o carga.

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Cinta transportadora Fuente: SITON (s/f) Productos [imagen]. Recuperado de: https://goo.gl/JYJlVt

1.5.2. ELEVADORES Son dispositivos verticales o articulados empleados para cargas discontinuas desde zonas de poca accesibilidad, como lo son minas subterráneas, aun cuando también tienen aplicaciones en las industrias químicas y alimenticias. Los elevadores en la minería no solo se utilizan para cargas de equipos o material, también con las características adecuadas sirven para transporte del personal que debe descender muchos metros bajo tierra (en el caso de extracción subterránea en minas), por lo cual su utilidad es de gran importancia para la industria primaria de la extracción.

Elevadores Fuente: https://bit.ly/35M5Ziq

1.5.3. ROSCAS TRANSPORTADORAS Su característica más relevante es que son máquinas capacitadas para la extracción, transporte y dosificación de distintos materiales (tanto en posición horizontal o inclinada), siendo algunas casi verticales. Al igual que los elevadores, pueden ser construidos según las necesidades que se tenga, variando en su longitud, profundidad y anchura. Junto con ello, constan de un motor reductor directo que adopta distintas velocidades, el cual permite trabajar con materiales alterativos de serie tubular como lo es la cal, hormigón, el barro y otros similares.

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Roscas transportadoras Fuente: NUTECO (s/f) Productos [imagen]. Recuperado de https://goo.gl/x7ak3b

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COMENTARIO FINAL En el transcurso de la vida útil de una mina se puede observar el empleo de distintas máquinas que serán usadas según las condiciones del entorno, rasgos del yacimiento y geografía del terreno explotado, así como de acuerdo a la forma de extracción, generando de esta manera tres grandes grupos de maquinarias: equipo de carga, equipo de trasporte y equipo de servicio de mina. El equipo de carga es el responsable de trasladar el material recién tronado y depositarlo en los equipos de transporte. El objetivo de la maquinaria de trasporte reside en llevar el material desde el yacimiento a los distintos puntos de destino. Y el equipo de servicio de mina cumple las labores de movimiento de tierra, levantamiento de caminos, taludes y zanjas, labores de perforación, equipos de levante, buldóceres, excavadores, lavadores y demás máquinas. Se observa entonces que existe una cadena de procesos desde la actividad primaria de la extracción hasta la obtención de un material acorde a los requerimientos de las fábricas de función metalúrgica, las cuales convierten el mineral en briquetas o en otras presentaciones más adecuadas para continuar con los procesos respectivos hasta la utilización en una variedad prácticamente ilimitada de utensilios, máquinas, etc., usados en la vida diaria. Muchas veces es imperceptible para el hombre el esfuerzo y la gran cantidad de máquinas y procesos por los cuales se pudo haber pasado para la obtención de un mineral específico, como parte componente de un equipo más complejo como puede ser un computador.

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REFERENCIAS Avallone E. y Baumeister III, T. (1990). Manual del Ingeniero Mecánico Marks. 8a edición. Cali: Mc Graw Hill. Blanco, E. (s/f). Molienda. Recuperado de https://goo.gl/nKPHxh Bustillo, M. y López Jimeno, C. (1996). Recursos minerales: tipología, propección, evaluación, explotación, mineralurgia, impacto ambiental. Madrid: Editorial Entorno Gráfico. Díaz, M. (2005). Manual de maquinaria de construcción. Madrid: McGraw Hill. Ramírez, P.; Luis de la Cuadra, D.; Lain, R. y Grijalbo, E. (1991). Mecánica de rocas aplicada a la minería metálica subterránea. Madrid: Instituto Geológico y Minero de España. •

PARA REFERENCIAR ESTE DOCUMENTO, CONSIDERE: IACC (2020). Máquinas de la industria minera. Fundamentos de Máquinas y Herramientas Industriales. Semana 8.

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