Una criba trómel , también conocida como criba rotativa, es una máquina de criba mecánica utilizada para separar materiales, principalmente en las industrias de procesamiento de minerales y residuos sólidos . [1] Consiste en un tambor cilíndrico perforado que normalmente está elevado en ángulo en el extremo de alimentación. [2] La separación física por tamaños se logra a medida que el material de alimentación desciende en espiral por el tambor giratorio, donde el material de tamaño insuficiente, más pequeño que las aberturas de la criba, pasa a través de la criba, mientras que el material de gran tamaño sale por el otro extremo del tambor. [3]
Las cribas Trommel se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones, como la clasificación de residuos sólidos y la recuperación de minerales valiosos a partir de materias primas. Los trommels vienen en muchos diseños, como cribas concéntricas, disposición en serie o en paralelo, y cada componente tiene algunas configuraciones. Sin embargo, dependiendo de la aplicación requerida, los trómeles tienen varias ventajas y limitaciones sobre otros procesos de cribado, como cribas vibratorias , cribas grizzly , cribas de rodillos, cribas curvas y separadores de criba giratorios .
Algunas de las principales ecuaciones que rigen una criba de trómel incluyen la tasa de cribado, la eficiencia de cribado y el tiempo de residencia de las partículas en la criba. Estas ecuaciones podrían aplicarse en el cálculo aproximado realizado en las fases iniciales de un proceso de diseño. Sin embargo, el diseño se basa en gran medida en heurísticas . Por lo tanto, las reglas de diseño se utilizan a menudo en lugar de las ecuaciones rectoras en el diseño de una criba de trómel. Al diseñar un trómel, los principales factores que afectan la eficiencia del cribado y la tasa de producción son la velocidad de rotación del tambor, el caudal másico de partículas de alimentación, el tamaño del tambor y la inclinación del trómel. Dependiendo de la aplicación deseada del trómel, se debe lograr un equilibrio entre la eficiencia del tamizado y la tasa de producción.
La industria de residuos municipales utiliza cribas de trómel en el proceso de selección para clasificar los tamaños de los residuos sólidos. [4] Además de eso, también se puede utilizar para mejorar la recuperación de residuos sólidos derivados de combustibles. Esto se logra eliminando materiales inorgánicos como la humedad y las cenizas de la fracción ligera clasificada en aire separada de los residuos sólidos triturados, aumentando así la calidad del combustible producido. [5] Además, las cribas de trómel se utilizan para el tratamiento de aguas residuales. Para esta aplicación particular, los sólidos del flujo entrante se depositarán en la malla del tamiz y el tambor girará una vez que el líquido alcance un cierto nivel. El área limpia de la criba se sumerge en el líquido mientras los sólidos atrapados caen sobre un transportador que se procesará aún más antes de retirarlo. [6]
Las cribas Trommel también se utilizan para clasificar materias primas para recuperar minerales valiosos. La criba segregará materiales minúsculos que no se encuentran en el rango de tamaño adecuado para ser utilizados en la etapa de trituración. También ayuda a eliminar las partículas de polvo que, de otro modo, perjudicarían el rendimiento de las maquinarias posteriores en los procesos posteriores. [7]
Otras aplicaciones de los trómeles se pueden ver en el proceso de cribado de compost como técnica de mejora. Selecciona compost de fracciones de tamaño variable para eliminar contaminantes y residuos compostados incompletos, formando productos finales con una variedad de usos. [8] Además de esto, las industrias alimentarias utilizan cribas de trómel para clasificar alimentos secos de diferentes tamaños y formas. El proceso de clasificación ayudará a lograr la tasa de transferencia de calor o masa deseada y evitará un procesamiento excesivo o insuficiente. También filtra alimentos pequeños, como guisantes y nueces, que son lo suficientemente fuertes como para resistir la fuerza de rotación del tambor. [9]
Uno de los diseños disponibles de cribas de trómel son las cribas concéntricas con la criba más gruesa ubicada en la sección más interna. También se puede diseñar en paralelo en el que los objetos salen de un flujo y entran en el siguiente. [9] Un trómel en serie es un solo tambor en el que cada sección tiene diferentes tamaños de aberturas dispuestas desde la más fina hasta la más gruesa [10]
La pantalla del trómel tiene muchas configuraciones diferentes. Para el componente del tambor, se coloca un tornillo interno cuando la colocación del tambor es plana o elevada en un ángulo inferior a 5°. El tornillo interno facilita el movimiento de los objetos a través del tambor obligándolos a formar espirales.
Para un tambor inclinado, los objetos se levantan y luego se dejan caer con la ayuda de barras elevadoras para moverlos más hacia abajo en el tambor, de lo contrario los objetos rodarán más lentamente. Además, las barras elevadoras sacuden los objetos para segregarlos. No se considerarán barras elevadoras en presencia de objetos pesados ya que pueden romper la mampara.
En cuanto a las cribas, se suelen utilizar cribas de chapa perforada o cribas de malla. La pantalla de placa perforada está enrollada y soldada para mayor resistencia. Este diseño contiene menos crestas, lo que facilita el proceso de limpieza. Por otro lado, la malla es reemplazable ya que es susceptible al desgaste en comparación con la malla perforada. Además, el trabajo de limpieza de tornillos para este diseño es más intensivo ya que los objetos tienden a quedar atrapados en las crestas de la malla. [11]
La apertura de la pantalla tiene forma cuadrada o redonda, lo que está determinado por muchos factores operativos [11], tales como:
Las cribas Trommel son más baratas de producir que las cribas vibratorias. No tienen vibraciones, lo que provoca menos ruido que las cribas vibratorias. Las cribas Trommel son mecánicamente más robustas que las cribas vibratorias, lo que les permite durar más bajo tensión mecánica. [10] [12]
Sin embargo, se puede cribar más material a la vez con una criba vibratoria en comparación con una criba de trómel. Esto se debe a que solo una parte del área de criba del trómel se utiliza durante el proceso de cribado, mientras que toda la criba se utiliza para una criba vibratoria. Las cribas de trómel también son más susceptibles a obstruirse y cegarse, especialmente cuando hay aperturas de cribas de diferentes tamaños en serie. [10] El taponamiento ocurre cuando un material más grande que la abertura puede quedar atascado o encajado en las aberturas y luego puede ser forzado a través, lo cual no es deseable. [12] El cegamiento ocurre cuando el material húmedo se acumula y se adhiere a la superficie de la pantalla. [13] Las vibraciones en las cribas vibratorias reducen el riesgo de obstrucciones y cegamientos. [13]
Una pantalla grizzly es una rejilla o un conjunto de barras metálicas paralelas colocadas en un marco estacionario inclinado. La pendiente y el recorrido del material suelen ser paralelos a la longitud de las barras. La longitud de la barra puede ser de hasta 3 my la separación entre las barras oscila entre 50 y 200 mm. Las cribas Grizzly se utilizan normalmente en minería para limitar el tamaño del material que pasa a una etapa de transporte o reducción de tamaño.
El material de construcción de las barras suele ser acero al manganeso para reducir el desgaste. Por lo general, la barra tiene una forma tal que su parte superior es más ancha que la inferior y, por lo tanto, las barras pueden hacerse bastante profundas para mayor resistencia sin que se ahoguen con los grumos que pasan a través de ellas.
Se alimenta un alimento grueso (digamos de una trituradora primaria) en el extremo superior del grizzly. Los trozos grandes ruedan y se deslizan hasta el extremo inferior (descarga de cola), mientras que los trozos pequeños que tienen tamaños menores que las aberturas de las barras caen a través de la rejilla hacia un colector separado.
Se prefieren las cribas de rodillos a las cribas de trómel cuando la velocidad de alimentación requerida es alta. También causan menos ruido que las cribas de trómel y requieren menos espacio libre. Los materiales viscosos y pegajosos son más fáciles de separar usando una criba de rodillos que con una criba de trómel. [10]
Las cribas curvas son capaces de separar partículas más finas (200-3000 μm) que las cribas de trómel. Sin embargo, puede producirse unión si el tamaño de partícula es inferior a 200 μm [14], lo que afectará la eficiencia de la separación. La tasa de detección de una criba curva también es mucho mayor que la de la criba trómel, ya que se utiliza toda la superficie de la criba. [15] Además, para las pantallas curvas, la alimentación fluye paralela a las aberturas. Esto permite que cualquier material suelto se rompa de la superficie irregular de los materiales más grandes, lo que da como resultado que pasen más partículas de tamaño inferior. [dieciséis]
Con el separador giratorio se pueden separar partículas de tamaño más fino (>40 μm) que con un trómel. [10] El tamaño del separador de criba giratoria se puede ajustar mediante bandejas extraíbles, mientras que la criba trómel suele ser fija. [17] Los separadores giratorios también pueden separar materiales secos y húmedos como las cribas de trómel. Sin embargo, es común que los separadores giratorios separe únicamente materiales secos o húmedos. Esto se debe a que existen diferentes parámetros para que la criba giratoria tenga la mejor eficiencia de separación. Por lo tanto, se necesitarían dos separadores para separar materiales secos y húmedos, mientras que un trómel podría hacer el mismo trabajo. [dieciséis]
Una de las principales características de interés del proceso es la velocidad de cribado del trómel. La tasa de cribado está relacionada con la probabilidad de que las partículas de tamaño insuficiente pasen a través de las aberturas de la criba en el momento del impacto. [5] Partiendo del supuesto de que la partícula cae perpendicularmente sobre la superficie de la pantalla, la probabilidad de paso, P, se expresa simplemente como [18]
donde se refiere al tamaño de partícula, se refiere al tamaño de la apertura (diámetro o longitud) y se refiere a la relación entre el área de apertura y el área total de la pantalla. La ecuación ( 1 ) es válida tanto para aberturas cuadradas como circulares. Sin embargo, para aperturas rectangulares, la ecuación queda: [18]
donde y se refiere a la dimensión rectangular de la abertura. Después de determinar la probabilidad de paso de un intervalo de tamaño dado de partículas a través de la pantalla, la fracción de partículas que quedan en la pantalla, se puede encontrar usando: [5]
donde es el número de impactos de las partículas en la pantalla. Después de asumir que el número de impactos por unidad de tiempo, es constante, la ecuación ( 3 ) se convierte en: [5]
Una forma alternativa de expresar la fracción de partículas que quedan en la pantalla es en términos del peso de las partículas, que se expresa de la siguiente manera: [5]
donde es el peso de un intervalo de tamaño dado de partículas que permanecen en la pantalla en un momento dado y es el peso inicial de la alimentación. Por lo tanto, a partir de las ecuaciones ( 4 ) y ( 5 ), la tasa de detección se puede expresar como: [5]
La eficiencia del cribado se puede calcular utilizando el peso mas de la siguiente manera E=c(fu)(1-u)(cf)/f(cu)^2(1-f)
Además de la tasa de cribado, otra característica de interés es la eficiencia de separación del tamiz trommel. Suponiendo que se conoce la función de distribución de tamaño de las partículas de tamaño insuficiente que se van a eliminar, la probabilidad acumulada de que todas las partículas en el rango de a se separen después de los impactos es simplemente: [18]
Además, la fracción numérica total de partículas dentro de este rango de tamaño en la alimentación se puede expresar de la siguiente manera: [18]
Por lo tanto, la eficiencia de separación, que se define como la relación entre la fracción de partículas eliminadas y la fracción total de partículas en la alimentación, se puede determinar de la siguiente manera: [18]
Hay una serie de factores que afectan la eficiencia de separación del trómel, que incluyen: [19]
En la ecuación presentada en esta sección para el tiempo de residencia de los materiales en una criba giratoria se hacen dos suposiciones simplificadoras. En primer lugar, se supone que no hay deslizamiento de partículas en la pantalla. [5] Además, las partículas que se desprenden de la pantalla están en caída libre. Cuando el tambor gira, las partículas se mantienen en contacto con la pared giratoria mediante la fuerza centrífuga. [5] A medida que las partículas llegan cerca de la parte superior del tambor, la fuerza gravitacional que actúa en la dirección radial supera la fuerza centrífuga , lo que hace que las partículas caigan del tambor en un movimiento de catarata. [2] Los componentes de la fuerza que actúan sobre la partícula en el punto de partida se ilustran en la Figura 6.
El ángulo de salida, α, se puede determinar mediante un equilibrio de fuerzas, que viene dado como: [5]
donde es el radio del tambor, es la velocidad de rotación en radianes por segundo, es la aceleración gravitacional y es el ángulo de inclinación del tambor. Por lo tanto, el tiempo de residencia de las partículas en la pantalla giratoria se puede determinar a partir de la siguiente ecuación: [5]
donde se refiere a la longitud de la pantalla, se refiere a la rotación de la pantalla en términos de revoluciones por minuto y se refiere al ángulo de salida en grados.
Las cribas Trommel se utilizan ampliamente en las industrias por su eficiencia en la separación del tamaño del material. El sistema de cribado con trómel se rige por la velocidad de rotación del tambor, el caudal másico de partículas de alimentación, el tamaño del tambor y la inclinación del trómel. [20]
Teniendo en cuenta que los tamaños de malla del tambor giratorio son mayores que los tamaños de partículas, como se muestra en la Figura 7, la velocidad del movimiento de las partículas se puede dividir en dos componentes de velocidad que consisten en el componente vertical y el componente horizontal . Las velocidades vertical y horizontal, que denotan el ángulo entre el movimiento de las partículas y la componente vertical, ahora se pueden escribir como:
Cuando , las partículas escapan a través de la malla en el tambor giratorio. Sin embargo, si , las partículas quedan retenidas dentro del tambor giratorio. Los gránulos más grandes se retendrán dentro del trómel hasta que se alcance la apertura deseada y sigan el mismo comportamiento de partículas.
Con velocidades de rotación variables, el efecto de la eficiencia del cribado y la tasa de producción varía según los diferentes tipos de mecanismos de movimiento. Estos mecanismos incluyen el hundimiento, la catarata y la centrifugación. [21]
Esto ocurre cuando la velocidad de rotación del tambor es baja. Las partículas se levantan ligeramente desde el fondo del tambor antes de caer por la superficie libre como se muestra en la Figura 8. Como solo se pueden cribar los gránulos de filtro de menor tamaño cerca de la pared del cuerpo del trómel, esto da como resultado una menor eficiencia de cribado. .
A medida que aumenta la velocidad de rotación, la caída pasa a un movimiento de catarata donde las partículas se desprenden cerca de la parte superior del tambor giratorio, como se muestra en la Figura 9. Los gránulos más grandes se segregan cerca de la superficie interna debido al efecto de la nuez de Brasil, mientras que los gránulos más pequeños permanecen cerca de la superficie de la pantalla, lo que permite gránulos de filtro más pequeños para pasar. [3] Este movimiento genera un flujo turbulento de partículas, lo que resulta en una mayor eficiencia de detección en comparación con el hundimiento.
A medida que la velocidad de rotación aumenta aún más, el movimiento de cataratas pasará al movimiento de centrifugación, lo que dará como resultado una menor eficiencia de detección. Esto se debe a las partículas que se adhieren a la pared del tambor giratorio causadas por fuerzas centrífugas, como se muestra en la Figura 10.
Según Ottino y Khakhar, [21] el aumento del caudal de alimentación de partículas dio como resultado una disminución en la eficiencia del cribado. No se sabe mucho acerca de por qué ocurre esto; sin embargo, se sugiere que este efecto está influenciado por el grosor de los gránulos del filtro empaquetados en el cuerpo del trómel.
A velocidades de flujo de alimentación más altas, las partículas de tamaño más pequeño en la capa inferior del lecho empacado pueden filtrarse en las aberturas designadas y las partículas de tamaño pequeño restantes se adhieren a las partículas más grandes. Por otro lado, es más fácil que las partículas de menor tamaño pasen a través del espesor de los gránulos en el sistema de trómel a velocidades de alimentación más bajas.
Aumentar el área de material expuesto al cribado permite filtrar más partículas. Por lo tanto, las características que aumentan el área de superficie darán como resultado una eficiencia de cribado y una tasa de producción mucho mayores. La superficie más grande se puede aumentar
Al diseñar el tamiz trommel, se debe tener en cuenta que un ángulo de inclinación mayor daría como resultado una mayor tasa de producción de partículas. Un ángulo de inclinación más alto daría como resultado una tasa de producción más alta debido a un aumento en la velocidad de las partículas, como se ilustra en la Figura 7. Sin embargo, esto tiene el costo de una menor eficiencia de cribado. Por otro lado, disminuir el ángulo de inclinación dará como resultado un tiempo de residencia mucho más prolongado de las partículas dentro del sistema de trómel, lo que aumenta la eficiencia del cribado.
Dado que la eficiencia del cribado es directamente proporcional a la longitud del trómel, se necesitaría un trómel más corto con un ángulo de inclinación menor para lograr la eficiencia de cribado deseada. Se sugiere que el ángulo de inclinación no sea inferior a 2° porque la eficiencia y la tasa de producción se desconocen más allá de este punto. Existe un fenómeno por debajo de 2° tal que para un conjunto dado de condiciones operativas, disminuir el ángulo de inclinación aumentará la profundidad del lecho, lo que dará como resultado una menor eficiencia de cribado. Sin embargo, también aumentará simultáneamente el tiempo de residencia, lo que resulta en un aumento de la eficiencia del cribado. No está seguro qué efecto será más dominante en ángulos de inclinación inferiores a 2°. [3]
En la industria de tratamiento de aguas residuales, los sólidos que salen del trómel se comprimen y se deshidratan a medida que viajan a lo largo del transportador. En la mayoría de los casos, se utilizará un tratamiento posterior al lavado, como un lavado con chorro, después del trómel para descomponer las materias fecales y semisólidas no deseadas. El volumen del sólido disminuirá hasta un 40% dependiendo de las propiedades antes de su eliminación. [6]
