Criba de trommel - Trommel screen

Una criba de tambor , también conocida como criba giratoria, es una máquina de cribado mecánico que se utiliza para separar materiales, principalmente en las industrias de procesamiento de minerales y desechos sólidos . Consiste en un tambor cilíndrico perforado que normalmente se eleva en un ángulo en el extremo de alimentación. La separación de tamaño físico se logra cuando el material de alimentación desciende en espiral por el tambor giratorio, donde el material de menor tamaño más pequeño que las aberturas de la pantalla pasa a través de la pantalla, mientras que el material de gran tamaño sale por el otro extremo del tambor.

Figura 1 Pantalla de trommel

Resumen

Las cribas de trommel se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones, como la clasificación de desechos sólidos y la recuperación de minerales valiosos a partir de materias primas. Los trommels vienen en muchos diseños, como pantallas concéntricas, disposición en serie o en paralelo y cada componente tiene algunas configuraciones. Sin embargo, dependiendo de la aplicación requerida, los trommels tienen varias ventajas y limitaciones sobre otros procesos de cribado, como cribas vibratorias , cribas grizzly , cribas enrollables, cribas curvas y separadores de cribas giratorias .

Algunas de las principales ecuaciones que rigen para una criba de trommel incluyen la velocidad 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 la heurística . Por lo tanto, las reglas de diseño se utilizan a menudo en lugar de las ecuaciones que gobiernan en el diseño de una criba de trommel. Al diseñar una criba de trommel, 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 las partículas de alimentación, el tamaño del tambor y la inclinación de la criba de trommel. Dependiendo de la aplicación deseada de la criba de trommel, se debe hacer un equilibrio entre la eficiencia de la criba y la tasa de producción.

Rango de aplicación

Residuos municipales e industriales

Las cribas de trommel son utilizadas por la industria de residuos municipales en el proceso de cribado para clasificar los tamaños de residuos sólidos. Además de eso, también se puede utilizar para mejorar la recuperación de residuos sólidos derivados de combustibles. Esto se hace eliminando materiales inorgánicos como la humedad y las cenizas de la fracción ligera clasificada en el aire separada de los desechos sólidos triturados, aumentando así la calidad del combustible del producto. Además, las cribas de trommel se utilizan para el tratamiento de aguas residuales. Para esta aplicación en particular, los sólidos del flujo de entrada se asentarán en la malla de la pantalla y el tambor girará una vez que el líquido alcance un cierto nivel. El área limpia de la pantalla se sumerge en el líquido mientras que los sólidos atrapados caen sobre un transportador que se procesará más antes de retirarlo.

Procesamiento de minerales

Las cribas de trommel también se utilizan para la clasificación de materias primas para recuperar minerales valiosos. La criba segregará materiales minúsculos que no estén 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, afectarían el rendimiento de las maquinarias posteriores en los procesos posteriores.

Otras aplicaciones

Otras aplicaciones de las cribas de trommel se pueden ver en el proceso de cribado de compost como una técnica de mejora. Selecciona composts de fracciones de tamaño variable para eliminar contaminantes y residuos compostados incompletos, formando productos finales con una variedad de usos. Además de esto, las industrias alimentarias utilizan cribas de trommel para clasificar alimentos secos de diferentes tamaños y formas. El proceso de clasificación ayudará a lograr la masa deseada o la tasa de transferencia de calor y evitará un procesamiento insuficiente o excesivo. También filtra alimentos diminutos, como guisantes y nueces, que son lo suficientemente fuertes como para resistir la fuerza de rotación del tambor.

Diseños disponibles

Uno de los diseños disponibles de cribas de trommel 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 una secuencia y entran en la siguiente. Un trommel 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.

La criba de trommel 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 forzándolos a girar en espiral.

Para un tambor inclinado, los objetos se levantan y luego se dejan caer con la ayuda de barras elevadoras para moverlos hacia abajo en el tambor, que de lo contrario los objetos rodarán más lentamente. Además, las barras elevadoras sacuden los objetos para segregarlos. Las barras elevadoras no se considerarán en presencia de objetos pesados, ya que pueden romper la pantalla.

En cuanto a las pantallas, se suelen utilizar pantallas de chapa perforada o pantallas de malla. La pantalla de placa perforada se enrolla y suelda para mayor resistencia. Este diseño contiene menos crestas, lo que facilita el proceso de limpieza. Por otro lado, las pantallas de malla son reemplazables ya que son susceptibles al desgaste en comparación con las pantallas perforadas. Además, el trabajo de limpieza de tornillos para este diseño es más intensivo ya que los objetos tienden a atascarse en las crestas de la malla.

La apertura de la pantalla viene en forma cuadrada o redonda, que está determinada por muchos factores operativos, como:

  1. La dimensión requerida del producto de tamaño insuficiente.
  2. El área de apertura. La apertura redonda contribuye a un área más pequeña que la de forma cuadrada.
  3. La magnitud de la agitación del producto.
  4. Limpieza de tambor.

Ventajas y limitaciones frente a los procesos competitivos

Pantalla vibrante

Las cribas de trommel son más baratas de producir que las cribas vibratorias. Están libres de vibraciones, lo que causa menos ruido que las pantallas vibratorias. Las cribas de trommel son mecánicamente más robustas que las cribas vibratorias, lo que les permite durar más bajo tensión mecánica.

Sin embargo, se puede cribar más material a la vez para una criba vibratoria en comparación con una criba de trommel. Esto se debe a que solo una parte del área de la criba de la criba de trommel se utiliza durante el proceso de cribado, mientras que toda la criba se utiliza para una criba vibratoria. Las pantallas de trommel también son más susceptibles a atascarse y cegarse, especialmente cuando hay aberturas de pantalla de diferentes tamaños en serie. El taponamiento es cuando el material más grande que la abertura puede atascarse o atascarse en las aberturas y luego puede ser forzado a través, lo cual no es deseable. El cegamiento es cuando el material húmedo se acumula y se adhiere a la superficie de la pantalla. Las vibraciones en las cribas vibratorias reducen el riesgo de taponamiento y cegamiento.

Pantalla de Grizzly

Una pantalla grizzly es una rejilla o un conjunto de barras metálicas paralelas colocadas en un marco fijo inclinado. La pendiente y la trayectoria del material suelen ser paralelas a la longitud de las barras. La longitud de la barra puede ser de hasta 3 my el espacio entre las barras varía de 50 a 200 mm. Las cribas Grizzly se utilizan normalmente en la minería para limitar el tamaño del material que pasa a una etapa de transporte o reducción de tamaño.

Construcción

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 parte inferior y, por lo tanto, las barras se pueden hacer bastante profundas para que sean resistentes sin que se ahoguen con grumos que pasan parcialmente a través de ellas.

Laboral

Un alimento grueso (por ejemplo, de una trituradora primaria) se alimenta en el extremo superior del grizzly. Los trozos grandes ruedan y se deslizan hacia el extremo inferior (descarga de la 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.

Pantalla de rodillo

Se prefieren las cribas de rodillo a las cribas de trommel cuando la velocidad de alimentación requerida es alta. También causan menos ruido que las pantallas de trommel y requieren menos espacio para la cabeza. Los materiales viscosos y pegajosos son más fáciles de separar con una criba de rodillo que con una criba de trommel.

Pantalla curva

Las cribas curvas pueden separar partículas más finas (200-3000 μm) que las cribas de trommel. Sin embargo, puede producirse unión si el tamaño de partícula es inferior a 200 µm, lo que afectará a la eficacia de la separación. La tasa de cribado de una criba curva también es mucho más alta que la criba de trommel ya que se utiliza toda la superficie de la criba. Además, para las pantallas curvas, la alimentación fluye en paralelo a las aberturas. Esto permite que cualquier material suelto se rompa de la superficie irregular de los materiales más grandes, lo que resulta en el paso de partículas más pequeñas.

Separadores de pantallas giratorias

Los tamaños de partícula más finos (> 40 μm) se pueden separar con el separador giratorio que con un tamiz de trommel. El tamaño del separador de pantalla giratoria se puede ajustar a través de bandejas extraíbles, mientras que la pantalla de trommel suele ser fija. Los separadores giratorios también pueden separar materiales secos y húmedos como pantallas de trommel. Sin embargo, es común que los separadores giratorios separen solo materiales secos o húmedos. Esto se debe a que existen diferentes parámetros para que la pantalla giratoria tenga la mejor eficiencia de separación. Por lo tanto, se necesitarían dos separadores para la separación de materiales secos y húmedos, mientras que una criba de trommel podría hacer el mismo trabajo.

Principales características del proceso

Tasa de cribado

Una de las principales características del proceso de interés es la velocidad de cribado del trommel. La tasa de cribado está relacionada con la probabilidad de que las partículas de menor tamaño pasen a través de las aberturas de la pantalla al impactar. Basado en el supuesto de que la partícula cae perpendicularmente sobre la superficie de la pantalla, la probabilidad de paso, P, se da simplemente como

 

 

 

 

( 1 )

donde se refiere al tamaño de partícula, se refiere al tamaño de 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 las aberturas rectangulares, la ecuación se convierte en:

 

 

 

 

( 2 )

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:

 

 

 

 

( 3 )

donde es el número de impactos de las partículas en la pantalla. Después de suponer que el número de choques por unidad de tiempo,, es constante, la ecuación ( 3 ) se convierte en:

 

 

 

 

( 4 )

Una forma alternativa de expresar la fracción de partículas que quedan en la pantalla es en términos del peso de las partículas, que se da 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 del alimento. Por lo tanto, a partir de las ecuaciones ( 4 ) y ( 5 ), la tasa de detección se puede expresar como:

 

 

 

 

( 6 )

Eficiencia de separación

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)

Aparte de la velocidad de cribado, otra característica de interés es la eficiencia de separación de la criba de trommel. Suponiendo que se conoce la función de distribución de tamaño de las partículas de tamaño insuficiente que se eliminarán, la probabilidad acumulativa de todas las partículas que van de a que se separen después de choques es simplemente:

 

 

 

 

( 7 )

Además, el número total de partículas dentro de este rango de tamaño en la alimentación se puede expresar de la siguiente manera:

 

 

 

 

( 8 )

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:

 

 

 

 

( 9 )

Hay una serie de factores que afectan la eficiencia de separación del trommel, que incluyen:

  1. Velocidad de rotación de la criba de trommel
  2. Tasa de alimentación
  3. Tiempo de residencia en el tambor giratorio
  4. Ángulo de inclinación del tambor
  5. Número y tamaño de las aberturas de la pantalla
  6. Características del pienso

Tiempo de residencia en la pantalla

En la ecuación presentada en esta sección se hacen dos supuestos simplificadores para el tiempo de residencia de los materiales en una pantalla giratoria. Primero, se supone que no hay deslizamiento de partículas en la pantalla. 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 por la fuerza centrífuga. 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. Los componentes de fuerza que actúan sobre la partícula en el punto de partida se ilustra en la Figura 6.

El ángulo de salida, α se puede determinar mediante un balance de fuerzas, que se da como:

 

 

 

 

( 10 )

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:

 

 

 

 

( 11 )

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.

Diseño y heurística

Las cribas de trommel se utilizan ampliamente en las industrias por su eficiencia en la separación del tamaño del material. El sistema de cribado de trommel se rige por la velocidad de rotación del tambor, el caudal másico de las partículas de alimentación, el tamaño del tambor y la inclinación de la criba de trommel.

Comportamiento de la velocidad de rotación de las partículas

Figura 7: Relación entre las velocidades y el comportamiento de tamizado de las partículas.

Teniendo en cuenta que los tamaños de malla del tambor giratorio son más grandes que los tamaños de partículas como se muestra en la Figura 7, la velocidad de movimiento de las partículas se puede dividir en dos componentes de velocidad que consisten en el componente vertical y el componente horizontal . Denotando ser el ángulo entre el movimiento de las partículas y el componente vertical, las velocidades vertical y horizontal ahora se pueden escribir como:

 

 

 

 

( 12 )

 

 

 

 

( 13 )

Cuando , las partículas escapan a través de la malla en el tambor giratorio. Sin embargo , si , las partículas se retienen dentro del tambor giratorio. Los gránulos más grandes se retendrán dentro de la criba de trommel hasta que se alcance la apertura deseada y siga el mismo comportamiento de partículas.

Mecanismos de movimiento 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 hundimiento, catarata y centrifugación.

Caída

Figura 8: Movimiento de hundimiento en un tambor giratorio

Esto ocurre cuando la velocidad de rotación del tambor es baja. Las partículas se levantan ligeramente del fondo del tambor antes de caer por la superficie libre, como se muestra en la Figura 8. Como solo los gránulos de filtro de tamaño más pequeño cerca de la pared del cuerpo del trommel se pueden cribar, esto da como resultado una menor eficiencia de cribado .

Cataratas

Figura 9: Movimiento de cataratas en tambor giratorio

A medida que aumenta la velocidad de rotación, el hundimiento 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. Este movimiento genera un flujo turbulento de partículas, lo que resulta en una mayor eficiencia de cribado en comparación con el hundimiento.

Centrifugar

Figura 10: Movimiento de centrifugación en tambor giratorio

A medida que la velocidad de rotación aumenta aún más, el movimiento de catarata 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 provocadas por las fuerzas centrífugas, como se muestra en la Figura 10.

Tasa de flujo de alimentación

Según Ottino y Khakhar, el aumento de la tasa de flujo de alimentación de partículas resultó en 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 trommel.

A velocidades de flujo de alimentación más altas, las partículas de tamaño más pequeño en la capa inferior del lecho empacado se pueden tamizar 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 trommel a velocidades de alimentación más bajas.

Tamaño del tambor

El aumento del área de material expuesta a la criba permite que se filtren más partículas. Por lo tanto, las características que aumentan el área de la superficie darán como resultado una eficiencia de cribado y una tasa de producción mucho más altas. El área de superficie más grande se puede aumentar mediante

  • Aumento de la longitud y el diámetro del tambor.
  • Aumentar el tamaño de las aperturas y el número de aperturas
  • Reducir el número de espacios / área entre las aberturas
  • Usar barras de elevación para aumentar la dispersión de partículas.

Ángulo de inclinación del tambor

Al diseñar la criba de trommel, debe tenerse en cuenta que un ángulo de inclinación más alto 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, la disminución del ángulo de inclinación dará como resultado un tiempo de residencia de las partículas mucho más prolongado dentro del sistema de trommel, lo que aumenta la eficacia del cribado.

Dado que la eficiencia del cribado es directamente proporcional a la longitud del trommel, se necesitaría un cribado más corto con un ángulo de inclinación más pequeño para lograr la eficiencia de cribado deseada. Se sugiere que el ángulo de inclinación no debe ser inferior a 2 ° porque se desconoce la eficiencia y la tasa de producción más allá de este punto. Existe un fenómeno por debajo de 2 ° tal que para un conjunto dado de condiciones de funcionamiento, la disminución del 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 da como resultado un aumento en la eficiencia del cribado. No está seguro qué efecto será más dominante en ángulos de inclinación inferiores a 2 °.

Ejemplo de postratamiento

En la industria del tratamiento de aguas residuales, los sólidos que salen del trommel serán comprimidos y deshidratados a medida que viajan a lo largo del transportador. Muy a menudo, se utilizará un tratamiento posterior al lavado, como un lavado a presión, después de la criba de trommel para descomponer las materias semisólidas no deseadas y las heces. El volumen del sólido disminuirá hasta un 40% dependiendo de las propiedades antes de la eliminación.

Notas

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