cap 6 molinos bolas

8/22/2019 Cap 6 Molinos Bolas

http://slidepdf.com/reader/full/cap-6-molinos-bolas 1/104

MOLINOS DE BOLAS

MANUAL DE CAPACITACIÓNDIRECCIÓN TÉCNICA

INTRODUCCIÓNSe entiende por molienda la reducción de los materiales a polvo.

Particularmente, el objetivo de la molienda es el aumento de la superficie específicade dichos materiales, siempre de acuerdo con una distribución granulométricaestablecida; concepto que se extiende al de la obtención de una adecuadareactividad para la próxima etapa del proceso de fabricación del cemento, o de unareactividad apropiada en el producto acabado (cemento) propiamente dicho.

Por lo general, la molienda se realiza en molinos de bolas, los cuales son losequipos más frecuentemente usados en los procesos de molienda llevados a caboen la industria cementera, como son: la molienda de crudo y la molienda decemento; pero también es común su aplicación para la molienda de carbón o coque,los cuales posteriormente pueden ser usados como combustibles.

A través de los años se han desarrollando diferentes sistemas de molienda,los cuales tienden a mejorar el proceso, para hacerlo más eficiente. La selección de

un sistema de molienda depende básicamente de la calidad requerida sobre todopara la producción de cemento.

Los molinos tubulares de bolas son cilindros rotatorios de acero, en donde eldesmenuzamiento del material se realiza debido al movimiento de los cuerposmoledores. A causa del giro del cilindro del molino, el montón formado por loselementos moledores y el material se eleva hasta un valor óptimo para su acciónmolturadora. La molienda se realiza por choque y rozamiento entre los cuerposmoledores y las paredes blindadas del molino.

Todos los sistemas de molienda deben ser operados de tal forma que seobtenga la producción requerida así como la calidad de producto deseada,especialmente tomando en cuenta los costos relevantes de producción. A pesar de

que se ha acumulado una cantidad considerable de experiencias acerca de laoperación de los molinos de bolas, con frecuencia se observa que no son operadosa su máxima eficiencia. Con mucha frecuencia, las posibles razones no se limitanúnicamente a composiciones inadecuadas de la carga de bola o al posicionamientoincorrecto del separador, sino que incluyen una serie de factores interrelacionadosunos con otros, y responsables en forma global, del buen o mal funcionamiento delsistema de molienda.

Si se toma en cuenta la gran cantidad de combinaciones posibles de unsistema de molienda, resulta evidente que difícilmente se pueden establecer instrucciones generales acerca de cómo operarlo y mantenerlo.

En la industria del cemento cerca del 75% del consumo total de energía

eléctrica corresponde a las operaciones de los sistemas de molienda de crudo y declinker y, cuando se emplean, de los combustibles sólidos.

Debido a la disminución de los recursos energéticos disponibles y aldesmedido aumento de los costos de la energía, es importante poner la mayor atención en la disminución de la energía utilizada en los sistemas de molienda.

La molienda de materiales inevitablemente conduce a considerables pérdidasde energía. Las necesidades actuales de energía para la reducción de un materialdado a un cierto tamaño de partícula excede con mucho a la energía teóricamente

Capítulo: 6 Elaboró: JEA, EMT 07/11/2002Versión: 1.0 Revisó: EDP 1/102



MOLINOS DE BOLAS


necesaria para su rotura hasta conseguir el correspondiente aumento de lasuperficie específica del material. Según los criterios aplicados, se estima que tansolo del 2% al 20% de la energía suministrada al sistema de molienda se aplica a laproducción de nuevas superficies. Queda un remanente, entre 98% y 80% de

pérdida de energía, en su mayor parte como calor, ruido y vibraciones. Desdeluego, no faltan en la actualidad esfuerzos para mejorar los sistemas de moliendacon el fín de conseguir un mayor ahorro en la energía utilizada.

El problema que se presenta en una instalación de molienda es cómoconseguir un máximo de economía con los equipos disponibles actualmente. Paraello, es necesario conocer las posibilidades y limitaciones del sistema presente yposeer información apropiada de las vías y medios para valorar el rendimiento deuna instalación.

6.1 DESARROLLO HISTÓRICOHa pasado mucho tiempo desde la época en que los romanos hacían la

molienda en vasijas, (ver figura 6.1), hasta lograr los modernos sistemas demolienda con capacidades de 100 a 500 tph.

Figura 6.1 Molienda en vasijas

En una etapa muy temprana en la historia de la Humanidad, se usaronciertos aparatos para triturar algunos alimentos. Se desarrollaron máquinassencillas para evitar el trabajo del Hombre; estos fueron evocaciones de los molinosde cuchilla que eran operados por animales, agua o viento. Alrededor del siglo IX el

incremento de producción de depósitos minerales condujo a molinos aprisionadorespor vía húmeda, y en el año de 1512 se desarrolló el molino de impacto por víaseca.

No obstante, debido a las limitaciones de la fuerza motríz disponible, no huboun desarrollo substancial durante varios siglos. Un cambio decisivo ocurrió con laintroducción de la maquina de vapor, lo cuál llevó al uso del primer molino conrodillos moledores en Cornwall, Inglaterra, alrededor del año de 1790. En 1858Blake desarrolló la trituradora de quijada en los Estados Unidos, con la cuál se




MOLINOS DE BOLAS


crearon las bases para la reducción primaria de minerales duros para materialescrudos. La trituradora de cono apareció en el año de1877.

La tabla 6.1 muestra un sumario de las etapas mas importantes en estedesarrollo.

Tabla 6.1 Desarrollo de la tecnología de molienda.

AÑO INVENTOR MAQUINA DE MOLIENDA

Alrededor de 500años A.C.

"Molino Capstan", fue el precursor del molino decuchilla para granos, posiblemente tambien paraminerales de plata en Laurion, Grecia.

Alrededor de 900 Molino aprisionador, proceso húmedo.1512 Sigismund Vont Malt itz Molino de apris ionador, proceso seco.

? Molino de tambor para molienda por lotes.Cerca de 1790 Molino de rodillos (Cornwall, Inglaterra).

1842 Patente Norteamericana Molino de impacto. Alrededor de 1850 Griffin, USA Molino centrifugo pendular.

1858 Blake, USA Trituradora de quijada.

1876Gebr Sachsenberg,

AlemaniaMolino de bolas con criba en la descarga.

Cerca de 1877 Gates, USA Triturador de cono.

1891Konow & Davidson patentefrancesa con aplicación en

AlemaniaMolino tubular continuo.

Cerca de 1925 Loesche, Alemania Molino de rodillos con sistema de carga elastico.

1935Harding, USA (patente yaconcesionada en 1908)

Molino autogeno.

1969 Feige, Alemania Molienda fina, realizada entre dos rodillos.1977 Schonert, Alemania Molienda con rodillos a gran presión.

En el siglo XIX se desarrollaron los sistemas de molienda de crudo en escalaindustrial. El molino tubular se introdujo entre los años de 1890 y 1900, yposteriormente se fabricaron molinos de grandes tamaño, con diámetrosaproximados de 5.0 m. y longitudes de hasta 20.0 m., como los equipos usados enlas actuales fábricas de cemento.

Hace tiempo hubo molinos de tambor operados en forma discontinua o por lotes disponibles para molienda fina, además de los molinos aprisionadores y losmolinos de cuchilla, y en ocasiones muchos de ellos fueron colocados en el tiro de

las minas. Los cilindros de molienda estaban hechos de materiales cerámicos o dehierro fundido. Los elementos de molienda eran principalmente piedras pedernaleso bolas de cerámica, y más tarde también se usaron las bolas de hierro fundido.

Las dimensiones de estos primeros molinos apenas excedían de 1.0 m. dediámetro por 1.0 m. de longitud. Así, estos equipos tenían muy baja producción; loque hacía que tuvieran un intensivo trabajo por su modo cíclico de operación.

Pero a pesar de estas desventajas, el proceso de molienda en molinos detambor era realmente efectivo. Así, durante el último cuarto del siglo pasado se




MOLINOS DE BOLAS


realizaron grandes esfuerzos para aumentar el potencial industrial de la moliendacontínua.

El desarrollo de la operación contínua de molinos tubulares usadosampliamente hoy en día para la molienda fina de materiales data desde hace más

de 100 años. De acuerdo a ésto, la mayoría de los inventores partieron de lasuposición de que eran necesarias cribas adecuadas para la molienda contínua enmolinos de tambor, así que el material grueso obtenido durante el cribado deberíaser retornado al molino. En 1876 fué propuesta una máquina por Gebruder Sachsenberg, en la cuál los aparatos de cribado estaban fijos en marcos de maderarodeando el tambor de molienda y rotando con él. El material que pasaba a travésde la criba formaba el producto final y era capturado en una cubierta que rodeaba lamáquina, mientras que el material retenido en la criba era regresado al interior delmolino a través de una abertura especial. Este molino de bolas descargando por cribas, y aún en uso prácticamente con el mismo diseño, puede operase en procesohúmedo ó seco.

Su principal desventaja era que el tamaño del producto fino que podíaproducirse era determinado por la abertura de la malla de la criba usada y éstatendía a bloquearse frecuentemente, además de que estaba sujeta a un fuertedesgaste. Estos son problemas que todavía ocurren en la operación de los molinosde bolas con descarga por cribas.

Por lo tanto, se llevaron a cabo algunas consideraciones para colocar uncierto número de molinos de tambor en secuencia, y transportar la alimentación delmolino de una cámara a la siguiente por cucharones. Las variantes de estedesarrollo se muestran en la figura 6.2. Como hubo algunas opiniones quesostenían que parte del material sería retenido en el transporte a lo largo del molino,también se sugirió que los tambores de molienda deberían ser construidos con

casco cónico hacía la descarga.Por razones de diseño el tambor entero no fue formado como un solo tambor

cónico y se dividió en tres cámaras cónicas como se muestra en la figura 6.2 y fuépropuesto como una solución apropiada. Sin embargo, se tuvo poco éxito en lapráctica con estos molinos, ya que este arreglo del tubo de molienda causó tambiénbastante retrazo en el transporte del material.

Tomando en cuenta lo anterior, se pensó que el transporte de la alimentacióndel molino podría acelerarse a través de una caída entre los extremos de entrada ysalida del molino. El 30 de Junio de 1891 Konow y Davidson de París registraron lapatente No. 62871 en la oficina imperial de patentes del Reich alemán con el título:“Molino de bolas con alimentación central y descarga tangencial del material

molido”, los cuales pueden ser considerados como las bases de los modernosmolinos de bolas.En detalle, la especificación de la patente, dice: “Un molino de bolas es aquel

en el cual se logra un proceso de operación contínua alimentando el material amoler al centro de un extremo del tambor y descargandolo en el perímetro del otroextremo del tambor -esto da una diferencia constante de altura entre los puntos deentrada y de salida- tomando lugar un lento movimiento hacia adelante del materialque está siendo molido entre las bolas en la dirección longitudinal del tambor tubular




MOLINOS DE BOLAS


el cuál es de longitud suficiente”.

vv vv

Figura 6.2 Primeras propuestas de molinos multicámaras para molienda contínua.

La figura 6.3 muestra un ejemplo del diseño de este molino tubular de unasola cámara, el cual podía estar soportado sobre roles o muñones. El tambor demolienda también podía ser cónico, con la finalidad de incrementar la diferencia dealtura entre la entrada y la salida, como se muestra en la figura 6.4. El objetivo delinvento estaba relacionado con la eliminación de las deficiencias asociadas con laoperación de los molino de bolas con criba de descarga usados normalmente. Estosignifica que la intensión era eliminar el principal problema ocasionado por eltamaño de la criba que se encontraba en operación, lo cual determinaba la finura

del producto. El costo de mantenimiento era bastante significativo, la operación sedificultaba si el material a moler era de baja densidad y si debía ser molidofinamente. Por otra parte, con el molino de bolas patentado “la longitud del cascodel molino era seleccionado de tal manera que el material a ser molido pasaralentamente a lo largo de toda la longitud del molino con velocidad progresiva delcasco de molienda y fuera expuesto por un largo tiempo al efecto de molienda delas bolas”.




MOLINOS DE BOLAS


Figura 6.3 Molino tubular cilíndrico, como el descrito en la patente No. 62871.

Figura 6.4 Molino tubular cónico, como el descrito en la patente No. 62871.

En esta patente el material a moler era alimentado dentro del molino por untransportador de tornillo o un transportador vibratorio. Salía del tambor por el otroextremo a través de agujeros o ranuras en el tambor o en la pared final. Tambiénera posible un tipo de cámara de descarga y existía protección provisional para elrevestimiento del casco del molino.

El siguiente enfoque de la patente también se considera interesante: “Si laalimentación suministrada al molino consiste de pequeñas piezas, entonces un solo

compartimento es suficiente; no obstante, si debe molerse material grande, deberánusarse varios compartimentos con bolas de diferentes tamaños. En el último caso laalimentación al molino es introducida primeramente al compartimento con las bolasmás grandes y después en secuencia se alimenta a aquellos compartimentos conbolas gradualmente decreciendo en tamaño. Estos compartimentos deberán estar colocadas debajo o al lado del otro.”

La patente de Konow y Davidson expiró el 30 de junio de 1905, y desdeentonces todas las compañías interesadas pudieron construir y desarrollar mejores




MOLINOS DE BOLAS


modelos de molinos tubulares sin ninguna restricción.El primer molino tubular construido en el presente siglo tuvo dimensiones

máximas de hasta 1,200 mm. de diámetro por 6,000 mm. de longitud, ygeneralmente era cargado con piedras de pedernal, o muy rara vez con bolas de

acero. Era normal el uso de un recubrimiento sencillo para protección del cilindro delmolino. Las producciones alcanzadas eran de alrededor de 3 tph para molienda declinker de hornos para cemento. A pesar de estas producciones relativamentebajas, los molinos tubulares para molienda de harina cruda y clinker en la industriadel cemento se convirtieron muy rápidamente en una seria competencia para losmolinos centrífugos tubulares que eran construidos en los Estados Unidos por lafirma Bradley, y en Alemania por Humboldt-Maschinenbau AG, los cuales habiansido los principales tipos usados hasta entonces.

Con el paso del tiempo hubo un rápido incremento en las dimensiones de losmolinos tubulares usados tanto para la molienda en proceso húmedo como para lamolienda en proceso seco. Las bolas de acero se usaron mas ampliamente como el

medio de molienda y los elementos internos en la cámara de molienda fueron mejor adaptadas para una gran variedad de condiciones de operación. Se construyeronlos molinos de cámaras multiples, y se introdujo el circuto cerrado con equipos declasificación.

Ya en el siglo XIX, el clinker de hornos verticales y de hornos rotatorios eramolido en molinos tubulares de un compartimento. Se observó que en los molinosde un compartimento la reducción de tamaño de las partículas se realizaprincipalmente en una longitud equivalente al 20% - 30% de la longitud total delmolino, mientras que la subsiguiente reducción de tamaño de las partículas en elresto del molino era muy pequeña. En consecuencia, se desarrolló un sistema demolienda en dos etapas, a fin de combinar la premolienda y la molienda final en dos

molinos separados. Las dimensiones de los molinos, es decir, la relación de longituda diámetro, fueron seleccionados de acuerdo a los pasos respectivos de molienda.La molienda de gruesos se realizaba en molinos cortos de gran diámetro, mientrasque la molienda de finos se efectuaba en molinos largos de diámetro reducido.

Con el fin de evitar el uso de dos transmisiones para los molinos separados,tal y como es necesario en la molienda en dos etapas, se introdujo el llamadomolino compuesto, es decir, la molienda de gruesos y de finos se combinó encompartimentos individuales en un molino común único. Para satisfacer lasexigencias de finura del producto, los molinos estaban dotados con tres y hastacuatro compartimentos individuales.

El molino compuesto, también denominado molino de circuito abierto, fué y

es aplicado con éxito para la producción de cemento portland normal con una finuranormal de 2,800 - 3,500 cm2/g (Blaine).Para la producción de cementos especiales, tales como cemento de

endurecimiento rápido con una finura mayor de 3,200 - 3,300 cm2/g, la eficiencia delmolino compuesto decrecía considerablemente, debido a la formación deaglomeraciones y adherencias en los elementos molturadores y en el revestimientodel molino.




MOLINOS DE BOLAS


El desarrollo de separadores de aire permitió aumentar el grado de finura dela molienda. El material parcialmente molturado es retirado del molino y clasificadoen el separador; la porción de gruesos (rechazos) es regresada al molino para ser molida otra vez. Con la introducción de molinos en circuito cerrado ha sido posible

alcanzar una superficie especifica de hasta 5,000 cm2/g.Los actuales molinos en circuito cerrado consisten generalmente de uno ó

dos compartimentos con descarga final, figura 6.5, o con descarga central, figura6.6. Sin embargo, este último es usado únicamente en casos especiales, tales comomolienda y secado de materia prima ó cemento de escoria.

Figura 6.5 Molino con dos compartimentos usado para la molienda en circuitocerrado.

Figura 6.6 Molino con descarga central.




MOLINOS DE BOLAS


Entre 1960 y 1970 hubo un incremento significante en las dimensiones de losmolinos, lo que ha resultado en los modernos molinos tubulares con mecanismos detransmisión y diámetros mayores de 6.0 m. para procesos húmedos y secos.También en este período se instaló el molino autógeno (molino Aerofall) en diversas

plantas para la molienda de materiales húmedos y aglutinantes. Aunque, desde 1980 hasta la fecha se han desarrollado muchos tipos de

equipos para la molienda, como los molinos verticales de rodillos, las prensas derodillos, y los molinos horizontales de rodillos; el molino de bolas todavía es unequipo importantísimo para la industria del cemento, y a pesar de que su uso en elfuturo será más y más limitado, para la molienda final de cemento aún sigue siendocompetitivo.

6.1.1 DESARROLLO DE LOS ELEMENTOS INTERNOS DE LASCÁMARAS DE MOLIENDA DE LOS MOLINOS TUBULARES.

Debido a la mayor comprensión de los procesos de molienda que se llevan a

cabo en el interior del molino de bolas, desde principios del siglo se reconoció que laefectividad de tales procesos dependen en forma crítica de un gran número deparámetros, y en detalle, estos son:x Longitud y diámetro del molino.x Velocidad de rotación del molino.x Configuración del blindaje.x Tipo, forma, tamaño y composición del medio de molienda.x Arreglo y configuración de los diafragmas intermedio y final, y de los anillos de

retención.x Molturabilidad y distribución del tamaño de partículas del material de

alimentación.

x Especificación del producto molido (distribución del tamaño de partículas, áreasuperficial específica, reactividad,etc.).

La obtención de buenos resultados de la molienda, con un bajo consumoespecífico de energía, solo será posible si estas variables son seleccionadascorrectamente. En particular, la configuración del emplacado, la velocidad derotación del molino y el tamaño y composición de los elementos de moliendadeberán ajustarse para asegurar un movimiento óptimo de la carga de bolas enrelación a la composición del material de alimentación y la finura requerida delproducto. Además del movimiento de la carga de bolas, también es necesarioasegurar que el material que se está moliendo tenga la velocidad de transporte axialnecesaria (tiempo de residencia del material en el molino).

Desde hace más de 70 años se ha reconocido que no solamente losrecubrimientos de molinos son indispensables para protección del desgaste, sinoque también tienen una decisiva significancia tecnológica. Mientras que los primerosmolinos de bolas fueron operados sin recubrimientos especiales, rápidamente sehicieron esfuerzos para proporcionar elementos reemplazables como protección delcasco. Al principio éstos eran de cuarzo, de forma de cuña o bloques de piedrapedernal, de cerca de 15 cm. de espesor, y eran cortados en una forma dada yahogados en cemento. Más tarde fueron barras longitudinales o pestañas en las




MOLINOS DE BOLAS


que la alimentación del molino podía hacerse y eran instaladas en la corazacilíndrica, especialmente se usaron para molinos con molienda de minerales. En lafigura 6.7 se muestran los blindajes de este tipo para molinos de procesos húmedosque fueron instalados en algunos lugares aún en los años 20´s.

a b

c d

e f

Figura 6.7 Tipos de blindaje para molinos de minerales.a).- Placas lisas de acero con barras de forma de cuña atornilladas.

b).- Bloques lisos, instalados para cemento.c).- Placas de acero corrugadas (onduladas).d).- Placas de acero escalonadas.e).- Rieles viejos acuñados con piedras pedernales.f).- Blindaje El-Oro_Osborn de barras de perfil acuñados con piezas

de mineral.Debido a la gran variedad de condiciones bajo las cuales se usan los molinos

de bolas, y a las diversas especificaciones de los productos obtenidos, se observó




MOLINOS DE BOLAS


claramente durante su desarrollo, que no hay una sola forma de emplacado quegenere un resultado óptimo para todas las condiciones. Por lo tanto, todavía sonusados diferentes diseños de blindajes, teniendo cada uno de ellos sus ventajas ydesventajas.

Una posible forma de igualar los esfuerzos sobre la alimención del molino enun molino tubular monocámara a la finura requerida es el uso del blindajeclasificador. Estos blindajes producen un movimiento axial de los cuerposmoledores debido a la forma cónica de las placas escalonadas en la dirección axial.Este emplacado usa el efecto de la fuerza centrífuga, impacto y declive para apartar las bolas grandes hacia el extremo de entrada del molino y las bolas pequeñashacia la salida. El punto de partida del desarrollo de los blindajes clasificadores, quecomenzó a prinicipio de los 20´s, fué el molino Harding, en el que la clasificación delos cuerpos de molienda se lograba por la configuración cónica del tambor. Larelación se ilustrada claramente en la figura 6.8.

Sección de un molino cónico con descarga por rebose

(modelo Harding).

a

b

cFigura 6.8 Desarrollo del blindaje clasificador basado en el molino cónico Harding.

a).- Blindaje clasificador Carman.b).- Blindaje clasificador Slegten-Magotteaux.c).- Blindaje clasificador F. L. Smidth.

Tratándose del desarrollo futuro de máquinas para la molienda fina, seespera que los molinos tubulares de bolas, los cuales tienen 100 años de uso,




MOLINOS DE BOLAS


seguiran estando vigentes. Esto es cierto, aún considerando el hecho de que en losúltimos años se han estado usando unidades de molienda con un menor consumoespecífico de energía, como por ejemplo los molinos verticales, para la molienda demateriales blandos, como las materias primas para la fabricación de cemento.

Sin embargo, no debe esperarse que vaya a haber algún incrementosignificativo en las dimensiones del molino de tubo en los próximos años. Ademásde los límites de fabricación y de transporte, también se sabe que solo ha sidoposible alcanzar los actuales valores específicos de diseño para los grandesmolinos tubulares solo después de una extensa afinación (reducción del diámetro delas bolas grandes y del grado de llenado de bolas).

Se espera que habrá más mejoramientos técnicos y tecnológicos queayudarán a incrementar la eficiencia de los molinos tubulares. El punto de partidapara ésto será un mayor entendimiento de los mecanismos de la fractura de laspartículas y del comportamiento del transporte axial en los molinos, lo que permitiráadaptar mejor los elementos internos de la cámara de molienda, el emplacado, el

grado de llenado y composición de las cargas de cuerpos moledores, y laconfiguración del diafragma de salida.

6.2 TIPOS DE MOLINOSEn esta sección se realizará una descripción de las diferentes categorías de

molinos tubulares que tienen cuerpos moledores esféricos por ser los más usadosen la industria del cemento. Aquellos que no contienen cuerpos moledores (o bientienen una pequeña cantidad, tales como los molinos autógenos) no serán incluidosen este manual.

Los molinos tubulares pueden ser clasificados según varios criterios:

6.2.1 NATURALEZA DEL PROCESOEl proceso de molienda puede clasificarse según la cantidad de agua

contenida en los materiales. Los circuitos que contenien materiales con humedadesmayores a 25% pueden considerarse procesos de vía húmeda. Es bien sabido queel proceso de vía húmeda es más eficiente que la molienda en seco, siendo susventajas las siguientes:x Puede molerse material con gran contenido de humedad.x Menor consumo específico de energía.

Algunos autores han tratado de explicar el menor consumo específico deenergía en molienda húmeda llegando a la conclusión que la partícula está sujeta auna mayor movilidad al estar en un medio acuoso y puede ser molida con mayor facilidad entre las bolas.

Existe un alto desgaste en los cuerpos moledores y en el blindaje del molinoal utilizarse la molienda por vía húmeda. Además, encontramos un alto consumo deenergía calorífica en el horno. Es por esto que este tipo de molienda cada vez seusa con menor frecuencia.

6.2.1.1 MOLIENDA VÍA HÚMEDA




MOLINOS DE BOLAS


En las plantas donde aún se utiliza el proceso de molienda por vía húmedaencontramos dos tipos de procesos.

6.2.1.1.1 CIRCUITO ABIERTO

Para mantener la consigna de finura del producto en molinos de circuitoabierto, normalmente se realiza una molienda excesiva del material; ésto consumemás energía y provoca un mayor desgaste en los cuerpos molturantes yrevestimientos del molino.

Debido a las desventajas de la molienda en circuito abierto sólo debe usarseen casos especiales donde no sea posible utilizar el circuito cerrado.

6.2.1.1.2 CIRCUITO CERRADOPara evitar la molienda excesiva del circuito abierto y aumentar el

rendimiento del molino se pueden instalar tamices (DSM, curvos, etc.) en ladescarga del molino. El material que no tiene la consigna de finura es regresado al

molino. Al introducir la molienda en circuito cerrado se han alcanzado los siguientesbeneficios:x Aumento en la capacidad de molienda entre 20% y 30% con el mismo tamaño

de molino.x Consecuente disminución en el consumo específico del motor principal.x Menor desgaste de los cuerpos moledores, medidos en gr/ton producida.x Mejor control en la calidad del producto.

Para disminuir el desgaste algunos molinos están siendo equipados conrevestimiento de caucho en el segundo compartimiento.

6.2.1.2 MOLIENDA VÍA SECA

Al aumentar el costo de los energéticos utilizados en la producción delcemento se han buscado alternativas para disminuir el costo de producción. Actualmente las nuevas líneas de producción cuentan con hornos de vía

seca y molinos en circuito cerrado cuando se muele cementos con finurassuperiores a 3,200-3,300 Blaine, pudiéndose en casos especiales, producir cementos de endurecimiento rápido de 5,000 Blaine. En crudos los requerimientosson de 85-95% pasando 90 micras. Los circuitos abiertos en molienda de cemento,ahora poco usados, son utilizados cuando los requerimientos de finura son de 2,600- 3,200 Blaine.

6.2.1.2.1 CIRCUITO ABIERTO

Como ya se dijo, este tipo de circuito se utiliza para producir cementos debaja resistencia y finura; cuando se produce crudo, la longitud del molino en circuitoabierto es generalmente mayor que en circuito cerrado debido a que en este últimoaproximadamente la mitad del material saliendo del molino tiene la finura requerida,la porción restante es regresada por el separador para ser molida de nueva cuenta.En circuito abierto el molino tiene una mayor longitud para terminar de moler elmaterial a la finura deseada. El desgaste en gr/ton para molinos de circuito abierto




MOLINOS DE BOLAS


es generalmente más elevado debido a la mayor longitud del molino y a las cargasde bola más pesadas.

En cuanto a producto, la distribución de partículas de los cementos y crudosproducidos en circuitos abiertos muestran una banda de distribución más amplia en

comparación con aquellos producidos en circuitos cerrados. Con frecuencia, alproducir cementos finos (superiores a 3,200 Blaine), los molinos en circuito abiertoproducen una mayor cantidad de partículas finas (menores de 3 micras) que nocontribuyen a las resistencias del cemento, pero si influyen negativamente en laproducción al contribuir en la agregación de partículas y enforramiento de bola.

El cemento que se muele en molinos de circuito abierto frecuentemente debealcanzar una superficie específica más alta que la del cemento molido en circuitocerrado para la misma resistencia final.

La siguiente figura muestra los dos tipos de circuitos de molienda.

Alimentación

Fresca

Producto

FinalMolino

CIRCUITO ABIERTO

AlimentaciónFresca

ProductoFinal

Molino

CIRCUITO CERRADO

RechazosSeparador

Figura 6.9 Sistemas de molienda en circuito abierto y en circuito cerrado.

6.2.1.2.2 CIRCUITO CERRADOEn un molino largo de circuito abierto gran parte de material alcanza la finura

deseada después de algunos metros dentro del molino. El material sigue expuesto ala acción de los cuerpos moledores en la parte restante del molino. Esto resta




MOLINOS DE BOLAS


eficiencia de molienda al presentarse agregación de material, amortiguamiento por bola enforrada y amortiguamiento de la molienda por material fino.

En circuito cerrado el material pasa por el molino con una mayor rapidez alser el molino más corto, esto reduce el riesgo de los problemas antes descritos,

además de disminuir la probabilidad de deshidratación de yeso.Cuando los cementos producidos tienen valores menores a 3,200 Blaine, los

molinos en circuito cerrado tiene iguales, e inclusive mayores consumos de energía.El consumo específico de energía en circuito abierto (que incluye solamente elmotor) es igual o menor a la potencia consumida por el motor principal, elevador decangilones y separador de un molino en circuito cerrado.

La molienda en circuito cerrado puede ser controlada con mayor facilidad. Elseparador usado pueden cambiar la finura y la distribución de partículas delproducto rápidamente; es por esto que la molienda en circuito cerrado puedeproducir cementos con diferentes características como: resistencia, manejabilidad yconsistencia entre otras. En harina cruda se puede moler con el mismo retenido en

la malla de control, pero el producto contendrá un menor retenido en 145 micras.

6.2.2 NÚMERO DE CÁMARAS

6.2.2.1 MOLINOS CON 1 CÁMARALa mayoría de las materias primas usadas en la producción de harina cruda

contiene entre 3% y 8% de humedad y en algunos casos mayores. Para poder realizar una molienda efectiva es necesario el uso de gases calientes para secar elmaterial antes y durante la molienda. Los molinos de una sola cámara mantienenuna baja caída de presión inclusive en los casos donde se maneja una grancantidad de aire. Al eliminar el diafragma intermedio, la cámara de molienda fina se

equipa con un emplacado clasificador; esto asegura una correcta distribución debola dentro del molino. La figura 6.10 muestra un molino monocámara.

Figura 6.10 Molino monocámara con emplacado clasificador.




MOLINOS DE BOLAS


Los molinos de una sola cámara son poco usados en la molienda decemento; en planta Barrientos se tiene un molino de una cámara marca KVStrabajando para la molienda de cemento.

Existen algunas desventajas en la operación de estos molinos. Cuando se

utilizan para la molienda de crudo se debe tener especial cuidado al presentarse unaumento de humedad del material alimentado, o al existir un desabasto de gasescalientes; en ambos casos el exceso de humedad provoca una disminución en lamolienda de gruesos. Estas partículas gruesas pasan a la sección de bola fina y nopueden ser molidas. Al suceder esto el molino debe trabajar varias horas conproducción baja o nula hasta desgastar el material. Además existe el riesgo de unasegregación reversible de bola; esto es, la bola grande se encuentra a la salida delmolino y la bola fina en la parte inicial de éste.

6.2.2.2 MOLINOS CON 2 CÁMARASLa subdivisión en dos compartimientos de molienda por un diafragma permite

una alimentación del material con una granulometría más gruesa y materiales másduros que en molinos con una sola cámara. En el primer compartimientoencontramos emplacado levantador y bolas grandes (90-50 mm) que realizan lareducción del material principalmente por impacto. Aquí el material es reducido deun tamaño máximo de 5% retenido en 15-20 mm a un nuevo tamaño de 2 mm. Eldiafragma de la primer cámara tiene una gran influencia en el tiempo de retención yen el tamaño del material que pasa a la segunda cámara. En el segundocompartimiento la reducción del tamaño del material se realiza utilizando bolapequeña (40-15 mm) que realiza molienda por atrición. En esta cámara se utilizablindaje clasificador y en otros casos levantador según el tamaño máximo de la bolausada. La figura 6.11 muestra un molino de dos cámaras.

Figura 6.11 Molino con dos cámaras.

Capítulo: 6 Elaboró: JEA, EMT 07/11/2002

Versión: 1.0 Revisó: EDP 16/102



MOLINOS DE BOLAS


Los molinos con dos cámaras tiene la ventaja de dividir los tamaños de bolasen dos cámaras diferentes, tienen poca restricción al flujo de gases y puedeinyectarse agua a cualquiera de las dos cámaras. Se usa para moler harina crudacuando la granulometría de alimentación es muy gruesa o inconsistente; el

diafragma impide que los pedazos grandes pasen a la sección de molienda fina. Enla molienda de cemento este tipo de molinos es el más usado por las ventajas queofrece.

6.2.2.2 MOLINOS CON 3 CÁMARASPara mejorar la eficiencia de molienda se usan molinos de 3 o más cámaras;

esto asegura un tamaño de bola óptimo según la granulometría del material dentrode cada cámara. La desventaja se presenta en la caída de presión en el sistema.Cada diafragma restringe el paso de los gases a través del molino, lo que setraduce en un mayor consumo de energía en el ventilador de barrido.

Generalmente estos tipos de molinos son usados cuando se tiene un sistema

abierto produciendo cementos con altas finuras. La figura 6.12 presenta un molinocon tres cámaras. Estos molinos no son usados para moler harina cruda por su altacaída de presión.

Figura 6.12 Molino con tres cámaras.

6.2.3 POSICIÓN DE DESCARGA DEL PRODUCTO

6.2.3.1 DESCARGA CENTRALLa mayoría de las materias primas utilizadas en la fabricación de cementocontienen entre 2% y 8% de humedad y en algunos casos hasta 15%. Para poder moler este material es necesario secarlo antes de la molienda. Esto requiere unagran cantidad de gases calientes disponibles para el secado y poca caída depresión en el sistema. La baja caída de presión ofrecida por la molienda ensistemas de una sola cámara y la alta eficiencia de molienda obtenida en molinos dedos cámaras pueden ser encontrados en los molinos con descarga central.




MOLINOS DE BOLAS


En la molienda de cemento el material fresco se introduce al compartimientode molienda de gruesos; en los casos donde se utiliza para moler materias primas,el material se alimenta directamente a una cámara de secado antes de pasar a lacámara de molienda gruesa. Después de esta molienda el material es descargado

del molino a través de orificios que se encuentran en la periferia del casco y esalimentado al separador por medio de un aerodeslizador y un elevador. Laspartículas rechazadas por el separador son alimentadas al compartimiento demolienda fina y los finos son capturados por ciclones o colectores de polvos. Elmaterial descargado de la cámara de finos es alimentado también al separador. Lascargas de bolas en cada compartimiento son iguales a las de un molino condescarga final. La figura 6.13 muestra un molino de descarga central.

Figura 6.13 Molino de descarga central.

El aire de ventilación puede ajustarse de acuerdo a los requerimiento decada cámara. En casos donde se tienen problemas con el secado de aditivos, comopuzolana o escoria, se puede ajustar un mayor flujo en la cámara de moliendagruesa; el yeso puede alimentarse a la cámara de molienda fina donde pasa un

menor flujo de gases, evitando así el riesgo de deshidratación.

6.2.3.1 DESCARGA FINALComo su nombre lo indica, el material es descargado en el extremo opuesto

a la alimentación. La mayoría de los molinos construidos hoy en día cuentan coneste tipo de descarga por su facilidad de construcción mecánica. El separador,elevador y deslizador utilizados son de menor capacidad en comparación a losutilizados en sistemas con descarga central.





MOLINOS DE BOLAS


6.2.4 MÉTODO DE DESCARGA DEL PRODUCTOLos primeros molinos utilizados producían cementos y crudos relativamente

gruesos y eran de baja capacidad (entre 5 y 10 tph). El material se introducía, molíay descargaba después de un tiempo; este tipo de proceso se conoce comomolienda por lotes o discontinua. A medida que las capacidades fueronaumentando, la necesidad de una molienda contínua fue haciéndose másimperante. Los molinos fueron equipados con dispositivos que alimentaban ydescargaban el material por los extremos, transformando al proceso en continuo.

6.2.4.1 DESCARGA POR REBOSEEste tipo de molinos son usados para moler harinas crudas con bajo

porcentajes de humedad y la mayoría de los cementos, aprovechando la bajavelocidad de paso del material. La descarga del material en este tipo de molinos serealiza usando solamente medios mecánicos; el material al ser molido fluye debidoa la presión ejercida por la alimentación fresca. La parte final del molino está

equipado con placas que dejan pasar el material, reteniendo solamente los cuerposmoledores. Además, la mayoría cuenta con placas colocadas radialmente paraayudar a fluir al material.

En este tipo de molinos se fuerza una cantidad de aire con varios fines:x Desempolvar el interior del molino, retirando así el material fino.x Enfriar el material y ayudar a retirar el vapor generado por el agua de

enfriamiento, o evaporado de las materias primas.Las velocidades normales de operación dentro del molino son del orden de

0.8 a 1.2 m/seg , manejando un 10% del material en el flujo de aire.

6.2.4.2 SEMIBARRIDO POR AIRE

Estos molinos frecuentemente son usados para secar materiales húmedos.La característica de estos molinos es la utilización de gases calientes dentro delmolino con el propósito de desalojar la humedad desprendida por el material. Noson utilizados en molienda de cemento por la facilidad de deshidratar el yeso.

Además, las velocidades que se manejan en estos molinos son tales que nofavorecen el tiempo de residencia del material necesario para crear las superficiesespecíficas determinantes en las resistencias tempranas del cemento.

Las velocidades normales de operación dentro del molino son del orden de1.8 a 2.5 m/seg, manejando un 40% del material por el tiro del molino. Estosmolinos cuentan con diafragma de salida y emplacado clasificador.

6.2.4.3 BARRIDO POR AIRE A diferencia de los tipos de molinos mencionados anteriormente, éstos nocuentan con elevador para el transporte de material; esto es, el 100% del materiales transportado neumáticamente fuera del molino. Las velocidades típicas deoperación dentro del molino son de 3 a 4 m/seg. Ver la figura 6.14.

Este tipo de molino es usado cuando se requiere secar un alto porcentaje dehumedad y los materiales a moler son poco abrasivos (carbón y harina cruda bajaen sílice). Generalmente cuentan con emplacado levantador en la primera sección y




MOLINOS DE BOLAS


clasificador en la segunda. Carecen de diafragmas y levantadores dentro de ellos, locual hace que solamente el material que se encuentra en la superficie seaarrastrado por el tiro.

Figura 6.14 Molino barrido por aire.

6.3 ARREGLOS DE MOLINOSExiste un sin número de arreglos en los sistemas de molienda, todos ellos

con diferentes finalidades para el proceso. En esta sección se explicarán lasventajas y desventajas de los principales arreglos existentes.

6.3.1 MOLINOS DE CRUDOLos diferentes tipos de arreglos encontrados en los molinos de crudo son

utilizados con la finalidad de secar el material. Los arreglos se encuentran

detallados en la sección 4.2 del capítulo Sistemas de Secado.

6.3.2 MOLINOS DE CEMENTOLos arreglos utilizados en la molienda de cemento tiene dos finalidades,

obtener el menor consumo eléctrico del sistema y optimizar el proceso químico paraobtener las máximas resistencias del cemento.

6.3.2.1 FLUJO DE MATERIALx Alimentación fresca al molino.

La mayoría de los arreglos existentes alimentan el material fresco al molinopor medio de una banda transportadora. El material es depositado en la banda de la

siguiente manera: primeramente el yeso, después la puzolana y encima el clinker,esto con el fin de no dañar la banda cuando se opere con clinker muy caliente.x Alimentación fresca al separador.

En este arreglo uno o todos los componentes del material “fresco” o nuevoson alimentados al separador por medio del elevador que transporta el materialdescargado del molino o directamente vía una banda. Este tipo de arreglo es muyutilizado cuando alguno de los componentes, como la puzolana, contiene unaconsiderable cantidad del material con la finura buscada en el producto.




MOLINOS DE BOLAS


x Descarga de un separador estático.En los molinos barridos o semibarridos por aire se utiliza un separador

estático ajustable para aliviar la carga de polvo al colector. Cuando el materialarrastrado por el flujo de aire tiene las consignas de finura deseadas, este material

puede enviarse como producto terminado. En los casos donde el material arrastradocontiene gruesos, el separador estático se ajusta para que la mayor parte delmaterial que sale con la corriente de aire contenga las finuras deseadas. El materialcaptado por el separador estático se alimenta al separador dinámico para separar las partículas finas que pudieron ser captadas.

Figura 6.15 Posibles arreglos de un sistema de molienda con relación al flujo delmaterial captado por los colectores.

x Descarga del colector de barrido del molino.Típicamente los arreglos de molinos cuentan con dos colectores separados,

donde uno de ellos se utiliza para captar el polvo arrastrado por el tiro del molino. Elmaterial que viaja en el flujo de aire contiene diferentes grados de finuradependiendo de la velocidad de los gases. Estas condiciones son determinantespara decidir si el material captado por el colector se envía al producto final o al

separador dinámico para su clasificación. El parámetro de velocidad dentro delmolino depende en gran parte de la cantidad de humedad a retirar y la velocidad depaso del material buscada.

La figura 6.15 muestra los posibles arreglos, dependiendo de la finura de losproductos de los colectores.x Descarga del separador.

En la mayoría de los molinos el material rechazado por el separador dinámico se introduce a la primer cámara del molino junto con la alimentación




MOLINOS DE BOLAS


fresca. Cuando se tiene un molino de descarga central se tiene la posibilidad demandar este producto a la primera o a la segunda cámara. En condiciones normalesde operación se envía un 10% del producto rechazado a la primer cámara. Encondiciones donde la alimentación contiene un alto porcentaje de humedad se

desvía una mayor porción del material a la primer cámara con el fin de eliminar lamáxima cantidad posible de humedad. Esta situación se muestra en la figura 6.16.

Figura 6.16 Sistema de molienda con molino de descarga central mostrando lasposibilidades de manejo del material rechazado por el separador.

6.3.2.2 FLUJO DE AIREx Recirculación de gases al separador con dos colectores.

En este arreglo se tiene la posibilidad de ajustar la temperatura de losretornos entre 80°C y 105°C, según la humedad contenida en los materialesalimentados. Cuando la temperatura de los retornos está en el rango alto, sedisminuye el riesgo de prehidratación de los minerales del clinker en el primer compartimiento del molino.

Se opera con bajas temperaturas de los retornos cuando los materialescontienen poca humedad. Los retornos con baja temperatura influirán para reducir el incremento de temperatura dentro del molino (causado por la molienda),disminuyendo la inyección de agua.

Mediante la admisión de aire frío al separador, se puede regular latemperatura final del cemento y mantenerla entre 80°C y 85°C. La desventaja quepresenta este arreglo es un complicado control del flujo de aire, siendo necesario




MOLINOS DE BOLAS


mantener una masa de aire constante a través del separador con el fin de no alterar la calidad del producto. El sistema se muestra en la figura 6.17.

Figura 6.17 Sistema de molienda con recirculación de gases al separador, y venteoindependiente del molino.

x Recirculación de gases al separador con un colector. A diferencia del arreglo anterior, aquí (figura 6.18) se elimina la compuerta de

aire frío disminuyendo el aire al colector. La temperatura del material de retornopuede ajustarse por la relación de aire fresco y aire recirculado a través delseparador; la temperatura de los rechazos del molino puede variarse en un rangode temperaturas de entre 70°C y 120°C. Esta temperatura deberá ajustarse según

la humedad y temperatura de la alimentación.

Figura 6.18 Sistema de molienda con recirculación de gases al separador y con unsolo colector.

Este tipo de arreglo es apropiado para cuando se utilizan aditivos húmedos yla temperatura del clinker no es muy constante. La desventaja de este arreglo es la




MOLINOS DE BOLAS


necesidad de utilizar un enfriador de cemento para los casos donde se opere con lamáxima temperatura de retornos.x Un colector y un ventilador de aire del barrido del molino.

En los dos últimos arreglos el molino es desempolvado directamente a un

colector. Otra alternativa en el arreglo podría ser el venteo del molino a través delseparador, como se muestra en la figura 6.20. A continuación se realizará unacomparación entre dos formas alternativas de venteo del molino.

Esta comparación es interesante cuando se controla la mínima temperaturadel producto con el fin de eliminar el uso de un enfriador de cemento. En la figura6.20 se muestra el sistema de ventilación a través del separador, y en la figura 6.21se muestra un arreglo donde la ventilación se realiza directamente a un colector.

Para comparar los dos sistemas, se han calculado los consumos específicosbasados en parámetros típicos de presiones, temperaturas y flujos de gases. Lafigura 6.19 muestra la relación del sistema 6.20 entre el 6.21 en consumo delventilador, el flujo de gases a través del separador y el volumen total de gases a

desempolvar como función de la temperatura de cemento del sistema conventilación a través del separador, manteniendo en 75°C la temperatura final delcemento del arreglo con ventilación por el colector.

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

75 77 79 81 83 85 87 89

Temperatura de finos y rechazos

°C

Vol. Total de aire

Flujo aire Separador

Consumo Energía

Figura 6.19 Comparación entre arreglos de desempolve del molino.

De la figura 6.19 se puede ver que en el caso del venteo del molino a travésdel separador, manejando una temperatura de cemento de 75°C, el consumo de

energía del ventilador es un 70% mayor que el consumo de los dos ventiladoresutilizados en el arreglo del venteo independiente del molino. A la misma temperaturade cemento (75°C) se requiere un separador de mayor volumen debido al aumentodel 30% en el manejo de aire en el último arreglo. El volumen total a desempolvar es prácticamente el mismo en los dos arreglos, la mayor necesidad de aire se debea que la cantidad de aire manejado através del molino que pasa por el separador nocontribuye al enfriamiento del cemento.




MOLINOS DE BOLAS


Figura 6.20 Sistema de molienda con venteo del molino a través del separador.En consecuencia, se hace necesario un aumento en la demanda de aire frío

para enfriar el material descargado del molino. El aire frío debe introducirse alseparador por medio de una compuerta, la cual genera un caída de presiónequivalente a la caída de presión del molino. Esta caída de presión, y en menor grado, el mayor volumen de aire manejado a través del separador, son las razonespor las cuales se tiene un mayor consumo de energía en este arreglo.

Figura 6.21 Molienda de cemento con tiro independiente a través del molino y através del separador.

Además, puede concluirse que para el mismo tamaño de separador usado enlos dos arreglos (esto es, mismo flujo de aire a través del separador), el arreglo conla ventilación del molino por el separador operará con temperaturas entre 5°C y10°C más altas en los rechazos y en el cemento que el arreglo alternativo.

Concluyendo, las ventajas del arreglo con venteo independiente son:





MOLINOS DE BOLAS


1. Menor consumo de ventilación y un separador menor.2. El venteo del molino directamente al colector facilita un mejor control del

producto. Asumiendo que el clinker alimentado al molino tenga grandes variaciones de

temperatura, el aire del venteo del molino variará en cantidad, temperatura y puntode rocío. Estas variaciones pueden afectar la calidad del cemento si el venteo es através del separador, a menos que el ventilador, el colector y el separador esténdimensionados para operar en los casos más críticos de temperatura.

Cabe señalar que el dimensionamiento del equipo para situaciones extremascuesta más y operan menos eficientemente. Como ejemplo, supongamos que latemperatura del clinker aumenta, esto causa un incremento en la inyección de aguaal molino y la temperatura de punto de rocío. Esto aumenta la masa en el separador y por consiguiente el consumo en el ventilador. En el arreglo alternativo el filtro y elventilador usados para desempolvar el molino son más chicos que los usados paradesempolvar el separador. Aquí los primeros equipos son diseñados para manejar

las variaciones en la temperatura de alimentación sin influir grandemente en loscostos de inversión. Además, el separador operará en condiciones estables y conaire fresco solamente. Ésto asegura la finura y temperatura del producto constantessin que el separador y su arreglo de venteo sean diseñados para situacionesextremas.

6.3.3. MOLINOS DE CARBÓNLa molienda de carbón se ha desarrollado conjuntamente con los sistemas

de calcinación, por lo que las distinciones entre las diferentes tipos se realizará enbase a estos sistemas. Como principio, puede establecerse una diferencia entre lasinstalaciones de inyección directa, semi-directa e indirecta.

6.3.3.1 SISTEMAS DIRECTOSEn estos sistemas el carbón es molido e inyectado directamente al horno sin

tolva intermedia (figura 6.22).

Horno deSatélites

Figura 6.22 Arreglo de un sistema directo de molienda de carbón.




MOLINOS DE BOLAS


El aire caliente necesario para el secado del carbón dentro del molino puedeobtenerse de los gases residuales del horno, del enfriador de clinker, o de ungenerador de gases calientes. El ventilador succiona gas del molino y lo descarga

junto con el carbón pulverizado, sirviendo como aire primario del quemador. La

desventaja de este sistema es la inyección de aire falso al horno, resultando en unalto consumo de calor. Además, desde el punto de vista del proceso, la produccióndel molino debe variar según los requerimientos de combustible del horno. Tambiénexiste una gran interdependencia entre la producción del horno y la del molino;cualquier disturbio en la operación de éste puede resultar en el paro del horno al nocontar con ninguna reserva de carbón.

6.3.3.2 SISTEMAS SEMI-INDIRECTOSEsta es una variante del sistema directo, aquí el carbón se muele con un

molino barrido por aire. El carbón pulverizado se separa en un clasificador y losfinos se recogen en un ciclón. El ventilador del sistema opera con gas limpio del

cual parte del flujo que maneja se envía al ventilador de aire primario. El suministrode carbón tiene más independencia de la producción del molino, el ciclón delseparador suministra carbón pulverizado al quemador, además funciona comoamortiguador para cualquier variación de producción, evitando así disturbios en elhorno.

Existe una variante cuando se muele y seca carbón con alto contenido dehumedad, aquí el exceso de gases húmedos son descargados a la atmósferapasando a través de un filtro.

Horno de

Satélites

Figura 6.23 Arreglo de un sistema semi-indirecto de molienda de carbón.

6.3.3.3 SISTEMAS INDIRECTOSTambién son conocidos como sistemas centralizados, y se caracterizan por

incluir un silo con una determinada capacidad de almacenaje entre el molino decarbón y el quemador.





MOLINOS DE BOLAS


Horno deSatélites

Figura 6.24 Arreglo de un sistema indirecto de molienda de carbón.

Las ventajas del sistema de inyección indirecta son: independencia deproducción entre el molino y el horno, la posibilidad de alimentar a varios sistemasde hornos a un mismo tiempo, la posibilidad de regular en forma óptima el aireprimario y la inyección de carbón.

Las desventajas de estos sistemas son: mayor inversión inicial del equipo,necesidad de un filtro de gran rendimiento y equipo de gases inertes para seguridadde fuego.

6.4 ELEMENTOS DEL MOLINO DE BOLAS

6.4.1 TUBO DEL MOLINO

El molino de bolas es de forma tubular. Esta forma está dada por el casco ocarcaza, en el cual se alberga la carga de bola y demás piezas para la molienda delmaterial. En el casco se identifican dos partes: la sección cilíndrica y las tapas ofrentes.

La sección cilíndrica consta de varios segmentos habiendo sido soldados enlos talleres del proveedor, aunque para molinos muy grandes este trabajo desoldado de partes se culmina en planta. El espesor del casco varía directamentecon las dimensiones del molino y va, aproximadamente, del 1/100 hasta el 1/75 desu diámetro. Así, para molinos de más de 4 metros de diámetro, el espesor delcasco puede llegar hasta 60 o 70 mm. Para la definición del espesor del casco hayque tener en cuenta que los taladros dispuestos para la colocación de las placas de

blindaje rebajan la resistencia mecánica de aquél en un 11%, aproximadamente.Esto es debido a las fisuras que pueden iniciarse en estas perforaciones, y en losagujeros de inspección, al estar sujeto a esfuerzos de tensión-compresión por lacarga de bola y el peso mismo del casco. Este no debe ser sujeto a soldadura, amenos que se realice alguna reparación en él, como fisuras, etc. Si se requiereperforar el casco se recomienda hacerlo con herramienta de precisión.

Los frentes de los molinos se fabrican de una sola pieza, en acero fundido.Estos frentes se componen de la parte cónica y de las uniones al muñón (en caso




MOLINOS DE BOLAS


de que cuente con este tipo de apoyo) y al casco; ésta última se puede realizar por medio de una brida o por soldadura. La parte cónica de los frentes de los molinos,hoy en día, se fabrica totalmente lisa; las nervaduras de refuerzo, que antes seusaban, perjudican de modo importante las resistencias a las tensiones radiales.

Las caras frontales de los molinos están sometidas principalmente a solicitacionespor flexión; las de compresión y tracción son mínimas.

6.4.2 SOPORTES DEL MOLINOLos molinos son sustentados en sus extremos, o cerca de ellos. Existen dos

tipos de soportes: el de muñón/chumacera y el de zapata deslizante, que acontinuación se explican.

6.4.2.1 MUÑÓN/CHUMACERAEn general, los molinos de bola en la industria del cemento van provistos de

apoyos lisos, de muñón/chumacera. Éstos consisten en dos superficies lisas, una

móvil (muñón, con el giro del molino) y otra fija (chumacera, al fundamento), dematerial antidesgaste en un baño de aceite. Tienen como funciones: sostener almolino; permitir la rotación del mismo y formar una película de lubricante que puedacarga al molino; y llevar un dispositivo de “levantamiento” de aceite. Un soporte, eldel lado de la transmisión, es fijo y hace las veces de soporte de guía, mientras queel otro tiene tolerancia de movimiento axial para permitir las dilataciones del equipo(molino). En la figura 6.25 se muestra un diagrama del soporte.

Figura 6.25 Soporte de muñón/chumacera.

Es de primordial importancia la atención a las condiciones de lubricación delas partes del soporte al momento de arranque y marcha normal. Cuando lalubricación es por anillos, éstos deben girarse una vuelta con la mano antes de quese arranque el molino, al haber estado mucho tiempo parado. Si la lubricación espor circulación de aceite por bombeo, debe asegurarse que la bomba de




MOLINOS DE BOLAS


recirculación suministre aceite al arrancarse el molino, por lo que debe haber interbloqueo eléctrico entre los motores de la bomba y del molino. Cuando lossoportes están provistos de bombas de alta presión, éstas inyectan aceite a presiónentre las partes lisas en contacto, inmediatamente antes del arranque, de modo que

exista una película de aceite entre ambas. El aceite a alta presión se suministra por un orificio localizado al centro de la chumacera. El lubricante, entonces, suspende elmuñón y reduce con ello el rozamiento entre las dos superficies metálicas hasta unacuantía soportable. Cuando el molino ya esté en marcha normal, por lo generaldebe pararse la bomba de alta presión. El aceite lubricante debe conservarse,siempre a una viscosidad mayor de 6° Engler.

Debe monitorearse permanentemente la temperatura de los soportes. Paraello, el sensor debe estar en contacto con el metal antifricción. No se consideraadecuado medir y controlar con la temperatura del aceite pues conduce a errorescomo consecuencia de la mala conductividad térmica del lubricante, siendo posibleque el metal ya haya alcanzado una alta temperatura peligrosa antes de que el

aceite haya llegado a ella. Para la molienda con secado, los soportes sonrefrigerados por agua. La cantidad mínima de agua es del orden de 20-25 litros por minuto, para cada apoyo, a una presión máxima permisible de 2 kg/cm2; sinembargo, este flujo puede ser insuficiente si la temperatura del material y/o gasesque pasan a través del soporte es demasiada alta, o si el agua se encuentra atemperatura alta; etc. El flujo de agua ha de ponerse en marcha antes de poner enservicio el molino. Al pararse éste, no debe cortarse el flujo de agua antes de que sehayan enfriado completamente los soportes; en caso contrario, la película de aceiteentre la partes de contacto sería exprimida antes de haber terminado de contraerseel muñón, lo que haría que las partes de desgaste se arañen.

Cuando se fabrican los cojinetes, la superficie de las placas son pulidas hasta

tener una aspereza, Ra, no mayor de 0.8 micras. Esta aspereza puede entendersecomo la media aritmética de las desviaciones de cada punto del perfil de la placa,Yi, con respecto al punto promedio de este perfil, Lm. En la figura 6.26 se presentagraficado el perfil de las placas, y la identificación de la aspereza.

Figura 6.26 Perfil de aspereza de una placa de una chumacera.




MOLINOS DE BOLAS


Para obtener una película de lubricante entre el muñón y la chumacera, estassuperficies de contacto deben tener diámetros distintos; de tal modo que, cuando elmolino esté parado, se forme una cuña de aceite lubricante de cada lado del puntode contacto. En operación, este espacio también es llenado por aceite. También es

importante que la chumacera no abrace al muñón “apretándolo”; si esto sucede por imperfecciones en la fabricación de las placas, se deben rebajar las orillas de lachumacera en el montaje. El perfil de presión es el que se presenta en la figura6.27. En ella se observa el ángulo E formado por la dirección de carga, P, y la líneaque pasa por los centros del muñón y chumacera, que delimita el sector donde lapelícula de aceite es más delgada. También se observa que, inmediatamente antesdel punto donde la película es mínima, la presión alcanza su valor máximo. Ensentido longitudinal, la máxima carga se encuentra al centro. Los soportes sediseñan para que la chumacera soporte una presión hasta de 15 - 20 kg/cm2 si esde metal blanco, o 25 - 28 kg/cm2 si es de bronce.

Figura 6.27 Distribución de la presión en el soporte muñón chumacera.

6.4.2.2 ZAPATAS DESLIZANTESOtro tipo de soporte empleado en los molinos son las zapatas de

deslizamiento, mostrado en la figura 6.28. Este tipo de soporte consiste en un arode deslizamiento, montado al casco del molino, soportado por dos apoyos fijos, enángulos de 30° en sentido vertical, que contienen las zapatas de material

antidesgaste. El soporte con zapatas de deslizamiento está ejecutado de tal modoque puede utilizarse en ambos sentidos de rotación. En caso de una modificacióndel sentido de rotación del molino sólamente será necesario invertir la posición delos rascadores de aceite y la disposición de la instalación para el aceite decirculación.

Cada una de las zapatas reposa, por medio de asiento esférico (rótula) y unbloque de presión, sobre unos rodillos que pueden moverse en el sentidolongitudinal del molino. Este apoyo móvil asegura que las zapatas de deslizamiento




MOLINOS DE BOLAS


puedan seguir la dilatación térmica del cuerpo del molino.Estos soportes son lubricados por una unidad de bombas, compuesta de dos

bombas de alta presión y una de baja presión. Las primeras inyectan el aceite a altapresión (entre 10 y 20 bars) en el arranque que, antes de la puesta en marcha del

molino, tienen por función formar una película de aceite entre ambas zapatas y elaro de deslizamiento. Este suministro de aceite se realiza por un orificio al centro dela zapata. La bomba de baja presión funciona como bomba de recirculación deaceite, es decir, aspira el aceite del cárter del soporte bombeándolo a un depósitoque está colocado delante de una de las zapatas (antes del contacto aro zapata dedeslizamiento). La lubricación ocurre al inmergir el aro de deslizamiento del molinoen el aceite del depósito.

Las zapatas de deslizamiento están enfriadas por agua, y la entrada de aguarefrigerante está colocada en el punto inferior de éstas.

Figura 6.28 Soporte del molino por zapatas de deslizamiento.

Las ventajas de los soportes por zapatas sobre los soportes por muñón/chumacera son:x Se suprimen las chumaceras, que en algunos casos han dado lugar a grandes

averías.

x Al suprimirse los muñones, el molino resulta más corto. Dado que la construccióncon zapatas no estrangula la sección libre del molino (como en el caso demuñón/chumacera) no se produce cuello de botella para el paso de gasescalientes.

x Como consecuencia de la menor distancia entre los soportes, la solicitaciónmecánica del casco es menor, por lo que puede ejecutarse con menor espesor de chapa.




MOLINOS DE BOLAS


6.4.3 TRANSMISIÓN DEL MOLINOLa diferencia entre las velocidades del motor y la requerida en el molino hace

necesaria el empleo de reductores de velocidad precisos. La trasmisión y reduccióndel movimiento del motor al molino se puede efectuar de dos maneras mecánicasdistintas: por accionamiento lateral (corona/piñón) o por accionamiento central. Acontinuación se explican cada uno de ellos.

6.4.3.1 CORONA / PIÑÓNLa transmisión por corona/piñón consiste en una corona dentada fijada sobre

el casco del molino mediante tornillos, accionada por un piñón o con dos piñonesinstalados en cada uno de los lados del molino.

Este tipo de accionamiento hace posible emplear motores de gran velocidad.Los ejes de alta y baja velocidad de los reductores van provistos de acoplamientoselásticos. Los accionamientos con un piñón está limitado a una potencia de 2,500kW, y en el caso de dos piñones a una potencia de 5,000 kW.

Estos tipos de accionamiento pueden presentar variantes en cuanto alnúmero de motores empleados y a los pasos de reducción en la transmisión delmovimiento. En las figuras 6.29 y 6.30 se muestran los diagramas de accionamientoempleando uno y dos motores, respectivamente.

Figura 6.29 Accionamiento de piñon y corona dentada, con un motor.

La lubricación de estos accionamientos-reductores es mediante la inyecciónde aceite , con enfriamiento del lubricante en un intercambiador aceite-agua. Lalubricación se ve afectada por la velocidad periférica de la corona, la presión entrelos dientes y la rugosidad entre los flancos de los dientes. Los movimientos relativosentre los ejes de los piñones y de la corona tienen igualmente un efecto negativorespecto a las condiciones del lubricante, ya que estos desplazamientos provocansobrecargas incrementando la presión entre los dientes.




MOLINOS DE BOLAS


Figura 6.30 Accionamiento, de dos motores, con piñon y corona dentadas.

La lubricación de estos accionamientos-reductores es mediante la inyecciónde aceite , con enfriamiento del lubricante en un intercambiador aceite-agua. Lalubricación se ve afectada por la velocidad periférica de la corona, la presión entrelos dientes y la rugosidad entre los flancos de los dientes. Los movimientos relativosentre los ejes de los piñones y de la corona tienen igualmente un efecto negativorespecto a las condiciones del lubricante, ya que estos desplazamientos provocansobrecargas incrementando la presión entre los dientes.

6.4.3.2 ACCIONAMIENTO CENTRALEl accionamiento central consiste en la transimsión de movimiento

directamente al eje del molino, a través de un reductor de velocidad de precisión. Elaccionamiento central es un poco más caro que el accionamiento con corona/piñón.

Los accionamientos centrales pueden presentar variantes en cuanto alnúmero de etapas para la reducción de movimiento, y en cuanto al número demotores. En las figuras 6.31 y 6.32 se presentan dos diagramas de estos ejemplos.

Figura 6.31 Accionamiento central en dos etapas, de dos vías, con un motor.




MOLINOS DE BOLAS


Algunos reductores de estos tipos son:a).- Reductor en dos etapas, de dos vías, con un motor de accionamiento.b).- Reductor en dos etapas, de dos vías, con dos motores de accionamiento.c).- Reductor en tres etapas, de dos vías, con motores gemelos.

d).- Reductor en tres etapas, de dos vías, con un motor.

Figura 6.32 Accionamiento en tres etapas, de dos vías, con motores gemelos.

Un ejemplo de reductor de velocidad central de precisión es el Symetro(F.L.Smidth), ver la figura 6.33.

Figura 6.33 Reductor Symetro (F.L.Smidth).

El eje de baja velocidad del reductor (el eje de torsión ) puede ser acopladodirectamente al molino. El eje de gran velocidad (acoplado al motor y/o embrague)tiene un piñón que engrana en dos ruedas intermedias, colocadas en sendos ejes




MOLINOS DE BOLAS


intermedios, cuyos dientes engranan en una rueda compensadora. De este modo,la potencia trasmitida se reparte a dos ruedas intermedias y a dos ejes intermedioslo que posibilita la construcción compacta del reductor Symetro. La estructurasimétrica del reductor Symetro tiene además por efecto que el eje de gran velocidad

y el eje de torsión estén dispuestos uno en prolongación del otro.Los piñones y las ruedas intermedias están provistas de dentado helicoidal

sencillo, en tanto que los ejes intermedios y la rueda de equilibrio cuentan condentado helicoidal doble. La rueda compensadora está fijada, mediante un juego demembranas, al eje de torsión, que reposa en un soporte de zapata dedeslizamiento. La zapata de soporte del cojinete de compensación, está suspendidaen resortes de discos por medio de dos hierros de soporte. La suspensión flexiblede la rueda compensadora, en membranas y resortes de disco, en conexión con losdos aros de guía tiene por efecto que las presiones de los dientes en los dosengranes de la rueda compensadora sean automáticamente mantenidas con igualfuerza. Con esto se asegura que los ejes intermedios transmitan cada uno la mitad

de la potencia total.Otro accionamiento central es del tipo reductor planetario, (ver figura 6.43).

Estos reductores están compuestos por:x Rueda solar y piñones satélites cementados, templados y rectificados, que

engranan con la corona interior.x Portasetélites sujetados por cojinetes.

El sistema de los tres planetas y el piñón solar, centrado mediante los tresengranes, sin soporte, garantiza una distribución del momento de giro segura yregular. La temperatura del reductor es gobernada automáticamente de modoóptimo, a través del sistema de circulación del aceite que sirve a la lubricación, enfunción de la temperatura del exterior.

El reductor planetario, realizado con dentado endurecido, pulimentado ycorregido tanto en la rueda solar como en los planetas, trabaja con rendimiento de98.9% a plena carga. El sistema de máquinas acopladas axialmente permitedilataciones térmicas sin deformaciones de la carcaza y sin deterioro del contactode los flancos de los dientes.

Figura 6.34 Accionamiento central con reductor planetario en dos escalones.




MOLINOS DE BOLAS


6.4.4 DIAFRAGMAS DEL MOLINOCuando los molino son de dos o más cámaras, éstas son separadas por

diafragmas; asimismo, al final de la última cámara se suele colocar un diafragmapara impedir la salida de las bolas. Los diafragmas intermedios han de impedir elpaso de partículas sobredimensionadas a la siguiente cámara, reteniendo a su vezla carga de bola; por tanto, las ranuras abiertas en el diafragma sólo dejan pasar material de un determinado tamaño. El tipo de construcción y el tamaño de lasranuras tienen influencia sobre la finura del producto molido, así como sobre elcaudal del molino. Ver la figura 6.35.

Paletas levantadoras

Rejilla central Salida de material

Pared de salida(emplacado)

Placa con ranuras

Pared de entrada(con placas con ranuras)

Figura 6.35 Diafragma de un molino y sus partes

Los diafragmas constan de varias partes según su uso: una estructura oesqueleto de fijación, que sirve de soporte y al cual se fijan las otras partes; la paredde entrada, formada por segmentos de placas ranuradas, a través de las cualespasa el material de menor tamaño y retiene la carga de bola de la cámara previa aldiafragma; la rejilla central, que sirve para el paso libre de aire a lo largo del molino;los álabes o paletas levantadoras, que levantan y facilitan el transporte de materialal siguiente recinto; y la pared de salida.

Las ranuras de las placas comunes de entrada (ranuras de aberturaestablecida) se encuentran posicionadas de tal modo que el área libre sea lo mayor posible sin poner en riesgo la rigidez de la placa misma. La capacidad de transportedel molino está íntimamente ligada a este espacio libre, hablándose de 5 ton/dm 2hr,para molienda en vía seca. Los diafragmas Combidan (F.L.Smidth) tienen la paredde entrada diferente, formada por una rejilla a la que se anteponen placasprotectoras (sin ranuras) que retienen los cuerpos moledores en la cámara anterior.Ya que la rejilla está protegida contra los impactos de las bolas, su desgaste queda




MOLINOS DE BOLAS


reducido manteniendo la anchura de los orificios por más tiempo. El área de pasode este diafragma es más del doble que el del diafragma convencional. Otrosfabricantes presentan otras opciones en este sentido, haciendo intercambiables lasplacas centrales, que no tienen contacto con bolas, por rejilla de mayor área libre.

Como se ha mencionado, los álabes o paletas levantan el material y facilitansu transporte hacia el siguiente recinto, influyendo en el nivel de material en lacámara anterior. Estas paletas pueden ser radiales o en espiral. Cuanto mayor longitud tengan estas paletas, mayor cantidad de material podrá ser levantado ytransportado. Por consiguiente, el nivel de material en la cámara anterior serámenor que si cierta cantidad de material molido permaneciera sin ser levantado ytransportado por paletas más cortas. Cuando se carece de paletas levantadoras, elnivel de material es máximo en la cámara previa, realizándose el transporte a lasiguiente cámara por rebose en la pared de salida. La longitud de las paletas seajusta en la puesta en marcha del molino, hasta el nivel de material tal, que seobtengan los mejores resultados de molienda para cierto tipo y calidad de producto.

Algunos diafragmas modernos (Christian Pfeiffer) regulan este paso de materialmediante la abertura de salida a la siguiente cámara. Esto evita el tener que trabajar en la posición de las paletas, que resulta tedioso por su ubicación y acceso.

Cuando se utiliza el diafragma con paletas largas y completas axialmente (depared anterior a pared posterior), ocurre que la capacidad de transporte es tan altaque el nivel de material baja y la eficacia de molienda disminuye. En contra parte, seintrodujo un diafragma sin paletas levantadoras (Sonex de F.L.Smidth), que resultaen un elevado nivel de material, porque el material tiene que sobrepasar un anillo deretención alto (pared de salida). Éstos tienen como características una buenaeconomía de molienda y bajo nivel de ruido de molienda; sin embargo, debido alalto nivel de material en el molino, los consumos de energía son bajos por lo que

resulta necesario fabricar molinos con mayores dimensiones para obtener el mismoconsumo de potencia. Una mediación entre estos dos tipos es un diafragma conpaletas cortas (Stanex de F.L.Smidth), que permiten el mantenimiento de un nivelde material casi constante en las cámaras y tan alto que esté asegurada la eficaciade molienda adecuada sin obtener al mismo tiempo una reducción del consumo deenergía.

6.4.5 BLINDAJES DEL MOLINOEl blindaje es el revestimiento interno del molino, formado por placas de

acero, que protege al casco del impacto de las bolas. Además, tiene comofunciones propias de molienda, alguna(s) de las características siguientes:

x Levantar las bolas al girar el molino, para el efecto de molienda por impacto o por atrición sobre el material según el grado o nivel de levantamiento; o

x Clasificar las bolas en el interior del molino, manteniendo una distribuciónadecuada de bolas (por tamaño) para la molienda del material a lo largo delmolino.

Estas placas pueden ser fijadas al casco por diversas maneras.

6.4.5.1 TIPOS DE BLINDAJES




MOLINOS DE BOLAS


Los blindajes levantadores tienen como función la de levantar las bolasdurante el giro del molino, hasta un punto del que caen libremente. Los perfiles sondistintos si se trata para bola grande o bola chica. En el primer caso soncaracterísticos los blindajes en forma de escalones, los de forma ondulada, los de

doble ondulado, etc., todos en sentido circunferencial. Los blindajes para bola chicatienen perfil corrugado (Dragpeb de F.L.Smidth). En la figura 6.36 se muestranalgunos tipos de blindajes.

Clasificador Dragpeb

EscalonadoOndulado

Figura 6.36 Blindajes clasificadores y levantadores.

Los blindajes clasificadores tienen como función distribuir la carga de bolasdentro del molino, manteniendo las bolas grandes hacia la entrada y las chicashacia la salida. Se emplean cuando en una cámara se tiene una carga con unaamplia granulometría de bolas. A lo largo del molino, se va observando unadisminución gradual del peso unitario de bola, de manera que se obtiene casi elefecto de dos cámaras en una sola. Así, se obtiene una molienda más eficiente quesi se tuviera una carga mezclada de bolas grandes y chicas; adicionalmente, lasbolas chicas no serían dañadas por el impacto de las grandes, lo cual repercutiría

en alto desgaste. Los blindajes clasificadores son escalones, en sentido axial,montados con la inclinación vista desde la entrada al molino. Con este blindaje, alser golpeado por la bola, ésta tiende a irse hacia atrás (en sentido contrario al flujode material). Así, cuanto mayor sea la bola, mayor será el impacto y tendrá aproyectarse hacia la entrada. Ver figura 6.37.

Flujo de material

Blindaje clasificador

Figura 6.37 Efecto clasificador del blindaje.




MOLINOS DE BOLAS


6.4.5.2 FIJACIÓN DEL BLINDAJELa instalación de los blindajes al casco del molino puede realizarse de

diferente manera: atornillado, acuñado o montado. La figura 6.38 muestra lasformas más usadas de fijación de blindajes.

Blindaje acuñado

Blindaje montadoBlindaje atornillado

Figura 6.38 Distintos métodos de fijación del blindaje.

En el primer caso, cada placa de blindaje es atornillada al casco,independiente una de otra. Las placas cuentan con un orificio al centro, a través delcual pasará el tornillo de fijación. Los blindajes acuñados consisten en hileras deplacas atornilladas al casco (como la anteriores) no consecutivas; la(s) hilera(s)intermedias se encuentran acuñadas entre las atronilladas. Los blindajes montadostienen ranuras o canales laterales para sujetarse en perfiles soldados o atornilladosal casco. Otros tipos de blindajes, aunque menos comunes, son los montados, sinfijación alguna al casco (similar a la instalación de refractario en un horno).

6.4.6 CARGA DE BOLA DEL MOLINOLas bolas o cuerpos moledores son los que, por acción del movimiento del

molino y la geometría del blindaje del mismo, someten al material a ser molido. Deallí la importancia en la definición y mantenimiento de la carga de bolas, para lograr una molienda a niveles óptimos y constantes.

Las cargas de bola se rigen de manera general por tres aspectosimportantes:

x la bola de mayor tamaño (tamaño máximo de bola)

x

la composición de los cuerpos moledores (peso promedio unitario, superficieespecífica de la carga y la composición)

x la cantidad de bolas en el molino

6.4.6.1 TAMAÑO MÁXIMO DE BOLAPara el cálculo del tamaño máximo de bola existen varias propuestas, que

consideran las características del sistema de molienda y del material a moler. Lamás empleada es la fórmula correspondiente de Bond:





MOLINOS DE BOLAS


B k FS W

C Dk80

iBond

s

3

donde:

k = Constante (36 para bolas de acero).Fk80 = Tamaño del material alimentado, expresado como la abertura del tamizque retiene el 20%, en mm.

S = Densidad real del material a moler, en g/cm3.WiBond = Índice de molturabilidad según Bond; es decir, la energía específica

necesaria para moler la alimentación a una finura que corresponda al80%, pasando un tamiz de 100 micras. El índice está dado en kWh/t.

Cs = Velocidad del molino, en porcentaje de la velocidad crítica.D = Diámetro efectivo del molino, en m.

Para una primera cámara se considera el Fk80 de la granulometría delmaterial fresco alimentado (sin considerar retornos). Para una segunda cámara se

considera, normalmente, que el material entra con un residuo del 20% de partículasmayores de 0.5 mm.Otra fórmula para determinar el tamaño máximo de bola es la de Papadakis.

Para ello, utiliza un molino de ensayo y transforma el resultado en elcorrespondiente a un molino mayor. Supone que la relación entre la energía cinéticade las bolas y el tamaño máximo del material molido, es constante. La energíacinética está determinada a partir del peso (~B3) y de la altura de la caída (~D).

B D

F

B D

F1

3

1

1k100

2

2

3

2

2k100

2

Admitido esto, el diámetro máximo de bolas para el molino mayor, se calcula

como sigue:

BF

F

D

DB2

2k100

2

1k100

2

1

21

33

El tamaño mínimo de bolas se rige, prácticamente, por el tamaño de lasranuras del diafragma intermedio o de salida, según la carga de la cámara de quese trate. Sin embargo, Kassatkin calcula el tamaño mínimo por la fórmula:

B F1.28 E Dmín k100

2

bola

V

U

donde:Bmín = Tamaño mínimo de las bolas, en cm.Fk100 = Tamaño máximo de la alimentación, en cm.V = Resistencia a la compresión del material molido, en kg/cm2.E = Módulo de elasticidad del material molido, en kg/cm2.Ubola = Densidad real de la bola, en g/cm3.




MOLINOS DE BOLAS


D = Diámetro efectivo del molino, en cm.

6.4.6.2 CARACTERÍSTICAS DE UNA CARGA DE BOLASEQUILIBRADA

La composición de la carga de bola está caracterizada por dos aspectos: elpeso promedio de las bolas (gr/pza.) y la superficie específica de la carga (m2/ton);de tal modo que, el mantenimiento de la carga de bolas consiste en que estos dosparámetros se mantengan constantes, reponiendo el desgaste con la cantidadadecuada de bola del tamaño correcto. A esta filosofía de carga de bolas se conocecomo carga de equilibrio.

Para la reposición de bolas conservando la carga, se considera que las bolasse desgastan de manera constante en sentido radial, sin importar el tamaño de lamisma. Para ilustrar la carga de equilibrio a desgaste constante, se considera demanera simplificada una carga con 100 bolas de tamaños consecutivos desde 1hasta 100 mm. Al cabo de cierto tiempo de operación, durante el cual se ha

provocado un desgaste de 0.5 mm de cada bola, se encontrará que la bola másgrande tiene ahora un diámetro de 99 mm (originalmente era de 100 mm); y que labola más pequeña en la carga original (de 1 mm) ha desaparecido. Así, para tener nuevamente la distribución original de la carga de bolas, basta con agregar una bolade 100 mm.

Los cálculos del peso unitario (i) y de la superficie específica (o), se realizanpara la fracción mayor de una muestra de bolas, tomada como se indica en lasección 1.3 Técnicas de Muestreo de Bola. Debe entenderse como fracción mayor,las bolas con diámetro mayor a la mitad del diámetro máximo nominal, obtenido conla fórmula de Bond para tamaño máximo de bola; esto es, por considerarse que, por debajo de esta medida, el efecto de molienda eficiente de la bola es nulo.

El peso de una bola (en gramos) se puede calcular en función de susdimensiones (diámetro en cm) y su densidad (en g/cm3):

i 4.084 d3

Sin embargo, de manera práctica, la muestra de bolas se pesa y se cuentanlas mismas, resultando el peso unitario como el cociente del peso total de las bolasentre el número de bolas totales.

La superficie específica de una bola, se calcula mediante el desarrollo de lasiguiente fórmula:

oSuperficie

Peso

d

6d

2

3

S

S U

o6

d

U

para tener la superficie en función del tamaño unitario, (i), considerando la densidaddel hierro de 7.8 g/cm3, se tiene:




MOLINOS DE BOLAS


o1.23

i3

El cálculo de la superficie toma como base el peso unitario medio de loscuerpos moledores y supone que todos los cuerpos moledores son esféricos.

6.4.6.3 COMPOSICIÓN DE UNA CARGA DE BOLAS EQUILIBRADAx Distribución de las bolas por tamaño.

Para conocer la distribución por tamaño de bolas en una carga equilibrada,se supone que está siendo compensado el desgaste continuamente. Así, elcomportamiento está expresado por la ecuación:

A (dx)a dx

2 s

donde: A = Número de bolas del tamaño entre x y x+'x.a = Rapidez de reposición con bolas de diámetro D, en bolas/seg.s = Rapidez del desgaste radial de las bolas, en cm/seg.

Para conocer el peso de estas piezas, bastaría con multiplicarlas por elvolumen unitario de cada una de ellas y por su densidad. La expresión sería:

Q6

xa

2 sdx3

³ S U

que, desarrollándolo para una fracción de la carga; es decir, para bolas menores deun tamaño d:

Qa

12 sx d3

0

0

d

d

³ S U

x

Qa

12 s

d4

0 4d

S U

Igualmente, para la carga completa, es decir, para todas las bolas contamaños de 0 a D:

Qa

12 s

D4

0 4D

S U

El cociente de estas 2 expresiones, resulta ser la fracción de bolas menoresde cierto tamaño (d) con respecto al total de la carga:




MOLINOS DE BOLAS


Q

Q

d

D

4

4

0

0

d

D

Si en esta ecuación se sustituye el rango completo de proporciones, es decir de 0 a 1.0, se obtendría la siguiente distribución de los tamaños de bola en la carga:Bola menor del 10% del tamaño máximo (0.1D) = 0.01%Bola menor del 20% del tamaño máximo (0.2D) = 0.16%Bola menor del 30% del tamaño máximo (0.3D) = 0.8%Bola menor del 40% del tamaño máximo (0.4D) = 2.6%Bola menor del 50% del tamaño máximo (0.5D) = 6.0%Bola menor del 60% del tamaño máximo (0.6D) = 13.0%Bola menor del 70% del tamaño máximo (0.7D) = 24.0%Bola menor del 80% del tamaño máximo (0.8D) = 41.0%Bola menor del 90% del tamaño máximo (0.9D) = 66.0%

Bola menor del 100% del tamaño máximo (1.0D) = 100.0%Se observa que el peso de las bolas menores de la mitad del tamaño máximo

(0.5D) es únicamente el 6%.Cuando se separan las bolas menores de cierto tamaño (m) de la carga de

bola, la distribución de éstas resultaría integrando la expresión antes mencionadadesde m hasta D, y no de 0 hasta D.

Qa

12 s

D4

m

D m

S U 4

4

x Peso unitario.Para calcular el peso unitario promedio de las bolas de una carga equilibrada,se divide el peso total de la carga entre el número de bolas de la misma. Así,retomando las expresiones anteriores, el cálculo sería:

Aa

2 sdx

a

2 sD0

D

0

D

³

i

Q

A

a D48 s

a D2 s

0

D

0D

4

S U

iD3

S U24

o sea, un cuarto del peso de las bolas empleadas para compensar el desgaste.




MOLINOS DE BOLAS


En caso de que se separen las bolas menores de cierto tamaño m, el pesounitario se calcula como:

i Q A

a (D m )

48 sa D - m)2 s

m

D

m

D

4 4

S U

(

i(D m )

(D m)

4 4

S U24

x Superficie específica.La superficie específica también se calcula a partir de las mismas

expresiones mencionadas anteriormente. En estos casos, se parte del cálculo de lasuperficie de la carga de bola (de 0 a D):

S xa

2 sdx

a

2 s

D

30

D 2

0

D 3

³ S S

La superficie específica se obtiene de dividir esta superficie entre el peso:

oS

Q

a D6 s

a D48 s

0

D

0

D

3

4

S

S U

oD

8

U

En el caso de que se separen las bolas menores de m, la superficieespecífica se calcula con las fórmulas:

oS

Q

a D m )6 s

a D m48 s

m

D

m

D

3 3

4 4

S

S U

(

( )

o D mD m

3 3

4 4

8U

6.4.6.4 CANTIDAD DE LA CARGA DE BOLASLa cantidad de la carga de bolas, y algunas características geométricas del

molino están íntimamente ligadas al consumo de energía; y éste es, a su vez,




MOLINOS DE BOLAS


traducido en capacidad de molienda. Por lo tanto, la cantidad de bolas representa lacapacidad potencial de molienda.

Las fórmulas y consideraciones para el cálculo de la energía en un molino seencuentran en el capítulo 2.1 Cálculos Relacionados con la Carga de Bola.

6.4.6.5 EJEMPLOS DE CARGAS DE EQUILIBRIOEn las tablas 6.2 y 6.3 se encuentran las distribuciones de algunas cargas de

bolas equilibradas, en porcentaje peso, sugeridas para emplear en los molinos.También se encuentran los tamaños de bola con los que se compensa el desgaste,el peso unitario y la superficie específica de la carga. Estas cargas de bola se handividido en dos tablas: una para bolas grandes, características para la primeracámara; y la otra para bolas chicas, características para la segunda cámara.

Tabla 6.2 Cargas de equilibrio para bolas grandes.

Desgaste compensado conbolas de tamaño:

90 mm 90 mm80 mm

90 mm70 mm

80 mm 80 mm70 mm

70 mm 70 mm60 mm

90 mm 23% 12% 12%80 mm 32% 29% 16% 26% 13%70 mm 21% 28% 25% 36% 32% 29% 15%60 mm 14% 18% 25% 22% 31% 37% 36%50 mm 8% 10% 15% 13% 17% 21% 30%40 mm 2% 3% 7% 3% 7% 11% 16%30 mm 2% 3%

Peso unitario i (g/pza) 1400 1150 890 980 790 660 510Sup. específica o (m2/ton) 11.3 12.0 12.9 12.7 13.6 14.5 15.7

Tabla 6.3 Cargas de equilibrio para bolas chicas.

Desgaste compensado conbolas de tamaño:

25 mm 25 mm20 mm

20 mm 20 mm15 mm

15 mm

25 mm 40% 20%20 mm 41% 46% 51% 26%15 mm 17% 30% 43% 53% 62%10 mm 2% 4% 6% 21% 36%

5 mm 2%Peso unitario i (g/pza) 30 20 15 10 6Sup. específica o (m2/ton) 41.0 46.0 51.0 59.0 68.0

6.4.7 OTROS ELEMENTOS INTERNOS DEL MOLINO

6.4.7.1 DÁNULAS




MOLINOS DE BOLAS


Las dánulas sirven como dispositivos de retención de material. Seempezaron a utilizar cuando F.L.Smidth optó por la filosofía de disminuir el tamañode las bolas en la segunda cámara de molienda, y cuando se empezó a disminuir elpeso específico de los cuerpos moledores al utilizar cylpebs y minipebs. Con la

utilización de dánulas se prometió entre un 2% y 3% de aumento en la producción.En una segunda cámara larga se pueden llegar a utilizar hasta 4 o 5 dánulas,

separadas con una distancia de 80 a 90 cms. Las dánulas pueden ser abiertas ocerradas. Al emplearlas, se observa un aumento del consumo de energía (en lacámara 2) en aproximadamente un 3%, lo que da un 2% de los kW totales delmolino. Así, tenemos una mayor molienda en esta cámara.

Las desventajas que presentaron estos arreglos fueron: tanto los anillosdánulas, como los cylpebs y minipebs resultaron muy caros; y no se lograroneconomías importantes en la molienda cuando se molía a un mismo Blaine, ya quehabía que subir la finura en la malla de control (estos arreglos aumentaban lapendiente de la curva RRSB).

La siguiente figura muestra una pieza de dánula abierta.

Figura 6.39 Anillo dánula en la cámara de molienda fina.

6.4.7.2 ANILLOS DE RETENCIÓN.La función de los anillos de retención es el de asegurar un nivel constante del

material en toda la longitud de la cámara de molienda; son especialmenteadecuados para materiales que contienen conglomerados, ya que estos se retienenen el molino durante más tiempo. En ocasiones, se tiene la posibilidad de ajustar sualtura. El anillo de retención esta hecho de material resistente a la abrasión (comoDucrodan).

6.4.8 MATERIALESLa vida de las piezas del molino (blindajes, placas y bolas) dependen de

factores mecánicos y de operación, pero en gran medida también del material de




MOLINOS DE BOLAS


construcción. Los desarrollos tecnológicos en la metalurgia han ampliado el rangode materiales empleados en las piezas del molino, mejorando las propiedadesmecánicas de las mismas.

Las siguiente tablas muestran algunas de las características de los

materiales empleados en la fabricación de las partes de los molinos.

Tabla 6.4 Materiales usados para fabricación de blindajes y bolas.Desgaste (gr/kWh)

Material DurezaHB

Uso Tamaño de Bola Molino deCrudo

Molino deCemento

Forjada Normal 350 - 425

Crudo,Materialesblandos

y noabrasivos

Bola grandey

bola chica

15 - 30

3 - 10

20 - 40

5 - 15

Forjada templada 600 - 700

Crudo,Materiales

blandosy poco

abrasivos

Bola grandey

bola chica10 - 20

2 - 8

10 - 20

2 - 10

Acero blanco 400

Crudo,cemento ymaterialesabrasivos

Bola chica 2 - 6 5 - 15

Acero de aleación 600 - 700

Crudo,cemento ymaterialesabrasivos

Bola grandey

bola chica

2 - 5

1 - 3

2 - 5

1 - 3

Tabla 6.5 Materiales usados en bolas para molinos de cemento blanco.

Materiales desprovistos de hierro usados en al fabricaciónde cuerpos moledores para la industria del cemento blanco

Materiales básicos Peso de la bola de 40 mm. Desgaste por abrasiónPorcelana

densa 74 gramos Muy grandeTeflón connúcleo de

acero 95 gramos GrandeCorindón

sinterizado 120 gramos PequeñoCarburo detungsteno 500 gramos Despresiable




MOLINOS DE BOLAS


Los materiales empleados para la fabricación de partes del molino son:1.- Acero forjado que se encuentra en 2 formas : normal y templado.2.- Acero blanco.

3.- Acero de aleaciones.El acero al manganeso es tratado térmicamente hasta una dureza de 225

HB. Durante el uso de placas de este material, el impacto de las bolas incrementa ladureza en la superficie hasta 400 HB, mientras que por debajo se mantiene dúctil.

La fundición blanca tiene mayor dureza, 360 a 450 HB. No tiene buenaresistencia al impacto, pero si es resistente a la abrasión.

La fundición blanca con cromo y níquel es altamente resistente al desgastepero sensible al impacto. Se caracteriza por tener una dureza de 550 HB, y por unaestructura de martensita y austenita en carburos muy duros.

El acero al cromo y molibdeno, al ser endurecido y templado, tiene unaestructura de granos finos de carburos, martensita y bainita. Si se varía el

tratamiento térmico, en ciertos límites, se pueden alcanzar diferentes grados dedureza y rigidez, obteniendo buenas resistencias al impacto y al desgaste. Estematerial es frecuentemente utilizado en diafragmas cuando se usan bolas duras ymuy grandes.

La aleación acero-cromo (Ducrodan de F.L.Smidth) tienen una estructura decarburos extremadadmente duros en una matriz de austenita y martensita. Presentabuena resistencia al impacto y desgaste. Si el contenido de cromo es alto, la durezaexcede los 500 HB antes del tratamiento térmico, después del cual puede ser mejorado por normalizado, endurecido y templado.

6.5 DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTOEl diseño y dimensionamiento de un molino de bolas se fundamenta en tresaspectos básicos iniciales:x Características de la materia prima; es decir, molturabilidad, humedad,

distribución granulométrica, abrasividad, etc.x Calidad del producto deseado; o sea, la distribución granulométrica del producto,

principalmente.x Capacidad de producción.

El tercero, en función de los primeros dos aspectos y de la tecnologíadisponible, determinan el consumo de energía y aspectos de dimensionamiento delmolino (y equipos periféricos). El consumo de energía es una función de la cantidadde material molido, la facilidad de este a ser molido, la granulometría de laalimentación y la granulometría deseada en el producto:

Energía = f(Capacidad, Molturabilidad, Granulinicial Æ Granul.final)

El mercado ha demandado productos de mayor finura con el correr de losaños; por ello, el consumo de energía se ha visto incrementado en este sentido.

El diseño influye en el consumo de energía en aspectos tales como: tipo deCapítulo: 6 Elaboró: JEA, EMT 07/11/2002Versión: 1.0 Revisó: EDP 49/102



MOLINOS DE BOLAS


circuito de molienda (abierto o cerrado); tipo de separador; uso de aditivos demolienda; distribución de la carga de bola y tipo de blindaje; calidad del producto;etc.

6.5.1 POTENCIA DEL MOTOR PRINCIPALPara el cálculo de potencia, que es normalmente el cálculo con que se parte

al dimensionar un molino, se requiere saber el consumo de energía esperado por elmaterial y la capacidad a que se dimensiona el molino. El consumo de energía sepuede obtener de pruebas de laboratorio (ver 3.2 Molturabilidad), cuyos valores sonescalados, a nivel industrial, con índices obtenidos en la práctica para aspectostales como: tipo de separador, tipo de molienda (vía seca o húmeda), tipo de circuitode molienda (cerrado o abierto), etc. Cada proveedor cuenta con sus propiasconsideraciones, como producto de su vasta experiencia en el ramo.

Así, la potencia necesaria en el motor para moler será la de multiplicar esteconsumo específico de energía por la capacidad del molino, e incluir algún factor de

seguridad de dimensionamiento:

kWConsumo específico de energía Capacidad

Factor de seguridadmotor

6.5.2 DIMENSIONES DEL MOLINOCon la capacidad del motor, se selecciona el molino estándar en tablas del

proveedor. En la tabla 6.6 se encuentra un ejemplo de molinos estándares deF.L.Smidth para cemento. Estos molinos han sido calculados a partir de unamolturabilidad estándar de clínker y para un producto y sistema definidos.

Tabla 6.6 Molinos estándares F.L.Smidth

Capacidad*Tamaño del

Molino**Motor RPM

Máxima Cargade Bolas

Peso delMolino***

t/h kW ton ton59 34X11.5 1650 17.8 132 15381 34X16 2270 17.7 178 19777 38X11.5 2160 16.8 159 174

107 38X16 3000 16.8 219 224101 42X12 3830 15.8 196 205140 42X16.5 3930 15.9 270 259

137 46X13 3830 15.5 241 247189 46X17.5 5300 15.3 344 321184 50X14 5150 14.9 310 315253 50X19.5 7100 14.7 431 421

* Basado en clínker normal. Blaine de 3000 cm2/g. Sepax

** Molinos de igual diámetro, longitud variando en 0.5 m

*** No incluye carga de bolas ni reductor




MOLINOS DE BOLAS


De igual modo, se cuenta con molinos estándares para crudo y carbón.Como puede observarse, existen diversas combinaciones de tamaño de motor,diámetro y longitud. Sin embargo, en la práctica se ha notado que la relacióndiámetro/longitud obedece a las siguientes cantidades, en circuito cerrado:

Molinos de cemento L/D = 2.6 a 3.8Molinos de crudo barridos por aire L/D = 1.5 a 2.0Molinos de crudo de 2 cámaras L/D = 2.0 a 2.5Molinos de crudo de 3 cámaras L/D = 1.7 a 2.2Molinos de crudo de descarga central L/D = 2.1 a 2.7

Los molinos en circuito abierto tienen una relación L/D de 3.0 a 6.0. Cuandola relación L/D disminuye, la carga circulante se incrementa.

La ubicación del diafragma intermedio se realiza evaluando los consumos deenergía específicos y grados de llenado, por cámara. Finalmente, se seleccionaaquélla que se acerque más a parámetros de producto en cámara 1 de: 15%retenido en 0.5 mm, 7% de retenido en 1.0 mm, y 2% retenido en 2.0 mm; y un

consumo de 10 kWh/ton en esta misma cámara, aproximadamente, para valores degrado de llenado “normales”.

6.5.3 EQUIPOS PERIFÉRICOSLos equipos periféricos se determinan en base a la carga circulante con que

trabajaran. Ésta dependerá de la calidad del producto, del tipo de separador y de lacapacidad de producción. Las consideraciones son:x Transporte de alimentación y producto.Se dimensiona con un 20% sobre la capacidad de producción de garantía del

molino (tph*1.2).x Transporte de retornos.

Se dimensiona con un 25% sobre la carga circulante esperada, de la capacidad degarantía del molino (tph*(FC-1)*1.25).

x Transporte del molino al separador.Se dimensiona con un 25% sobre la descarga del molino (tph*FC*1.25).

6.5.4 CARGA DE BOLALos parámetros principales para diseñar una carga de bolas son:

1. La granulometría de la alimentación.2. La molturabilidad de la alimentación.3. El diámetro del molino.4. La velocidad de giro del molino.

5. Las dimensiones de las ranuras del diafragma.Inicialmente, se calcula el tamaño máximo de bola para la cámara 1, tal como

se vió en la sección 6.4.7.1 Tamaño Máximo de Bola, con la alimentación fresca;para la cámara 2 se considera todo el material que sale de la cámara 1.

Por otro lado, el tamaño máximo de bola para la cámara 2 depende delancho de las ranuras del diafragma de salida.

El tamaño mínimo debe ser el menor de la carga de equilibrio obtenida por eltamaño máximo de bola ya calculado y/o, cuando menos, dos veces el ancho de las




MOLINOS DE BOLAS


ranuras mencionadas.En algunas ocasiones, especialmente cuando la granulometría de la

alimentación al molino es muy amplia, se pueden mezclar 2 o más cargas deequilibrio distintas y en diversas proporciones; por ejemplo, una carga con tamaño

máximo de bola de 90 mm y otra con 80 mm pudiendo estar en proporciones 50%-50%, 30%-70%, etc. Este ajuste se realiza, normalmente, en las pruebas de puestaen marcha del molino y durante su optimización, por el especialista.

Los molinos monocámaras tiene la particularidad de contar con dos (o más)cargas de equilibrio “mezcladas”, pero distanciadas por el blindaje clasificador (carecen de diafragma intermedio). En este caso, cada carga de bola se calcula apartir de “longitudes imaginarias” de cada “cámara” (ubicación del diafragmaintermedio, imaginariamente) con un mismo grado de llenado. Las relaciones de laslongitudes resultan ser de 40/60 a 45/55, aproximadamente. Los consumos deenergía, para crudo son: 5-6 kWh/ton en “cámara 1” (bola grande) y 6-7 kWh/ton en“cámara 2” (bola chica). Las cargas de bola empleadas son, generalmente:

x Para molienda de carbón, 50 mm a 25 mm (ó 15 mm).x Para molienda de crudo, 90 mm a 25 mm.x Para molienda de cemento (con premolienda), 50 mm a 15 mm.

6.6 EL PROCESO DE MOLIENDALa física de la fractura ha sido desarrollada principalmente en el área de la

prevención de fracturas de estructuras. Es hasta tiempos relativamente recientescuando ha sido aplicada a la molienda. De cualquier forma, su introducción harepresentado una mejora considerable en el entendimiento de los mecanismos derompimiento.

Los métodos de aplicación de fuerzas a una partícula afectan el patrón derompimiento y se reconocen cuatro formas básicas de aplicación de dichas fuerzas:x Impacto: rompimiento de la partícula por la acción de una sola fuerza rígida;x Compresión: desintegración de la partícula entre dos fuerzas rígidas;x Corte: desgarramiento de la partícula por la acción de fuerzas rígidas o el

remolino de un fluido; yx Atrición: el desgaste por frotamiento de una superficie sobre otra, pudiendo ser

una partícula contra una superficie rígida, o contra otra partícula.En la práctica es difícil definir, para un tipo de molienda dado, el método de

aplicación de fuerzas predominante. Sin embargo, desde el punto de vista teórico,

es importante distinguir entre estos métodos de aplicación de fuerzas.Se define la dureza de un material como su resistencia a la deformación, y sedetermina normalmente por pruebas de penetración por materiales muy duros. Por otra parte, se define la tenacidad de un material como la resistencia a la fractura. Elcociente entre la dureza y la tenacidad se define como índice de rigidez.

Los materiales con alto índice de rigidez serán más fáciles de molturar;aquellos con bajo índice de rigidez serán difíciles de molturar por su elevadatenacidad.




MOLINOS DE BOLAS


6.6.1 PROPAGACIÓN DE GRIETAS EN SÓLIDOSLa mayor parte de los sólidos tienen ciertas partes mas débiles que otras

debido a la presencia de defectos, como: dislocaciones, microgrietas, fronterasentre cristales e impurezas. Ante la aplicación de una fuerza externa, los esfuerzosse concentran en las puntas de las deformaciones y las grietas se inician en estas.

Por medio de un balance de fuerzas en el extremo móvil de la grieta, se hademostrado que el esfuerzo debe alcanzar un valor crítico para que se inicie lagrieta. Una vez que ésta se ha iniciado, si el esfuerzo de deformación no esrelevado rápidamente, el sistema se convierte en inestable y la propagación de lagrieta se acelera rápidamente a altas velocidades, alcanzando hasta 40% de lavelocidad del sonido dentro del sólido.

Durante este rápido proceso, la energía de deformación liberada excederá laenergía requerida para la generación de superficie, por lo que la energía remanente

puede concentrarse en otras grietas en el material y propagar también éstas. Unavez que una grieta comienza a distribuirse, pueden presentarse fracturas.

En los materiales con elevado índice de rigidez, la energía aplicada por unafuerza externa es liberada más como propagación de grietas que comodeformación, por lo que son más fáciles de fracturar.

6.6.2 PATRÓN DE ESFUERZOS EN LAS PARTÍCULASLos principales factores que afectan el patrón de esfuerzos dentro de la

partícula son:x El número y dirección de las fuerzas.x La velocidad de aplicación de las fuerzas.

x El tamaño y forma de la partícula.Cuando una partícula rígida es sometida a una sola fuerza, debajo del área

de contacto se desarrolla una zona de concentración de esfuerzos de forma cónica,en la que la degradación de la partícula es intensa, en comparación con la delespacio externo a esa zona. Por lo tanto, los finos se derivan principalmente de estazona y los gruesos se derivan del resto de la partícula.

En una partícula sometida a la acción de varias fuerzas, las grietas avanzandesde cada una de ellas en dirección de las otras, como se ve en la figura 6.40.

Figura 6.40 Desarrollo de grietas bajo la acción de fuerzas múltiples.Capítulo: 6 Elaboró: JEA, EMT 07/11/2002Versión: 1.0 Revisó: EDP 53/102



MOLINOS DE BOLAS


Por otra parte, la probabilidad de rompimiento de una partícula aumenta conel número de fuerzas aplicadas, hasta un número del orden de diez. Si se aplicanmás de éstas, la probabilidad de rompimiento decrece y aumenta la probabilidad deque las grietas corran únicamente cerca de la periferia del sólido.

Esto tiene especial interés en el caso de los molinos que trabajan con unacama de material, donde es muy importante eliminar los finos ya que de otra forma,la probabilidad de que las partículas grandes se rompan se ve reducida por elaumento de contactos debidos a las partículas pequeñas.

La velocidad de aplicación de la fuerza es más importante para los materialesviscoelásticos que para los rígidos. Los materiales viscoelásticos son fracturadosmás facilmente a altas velocidades. Por eso, los materiales plásticos son mejor molturados por impacto que por compresión lenta.

En cuanto al tamaño de partícula, las pequeñas tienen un patrón deesfuerzos internos diferente al de las grandes, debido principalmente al tamaño delas imperfecciones, a la energía elástica almacenada y a la deformación plástica. En

general, ésto las hace más difíciles de romper. Al reducirse el tamaño de laspartículas, también se reduce el tamaño de sus imperfecciones; por tanto, losniveles de esfuerzos tienen que ser incrementados de manera correspondiente.

La segunda razón por la que las partículas pequeñas son más difíciles deromper es que la energía elástica almacenada al momento de iniciar la grietadisminuye proporcionalmente al volumen, mientras que la energía necesaria para lapropagación de la grieta se reduce proporcionalmente al área transversal. Por tanto,al reducir el tamaño de partícula puede suceder que la energía almacenada yliberada en el momento de iniciar la grieta no resulte suficiente para la propagacióny, por lo tanto, la grieta se detiene.

El efecto de la deformación plástica se hace más importante al reducirse el

tamaño de partícula. Por ejemplo, con calizas promedio, la reducción de tamañohasta partículas de 5 micras aumenta el número de grietas radiales. Por debajo de 5micras, la deformación plástica aumenta por lo que no hay aumento de grietasradiales. Finalmente, a 1 micra la partícula solamente se deforma sin generar grietas; en este caso, presenta un comportamiento totalmente plástico. En base aestudios realizados con clinker para cemento, se ha establecido que la transición deun comportamiento rígido a uno plástico se presenta entre 10 y 20 micras.

Por último, se debe señalar que los aditivos de molienda no tienen efectoalguno en el patrón de esfuerzos en la partícula, ni ayudan a la propagación degrietas, ni a la fractura de las partículas. Su efecto positivo en la molienda industrialreside principalmente en el hecho de que le confieren una mayor movilidad a las

partículas, incrementando la probabilidad de que sean alcanzadas por el golpe dealguna de las bolas.Claramente, la molienda práctica incluye la aplicación de fuerzas a la mayor

cantidad de partículas posibles. Como muchas de las fuerzas aplicadas a laspartículas no alcanzan el valor requerido para desarrollar grietas y lograr la fracturade las mismas, mucha de la energía se perderá como calor. Por lo tanto, es deesperarse que los sistemas industriales de molienda sean altamente ineficientes.




MOLINOS DE BOLAS


6.6.3 FACTORES QUE AFECTAN LA DISTRIBUCIÓN DEPARTÍCULAS.La distribución de partículas que resulta de un proceso de molienda depende

de ciertos factores. En esta sección revisaremos los más importantes.

6.6.3.1 EFECTO DEL TAMAÑO DE ALIMENTACIÓN Y TIEMPO DEMOLIENDA

En la figura 6.41 se muestra un ejemplo para arena sílica, molida por diferentes tiempos a partir de dos granulometrías iniciales diferentes. Para tiemposcortos de molienda, la alimentación más fina resulta en un producto más fino, comoera de esperarse. Sin embargo, para tiempos más largos, por encima de una hora,las distribuciones granulométricas resultantes son prácticamente iguales. Se hanrealizado estudios en los que se ve el mismo efecto para clinker de cemento. Todoindica que con tiempos de molienda prolongados, las distribuciones de las partículasproducidas para un material dado tienden a coincidir, independientemente deltamaño inicial.

0.00%

50.00%

100.00%

0 100 200 300 400 500

1

1

4

8

32

6464

32

8

4

Tamaño Alimentación

32-42 mesh60-80 mesh

Figura 6.41 Distribución acumulada con 1, 4, 8, 32 y 64 minutos de molienda

6.6.3.2 EFECTO DEL MÉTODO DE MOLIENDADiversos experimentos han demostrado que la distribución resultante del

rompimiento inicial es independiente del sistema utilizado para la molienda (entodos los casos se presentan distribuciones bimodales). Conforme avanza el tiempo

de molienda, la distribución empieza a transformarse en monomodal, prevaleciendoel valor de la moda de menor tamaño de partícula.

Para la molienda por impacto, el aumento de la velocidad del golpe tiene elmismo efecto en la distribución de partículas que el que tendría el incrementar eltiempo de molienda en un molino de bolas. Por tanto, se puede concluir que todoslos métodos de molturación dan distribuciones de partículas, las cuales pasan por elmismo ciclo de cambios conforme avanza la molienda.




MOLINOS DE BOLAS


6.6.3.3 EFECTO DE ENERGÍA CONTRA VELOCIDAD DE IMPACTOSe ha demostrado, a través de pruebas de laboratorio, que en el rompimiento

de una partícula por un solo golpe, usando diferentes velocidades de impacto, y lamisma energía total, solo difieren ligeramente en cuanto a la distribución

granulométrica resultante. Por tanto se puede concluir que es la energía total y no lavelocidad del golpe el factor prevaleciente en la distribución de partículas. Inclusive,estudios realizados en 1973 indican que es la energía acumulada en la partícula almomento de la fractura, más que la magnitud de la energía externa aplicada, la querealmente decide la distribución de partículas resultante. Por tanto, la energíaexterna es necesaria para iniciar el rompimiento, pero no toda ella es utilizada en lafractura.

6.6.3.4 EFECTO DE FRACTURA SIMPLE CONTRA FRACTURAREPETIDA

En base a estudios realizados con molienda por impacto, aplicando la misma

energía total, pero con un solo impacto fuerte o con pequeños impactos repetidos,se puede concluir que se obtienen más finos con impactos repetidos.

6.6.4 RAZONES PARA LOS CAMBIOS EN LA DISTRIBUCIÓNDE PARTÍCULAS

6.6.4.1 DISTRIBUCIÓN MULTIMODAL EN EL ROMPIMIENTO INICIALSe dijo anteriormente que cuando una partícula es sometida a una fuerza, se

genera un cono de alto esfuerzo por debajo del área de contacto de la fuerzaaplicada. En este cono también se presenta la más alta densidad de energía, por lotanto, puede esperarse que la máxima degradación de partícula se encuentre en

esta zona. En las zonas entre los diferentes conos de esfuerzo asociados con lasfuerzas externas, se presenta una disgregación por compresión a partículastambién muy finas, pero más gruesas que las de los conos. Del resto de la partícula,donde la ruptura se lleva a cabo por tensión, se generan partículas relativamentegruesas. Esto ha sido comprobado experimentalmente y se muestra en la figura6.42.

Figura 6.42 Distribución de partículas típica resultante de rompimiento por impacto.




MOLINOS DE BOLAS


Por todo lo anterior, puede esperarse una distribución multimodal, y elnúmero de modas dependerá del número de fuerzas externas aplicadas.

6.6.4.2 DISTRIBUCIÓN MONOMODAL PARA ROMPIMIENTO

CONTINUOConforme avanza el rompimiento más allá de su etapa inicial, se puede

esperar que las partículas de mayor tamaño sean molidas preferentemente, debidoa dos razones: primera, las partículas menores son más fuertes que las grandes y,segunda, las partículas menores tenderán a cubrirse en los intersticios entre lasmás grandes. Por lo tanto, se puede pronosticar que con la molienda contínuadesaparecerán los picos correspondientes a partículas grandes en la distribución dedensidad granulométrica, y el pico asociado a las partículas pequeñas aumentaráde altura, dando lugar, finalmente, a una distribución monomodal.

6.6.4.3 COINCIDENCIA DE LAS DISTRIBUCIONES DE LOS

PRODUCTOS A PARTIR DE DIFERENTES TAMAÑOS DEALIMENTACIÓNSimilarmente, para dos distribuciones de alimentación de material, una más

gruesa que otra, que sean sometidas a molienda, las partículas de mayor tamañose romperán más fácilmente que las pequeñas. Por tanto, se espera que ambasdistribuciones de tamaño de partículas tiendan hacia la misma distribución deproducto final, en molienda contínua.

6.6.4.4 FINOS OBTENIDOS POR FRACTURA REPETIDA CONTRA UNSOLO GOLPE

Si un mismo número de partículas de un mismo tamaño son sometidas a la

misma cantidad de energía aplicada externamente, y un grupo de ellas es confinadoa un solo golpe y al otro grupo se le aplica fractura repetida, entonces deberáesperarse que una mayor cantidad de finos resulte del segundo grupo. Esto puedededucirse del hecho de que para cada partícula, el cono de esfuerzos formado bajoel área de contacto produce finos, mientras que el resto de la partícula producepiezas más gruesas. En otras palabras, mientras más contactos existan, seproducirá una mayor cantidad de finos, para una cantidad de energía externaaplicada. Esto también ha sido comprobado experimentalmente.

6.6.5 EFECTOS ASOCIADOS CON LA MOLIENDA MUY FINACuando se lleva a cabo molienda muy fina, se presentan efectos diferentes a

los que se presentan en la molienda gruesa. Entre otras cosas, juegan un papelimportante los fenómenos de agregación y aglomeración, la influencia del gas querodea a la partícula (asociada con la fluidez del material), y la deformación plástica(asociada con el límite de molienda).

6.6.5.1 AGREGACIÓN Y AGLOMERACIÓNLa agregación se define como la adherencia reversible y débil de partículas

en un sistema disperso, debido a fuerzas de cohesión y electrostáticas.




MOLINOS DE BOLAS


Normalmente tiene lugar en etapas más tempranas de la molienda que laaglomeración, principalmente en materiales suaves y fáciles de moler, como yeso,cal y ciertas calizas.

La aglomeración, por su parte, es la adherencia compacta e irreversible de

partículas, debido principalmente a fuerzas químicas, las cuales pueden inclusivecausar cambios fundamentales en el producto molido. Es una característica demateriales que son difíciles de moler, como cuarzo y clinker de cemento, en loscuales se han observado cambios en la estructura cristalina.

En ambos casos, estas adherencias representan un aumento en la fraccióngruesa cuando se determinan por vía seca. Sin embargo, cuando se determina por vía húmeda, la agregación se revierte, no afectando la distribución obtenida. Por suparte, la aglomeración continuará presente y no podrá ser detectada por losmétodos de medición de tamaño de partículas, sino solamente por análisis químicoy por observación en microscopio electrónico.

6.6.5.2 EFECTOS DEL GAS QUE RODEA A LA PARTÍCULASe han demostrado por medio de investigaciones el papel que juega el gasintersticial en el contexto de la molienda en molinos de bolas, para rangos de 100 a10 micras. En ellas se encontró, por ejemplo, un incremento general en lafrecuencia específica de rompimiento cuando aumenta la presión del gascircundante, debido a que la carga de polvo permanece en el fondo del molino yrecibe la acción de las bolas que caen. Con baja presión de gas, el material tiende asubir por el tubo del molino, junto con las bolas, por lo que no reciben con plenitudel impacto de la caída de las bolas, haciendo la molienda ineficiente.

6.6.5.3 LÍMITE DE MOLIENDA Y COMPORTAMIENTO PLÁSTICO

Las investigaciones realizadas llevan a la conclusión de que, para un materialy un sistema de molienda dados, existe un límite por debajo del cual no es posiblemoler más. En un molino de bolas parece existir un punto de equilibrio dinámico enque las partículas finas están formando partículas más grandes a la mismavelocidad que la molienda está formando partículas finas. Más aún, se han definidodos estados de equilibrio dinámico: el primero, temporal, asociado con laagregación, y el segundo, permanente, asociado con la aglomeración.

Por otra parte, los materiales presentan una transición de estado rígido aplástico, cuando son reducidos por debajo de ciertos tamaños de partícula. En elcemento esta transición sucede en algún punto entre 10 y 0.5 micras. Cualquier punto en que suceda esta transición, se podría esperar que tenga relación con el

límite de molienda, ya que más acción molturante solamente podría cambiar suforma, pero no su tamaño.

6.6.6 RELACIONES QUE CARACTERIZAN AL PROCESO DEMOLIENDAEn la búsqueda de la forma de representar matemáticamente el proceso de

molienda industrial, de tal modo que pueda ser simulado y optimizado, se hangenerado ciertas funciones matématicas que juntas caracterizan al proceso. No es




MOLINOS DE BOLAS


objeto de este documento el entrar al detalle de la simulación matemática; sinembargo, el conocimiento de estas funciones y de cómo varían con las diferentescaracterísticas del proceso específico, nos permitirán entender algunos conceptosque serán importantes en la etapa de evaluación y optimización.

6.6.6.1 FRECUENCIA ESPECÍFICA DE ROMPIMIENTO (S)Se puede definir la frecuencia específica de rompimiento S como el número

de rompimientos por unidad de tiempo, para un tamaño dado de partícula. Dealguna forma nos da una indicación de la eficiencia con que el proceso es capaz deromper cada tamaño de partícula. Se puede decir que una mayor S representa unamayor eficiencia de rompimiento para ese tamaño de partícula.

Se han postulado teorías razonables, desde el punto de vista probabilístico,que establecen que la velocidad de desaparición de partículas de un cierto tamaño,debida a la molienda, es proporcional a la cantidad de material de ese tamañopresente para ser molido. Por tanto, el comportamiento es básicamente lineal, al

menos en cierto rango. Cuando la linealidad no se manteniene, se debeprincipalmente a efectos de partículas más duras en materiales heterogéneos, aefectos de finos cubriéndose o acolchonando partículas gruesas, o a cambios en laeficiencia del arreglo de molienda (tamaño de bola, por ejemplo) conforme progresala molienda.

6.6.6.1.1 VARIACIÓN DE S CON EL TAMAÑO DE LAPARTÍCULA.

Estudios llevados a cabo con un molino de laboratorio en 1982 demuestranque la frecuencia específica de rompimiento se comporta linealmente, aumentandoa medida que aumenta el tamaño de partícula hasta cierto valor, por encima del

cual, empieza a caer drásticamente. Esto se debe a dos factores: primero, las bolasno pueden “atrapar” las partículas más grandes (el molino se vuelve ineficiente) y,segundo, las partículas grandes tienden a ser acolchadas por las pequeñas. Esteefecto se ve en la figura 6.43.

0

1

0 1micras

S (min -1)1 .0

0 .5

0 .2

0 .1

0 .05

5 0 1 0 0 2 00 5 00 1 0 0 0

Figura 6.43 Variación de la función S con el tamaño de partícula.En la práctica, debemos tratar de mantener las características del molino

acordes al tamaño de partícula que estamos moliendo en cada punto. Asimismo, se




MOLINOS DE BOLAS


ve la importancia de mantener los retornos limpios de finos, de manera que noobstruyan la molienda de las partículas más gruesas en la cámara 1.

6.6.6.1.2 VARIACIONES DE S CON LA VELOCIDAD DEL

MOLINOSe pueden diferenciar tres tipos de movimientos de la carga de bola en el

interior del molino. Estos se muestran en la figura 6.44.

Catarata

Cascada

Zona de pocotrabajo demolienda

Figura 6.44 Movimiento de las bolas en el interior del molino.

1. La bolas que suben con el blindaje tienden a “amarrarse” unas a otras,dependiendo del grado de deslizamiento que produzca el blindaje, por lo querealizan un trabajo de molienda muy reducido. En esta zona, el poco trabajo demolienda se realiza básicamente por atrición y corte.

2. Las bolas que emergen de la superficie inclinada de la cama de bolas ruedan por la superficie, ocasionando muchos impactos en la carga de material. Estemovimiento es conocido como cascada y es muy efectivo para molienda fina departículas pequeñas, dependiendo del tamaño de bola. En este movimiento el

trabajo de molienda se lleva a cabo principalmente por atrición, corte ycompresión.3. A mayores velocidades del molino, con una carga de bolas y de material dada,

parte de las bolas son lanzadas hacia arriba y afuera de la cama de bolas y caenen el fondo del molino. Este movimiento es llamado catarata y es muy efectivopara la molienda de terrones mayores de material, como en los molinosautógenos. En esta zona, el trabajo de molienda es realizado principalmente por impacto.




MOLINOS DE BOLAS


La fracción de la velocidad crítica a la cual el movimiento pasa de cascada acatarata varía con el grado de llenado de bola y de material. En la práctica, se debeencontrar la velocidad que se acerca al efecto óptimo deseado tanto a la cámara 1(donde se desea principalmente catarata) como a la cámara 2 (donde se desea

principalmente cascada). Esta velocidad estará seguramente cerca del valor dondese lleva a cabo la transición de una a otra (alrededor de 75% de la velocidad crítica,para grados de llenado típicos).

6.6.6.1.3 VARIACIÓN DE S CON LA GEOMETRÍA DEL MOLINOSe reconocen tres factores principales de la geometría del molino:

x Diámetro del Molino.Los estudios han demostrado que la función de frecuencia de rompimiento varíaaproximadamente con la raíz cuadrada del diámetro del molino, para molinos demenos de 3.8 metros de diámetro; para molinos de diámetro mayor, varíaaproximadamente con la potencia 0.3 del diámetro.

x Largo del Molino.La función de frecuencia de rompimiento es independiente del largo del molino,según establecen estudios elaborados en 1980.x Tipo de Blindaje.La geometría del blindaje modifica ciertamente la función de frecuencia derompimiento. Sin embargo, la escalación de las pruebas de laboratorio a la prácticade la molienda comercial no es confiable. Solamente podemos señalar que losblindajes corrugados muestran una mayor S para partículas menores que para lasmayores (mas cascada que catarata) mientras que los levantadores y espiralespresentan el efecto contrario.

6.6.6.1.4 VARIACIÓN DE S CON LAS CARACTERÍSTICAS DELAS BOLASSe identifican dos características de las bolas:

x Tamaño de Bola.Se ha encontrado, en base a estudios de laboratorio, que para tamaños departículas menores de 1 mm, hay una reducción de la función de frecuencia derompimiento al aumentar el tamaño de las bolas de 3/4“ a 2“. Sin embargo, unaumento del tamaño de bola también desplaza el valor del tamaño de partícula alcual se presenta la mayor S a valores mayores. Estas relaciones se pueden ver el lafigura 6.45.x Densidad de la Bola.

Se ha encontrado una relación de proporcionalidad entre la función de frecuencia derompimiento y la densidad de la bola, de manera que al aumentar esta, aumenta lafrecuencia de rompimiento.




MOLINOS DE BOLAS


2.0 in1.5 in

1.25 in1.0 in

0.75 in

101.0 mm

0.1

1.0

S

(min)-1

Tamaño de Partícula

Tamaño de Bola

Figura 6.45 Variación típica de S con el tamaño de bola y tamaño de partícula.

6.6.6.1.5 VARIACIÓN DE S CON LA CARGA DE BOLA YMATERIAL

Si se define como q a la fracción del volumen ocupado por la carga de bola, ycomo U a la fracción del espacio intersticial de la bola ocupado por material,entonces pude definirse la fracción del volumen del molino que ocupa el materialcomo:

f c = 0.4 q U

donde la porosidad del material está considerada en este caso como 0.4, aunquepuede ser calculada en cada caso a partir de mediciones físicas. Cuando U = 1.0,se dice que la carga está saturada.

El producto de S y f c se conoce como “frecuencia relativa absoluta de

rompimiento”, concepto importante porque es proporcional a la capacidad delmolino. Por otra parte, la gráfica de la frecuencia absoluta de quebrado (S por lamasa W de material en el molino), figura 6.46, nos muestra que ésta permaneceprácticamente invariable en el rango 0.5<U<1.0, pero para U>1.0 caedrásticamente, correspondiendo esto al sobrellenado del molino. Como la potenciaconsumida no baja en la misma proporción al subir el llenado del molino conmaterial, este sobrellenado se traduce en ineficiencia.




MOLINOS DE BOLAS


Rango de S constante

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.5 1.0 1.5 2.0

Empiezasobrellenado

SW

Llenado Intersticial U

Figura 6.46

6.6.6.2 FUNCIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE ROMPIMIENTO (B)Cuando una partícula se rompe, genera una serie de partículas menores. La

distribución resultante, antes de que otro rompimiento suceda, se conoce comofunción de distribución de rompimiento y se denomina como función B.

De esta forma, el proceso de molienda industrial es en realidad una sucesiónde eventos de rompimiento primario, representado por cada una de sus funcionesB. La suma de todos esos eventos de rompimiento primario es la descripción detodo el proceso.

Entre 1969 y 1980 se realizaron diversos estudios para conocer el efecto quelos parámetros de operación y las características del molino tienen sobre la funciónB. Estos estudios han mostrado que los efectos del diámetro del molino, la densidadde la bola, la carga de bola (dentro de los límites normales) y la carga de materialsobre la función B son despreciables.

Sin embargo, el tamaño de bola sí tiene un efecto marcado, aumentandosensiblemente la generación de finos al aumentar el tamaño de las bolas.

En general, la función de distribución de rompimiento B está menos afectadapor las variables del molino que como lo está la frecuencia de rompimiento S.

6.6.6.3 DISTRIBUCIÓN DEL TIEMPO DE RESIDENCIA (RTD)

La molienda contínua implica, a diferencia de la molienda por lotes, eltransporte en el interior del molino, al mismo tiempo en que se realiza la molienda.La función matemática que relaciona la cantidad de masa alimentada con susrespectivos tiempos de residencia se conoce como función o curva C (figura 6.47).

A partir de ésta se define la función RTD (Retention Time Distribution) como:

I(t) =C(t)

C(t) dt0

f³




MOLINOS DE BOLAS


tt+dt

c(t)

Tiempo a partir de la entrada

Figura 6.47 Curva C de concentración a la salida del molino.

Se puede ver que la función I(t) tiene la misma forma que la curva C, pero entérminos de porcentajes. Además, a partir de I(t) se puede calcular el tiempo deretención promedio como:

W I=0

t (t) dtf³

De todos los parámetros y geometría del molino, al considerar molinosindustriales, son básicamente dos los que tienen importancia en la función RTD: la

velocidad del molino y el tamaño de bola.Se han encontrado cambios considerables en la forma de la función RTD yen el tiempo medio de retención cuando los cambios de velocidad en el molinocausan un cambio en el movimiento de las bolas de cascada a catarata. Sinembargo, un mayor aumento de velocidad dentro del rango de catarata no tieneefecto considerable.

Por su parte, al diminuir el tamaño de bola y reducirse el espacio intersticialentre las mismas, se reduce el área de paso del material, aumentado el tiempo deretención siempre y cuando el valor de U<1.0. Para valores de U>1.0 la diferenciaen los tiempos de retención se va reduciendo.

6.7 PARÁMETROS DE OPERACIÓNEn la operación de molinos de bolas es necesario monitorear y controlar lascondiciones del proceso, con el fin de lograr una operación estable y óptima delproceso. Algunos de los parámetros son los mismos para la molienda de harinacruda, cemento y carbón. Sin embargo, para cada uno de estos tipos de moliendaexisten particularidades que los hacen diferentes a los demás. En esta sección severan los parámetros de operación para cada uno de los procesos de molienda, a




MOLINOS DE BOLAS


manera de guía general y debe tenerse en mente que arreglos diferentes puedenrequerir diferentes formas de operación.

6.7.1 MOLINOS DE HARINA CRUDAEn las figuras 6.48 y 6.49 se muestran dos arreglos típicos para la molienda

de harina cruda en molinos de bolas con cámara de secado. En uno de estosarreglos se incorpora además un secador flash. En las figuras pueden verse losparámetros que normalmente se miden en estos arreglos, y se considera que conellos están prácticamente cubiertos todos los casos. Asimismo, en las tablas 6.7 y6.8 se muestran los efectos de aquellos parámetros que puden modificarsedirectamente, sobre el resto de los parámetros. Las relaciones mostradas serefieren a los efectos primarios, antes de que se ejerza alguna acción de control,manual o automática.

Kw

Kw

Tsal

PsalTsalg

Kw

%

%

%

%

% PentTent

tph

tph % H2O°C Alimentación Fresca

Gases dePrecalentador

Sonido

Al silo

Tghor

Tgcal

Figura 6.48 Arreglo de molienda de crudo con separador de primera generación.

Tabla 6.7 Principales Parámetros de Control de un Molino Típico de Crudo y suInfluencia en el Resto de los Parámetros.

Al subir: R e t o r n o s

S u c c i ó n

a l a

E n t r a d a

d e l

M o l i n o

I n d i c a c i ó n

d e l N i v e l d e

S o n i d o

T e m p e r a t u r a

d e l

M a t e r i a l

d e S a l i d a


d e G a s e s d e

S a l i d a

S u c c i ó n

a l a

S a l i d a

d e l

M o l i n o

P o t e n c i a

d e l

E l e v a d o r

P o t e n c i a

d e l

M o t o r

P r i n c i p a l

P o t e n c i a

d e l

M o t o r

d e l

V T I

H u m e d a d d e l

P r o d u c t o

F i n u r a

d e l

P r o d u c t o

Alimentación Ï Ð Ï Ð Ð Ï Ï Ð Ð Ï Ð

Humedad Ð Ð Ï Ð Ð Ï Ð Ð Ð Ï Ð

Temp. Entrada Ï Ð Ð Ï Ï Ð Ï Ï ÏÐ Ð Ï

Abrir Sep.Estático Ð Ï Ð Ï Ï Ð Ð Ï Ð ÏÐ Ï

Abrir Sep. Dinámico Ð Ð Ð Ï Ï Ð Ð Ï Ð ÏÐ Ð

Persiana VTI Ï Ï Ð Ï Ï Ï Ï Ï Ï Ð Ð




MOLINOS DE BOLAS


Kw

tss

%Kw

Kw, rpm

%

%

%

Alim: tph°C% H2O

Retornostph

tgg Pent tent

Kw

%

Kw

tsal

tsalmat

% H2OFinura

Sonido

Psal

Gases deHorno

A. Frío

%

Figura 6.49 Arreglo de molienda de crudo con separador de tercera generación.

Tabla 6 8 Principales Parámetros de Control de un Molino de Crudo, y suCorresponiente Influencia Sobre el Resto de los Parámetros.


S u c c i ó n

a l a

E n t r a d a

d e l

M o l i n o


d e l N i v e l d e

S o n i d o


d e l

M a t e r i a l

a l a S a l i d a


d e

G a s e s

a

l a S a l i d a

S u c c i ó n

a l a

S a l i d a

d e l

M o l i n o

P o t e n c i a

d e l

E l e v a d o r

P o t e n c i a

d e l

M o t o r

d e l

V T I

P o t e n c i a

d e l

M o t o r

P r i n c i p a l

P o t e n c i a d e l

S e p a r a d o r


S a l i d a d e l

S e p a r a d o r


V e n t i l a d o r

S e p a r a d o r

F i n u r a

d e l

P r o d u c t o

H u m e d a d d e l

P r o d u c t o

Alimentación Ï Ð Ï Ð Ð Ï Ï Ð Ð Ï Ð Ð Ï Ï

Humedad Ð Ð Ï Ð Ð Ï Ð Ð Ð Ð Ð Ï Ð Ï

Temperatura de Entrada Ï Ï Ð Ï Ï Ð Ï Ï Ï Ï Ï Ï Ï Ð

Velocidad del Separador Ï Ð Ï Ï Ï Ï Ï Ð Ð Ï Ð Ð Ð Ð

Persiana del Separador Ð Ð Ð Ï Ï Ð Ð Ï Ï Ð Ï Ï Ð ÐPersiana deRecirculación Ð Ð Ï Ð Ð Ï Ð Ð Ð Ð Ð Ð Ð Ï

Persiana del VTI Ï Ï Ð Ï Ï Ï Ï Ï Ï Ï Ï Ð Ï Ð

6.7.1.1 NIVEL DE SONIDONormalmente se monitorea solo el nivel de sonido de la cámara I, aunque en

algunos casos también se puede usar el de la cámara II. La señal es graficada en elcuarto de control, en %.

El sonido se ajusta de manera que la pluma del gráfico indique 100% cuandoel molino está parado, y 0% cuando el molino esté en operación vacío, sinalimentación. Con el molino trabajando en condiciones normales, el gráfico debe deestar lo más próximo a 50%.

Más material (menos ruido) da una señal más alta en el gráfico (molino máslleno) y menos material (más ruido) da una señal más baja en el gráfico (molinomenos lleno).

La forma de controlar el nivel de material dentro del molino es por medio de




MOLINOS DE BOLAS


la alimentación nueva. Aunque la cantidad de los retornos, el caudal y latemperatura de gases, la humedad, la dureza y la granulometría de la alimentacióny las condiciones de los elementos internos del molino pueden influir en el nivel desonido, ninguna de estas condiciones puede ser controlada con un efecto tan rápido

como la alimentación fresca. Por eso, el control primario del nivel del molino es por medio de esta última.

6.7.1.2 POTENCIA DEL MOTOR PRINCIPALEl consumo de energía del motor principal puede ser monitoreado como valor

instantáneo o con registro gráfico, en amperes o kW, aparte del valor acumulado dekWh.

Además de ser dependiente de la carga de bolas, el consumo de energíatambién varía paralelamente con el nivel del sonido. Un molino lleno da kWs másbajos, un molino vacío da kWs más altos, aunque con variaciones relativamentepequeñas.

Cabe señalar que esta dependencia del consumo de potencia con respecto alnivel de material en el molino es realmente apreciable en el rango de molino vacío,hasta que el material ha saturado la porosidad de la carga. Para mayor grado dellenado de material, la potencia del motor del molino presentará reducciones muypequeñas.

Dentro de los rangos de nivel que ocasionan variaciones apreciables de lapotencia, ésta es influida por los mismos parámetros que el nivel del sonido.

6.7.1.3 POTENCIA DEL ELEVADOR DE CANGILONESNormalmente el consumo de energía del (de los) elevador(es) es registrado

como valor instantáneo, en amperes o kW, aunque también puede ser registrado en

un gráfico contínuo, en kW o en % kW.Este parámetro también varía junto con el nivel de sonido, pero se puedeconsiderar más como un indicador del factor de circulación, mientras que el nivel desonido indica mayor cantidad, dureza y granulometría de la alimentación fresca.

El parámetro con que se controla es también la alimentación fresca.

6.7.1.4 TEMPERATURA DE SALIDA DEL GENERADOR DE GASESLa temperatura de salida del generador de calor se indica como valor

instantáneo, en °C. Normalmente se mantiene en un valor máximo, dependiente delmismo generador de gases (típicamente 1000-1200;°C) y se ajusta por medio de lasválvulas de combustible y de aire diluyente (frío).

6.7.1.5 TEMPERATURA DE ENTRADA DEL MOLINOLa temperatura de entrada del molino es registrada como valor actual y como

gráfico contínuo, los dos en °C.El valor normal depende de la construcción de los conductos (forrados o no)

y de si los gases vienen de un generador de calor o son gases residuales de unhorno. Normalmente, esta temperatura es ajustada paralelamente con latemperatura del generador o, en el caso de gases del horno, con la compuerta entre




MOLINOS DE BOLAS


horno y molino.Si hay aire falso, éste influirá mucho en la temperatura de los gases a la

entrada del molino.

6.7.1.6 TEMPERATURA DE SALIDA DEL MOLINOLa temperatura de salida del molino es registrada como valor instantáneo y

también como gráfico contínuo, los dos en °C.Este parámetro depende tanto de la humedad en la alimentación como de la

temperatura y el caudal de los gases de secado. También hay influencia de lacantidad de aire falso que entra al sistema.

Para un sistema dado, con eficiencia en la transferencia de calor relativamente invariable, existe una correlación entre la temperatura de salida degases y la humedad residual en el producto. A mayor temperatura de salida degases, el producto saldrá más seco y viceversa.

Este parámetro sirve de base para el control de la cantidad y la temperatura

de los gases de secado; es decir, la posición de las válvulas de combustible y airefresco, y/o compuerta de gases del horno, serán determinadas por la temperaturade los gases de salida del molino.

6.7.1.7 TEMPERATURA DE ENTRADA Y SALIDA DEL SEPARADORSi hay secado en el (los) separador(es), las temperaturas de entrada y salida

son controladas de la misma manera que las temperaturas del molino en el caso desecado en el mismo.

6.7.1.8 PRESIÓN EN LA ENTRADA DEL MOLINOLa presión en la entrada del molino es registrada como valor instantáneo y en

gráfico continuo, en mm CA o mbar. Dicha presión se controla de manera quesiempre esté ligeramente negativa, entre -10 y -20 mm CASe controla la presión por la compuerta del ventilador de barrido.

6.7.1.9 ALIMENTACIÓN NUEVA TOTALNormalmente la alimentación total se registra como valor instantáneo y en

registro gráfico, en tph, así como el valor acumulado, en toneladas.Por medio de la alimentación total se controla el nivel del molino (sonido), la

potencia del motor principal y del elevador y la temperatura de salida. De maneraindirecta, influirá en todos los parámetros de molienda.

6.7.1.10 VÁLVULA DE COMBUSTIBLE/AIRE PRIMARIOSe registra únicamente como posición actual, en %. Se ajusta para modificar

el aporte de kilocalorías suministradas al molino, por lo que tiene influencia directaen las temperaturas de entrada y salida del molino, en las presiones de entrada ysalida, e indirectamente, en el nivel de sonido.

6.7.1.11 POSICIÓN DE LA COMPUERTA DE AIRE DILUYENTESe registra únicamente como posición actual, en %. Los ajustes de esta

compuerta significan cambios en la temperatura y en el caudal de los gases delCapítulo: 6 Elaboró: JEA, EMT 07/11/2002Versión: 1.0 Revisó: EDP 68/102



MOLINOS DE BOLAS


generador (pero de manera práctica, no en las kilocalorías suministradas). Hayinfluencia directa en la temperatura de la entrada y en las presiones de entrada ysalida.

6.7.1.12 POSICIÓN DE LA COMPUERTA DE GASES DEL HORNOSe registra como posición actual, en %. Su influencia es idéntica a la de la

posición de la válvula de combustible; suministra más o menos kilocalorías al molinoal abrirla o cerrarla, respectivamente.

6.7.1.13 AJUSTES EN EL SEPARADORLos ajustes de los separadores de primera generación se realizan

manualmente y no tienen registro constante en el cuarto de control. Paraseparadores más modernos, se registran los valores instantáneos de % depersiana, velocidad del rotor en rpm o caudal en m3/min. Los cambios en elseparador significan cambio en la finura del producto y en la cantidad y finura de los

retornos al molino. Esto último, a su vez, significan cambios en el nivel de sonido,en los kW del (de los) elevador(es) y en la presión de salida.

6.7.1.14 OTROS PARÁMETROSx RetornosSe registran como valor instantáneo y como gráfico contínuo, en tph. Indican lacantidad de material que es regresada al molino desde el separador. En conjuntocon el sonido y los kWs del (de los) elevador(es), es una guía muy buena para elcontrol del nivel del molino.x Temperatura de entrada al filtro

Se registra como valor instantáneo, en °C. Normalmente es usada durante

los arranques para evitar riesgos de condensación en el sistema, especialmente enel filtro.x Presión de salida del molino

La presión de salida de molino es registrada como valor instantáneo y comográfico contínuo, en mm CA o en mbar. Junto con el nivel de sonido, dicha presiónda una buena indicación de la cantidad de material dentro del molino, y también delgrado de atascamiento de los tabiques o diafragmas.x Amperajes del ventilador principal y del separador

Se monitorean como rutina de vigilancia de motores eléctricos, pero además,dan información del proceso. El amperaje del motor del ventilador principal, ademásde indicarnos qué tan cerca estamos de su capacidad máxima, nos permite

mantener una consigna de flujo constante. El amperaje del separador nos permiteconocer, junto con los retornos y la potencia del elevador, la cantidad relativa dematerial en el circuito.

6.7.2 MOLINOS DE CEMENTOEn las figuras 6.50 y 6.51 se ven dos arreglos típicos para la molienda de

cemento en molinos de bolas. Uno de estos arreglos considera un separador deprimera generación (tipo Sturtevant), alimentado por arriba, y el otro un separador




MOLINOS DE BOLAS


de tercera generación (tipo Sepax) alimentado por abajo. En las figuras puedenverse los parámetros que normalmente se miden en estos arreglos, y se consideraque con ellos están prácticamente cubiertos todos los casos. Asimismo, en lastablas 6.9 y 6.10 se muestran los efectos de aquellos parámetros que pueden

modificarse directamente, sobre el resto de los parámetros. Las relacionesmostradas se refieren a los efectos primarios, antes de que se ejerza alguna acciónde control, manual o automática.

Kw%

Kw

Kw

tsal

Psaltsalg

%

%

Pent

tph

tph% H2O

°C

Alimentación Fresca

Sonido

Al silo

%% tdiaf

lts/hr lts/hr

P colector

Figura 6.50 Molienda de cemento con separador de primera generación.

Tabla 6.9 Parámetros de Control para un Molino de Cemento equipado con unSeparador de Primera Generación.


S u c c i ó n

a l a

E n t r a d a

d e l

M o l i n o


d e l N i v e l d e

S o n i d o


d e l

M a t e r i a l

d e S a l i d a


d e G a s e s d e

S a l i d a

S u c c i ó n

a l a

S a l i d a

d e l

M o l i n o

P o t e n c i a

d e l

E l e v a d o r

P o t e n c i a

d e l

M o t o r

d e l

V T I

P o t e n c i a

d e l

M o t o r

P r i n c i p a l


S e p a r a d o r

F i n u r a

d e l

P r o d u c t o

B l a i n e

d e l

P r o d u c t o

Alimentación Ï Ï Ï Ð Ð Ï Ï Ð Ð Ï Ð Ð

Humedad Ï Ï Ï Ð Ð Ï Ï Ï Ð Ï Ð Ð

Temperatura deEntrada Ð Ð Ð Ï Ï Ð Ð Ð Ï Ï Ï Ï

Separador Estático Ð Ð Ð Ï Ï Ð Ð Ð Ï Ð Ð Ð

Separador Dinámico Ï Ï Ï Ð Ð Ï Ï Ï Ð Ï Ï Ï

Inyección de Agua Ï Ï Ð Ð Ð Ð Ï Ï Ï Ï Ð Ð




MOLINOS DE BOLAS


Kw

tss%Kw

Kw, rpm

Alim: tph°C% H2O

Retornostph

Pent

%

KwKw

tsal

tsalmat

Finura

Blaine

Sonido

Psal

%

P colector

P colector

lts/hr

%lts/hr

%tdiaf

%

Figura 6.51 Molienda de cemento con separador de tercera generación.

Tabla 6.10 Principales parámetros de control para un Molino de Cemento equipadocon Separador de Tercera Generación, y el modo como influyen en el resto de los

parámetros.

Al subir: R e t o r n o

S u c c

i ó n

a l a

E n t r a

d a


d e l N i v e l d e

S o n i d o


d e l

M a t e r i a l

a l a S a l i d a


d e G

a s e s

a

l a S a

l i d a

S u c c

i ó n

a l a

S a l i d

a

d e l

M o l i n

o

P o t e n c i a

d e l

E l e v a d o r

P o t e n c i a

d e l

M o t o

r

d e l

V T I

P o t e n c i a

d e l

M o t o

r

P r i n c

i p a l

P o t e n c i a

d e l

M o t o

r

d e l

S e p a

r a d o r

F i n u r a

d e l

P r o d u c t o

B l a i n

e

d e l

P r o d u c t o

Alimentación Ï Ð Ï Ð Ð Ï Ï Ï Ð Ï Ð Ð

Humedad Ï Ð Ï Ð Ð Ï Ï Ð Ð Ï Ð Ð

Temperatura de Entrada Ð Ï Ð Ï Ï Ï Ï Ï Ï Ï Ï Ï

Inyección de Agua Ï Ï Ð Ð Ð Ï Ï Ï Ï Ï Ð Ð

Flujo de Aire al Separador Ð Ï Ð ÏÐ ÏÐ Ð Ð Ï Ï Ð Ð Ð

Vel. del Rotor Separador Ï Ï Ï ÏÐ ÏÐ Ï Ï Ï Ï Ï Ï Ï

Tiro en el Molino Ð Ï Ð Ð Ð Ï Ï ÏÐ Ï Ð Ð Ð

6.7.2.1 NIVEL DE SONIDONormalmente se monitorea solo el nivel de sonido de la cámara I, aunque en

algunos casos también se puede usar el de la cámara II. La señal es graficada en elcuarto de control, en %.

El sonido se ajusta de manera que la pluma del gráfico indique 100% cuandoel molino está parado y 0% cuando el molino está en operación en vacío, sinalimentación. Con el molino trabajando en condiciones normales, el gráfico debe de





MOLINOS DE BOLAS


estar muy próximo a 50%.Más material (menos ruido) da una señal más alta en el gráfico (molino más

lleno) y menos material (más ruido) da una señal más baja en el gráfico (molinomenos lleno).

La forma de controlar el nivel de material dentro del molino es por medio dela alimentación nueva. Aunque la cantidad de retornos, el caudal y la temperaturade gases, la humedad, la dureza y la granulometría de la alimentación y lascondiciones de los elementos internos del molino pueden influir en el nivel desonido, ninguna de estas condiciones puede ser controlada con un efecto tan rápidocomo la alimentación fresca. Por eso, el control primario del nivel del molino es por medio de esta última.


instantáneo o con registro gráfico, en amperes o kW, aparte del valor acumulado de

kWh. Además de ser dependiente de la carga de bolas, el consumo de energíatambién varía paralelamente con el nivel de sonido. Un molino lleno da kWs másbajos, y un molino vacío da kWs más altos, aunque con variaciones relativamentepequeñas.

Cabe señalar que esta dependencia del consumo de potencia con respecto alnivel de material en el molino es realmente apreciable en el rango de molino vacío,hasta que el material ha saturado la porosidad de la carga. Para mayor grado dellenado de material, la potencia del motor del molino presentará reducciones muypequeñas.

Dentro de los rangos de nivel que ocasionan variaciones apreciables de la

potencia, ésta es influida por los mismos parámetros que el nivel del sonido.

6.7.2.3 POTENCIA DEL ELEVADOR DE CANGILONESNormalmente el consumo de energía del (de los) elevador(es) es registrado

como valor instantáneo, en amperes o kW, aunque también puede ser registrado enun gráfico.

Este parámetro también varía con el nivel de sonido, pero se puedeconsiderar más como un indicador del factor de circulación, mientras que el nivel desonido indica una mayor cantidad, dureza y granulometría de la alimentación fresca.El parámetro con que se controla es también la alimentación fresca.

6.7.2.4 TEMPERATURA DEL TABIQUE INTERMEDIOLa temperatura del tabique se debe registrar como valor instantáneo y comográfico contínuo, en °C.

El valor deseado depende en parte de la humedad/temperatura de laalimentación. Si hay humedad, la temperatura en el tabique es baja. Lastemperaturas menores de 90°C a 100°C significan problemas de adherencias a lasbolas. En tal caso se ajusta la temperatura por medio de la alimentación, dandomenos humedad total para subir la temperatura. Si hay alimentación seca y caliente,




MOLINOS DE BOLAS


la temperatura debe ajustarse entre 105°C y 110°C, con inyección de agua en lacámara I.

6.7.2.5 TEMPERATURA DEL MATERIAL DE SALIDA DEL MOLINO

La temperatura del material a la salida del molino es registrada como valor instantáneo y también como gráfico contínuo, los dos en °C.

Este parámetro se debe fijar entre 105°C y 130°C y se controla por medio dela inyección de agua en la cámara II.

6.7.2.6 PRESIÓN EN LA ENTRADA DEL MOLINOLa presión en la entrada del molino es registrada como valor instantáneo y

como gráfico contínuo, en mm CA o mbar. Dicha presión se controla de manera quesiempre esté ligeramente negativa, entre -10 y -20 mm CA

Se controla la presión por la compuerta del ventilador de barrido.

6.7.2.7 ALIMENTACIÓN NUEVA TOTALNormalmente la alimentación total se registra como valor instantáneo y comografico contínuo, en tph, así como el valor acumulado, en toneladas.

Por medio de la alimentación total se influye en el nivel del molino (sonido), lapotencia del motor principal y del elevador y en la temperatura de salida. De maneraindirecta, influirá en todos los parámetros de molienda.

6.7.2.8 AGUA INYECTADA A LA CÁMARA IEl agua inyectada en la cámara I es registrada como valor instantáneo, en

lph o en m3/hr.Los ajustes en el caudal de agua influyen directamente en la temperatura del

tabique intermedio. Indirectamente influyen en el nivel de sonido, presiones deentrada y salida y en el caudal de aire.

6.7.2.9 AGUA INYECTADA A LA CÁMARA IIEl agua inyectada en la cámara II es registrada como valor instantáneo en

lph o en m3/hr.Los ajustes en el caudal de agua influyen directamente en la temperatura de

salida del aire y del material. Indirectamente influyen en el flujo de material,presiones de entrada y salida, en el caudal de aire y en los kWs del ventilador delmolino.

6.7.2.10 POSICIONES DE VÁLVULAS DE AGUA Y COMPUERTA DEL

VENTILADOR PRINCIPALSe registran como posición actual, en %. Con las válvulas se controla el flujo

de agua, con lo efectos explicados en los puntos anteriores. Con la compuerta delventilador principal se aumenta o disminuye el caudal de aire para el molino.

Los cambios en el caudal de aire de barrido influyen directamente en laspresiones de entrada y salida, e indirectamente, en el nivel de sonido y consumosde kW de elevadores, separador y ventilador.




MOLINOS DE BOLAS


6.7.2.11 AJUSTES EN EL SEPARADORLos ajustes de los separadores de primera generación se realizan

manualmente y no cuentan con registro constante en el cuarto de control.Para separadores más modernos se registran los valores instantáneos del

porcentaje de persiana, velocidad del rotor, en rpm, o caudal, en m3/min.Los cambios en el separador significan cambio en la finura del producto y

también en la finura y cantidad de los retornos al molino. Esto último, a su vez,significan cambios en el nivel de sonido, en los kW del elevador y en la presión desalida del molino.

6.7.2.12 OTROS PARÁMETROSx Retornos

Se registran como valor instantáneo y en gráfico contínuo, en tph.Indican la cantidad de material que es regresada al molino desde el

separador. En conjunto con el sonido y los kWs del elevador, es una guía muy

buena para el control del nivel del molino.x Temperatura de entrada al filtro

Se registra como valor instantáneo, en °C.Normalmente es usada durante los arranques para evitar riesgos de

condensación en el sistema, especialmente en el filtro.x Presión de salida del molino

La presión de salida del molino es registrada como valor instantáneo y comográfico contínuo, en mm CA o en mbar.

Junto con el nivel de sonido, dicha presión da una buena indicación de lacantidad de material dentro del molino, y también del grado de atascamiento de lostabiques.

x Amperajes del ventilador principal y del separador Se monitorean como rutina de vigilancia de motores eléctricos, pero además

dan información del proceso.El amperaje del motor del ventilador principal, además de indicarnos qué tan

cerca estamos de su capacidad máxima, nos permite mantener una consigna deflujo constante.

El amperaje del separador nos permite, junto con los retornos y la potenciadel elevador, conocer la cantidad relativa de material en el circuito.

6.7.3 MOLINOS DE CARBÓNEn la figura 6.52 se muestra un arreglo típico para la molienda de carbón en

molinos de bolas. En la figura pueden verse los parámetros que se midennormalmente en estos sistemas y se considera que con ellos están prácticamentecubiertos todos los casos.

Los molinos de carbón generalmente son 100% barridos por aire y equipadoscon separador estático.




MOLINOS DE BOLAS


%

%

%

%

%

Kw Kw

Kw

Sonido

tsal

Psal

O2

tent

Pent

O2

tph

% H20

Horno de

Satélites%

Figura 6.52 Arreglo de molienda de carbón.

6.7.3.1 NIVEL DE SONIDONormalmente se monitorea solo el nivel de sonido de la cámara I. La señal es

graficada en el cuarto de control, en %.El sonido se ajusta de manera que la pluma del gráfico indique 100% cuando

el molino está parado, y 0% cuando el molino esté en operación en vacío, sinalimentación. Con el molino trabajando en condiciones normales, el gráfico debe de

indicar un valor próximo al 50%.Más material (menos ruido) da una señal más alta en el gráfico (molino más

lleno) y menos material (más ruido) da una señal más baja en el gráfico (molinomenos lleno).

La forma de controlar el nivel dentro del molino es por medio de laalimentación nueva. Aunque la cantidad de retornos, el caudal y la temperatura degases, la humedad, la dureza y la granulometría de la alimentación y lascondiciones de los elementos internos del molino pueden influir en el nivel desonido, ninguna de estas condiciones puede ser controlada con un efecto tan rápidocomo la alimentación fresca. Por eso, el control primario del nivel del molino es por medio de esta última.


instantáneo o con registro gráfico, en amperes o kW, aparte del valor acumulado dekWh.

Además de ser dependiente de la carga de bolas, el consumo de energíatambién varía paralelamente con el nivel del sonido. Un molino lleno da kW másbajos, y un molino vacío da kW más altos, aunque con variaciones relativamente





MOLINOS DE BOLAS


pequeñas.Cabe señalar que esta dependencia del consumo de potencia con respecto al

nivel de material en el molino es realmente apreciable en el rango de molino vacío,hasta que el material ha saturado la porosidad de la carga. Para mayor grado de

llenado de material, la potencia del motor del molino presentará reducciones muypequeñas.

Dentro de los rangos de nivel que ocasionan variaciones apreciables de lapotencia, ésta es influida por los mismos parámetros que el nivel del sonido.

6.7.3.3 TEMPERATURA DE SALIDA DEL GENERADOR DE GASESLa temperatura de salida del generador de calor se indica como valor

instantáneo, en °C. Normalmente se mantiene un valor máximo, dependiente delmismo generador de gases (típicamente 1000-1200;°C) y se ajusta por medio deválvulas de combustible y de aire diluyente (frío).

6.7.3.4 TEMPERATURA DE ENTRADA DEL MOLINOLa temperatura de entrada del molino es registrada como valor actual y comográfico contínuo, en °C.

El valor normal depende de la construcción de los conductos (forrados o no)y de si los gases proceden de un generador de calor o si son gases residuales delhorno. Normalmente esta temperatura es ajustada paralelamente con latemperatura del generador o, en el caso de gases del horno, con la compuerta entreel horno y el molino.

Si hay aire falso, éste influirá mucho en la temperatura de la entrada.

6.7.3.5 TEMPERATURA DE SALIDA DEL MOLINO

La temperatura de salida del molino es registrada como valor instantáneo ytambién como gráfico contínuo, los dos en °C.Este parámetro depende tanto de la humedad en la alimentación, como de la

temperatura y del caudal de los gases de secado. También hay influencia de lacantidad de aire falso que entra al sistema.

Para un sistema dado, con eficiencia en la transferencia de calor relativamente invariable, existe una correlación entre la temperatura de salida degases y la humedad residual en el producto. A mayor temperatura de salida degases, el producto saldrá más seco y viceversa.

Este parámetro sirve de base para el control de la cantidad y temperatura delos gases de secado; es decir, la posición de válvulas de combustible y de aire

fresco, y/o compuerta de gases del horno, será determinada por la temperatura desalida de gases del molino.

6.7.3.6 OXÍGENO EN LA SALIDA DEL FILTROEl oxígeno en la salida del filtro es registrado como valor instantáneo y como

gráfico contínuo, en % de O2.

Para reducir a un mínimo el riesgo de explosión, normalmente se mantienemuy por debajo del nivel de inercia (14 % de O2) a un valor de entre 8% y 10 %. Se




MOLINOS DE BOLAS


controla mediante la relación de los gases del horno y el aire recirculado. Si hay airefalso, éste influirá mucho en este parámetro.

6.7.3.7 PRESIÓN EN LA ENTRADA DEL MOLINO

La presión en la entrada del molino es registrada como valor instantáneo ycomo gráfico contínuo, en mm CA o mbar. Dicha presión se controla de manera quesiempre esté ligeramente negativa, entre -10 y -20 mm CA

La presión es controlada por la compuerta del ventilador de barrido.

6.7.3.8 ALIMENTACIÓN NUEVA TOTALNormalmente la alimentación total se registra como valor instantáneo y en

registro gráfico, en tph, así como el valor acumulado en toneladas.Por medio de la alimentación total se controla el nivel del molino (sonido), la

potencia del motor principal y del elevador y la temperatura de salida. De maneraindirecta, influirá en todos los parámetros de molienda.

6.7.3.9 AGUA INYECTADAEl agua inyectada es registrada como valor instantáneo en lph o en m3/hr.

Asimismo, se registra el valor instantáneo de la posición de la válvula de agua,como % de apertura. Los ajustes en el caudal de agua influyen directamente en latemperatura de salida del aire y del material. Indirectamente influyen en el flujo dematerial, en las presiones de entrada y salida, y en el caudal de aire. Se usasolamente en los molinos inertes.

6.7.3.10 VÁLVULA DE COMBUSTIBLE/AIRE PRIMARIOSe registra únicamente como posición actual, en %. Se ajusta para modificar

el aporte de kilocalorías suministradas al molino, por lo que tiene influencia directaen las temperaturas de entrada y salida del molino, en las presiones de entrada ysalida, e indirectamente, en el nivel de sonido.

6.7.3.11 POSICIÓN DE LA COMPUERTA DE AIRE DILUYENTESe registra únicamente como posición actual, en %. Los ajustes de esta

compuerta significan cambios en la temperatura y en el caudal de los gases delgenerador (pero, de manera práctica, no en las kilocalorías suministradas). Hayinfluencia directa en la temperatura de la entrada y en las presiones de entrada ysalida.

6.7.3.12 POSICIÓN DE LA COMPUERTA DE GASES DEL HORNOSe registra como posición actual, en %. Su influencia es idéntica a la de la

posición de la válvula de combustible; suministra más o menos kilocalorías al molinocuando es abierta o cerrada, respectivamente.

6.7.3.13 POSICIÓN DE COMPUERTA DE AIRE FRÍOSe registra como valor actual, en % de apertura. Su función es exactamente

igual a la del agua inyectada, pero en molinos no inertes.




MOLINOS DE BOLAS


6.7.3.14 POSICIÓN DE LA COMPUERTA DEL VENTILADORPRINCIPAL

Se registra como valor actual, en % de apertura.Los ajustes de esta compuerta significan más caudal de gases calientes por

el molino, si se disponen del horno o del generador de gases. Los cambios en suposición influyen directamente en las presiones de entrada y salida y en latemperatura de salida.

6.7.3.15 AJUSTES EN EL SEPARADOR ESTÁTICONormalmente no se registran los cambios de las celosías del separador

estático, ya que son realizados manualmente en campo.Los cambios en las celosías del separador significan cambio en la finura del

producto y en la finura y cantidad de los retornos al molino. Esto último, a su vez,significan cambios en el nivel de sonido, en los kWs del elevador y en la presión desalida.

6.7.3.16 OTROS PARÁMETROSx Temperatura dentro del filtro

Se registra como valor instantáneo, en °C.Normalmente, la temperatura se toma en 4 ó 6 lugares en la tolva del filtro paravigilancia de fuego en el mismo. Únicamente se usa por razones de seguridad.

x Temperatura a la salida del filtroSe registra como valor instantáneo, en °C. Normalmente es usada durante

los arranques para evitar riesgos de condensación en el sistema, especialmente enel filtro.x Presión a la salida del molino

La presión de salida de molino es registrada como valor instantáneo y comográfico contínuo, en mm CA o en mbar. Junto con el nivel de sonido, dicha presiónda una buena indicación de la cantidad de material dentro del molino, y también delgrado de atascamiento de los tabiques.x Amperaje del ventilador principal

Se monitorea como rutina de vigilancia de motores eléctricos, pero ademásda información del proceso. El amperaje del motor del ventilador principal, ademásde indicarnos qué tan cerca estamos de su capacidad máxima, nos permitemantener una consigna de flujo constante.x Temperatura en el silo de carbón molido

Se registra como valor instantáneo, en °C. Al igual que la temperatura del

filtro, se usa para vigilancia de fuego en el interior del silo. Únicamente se usa por razones de seguridad.x CO en la salida del filtro y en el silo de carbón molido

El CO es registrado como valor instantáneo y en registro gráfico, en ppm. Esparte del sistema de seguridad; vigila por fuegos en el sistema, tanto para incendioslentos, como en el caso de explosiones.x Presión a la salida del separador estático




MOLINOS DE BOLAS


Esta presión es registrada como valor actual y, en ocasiones, como gráficocontínuo, ambos en mm CA o mbar. Da una buena indicación de la carga de aire ymaterial que pasa por el separador, lo que es igual a la carga circulante.x Presión a la entrada del filtro

Esta presión es registrada como valor instantáneo, en mm CA o mbar. Dauna buena indicación del caudal de aire total que pasa por el sistema.

6.8 OPERACIÓN Y CONTROLPara tener una marcha económica y obtener un producto de calidad en un

molino de bolas, es necesaria la vigilancia y control de ciertas variables del proceso.En esta sección se verán los parámetros de vigilancia y control, los procedimientosde arranque y paro, y la forma en que se debe de responder a los disturbiosexternos que pudieran presentarse.

6.8.1 OPERACIÓN DE MOLINOS DE BOLASEn cuanto a la operación de molinos es conveniente aclarar que cada

sistema y cada instalación tienen características que los hacen diferentes a lasdemás. Por esto, los casos que aquí se muestran deberán considerarse comoejemplos específicos y de ninguna manera como reglas generales.

6.8.1.1 MOLINOS DE CRUDOLos molinos de crudo tienen dos funciones principales:

x SecadoEste es el proceso que evapora la mayor parte de la humedad de la

alimentación, antes de que esta sea introducida en la(s) cámara(s) de molienda.La fuente de calor puede ser los gases de un horno o de un generador de

calor, siendo la única diferencia, la temperatura del gas.El secado puede ser efectuado en una cámara de secado en conexión

directa con el molino, en un separador o bien tomar lugar completamente sinconexión con la instalación del molino.

En todos los casos se trata de lo mismo, bajar el porcentaje de humedad enla alimentación a un nivel donde la cámara de molienda pueda moler el material sinproblemas de adherencias en las bolas y en el revestimiento.

Es decir, que la manera de controlar el secado es mantener una humedadcorrecta en el material que entra en la cámara de molienda, normalmente entre 1%y 1.5 %.

Solo en el caso de secado en separadores o flash es posible muestrear entre

el secado y la molienda. Por esto, se suele hacer una relación entre la humedadrestante y la temperatura del material en la salida (del separador, del flash o delmolino).

La manera de mantener constante la temperatura y, por lo tanto, la humedaddel producto, aunque se presenten variaciones en la humedad y en la cantidad dealimentación, es variar la cantidad de calor suministrada al lugar de secado. Lacantidad de calor se puede variar de dos maneras:1. Variando la temperatura de los gases calientes.




MOLINOS DE BOLAS


2. Variando la cantidad de gases en m3/hr.En general, hay que trabajar con la temperatura más alta posible,

considerando los máximos que pueden soportar los conductos, los ventiladores, losmuñones o las zapatas y otros equipos en contacto con los gases.

Los máximos normales son:Con gases de horno = 400 °C.Con gases de generador = 800 °C.

Cuanto más alta es la temperatura, tanto más rápido se secarán losmateriales, y tanto menos volumen de gases será necesario, dando menoresvelocidades de aire y menores pérdidas de presión.

En la realidad, el límite en la cantidad de gas es la velocidad máxima de aire.Es decir, que sí se requieren grandes cantidades de gas, los equipos aumentaránen tamaño físico para no sobrepasar el límite máximo de velocidad de aire. En lapráctica, la velocidad de aire en un molino o en un separador será más alta cuandose requiera cambiar el aire del molino más frecuentemente para eliminar la

humedad que ya se ha evaporado, o cuando se quiera aumentar el transportedentro del molino.x Molienda.

La molienda se efectúa en las(s) cámara(s) de molienda (normalmente 1 ó2). Luego el separador separa el producto del molino en finos y gruesos. Paracontrolar este proceso y hacerlo de la manera más económica posible, hay que ver las relaciones entre los diferentes factores del proceso.

Las teorías indican que, una vez dados los tamaños de las máquinas, lacomposición y cantidad de las cargas de bolas, una cierta cantidad de material enrelación con el nivel de bolas ofrece la molienda más eficaz. Dichas teorías tambiénindican que a cierta finura del producto final corresponde una cifra de circulación

óptima. Es decir que para obtener la máxima producción, a la finura deseada, hayque mantener una relación entre la alimentación y los retornos del separador.

Los datos disponibles para hacer este control normalmente son:1. Alimentación existente, en tph.2. Nivel de sonido en la primera cámara.3. Consumo de kW del motor principal.4. Consumo de kW ó amperes del elevador.5. Caída de presión en el molino.6. Retornos del separador, en tph.7. Finura del producto final.

La mayoría de estos datos se encuentra registrados continuamente en el

panel de control. Solamente la finura viene como resultado de los análisis dellaboratorio cada 1 ó 2 horas.Los factores con que se controlan los valores arriba mencionados son:

Cantidad de alimentación. Ajustes del separador (paletas, aspas, celosías, velocidad del rotor ó caudal deaire).

Ajuste del caudal de aire del molino.




MOLINOS DE BOLAS


Normalmente, se ajusta primero el separador para conseguir el productodeseado, ajustando luego la alimentación para obtener la óptima cifra derecirculación. Después, hay que mantener este balance, también con lasvariaciones normales de alimentación, como son: la granulometría, la composición,

la dureza y la densidad.Para este propósito, el nivel de sonido y el consumo de energía del elevador

son los valores más útiles. Manteniendo constantes los dos parámetros anteriores,con pequeños ajustes en la alimentación se consiguen condiciones óptimas dentrodel molino. Los ajustes del separador se hacen únicamente en base a los resultadosde finura obtenidos.

6.8.1.2 MOLINOS DE CARBÓNEl carbón tiene cantidades variables de volátiles, tanto combustible como

incombustible. Asimismo, todos los tipos de carbón contienen agua higroscópica, esdecir agua inherente, así como cantidades variables de impurezas que en el

proceso de combustión se convierten en cenizas.El grado de molienda requerido depende del tipo de carbón utilizado, todavez que debe molerse precisamente a la finura que asegure la correcta ignición ycombustión en el horno.

El carbón con bajo contenido de volátiles exige una elevada temperatura deignición y debe ser molido finamente. Por el contrario, el carbón con elevadocontenido de volátiles no debe molerse a gran finura, porque en tal caso, el gas seráexpulsado con demasiada rapidez para mezclarse correctamente con el aire decombustión.

En la tabla 6.11 se presentan valores típicos de contenido de volátiles,humedad y finura a la que se muele el carbón.

Tabla 6.11 Contenidos de volátiles, humedad y finuras para diferentes carbones.

Tipo de Carbón (%) Cenizas (%)Agua

Higroscópica (%)Finura a que

se muele Antracita 5 5 2 5-7 % +90 P

Hulla Antracitosa 5-15 3-5 2-6Carbón semi-graso 15-20 5-8 2-6Carbón bituminoso 20-30 8-10 2-6

Carbón Graso 30-40 10-20 2-6Lignito 40-50 15-30 10-25 30 % +90 P

Los molinos de carbón tienen dos funciones principales:x Secado.

El secado es el proceso que evapora la mayor parte de la humedad de laalimentación, antes de que esta sea introducida en la(s) cámara(s) de molienda.

La fuente de calor puede ser los gases de un horno o de un generador decalor, siendo la única diferencia la temperatura de los gases.




MOLINOS DE BOLAS


El secado puede ser efectuado en una cámara de secado en conexióndirecta con el molino o puede ser sin conexión con la instalación de molienda. Enambos casos se trata de lo mismo, bajar el porcentaje de humedad en laalimentación a un nivel donde la cámara de molienda pueda moler el material sin

problemas de adherencias en las bolas y en el revestimiento.Es decir que, la manera de controlar el secado es mantener una cantidad

determinada de humedad en el material que entra en la cámara de molienda; estadepende del tipo de carbón que se maneje. Se suele hacer una relación entre lahumedad restante y la temperatura del material en la salida del molino.

La manera de mantener constante la temperatura y, por lo tanto, la humedaddel producto, aunque haya variaciones en la humedad y en la cantidad de laalimentación, es variar la cantidad de calor suministrada al lugar de secado. Lacantidad de calor se puede variar de dos maneras:1. Variando la temperatura de los gases calientes.2. Variando la cantidad de gases en m3/hr.

En general, hay que trabajar con la temperatura más alta posible,considerando los máximos que pueden soportar los conductos, los ventiladores, losmuñones o zapatas y otros equipos en contacto con los gases. Los máximosnormales son:Con gases de horno = 400 °C.Con gases de generador = 800 °C.

Cuanto más alta es la temperatura, tanto más rápido se secarán losmateriales y tanto menor será el volumen de gases necesario, dando menoresvelocidades de gases y menores pérdidas de presión.

En la realidad, el límite en la cantidad de gases es la velocidad máxima deaire. Es decir que si se requieren grandes cantidades de gases, los equipos

aumentarán en tamaño físico para no sobrepasar los límites máximos develocidades de aire. En la práctica, la velocidad de gases de un molino o de unseparador será más alta cuando se requiera cambiar los gases del molino másfrecuentemente, para eliminar la humedad que ya se ha evaporado, o cuando sequiera aumentar el transporte dentro del molino.x Molienda.

Normalmente la molienda de carbón se efectúa en un ambiente inerte, paraevitar el riesgo de ignición ó explosión.

La palabra inerte significa un ambiente con bajo porcentaje de oxígeno,donde no existe la posibilidad de incendio ó explosión; normalmente menos de un10 % de O2.

Por esto, la operación de un sistema inerte es algo más complicada. Ademásde controlar la temperatura de la salida del molino, también hay que controlar elporcentaje de oxígeno y la temperatura en el filtro de despolvamiento.

El hecho de que no sea posible bajar la temperatura de los gases con airefrío (aumentaría el porcentaje de O2), hace necesario tener un sistema de inyecciónde agua.

En total, se mantiene constante el caudal de gases calientes y con lainyección de agua se ajusta la temperatura de la salida dependiente de la humedad




MOLINOS DE BOLAS


en la alimentación.En algunos casos también existe la posibilidad de recircular gases para

limitar la inyección de agua.La molienda se efectúa en la(s) cámara(s) de molienda (normalmente 1 ó 2

cámaras). Luego, el separador separa el producto del molino en finos y gruesos.Para controlar este proceso y hacerlo lo más económico posible, hay que ver lasrelaciones entre los diferentes factores del proceso.

Las teorías indican que, una vez dados los tamaños de las máquinas, lacomposición y cantidad de las cargas de bolas, una cierta cantidad de material enrelación con el nivel de bolas ofrece la molienda más eficaz. Dichas teorías tambiénindican que a cierta finura del producto final corresponde una cifra de circulaciónóptima. Es decir que, para obtener la máxima producción a la finura deseada, hayque mantener una relación entre la alimentación y los retornos del separador.

Además de estas dos funciones, el problema de seguridad influye mucho enla operación de un molino de carbón.

Los datos disponibles para hacer este control normalmente son:1. Alimentación existente, en tph.2. Nivel de sonido en la primera cámara.3. Consumo de kW del motor principal.4. Consumo de kW ó amperes del elevador.5. Caída de presión sobre el molino.6. Retornos del separador, en tph.7. Finura del producto final.

La mayoría de estos datos se encuentra registrados en forma continua en elpanel de control. Solamente la finura viene como resultado de los análisis dellaboratorio cada 1 ó 2 horas.

Los factores con que se controlan los valores arriba mencionados son:1. La cantidad de alimentación.2. Los ajustes del separador (paletas, aspas, celosías, velocidad del rotor ó caudal

de aire).3. El ajuste del caudal de aire del molino.

Normalmente, se ajusta primero el separador para conseguir el productodeseado, ajustando luego la alimentación para obtener la óptima cifra decirculación. Después hay que mantener este balance, también con las variacionesnormales de alimentación, como son: la granulometría, la composición, la dureza yla densidad.

Para este propósito, el nivel del sonido y el consumo de energía del motor

principal son los valores más útiles. Manteniendo constantes los dos parámetrosanteriores, con pequeños ajustes en la alimentación se consiguen condicionesóptimas dentro del molino. Los ajustes del separador se hacen únicamente en basea los resultados de finura obtenidos.




MOLINOS DE BOLAS


6.8.1.3 MOLINOS DE CEMENTOLa función principal de un molino de cemento es la molienda. Pero también

hay que controlar la calidad del cemento, en otros palabras, la distribucióngranulométrica del producto y la correcta deshidratación del yeso. Aquí serán

mencionados los aspectos de operación necesarios para moler un producto decalidad.Molienda.

La molienda se efectúa en las cámaras de molienda. Luego, el separador separa el producto en finos y gruesos. Para controlar este proceso y hacerlo lo máseconómico posible, hay que ver las relaciones entre los diferentes factores delproceso.

Las teorías indican que, una vez dados los tamaños de las máquinas y lacomposición y cantidad de las cargas de bolas, una cierta cantidad de material enrelación con el nivel de bolas ofrece la molienda más eficaz.

Estas teorías también indican que a una cierta finura del producto final

corresponde una cifra de circulación óptima.Es decir que, para obtener la máxima producción a la finura deseada, hay

que mantener una cierta relación entre la alimentación nueva y los retornos delseparador.

Los datos disponibles para hacer este control normalmente son:1. Alimentación existente, en tph.2. Nivel de sonido en la primera cámara.3. Consumo de kW en el motor principal.4. Consumo de kW o amperes del elevador.5. Caída de presión sobre el molino.6. Retornos del separador, en tph.

7. Finura del producto final.La mayoría de estos datos se encuentra registrados en forma continua en el

panel de control. Solamente la finura viene como resultado de los análisis dellaboratorio cada 1 ó 2 horas.

Los factores con que se controlan los valores arriba mencionados son:1. La cantidad de alimentación.2. Los ajustes del separador (paletas, aspas, celosías, velocidad del rotor ó caudal

de aire).3. Los ajuste del caudal de aire del molino.

Normalmente se ajusta primero el separador para conseguir el productodeseado, ajustando luego la alimentación para obtener la óptima cifra de

recirculación. Después hay que mantener este balance, también con las variacionesnormales de la alimentación, como son: la granulometría, la composición, la durezay la densidad.

Para este propósito, el nivel de sonido y el consumo de energía del elevador son los valores más útiles. Manteniendo constantes los dos parámetros anteriores,con pequeños ajustes en la alimentación se consiguen condiciones óptimas dentrodel molino. Los ajustes del separador se hacen únicamente en base a los resultadosde finura obtenidos.




MOLINOS DE BOLAS


Control de la temperatura y del punto de rocío.Para evitar los problemas de deshidratación del yeso y prehidratación del

clinker, hay que mantener las temperaturas dentro del molino por debajo deaproximadamente 120 °C (dependiendo del tipo de yeso). Normalmente, esto se

hace inyectando agua en el molino. Para asegurar la evaporación, la inyección nodebe de iniciarse hasta que tenga una temperatura de al menos 105 °C en lacámara (puede ser en el tabique de la cámara 1 ó bien en el material que sale de lacámara 2).

Una vez controladas las temperaturas, también hay que cuidar el punto derocío para evitar condensaciones en el sistema. Esto se hace variando el caudal deaire por el molino, normalmente usando la depresión en la salida como dato dereferencia.Material húmedo

En el caso de que uno ó más de los componentes de la alimentacióncontengan más del 1.5 % de H2O en relación a la alimentación total en la entrada

del molino, se presentarán problemas con la molienda. Puesto que en un molino decemento normalmente no se usan gases calientes, solo existe la capacidad desecado que suministra el calor generado por la molienda misma.

El efecto de un exceso de humedad es que la primer cámara se llena másfácilmente. En casos muy graves, el efecto es el atascamiento del tabique por material grueso y húmedo.

Si no hay posibilidad de hacer ninguna forma de presecado del componentehúmedo, solo existe la posibilidad de bajar la cantidad de alimentación hasta que elcalor de molienda pueda secar la humedad que entra al sistema.

Normalmente, sirve de guía la temperatura en el tabique, la cual debe de ser de alrededor de 100°C como mínimo, para que no haya problemas de humedad. Si

la humedad total es menor del 1% se puede trabajar con temperaturas más bajasen el tabique.

En casos de materiales húmedos es conveniente trabajar con temperaturasde clinker entre 100°C y 150°C.

6.8.2 CONTROL DE MOLINOS DE BOLASSe pueden diferenciar dos tipos de controles básicos: los controles simples y

los controles en cascada.Control simple.- Este tipo de control actúa de acuerdo a una señal de nivel

variable proveniente del cuarto de control, como podría ser, el control de unacompuerta de regulación. Este esquema de control se muestra en la figura 6.53. En

este tipo de control, la señal de salida varía de acuerdo a la diferencia entre el valor buscado (set point o SP) y el valor retroalimentado (process value o PV). Este tipode control, en el que el SP del dispositivo de campo es puesto por el operador, esconsiderado un control manual y no reaccionará a otros cambios del proceso, amenos que el operador modifique el valor del SP.




MOLINOS DE BOLAS


DISPOSITIVO DECAMPO

CONTROL SIMPLE

Valor del Proceso ( PV)

Set Point ( SP)

Salida ( O)

Operador

Figura 6.53 Esquema de control simple.

Control Automático.- Los controles automáticos ó lazos de control, son unarelación entre dos variables, a través de dispositivos electrónicos, de modo que lasvariaciones en uno de ellos ejerzan algún efecto sobre el otro. De este modo, esposible controlar esté a partir de aquel. Este tipo de control reaccionará a cambiosen la variable controlada, moviendo automáticamente el SP de la variable decontrol, sin que el operador tenga que intervenir. El esquema se muestra en lafigura 6.54.

VARIABLE ACONTROLAR

Valor del Proceso(PV)

Set Point (SP)

Salida (O)

Operador

DISPOSITIVO DECAMPO

VARIABLE DECONTROL

Valor del Proceso (PV)

Set Point (SP)

Salida (O)

INSTRUMENTO DE

MEDICION DELPROCESO

Figura 6.54 Esquema de control automático.

Hoy en día, muy pocos de los parámetros están controlados desde el campo,solamente en instalaciones antiguas se ven parámetros como paletas deseparadores (diafragmas), válvulas de combustible y aire de un generador de calor,

compuertas de ventiladores, etc., todavía sin control remoto desde el control central.En principio, los controles manual y automático son idénticos de actuación yfuncionamiento. La gran diferencia es que el control automático actúa másfrecuentemente y, si el sistema de regulación está bien ajustado, más finamente(pasos más pequeños), dando un control óptimo y, por lo tanto facilitando mucho eltrabajo del operador.

En la siguiente lección se explicará el control automático.




MOLINOS DE BOLAS


6.8.2.1 CONTROL AUTOMÁTICO DE MOLINOSPara controles continuos, es decir, controles que necesitan acciones

correctivas con alta frecuencia, muchas veces es viable dejar el control a uncontrolador automático que continuamente está vigilando una parte del proceso y

que toma las acciones correctivas según su programación, manteniendo la variableen su valor de consiga.

En la industria del cemento, el controlador PID ha sido usado durantemuchos años. El PID usa modelos matemáticos determinados para controlar elproceso. En los últimas años el desarrollo de la computadora ha significado quenuevos sistemas sofisticados han sido introducidos en el mercado. Estos sistemasusan control indeterminado, es decir, criterios empíricos solos o en combinación conmodelos matemáticos.

A continuación se mencionan los parámetros normalmente controlados enautomático y su método de control.

6.8.2.2 PARÁMETROS NORMALMENTE CONTROLADOS ENAUTOMÁTICO

6.8.2.2.1 MOLINOS DE CRUDOEn molinos de crudo típicos, normalmente se controlan las siguientes

variables por controladores automáticos; la forma de controlar puede variar según elarreglo específico de que se trate.1. El nivel del sonido y/o kW del elevador son controlados por medio la alimentación

fresca.2. La temperatura a la salida del molino o del separador, es controlada por medio

del caudal y de la temperatura de gases de secado; esto es, por medio de la

compuerta del ventilador o la válvula de combustible, en caso de que se utilicengases del horno o de estufa, respectivamente.3. La temperatura de salida del generador de calor, se controla por medio del

caudal de aire secundario (diluyente), aunque en algunos arreglos puede estar controlada por la válvula combustible/aire.

4. La presión en la entrada del molino, es controlada por la compuerta del ventilador principal del molino (barrido), aunque en algunos casos puede hacerse con lacompuerta de gases del horno o la de aire secundario de la estufa.

5. El caudal de aire de separación, es controlado por la compuerta de airerecirculado al separador.

Los mecanismos de control pueden variar de sistema en sistema, pero

siempre con el fin de controlar el nivel del molino, la temperatura de salida (y deesta forma, el secado), la temperatura de entrada al molino o salida del generador (por seguridad de la instalación) y la presión de entrada al molino (y de esta forma,el barrido).

Si todos estos reguladores se están usando o no, depende de la complejidadde la instalación, es decir, gases del horno/generador de calor, tipos deseparadores, etc.




MOLINOS DE BOLAS


6.8.2.2.2 MOLINOS DE CARBÓNEn molinos de carbón típicos, normalmente se controlan las siguientes

variables por controladores automáticos; la forma de controlar puede variar según elarreglo específico de que se trate.

1. El nivel de sonido, es controlado por la alimentación fresca.2. La temperatura de salida del molino, es controlada por el caudal y la temperatura

de los gases de secado y aire fresco en molinos no inertes; y por el aguainyectada en molinos inertes.

3. La temperatura en la salida del generador de calor, es controlada por la válvulade combustible/aire o con aire secundario.

4. La presión en la entrada del molino, es controlada por la compuerta de gases delhorno o por el aire secundario del generador.

5. El caudal de aire de separación, es controlado por la compuerta del ventilador principal.

Los mecanismos de control pueden variar de sistema en sistema, pero

siempre con el fin de controlar el nivel del molino, la temperatura de salida (y deesta forma, el secado), la temperatura de entrada al molino o salida del generador (por seguridad de la instalación) y la presión de entrada al molino (y de esta forma,el barrido y el aire de separación).

Si todos estos reguladores están siendo usados ó no, depende de lacomplejidad de la instalación, es decir, gases del horno/generador de calor, inerciaó no, tipo de separador, etc.

6.8.2.2.3 MOLINOS DE CEMENTOEn molinos de cemento típicos, normalmente se controlan las siguientes

variables por controladores automáticos la forma de controlar puede variar según el

arreglo específico de que se trate.1. El nivel de sonido y/o kW del elevador, son controlados por la alimentación.2. La temperatura del diafragma intermedio, es controlada por el agua inyectada en

la cámara 1.3. La temperatura en la salida del molino, es controlada por el agua inyectada en la

cámara 2.4. La presión en la entrada del molino, es controlada por las revoluciones o la

compuerta del ventilador principal.5. El caudal de aire de separación, es controlado por las revoluciones o la

compuerta del ventilador.Si todos estos reguladores están siendo usados ó no, depende de la

complejidad de la instalación, es decir, inyección de agua en una ó dos cámaras,molino de circuito abierto ó cerrado.La figura 6.55 muestra el control automático de la temperatura en un molino

de cemento; y las figuras 6.56 y 6.57 muestran el control automático del caudal enun separador Sepax y el control automático de alimentación a un molino,respectivamente.




MOLINOS DE BOLAS


Figura 6.55 Control automático de la temperatura en un molino de cemento.

A-BAB

YE SO CLINKER0-10 % 0-100 %

ALIMENTACIÓNTOTAL

MAXIMO

MINIMO

MICRÓFONOAMPLIF ICADOR

FOLÁFONOAMPLIF ICADOR

SUPERVISIÓNAMPLIF ICADOR

SUPERVISIÓNAMPLIF ICADOR

O N / O FF

ALARMAS

C o n tro la d o r P I

Figura 6.56 Control automático del caudal en un separador Sepax.

Figura 6.57 Control automático de la alimentación a un molino.





MOLINOS DE BOLAS


6.8.2.3 OPERACIÓN CON CONTROL AUTOMÁTICOPara la operación con control automático es muy importante que las

condiciones de operación sean estables y cercanas a los valores nominales antesde que se haga el cambio de manual a automático. En una sección posterior se

verá como se hace el arranque y el paro de un molino de crudo.Para obtener una buena operación en automático es muy importante que los

valores del regulador (amplificación y tiempo integral) estén ajustadoscorrectamente. Este ajuste normalmente se hace durante la puesta en marcha encooperación entre el especialista en molinos y el especialista en electrónica.

Los beneficios del control automático son:Productos más uniformes.Producción media más alta.Menos necesidad de vigilancia contínua.

Esto, sin embargo, no significa que el operador del molino no tiene trabajo. Elcontrol todavía está hecho por él, pero el carácter de su trabajo cambia con relación

a un sistema manual.Típicamente, las funciones del operador son:

1. Arranques y paros del molino.2. Ajustes de finura.3. Ajustes de consignas para obtener una operación óptima.4. Mantener llenas las tolvas de alimentación.5. Registar datos de operación (si no está hecho por computadora).6. En casos de disturbios mayores, poner el molino en control manual, llevarlo otra

vez a condiciones estables y volver a ponerlo en automático.Es decir que el control automático es una ayuda, una herramienta para el

operador, no un substituto.

6.8.2.4 SISTEMAS DE CONTROL INDETERMINADOEste tipo de control “Fuzzy” diseñado por la Compañía FLS, en su inicio se

uso para hornos, aunque ahora han elaborado un control de este tipo para molinos.Los primeros molinos ya están actualmente trabajando según esta nueva filosofía.

Los Fuzzy de molinos funcionan como un regulador complicado, usandovarios parámetros para determinar las condiciones existentes de operación yactuando con regulación de varias variables, según criterios matemáticos empíricos.

Cada Fuzzy está hecho especialmente para el molino en cuestión,dependiendo de la situación existente. Por ésto, no es posible hacer una explicacióngeneral del funcionamiento en detalle.

A grandes rasgos, se puede decir que el Fuzzy funciona más como unoperador que como el regulador PI; porque toma en consideración variosparámetros y hasta cierto grado puede predecir la operación.

Así como en el caso del control automático, hay que decir que el Fuzzy esuna herramienta que no funciona sin el operador. El Fuzzy hace que un buenoperador trabaje mejor todavía.

6.8.2.5 ARRANQUE Y PARO DE MOLINOS




MOLINOS DE BOLAS


A continuación se presenta un procedimiento general para el arranque y/oparo de un molino. Se hará incapié en los pasos específicos de los diferentes tiposde molienda (cemento, crudo y carbón).

Los siguientes conocimientos básicos deberán ser dominados correctamente

por el personal encargado de operar los sistemas de molienda de cualquier planta.1. Se deberá conocer a detalle el diagrama de interbloqueos del molino en cuestión.2. Se deberá conocer la localización correcta de los puntos de mediciones detemperaturas, presiones, vibraciones, niveles de aceite, etc.3. Es recomendable tener un listado de todos los instrumentos con los que cuenta elmolino (aunque no se tengan en pantalla), si está en campo o COP, y para que seusa.4. Por ningun motivo se puentearán o bloquearan señales.

Verificaciones previas al arranque.Las siguientes verificaciones previas deberán llevarse a cabo antes de

proceder al arranque del molino:1. Verificar que exista suficiente cantidad de materia prima en las tolvas dealimentación.2. Verificar que se tengan todas las compuertas y registros cerrados, y que nadieesté dentro del molino y/o equipos auxiliares.3. Verificar que todos los interruptores estén dentro, así como todos los paros deemergencia deberán estar desactivados.4. Verificar que todos los equipos tengan permiso de arranque; si no hayinstrumentación, checar en campo.5. Verificar que exista espacio suficiente en el silo seleccionado para depositar elproducto del molino.

6. Verificar con el personal de laboratorio las consignas de calidad y dar aviso dearranque.

6.8.2.5.1 PROCEDIMIENTO DE ARRANQUE A continuación se presenta la secuencia lógica del arranque de los equipos

que componen un sistema de molienda:1. Se arranca el grupo de seguridad. En este grupo arrancan las bombas delubricación de alta y baja presión, la bomba de lubricación del reductor, el motor principal y los compresores auxiliares.2. Se arranca el grupo de transporte a silo. En esta etapa ya ha sido seleccionado elsilo a donde se descargará el producto y empiezan a operar el compresor y la

bomba, o el elevador y los fluidores, según esté equipada la planta.3. Se arranca el grupo de ventilación. Los equipos principales que arrancan son elventilador principal y el colector.4. Calentamiento del sistema. Después de arrancar el ventilador se debe proceder acalentar el sistema, para lo cual se usan gases de horno o del generador de gasescalientes. Con el objetivo de calentar la carga de bola, los elementos internos,ductería y sobre todo el colector de polvo, ya que de no calentarse, al arrancar elmolino, se emplearía gran parte del calor suministrado en calentar, resultando en un




MOLINOS DE BOLAS


secado del material deficiente, mientras no se caliente todo el sistema. Además esde gran importancia que la temperatura de la superficie de todo el sistema estén por arriba del punto de rocío, evitando así condensación de agua dentro del sistema.Este procedimiento se lleva a cabo con poco tiro y manteniendo una temperatura a

la salida del molino de 100°C a 120°C y se usa solamente en molienda de crudo ode carbón. Las persianas del ventilador se deben abrir ligeramente (entre 5 y 10%).5. Se arranca el grupo de carga circulante. En este grupo arranca el separador, el olos aerodeslizadores de alimentación al separador, el o los elevadores y elaerodeslizador de descarga del molino.6. Acoplamiento o arranque del molino. En este grupo el molino es puesto enoperación. En algunos sistemas también arranca la banda de alimentación.7. Se arranca el grupo de alimentación. En este grupo arrancan la banda dealimentación y las básculas. Es muy importante que el molino no trabaje vacío por más de 10 minutos, con la finalidad de evitarle daños al blindaje.8. El siguiente paso es abrir las persianas del ventilador para darle barrido al molino

y aire al separador. Si se está trabajando con generador de gases caliente debeabrirse la válvula de combustible. También en este momento debe operarsemanualmente la alimentación, y alimentarse entre un 75% y un 80% de laalimentación máxima, durante un período de 10 a 15 minutos.9. Se procede a estabilizar la operación del molino. En esta etapa es donde deberáprestarse la mayor atención a la operación del molino, observandose las tendenciasde los registradores de las presiones a la entrada y a la salida del molino, lastemperaturas de los gases en la entrada y a la salida del molino, la temperatura delmaterial saliendo del molino, el nivel de sonido del molino, los amperajes y/o kWsdel o los elevadores de la descarga del molino, del motor principal, del ventilador debarrido y del separador.

10.En base a las tendencias de los parámetros mencionados en el punto anterior,se debe proceder a recuperar la alimentación al molino en forma escalonada, esdecir, en aumentos equivalentes a un 5% aproximadamente de su alimentación totala intervalos de 10 o 15 minutos, hasta alcanzar un 95%, para a continuacióncambiar la alimentación al modo automático, para que alcance la alimentaciónmáxima. También deberán hacese los ajustes pertinentes a las presiones ytemperaturas y se aumenta la alimentación hasta su producción máxima.

Para molinos de cemento deberá esperarse hasta que el sistema estécaliente,es decir que la temperatura en el diafragma intermedio y/o se encuentre por encima de 105 °C, para proceder a arrancar las bombas de inyección de agua (en

caso de utilizarse), tratando de mantener la temperatura en los valores de consigna(normalmente 110 °C en el diafragma intermedio y de 115 a 120 °C en el diafragmade salida).

La primera muestra de producto, sólo se deberá tomar como guía, y no comoreferencia para realizar algún movimiento para corrección de la finura o del blaine, amenos que sea un dato muy fuera de rango.

6.8.2.5.2 PROCEDIMIENTOS DE PARO




MOLINOS DE BOLAS


En la operación de un molino se pueden presentar dos situaciones de paro:el programado y el inesperado.

En cualquier tipo de paro lo más importante será proteger la integridad físicadel personal y evitar que las instalaciones y los equipos sufran algun tipo de daño.

Un paro programado es áquel en el que puede conocerse o estimarse la horay la causa por la cual parará el sistema de molienda, y también puede conocerse oestimarse la hora de arranque.

Dependiendo del objetivo por el cual parará el molino, será el procedimientode paro.

Paro Programado Corto:Es aquel que puede ser causado por falta de alguno de los materiales en las

tolvas, o alguna otra situación semejante, y deberán de considerarse los siguientespuntos:1. Dejar el sistema lo más normal posible.

2. Parar el sistema de alimentación.3. Vaciar los equipos periféricos, como son: los aerodeslizadores, los elevadores yel separador. (Tal vez éste sea el punto más importante para este tipo de paro).4. También es importante no dejar que se vacíe el molino.5. Cerrar compuertas y/o persianas, permitiendo solo el tiro suficiente para eliminar humedades o condensaciones del sistema. La temperatura a la salida del molinodeberá mantenerse cercana a los 100°C.6. Desacoplar el molino.

Paro Programado Largo:Puede ser un paro para efectuar alguna tarea de mantenimiento, para medir

la carga de bola, para limpieza de rejillas, etc. Los puntos que deberán deconsiderarse son los siguientes:1. Parar el sistema de alimentación el tiempo necesario para vaciar el molino y losequipos periféricos. Una buena referencia de que el sistema se ha vaciado serán laindicación de los kWs ó de los amperes del o los elevadores, la indicación del nivelde ruido y la indicación de los retornos.2. En este tipo de paro, el punto más importante a tener en mente es el cuidado oprotección el emplacado, principalmente el de la cámara 1.3. Vaciar el sistema de material y de vapor.4. Desacoplar el molino5. Cerrar la compuerta que comunica al molino con la fuente de calor, no parar el

ventilador de barrido, y si es posible, abrir alguna compuerta de aire frío parapermitir que se enfrie el sistema. En caso de molienda de carbón no se deberá abrir ninguna compuerta de aire frío ya que pudiera provocarse una explosión.6. Si la segunda cámara no se vació bien, puede girarse el molino con el giro lento ydar todo el tiro.

Paro Inesperado:




MOLINOS DE BOLAS


Un paro inesperado es aquél en el cual no interviene el operedor, o si lohace, sólo dispone del tiempo para desacoplar, es decir, no se conoce la hora deparo del molino, pudiendo ser un paro debido a un taponamiento en el flujo delproceso, a una falla de algún equipo que desacople el molino, a la falla en el

suministro de energía eléctrica, etc.En una situación similar deberán de considerarse los siguientes puntos:

1. Si existe secado, hay que asegurar en primer lugar cerrar la compuerta de losgases de la fuente de calor y, si la temperatura se disparó, abrir alguna compuertade aire frío. En caso de que se trate de un molino de carbón no se deberá abrir ninguna compuerta o persiana para evitar la entrada de oxígeno al sistema, y elenfriamiento deberá realizarse con inyección de agua.2. Parar las bombas de inyección de agua y de aditivo, si el sistema no cuanta conun interbloqueo que pare dichos equipos al parar el molino.3. Si el paro se debió al ventilador de barrido, deberá de restablecerse lo másrápido posible y ponerlo nuevamente en operación, para así poder retirar el calor y

la humedad del molino.4. Si hay secado en el separador, hay que abrir la compuerta de aire frío para evitar daños en el interior (excepto en carbón).5. Si el paro fué provocado por el paro de algún equipo en el sistema de transporte,al quedar listo el equipo se deberá arrancar éste para limpiar el sistema cuando elmaterial aún esté caliente.

6.8.3. ENCLAVAMIENTOSPor enclavamientos debemos entender los requisitos que se deben cumplir

para poder operar un equipo. Cualquier desviación en este aspecto, impedirá elarranque u ocasionará el paro de la instalación.

Como se señaló anteriormente, el número y el tipo de enclavamientosdependerá de la instalación específica de que se trate. Sin embargo, todos ellostienen el mismo objetivo: proteger al personal y a las instalaciones.

A continuación se mencionan los enclavamientos de proceso de un molino decemento específico; además se menciona la secuencia de arranque, que tienencomo finalidad asegurar el flujo de materiales.x Las básculas dosificadoras tienen señal (luminosa y sonora) en el tablero de

control, en caso de que se presente desalineamiento de la banda o falla dematerial.

x La bomba de aditivo tiene señal luminosa y sonora en caso de falla de flujo deladitivo.

x Las bombas de lubricación de las chumaceras principales, de los reductoresprincipales y de la corona de molino tienen señal luminosa y sonora en el tablerode control al fallar el flujo de aceite. Si no se restablece la falla a los 5 minutos, elmolino parará.

x El compresor de aire de la bomba de lubricación de la corona tiene señalluminosa y sonora en tablero, al fallar la presión de aire, si no se restablece lafalla a los 5 minutos, el molino parará.




MOLINOS DE BOLAS


x Los puntos de medición de temperatura del accionamiento del molino, tienenseñal luminosa y sonora de aviso cuando la temperatura es de 75°C. Si latemperatura no es controlada y llega a los 80°C, el molino parará.

x Las bombas de lubricación del reductor del separador tienen señal luminosa y

sonora al haber falla de flujo, esta manda parar el separador.x Los filtros de bolsas del molino como el del separador tienen señal luminosa y

sonora, al haber falla de presión de aire. El molino solo para, si para el filtro debolsas del molino.

x El aeropol tiene señal luminosa en el tablero de control de sobrellenado, al pasar esto automaticamente se corta la alimentación del molino hasta que se normalicela carga del aeropol.

x Los motores eléctricos tiene protección en caso de sobrecarga, si ocurre estafalla el equipo se bota y aparece señal luminosa y sonora en el tablero de control.

x La temperatura en la salida del molino está enclavada con la bomba de agua deenfriamiento, si esta es menor de 105 °C la bomba para, al llegar a 115 °C labomba de agua entra en operación.

A continuación se presenta la secuencia de arranque en molino de Cementoespecífico:1. Básculas de clinker y/o yeso.

a) Control maestro de básculas.b) Bomba de aditivo.c) Bomba de agua de enfriamiento.d) Molino.

2. Molino.a) Bomba de lubricación del reductor principal.b) Bombas de lubricación de chumaceras principales.c) Bombas de levante de chumaceras principales.d) Bomba de grasa de corona del molino.e) Falla de rpesión de aire.f) Falla por alta temperatura en puntos de medición (T máxima = 80 °C)g) Aerodeslizador.h) Elevador de cangilones.

3. Elevador de cangilonesa) aerodeslizador.

4. Turboseparadores.5. Plato dispersor del turboseparador.

a) Ventilador del motor del turboseparador.b) Bomba de lubricación del turboseparador.c) Extractor del filtro de bolsas.

6. Extractor del filtro de bolsas.a) Programa de sacudido.b) Turboventilador de sacudido.c) Gusanos de tolvas.d) Esclusas de ciclones.e) Gusano de ciclones.




MOLINOS DE BOLAS


f) Aerodeslizador de retornos.g) Fluidor de aerodeslizador.

7. Fluidor de aerodeslizador a aeropol.8. Compresores del aeropol.

9. Fluidor de aerodeslizador a silo.El equipo numerado del 1 al 9 al botarse cualquiera de ellos botará en

numeración descendente a todos los demas a excepción de los equipos deconexión independiente y a las bombas de lubricación del molino.

6.9 EVALUACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE SISTEMAS DEMOLIENDA

Propósitos de la evaluación:CapacidadEconomía. (kWh/ton, kcal/ton)

CalidadCuellos de botella. (Evaluar equipos periféricos)Evaluación mecánica. (Relacionada con el proceso)

Herramientas:Datos históricos contra datos actualesInspección interna del molinoMuestreo de cargas de bolasMuestreo axialBalances de materia y calor

Análisis de separadores

6.9.1 EVALUACIÓN DEL MATERIAL DE ALIMENTACIÓNPara evaluar el material de alimentación a un sistema de molienda debemos

tener en cuenta los siguientes aspectos:Granulometría:

Siempre debemos observar la distribución completa del material dealimentación, ya que el K80 no es suficiente, debido a que para un mismo K80

podemos tener distribuciones muy diferentes como se muestra en la figura 6.58.Una buena práctica que se recomienda es la de efectuar una inspección

visual del tamaño de material que se alimenta, para compararlo mentalmente con elresultado de la granulometría, especialmente cuando los molinos se alimenten depatios de grúas donde se da el fenómeno de segregación.




MOLINOS DE BOLAS


80

% Ret

Tamaño de Partícula

Figura 6.58 Tamaño de partícula vs Porcentaje Retenido.

Para el cálculo de tamaño máximo de bola usaremos el K80 teniendo encuenta la distribución completa. Preferentemente debemos de realizar el cálculo deltamaño máximo por componente, o si no es posible, del total de la alimentación.

Existen dos enfoques posibles en el cálculo del tamaño máximo de bola:1. Qué tamaño de bola se necesita para moler el material.2. Qué tamaño de material puede molerse con determinado tamaño de bola.

Siempre debe tomarse en cuenta que es más barato triturar que moler, por loque la reducción de tamaño antes de entrar al molino, será benéfica para laeconomía de molienda.x Molturabilidad:

La molturabilidad tiene influencia sobre tres factores de la molienda:1. La capacidad del sistema.2. El tamaño máximo de bola.3. El desgaste.

Al evaluar la molturabilidad de un material debe tomarse muy en cuenta elcomportamiento del molino cuando se tome la muestra, ya que no serárepresentativo cuando el molino esté muy por arriba o por debajo de su producciónnormal, debido a que muy probablemente la molturabilidad del material ha variadoen ese momento.x Humedad:

La humedad normalmente varía con el tiempo. Es recomendable estudiar la

estadística anual de humedad ya que, si la temporada de alta humedad es muycorta, en ocasiones en conveniente aceptar la baja en producción, en lugar deinvertir en equipos caros para el secado, que serían utilizados muy poco.

En el caso de molienda de carbón, la humedad residual del productodependerá de los volátiles contenidos en el carbón, ya que ésta se utiliza como unaayuda para evitar explosiones.

En casos de humedad elevada no se deberán enfriar mucho los retornos, loque se recomienda es enfriar el cemento posteriormente. Además, si el horno tiene




MOLINOS DE BOLAS


enfriador de parrillas se recomienda no enfriar demasiado el clinker, y llevarlo máscaliente hacia el molino.

Cuando existen problemas para secar el material en el molino, se deberábajar el tiro, pero cuidando siempre no acercarse al punto de rocío.

Otro factor que nos puede ayudar es el mover el factor de circulación ya que,si los retornos regresan al molino más fríos de lo que salieron, están quitando calor al sistema, lo que reduce el secado.

Cuando se tiene exceso de humedad en alguno de los materiales debeevitarse ponerlos en contacto durante períodos prolongados antes de entrar almolino, ya que puede causarse la hidratación prematura del clinker.x Temperatura:

El método más simple para el control de la temperatura en el interior de unmolino es por atomización de agua, ya que es mucho más eficiente que por enfriamiento con aire. Debe tenerse cuidado con la calidad del agua deenfriamiento, ya que si tiene partículas sólidas causará desgaste excesivo en la

boquilla de atomización. Además, debe cuidarse que no tenga materia orgánica(agua de río) ya que puede afectar las resistencias del producto.

También debe tenerse cuidado cuando el yeso se pone en contacto conclinker caliente por distancias de transporte prolongadas, ya que puede causar deshidratación. Cabe aclarar que hay yesos más sensibles que otros.x Composición Química:

La composición química está más ligada con la calidad del producto que conel proceso de molienda.

En molinos de crudo no hay influencia sobre la operación. Donde debetenerse cuidado es en la molienda de carbón, ya que existen carbones quepresentan peligro de explosión por su alto contenido de volátiles. Entre mayor sea el

contenido de volátiles el peligro de explosión es mayor, sin embargo será más fácilde quemar en el horno, y por lo tanto se podrá moler más grueso. La figura 6.59muestra la finura a la que se muele el carbón y/o coque dependiendo de sucontenido de volátiles.

0

2

46

8

10

12

14

16

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

% de Volátiles

% R

+ 9 0 m i c r a s

0

2

46

8

10

12

14

16

% R

+ 4 5 m i c r a s

ÍHORNO

CALCINADOR

Figura 6.59 Porcentaje de Volátiles vs Finura




MOLINOS DE BOLAS


También debe tenerse en cuenta el contenido de cenizas contenidas en elcarbón al momento de realizar el diseño de la mezcla cruda, ya que las cenizastienen sílice y éste afectará la calidad del clinker.

Existen materias primas que contienen carbón, por lo que debe tenerse

cuidado, ya que empezarán a quemarse en las primeras etapas de losprecalcinadores, pudiendo ocasionar encostramientos.

En la molienda de cemento los diferentes componentes del clinker varíanmucho en molturabilidad, el C2S es más duro de moler que el C3S, por lo que sedificulta la molienda cuando aumenta el C2S.

Si el clinker es intemperizado es más duro de moler.

6.9.2 EVALUACIÓN DE LA CARGA Y DISTRIBUCIÓN DEBOLA.La evaluación de una carga de bola involucra los siguientes factores:

x Tamaño máximox Peso Promediox Superficiex Cantidadx Distribución por Tamaños

Cada uno de estos factores pueden ser evaluados por separado.La cantidad de bola se puede determinar por dos caminos, por altura de bola

y/o por consumo del motor, se sabe de antemano que la medición de altura de bolapuede tener error, lo mejor es determinar la carga de bola mediante los doscaminos.

La cantidad de bola tiene influencia sobre la capacidad y la eficiencia de

molienda, por lo que siempre debe definirse con respecto a que se quiere optimizar el molino:1. Máxima Producción (Máxima cantidad de bola posible)2. Mínimo consumo específico kWh/ton (Grado de llenado alrededor de 25 %)

Para mantener la carga de equilibrio se deberá recargar el molinodiariamente en la primer cámara (cuando se pueda agregar bola por laalimentación) y cuando menos cada quince días en la segunda cámara.

Para conservar una buena eficiencia de molienda además de tener lacantidad de bola adecuada, se deberá conservar la carga en buen estado, por loque se recomienda bajar la carga de bola, clasificarla y retirar la chatarra cuando elporcentaje de ésta sobrepase el 5%, o cuando los problemas por incrustamiento, oreducción en la capacidad de transporte representen una amenaza para laeficiencia de la molienda y/o producción del molino. No es necesario realizar unaclasificación de bola si no se tienen problemas de incrustación, bajo transporte opérdida de producción.

Los cuellos de botella por falta de bola se detectan con el nivel de material enlas cámaras del molino. En la curva axial también se puede detectar la falta de bolacuando no se presenta efecto de molienda.

Se debe tener un tamaño de bola para moler cada tamaño de partícula,




MOLINOS DE BOLAS


existe el impedimento de que la bola demasiado pequeña (< 15 mm) es difícil demantenerla en el molino, además de que se reducen los espacios donde deberáhaber material para moler y se dificulta el transporte.

Cuando la alimentación es fina y hay alta carga circulante se deberán diseñar

cargas de bola con un pequeño porcentaje de bola grande para realizar la moliendadel material fresco, simulando tener dos cámaras dentro de la cámara 1, una muycorta con una carga de equilibrio gruesa, y otra más larga con una carga deequilibrio con tamaño máximo de 60-70 mm.

Para evaluar acertadamente el desempeño de la bola mediante el estudio deun muestreo axial de material, siempre debe tomarse en cuenta el factor decirculación, ya que cuando se tienen factores de circulación altos, el efecto demolienda se ve diluido por la alta cantidad de material molido que regresa con losretornos.

Cuando el muestreo axial presente un incremento en el retenido en un solopunto no debe tomarse muy en cuenta, al menos que se repita en dos muestras

consecutivas, ya que al ser acumulativo una sola partícula de mayor tamaño que sedetecte impacta el resultado del resto de las mallas.

6.9.3 EVALUACIÓN DEL SEPARADOR Y SU RELACIÓN CONEL MOLINOPara un buen desempeño del sistema de molienda, el separador debe ser

eficiente, para que regrese al molino sólo el material que no cumpla con la consignade finura de producto final. Siempre debe recordarse que el separador no haceningún trabajo de molienda, pero si ayuda evitando desperdicio de energía por unamolienda ineficiente.

Una forma de calcular el beneficio obtenido por el separador es el Vs, el cual

es un cálculo teórico de ahorro de energía. El ahorro B es igual al producto de Bmáx

por el valor de Vs del separador. De aquí puede calcularse la energía teórica para lamolienda desde un tamaño a otro en un sistema de molienda:

E W LogR

R1 B Vo

f má x s )

Al graficar las distribuciones granulométricas en diversos puntos del sistemapuede tenerse una visión clara del trabajo que se realiza en el sistema (Figura6.60).

Con la gráfica se tiene un horizonte amplio para observar el trabajo realizadopor el molino y por el separador, pero no con el suficiente detalle para realizar una

evaluación del sistema. Por ejemplo el trabajo de molienda realizado en la cámara 1se observa al comparar la línea de alimentación total (#7) en su parte gruesa con lalínea de salida de cámara 1 (#2).

La verdadera ayuda del separador se puede determinar al conocer lacantidad de finos que regresan al molino con los gruesos.

Si el producto del molino es muy cercano al producto final requerido, elbeneficio del separador es menor.




MOLINOS DE BOLAS


10 mic 100 mic 1 mm 10 mm 100 mm1 mic

1.0 %

10.0 %

50.0 %

90.0 %

95.0 %

97.0 %

99.0 %

1 1 123456

7

1 Alimentación Fresca

2 Salida C1

3 Entrada C2

4 Retornos del Separador

5 Alimentación a Separador

6 Finos del Separador

7 Alimentación Total al Molino

Figura 6.60 Distribuciones de partícula a lo largo de un sistema de molienda.

La utilización de un separador de tercera generación en ocasiones es difícilde justificar sólo por el ahorro de energía, ya que además debe tenerse en cuentalos siguientes beneficios:

x Facilidad para cambiar de producto.

x Aumento en la capacidad de enfriamiento/secado.

x Estabilidad en la calidad del producto.

x Eliminación de chatarra (No es posible en todos los separadores de tercerageneración).

6.9.4 BALANCES EN LA EVALUACIÓN DE MOLINOSx Balance de materiales (sólido, seco ) Kg/hr

x Balance de agua (líquido,vapor) Kg/hr

x Balance de aire (seco) Kg/hr

x Balance térmico Kcal/hr El uso que se da al balance de materiales es para verificación de básculas,

capacidades de equipos de transporte, cuellos de botella.

El balance de agua ayuda a conocer la capacidad de secado, problemas deprehidratación, deshidratación y/o condensación. También ayuda a determinar lacorrecta inyección de agua.

Con el balance de aire se calcula la velocidad de aire a través del molino, seestima el arrastre de polvo y el punto de rocío.

En molinos de cemento el punto de rocío normal para evitar condensación ódeshidratación del yeso es de 50 a 70°C y la temperatura de bulbo seco debe ser cuando menos 20 °C por arriba del punto de rocío.





MOLINOS DE BOLAS


Cuando se tiene una temperatura inferior a 90°C en el diafragma intermedioen un molino de cemento, lo más seguro es que existan problemas de humedad enel molino, lo que afectará la eficiencia de molienda.

El balance de aire en conjunto con el balance térmico ayuda en la

determinación de las entradas de aire falso.

6.9.5 FLUJOS Y PRESIONES EN EL SISTEMASiempre deben evitarse las caídas de presión innecesarias en el sistema, ya

que esto significa desperdicio de energía en el ventilador.Cuando se tienen problemas de arrastre de gruesos en la salida del molino,

se puede aumentar el área del ducto de salida para precipitar las partículasgruesas, obteniendo además una reducción el la caída de presión.

Debe procurarse un buen mantenimiento de limpieza en las cribas de losmolinos, ya que la obstrucción de éstas, aumentará la caída de presión,disminuyendo el flujo por el molino, o aumentando el consumo de energía en el

ventilador.En conclusión la evaluación de un sistema de molienda es muy compleja y

difícil de exponer en un texto, ya que involucra un sinnúmero de parámetrosrelacionados entre sí, que imposibilita su estudio aislado. Como sugerencia muyimportante, siempre que se evalue un molino, debe observarse el panoramageneral, y no dejarse influir por datos aislados, siempre deben de cotejarse todoslos datos y cálculos, ya que muchas veces éstos se contraponen y estudiando elconjunto de datos se puden obtener mejores conclusiones.

BIBLIOGRAFIAx Blue Circle Industries PLC. Mill Design Principles, Milling Systems. Cement

Tecnology, Volumen 2, 1979x C. L. Prasher. The Physical of Breakage, Particle Shape, Size and Surface.

Crushing and Grinding Process Handbook., 1987x F. L. Smidth. Grinding Mills. Compendium for Cement Production Seminar, 1987.x F. L. Smidth. Molturación y Molienda, Control del proceso de Molinos de Crudo.

Curso de Producción, Control de Calidad y del Proceso. 1987.x F. L. Smidth. Reductor Symetro, tipo TSX, Maniobra y Mantenimiento.

Instrucciones 33844-02.x F. L. Smidth. Soporte con Zapatas de Deslizamiento y con Placas de Base

Inclinada. Instrucciones 27084-14.x Holderbank. Molienda de Cemento. Seminario de Cemento, Tecnología delProceso 1, Quito, Ecuador. 1986.

x Labahn/kohlhaas. Molienda de Cemento. Prontuario del Cemento. 1985x W.Schiebe, Freiberg. 100 Years of Tube Ball Mills. A Historical Review. Germany,

ZKG 3/1993, pp. 123-128x Walter H. Duda. La Molienda en la Producción de Cemento. Manual Tecnológico

del Cemento. 1977




MOLINOS DE BOLAS



cap 6 molinos bolas

Documents