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Mostrar las generalidades, principios físicos y los equipos utilizados para la molienda, con sus respectivas ventajas, desventajas, industrias en las que se utilizan y costos actuales de los mismos.

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Page 1: Molienda 1

MOLIENDA. EQUIPOS, CARACTERISTICAS Y OPERACION

Juliette Arroyo R.1, María Alejandra Medina H.2, Santiago Franco F.3Pablo Vicaría G4.

OPERACIONES CON SÓLIDOS ING. QUÍMICA DOC. ING. IVÁN RAMÍREZ MARÍN

FACULTAD DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD DE AMÉRICA NOVIEMBRE 2013

MOLIENDA.

Juliette Arroyo R.1, María Alejandra Medina H.

2, Santiago Franco F.

3Pablo Vicaría G

4.

1Departamento de Ingeniería Química, Fundación Universidad de América, Bogotá – Colombia.

Introducción: La molienda es una operación de reducción de tamaño de rocas y minerales de

manera similar a la trituración. Los productos obtenidos por molienda son más pequeños y de

forma más regular que los surgidos de trituración. Generalmente se habla de molienda cuando

se tratan partículas de tamaños inferiores a una pulgada siendo el grado de desintegración

mayor al de trituración. Se utiliza fundamentalmente en la fabricación de cemento Portland, en

la preparación de combustibles sólidos pulverizados, molienda de escorias, fabricación de

harinas, alimentos balanceados, etc. Además se utiliza en la concentración de minerales

ferrosos y no ferrosos, donde se muele la mena previamente extraída de canteras y luego se

realiza un proceso de flotación por espumas para hacer flotar los minerales y hundir la ganga

y así lograr la separación. (Facultad de Ingeniría, 2012).

Resumen: Se ha realizado un fundamento teórico sencillo a partir de la elaboración de un video

que muestra las generalidades de la operación unitaria de Molienda. Se utilizó el programa

MovieMaker para la elaboración del mismo y se descargaron los videos e imágenes de la internet

(youtube.com y a través del motor de búsqueda Google), con sus respectivas referencias. Se habla

de la Molienda como operación unitaria, especificando el principio físico que la gobierna y

algunos de los equipos que se utilizan en esta, con sus precios, sus aplicaciones, sus ventajas y

desventajas, algunas comparaciones y el ámbito en que operan según su precio y capacidad. La

Molienda consiste en el proceso físico de reducir el tamaño de una partícula hasta un diámetro

medio menor de media pulgada, generalmente es precedida por un proceso de trituración y se usa

en diferentes campos como la industria minera, agrícola, alimenticia, entre otras.

(ver www.ucatedraivan.wordpress.com)

Abstract: It has been made a simple theorical basis from the making of a video showing an

overview about the unitary operation of Grinding. The program Movie Maker was used for the

elaboration of the video and the content was downloaded from the internet (youtube.com and the

Google search engine), with its respective references. The video speaks about Grinding as an

unitary operation, specifying the physical principle that governs it and some of the equipment used

for it, some comparisons and the field in which they work depending on the price and capacity.

Grinding consists in the physical process of reducing the size of a specific particle to an average

diameter of less than half inch, it is generally preceded by a crushing process and it is used in

different fields like mining, agricultural and food industry, as others.

[email protected]

[email protected]

Principio de funcionamiento de los

molinos.

El principio de funcionamiento de los

molinos dependen del tipo de molino a

utilizar, si por ejemplo es un molino de bolas

su principio de funcionamiento es el la

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Juliette Arroyo R.1, María Alejandra Medina H.2, Santiago Franco F.3Pablo Vicaría G4.

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gravedad, si es un molino de rodillos su

principio será el de rozamiento y fricción. La

velocidad y la potencia también juegan un

papel importante en los molinos ya que, por

ejemplo, en un molino de cuchillas se genera

un diferencial de velocidades entre las

cuchillas podré obtener un producto con una

trituración heterogénea.

También hay factores que influyen en la

molienda como la trituración, fuerzas de

cizalla, la compresión y el generar un

aplastamiento entre la materia prima y los

componentes del molino.

- Molino de cuchillas:

El molino de cuchillas o también llamado de

hélice, realiza una molienda en cuestión de

segundos completamente homogénea y

reproducible que permite la toma de muestras

representativas en cualquier lugar.

Son ideales para moler materiales de

intermedios a gruesos incluyendo materiales

húmedos y elásticos, materiales blandos,

fibrosos, mezclas heterogéneas y materiales

viscosos; es decir, para materiales no tan

finos ni abrasivos.

Estos molinos fragmentan la muestra

empleando el corte y el cizallamiento, es

decir sus mecanismos son corte y cizalla.

A nivel industrial, se emplean mucho en la

agricultura, en la industria de alimentos, a

nivel de la industria biológica (celulosa), en

la medicina, industria minera e industria

farmacéutica. Además se deben destacar las

aplicaciones que tiene con los polímeros más

específicamente con los elastómeros, cauchos

y películas de plástico.

El material es alimentado a la cámara de corte

mediante una bajante. La reducción del

material se realiza entre el rotor y 2 cuchillas

fijas, afiladas y robustas que realizan un

movimiento circular como se muestra en la

Figura 1, este rotor y cuchillas se encuentran

en el centro de la máquina. Dependiendo de

la dirección de giro, la muestra es molida por

la arista roma (molienda preliminar) o por la

arista afilada (molienda fina). Las cuchillas

son accionadas indirectamente por un

potente motor en modo de operación

continuo. La velocidad preseleccionada es

mantenida constante, garantizando resultados

altamente reproducibles. La granulometría

final se determina por un tamiz inferior

intercambiable.(Codols, s.f.)

Figura 1: Modo de operación del molido de

cuchillas

Ventajas:

Es el mejor molino para materiales

plásticos y fibrosos

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Homogeniza sustancias con un alto

contenido de agua, aceite o grasa

A su vez, muele materiales secos,

blandos y semiduros

La molienda se da rápidamente

Desventajas:

No es adecuado para materiales

completamente duros o muy duros

No es adecuado para materiales

abrasivos

No es adecuado para generar una

molienda fina

Tiene un considerable gasto

energético

Su costo varía entre 3.000 y 10.000 dólares.

- Molino dentado:

Es una clase de molino de rodillos. Este tiene

un solo rodillo rugoso que va a alta velocidad,

provisto de barras transversales sobre su

superficie y que gira hacia un gran rodillo liso

que va a baja velocidad. Sirve para materiales

gruesos, y por ello los robustos dientes en

forma de pirámides como se aprecia en la

Figura 2:

Figura 2: Molino dentado

Esta clase de molinos son mucho más

versátiles que el de rodillos lisos, con la

limitación de que no pueden tratar sólidos

muy duros.

Operan por compresión, impacto y cizalla en

vez de solamente por compresión como pasa

con los de rodillos lisos y por lo tanto pueden

tratar partículas más grandes que los lisos.

Dentro de sus aplicaciones más importantes,

se tiene como moledor primario en la

industria del carbón y materiales similares. El

tamaño de alimentación a estos molinos

puede ser tan grande como 20” (pulgadas-

500mm) y su capacidad asciende hasta 500

Ton/h.

Como cualquier otro molino de rodillos, éste

opera de igual forma, es decir, se lleva a cabo

la fragmentación del material entre 2

cilindros (sólo que en este caso uno es

dentado y el otro es liso), ambos girando a

diferentes velocidades dispuestos los dos de

forma horizontal, por donde pasa el material

(en este caso grueso) a moler luego de la

alimentación a la máquina. Determinado

material queda atrapado entre los rodillos y

son fragmentados por compresión. A medida

de que el material es molido, se va

desplazando por fuerza centrífuga hacia los

bordes del sistema giratorio ubicándose en el

perímetro como se aprecia en la Figura 3:

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Figura 3: Fragmentación dentro del molino

dentado

Luego el material es levantado hacia la zona

superior de la caja y se clasifica según la

medida deseada hacia la

descarga.(ITESCAM)

Ventajas:

Debido a los “dientes” es capaz de

moler partículas muy gruesas en

comparación con los molinos de

rodillos lisos

El material molido tiene un tamaño

“medio”, entre 5µm y 7µm

Muy útil para moler materiales

quebradizos (blandos) de naturaleza

moderada como en la industria del

cemento por vía seca

Se le puede hacer un ajuste hidráulico

Desventajas:

No puede tratar sólidos muy duros

Consume energía si no se le hace el

ajuste hidráulico

No es apto para materiales abrasivos

y fibrosos

Gran costo de mantenimiento

Su costo varía entre 2000 y 7200 dólares

- Molinos híbridos:

Son los molinos que utilizan cuchillas y

rodillos, los dos accionados ya sea por un

motor eléctrico o por suspensiones

hidráulicas.

Estos molinos combinan además la molienda

primaria y la secundaria, dejando al material

con un tamaño de 8 a 9 pulgadas en la fase

primaria.

Las cuchillas le una reducción de tamaño

mucho menor que un molino de rodillos para

materiales gruesos.

El mecanismo es por compresión y corte y el

principio es el mismo que para el molino de

rodillos, sólo que aquí se utiliza para

materiales gruesos más no duros y para

materiales blandos. Se utiliza mucho en

minería.

Ventajas:

Muele muy bien plásticos gruesos

Muele muy bien materiales

semiduros gruesos

La molienda es rápida

El tamaño de grano se reduce mucho

más que utilizando un molino de

cuchillas o rodillos por aparte

No es necesaria una primera y

segunda molienda. En este molino se

dan las dos sin necesidad de utilizar

dos molinos para cada etapa por

aparte.

Desventajas:

Costo de mantenimiento elevado

No es recomendable utilizar

materiales demasiado duros

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Es sobre otros molinos uno de los

más costosos

Sus costos varían entre 125.000 y 130.000

dólares

- Molino de bolas:

El molino de Bolas, análogamente al de

Barras, está formado por un cuerpo cilíndrico

de eje horizontal, que en su interior tiene

bolas libres. El cuerpo gira merced al

accionamiento de un motor, el cual mueve un

piñón que engrana con una corona que tiene

el cuerpo cilíndrico.

Las bolas se mueven haciendo el efecto “de

cascada”, rompiendo el material que se

encuentra en la cámara de molienda mediante

fricción y percusión.

El material a moler ingresa por un extremo y

sale por el opuesto. Existen tres formas de

descarga: por rebalse (se utiliza para

molienda húmeda), por diafragma, y por

compartimentado (ambas se utilizan para

molienda húmeda y seca).(Facultad de

Ingeniría, 2012)

Figura 4. Molino de bolas en movimiento.

Ventajas:

Puede usarse para triturar de forma

seca o húmeda diversas clases de

minas y otros materiales que se

puedan moler.

Función estable y buena calidad a

prueba de fricción.

Productos con granularidad uniforme.

Poca inversión y mucho ahorro

energético.

Fácil operación y uso con seguridad.

En el molino de bolas con

revestimiento de cerámica y bolas de

cerámica, el tamaño del producto

terminado no agregará contenido de

hierro.

Desventajas:

La eficiencia de molienda bajo (80,0% de la

energía disponible se pierde como energía

térmica (calor), el ruido y la vibración).

El aumento del consumo de energía.

Diseño compacto para no: molienda,

separación, secado.

La falta de control de calidad

Bajo volumen procesado y fácil de

tener exceso de trituración

Velocidad de funcionamiento de baja

Sus costos varían entre 3000 y 90000 dólares.

- Molino de rodillos lisos:

Es muy utilizado en las plantas de molienda

de cemento (vía seca). El molino consta de

tres rodillos moledores grandes, los cuales

son mantenidos a presión por medio de

cilindros hidráulicos, sobre un mecanismo

giratorio con forma de disco sobre el que

existe una huella. El material a moler se

introduce a través de una boca de

alimentación ubicada al costado de la

estructura principal, y cae directamente en las

huellas de molido (pistas).(Liming, s.f.)

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Figura 5. Molino de discos lisos.

Ventajas:

Producir un producto final que

disponga de una distribución de

tamaño fino.

Producen poco polvo durante la

operación.

Puede regular fácilmente las

diferencias de presión

Desventajas:

Deterioro de la calidad del material

Marcha brusca

Requiere escarificar entre capas

Sus costos varían entre 10.000 y 300.000

dólares

- Molino de discos:

El molino de Discos consiste en dos discos,

lisos o dentados, que están enfrentados y

giran con velocidades opuestas; el material a

moler cae por gravedad entre ambos.

Actualmente no se utiliza. Este tipo de

molinos ha ido evolucionando hacia el

molino que hoy conocemos como molino de

rodillos.(XSM, 2011)

Figura 6. Molino de discos tipo casero.

Ventajas:

Puede reducir fácilmente el tamaño

de las partículas secas o húmedas.

El sistema de alimentación no es

complicado y se puede añadir agua

para facilitar la molienda.

Es de fácil manipulación y

mantenimiento.

Desventajas:

El tamaño de partículas no es

homogéneo.

Produce contaminación del producto

final

Es difícil regular el tamaño de

partícula de acuerdo a la alimentación

y separación de los discos.

Su costo es elevado por la

complejidad en su construcción.

Sus costos varían entre 4000 y 200000

dólares.

- Molinos de Martillos:

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La reducción de tamaño de las partículas se

consigue mediante el impacto entre los

martillos en rotación, las partículas y un

deflector montado en la cubierta del molino.

Este molino también es adecuado para el

secado y molienda criogénica. El material

puede ser alimentado por alimentador de

tornillo de velocidad variable, por

alimentación neumática o alimentación por

gravedad. Estos molinos son de alta eficiencia

y están diseñados para la reducción del

tamaño de productos blandos a semi-duros y

están disponibles en varios tamaños ya que

este molino está presente en todo tipo de

empresa. (Micron, 2013)

Tiene usos la industria alimenticia en la

trituración de soja, trigo, arroz, maíz, harinas,

pan rallado y cualquier otro producto seco y

sólido. En otro tipo de industrias se usa en el

canto rodado, plásticos, cartón, cáscaras,

extractos de tanino y cualquier otro material

sólido.El equipo se puede proveer con mallas

intercambiables de diferentes medidas a

pedido. Todo el equipo se construye en Acero

al carbono o inoxidable AISI 304 / 316 según

su necesidad. (Mecánica, 2007)

Figura 7. Molino de martillos para pequeña

empresa.

Ventajas:

1. Alta capacidad de producción, alta

proporción de trituración.

2. Bajo consumo de energía, el tamaño

de partícula uniforme.

3. Estructura simple, fácil de operar.

4. Bajo costo de inversión, facilidad de

operación.(Balcazar Diaz & Guamba

Diaz, 2009)

Desventajas:

1. La calidad de la molienda no es

buena si los granos presentan

humedad.

2. La molienda no es tan fina a

comparación a otros equipos.

3. Debido a que los martillos giran a

gran velocidad, el molino está sujeto

a vibraciones sino se balancean

adecuadamente las cargas.

4. Pueden existir atascamientos entre la

carcasa y los martillos si la

separación entre los mismos no es la

adecuada. (Balcazar Diaz & Guamba

Diaz, 2009)

Su precio varía entre 5.000 a 120.000 dólares.

- Molino de Cono:

La Trituradora de cono o molino de cono es

también llamada trituradora Simmons. Esta

trituradora de esta serie es adecuada para

triturar minerales o rocas semiduros y duros.

Tiene la ventaja de ser de construcción fiable,

de alta productividad, ajuste fácil y menos

costos en la operación. El sistema de

liberación de resorte de la trituradora y un

sistema de protección de sobrecarga permiten

pasar por la cámara de trituración sin dañar a

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la trituradora. Usa aceite seco, agua, dos tipos

de formación sellado de piedra de yeso y

aceite para motores separados, asegurando un

rendimiento fiable. El tipo de cámara de

trituración depende del tamaño de la

alimentación y la finura del producto

triturado, el tipo estándar se aplica a

trituración media, el tipo mediano se aplica a

trituración media o fina y la de tipo cabeza

pequeña se aplica a trituración fina.

Figura 8. Molino de cono.

Ventajas:

De construcción fiable

De alta productividad

Ajuste fácil

Costo de operación bajo

Desventajas:

Crea material heterogéneo

Mantenimiento dispendioso y

constante

Su costo varía entre 2000 y 50000 dólares

- Trituradora de mandíbulas:

La trituradora de mandíbula se destina

principalmente al uso de la maquinaria

de trituración de primer nivel o primaria

(trituración gruesa y media), clasificada en el

modelo de oscilación sencilla, modelo de

oscilación compleja y el modelo de oscilación

mixta.

La trituradora se clasifica generalmente en el

tipo de oscilación compleja y la sencilla,

destinándose principalmente a la trituración

gruesa y media. En los últimos años, ha

aparecido la trituradora de oscilación mixta,

destinada a la trituración fina; así como la

trituradora fuerte de ferrocromo a micro

carbono, que tiene alta intensidad de

trituración y alta dureza.

Figura 9. Trituradora de mandíbulas.

Ventajas:

Alta relación de reducción

Alta producción

Granulosidad homogénea

Estructura sencilla y fiable

Mantenimiento económico y fácil

Desventajas:

Se limita a trituración media y gruesa

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No se recomienda para materiales

con resistencia a la compresión

mayor a 300MPa

Su costo oscila entre 12000 y 200000 dólares.

Elementos importantes en la molienda:

1. Velocidad crítica.

La velocidad crítica para un molino y sus

elementos moledores es aquella que hace que

la fuerza centrífuga que actúa sobre los

elementos moledores, equilibre el peso de los

mismos en cada instante. Cuando esto ocurre,

los elementos moledores quedan “pegados” a

las paredes internas del molino y no ejercen

la fuerza de rozamiento necesaria sobre el

material para producir la molienda. El

molino, entonces, deberá trabajar a

velocidades inferiores a la crítica.

2. Relaciones entre los elementos

variables de los molinos.

El diámetro del molino, su velocidad, y el

diámetro de los elementos moledores son los

elementos variables del proceso. Teniendo en

cuenta que en la molienda se emplean

elementos moledores de distintos tamaños,

las relaciones entre los elementos variables

son:

A mayor diámetro de bolas, mayor es

la rotura de partículas grandes

(percusión).

A menor diámetro de bolas, mayor es

la molienda de partículas pequeñas

por una mayor superficie de los

elementos moledores (fricción).

A mayor diámetro de bolas, mejora la

molienda de material duro

(percusión).

Para igual molienda, a mayor diámetro del

molino o mayor velocidad, menor el diámetro

necesario de bolas.

3. Tamaño máximo de los elementos

moledores.

En los molinos de barras y bolas, los

elementos moledores no tiene todos el mismo

tamaño, sino que a partir de un diámetro

máximo se hace una distribución de los

mismos en tamaños inferiores. Para estos

molinos se alimenta máximo hasta un 80% de

su capacidad.

4. Volumen de carga.

Los molinos de bolas y barras no trabajan

totalmente llenos. El volumen ocupado por

los elementos moledores y el material a moler

referido al total del cilindro del molino, es lo

que se denomina Volumen de Carga:

Habitualmente es del 30% al 40%, y de este

volumen, el material a moler ocupa entre una

30% a un 40%.

5. Potencia.

La potencia máxima se desarrolla cuando el

volumen de carga es del 50%

aproximadamente, sin embargo, generalmente

se trabaja entre un 30% y un 40% ya que

como la curva es bastante plana, la potencia

entregada es similar a la del 50%.

6. Tipos de Molienda: húmeda y seca.

La molienda se puede hacer a materiales

secos o a suspensiones de sólidos en líquido

(agua), el cual sería el caso de la molienda

Húmeda. Es habitual que la molienda sea

seca en la fabricación del cemento Portland y

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que sea húmeda en la preparación de

minerales para concentración. En la molienda

húmeda el material a moler es mojado en el

líquido elevando su humedad, favoreciéndose

así el manejo y transporte de pulpas, que

podrá ser llevado a cabo por ejemplo con

bombas en cañerías. En la molienda húmeda

moderna, luego del proceso de

desintegración, la clasificación de partículas

se llevará a cabo en hidrociclones y si se

desea concentrar el mineral se podrá hacer

una flotación por espumas. El líquido,

además, tiene un efecto refrigerante con los

calores generados en el interior. (Facultad de

Ingeniría, 2012)

Bibliografía

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