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Diseño de planta de piedra caliza
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72.02 Industrias I
Planta de Trituración de Pétreos y Piedra Caliza
Comisión: 1
Tutor a Cargo: Ing. Leguizamón
Integrantes del Grupo:
Nombre PadrónArán, Cristian 86680Carbone, Vanesa 87929da Silva Feliana, Darío 83702Jaureguiber, Julián 87956Lovrics, Juan Francisco 88393Modarelli, Martín 90549Taitz, Ariel 85810
Segundo Cuatrimestre
2011
72.02 Industrias I2º Cuatrimestre 2011
Índice de Contenido1 Introducción..................................................................................................................................................................................3
2 Descripción del Mercado...............................................................................................................................................................6
2.1 Evolución.............................................................................................................................................................................6
2.1.1 Histórica Reciente..........................................................................................................................................................6
2.1.2 Segregado Geográficamente..........................................................................................................................................7
2.1.3 Focalizado en Buenos Aires y Córdoba...........................................................................................................................9
2.2 Producción Esperada.........................................................................................................................................................10
2.2.1 Volumen.......................................................................................................................................................................10
2.2.2 Distribución y Granulometría.......................................................................................................................................11
2.3 Mercado Futuro................................................................................................................................................................12
2.3.1 Fundamentos...............................................................................................................................................................12
2.3.2 Prospectiva y Demanda Futura....................................................................................................................................13
3 Dimensionamiento de la Planta...................................................................................................................................................16
3.1 Datos y condiciones para el dimensionamiento................................................................................................................16
3.2 Maquinaria a utilizar.........................................................................................................................................................17
3.2.1 Trituradora...................................................................................................................................................................17
3.2.2 Zarandas Vibratorias:...................................................................................................................................................20
3.2.3 Cinta Transportadora...................................................................................................................................................21
3.3 Dimensionamiento de planta trituradora de piedra caliza................................................................................................22
3.3.1 Selección trituradora primaria.....................................................................................................................................24
3.3.2 Selección trituradora secundaria..................................................................................................................................26
3.3.3 Granulometría final de la producción...........................................................................................................................28
3.3.4 Dimensionamiento de zarandas...................................................................................................................................29
3.4 Dimensionamiento de planta trituradora de materiales pétreos......................................................................................32
3.4.1 Selección trituradora primaria.....................................................................................................................................33
3.4.2 Selección trituradora secundaria..................................................................................................................................34
3.4.3 Selección Trituradora terciaria.....................................................................................................................................36
3.4.4 Granulometría final de la producción...........................................................................................................................38
3.4.5 Dimensionamiento de zarandas...................................................................................................................................39
3.5 Lay Out Planta de piedra caliza.........................................................................................................................................43
3.5.1 Dimensionamiento de los stocks intermedios y finales de Caliza..................................................................................44
3.5.2 Dimensionamiento de las cintas transportadoras de Caliza.........................................................................................45
3.6 Lay Out Planta trituradora de Pétreos..............................................................................................................................49
3.6.1 Dimensionamiento de los stocks intermedios y finales de Pétreos...............................................................................50
3.6.2 Dimensionamiento de las cintas transportadoras de Pétreos......................................................................................51
4 Referencias y Bibliografía............................................................................................................................................................54
2
Imagen 1 Piedra Caliza. Fuente http://ruthla.blogs.uv.es
Imagen 2 Piedra caliza. Fuente http://www.pdvsa.com/lexico/museo/
Imagen 3 Piedra caliza. Fuente www.montes.upm.es
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1 Introducción
La Piedra Caliza y los Triturados Pétreos son rocas de Aplicación (minerales que se utilizan para la construcción y para diversas obras de ingeniería)
PIEDRA CALIZA:
La piedra Caliza es el nombre común del carbonato de calcio (CaCO3). El mismo tiene un porcentaje elevado de calcita (mayor al 50%), y además puede contener materiales tríticos (cuarzo, arcilla, etc.), por lo que puede aportar un color más oscuro que el que tiene la caliza más pura. En la mayoría de los casos se extrae del agua del mar por acción de organismos diminutos y luego son depositados en capas que finalmente se consolidan en piedras. Estas piedras son, por lo general, de estructura de grano fino y uniforme y a veces son bastante densas.
Dureza: La dureza relativa puede ser estimada mediante la comprobación de su resistencia al ser rayada, esta propiedad se suele medir utilizando la escala de Mohs.
Textura: Granular fina a gruesa, es un poco rasposa. Tienen una textura consistente en granos minerales que se entrelazan, desarrollados durante la cristalización de sustancias que se desprenden de la solución.
Densidad: Depende de su altura, puede variar de acuerdo a la cantidad de restos fósiles y silicatos que ésta contenga, pero generalmente son ligeras.
Color: Blanco y tintes diversos debido a impurezas. Pardo, incoloro, blanco, rosa, amarillo y gris. El color de un mineral no es una forma segura para su identificación, supuesto que algunos minerales poseen una escala de colores. El color de raya (color de polvo fino que deja un mineral cuando rayamos en el sobre una placa de porcelana blanca porosa) es un indicador más seguro.
Brillo: Vítreo, de opaco a cristalina. Translúcido a terroso, en algunas piedras como la dolomita o dolomía tiene brillo cristalino.
Propiedades: La caliza es una piedra sedimentaria que permite el paso del agua, es decir, es una piedra permeable. Cuando el agua penetra en la caliza se lleva a cabo el proceso de disolución, mediante el cual se disuelve el carbonato de calcio.
Según las propiedades predominantes varia el aspecto de la piedra. A continuación podemos observar 3 imágenes en las que se muestra la piedra caliza en sus diferentes estados naturales.
3
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Proceso de obtención de la cal:
La caliza se calienta en hornos con una temperatura de hasta 903°C y expulsa el CO2, obteniendo la cal viva (CaO). Esta se apaga con agua y, mezclada con arena, forma el mortero. Comúnmente, la cal se prepara en forma de cal hidratada (Ca(OH2)), añadiendo el agua necesaria. Cien kilos de caliza pura producen 56 kilos de cal. En la siguiente imagen se puede observar una planta de piedra caliza, observándose los depósitos de cal.
Variedades comerciales de la cal:
Cal Viva: Material obtenido de la calcinación de la caliza que al desprender anhídrido carbónico, se transforma en óxido de calcio. La cal viva debe ser capaz de combinarse con el agua para transformarse de óxido a hidróxido y una vez apagada (hidratada), se aplique en la construcción, principalmente en la elaboración del mortero de albañilería.
Cal hidratada: Es el hidróxido de calcio, una base fuerte formada por el metal calcio unido a dos grupos hidróxidos. El óxido de calcio al combinarse con el agua se transforma en hidróxido de calcio.
Cal hidráulica: Cal compuesta principalmente de hidróxido de calcio, sílica (SiO2) y alúmina Al2O3) o mezclas sintéticas de composición similar. Tiene la propiedad de fraguar y endurecer incluso debajo del agua.
Principales usos de la caliza
Los principales usos de la caliza son en la construcción, productos químicos, fundición, agroquímicos y vidrio.
4
Imagen 4 Planta de piedra caliza. Fuente: www.trituradoras.com
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TRITURADOS PÉTREOS:
Consiste en todas aquellas rocas de cualquier origen genético-petrológico, sujetas a procesos de trituración, molienda y clasificación destinadas a la industria de la construcción en general. Por ejemplo: granitos, tonalitas, granodioritas, migmatitas, gneis, anfibolitas, pórfidos, cuarcita, etc. Nombres locales como granito para trituración, piedra triturada, piedra granítica, piedra partida, roca granito, gneis granítico, granito volado, roca granítica, broza granítica, etc.
Propiedades:
Granulometría: La granulometría es la distribución de los tamaños de las partículas de un agregado tal como se determina por análisis de tamices. El tamaño de la partícula del agregado se determina por medio de tamices de malla de alambre con aberturas cuadradas.
Peso Volumétrico: El peso volumétrico de un agregado, es el peso del agregado que se requiere para llenar un recipiente con un volumen unitario específico. El peso volumétrico aproximado de un agregado usado en un concreto de peso normal varía desde aproximadamente 1,2 ton/m3 a 1,76 ton/m3.
Peso específico: El peso específico (densidad relativa) de un agregado es la relación de su peso respecto al peso de un volumen absoluto igual de agua (agua desplazada por inmersión). Se usa en ciertos cálculos para proporcionamientos de mezclas y control.
Absorción: La absorción de los agregados se determina con el fin de controlar el contenido neto de agua en el concreto y se puedan determinar los pesos correctos de cada mezcla.
Se debe considerar el tipo y calidad de los agregados ya que ocupan comúnmente de 60 a 70% del volumen de concreto, e influyen notablemente en las propiedades del concreto recién mezclado y en la durabilidad del concreto endurecido. Los agregados finos tienen la mayoría de sus partículas menores a 5 mm, en general consisten en arena natural o material triturado. Los agregados gruesos tienen tamaños entre 9.5 y 38 mm, consisten en grava o una combinación de gravas.
La actividad extractiva de estos materiales depende fuertemente del desarrollo de obras, por lo cual la producción anual de estos materiales ha sido oscilante a lo largo de los últimos años, acompañando en forma alternada las etapas de crisis y los períodos de mayor actividad económica en nuestro país.
Principales Aplicaciones:
Se utiliza principalmente para la fabricación de concretos con resistencias normales a la compresión, elaboración de asfalto, construcción en agregados para hormigones y en algunos casos puede ser utilizada para ornato en estacionamientos, patios, etc.
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2 Descripción del Mercado
A continuación describiremos los datos de mercado y los análisis sobre ellos realizados que, junto con las suposiciones que hagamos, nos indicaran el volumen de producción a alcanzar.
En base a ellos dimensionaremos la planta para alcanzar dicho volumen.
2.1 Evolución
2.1.1 Histórica Reciente
A continuación vemos cómo ha evolucionado la producción de las principales rocas de aplicación, tanto de Triturados pétreos como de Caliza medidas en toneladas, en planta de beneficio. Desde 1999 hasta 2008. Último año con el que se cuenta con información según lo obtenido del INDEC (ver tabla 1).
Tipo de mineral Producción en Toneladas por año1999 2000 2001 2002 2003 2008
Caliza(1) 12.354.879 10.605.739 7.942.458 7.060.763 8.119.879 12.216.622Triturados pétreos (2) 11.554.211 10.360.967 6.080.323 3.785.570 4.353.407 17.687.216
(1) Piedra caliza, triturada o molida (para la producción de cal y cemento)(2) Incluye rocas graníticas, cuarcitas, pórfidos, gneiss, etc.
Tabla 1 Producción anual de Piedra Caliza y Triturados pétreos. Fuente: Ministerio de Planificación Federal, Inversiones Públicas y Servicios. Secretaria de Minería, Dirección Nacional de Minería.
Los que podemos graficar para una interpretación más simple.
Evolucion de la produccion
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
[Millo
nes d
e T
on
]
Caliza T. Pétreos
Grafico 1 Evolución de la producción de ambos productos. Fuente: Elaboración propia a partir de las tablas
6
Gráfico 1
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2.1.2 Segregado Geográficamente
El siguiente paso es la descripción del mercado desagregado por región. A continuación, el volumen de la producción en Toneladas, según mineral en yacimiento, por provincia (Ver tabla 2). En base a los datos del INDEC para el Año 2003. Si bien, estos datos ya tienen una antigüedad considerable y los mismos pueden haber crecido o disminuido, se estima que la proporción ocupada por cada provincia no habrá variado significativamente. Son datos que pertenecen a la trituración de pétreos.
Provincia Producción en Toneladas Anuales
Buenos Aires 1.458.086Catamarca 99.173
Córdoba 816.970Chubut 43.462
Entre Ríos 42.446Jujuy 101.250
La Pampa 6.171La Rioja 72.949
Mendoza 321.461Misiones 21.080Neuquén 307.062Rio Negro 393.921
Salta 102.414San Juan 258.200
Santa Cruz 800Tucumán 535.121
Tabla 2 Producción anual de pétreos por provincias. Fuente: Triturados Pétreos, INDEC, 2003
Los que en forma de gráfico de torta nos permitirá visualizar mejor cuales son las principales provincias en lo que a producción de estas rocas refiere (Ver gráfico 2).
T. Petreos por Provincia
CórdobaMendoza
Neuquén
Tucuman
Otros
Rio Negro
San Juan
Buenos Aires
7
Gráfico 2 Producción anual de pétreos por provincias.Fuente: Elaboración propia a partir de las tablas
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Haciendo el mismo análisis pero para piedra caliza, obtenemos.
Provincia Producción en Toneladas Anuales
Buenos Aires 4.653.388Catamarca 840.100
Córdoba 5.838.673Chubut 64.695Jujuy 391.995
Mendoza 468.525Neuquén 614.755Río Negro 120San Juan 1.954.825San Luis 394.652
Tucumán 6.300Tabla 3 Producción anual de caliza por provincias Fuente: Piedra Caliza, INDEC, 2003
Caliza por Provincia
San Juan
Catamarca
Neuquén
MendozaOtros
Buenos Aires
Y finalmente, a continuación, el mismo análisis pero para la sumatoria de las producciones de ambas familias de productos representadas por provincia (Ver tabla 4).
8
Gráfico 3 Producción anual de caliza por provincias Fuente: Elaboración propia a partir de las tablas
y Córdoba
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Provincia Pétreos (Tn/ año)
Caliza (Tn/ año)
Total (Tn/ año)
Buenos Aires 1.458.086 4.653.388 6.111.474Catamarca 99.173 840.100 939.272
Córdoba 816.970 5.838.673 6.655.644Chubut 43.462 64.695 108.157
Entre Ríos 42.446 0 42.446Jujuy 101.250 391.995 493.245
La Pampa 6.171 0 6.171La Rioja 72.948 0 72.948
Mendoza 321.461 468.525 789.986Misiones 21.080 0 21.080Neuquén 307.062 614.754 921.817Río Negro 393.921 120 394.041
Salta 102.414 0 102.414San Juan 0 1.954.825 1.954.825San Luis 258.200 394.652 652.852
Santa Cruz 800 0 800Tucumán 535.121 6.300 541.421
Tabla 4 Producción total anual de ambos productos. Fuente: INDEC, 2003
A partir de estos datos podemos concluir que las principales provincias, en lo que a la producción de Triturados Pétreos y Caliza refiere, son las de Buenos Aires y Córdoba. Sobre ellas centraremos los siguientes pasos del estudio.
2.1.3 Focalizado en Buenos Aires y Córdoba
Refiriendo el análisis en forma específica a Buenos Aires y Córdoba como producciones de referencia para guiarnos en los objetivos de producción que nos plantearemos con el fin de dimensionar la planta obtenemos:
Producción en Toneladas/Año de:Caliza Triturados Pétreos
Provincia: Buenos Aires 4.653.388 1.458.086Provincia: Córdoba 2.410.480 10.052.487
Tabla 5 Producción total anual en Buenos Aires y Córdoba. Fuente: INDEC (2003) para datos de Buenos Aires. “Minería de Córdoba” (2009) para datos de Córdoba
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2.2 Producción Esperada
2.2.1 Volumen
Dado que la producción total de la provincia de Córdoba es levemente superior a la de la de Buenos Aires y dado que se cuentan con datos más actualizados de la provincia de Córdoba, se opta por proseguir el análisis en base a una radicación de la planta en la provincia de Córdoba.
Analizando el mercado local de dicha provincia encontramos los siguientes datos de plantas procesadoras.
A continuación se muestra la cantidad de empresas por industria (Piedra Caliza o Triturados Pétreos) y el mercado abarcado por ellas agrupadas en los volúmenes de producción(ver tabla 6).
Piedra Caliza Triturados PétreosEMPRESAS PRODUCTORAS 16 20
MARKET-SHARE: PEQUEÑAS 6%MARKET-SHARE: MEDIANAS 49%
MARKET-SHARE: GRANDES 45%Tabla 6 Distribución del mercado de pétreos y caliza
Fuente: “Minería de Córdoba” (2009)
Aquí se establecieron las producciones de corte en:
Pequeñas Hasta 10000 Tn /mes
Medianas De 10000 a 40000 Tn/mes
Grandes Más de 40000 Tn/mes
Tabla 7 cantidad establecimientos productivos. Fuente: “Minería de Córdoba” (2009)
Con los datos anteriormente presentados, nos posicionamos en un escenario de una producción mediana/grande. Así planteamos los siguientes volúmenes de producción llevados a producción mensual y diaria (Ver tabla 8).
Caliza PétreosProducción Estimada en Tonelada por Mes 15.000* 40.000
Días por mes promedio laborales 24 24Producción Estimada en Toneladas por día 625 1.666
Horas Laborales por Día 14 14Producción Estimada en Toneladas por Hora 45 119
Tabla 8 Producción proyectada. Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
(*) El valor de 15.000Tn/mes para la producción de Piedra Caliza se estipuló en base a suponer participaciones de mercado similares para ambos productos (Caliza y Triturados Pétreos), y estableciéndonos en una posición de mercado similar, aplicando dicho porcentaje a la producción de caliza en lugar de la de Pétreos.
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Se considera un promedio de 24 días durante el mes laboral. Uno de los factores de costos más influyentes en la producción es el costo del recurso energético necesario. Se toman 14 horas laborales por día que corresponden al horario de tarifa reducida para uso industrial de 3:00hs a 17:00hs.
Lo cual resultaría ser nuestro Output para dimensionar la capacidad productiva de la planta conforme el mercado actual.
2.2.2 Distribución y Granulometría
Para el análisis de la granulometría se plantea el siguiente cuadro como resumen de los tamaños de piedras promedio de los principales productos (ver tabla 9).
PRO
DU
CCIO
N T
OTA
L
TRITURADOS PETREOSARENA DE TRITURACION 0/6 100% < 4,75mm
PIEDRA PARTIDA 6/20 90% <19mm
PIEDRA CALIZA
APTA PARA HORNOS VERTICALES
5” – 8”
APTA PARA HORNOS HORIZONTALES: TIPO 1
½” – ¾”
APTA PARA HORNOS HORIZONTALES: TIPO 2
¾” – 1 ½”
APTA PARA HORNOS HORIZONTALES: TIPO 3
1 ½” – 2”
Tabla 9 Clasificación de establecimientos productivosFuente: Grupo Cementos Chihuahua (www.gcc.com) y Cal Albors (www.calalbors.com.ar)
Estos seis productos serán en los cuales enfocaremos la producción.
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2.3 Mercado Futuro
2.3.1 Fundamentos
Debido al uso final que suelen tener los productos analizados, ya sea que pasen primero por industrias intermedias o lo hagan en forma directa, encontramos que la construcción es uno de los principales demandantes de esta industria.
A continuación, observaremos la evolución del índice denominado Indicador sintético de la actividad de la construcción (ISAC) (ver tabla 5) y lo compararemos con la evolución para ese mismo período de la producción de Caliza y Triturados Pétreos con el fin de analizar su correlación en forma gráfica.
Indice de la Construccion (SAIC)
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
140,0
160,0
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
SAIC
ISAC base 1999=100
Y a continuación la evolución en ese mismo período de la producción de Caliza y Triturados Pétreos.
Evolucion de la produccion
0
5
10
15
20
25
30
35
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
[Mil
lon
es
de
To
n]
Caliza + T. Petreos
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Gráfico 5 Evolución de la construcción. Fuente: Cámara Argentina de la Construcción
Gráfico 6 Evolución de la producción de caliza y triturados pétreos Fuente: Cámara Argentina de la Construcción
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Como podemos observar, si bien las evoluciones no son exactamente iguales, podemos esperar una buena representación de la demanda de Caliza y Pétreos por parte del ISAC.
Debido a esa hipótesis, y ante la falta de prospectivas específicas de los mercados analizados, basaremos nuestro análisis en las prospectivas esperadas para dicho sector.
2.3.2 Prospectiva y Demanda Futura
Hemos visto en el inciso anterior la correlación entre el índice que refleja la actividad del sector de la construcción con la demanda agregada de triturados pétreos y caliza. Es por eso que tomaremos este indicador como puntapié inicial para una estimación de actividad futura y su correspondiente demanda y mercado futuro.
Existen otros indicadores tales como el PBI y el índice de consumo de cemento Portland pero no reflejan la evolución de la misma forma que el ISAC. Aunque nos ayudaremos del PBI para una previsión futura. Sabemos que el PBI ha crecido desde 2003 a una tasa de aproximadamente el 9% (excepto 2009 con 0,4%), durante ese mismo período, el índice ISAC mantenía una marcha del 11%, apenas unos puntos por encima del PBI.
Durante el último año las perspectivas de crecimiento de nuestro país han disminuido en cuanto a su ritmo pero se prevé un crecimiento del PBI de alrededor del 4%, por lo tanto tomamos como enfoque optimista un crecimiento del 5% del indicador ISAC.
Al ser nuestra estimación dirigida a una instalación y producción a largo plazo, la incertidumbre y el riesgo aumentan, por lo tanto prevemos otro escenario pesimista de crecimiento de un 3% del indicador ISAC.
Así podemos estimar una evolución interanual del ISAC comprendida entre el 3% y el 5% para los próximos diez años.
En base a ello y partiendo de los datos actuales (los últimos con los que se cuenta en realidad) para la producción de Caliza y Triturados Pétreos, se le aplicarán a dichos datos la evolución esperada y obtendremos así un espectro de producción en el que esperamos quedar comprendidos para la demanda de los próximos diez años en nuestra industria.
A continuación se plantean los espectros de dichos escenarios con los crecimientos mínimos y máximos esperados (Ver tabla 10).
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Producción Actual
Caliza Triturados Pétreos15.000 ton/año 40.000 ton/año
Mínima 3% Máxima 5% Mínima 3% Máxima 5%2012 15.450 15.750 41.200 42.0002013 15.914 16.538 42.436 44.1002014 16.391 17.364 43.709 46.3052015 16.883 18.233 45.020 48.6202016 17.389 19.144 46.371 51.0512017 17.911 20.101 47.762 53.6042018 18.448 21.107 49.195 56.2842019 19.002 22.162 50.671 59.0982020 19.572 23.270 52.191 62.0532021 20.159 24.433 53.757 65.1562022 20.764 25.655 55.369 68.414
Tabla 10 Producción anual proyectada. Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
Los que gráficamente se pueden representar como sigue:
Estimacion futura
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
[tn
/me
s]
14
Gráfico 7 Producción anual proyectada. Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
Caliza
T. Pétreos
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Con los datos presentados, realizamos una estimación del escenario de una producción mediana/grande con proyección a 10 años. Así planteamos los siguientes volúmenes de producción llevados a producción mensual y diaria, corrigiendo los valores anteriores con el promedio de la estimación (ver tabla 11).
Caliza Pétreos
Producción Estimada en Tonelada por Mes 23.210 61.891
Días por mes promedio laborales 24 24
Producción Estimada en Toneladas por día 967 2.579
Horas Laborales por Día 14 14
Producción Estimada en Toneladas por Hora 69 184
Tabla 11 Producción anual estimada. Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
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3 Dimensionamiento de la Planta
3.1 Datos y condiciones para el dimensionamiento
Luego del análisis del mercado, prospectiva y demanda futura, y a partir de los datos producidos por este análisis, comenzaremos con el dimensionamiento de nuestra planta.
Basaremos nuestro dimensionamiento en la estimación de la demanda esperada a diez años para poder incrementar nuestra producción a medida que crece la demanda, de ser necesario ajustaremos nuestra producción a la demanda mediante la variación de turnos de trabajo u horas por turno.
En un principio buscamos dimensionar la planta para que mediante un único proceso se pudiese realizar la trituración de caliza y pétreos, debido a la complejidad de la instalación para realizar estas actividades en un solo proceso se decidió dimensionar dos procesos paralelos, uno por cada tipo de material.
En ambas plantas se trabajaran 14 hs. diarias dentro de la franja horaria en la que la energía eléctrica presenta el menor costo, desde las 03.00 hs a las 17.00 hs para optimizar los costos de operación de las plantas.
En ambas plantas se considerara que solo el 85 % del caudal inicial pasara a través de las trituradoras primarias, ya que se estipula que un 15 % ya se corresponde con el tamaño de salida de la trituradora primaria por condiciones de voladura, sin embargo consideraremos que este 15 % se ajusta a la curva granulométrica de la trituradora primaria.
Datos del análisis de la demanda futura (estimación a diez años)
Caliza Pétreos
Producción Estimada en Tonelada por Mes 23210 61891
Días por mes promedio laborales 24 24
Producción Estimada en Toneladas por día 967 2579
Horas Laborales por Día 14 14
Producción Estimada en Toneladas por Hora 69 184
Tabla 12 Estimación de la demanda futura. Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
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3.2 Maquinaria a utilizar
Una planta destinada a la producción de piedra caliza y de pétreos debe contar con máquinas con capacidad para procesar la materia prima que ingresa y así producir la producción estimada en el estudio de mercado. Si bien cada planta tiene sus propias herramientas y disposiciones, consideramos que lo más importante a dimensionar son 3 tipos de maquinarias básicas para la producción.
A continuación haremos una pequeña reseña de una trituradora, una zaranda y una cinta transportadora.
3.2.1 Trituradora
Son máquinas que desintegran el material en trozos de tamaño menor al original, de forma similar a la masticación que ejerce el ser humano sobre los alimentos. Hay dos tipos: las trituradoras de acción periódica, llamadas simplemente “trituradoras de mandíbulas”, y las de acción continua, llamadas “trituradoras cónicas o giratorias”.
3.2.1.1 Trituradora de Mandíbulas
Trituradoras de Mandíbulas (Acción periódica):
Hay cuatro tipos de trituradoras de Mandíbulas:
Tipo Blake
Tipo Dalton
Tipo Dodge
Tipo Lyon
Siendo las dos primeras más importantes, por ser de uso generalizado.
Funcionamiento: La mandíbula móvil es accionada por el movimiento vertical (ascendente y descendente) de la biela, dando un movimiento de vaivén en dicha mandíbula. La biela está articulada a un eje excéntrico por su parte superior y a dos riostras por su parte inferior. Una riostra está articulada del otro lado a un apoyo fijo ubicado en la parte trasera de la máquina y la otra riostra está articulada del lado libre a la parte inferior de la mandíbula móvil. De esta manera la mandíbula móvil tiene un recorrido desde un punto de abertura máxima hasta un punto de abertura mínima de descarga.
Las partículas que entran al espacio comprendido entre ambas mandíbulas se desintegran principalmente a fuerzas de compresión.
Las mandíbulas están hechas de acero fundido y están recubiertos por placas de trituración de acero al manganeso, u otras aleaciones, fijadas a las mandíbulas a través de pernos. La superficie de estas placas pueden ser lisa, corrugada o acanalada longitudinalmente, este último es bastante utilizado para tratar materiales duros.
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Imagen 4 Diagrama de una trituradora de mandíbulas. Fuente: http://www.monografias.com/trabajos69/trituracion-mineral/trituracion-mineral2.shtml
Imagen 5 Partes principales de una trituradora de mandíbulas. Fuente: http://www.monografias.com/trabajos69/trituracion-mineral/trituracion-mineral2.shtml
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3.2.1.2 Trituradoras de Giratorias (Acción continua):
Existen dos tipos:
Trituradora de eje vertical y apoyo superior
Trituradora de eje vertical y apoyo inferior
Funcionamiento (apoyo superior): Consisten en un eje vertical que esta articulado en la parte superior a un punto (spider) y por la parte inferior a un excéntrico. Este eje tiene un cono triturador (mandíbula móvil). El eje y cono triturador están suspendidos del spider y puede girar libremente. En el movimiento giratorio de este conjunto se va aprisionando a las partículas que entran a la cámara de trituración, fragmentándolas por compresión.
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Imagen 6 Partes principales de una trituradora de giratoria Fuente: http://www.monografias.com/trabajos69/trituracion-mineral/trituracion-mineral2.shtml
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3.2.2 Zarandas Vibratorias:
Las zarandas o cribas vibratorias son máquinas que se utilizan para separar materiales en tamaños diferentes. Se utilizan en diversas industrias: del cemento, minería, construcción, gestión de residuos, etc.
Hay varias tipos de cribas, dentro de las vibratorias, las más importantes son:
Zarandas de Inercia
Zarandas Electromagnéticas
Las características de la criba vibratoria:
De estructura fiable y muy resistente y duradero
Alta eficiencia de análisis de filtro
Ruido por vibración es muy bajo.
Fácil reparación y uso muy seguro
La zaranda está compuesta por un armazón que contiene 1, 2 o 3 pisos de tamices. El tamiz con tejido de diámetro mayor es el superior y el de menor diámetro es el inferior.
Como se observa en las imágenes 7 y 8 el marco está montado sobre tres pares de resortes y atravesado por un eje transversalmente. El eje cuenta con una polea que se acopla a un motor a través de correas trapezoidales. El movimiento del eje con sus contrapesos hace que vibre todo el marco de la zaranda.
El tejido del tamiz está inclinado aproximadamente 20 grados respecto la horizontal. El material ingresa por la parte superior (primer tamiz) y si es de tamaño menor al de la malla pasa al piso inferior, debido a la inclinación y a la vibración el material va pasando y si tiene un tamaño mayor sale por el otro extremo (opuesto al que entró).
De esta manera se consigue clasificar el material en 4 tamaños diferentes en el caso de tener 3 pisos de zarandas.
El material que no pasa por un tamiz se lo denomina “rechazo”.
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Imagen 8 Zaranda vibratoria Liming. Fuente www.break-day.com
Imagen 7 Esquema zaranda tipo telsmith. Fuente www.rylsa.com.com
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3.2.3 Cinta Transportadora
Es un sistema de transporte continuo que consiste en una cinta sin fin con dos poleas (una motora y la otra conducida). La banda es soportada por rodillos de apoyo y de retorno. Los denominados de apoyo se encuentran por debajo de la cinta cargada y los de retorno están en la cinta que regresa vacía. El desplazamiento de la banda se realiza por la acción de arrastre que le transmite la polea motora.
Partes de una cinta
• Banda.
• Rodillos.
• Estructura de soporte.
• Poleas.
• Mecanismo tensor.
• Alimentador.
• Descargador.
• Limpiadores.
Banda: Es uno de los elementos más importante porque le transmite el movimiento al producto a transportar.Puede ser de distintos materiales, como por ejemplo, tela, cuero, goma sintética, metal, etc.
Rodillos: Son cilindros de metal que giran sobre rodamientos anti-fricción. Puede operar grandes distancias en horizontal y oblicuo hasta 25 grados. Transporta diversos materiales en trozos, tales como, minerales, rocas, carbón, clinker,etc.)
La capacidad de la cinta es función del ancho, velocidad, inclinación y características del material transportado. Para que las cintas trabajen correctamente es necesario tensarlas, ya que con el uso se van estirando.
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Imagen 9 Esquema cinta transportadora
Fuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/11/Cinta-transportadora.gif.
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3.3 Dimensionamiento de planta trituradora de piedra caliza
Datos del análisis de la demanda futura (estimación a diez años)
Caliza
Producción Estimada en Tonelada por Mes 23210
Días por mes promedio laborales 24
Producción Estimada en Toneladas por día 967
Horas Laborales por Día 14
Producción Estimada en Toneladas por Hora 69
Tabla 13 Estimación de producción Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
En el cuadro anterior se detalla la producción estimada a diez años, dicha producción se distribuye en un rango de tamaños según productos principales, buscando producir mayores volúmenes de los tamaños intermedios (aptos para hornos horizontales) siendo este sector del mercado en el que más nos interesa participar.
APTA PARA HORNOS VERTICALES 5” – 8”
APTA PARA HORNOS HORIZONTALES: TIPO 1 ½” – ¾”
APTA PARA HORNOS HORIZONTALES: TIPO 2 ¾”–1 ½”
APTA PARA HORNOS HORIZONTALES: TIPO 3 1½” – 2”
Tabla 14 Tamaños comerciales Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
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Tipo de material: Piedra caliza, con respecto a la dureza del material consideraremos queda comprendida dentro del rango de dureza media.
La demanda estipulado es de 69 Tn / hs, sin embargo durante el proceso se produce entre un 15 y 16 % de arena de caliza, con tamaño menor a ½”, es un producto que se produce por el tipo de proceso, que será vendido pero que no está comprendido dentro de las 69 Tn/hs, por esta razón corregimos nuestro caudal inicial para poder cumplir con la demanda deseada:
Q = 1,16 * 69 Tn/hs =82,14 Tn/hs
Este sería nuestro caudal inicial de trabajo, a partir del cual dimensionaremos y seleccionaremos nuestras maquinas trituradoras. Para comenzar con el dimensionamiento de la trituradora primaria, tomamos este Q y le restamos el 15% (anteriormente explicado, por condiciones de voladura ya cumple con el tamaño de salida de la trituradora primaria).
Q = 0,85 *82,14 = 69, 82 Tn/hs
3.3.1 Selección trituradora primaria
A partir de los datos provenientes del desarrollo anterior buscaremos seleccionar la trituradora primaria que mejor se ajuste a nuestras necesidades, intentando optimizar tamaños y costo de la trituradora.
Siendo el tamaño máximo de producto requerido de 8”a 5” utilizaremos una trituradora que nos otorgue a la salida toda la producción con un tamaño menor a 8”.
A partir de esta condición y del caudal utilizado, consideramos dos trituradoras posibles:
a) Trituradora de mandíbula Telsmith 20x36 @ 5” Qmax: 115 Tn/hsb) Trituradora de mandíbulas Telsmith 15x38 @ 3 ½” Qmax: 76 Tn/hs
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Descartaremos la primera opción, en primer lugar por que maneja un caudal mayor al necesario y en segundo lugar porque nos entrega un 38% de producto entre 8-5”, que no es en el cual buscamos volcar nuestra mayor producción. A partir de esto seleccionamos la opción b:
Trituradora de mandíbulas Telsmith 15x38 @ 3 ½” Qmax: 76 Tn/hs
Curva granulométrica Trituradora Telsmith 15x38.
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Gráfico 8 Curva granulométrica Trituradora Telsmith 15x38.Fuente: Tablas y Ábacos de la cátedra Industrias 1 UBA
Imagen 10 Trituradora de mandíbulas tipo Telsmith. Fuente: www.trituradoras.net
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Como la trituradora debe trabajar con el caudal máximo, o muy próximo a él, dimensionaremos el resto de las instalaciones en base a los caudales máximos de las trituradoras.
Por lo anterior el caudal que deberá pasar por la trituradora primaria será: 76 Tn/hs, y como esto representa el 85% del caudal que ingresa a la planta, este caudal total es de: 76 Tn/hs/85% = 89,4Tn/hs
Granulometría:
5”- 6” 20 % 17,88 Tn/hs Producto final tamaño 5”-8”
2”-5” 60 % 53,64 Tn /hs Caudal trituradora secundaria
1 ½”-2” 8 % 7,152 Tn/hs
¾”-1 ½” 6 % 5,364 Tn/hs
½”-3/4” 3 % 2,682 Tn/hs
<1/2” 3% 2,682 Tn/hs
Tabla 15 Cantidad producida por la trituradora de mandíbulas por hora. Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
* Se tuvo en cuenta el 15 %, que no paso por la trituradora primaria pero sigue su granulometría.
Cálculo realizado: % granulométrico * Q inicial
3.3.2 Selección trituradora secundaria
La selección de la trituradora secundaria la realizaremos en base a dos condiciones principales:
- El caudal a utilizar es el correspondiente al tamaño 2”-5”, proveniente de la primaria, ya que es el que no corresponde a ninguno de nuestros productos y debe seguir triturándose.( Q = 53,64 Tn/hs)
- Toda la producción saliente debe tener un tamaño menor a 2”, que es el tamaño máximo del resto de nuestros productos.
A partir de estas dos condiciones, preseleccionamos 4 posibles trituradoras cónicas:
- Nº 24 @ 1 ¼” - Se descarta debido a que L.abierto max < 5” (tamaño max. Q)- Nº 36 @ 1 ¼” - Q max = 89 Tn/ hs- Nº 48 @ 1 ¼” - Qmax =170 Tn/hs, se descarta por caudal innecesario.- Nº 66 @ 1 ¼” - Qmax = 320 Tn/hs, se descarta por caudal innecesario
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Por lo tanto seleccionamos la Trituradora cónica Telsmith Nº 36 @ 1 ¼”, aún nos falta seleccionar el manto, de los tres posibles: Medium, Course y Extra Course, seleccionaremos el Course, ya que el Medium no tiene el tamaño de lado abierto necesario (4 ½” < 5), y el Extra Course es más costosa. Por lo tanto elegimos:
Trituradora cónica Telsmith Nº 36 @ 1 ¼” Course.
Curva Granulométrica Trituradora cónica Telsmith Nº 36
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Imagen 11 Trituradora cónica Telsmith Nº 36. Fuente: http://www.aggregatepros.com/UsedEquipmentConeCrusherIndex.html
Gráfico 9 Curva granulométrica Trituradora Cónica Telsmith Nº36Fuente: Tablas y Ábacos de la cátedra Industrias 1 UBA
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Granulometría:
1 ½”-2” 25 % 22,25 Tn/hs
¾”-1 ½” 45 % 40,05 Tn/hs
½”-3/4” 10 % 8,9 Tn/hs
<1/2” 20 % 17,8 Tn/hs
Tabla 166 Cantidad producida por la trituradora cónica por hora. Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
Cálculo realizado: % granulométrico * Q Max trituradora secundaria
3.3.3 Granulometría final de la producción.
Una vez realizada la selección de ambas trituradoras podemos calcular los volúmenes definitivos según tamaños de nuestra producción:
5”- 6” 14,28 % 17,8 Tn/hs Producción total :
104.148 Tn/hs1 ½”-2” 23,59 % 29,402
¾”-1 ½” 36,4 % 45,364
½”-3/4” 9,29 % 11,582
<1/2” 16,43 % 20,482 Producto sec. del proceso
Tabla 17 Producción total horaria Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
Como se puede observar se cumple con la demanda estipulada y se logran mayor producción de los productos intermedios, siendo este el sector del mercado al cual apuntamos.
Igualmente se deberá reajustar los turnos de trabajo debido a la imposición impuesta por los caudales de trabajo de las trituradoras. Lo cual generara, probablemente, una mayor cantidad de horas de trabajo de la primaria que de la secundaria, ya que esta tiene una capacidad menor.
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Esto generara la necesidad de generar un pulmón delante de la trituradora secundaria para que esta pueda trabajar con pleno caudal.
3.3.4 Dimensionamiento de zarandas
Debido a la cantidad de tamaños distintos de productos deseados, y al proceso de trituración vamos a necesitar dos zarandas vibratorias una triple y una doble
Esquema 1: Zaranda Triple. Cantidad en Tn/h
Esquema 2: Zaranda Doble. Cantidad en Tn/h
A partir del esquema anterior, y los caudales pre calculados pasaremos a dimensionar las zarandas (Q1 corresponde a la sumatoria del caudal inicial más el de la secundaria).
Área = (Alimentación – sobretamaño) / (a.b.c.d.e.f)
Por lo tanto debemos calcular los distintos factores para ambas zarandas:
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Factor A: Tomamos como material piedra partida.
A(5) = 4,07 A(0,75) = 1,8
A(2) = 3,1 A(0,5) = 1,4
A(1,5) = 2,68
Factor B: Porcentaje de sobre tamaño.
B = (17,8 / 178,4)*100 = 9,98 %
B = (53,64 / 160,6 )*100 = 33,4 %
B = (29,402/106,96 )*100 = 27,49 %
B = (45,364 / 77,558)*100 = 58,49 %
B = (11,582 / 32,194)*100 = 35,98%
Haciendo las interpolaciones correspondientes nos quedan:
B = 1,05 B = 0,866
B = 0,9698 B = 0,962
B = 0,9875
Factor C = Trabajamos con eficiencia Standard, C = 1
Factor D = Finos que pasan por mitad de tamaño. El cálculo se realizó utilizando las curvas granulométricas según la siguiente ecuación:
((% mitad de tamaño* Qinicial + % mitad de tamaño*Q secundaria)/alimentación)*100
D(5)=(0,28*89,4+89)/178,4 = 63,92 %
D(2)=(0,38*89+0,08*89,4)/160,6 = 25,51%
D(1,5) =(32,294/ 106,96) = 30,19 %
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D( 0,75) =(0,03*89,4+0,17*89)/77,558 = 22,96%
D(0,5)=(0,015*89,4+0,12*89)/32,194= 37,34%
Haciendo las interpolaciones correspondientes nos quedan:
D = 1,557 D = 0,7296
D = 0,755 D = 0,947
D = 0,8
Factor E: Zarandeo seco, E=1
Factor F: Según posición del piso.
F= 1 F= 1
F= 0,9 F= 0,9
F= 0,75
Ya con todos los factores calculados, usamos la ecuación del principio para calcular el área teórica y luego elegimos entre las zarandas estandarizadas, las que poseen el valor inmediato superior al área de mayor tamaño.
A= 24,136 ft 2 A= 28,31 ft 2
A=52,359 ft 2 A= 17,84 ft 2
A= 48,843 ft 2
Por consiguiente seleccionamos las zarandas:
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Zaranda Telsmith vibro King 4x14 T
Zaranda Telsmith vibro King 3x10 D
3.4 Dimensionamiento de planta trituradora de materiales pétreos
Datos del análisis de la demanda futura (estimación a diez años)
Pétreos
Producción Estimada en Tonelada por Mes 61891
Días por mes promedio laborales 24
Producción Estimada en Toneladas por día 2579
Horas Laborales por Día 14
Producción Estimada en Toneladas por Hora 184
Tabla 18 Estimación de producción Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
En este caso presentamos el cuadro de resultado del análisis de la demanda a diez años de los materiales triturados pétreos, en este caso se divide solamente en dos rangos de tamaños (ver tabla 19), de los cuales buscaremos optimizar el volumen de los productos de mayor tamaño ya que a costos similares estos se venden a un precio mayor.
ARENA DE TRITURACIÓN < 4,75mm
PIEDRA PARTIDA <19mm
Tabla 19 Tamaños comerciales Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
Tipo de material: Triturados pétreos, con respecto a su dureza consideraremos que queda comprendida dentro del rango de dureza dura.
La demanda estipulada es de 184 Tn/hs, en este caso por proceso se produce un producto de tamaño no deseado, pero debido a que existe demanda de este, por lo tanto será vendido , y a que solo se produce de este tamaño un 0,71 % del caudal estimado , no trasladaremos este pequeño porcentaje al caudal inicial.
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Al igual que con la planta de caliza se tendrá en cuenta el 15 % de material , que por características de la voladura , no necesita pasar por la trituradora primaria, por esta razón el caudal inicial es entonces:
Qo= 0,85*184 = 156,4 Tn / hs
3.4.1 Selección trituradora primaria
A partir de los datos provenientes del desarrollo anterior buscaremos seleccionar la trituradora primaria que mejor se ajuste a nuestras necesidades, intentando optimizar tamaños y costo de la trituradora.
En este caso buscaremos la trituradora primara que pueda trabajar con nuestro caudal, y que tenga el mínimo tamaño de salida, ya que en este caso lo tamaños de productos que necesitamos son muy pequeños. Con este criterio seleccionamos:
Trituradora de mandíbula Telsmith 30x42 @ 4” Qmax: 160 Tn/hs
Curva granulométrica Trituradora 30x42
Entonces por el mismo motivo que en la planta de Caliza, trabajar con pleno caudal en las trituradoras, el caudal de entrada a la planta con el que trabajaremos será:
160 Tn/hs / 0,85 = 188 Tn/hs.
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Gráfico 10 Curva granulométrica Trituradora de mandíbula Telsmith 30x42. Fuente: Tablas y Ábacos de la cátedra Industrias 1 UBA
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Granulometría:
> ¾” 93 % 174,84 Tn/hs
< ¾” 7% 13,16 Tn/hs
Tabla 20 Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
* Se tuvo en cuenta el 15 %, que no paso por la trituradora primaria pero sigue su granulometría.
Cálculo realizado: % granulométrico * Q inicial
3.4.2 Selección trituradora secundaria
La elección de la trituradora secundaria en este caso se basara en los siguientes criterios:
- Buscaremos optimizar la producción de triturados entre 4,75 mm y ¾”, ya que es el sector del mercado que más nos interesa, para esto buscaremos que alrededor de un 40 % del material a la salida de la secundaria tenga un tamaño mayor a ¾”, ya que este luego irá a una terciaria aumentando el volumen de triturados en nuestro rango deseado.
- El Qsecundario = 174,84 Tn/hs, que pertenece al caudal que está por encima del tamaño máximo de ¾”, buscaremos una trituradora que pueda manejar este caudal.
Con estas condiciones encontramos solamente una trituradora secundaria que nos sirve:
Trituradora cónica Telsmith Nº 66 @ ¾ ” Qmax=200 tn/hs.
En la selección del manto, en este caso en el que la trituradora primaria ya nos otorga un tamaño relativamente pequeño, el lado abierto de ambos mantos es mayor al tamaño de salida; por lo tanto seleccionaremos al más económico, el médium, queda seleccionada entonces la trituradora secundaria:
Trituradora cónica Telsmith Nº 66 @ ¾ ” Medium
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Curva Granulométrica T rituradora cónica Telsmith Nº 66
Trabajando a pleno caudal, 200 Tn/hs, obtendremos la siguiente granulometría:
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Imagen 12: trituradora telsmith n° 66. Fuente: www.rockanddirt.com
Gráfico 11 Curva granulométrica Trituradora Telsmith Nº66. Fuente: Tablas y Ábacos de la cátedra Industrias 1 UBA
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Granulometría:
1 ¼”-3/4” 38 % 76 Tn/hs Caudal de trituradora terciaria
¾”- 0,187” 50 % 100 Tn /hs
< 0,187” 12 % 24 Tn/hs
Tabla 21 Cantidad producida por la trituradora cónica por hora Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
Cálculo realizado: % granulométrico * Q secundario
3.4.3 Selección Trituradora terciaria
Para la elección de la trituradora terciaria debemos buscar una trituradora que maneje el caudal utilizado (Q = 76 Tn/hs), pero a su vez nos de toda la producción por debajo de los ¾ “. Debido al gran caudal manejado no se encuentra entre nuestras tablas una trituradora que cumpla ambas condiciones, pero si existe una que maneja ese caudal y nos da un 2% de tamaño mayor a ¾ “, el cual consideramos aceptable ya que es un producto ubicable en el mercado, y además el 2% del caudal terciario, trasladado al caudal inicial nos da tan solo un 0,7% del mismo.
Por lo tanto seleccionamos la trituradora:
Trituradora cónica Telsmith Nº 48 @ ½ ” Medium (Qmax= 85 Tn/hs)
El manto se seleccionó siguiendo el criterio explicado en el punto 3.3.2.
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Curva Granulométrica Trituradora cónica Telsmith Nº 48
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Imagen 13 Trituradora Telsmith n°36. Fuente: www.marketbook.es
Gráfico 12 Curva granulométrica Trituradora Telsmith Nº48. Fuente: Tablas y Ábacos de la cátedra Industrias 1 UBA
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Obteniendo una granulometría (caudal de trabajo 85Tn/hs) de:
Granulometría:
1”-3/4” 2 % 1,70 Tn/hs
¾”- 0,187” 68 % 57,8 Tn/hs
< 0,187” 30 % 25,5 Tn/hs
Tabla 22 Cantidad producida por la trituradora cónica por horaFuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
Cálculo realizado: % granulométrico * Q terciario
3.4.4 Granulometría final de la producción.
Una vez realizada la selección de ambas trituradoras podemos calcular los volúmenes definitivos según tamaños de nuestra producción:
1”-3/4” 0,76 % 1,70 Tn/hs
¾”- 0,187” 76,95 % 170,96 Tn/hs
< 0,187” 22,81 % 49,5 Tn/hs
Tabla 23 Cantidad total producida por horaFuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
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3.4.5 Dimensionamiento de zarandas
Debido al alto caudal manejado se utilizaran dos zarandas, una intermedia entre la trituradora primaria y la secundaria, para disminuir el caudal entrante a la secundaria (los productos que ya cumple con los tamaños de salida de la trituradora secundaria van directamente a la segunda zaranda), y una segunda zaranda final.
A la zaranda primaria ingresa un caudal mayor debido a que existe un pulmón, aguas arriba, de tal forma que a la trituradora secundaria le llegue un caudal constante.
Este pulmón se colocó antes de la zaranda para disminuir el número de cintas de la instalación.
Esquema 3: Zaranda Simple. Cantidad en Tn/h
Esquema 4: Zaranda Doble. Cantidad en Tn/h
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A partir del esquema anterior, y los caudales precalculados pasaremos a dimensionar las zarandas
(Q1 corresponde a la sumatoria del caudal inicial más el de la terciaria).
Área = (Alimentación – sobretamaño) / (a.b.c.d.e.f)
Por lo tanto debemos calcular los distintos factores para ambas zarandas:
Factor A: Tomamos como material piedra partida para ¾” y arena para 0,187”
A(0,75) = 1,8 A(0,75) = 1,8
A( 0,187) = 0,9
Factor B: Porcentaje de sobre tamaño.
B = (198,276 / 213,2)*100 = 93 %
B = (77,7 / 298,16)*100 = 26,06 %
B = (170,96/220,46)*100 = 77,54%
Haciendo las interpolaciones correspondientes nos quedan:
B = 0,47 B = 0,992
B = 0,7246
Factor C = Trabajamos con eficiencia Standard, C = 1
Factor D = Finos que pasan por mitad de tamaño. El cálculo se realizó utilizando las curvas granulométricas según la siguiente ecuación:
Para la primera zaranda:
((% mitad de tamaño* Qinicial)/alimentación)*100
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Para la zaranda secundaria:
((% mitad de tamaño*Qpasa por la primera zaranda+% mitad de tamaño*Qsecundaria+ +% mitad de tamaño* Qterciaria)/alimentación)*100
D(3/4”)=((0,035*213,2)/213,2)*100 = 3,5
D(3/4” )=((0,035*13,16+0,56*200+0,30*85)/298,16)*100 = 46,27%
D(0.187”) =((0.1*200+0,15*85)/220,46)*100 = 14,85% ; consideramos que el caudal que paso de la primera zaranda se encuentra todo entre 0,187 y ¾.
Haciendo las interpolaciones correspondientes nos quedan:
D = 0,165 D = 1,1254
D = 0,623
Factor E: Zarandeo seco, E=1
Factor F: Según posición del piso.
F= 1 F= 1
F= 0,9
Ya con todos los factores calculados, usamos la ecuación del principio para calcular el área teórica y luego elegimos entre las zarandas estandarizadas, las que poseen el valor inmediato superior al área de mayor tamaño.
A= 106,914 ft 2 A= 109,708 ft 2
A= 135,374 ft 2
Por consiguiente seleccionamos las zarandas:
Zaranda Telsmith vibro King 7x16 S
Zaranda Telsmith vibro King 7x20 D
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Imagen 14 esquema de montaje en altura de una zaranda vibratoria.
Fuente: www.tecmaqsrl.com
Imagen 15 zaranda de un pisoFuente: gloproyectos.blogspot.com
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3.5 Lay Out Planta de piedra caliza
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Plano 1 Instalacion de piedra Caliza. Fuente: Elaboración Propia
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3.5.1 Dimensionamiento de los stocks intermedios y finales de Caliza
A partir de la distribución en la planta de los equipos debemos calcular el tamaño de los stocks que se encuentran en la planta. Al apilar el material este se apila en forma de cono. El cálculo para el volumen de un cono es el siguiente:
V= Volumenr = Radioh = AlturaP = Peso
Siendo α el ángulo de rozamiento interno del material y γ el peso específico. En caso de la piedra caliza α = 35° y γ = 2,75 tn/m3. Tomamos el stock que se encuentra antes de la trituradora secundaria para dimensionar siendo los cálculos iguales para el resto de los stocks.
Peso = 580 tn
Por lo tanto el stock previo a la trituradora secundaria tendrá 13,2 metros de diámetro por 4,6 metros de altura. Realizando los mismos cálculos para los demás stocks obtenemos los siguientes resultados (ver tabla 24)
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Tamaño de piedra Cantidad (en Tn) Diámetro Altura
0’’ – 6 ’’ (salida primaria) 1000 15,8 metros 5,55 metros
2’’ – 5 ’’ (no a la venta) 580 13,2 metros 4,62 metros
5’’ – 6 ’’ 200 4,63 metros 3,25 metros
1 1/2’’ – 2 ’’ 220 4,81 metros 3,37 metros
3/4’’ – 1 1/2 ’’ 320 5,41 metros 3,80 metros
1/2’’ – 3/4 ’’ 90 3,55 metros 2,50 metros
< 1/2’’ 145 4,16 metros 2,91 metros
Tabla 24 Tamaños de Stocks. Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
Cabe destacar que es preferible que las trituradoras funcionen a su máxima capacidad por un período menor de tiempo que hacerlas trabajar con un caudal menor por una mayor cantidad de tiempo. Esto es porque el motor de la trituradora tiene un mejor rendimiento a plena carga. Por eso es necesario indicar cuanto tiempo debe trabajar cada una. Decidimos que la trituradora primaria trabaje durante 11 horas, mientras que la secundaria durante 6,5 horas. De esta manera se cubre la demanda establecida por el estudio de mercado, dejando horas disponibles para aumentar la capacidad de la planta en caso de aumentar la demanda.
3.5.2 Dimensionamiento de las cintas transportadoras de Caliza
Para dimensionar las cintas transportadoras de caliza vamos a seguir el procedimiento enseñado en clase. Vamos a seleccionar la cinta que va desde la primaria hacia el stock que se encuentra después de dicha trituradora. Su caudal máximo es de 89,4 Tn/h, suponemos que lo transporta a una distancia horizontal de 15 metros y 6,5 metros de altura.
Considero que en este caso el material es no uniforme y muy poco abrasivo. Por lo que selecciono la cinta de 18’’ de la tabla de máxima velocidad de la cinta. Con V = 400 rpm. Además el peso promedio de la caliza es de 100 lbs. / ft3. Luego ingreso a la tabla de máxima capacidad y, conociendo el ángulo de sobrecarga de 25° de la caliza, selecciono el ángulo entre rodillos que en este caso es de 20°. Con estos datos obtengo el
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caudal máximo de 56 Tn US / hora. Este valor se encuentra a velocidad de 100 rpm y para un peso de 100 lbs. / ft3, por lo que necesito encontrar la verdadera capacidad.
Por lo que la cinta alcanza para transportar el caudal necesario.
D = distancia (ft)
Para calcular la potencia necesaria para operar la cinta necesitamos obtener los factores X, Y y Z
Potencia = (X + Y + Z) * 1,1
De las tablas obtengo
X = 0,47
Y = 0,57
Z = 2,02
P = (0,47 + 0,57 + 2,02) * 1,1 = 3,36 HP 3,5 HP
Por último necesitamos conocer la cantidad y la distancia entre rodillos, por eso para una cinta de 18’’ y un peso específico de 100 lbs. / ft3, la distancia entre rodillos de ida recomendada es de 5 ft y de regreso de 10 ft.
El procedimiento es similar para calcular las otras cintas que se encuentran en la instalación, en el siguiente cuadro quedan reflejados los resultados. Para obtener algunos valores fue necesario interpolar las tablas.
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Cinta N° Caudal Ang entre rodillos Vel (fpm) Pot (HP)
1 100 Tn US/h 20 ° 400 3,5
2 100 Tn US/h 20 ° 400 2,5
3 60 Tn US/h 20 ° 400 2
4 100 Tn US/h 20 ° 400 3,5
5 100 Tn US/h 20 ° 400 2,5
6 20 Tn US/h 20 ° 400 1
7 33 Tn US/h 20 ° 400 1,5
8 50 Tn US/h 20 ° 400 2
9 13 Tn US/h 20 ° 400 1
10 22 Tn US/h 20 ° 400 1
Tabla 25 Características de las cintas. Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
Dimensiones
Cinta N° Ancho Dist. (ft) Altura (ft) Cant. rodillos ida Cant. rodillos retorno
1 18’’ 50 20 11 + 1 plano 4
2 18’’ 50 10 11 + 1 plano 4
3 18’’ 50 20 11 + 1 plano 4
4 18’’ 50 20 11 + 1 plano 4
5 18’’ 50 10 11 + 1 plano 4
6 18’’ 50 15 11 + 1 plano 4
7 18’’ 50 15 11 + 1 plano 4
8 18’’ 50 15 11 + 1 plano 4
9 18’’ 50 15 11 + 1 plano 4
10 18’’ 50 15 11 + 1 plano 4
11 18’’ 50 10 11 + 1 plano 4
Tabla 26 Características de las cintas. Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
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Imagen 16 Instalacion de cintas transportadoras en una Planta trituradora de piedra caliza. Fuente: www.trituradora.net
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3.6 Lay Out Planta trituradora de Pétreos
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Plano 2 Instalacion productora de Pétreos Fuente: Elaboración Propia
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3.6.1 Dimensionamiento de los stocks intermedios y finales de Pétreos
Para la instalación de pétreos las ecuaciones a utilizar son las mismas que las de caliza, cambiando los parámetros intrínsecos del material
V= Volumenr = Radioh = AlturaP = Peso
Siendo α el ángulo de rozamiento interno del material y γ el peso específico. En caso de la piedra caliza α = 20° y γ = 1,4 tn/m3. Tomamos el stock final del material que se encuentra en ¾ ‘’ y 0,187 ‘’ para dimensionar siendo los cálculos iguales para el resto de los stocks.
Peso = 2800 tn
Por lo tanto el final del material entre ¾’’ y 0,187 ’’ tendrá 32 metros de diámetro por 5,9 metros de altura. Realizando los mismos cálculos para los demás stocks obtenemos los siguientes resultados.
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Tamaño de piedra Cantidad (en Tn) Diámetro Altura
0 ’’ – 7 ’’ 2820 17,4 metros 6,35 metros
¾’’ – 1 ¼’’ 1100 12,7 metros 4,65 metros
0,187’’ – ¾’’ 2200 16 metros 5,85 metros
< - 0,187’’ 650 10,8 metros 3,90 metros
Tabla 27 Tamaños de Stocks Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
Cabe destacar que es preferible que las trituradoras funcionen a su máxima capacidad por un período menor de tiempo que hacerlas trabajar con un caudal menor por una mayor cantidad de tiempo. Esto es porque el motor de la trituradora tiene un mejor rendimiento a plena carga. Por eso es necesario indicar cuanto tiempo debe trabajar cada una. Decidimos que la trituradora primaria trabaje durante 15 horas, y que la secundaria y la terciaria trabajen durante 13,5 horas. De esta manera se cubre la demanda establecida por el estudio de mercado, dejando horas disponibles para aumentar la capacidad de la planta en caso de aumentar la demanda.
3.6.2 Dimensionamiento de las cintas transportadoras de Pétreos
Para dimensionar las cintas transportadoras de caliza vamos a seguir el procedimiento enseñado en clase. Vamos a seleccionar la cinta que va desde la segunda zaranda hacia el stock final de piedras que están entre ¾’’ y 0,187’’. Su caudal máximo es de 171 Tn/h, suponemos que lo transporta a una distancia horizontal de 30 metros y 6,5 metros de altura.
Considero que en este caso el material es uniforme y semi-abrasivo. Por lo que selecciono la cinta de 24’’ de la tabla de máxima velocidad de la cinta. Con V = 350 rpm. Además el peso promedio de los pétreos es de 90 lbs. / ft3. Luego ingreso a la tabla de máxima capacidad y, conociendo el ángulo de sobrecarga de 10° de la caliza, selecciono el ángulo entre rodillos que en este caso es de 35°. Con estos datos obtengo el caudal máximo de 102 Tn US / hora. Este valor se encuentra a velocidad de 100 rpm y para un peso de 100 lbs. / ft3, por lo que necesito encontrar la verdadera capacidad.
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Por lo que la cinta alcanza para transportar el caudal necesario.
D = Distancia
Para calcular la potencia necesaria para operar la cinta necesitamos obtener los factores X, Y y Z
Potencia = (X + Y + Z) * 1,1
De las tablas obtengo
X = 0,63
Para obtener Y necesito interpolar entre el valor para una longitud de 100 pies los caudales entre 150 y 200 Tn US/h. La cuenta a realizar es la siguiente:
Por lo que Y = 1,32
Realizamos un interpolación similar para obtener Z = 3,83
P = (0,63 + 1,32 + 3,83) * 1,1 = 6,36 HP 6,5 HP
Por último necesitamos conocer la cantidad y la distancia entre rodillos, por eso para una cinta de 24’’ y un peso específico de 100 lbs. / ft3, la distancia entre rodillos de ida recomendada es de 4 ft y de regreso de 10 ft.
El procedimiento es similar para calcular las otras cintas que se encuentran en la instalación, en el siguiente cuadro quedan reflejados los resultados. Para obtener algunos valores fue necesario interpolar las tablas.
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Cinta N° Caudal Ang entre rodillos Vel (fpm) Pot (HP)
1 207 Tn US /h 35 ° 350 7
2 235 Tn US/h 35 ° 350 5
3 220 Tn US/h 35 ° 350 5
4 15 Tn US/h 20 ° 300 1
5 15 Tn US/h 20 ° 300 1
6 15 Tn US/h 20 ° 300 1
7 305 Tn US/h 35 ° 350 3
8 305 Tn US/h 35 ° 350 6
9 85 Tn US/h 20 ° 300 2,5
10 95 Tn US/h 20 ° 300 2,5
11 55 Tn US/h 20 ° 300 2
12 190 Tn US/h 35° 350 6,5
Tabla 28 Características de las cintas. Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
Dimensiones
Cinta N° Ancho Dist. (ft) Altura (ft) Cant. rodillos ida
Cant. rodillos retorno
1 24’’ 100 20 26 + 1 plano 9
2 24 ‘’ 50 10 14 + 1 plano 4
3 24 ‘’ 35 10 10 + 1 plano 4
4 18 ‘’ 50 10 11 + 1 plano 4
5 18’’ 100 10 21 + 1 plano 9
6 18 ‘’ 50 10 11 + 1 plano 4
7 24 ‘’ 12,7 0 4 + 1 plano 2
8 24 ‘’ 24,3 10 8 + 1 plano 3
9 18 ‘’ 50 15 11 + 1 plano 4
10 18 ‘’ 50 15 11 + 1 plano 4
11 18 ‘’ 50 15 11 + 1 plano 4
12 24’’ 100 20 26 + 1 plano 9
Tabla 29 Características de las cintas. Fuente: Elaboración propia a partir de los cálculos
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4 Referencias y Bibliografía
Instituto Nacional de Estadísticas y Censos
Ministerio de Planificación - Secretaria de Energía (www.energia.gov.ar)
Asociación de Distribuidores de Energía Eléctrica (www.adeera.com.ar)
Instituto Nacional de Tecnología Minera – SEGEMAR
“La minería de Córdoba”(2009) Aldo Bonalumi – Secretaría de Minería
Instituto de Estadísticas y Regulación de la Industria de la Construcción – IERIC (www.ieric.gov.ar)
www.trituradoras.com
Apuntes de la cátedra de Industrias 1. Facultad de Ingeniería. Universidad de Buenos Aires
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