DISEÑO DE TOLVAS

Ing: Ramiro SIUCE BONIFACIO

UNA TOLVA

• Es un equipo de almacenamiento de mineral ya sea grueso o fino, la cual se compone de dos partes:

• Una sección convergente situada en su parte inferior a la que se conoce como boquilla, la cual puede ser de forma cónica o en forma de cuña, y

• Una sección vertical superior que es la tolva propiamente dicha, la cual proporciona la mayor parte del volumen de almacenamiento de mineral.

• El diseño de tolvas, canchas stock y carros mineros se utiliza mucho la densidad aparente del mineral “ρa”

ρ a= Pesode MuestraVolumendel recipiente

¿

• La gravedad especifica de un mineral “G.E” es igual a la densidad del mineral entre la densidad del agua.

OBJETIVO DE LA TOLVA DE GRUESOS:• Deposito donde se almacena el mineral que viene de la mina

para alimentar a las chancadoras o circuito de chancado.• Están fabricadas de concreto armado o de madera forradas con

planchas de hierro.• La boca de recepción de mineral en la parte superior tiene

forma cuadrada o rectangular y el fondo es inclinado.• La boca de recepción tiene una parrilla de rieles usados que

impiden el paso de mineral grueso a los alimentadores y chancadoras.

• La separación entre riel y riel se llama luz.

DISEÑO DE TOLVAS• Es necesario tener un criterio aproximado sobre diseño de

almacenamiento de minerales. • Las tolvas de gruesos generalmente tienen la forma de

paralelepipedo con un plano inclinado en el fondo para facilitar la descarga y son mayormente de concreto,

• las de finos son cilíndricas con el fondo cónico y de fierro. Independiente de la concepción de ingeniería de un proyecto de tolva, se desea puntualizar algunos criterios que todo metalurgista debería conocer como concepto básico.

INCLINACIÓN DEL FONDO DE TOLVASEl ángulo mínimo de inclinación de una tolva depende de:• Granulometría del mineral• Porcentaje de finos• Porcentaje de humedad

• Son característicos de toda concentradora y en particular de cada sección de la misma

• Para la cantidad demuestra necesaria se proporciona el siguiente cuadro y se observa que depende de la granulometría:

• El ángulo de reposo se estima formando un montón con la muestra representativa, dejando caer la misma desde una altura determinada sin ejercer presión sobre la carga, el ángulo que forma sobre el piso el talud representara el ángulo de reposo.

• La inclinación de la caída de tolva que permita que el mineral fluya es aproximadamente15 grados más que el ángulo de reposo.

β = α + 15°

Angulo de reposo: viene a ser aquel ángulo sobre el cual un mineral sólido comienza a deslizarse.•  Ejemplos: Materiales Angulo de reposo• Arcilla húmeda 17°• Antracita 27°• Arena fina 31°• Tierra seca 39°• Grava 39° - 48°

CONSIDERACIONES PRELIMINARES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE TOLVA.

• 1) Capacidad de almacenamiento de Tm según abastecimiento.• 2) Densidad aparente del mineral en tm/m3.• 3) Localización y topografía del terreno.• 4) Propósito de la tolva y el efecto que tendrían sus dimensiones básicas.• 5) Material de construcción de la tolva.• 6) Angulo de reposo del mineral a almacenar.• 7) Angulo de la tolva =ángulo de reposo del mineral + 15 grados.• 8) Volumen inútil de 15 a 30 % del volumen total• 9) Porcentaje de humedad del mineral.

• Vi = Volumen inútil• Vt = Volumen total• D = diámetro tolva• H = altura tolva

FORMULAS PARA EL DISEÑO DE TOLVA𝑉𝑖𝑉𝑡=

13𝑡𝑔 𝛽( 𝐷𝐻 ) 𝑉𝑡= 𝜋 𝐷2𝑥𝐻

4

𝑉𝑖= 𝜋 𝐷2h4

− 13𝜋𝐷2h4

=16𝜋 𝐷2h 𝑡𝑔 𝛽=

2h𝐷

h=𝑡𝑔 𝛽(𝐷2 )

𝑉𝑖= 112 𝜋 𝐷

3𝑡𝑔 𝛽

DIMENSIONES BÁSICA DE TOLVAS

• Se presentan algunos cálculos primarios para la concepción básica en las dimensiones de tolvas frecuentemente usadas en minería.

TOLVAS DE GRUESOS

• Es un paralelepípedo truncado por un plano inclinado en el fondo, la parte superior generalmente tiene una parrilla para no dejar pasar los materiales más grandes que la recepción de la chancadora, en la parte inferior central tiene una compuerta de descarga.

• El acceso al interior será por una escalerilla, la misma que contara con una soga y cinturón de seguridad.

• T =capacidad, TM.• V = volumen de la tolva, m3

• ρc = densidad corregida , TM/m3

• ρm =densidad del mineral TM/m3

• Fev = factor de espacios vacíos

𝑇=𝑉 𝜌𝑐

𝜌𝑐=(1−𝐹𝑒𝑣 ) 𝜌𝑚

• Para tolva de gruesos se considera 40% de espacios vacíos (Fev = 0.4)

• Para tolva de finos se considera 20% de espacios vacíos (Fev = 0.2)

• NOTA.- El factor de espacios vacíos (Fev) debe calcularse, qué varía de acuerdo a las características del mineral.

• Los valores de Fev = 0,40 y 0,20 para la tolva de gruesos y finos.

• Las tolvas son de dos diseños básicos:• La tolva de flujo masivo.• La tolva de flujo de embudo.• La tolva de flujo expandido.

• Una de las ventajas de las tolvas es que ayuda a proporcionar un flujo uniforme de mineral a los molinos,

• aporta un medio de mezclado para proporcionar una ley de alimentación uniforme a la planta, de manera que el molino puede trabajar en forma continua.

• Los problemas que se encuentran en operación son numerosos, como lo que indican sus paredes deformadas por los golpes, o por haber sido inyectado chorros de aire comprimido o que aún se han atacado con explosivos para restablecer el flujo de mineral.

• Si bien se ha logrado adelantos importantes en el diseño y la operación de las tolvas como son los vibradores.

PARTES DE UNA TOLVA:

• Una sección convergente situada en su parte inferior a la que se conoce como boquilla (la cual puede ser cónica o de forma de cuña).

• Una sección vertical superior que es la tolva propiamente dicha

Secc. Convergente

Secc. Vertical

PROBLEMAS PRINCIPALES QUE OFRECEN LAS TOLVAS Y BOQUILLAS:

• Encampana miento o arqueo. Se interrumpe el flujo de mineral por el puenteo de los materiales sobre la abertura de la boquilla. Fig. a.

• Formación de tubo. el flujo de mineral queda limitado a un canal vertical que se forma arriba de la abertura de descarga, la formación de tubo reduce substancialmente de capacidad efectiva de la tolva. fig b.

• Segregación de partículas. cuando se carga en una tolva las partículas más gruesas tienden a moverse hacia el exterior de la tolva, dando lugar a grandes vacíos en la descarga de la misma. Fig. c.

• Ejemplo: Calcular la capacidad de la tolva de gruesos de la figura, el peso específico del mineral es de 2.6 gr/cc con un porcentaje de humedad de 5%.

• Un mineral con 6% de humedad y de peso específico igual a 2.85 TM/m3 es depositado en una tolva que tiene la forma y las dimensiones especificadas en la figura. Calcular la capacidad de la tolva de Finos en toneladas métricas húmedas.

DISEÑO DE UNA TOLVA DE FINOS

• Se requiere una tolva de finos de las siguientes características:• Forma: cilíndrica con base en forma de cono truncado • Capacidad 500 TM• Densidad del mineral: 2.4 TM/m3 • Altura del cilindro 4.0 m

• Calculo de la altura de la base cónica • Diámetro superior de la base: 7.0 m. • Diámetro inferior de la base: 0.5 m• Angulo de rodamiento del mineral (ángulo de reposo): 49°

30'

• Se aplica la siguiente formula• h1 = (R - r) tg 49°30' h1 = 3.80 m.

• Calculo del lado inclinado de la base

• c = 5.0 m

• Calculo del volumen total• V total = Π x R2 x h + 1/3 Π x h1 (R2 + r2 + R.r )•  

• V total = 153.94 m3 + 52.48 m3

• V total = 206.42 m3.

• Como es una tolva de finos consideramos 20% de espacio vacíos.

•  Ic = (1 - FEV) ρmineral

• Ic = (1 – 0.20) 2.4• Ic = 1.92 TM/m3. • V Total = 206.42 m3 x 1.92 TM/m3

•  V total = 396.33 TM

• Diseñar una tolva para almacenar 2000 ton de un material de calcopirita cuyo ángulo de reposo es 30°, el espacio inútil debe ser el 15% del volumen total. Se pregunta diseñar las dimensiones básicas de la tolva suponiendo que sea cilíndrica. Densidad del material 2,5 ton/m3.

β = α +15°

β = 30° +15° = 45°

De la relación:

De 2 en 1:

…1

…2

H = 18.10 mD = 8.14 m