zarandas vibratorias

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Universidad Tecnolgica Nacional Faculta Regional San Rafael - Dpto. Ingeniera Electromecnica

5 AO

Gua de Clculo ZARANDAS VIBRATORIAS HOJA 1

TP N1

Confeccin Ing. Miguel A. Fortunato

MQUINAS DE ELEVACIN Y TRANSPORTE AO: 2.009 Rev. 00

ZARANDAS VIBRATORIAS

Las zarandas vibratorias forman parte esencial de toda planta clasificadora de ridos. El objetode la zaranda es justamente la clasificacin de los materiales granulares, esto en funcin deltamao de las partculas separndolas de dos o mas fracciones.

El zarandeado es usado con el objetivo de regular el tamao mnimo de los ridos triturados enun circuito abierto, o tambin, para regular y reciclar el tamao mximo de los ridos en uncircuito cerrado.

Para comprender ms claramente el papel que desempea una zaranda, podemos ver elesquema siguiente, que muestra un ejemplo de lo que podra ser una planta clasificadora deridos

Bsicamente, los tipos de zarandas se resumen en:- Zarandas vibratorias- Zarandas rotativas

En general, solamente el 5% de las zarandas instaladas son del tipo rotativo. La separacin conzaranda rotativa es normalmente buena el calidad, pero la capacidad de produccin en relacin altamao o volumen ocupado es bajo, de aqu que se usen poco.

De las zarandas vibratorias el 80% son del tipo inclinada y el 20% son horizontales.La ventaja principal de la zaranda horizontal es la altura reducida de la instalacin. Por encima

de 2 de tamao de clasificacin la zaranda inclinada es considerablemente mejor; entre 2 y3/8 de tamao de clasificacin son semejantes; por debajo de 3/8 la inclinada es consideradams eficiente.

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Como se observa en la figura 1, la zaranda esta formada por un bastidor rgidamente construidocon chapas de acero reforzadas con perfiles abulonados entre si. Esta estructura de acero puede iro bien, apoyada sobre resortes y esto a su vez sobre un soporte metlico; o bien, suspendida porcables de un soporte superior. El primer mtodo constructivo es mas usual, dado que ocupamenos lugar, adems, cuando se trata de armar plantas porttiles es ms sencillo con el uso desoportes inferiores.

El proceso de separacin de acuerdo al tamao de las partculas que llegan a la zaranda serealiza por medio de uno o ms tamices o telas formando uno o ms pisos en la estructura de lazaranda. Estos tamices estn constituidos normalmente por telas metlicas de alambres dedistinto dimetro, tejidos de maneras diferentes y con distintas separaciones entre alambres, loque consecuentemente da tamaos diferentes de abertura o bien, como usualmente se lo conoce,se obtienen mallas diferentes.

La malla es una unidad de medida que indica el nmero de aberturas que caben en una pulgadalineal de un determinado tejido. Adems de la malla, es conveniente indicar el dimetro delalambre, puesto que de esta manera, se puede deducir el tamao de la abertura o pasada dematerial.

Otros tamices estn formados por chapas perforadas; son ms sencillos, pero la eficacia deseparacin es ms reducida.

Cuando se desea una gran capacidad de zarandeado o cribado, la malla de agujeros cuadrado sehace poco eficaz, en una misma zaranda si esta equipada con malla cuadrada y sin cambiar dezaranda, se desea aumentar la capacidad, la solucin es el reemplazo de la malla cuadrada poruna de orificio rectangulares; lgicamente hay un deterioro de la calidad de separacin.

Si se trata de clasificar partculas difciles de separar, o bien hmedas, que tienden a obstruirlos agujeros de la malla, es conveniente el uso de tamices con agujeros alargados, puesto que, deesta manera, las partculas solo tienen dos puntos donde apoyarse.

El uso de tamices con agujeros alargados facilitan y aumentan el volumen del materialclasificado, esto es fcil de entender, pues estas mallas, como hemos visto, aparte de tenercaractersticas apropiadas para el pasaje del material, ofrecen mayor superficie abierta.


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Los tamices se construyen en aleaciones de acero, rico en carbono, estirado en fro o bientemplado y revenido, lo que le confiere resistencia a la abrasin. Otros materiales comunes son:las aleaciones de cobre; que confieren resistencia a la corrosin con la desventaja que el cobre esun material sumamente dctil limitando su uso en zarandas que trabajaran con ridos ominerales.

Para equipos que deben manejar productos alimenticios o sustancias custicas o acidas, esrecomendable el uso de mallas con aleacin de nquel o directamente el uso de mallas de aceroinox del tipo AISI 304, 310 o 410.

Cuando se trata de aleaciones termorresistente se debe recurrir a aleaciones al cromo nquel.Para materiales muy abrasivos o cuando los terrones son muy grandes y pesados, se puede

reemplazar la malla tejida por una malla armada por barrotes de acero al manganeso, resistente ala abrasin.


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La fijacin de las mallas a la zaranda se realiza por medio de enganches. Si se trata de mallastejidas, el enganche se ubica a lo largo de la malla.

Tipos de enganches

Los enganches de la malla sirven para tensarla, adems de sujetarla a la zaranda. La sujecinnormalmente se realiza con bulones laterales, los cuales pueden tensionar la tela con una tuerca obien con tuerca y resorte. Esto es aconsejable ya que si la malla por alguna razn tendiese aaflojarse, los resortes nos garantizan una tensin pareja por un buen margen. Los resortes,adems, permiten que ante cargas bruscas de la zaranda o ante impactos de piedras grandes, lamalla ceda deformndose en su fijacin y respondiendo de manera mas elstica a los impactos,prolongando su vida til.


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Cuando la abrasin e impacto constituyen un problema que combinados es difcil desolucionar, una posible salida es el uso de mallas o barrotes engomados. Al ser golpeado unmaterial de desgaste apropiadamente diseado, la superficie del caucho se deformamomentneamente y absorbe el choque hasta un punto en que la elasticidad vence la inercia,haciendo que el caucho vuelva a su forma original sin aparente desgaste o dao.

El equipo que hemos descripto, logra la clasificacin de los materiales merced a unmovimiento vibratorio que induce a las partculas a desplazarse con movimiento oscilatorioarmnico u oscilatorio rectilneo, pudiendo ser ambos en el sentido del flujo del material o ensentido contrario.

Una zaranda con mecanismo vibratorio oscilatorio presenta el aspecto de la figura ste.

El mecanismo de excitacin esta constituido por un eje cuya masa central puede o no estardescentrada. El eje se apoya sobre dos rodamientos apropiadamente seleccionados paratransmitir el movimiento oscilatorio a la zaranda. Sobre los extremos del eje, se montan dosvolantes con contrapesos intercambiables, cuya colocacin o retiro harn variar la amplitud delmovimiento. Finalmente, adyacente a uno de los volantes se instalara una polea acanalada para latransmisin de potencia.


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Estudiaremos este sistema de excitacin con un poco mas de profundidad ya que es el masutilizado, puesto que la eficiencia de separacin es buena cuando el movimiento es en el sentidodel flujo y mejora cuando es en contra flujo.

Para un buen funcionamiento de la zaranda es necesario tener una determinada relacin entreamplitud y frecuencia.

A: amplitud, se define como la mitad del curso del movimiento vibratorio en una determinadadireccin

W: frecuencia, expresada en rad/seg cuyo valor es

)/(.105.030. segradnnW @= p

Entrando n en (rpm)

Relacin frecuencia amplitudEsta relacin esta caracterizada por el coeficiente

gWaK

2.=

Donde: K caracterstica de la zarandaa amplitud, en mmW frecuencia, en rad/seg

g aceleracin de la gravedad, en mm/seg2Normalmente, K varia entre 6 a 3 parea zarandas eficientes: un valor bajo de K dar

rendimiento bajo, mientras que un valor alto de K aumentara los esfuerzos dinmicos, pudiendollegar a la rotura del eje o de los rodamientos.

Un buen movimiento es aquel que hace que la partcula no caiga dos veces en el mismoagujero, ni que la partcula vuele atravesando varias aberturas.

En general se pueden resumir las siguientes conclusiones:Malla de agujeros grande mayor amplitud y menor RPM

Malla de agujeros chicos menor amplitud y mayor RPMPara las zarandas inclinadas, la velocidad de rotacin no debe variar en + - 15% de la rotacin

indicada por el fabricante.La tabla siguiente muestra los valores ms usuales para distintos tamaos de mallas, sus

velocidades de rotacin y amplitud.

Malla 4 3 2 1 1/10Rotacin(rpm)

800 850 900 950 1000 1400 1500


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Amplitud(mm)

6.5 5.5 4.5 3.5 3 2 1.5

Para zarandas inclinadas, la influencia del Angulo de inclinacin puede resumirse ena) Menor Angulo mejor eficienciab) Mayor Angulo mayor capacidadc) Para trabajo con mallas de agujeros grandes, una mayor inclinacin puede compensar una

deficiencia en la vibracin.

La tabla siguiente da los ngulos recomendados para cada tamao de agujero de malla

Angulo 20 18 15 12 10mallas 6-4 4-1 2 1/2- 1 1 1/8

Un inconveniente de este mecanismo se pone de manifiesto en el arranque de la zaranda, desdesu velocidad cero hasta la nominal; y en la parada desde la velocidad nominal hasta la cero.Obviamente, la zaranda vibrara con diferentes frecuencias y pasara en determinado instante porla frecuencia de resonancia de los resortes que la sostienen. Esto ocasiona serias oscilacionessuperiores a las normales, que originan cargas dinmicas mayores que las supuestas yeventualmente, si no esta bien calculado el espacio entre partes mviles y fijas ( tolvas o ductos)se producen choques.

El inconveniente anteriormente descripto se soluciona en parte disponiendo en el mismomecanismo excitatriz, de volantes cuyos contrapesos en lugar de ser fijos son mviles, y adoptanla posicin de trabajo cuando el eje se aproxima a la velocidad nominal

El mecanismo de excitacin oscilatoria rectilnea esta constituido por dos ejes paralelos quepueden estar mecnicamente vinculados con engranajes, o tener movimiento con motoresindependientes. La apariencia de estas zarandas se muestra en las siguientes figuras


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Cada mecanismo tiene una aplicacin definida; axial aquel que tiene movimiento oscilatorioarmnico es el indicado para aplicar en zarandas clasificadoras.

El mecanismo con Mob. Oscilatorio rectilneo es adecuado en cambio para ser usado enzarandas cuya finalidad sea desmoldar piezas fundidas o lavar o separar del lquido piezas que sedesean lavar o secar.

Dimensionamiento de la zaranda

Comenzaremos por determinar las dimensiones de la malla, calculando para eso su superficie.Lo primero que definimos es la capacidadSe entiende por capacidad la cantidad zarandeada por unidad de tiempo, generalmente en m3/h

o t/h. determinar la capacidad de la zaranda es mas problemtico que elegir el tipo.El primer paso a definir es la eficiencia, relacin porcentual entre el material pasante y la

cantidad que tericamente debe pasar

E=)100()(100

.10000

ePep

QpP

--

= %

Q: cantidad total que alimenta a la zaranda (t/h)P: cantidad pasante (t/h)p: % de partculas de tamao pasante (zarandas de ensayo)e: % de partculas no pasantes (zarandas de ensayo)

Si la zaranda se carga con una cantidad excesiva de material, la eficiencia de separacin serbaja, una zaranda as cargada funciona como un simple transportador vibratorio y una cantidadimportante superior a lo que debera ser, sale de la zaranda sin clasificarse.

EjemploUna muestra de alimentacin de Q= 10T, es clasificada, tenindose P=GT. Hecho un anlisis

granulomtrico se sabe que p= 70%, pasante por la malla. Calcular E

Q 10TP 6Tp 70%


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%8610.70

6.10000.

.10000 ===Qp

PE

No es posible determinar un valor fijo de la eficiencia E. Una zaranda clasificadoratrabajando en el final de la lnea puede trabajar con una eficiencia del 90% o mas. Pero mara lamisma zaranda trabajando en una parte intermedia, la eficiencia solo llega al 60 o 70%.

Factores adversos que disminuyen la eficiencia1. Exceso de humedad que tamice la malla2. Cantidad excesiva en la alimentacin que aumenta la altura de la capa al punto de impedir

el acceso de las partculas pasantes a la malla.3. Partculas de forma desfavorable, materiales con ngulos agudos y formas cnicas.4. Alta proporcin de partculas grandes que impiden el acceso a las partculas pequeas a la

tela

Existe una relacin directa entre la capacidad, en T/h, y la sup. de la tela en m2, suponiendoinvariables los siguientes parmetros:

a. Tamao y forma del agujero de la mallab. Dimetro del alambre de la mallac. Anlisis granulomtrico del materiald. Peso y forma del materiale. Frecuencia, amplitud y configuracin del movimientof. Inclinacin de la zarandag. Relacin ancho largo de la telah. Humedad del materiali. EficienciaTodos los grficos y formulas existentes tienen en cuenta estos factores hasta cierto punto. Es

obvio que una formula no puede compensar esas variables.La formula que en general mejor se adapta es:

)(....

2mFDCBA

PS =

S: superficie necesaria (m2)P: cantidad de material que debe pasar por la tela (T/h)

Factores de clculo

A: de acuerdo a la tabla I, se tienen valores bsicos en toneladas./h.m2 de acuerdo al materialB: se elige segn el material que no pasa (retenido) segn la tabla IC: factor resultante de la eficiencia de separacin, se obtiene de la tabla IIID: se determina en % conforme a la tabla IV. Considerar este factor con cuidado si en la

alimentacin hay arena o rocas o piedras grandesE: factor de humedad. Se determina conforme a la tabla V cuando el material esta seco: E=1Para materiales hmedos con porcentajes de agua de 1-10%, se presentan serios problemas de

clasificacin que se solucionan mojando el material con un volumen de agua de 1 a 3 vecesmayor que el volumen de alimentacin de ridos, el agua se distribuye a presin (1.5 a 3 atm)sobre la zaranda.


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F: factor para zaranda mltiple, se elige en la tabla VI segn el nmero de pisos.

Es necesario tener en cuenta que aquellas zarandas que poseen mas de un piso y que presentanuna gran variacin en el tamao de sus mallas no pueden trabajar con la misma eficiencia que laszarandas con solo un piso. Esto se debe a que no pueden manejarse las variables amplitud yfrecuencia para que todos los pisos den un rendimiento o eficacia mxima

Tabla I (factor A (ton./H.m2))

N de mallao

Pulg.

Malla enmm

Arenanatural

O pedregullo

Piedratriturada

Piedra detamaovariable

N 40 0.297 1.4 1.2 0.9N 35 0.420 1.8 1.5 1.1N 28 0.595 2.3 1.9 1.4N 20 0.841 2.8 2.3 1.8N 14 1.19 3.6 3 2.3N 10 1.68 4.5 3.7 2.8N 8 2.38 5.7 4.7 3.61/8 2.94 6.9 5.6 4.3

N 6 3.36 7.3 5.9 4.5N 4 4.76 9 7.5 5.7

6.68 10.8 8.8 6.83/8 9.42 14 11.9 8.8 13.33 16.8 14 10.45/8 15.85 19.4 16 12.1 18.85 21.6 18 13.67/8 22.43 23.6 19.6 14.81 26.64 25.6 21.2 16

1 32 29 24 18.31 38.1 32 26.8 202 50.8 37 31 23.1

2 64 40.5 33.8 25.33 76.1 43 36 26.94 101.6 46.5 38.6 29.15 128.2 49 40.7 30.6

Tabla II factor B

Porcentaje de material que no pasa por la tela% 10 20 30 40 50 60 70 80 85 90 92 94 96 98 00

Fact.B

1.05 1.01 0.98 0.95 0.90 0.86 0.80 0.70 0.64 0.55 0.50 0.44 0.35 0.30 0

Tabla III factor C


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Calidad de separacin eficiencia E% 60 70 75 80 85 90 92 94 96 98

FactC

2.1 1.7 1.55 1.40 1.25 1.10 1.05 1.00 0.95 0.90

Tabla IV factor D

Porcentaje de material menor que la mitad de la malla% 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Fact

D0.55 0.70 0.80 1 1.2 1.4 1.8 2.2 3 -

Tabla V factor E

Factor para material mojado E (agua 100%)Malla 20 20

1/321/32 1/16

1/16 1/8

1/8 3/16

3/16 -3/8

3/8 1/2

Fact.E

1.25 1.50 1.75 1.90 2.10 2.25 2.50

Tabla VI factor F

PisosDe arribaHacia abajo

1 2 3 4

Fact. F 1 0.9 0.75 0.6


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