Clasificadores de aire centrífugos mecánicos

1 de noviembre de 2010 | Por Joseph Muscolino, Sturtevant Inc.

Una mejor comprensión de los sistemas de clasificación de aire y su aplicación puede ayudar a seleccionar el dispositivo adecuado

Los clasificadores de aire centrífugos mecánicos se utilizan ampliamente para procesar agregados, cerámica, productos químicos, alimentos, minerales, metales, plásticos, cenizas volantes y otros materiales. Normalmente se emplean cuando el tamaño de partícula que necesita separar es demasiado fino para filtrar. El producto clasificado por aire puede ser la descarga granular gruesa con muy pocos finos y polvo, o puede ser la descarga de finos con muy poco material grueso.

Los clasificadores de aire eliminan los problemas de cegamiento y rotura asociados con las pantallas. Funcionan equilibrando los principios físicos de fuerza centrífuga, fuerza de arrastre, colisión y gravedad para generar un método de alta precisión para clasificar partículas según su tamaño y densidad. Para materiales secos de malla 100 y más pequeños, la clasificación por aire proporciona el medio más eficaz y eficiente para separar un producto de la corriente de alimentación, para desempolvar o, cuando se usa junto con equipos de molienda, para aumentar la productividad.

Los clasificadores de aire solo se pueden utilizar para el procesamiento en seco. Para eliminar eficazmente los polvos finos, la humedad superficial del alimento debe ser muy baja.

Los clasificadores de aire centrífugos mecánicos son maestros de la precisión. Son una buena opción cuando la curva de separación o el punto de corte es demasiado fino para las mallas (200-400 mallas o más finas), cuando la capacidad es demasiado grande para las mallas (hasta 800 ton/h) y cuando se requiere un ajuste fácil para cumplir con varios requisitos. Especificaciones del producto.

Una de las ventajas más significativas de un clasificador es su proceso seco. Para eliminar el polvo de los agregados, el procesamiento en seco elimina la necesidad de agua o estanques de sedimentación, lo que ahorra dinero y tierra y beneficia al medio ambiente.

Los clasificadores de aire no manejan el trabajo más agresivo que hacen los pulverizadores y funcionan a velocidades mucho más bajas, por lo que el equipo es menos susceptible al desgaste. Con la adición de revestimientos protectores, los clasificadores de aire se pueden usar para procesar económicamente incluso polvos abrasivos, como sílice, cenizas volantes y cerámica.

Los clasificadores de aire tienen la capacidad de separar polvos tan gruesos como malla 80 (180 μm) y tan finos como 2–3 μm. La finura de los productos clasificados por aire se controla mediante un equilibrio preciso entre la cantidad de hojas de rechazo, la velocidad a la que funcionan las hojas de rechazo, la velocidad del flujo de aire y la velocidad a la que se alimenta el material. Incluso con polvos frágiles, los clasificadores de aire rara vez fracturan o degradan partículas porque no funcionan a la velocidad del pulverizador y la mayor parte de la alimentación nunca entra en contacto con las piezas giratorias.

Los clasificadores de aire se pueden usar como un dispositivo de tamaño único en un circuito abierto donde la alimentación se divide en una descarga de finos y una descarga gruesa. Este equipo también puede ser utilizado en circuito cerrado con molinos. En este caso, el uso del clasificador de aire maximiza la capacidad del molino y reduce el consumo de energía del molino porque el molino no tiene que servir como dispositivo de dimensionamiento (Figura 1).

Figura 1. Los clasificadores de aire centrífugos mecánicos pueden servir como dispositivos de clasificación, donde la alimentación se divide en descarga gruesa y fina

Los clasificadores de aire centrífugos mecánicos son útiles en muchas aplicaciones, incluidas las siguientes:

• Quitar el polvo de finos indeseables en muchos tipos de agregados de piedra, como piedra caliza, granito, roca trampa, arenisca, basalto, roca de diabasa, gabro, arena y grava

• Reducción de la carga de finos en un sistema de flotación de agua para extraer metales preciosos de muchos tipos de minerales, incluidos minerales de hierro, oro, fosfato o illmenita

• Mejora de la finura de piedra caliza molida, sílice, feldespato, escoria refractaria, vidrio fundido, cianita, zirconia, alúmina, carbonato de litio, óxido de cobre y otros

• Eliminación de contaminantes indeseables en cenizas volantes, carbón, caolín, cal hidratada, tierra de diatomeas y mica

• Incremento del contenido proteico en harina de trigo, harina de garbanzos, piensos avícolas y otros

Si bien la densidad juega un papel en la separación del clasificador de aire, las corrientes de aire internas se ven afectadas principalmente por la masa y el peso total de las partículas en la alimentación. Las partículas más ligeras y pequeñas son eliminadas por el flujo de aire, mientras que las partículas más pesadas y grandes no son arrastradas por el flujo de aire. Si el material de menor densidad también tiene un tamaño de partícula más fino, los clasificadores de aire pueden ser muy efectivos. Sin embargo, las partículas grandes con baja densidad pueden tener una masa y un peso similares a algunas partículas pequeñas con alta densidad. Esto puede reducir la eficacia de la separación por densidad de un clasificador de aire.

Los efectos de la humedad están limitados por la humedad de la superficie, en lugar de la humedad inherente. La humedad inherente se encuentra naturalmente dentro de las partículas de menas, minerales o arena de piedra después de que se produce el secado natural en el aire. La humedad inherente no obstaculiza la capacidad de un clasificador de aire para eliminar el polvo fino o el polvo fino de las partículas gruesas. Por ejemplo, el carbón triturado se clasifica con éxito en el aire con una humedad inherente de hasta el 10%.

La humedad superficial, por otro lado, se encuentra en la superficie de menas, minerales o arena de piedra y proviene de la lluvia o del rociado de agua en una planta de áridos o cantera durante la supresión de polvo. La humedad superficial es perjudicial para el rendimiento de los clasificadores de aire porque las partículas finas se adhieren a las partículas grandes y el flujo de aire no es suficiente para eliminarlas. Cuando la humedad de la superficie es muy alta, el agua también se centrifuga y provoca la obstrucción del equipo.

El rendimiento de los clasificadores de aire en plantas de agregados o canteras está limitado por la humedad superficial en la arena de piedra. Cuanto más seca está la roca (1–2 %), más polvo se puede eliminar, lo que a menudo permite que los clasificadores de aire reemplacen por completo a los sistemas de lavado con agua. Cuando hay una mayor humedad superficial en la arena de roca (2,5–3,0 %), los finos se adhieren a la roca y se requieren clasificadores de aire más grandes con más flujo de aire de lo normal para que sean efectivos. Cuando la humedad de la superficie es muy alta (3,5–4,0 % o más), el agua se centrifuga y provoca la obstrucción del equipo.

Los clasificadores de aire se pueden alimentar neumáticamente y, en algunos casos, se pueden incorporar a una línea de transporte neumático. Sin embargo, en un proceso de alimentación neumática, las partículas ingresan al clasificador de aire a una velocidad mucho mayor que las partículas alimentadas por gravedad. Cuando estas partículas se acercan a las hojas del rechazo del clasificador a altas velocidades, es más probable que pasen, lo que requiere una mayor velocidad del rechazo para detener estas partículas de gran tamaño. Una mayor velocidad del rechazo puede dar como resultado un mayor desgaste y una menor eficiencia en la eliminación de finos.

Hay dos categorías de clasificadores de aire centrífugos mecánicos: modelos de ventilador interno y modelos de ventilador externo.

Los clasificadores de aire con ventilador interno reciclan el aire y, por lo tanto, no requieren esclusas de aire, ciclones o cámaras de filtros para recolectar los finos separados. Este diseño tiene un solo eje que controla tres elementos giratorios: la placa de distribución de alimento, las paletas selectoras de tamaño de partículas y el ventilador de circulación (Figura 2).

La placa de distribución de alimento impone una fuerza centrífuga sobre las partículas de alimento, moviéndolas hacia la zona de clasificación. Las partículas gruesas caen en el cono interior y salen por la descarga gruesa. El ventilador circulante crea una corriente ascendente de aire que transporta las partículas más finas lejos del alimentador y a través de las paletas selectoras. Las partículas finas del tamaño adecuado pasan a través del ventilador interno aún arrastradas por el aire. Las paletas fijas reciclan el aire de regreso al clasificador, mientras que las partículas finas del tamaño adecuado caen fuera del flujo de aire y se deslizan por el cono de finos, donde salen.

Los clasificadores de aire con ventilador externo (Figura 3) requieren ciclones o cámaras de filtros para recolectar los finos separados. Este diseño utiliza un rotor de velocidad variable con múltiples hojas de rechazo estrechamente espaciadas para aplicaciones ultrafinas y ultraeficientes. La placa de distribución de alimento impone una fuerza centrífuga sobre las partículas de alimento, moviéndolas hacia la zona de clasificación. Las partículas gruesas caen en el cono interior y salen por el punto de descarga gruesa. El ventilador externo crea una corriente de aire que transporta las partículas más finas lejos de la alimentación y a través del rotor. Las partículas finas del tamaño adecuado, arrastradas en el aire, pasan a través del rotor y salen del clasificador de aire. Se requiere un ciclón o cámara de filtros para recuperar las partículas clasificadas del flujo de aire.

Los métodos más comunes para controlar el tamaño de las partículas en los clasificadores de aire centrífugos mecánicos son la velocidad del rechazo, el tamaño de apertura de la jaula de los elementos del rechazo, la velocidad del flujo de aire y la relación entre la velocidad de alimentación y el aire.

La velocidad del eyector controla el impacto o la fuerza de colisión en las partículas arrastradas por el aire cuando intentan salir del clasificador de aire. La velocidad más alta permite que solo las partículas más finas pasen a través del rechazo para su recolección. Esto aumenta el rechazo de partículas más grandes (Figura 4).

La velocidad del flujo de aire generada por un ventilador controla la fuerza de arrastre sobre las partículas cuando ingresan a la zona de clasificación. Un flujo de aire más alto permite que las partículas más grandes se eliminen de la alimentación, mientras que un flujo de aire más bajo permite que solo las partículas más finas pasen a través de la jaula del rechazo para su recolección.

Los elementos del rechazo/controles de apertura de la jaula impactan la fuerza de colisión en las partículas arrastradas por el aire cuando intentan salir del clasificador de aire. Una mayor cantidad de elementos de rechazo (cuchillas o varillas) hace que la apertura de la jaula sea más pequeña y permite que solo las partículas más finas pasen a través del rechazo para su recolección. Esto aumenta el rechazo de partículas más grandes.

La relación de velocidad de alimentación a aire controla el arrastre de partículas en el flujo de aire. Una velocidad de avance más alta permite que solo las partículas más finas pasen a través de la jaula del rechazo para su recolección. Esto aumenta el rechazo de partículas más grandes.

El rendimiento de los clasificadores de aire centrífugos mecánicos se puede evaluar analizando el punto de corte, la tolerancia, el rendimiento y la eficiencia.

El punto de corte es simplemente el tamaño de partícula deseado que se pretende clasificar. Este valor se puede medir en tamaño de malla milimétrica o en micras. La tolerancia es el porcentaje de partículas sobredimensionadas o subdimensionadas permitidas en el producto terminado. El rendimiento es el porcentaje de la tasa de producción por unidad de velocidad de avance. La eficiencia es el porcentaje de la fracción del tamaño de partícula deseada recuperada como producto de la cantidad total disponible en la alimentación.

Editado por Scott Jenkins

Autor

Joseph Muscolino es gerente de productos para clasificadores de aire en Sturtevant Inc. (348 Circuit St., Hanover, MA 02339; Teléfono: 800-992-0209; Correo electrónico: [email protected]; Web: www.sturtevantinc.com). Muscolino tiene 26 años de experiencia industrial con clasificadores de aire y molinos. Es miembro de varias sociedades profesionales, incluida la National Stone, Sand and Gravel Assn., y es autor de varios artículos técnicos e historias de casos. Recibió una licenciatura en ingeniería mecánica de la Universidad Northeastern en 1981.