Introducción

En este informe se presentara los resultados obtenidos para el diseño y selección de la correa transportadora de mineral de cobre para alimentación del molino semiautogeno (SAG) de la planta. Los puntos contenidos en este informe son objetivos, antecedentes, en los que se presentaran tanto los recopilados en la visita a terreno de la mina antes mencionada como los recopilados a lo largo del proceso de diseño y se lecc ió n, además se presentaran los parámetros de diseño, definiendo las capacidades y dimensiones requeridas, los resultados obtenidos especificando tensiones de trabajo, potencias requeridas, velocidades, correa seleccionada, sistema motriz, polines, accesorios. etc., por otra parte se presentara la menoría de cálculo que respalda los resultados obtenidos, junto con la inclusión de bibliografía y anexos.

Objetivos

•Fami l i a r i za rse con e l func ionamien to de una p lan ta de mol ienda de minera l , en cuan to a l a s distintas etapas, procesos y equipos involucrados.

•Conocer en terreno las distintas instalaciones de una planta de molienda de mineral con el fin de dimensionar los equipos de producción.

•Conocer los flujos de mineral involucrados en cada etapa del proceso de molienda.

•Conocer y comprender los sistemas de transporte de material al interior de una planta de molienda.

•Analizar y estudiar las variables involucradas en los sistemas de correas de transporte.

•Profundizar sobre la correcta utilización de normas vigentes para el diseño de elementos mecánicos.

•Diseñar y seleccionar un sistema de correas transportadoras considerando los accesorios que estos sistemas poseen.

Antecedentes

Sistema de Correas Transportadoras

Los sistemas de correas transportadoras son un mecanismo ampliamente utilizado en procesos industriales para el movimiento de materiales particulados tanto a cortas como a largas distancias, debido a que estas son de un mecanismo de movimiento continuo.

Las correas transportadoras, representan una gran inversión de capital, por lo tanto un correcto diseño de todo el equipo involucrado en este sistema de transporte es de vital importancia para las empresas, además de realizar adecuados periodos y labores de mantención. La correa seleccionada por el grupo de trabajo para realizar el diseño es la correa alimentadora del SAG de la planta visitada. Esta es una correa que transporta material desde la stockpile del molino SAG hacia dicho molino. En la siguiente imagen se puede apreciar un tramo de dicha correa.

Correa alimentadora SAG

Esta correa tiene una capacidad máxima de transporte de 900[ton/hr], un largo aproximado de

50[m], medidos desde la polea de retorno hasta la polea motriz, en ella se transporta parte del material proveniente del chancador primario el cual tiene una granulometría máxima de [7in].La secuencia de descarga es:1. Se acopia material proveniente del chancador primario en la stockpile del SAG.

E l mate r ia l cae por un buzó n al feeder de alimentación de la correa, el cual está encargado de regular el flujo de material que transporta la correa.3. Desde el feeder el material cae por un chute de carga hacia la correa.4. La correa lleva el material hasta el chute de descarga que está en la boca de entrada del molino SAG. Un sistema de transporte de correas, involucra el funcionamiento de un conjunto de un importante número de elementos mecánicos, a continuación se darán a conocer algunos de estos. La siguiente imagen muestra el esquema de algunos de los componentes mecánicos de una correa transportadora.

Correa Transportadora .

Como es de esperar, este es el elemento principal de este tipo de sistemas. En el mercado existe una amplia gama de correas transportadora, variando en su geometría, materiales de fabricación aplicaciones. En este informe se analizara el diseño de una correa polimérica destinada al servicio de la gran minería, estas correas generan grandes esfuerzos dinámicos durante las partidas, que pueden llegaren algunos casos a ocasionar fallas catastróficas. Los importantes costos de falla asociados obligan a sobredimensionar las correas, lo que implica una importante inversión de capital. Lo anterior obliga a considerar los efectos dinámicos a nivel de diseño, cosa que es usualmente manejada con altos factores de seguridad. Dentro de las correas transportadoras de caucho planas, se distinguen dos grupos principales:

Las reforzadas en su interior con fibras o telas no metálicas, estas varían tanto en los componentes de las capaz exteriores, como en el tipo de fibras utilizadas para su reforzamiento.

Correa reforzada con fibras no metálicas

Las reforzadas con cables de aceros longitudinalmente además puede poseer un segundo reforzamiento de tela sobre los cables por el lado de carga.

Correa reforzada con cables de acero longitudinales.

Correa reforzada con cables de acero longitudinales.

Pol ines y Soporte

Los polines corresponden a dispositivos mecánicos que tienen como función el guiar la carrera que siguen las correas transportadoras. De esta forma los polines son piezas rotatorias de geometría cilíndrica que giran en función del movimiento de la correa. Para la elección del polín se utiliza la norma internacional CEMA [2] . En su d i señ o intervienen las cargas presentes sobre la correa, además de otros parámetros como la velocidad de giro de la correa y la densidad del material. Se debe hacer la diferencia entre los polines guía y los de retorno. Para los polines guía se diseño el soporte tipo trapezoidal con inclinación 35° , mostrado en3.8.Para los polines de retorno en cambio, es posible utilizar tanto soporte plano de un solo pol´ın3.9, como el soporte triple de los polines de carga, esto dependiendo de la carga que actúa sobre el polín de retorno.

Poleas

Las poleas son un importante componente de los sistemas de correas transportadoras, estas se clasifican según su geometría y tipos de recubrimientos. Los diámetros de las poleas dependen del diseño, tensión y t ipo de empalme de l a cor rea . Gen eralmente se establecen tres grupos de poleas.

Distintos tipos de recubrimiento. Fuente CEMA [2]

Grupo A: Poleas motrices y otras poleas en el rango de tensiones altas.

Grupo B: poleas deflectoras en el rango de tensiones bajas.

Grupo C: poleas deflectoras que cambian la dirección de la correa en menos de 30°

Grupos de poleas. Fuente Cat´alogo Phoenix[3]

Los tipos de recubrimiento van desde poleas con carcasa de acero desnudo, hasta carcasa con recubrimiento de caucho de diversos espesores y grabados.

Motor y Reductor

La elección del motor se realiza en función de la potencia necesaria para mover la carga, la polea, además de las perdidas adicionales que aparecen sobre el sistema. Para este fin se utilizo el catalogo del proveedor de motores VELA [5], y el cat alogo del proveedor de reductores BONFIGLIOLI [6].Según los requerimientos se escoge un motor y reductor que más se adapte a los necesarios y luego se itera para ver cómo queda estructurado el sistema con los parámetros finales.

C h u t e s

Se consideró e l agregar a l d i seño de l s i s t ema e l chu te de descarga de l a cor rea que a l imenta al molino SAG. Los chutes son un elemento criticó del sistema pues están permanentemente expuestos a cargas de impacto y condiciones de trabajo adversas, por lo cual su buen diseño es vital. El chute considerado es del tipo pantalón donde se admiten dos entradas de flujo de material y se concentran en una.

Esquema de un Chute típicamente utilizado.

Definición de Parámetros de Diseño

En esta parte del informe se darán a conocer las variables que intervienen en el diseño de una correa transportadora.

El sistema de correas que seleccionó e l g rupo es e l s i s t ema de abas tec imien to del molino SAG, por lo tanto será este el que definirá el flujo de transporte de la correa, la granulometría del mineral estará dado por el mineral procesado en el molino primario. Estos datos definirán las dimensiones y características principales de la correa.

Chancador Pr imario .

La primera etapa de la planta es el chancador primario, este en una chancador de cono, el cuales abastecido por camiones que tienen una capacidad de carga máxima de 40[ton], p e r o q u e en promedio transportan alrededor de 23[ton] por vuelta.

El flujo de alimentación del chancador varía normalmente entre 800 a 950[ton/hr] y descarga el material en dos stockpile, una para la molienda convencional y la otra que alimenta el SAG, el chancador reduce el mineral proveniente de la mina, dejándolo en un diámetro aproximado de 5[in] cuando el cono se encuentra en buen estado y de 7[in]cuando el cono ya se encuentra desgastado.

M o l i n o S A G .

El flujo máximo de material que puede entrar en el SAG es de 900[ton/h], con un flujo promedio ce rcano a l a s 800[ton/h], l a d imens iones de mol ino son 17[in] x 34[in] y 1 1 , 3 8 0 [ kW] d e p o tencia.

Este molino es alimentado por una correa transportadora de aproximadamente 50[m] de largo.

En e l ins tan te en que se rea l i zó l a v i s i t a a es te mol ino , e l flu jo de mate r ia l de en t rada e ra de 759[ton/h] y generaba 551[ton/h] de material para flotación y 208[ton/h] de pebbles, después de pasar por el harnero y el hidrociclón.

Para realizar el diseño del sistema de la correa transportadora, se utilizara un factor de diseño de f = 1 , 2 5 p ara poder cubrir posibles aumentos de la producción a futuro.

Estos datos se pueden apreciar en la imagen.

Datos de Entrada.

La densidad del material se obtuvo del manual de diseño de correas transportadoras de la empresa Phoenix [3].

Además se utilizará una relación de 25% de finos y un 75% de gruesos. Este dato no fue registrado durante la visita a la planta pero se obtuvo de diversos datos registrados en la web.

Flujo máx. de material Qmax 900 [Tph]

Factor de diseño ( C E M A )

f 1,25

Flujo de diseño Qd 1125 [Tph]

Densidad del material ρ 2,15 Ton/m3

Largo L 50 m

Diseño Mecánico

En este capítulo se procederá a definir tanto los elementos a utilizar, como el estado de tensiones al cual esta sometido el sistema de correa de transporte diseñada. Para esto fue necesario utilizar el manual de diseño de correas transportadoras de la CEMA [2] (por sus siglas en inglés de “Conveyor Equipment Manufacturers Association”) y los catálogos de Selección de correas transportadoras de Phoenix S.A.[3] y Goodyear S.A.[4]

Geometría y Condiciones de Trabajo.

´Angulos

Primero es necesario determinar el comportamiento del material transportado, esto es determinar el ángulo de reposo (φr) y de sobrecarga (φs) del material y el ángulo de inclinación de los polines (β) recomendado.

Corte transversal de una correa para definir los ángulos del material. Fuente CEMA [2].

Para determinar el ángulo de sobrecarga (φs) se utilizó la siguiente tabla.

Características de los materiales. Fuente CEMA [2]. Para determinar el ángulo de reposo (φr) se utilizó la siguiente tabla.

Para determinar el ´ángulo de reposo (φr) se utilizó la siguiente tabla

Clasificación y Definición de materiales. Fuente CEMA [2].

El ángulo de inclinación utilizado será de β=35° ya que es el más ampliamente utilizado en este tipo de aplicaciones.

La geometría de la correa además está definida por su largo (L) , ancho (BW) y altura de elevación (h). El largo está dado por los parámetros de diseño (ver capıtulo4) con L= 50[m], la altura de elevación en este es h= 0 ya que la no se necesita elevar la carga.

Ancho de la correa

La selección del ancho de la correa (BW) se realizó siguiendo los pasos sugeridos en el CEMA [2]. Los datos de entrada son:

1. Tamaño máximo del material transportado 7[in], v e r c a p ı t u l o 4.

2. Granulometría del material: 25% de finos y un 75% de gruesos.

3. Angulo de sobrecarga, φs=20°Luego con e l ángulo de sobrecarga (φs=20°) y las distribución de granulometría (25% de finos y un 75%) ya definidos, se analiza el siguiente gráfico para determinar el ancho recomendado.

Ancho de la correa para una granulometría y tamaño máximo de material dado.Fuente CEMA [2].

Como este gráfico no contiene la línea de granulometría correspondiente, se estima como si todo el material transportado es grueso, con lo cual se obtiene un ancho aproximado de 33[in], como este no es una ancho estándar se selecciona el inmediatamente superior, el cual resulta ser BW =36[in], según CEMA [2].Para determinar la velocidad de operación se utilizaron los criterios expuestos según CEMA [2], basados en el tipo de material a transportar y datos recopilados durante la visita.

Esta consideración también involucra la aparición de piedras lajas que no son posibles de chancar por el chancador primario

De aquí se tiene una velocidad máxima de operación de 800[fpm], para cubrir posibles problemas de operación se fija la velocidad de operación en 750[fpm] =(3 , 8 [ m/s]) Wm y W b

También es de vital importancia determinar el peso por unidad de largo tanto del material transportado (Wm), como de l a cor rea ( Wb, s in ca rga) . E l Wm es función de l a ve loc idad y e l flu jo del material (flujo de diseño), es este caso el Wb= 42[lbs / f t ] (Ver anexoA.1) . E l Wb se obtiene según el tipo de material transportado y el ancho de la correa, CEMA da la siguiente tabla que relaciona estos factores.

Masa de correas promedios según CEMA

Estos datos presentados en la tabla anterior están basados en una correa reforzada por fibras no metálicas. Según CEMA se debe considerar un aumento de un 50% del valor resultante de la tabla (en este caso 12 [lbs / f t ]) si se desea utilizar correas reforzadas con cables de acero.

El grupo de trabajo determinó que la mejor elección del tipo de reforzamiento para esta aplicaciones el refuerzo con cables de acero debido a las características del material, que a menudo es en fo rma de p iedra l a ja l a cua l puede ra ja r l a cor rea de fo rma parc ia l o comple ta p rovocando problemas tanto de mantención como de seguridad operacional. Por lo tanto el peso final de la correa obtenido es Wb= 18[lbs / f t ]. Por lo tanto las características geométricas de la correa son: Datos Geométricos.

Angulo de Sobrecarga (φs) = 20°

Angulo de Reposo (φr) = 30° - 35°

Angulo de inclinación (β) = 35°

Largo (L) = 50[m]

Ancho de la correa (BW) = 36[in]

Velocidad (V) = 750[fpm]

Peso del material (Wm) = 42[lbs / f t ]

Peso de la correa (Wb) = 18[lbs / f t ]

Tensiones

Para continuar con el diseño y selección de componentes es necesario determinar el estado de tensiones al cual está sometida la correa transporte. Las tensiones resultantes que caracterizan el sistema son principalmente por:

– T 1 es la tensión de la correa en el lado de carga (lado apretado).

– T 2 es la tensión de la correa en el lado de retorno de la correa (lado suelto).

– T e es la tensión efectiva de la correa que la diferencia de las tensiones anteriores.

Tensiones en la polea motriz . Fuente CEMA [2]

Donde - Θ es el ´ángulo de envoltura de la correa en la polea motriz.- Snub Polley es la polea que determina el ángulo de apriete de la correa sobre la

polea motriz.

Se determinó utilizar este tipo de configuración con Snub Polley ya que el uso de esta disminuye las tensiones sobre la correa, esto se puede verificar en los cálculos realizados en el AnexoA.1, sección A.1.2. El ´ángulo de apriete utilizado es de θ=220°, que es el recomendado para este tipo de servicios según la bibliografía consultada [2].

También se determinó utilizar poleas con recubrimiento de caucho ya que también contribuyen ala disminución de tensiones en la correa, como también a disminuir las pérdidas por deslizamiento de la correa sobre la polea. Además, con la velocidad ya definida y la tensión efectiva de la correa se puede determinara la potencia requerida para el sistema de transporte, esta resulta ser de 5 6 , 7 [ HP]

A continuación se observa una tabla con las tensiones resultantes del sistema:

Tensiones.

Tensión lado de carga (T 1) = 3 2 0 0 , 4 [Lbs] = 1 4 , 2 [kN]

Tensión lado de retorno (T 2) = 8 2 9 , 7 [Lbs] = 3,7 [kN]

Tensión efectiva (T e) = 2 3 7 0 , 6 [Lbs] = 1 0 , 5 [kN]

Potencia requerida (Pr) = 5 6 , 7 [HP] = 4 2 , 3 [kW]

Cabe señalar que para obtener las tensiones antes señalas fue necesario determinar y calcular un importante número de variables que determinan las tensiones aportadas por el equipo incorporado en la correa, además de factores de servicio que también influyen en los resultados obtenidos, todo estos cálculos están respaldados en el anexoA.1, secciónA.1.1.

P o l i n e s

Para la selección de los polines se tomó en cuenta que a la correa ingresa material a una tasa Q = 1125[tph]

. Además se consideró un espaciamiento S i = 4[ft] entre los polines. Luego se empieza calculando la carga sobre los polines guía que resulta ser C il = 3 0 8 , 4 [ lb] y más tarde, la carga sobre los polines de retorno C ir = 1 7 0 , 7 8 [ lb]. De esta forma con el catálogo [2] es posible elegir el tipo de polín de carga y de retorno a utilizar, tal que su carga admisible sea mayor a la calculada del problema. Para el polín de impacto (recubierto), se procede de manera distinta. Se calcula la energía de impacto asociada a las rocas que caen, y luego con ese parámetro más el tamaño de las rocas que caen se encuentra el tipo de polín recubierto necesario. También se utiliza la norma CEMA. Para mayor detalle en los cálculos revisar la memoria de cálculo sección Polines. Los polines seleccionados se muestran en la tabla

Selección de Polines

C L A S E D E P O L I N T I P O P O L I N C E M A T I P O D E S O P O R T E

P O L I N D E C A R G A C E M A B S O P O R T E T R I P L E 3 5 °

P O L I N D E R E T O R N O

C E M A C S O P O R T E P L A N O

P O L I N D E I M P A C T O

C E M A D S O P O R T E T R I P L E 3 5 °

S e l e c c i ó n del tipo de correa

Para poder determinar el tipo de correa a utilizar en es aplicación se utilizaron de manera conjunta los catálogos de selección tanto de Goodyear[4], como de Phoenix[3], con el objetivo de obtenerla mayor cantidad de parámetros para poder realizar la selección de manera más precisa, el cruce de información entre los dos catálogos fue posible debido a que ambos trabajan bajos normas de CEMA [2].El parámetro que determina la selección de correas es la tensión del lado de carga (T 1) que es la tensión máxima a la cual está sometida la correa, también es necesario considerar un factor de seguridad (f s), que en este caso se considero fs = 5 , 5 seg´un el catálogo Goodyear[4]

Estos parámetros definen la tensión por unidad de ancho de la correa PIW (pound per inches width), el cual es necesario para la utilización del cat´alogo correas de Goodyear [4] para la selección del tipo de correa a utilizar. Para este caso se tiene que :

PIW = 489[lbs/in]

A . 1 . 7 E l e c c i ó n del Motor

D e l a p a r t e a n t e r i o r s e o b t u v o q u e l a t e n s i ó n e f e c t i v a s o b r e l a c o r r e a e s d e Te = 2 3 7 0 , 7 4 [ lb]. Luego teniendo v = vel. correa, la potencia efectiva corregida por un 5% de perdidas y expresada en [hp] es: Pe = (Te ∗ v)/(33000 ∗ 0 , 9 5 ) = 5 6 , 7 1 [ hp]

Por otro lado la potencia para mover la polea motriz esta expresada según catalogo [2] por Pm = (m ∗ v) / 3 3 0 0 0 = 4 , 5 [ hp].

Donde m es el factor de polea, en esta caso m=200 por ser polea motriz. Además de lo anterior, existe un 5% por pérdidas por reducción de velocidad: Pv = 0 , 0 5 ∗ (Pe + Pm) = 3 , 1 [ hp].

Finalmente la potencia requerida para el motor es de

Pw = Pe + Pm + Pv = 6 4 , 3 [ hp].

Luego se recurre al cat´alogo de motores VELA, teniendo en cuenta la potencia necesaria para mover el sistema completo y elegir un motor con la mayor cantidad de polos posible para no tener que encontrar una reducción tan grande. De esta manera se selecciona un motor VELA [5] cuyas características se muestran en la figuraA.11.

Figura A.11:

Motor Seleccionado. Fuente [5]

A . 1 . 8 R e d u c t o r

Una vez que se tiene el motor, el paso siguiente es encontrar una reducción que permita entregarle la velocidad pertinente a la correa, que es mucho menor que la del motor. Para este fin, se utiliza el cat´alogo de reductores BONFIGLIOLI [6].

La relación de reducción de la velocidad de la polea versus la del motor es de i = 5 8 , 2 1 /985 → i = 1 6 , 9 2 . Luego, la potencia necesaria en eje entrada del reductor es

Pr 1 = M r 2∗N2

9550∗n

Con M r 2= 2,3 ∗ 536 ∗ 1 6 , 9 2 = 2 0 7 5 4 [ Nm] es el Torque máximo y η= 0 , 9 6 Por ello,

Pr 1= 1 3 1 , 7 [ KW]. Sin embargo falta considerar los factores de corrección fm = 1 , 5 y f p = 1 , 3 , obteniendo

Pn 1= Pr 1 ∗ fm ∗ fp = 1 9 7 , 6 6 [ KW].

A continuación s e d e b e e l e g i r e l r e d u c t o r c o n u n Pn 1 a d m i s i b l e m a y o r a l c a l c u l a d o y c o n l a reducción más parecida a la requerida. De esta forma se elige el reductor mostrado en A.12

Figura A.12: Reductor Seleccionado