Autores: Christian Mavares, Oswaldo Chavarri, Luilfer Rada, Lobsang Gil. Centro de Ingeniería Mecánica y Diseño Industrial (CIMECDI). FIIIDT.
Los Molinos de Martillos son máquinas para la reducción de tamaño de partículas que han sido ampliamente utilizados en el área de procesamiento de alimentos, siendo el preferido en la elaboración de alimento para animales, pero en general para granos friables y no fibrosos como el maíz, trigo, cebada, entre otros. Su operación sencilla, versatilidad de procesamiento, bajo requerimiento de mantenimiento y reducido número de componentes simples de fabricar, también los ha hecho populares en la producción a baja escala. En vista de su importancia, será tratado su diseño en una serie de artículos, la nota técnica actual servirá como una base donde serán presentados los conceptos básicos de su funcionamiento.
El principio de reducción de tamaño del molino resulta de una acción combinada de impacto y atrición ocasionada por la interacción de las partículas con distintos componentes del rotor y la cámara de molienda, un esquema típico se muestra en la Figura 1.
El material granular en la cámara de molienda es golpeado por los martillos, piezas metálicas de diversas formas unidas a la periferia del rotor que se mueven a una alta velocidad tangencial en el orden de 40-130m/s dependiendo de la operación deseada y el material a moler. Las partículas reducidas comienzan a rotar en la cámara guiadas por la forma de la criba y por la corriente de aire creada por los martillos. Una capa móvil de material fragmentado se forma, la parte más cercana a los martillos se mueve a alta velocidad por la influencia de los mismos y forma un gradiente a medida que se aleja de los martillos hasta llegar a la criba, donde la fricción la frena. La interacción entre las partículas con movimiento relativo en el gradiente es lo que crea la zona de molienda por atrición. Al alcanzar el tamaño adecuado, los fragmentos con velocidad adecuada pasan a través de las aberturas de la criba y son descargados de la máquina.
Además de las funciones de los componentes del rotor, los molinos tienen otros equipos auxiliares que aseguran su adecuado funcionamiento, un esquema del flujo de material en la máquina es mostrado en la Figura 2.
El primer dispositivo que recibe el material a entrar a la máquina es el alimentador, este tiene como función acondicionar el flujo entrante para asegurar la entrada de la cantidad correcta de producto a procesar con distintos equipos de dosificación; asegurar ingreso de aire para refrigeración, movimiento y descarga del material; eliminar materiales no deseados como metales con una trampa magnética y guiar la el material para entrar con una componente de velocidad adecuada para amplificar el impacto.
En la cámara de molienda, además de los componentes fundamentales del molino de martillos existen otros auxiliares como lo son las placas rompedoras y canastilla inferior. Las placas rompedoras (también conocida con otros nombres) están compuestas por obstáculos con características especiales para que las partículas sean redirigidas hacia los martillos preferiblemente con una componente de velocidad opuesta a la de los mismos, magnificando la diferencia de velocidad y amplificando el impacto, esto es importante ya que la cama de material fragmentado recirculante no posee una velocidad muy distinta a la de los martillos, impidiendo una reducción efectiva. La canastilla inferior ofrece un escape para cualquier partícula extraña como piedras y metales, alargando la vida de los componentes.
Cuando el material alcanza el tamaño ideal y la velocidad adecuada (magnitud y dirección) éste sale por las aberturas de la criba como ya fue mencionado anteriormente. Para tener mayor efectividad de extracción, se añaden equipos auxiliares para asistir al Molino de Martillos en esta labor, un ejemplo de una descarga típica de un molino industrial se muestra en la Figura 3.
La asistencia de descarga inicia con el ventilador de succión, éste crea una corriente de aire que tiene como entrada el alimentador de la máquina. La finalidad de esta corriente es la de refrigerar el material y guiar las partículas cercanas de la criba a salir por sus aberturas. Una vez fuera del molino, el flujo de aire-partícula pasa a un plenum donde el cambio de sección transversal fuerza que la velocidad del aire baje y junto con la trayectoria curva que debe realizar para entrar a la cámara de filtros, las partículas del tamaño deseado caigan al Tornillo de Transporte al no poder seguir siendo transportadas neumáticamente. Las partículas muy ligeras siguen siendo transportadas por el aire pero son atrapadas por los filtros, permitiendo sólo la salida de aire limpio al exterior. La regulación de una esclusa rotativa a la salida del tornillo de transporte crea una cama de material que asegura que el aire provenga del molino y no de otras partes del sistema.
Como se puede observar el funcionamiento de un Molino de Martillos industrial depende de la sincronización con varios equipos auxiliares, en su aplicación a producción a baja escala se puede simplificar su operación o combinar órganos de trabajo para lograr los efectos de una forma más económica. Con el objetivo de comunicar las formas funcionales y métodos de diseño de sus componentes en esta serie de Notas Técnicas se tratarán los siguientes temas:
- Tipos de Molinos de Martillos
- Variables de proceso: Productividad, granulometría en entrada y salida, tipo de material, humedad, tamaño, potencia, rpm, entre otros.
- Tipos de cribas y martillos
- Configuración del Rotor
- Dimensionamiento del Rotor y sus Componentes
- Alimentadores y trampas magnéticas
- Dispositivos de Descarga
- Desgaste de Componentes
- Características de Molinos de Martillos para producción a baja escala
Bibliografía
- Birenbaum, R., Heslop, L., Rudnitski, S. (1990). Handling agricultural materials – Size reduction and mixing. Research Branch, Agriculture Canada. Ottawa, Canada
- Golden Feed Mill (s.f.) Grain Hammer Mill – Product Description [Figura]. Recuperado de: http://m.goldenfeedmill.com/Content/upload/2019462752/201903111045023886074.jpg
- Fairchild, F. (2018). Feed Ops: Ingredient preparation [Figura]. Recuperado de: https://www.world-grain.com/ext/resources/Article-Images/2018/12—December/Feed-Ops_36-AIR-RELIEF-SYSTEM-WITH-BAG-FILTER.jpg
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