La separación de materiales es un problema inherente a la mayoría de las tecnologías de almacenamiento. A medida que aumenta la demanda de productos de mayor calidad, el problema del aislamiento de las existencias se agudiza.
Como todos sabemos, los transportadores radiales telescópicos de pilas son la solución más eficiente para la separación de pilas. Permiten crear inventario en capas, cada una compuesta por varios materiales. Para crear inventario de esta manera, el transportador debe funcionar casi continuamente. Si bien el movimiento de los transportadores telescópicos debe controlarse manualmente, la automatización es, con diferencia, el método de control más eficiente.
Los transportadores retráctiles automáticos pueden programarse para crear inventario personalizado en una variedad de tamaños, formas y configuraciones. Esta flexibilidad prácticamente ilimitada puede mejorar la eficiencia operativa general y ofrecer productos de mayor calidad.
Los contratistas invierten millones de dólares cada año en la producción de agregados para una amplia variedad de aplicaciones. Las más populares incluyen materiales base, asfalto y hormigón.
El proceso de creación de productos para estas aplicaciones es complejo y costoso. Las especificaciones y tolerancias más estrictas implican que la calidad del producto cobra cada vez mayor importancia.
Finalmente, el material se retira de la pila y se transporta a un lugar donde se incorporará a la subrasante, al asfalto o al hormigón.
El equipo necesario para el desbroce, la granallado, la trituración y el cribado es muy costoso. Sin embargo, los equipos avanzados permiten producir áridos de forma consistente según las especificaciones. El inventario puede parecer una parte trivial de la fabricación integrada, pero si se realiza de forma incorrecta, puede resultar en un producto que cumple perfectamente con las especificaciones, pero que no las cumple. Esto significa que el uso de métodos de almacenamiento inadecuados puede resultar en la pérdida de parte del coste de crear un producto de calidad.
Aunque almacenar un producto en inventario puede comprometer su calidad, el inventario es una parte importante del proceso de producción. Es un método de almacenamiento que garantiza la disponibilidad del material. El ritmo de producción suele ser diferente del ritmo de producto necesario para una aplicación determinada, y el inventario ayuda a compensar la diferencia.
El inventario también proporciona a los contratistas suficiente espacio de almacenamiento para responder eficazmente a la fluctuante demanda del mercado. Gracias a los beneficios que ofrece el almacenamiento, este siempre será una parte importante del proceso de fabricación. Por lo tanto, los fabricantes deben mejorar continuamente sus tecnologías de almacenamiento para reducir los riesgos asociados.
El tema principal de este artículo es el aislamiento. La segregación se define como la separación del material según el tamaño de partícula. Las diferentes aplicaciones de los áridos requieren calidades de material muy específicas y uniformes. La segregación genera diferencias excesivas en la variedad de productos.
La separación puede ocurrir prácticamente en cualquier parte del proceso de fabricación de agregados después de que el producto haya sido triturado, tamizado y mezclado hasta obtener la gradación adecuada.
El primer lugar donde puede producirse la segregación es en el inventario (véase la Figura 1). Una vez que el material se almacena en el inventario, se reciclará y se entregará al lugar donde se utilizará.
El segundo lugar donde puede ocurrir la separación es durante el procesamiento y el transporte. Una vez en la planta de asfalto o concreto, el agregado se coloca en tolvas o contenedores de almacenamiento, desde donde se extrae y utiliza el producto.
La separación también ocurre al llenar y vaciar silos. La segregación también puede ocurrir durante la aplicación de la mezcla final a una carretera u otra superficie, después de que el árido se haya mezclado con la mezcla de asfalto o concreto.
Un agregado homogéneo es esencial para la producción de asfalto u hormigón de alta calidad. Las fluctuaciones en la granulometría del agregado desprendible hacen prácticamente imposible obtener un asfalto u hormigón aceptable.
Las partículas más pequeñas de un peso determinado tienen una superficie total mayor que las partículas más grandes del mismo peso. Esto crea problemas al combinar áridos en mezclas de asfalto u hormigón. Si el porcentaje de finos en el árido es demasiado alto, habrá una falta de mortero o betún y la mezcla será demasiado espesa. Si el porcentaje de partículas gruesas en el árido es demasiado alto, habrá un exceso de mortero o betún, y la consistencia de la mezcla será excesivamente líquida. Las carreteras construidas con áridos separados tienen una integridad estructural deficiente y, a la larga, tendrán una vida útil menor que las carreteras construidas con productos adecuadamente separados.
Muchos factores provocan la segregación de existencias. Dado que la mayor parte del inventario se genera mediante cintas transportadoras, es importante comprender el impacto inherente de estas en la clasificación de materiales.
A medida que la banda transporta el material, rebota ligeramente al rodar sobre la polea tensora. Esto se debe a la ligera holgura entre cada polea tensora. Este movimiento hace que las partículas más pequeñas se depositen en la parte inferior de la sección transversal del material. La superposición de los granos gruesos los mantiene en la parte superior.
En cuanto el material llega a la rueda de descarga de la cinta transportadora, ya está parcialmente separado del material más grande en la parte superior y del más pequeño en la inferior. Cuando el material comienza a desplazarse por la curva de la rueda de descarga, las partículas superiores (externas) se mueven a mayor velocidad que las inferiores (internas). Esta diferencia de velocidad provoca que las partículas más grandes se alejen de la cinta transportadora antes de caer en la pila, mientras que las partículas más pequeñas caen junto a ella.
Además, es más probable que las partículas pequeñas se adhieran a la cinta transportadora y no se descarguen hasta que esta siga enrollándose en la rueda de descarga. Esto provoca que más partículas finas se devuelvan al frente de la pila.
Cuando el material cae sobre una pila, las partículas más grandes tienen mayor impulso hacia adelante que las más pequeñas. Esto provoca que el material grueso continúe descendiendo con mayor facilidad que el fino. Cualquier material, grande o pequeño, que se escurra por los lados de una pila se denomina derrame.
Los derrames son una de las principales causas de la separación de material y deben evitarse siempre que sea posible. A medida que el derrame comienza a rodar por la pendiente de los escombros, las partículas más grandes tienden a rodar por toda la pendiente, mientras que el material más fino tiende a asentarse en los laterales. En consecuencia, a medida que el derrame avanza por los laterales de la pila, cada vez quedan menos partículas finas en el material ondulante.
Cuando el material llega al borde inferior o al pie de la pila, está compuesto principalmente de partículas más grandes. Los derrames causan una segregación significativa, visible en la sección de material. El pie exterior de la pila está compuesto de un material más grueso, mientras que la pila interior y superior está compuesta de un material más fino.
La forma de las partículas también contribuye a los efectos secundarios. Las partículas lisas o redondas tienen mayor probabilidad de rodar por la pendiente de la pila que las partículas finas, que suelen ser cuadradas. Exceder los límites también puede provocar daños en el material. Cuando las partículas ruedan por un lado de la pila, se frotan entre sí. Este desgaste provoca que algunas partículas se descompongan a tamaños más pequeños.
El viento es otro factor de aislamiento. Tras la salida del material de la cinta transportadora y su caída en la pila, el viento afecta la trayectoria de movimiento de partículas de diferentes tamaños. El viento tiene una gran influencia en los materiales delicados. Esto se debe a que la relación entre el área superficial y la masa de las partículas más pequeñas es mayor que la de las partículas más grandes.
La probabilidad de divisiones en el inventario puede variar según el tipo de material en el almacén. El factor más importante en relación con la segregación es el grado de variación del tamaño de partícula del material. Los materiales con mayor variación de tamaño de partícula presentarán un mayor grado de segregación durante el almacenamiento. Como regla general, si la relación entre el tamaño de partícula más grande y el tamaño de partícula más pequeño supera 2:1, puede haber problemas de segregación en los paquetes. Por otro lado, si la relación de tamaño de partícula es inferior a 2:1, la segregación por volumen es mínima.
Por ejemplo, los materiales de subrasante que contienen partículas de hasta malla 200 pueden deslaminarse durante el almacenamiento. Sin embargo, al almacenar materiales como piedra lavada, el aislamiento será mínimo. Dado que la mayor parte de la arena está húmeda, a menudo es posible almacenarla sin problemas de separación. La humedad hace que las partículas se adhieran, impidiendo su separación.
Durante el almacenamiento del producto, a veces es imposible evitar el aislamiento. El borde exterior de la pila terminada se compone principalmente de material grueso, mientras que el interior contiene una mayor concentración de material fino. Al extraer material del extremo de estas pilas, es necesario extraerlo con palas de diferentes puntos para mezclarlo. Si se extrae material solo de la parte delantera o trasera de la pila, se obtendrá todo el material grueso o todo el material fino.
También existen oportunidades para un aislamiento adicional al cargar camiones. Es importante que el método utilizado no provoque un desbordamiento. Cargue primero la parte delantera del camión, luego la trasera y finalmente la central. Esto minimizará los efectos de la sobrecarga dentro del camión.
Las estrategias de gestión posterior al inventario son útiles, pero el objetivo debe ser prevenir o minimizar las cuarentenas durante la creación del inventario. Algunas maneras útiles de prevenir el aislamiento incluyen:
Al apilarse en un camión, debe apilarse cuidadosamente en pilas separadas para minimizar los derrames. El material debe apilarse junto con una pala cargadora, elevándolo hasta la altura máxima del cucharón y volcándolo, lo que mezclará el material. Si una pala cargadora debe mover y romper el material, no intente apilarlo en grandes pilas.
La acumulación de inventario en capas puede minimizar la segregación. Este tipo de almacén puede construirse con una excavadora. Si el material se entrega en el patio, la excavadora debe empujarlo hacia la capa inclinada. Si la pila se construye con una cinta transportadora, la excavadora debe empujar el material hacia una capa horizontal. En cualquier caso, se debe tener cuidado de no empujar el material por encima del borde de la pila, ya que esto puede provocar desbordamiento, una de las principales causas de la separación.
El apilamiento con excavadoras presenta varias desventajas. Dos riesgos importantes son la degradación y la contaminación del producto. El trabajo continuo con equipo pesado compacta y aplasta el material. Al utilizar este método, los fabricantes deben tener cuidado de no degradar excesivamente el producto para intentar mitigar los problemas de separación. La mano de obra y el equipo adicionales que requiere suelen encarecer excesivamente este método, y los productores se ven obligados a recurrir a la separación durante el procesamiento.
Los transportadores de apilamiento radial ayudan a minimizar el impacto de la separación. A medida que se acumula el inventario, el transportador se mueve radialmente a izquierda y derecha. Al moverse radialmente, los extremos de las pilas, generalmente de material grueso, se cubren con material fino. Los dedos delanteros y traseros seguirán siendo rugosos, pero la pila estará más mezclada que la de los conos.
Existe una relación directa entre la altura y la caída libre del material y el grado de segregación que se produce. A medida que aumenta la altura y se expande la trayectoria del material en caída, aumenta la separación del material fino y grueso. Por lo tanto, los transportadores de altura variable son otra forma de reducir la segregación. Inicialmente, el transportador debe estar en la posición más baja. La distancia a la polea principal debe ser siempre la más corta posible.
La caída libre desde una cinta transportadora a una pila es otro motivo de separación. Las escaleras de piedra minimizan la segregación al eliminar la caída libre del material. Una escalera de piedra es una estructura que permite que el material fluya por los escalones hacia las pilas. Es eficaz, pero su aplicación es limitada.
La separación causada por el viento se puede minimizar mediante el uso de toboganes telescópicos. Los toboganes telescópicos en las poleas de descarga del transportador, que se extienden desde la polea hasta la pila, protegen del viento y limitan su impacto. Si se diseñan correctamente, también pueden limitar la caída libre del material.
Como se mencionó anteriormente, la cinta transportadora ya cuenta con aislamiento antes de llegar al punto de descarga. Además, cuando el material sale de la cinta transportadora, se produce una mayor segregación. Se puede instalar una rueda de paletas en el punto de descarga para remezclar este material. Las ruedas giratorias tienen alas o paletas que recorren y mezclan el material. Esto minimiza la segregación, pero la degradación del material puede ser inaceptable.
La separación puede implicar costos significativos. El inventario que no cumple con las especificaciones puede resultar en sanciones o el rechazo de todo el inventario. Si se entrega material no conforme en la obra, las multas pueden superar los $0.75 por tonelada. Los costos de mano de obra y equipo para rehabilitar pilas de mala calidad suelen ser prohibitivos. El costo por hora de construir un almacén con una excavadora y un operador es mayor que el costo de una cinta transportadora telescópica automática, y el material puede descomponerse o contaminarse para mantener una clasificación adecuada. Esto reduce el valor del producto. Además, cuando se utiliza equipo como una excavadora para tareas no productivas, existe un costo de oportunidad asociado con el uso del equipo cuando se capitalizó para tareas productivas.
Se puede adoptar otro enfoque para minimizar el impacto del aislamiento al crear inventario en aplicaciones donde este puede ser un problema. Esto incluye el apilamiento en capas, donde cada capa se compone de una serie de pilas.
En la sección de pilas, cada pila se muestra como una pila en miniatura. La división se produce en cada montón individual debido a los mismos efectos descritos anteriormente. Sin embargo, el patrón de aislamiento se repite con mayor frecuencia en toda la sección transversal de la pila. Se dice que estas pilas tienen una mayor resolución de división porque el patrón de gradiente discreto se repite con mayor frecuencia a intervalos más cortos.
Al procesar pilas con un cargador frontal, no es necesario mezclar materiales, ya que una sola cuchara incluye varias pilas. Al restaurar la pila, las capas individuales son claramente visibles (véase la Figura 2).
Las pilas se pueden crear mediante diversos métodos de almacenamiento. Una opción es usar un sistema de puente y transportador de descarga, aunque esta opción solo es adecuada para aplicaciones estacionarias. Una desventaja importante de los sistemas de transportadores estacionarios es que su altura suele ser fija, lo que puede provocar la separación por viento, como se describió anteriormente.
Otro método consiste en utilizar un transportador telescópico. Estos transportadores ofrecen la forma más eficiente de apilar y suelen preferirse a los sistemas estacionarios, ya que pueden moverse cuando es necesario y muchos están diseñados para transportarse por carretera.
Los transportadores telescópicos consisten en transportadores (transportadores de protección) instalados dentro de transportadores exteriores de la misma longitud. El transportador de punta puede moverse linealmente a lo largo del transportador exterior para cambiar la posición de la polea de descarga. La altura de la rueda de descarga y la posición radial del transportador son variables.
El cambio triaxial de la rueda de descarga es esencial para crear pilas estratificadas que eviten la segregación. Los sistemas de cabrestante se utilizan habitualmente para extender y retraer las cintas transportadoras de alimentación. El movimiento radial de la cinta transportadora puede realizarse mediante un sistema de cadena y rueda dentada o mediante un accionamiento planetario hidráulico. La altura de la cinta transportadora suele modificarse extendiendo los cilindros telescópicos del tren de aterrizaje. Todos estos movimientos deben controlarse para crear automáticamente pilas multicapa.
Los transportadores telescópicos cuentan con un mecanismo para crear pilas multicapa. Minimizar la profundidad de cada capa ayuda a limitar la separación. Esto requiere que el transportador se mantenga en movimiento a medida que aumenta el inventario. La necesidad de movimiento constante obliga a automatizar los transportadores telescópicos. Existen diversos métodos de automatización, algunos más económicos pero con limitaciones significativas, mientras que otros son totalmente programables y ofrecen mayor flexibilidad en la creación de inventario.
Cuando el transportador comienza a acumular material, se mueve radialmente mientras lo transporta. El transportador se mueve hasta que se activa un interruptor de límite montado en el eje del transportador a lo largo de su recorrido radial. El gatillo se ajusta según la longitud del arco que el operador desea que recorra la cinta transportadora. En ese momento, el transportador se extenderá a una distancia predeterminada y comenzará a moverse en la dirección opuesta. Este proceso continúa hasta que el transportador de largueros alcanza su extensión máxima y se completa la primera capa.
Al construir el segundo nivel, la punta comienza a retraerse desde su extensión máxima, desplazándose radialmente y retrayéndose en el límite arqueado. Construya capas hasta que el pilote active el interruptor de inclinación montado en la rueda de soporte.
El transportador ascenderá la distancia establecida e iniciará la segunda elevación. Cada elevador puede constar de varias capas, dependiendo de la velocidad del material. La segunda elevación es similar a la primera, y así sucesivamente hasta formar toda la pila. Una gran parte de la pila resultante se desaisla, pero se producen rebosamientos en los bordes de cada pila. Esto se debe a que las cintas transportadoras no pueden ajustar automáticamente la posición de los interruptores de límite ni de los objetos utilizados para accionarlos. El interruptor de límite de retracción debe ajustarse para que el rebose no obstruya el eje del transportador.