La estructura de un molino de molienda autógeno o semiautógeno (molino AG/SAG) se compone principalmente de una tolva de alimentación, una carcasa, un sistema de descarga, un sistema de cojinetes y lubricación, y un sistema de accionamiento y control. La sección del cuerpo del molino se subdivide a su vez en el extremo de alimentación, el cuerpo cilíndrico, las placas de rejilla, los elevadores de pulpa y el extremo de descarga. El sistema de accionamiento y control incluye el motor principal, el acoplamiento, el embrague dinámico, el dispositivo de accionamiento de baja velocidad y los controles eléctricos, entre otros. El sistema de cojinetes y lubricación incluye también dispositivos de elevación, entre otros. La figura 3-1 muestra el diagrama estructural de un molino AG/SAG de accionamiento mecánico.

Figura 3-1 – Esquema estructural del molino AG/SAG de accionamiento mecánico

Tolva de alimentación

En los molinos AG/SAG de gran y mediano tamaño, el extremo de alimentación suele adoptar una estructura de tolva tipo carro (como se muestra en la figura 3-2), con revestimientos resistentes al desgaste integrados en su interior. Debido al gran tamaño de los materiales de alimentación de los molinos AG/SAG, la rampa de alimentación debe tener una pendiente y una altura considerables para garantizar una alimentación fluida. Si se devuelve el flujo inferior del ciclón, puede ser necesario añadir una caja de rocas para reducir su impacto. En los molinos de gran tamaño, la rampa del carro de alimentación atraviesa directamente el eje hueco en el extremo de alimentación para entrar en el interior del molino, por lo que el eje hueco no sufre desgaste y no requiere revestimientos. En el caso de los molinos pequeños y medianos o de los molinos AG/SAG, el eje hueco sigue necesitando revestimientos, y el material debe atravesar una sección del eje hueco antes de entrar en el interior del molino.

Figura 3-2 – Estructura en 3D del carro de alimentación para el Molino AG/SAG

Eje hueco en el extremo de alimentación

Durante la puesta en marcha y la parada del molino, el eje hueco (tal y como se muestra en la figura 3-3) requiere aceite lubricante a alta presión para levantar el muñón y formar una película de aceite, evitando así la fricción en seco en las superficies de deslizamiento. Durante el funcionamiento normal, se suministra aceite a baja presión, y el movimiento rotatorio del muñón genera una película de aceite hidrodinámica. En el cojinete del eje hueco, suele instalarse un cojinete de empuje para limitar el movimiento axial del molino. En los molinos de gran tamaño, también se instala una célula de carga en el cojinete del eje hueco para medir y supervisar el peso del material en el interior del molino, lo cual constituye un parámetro crítico para la seguridad del molino y el control automático. En el revestimiento del cojinete hay integrados conductos serpentinos de agua de refrigeración; se puede introducir agua de refrigeración cuando sea necesario para reducir la temperatura de la almohadilla del cojinete.

Cada cojinete principal está equipado con un sensor de temperatura para la supervisión dinámica de la temperatura de la superficie de apoyo del cojinete. Cuando la temperatura supera un valor preestablecido, se activa una alarma automática y el molino se detiene. En ambos extremos de los cojinetes principales hay juntas anulares, y se inyecta grasa a través de los conductos de aceite lubricante para evitar fugas de aceite y la entrada de polvo.

Concha

La carcasa del molino AG/SAG está formada por el cabezal de entrada, la carcasa cilíndrica, el cabezal de salida y la boca de descarga acampanada. Puede ser de construcción monobloque o en dos partes, y el eje hueco suele ser de fundición. Los molinos pequeños suelen adoptar el tipo monobloque, mientras que, a medida que aumenta el tamaño del molino, aumenta el número de piezas que lo componen. Las piezas críticas se someten a ensayos ultrasónicos tras el mecanizado en bruto y a una inspección por partículas magnéticas de las superficies tras el acabado. La superficie del muñón del eje hueco se pule tras el mecanizado. Todas las uniones entre los cabezales y la carcasa se realizan con pernos de alta resistencia. Se requiere una alta precisión de mecanizado para garantizar unas uniones fiables y la concentricidad de los dos muñones tras el montaje final. Cuando se adopta el tipo dividido, se utilizan uniones con bridas y posicionamiento mediante espiga. La pared interior de la carcasa del molino está revestida con revestimientos de caucho, tal y como se muestra en la figura 3-4.

Figura 3-4 – Carcasa del molino AG/SAG

Revestimientos

Todas las zonas del molino que entran en contacto directo con el mineral o la pulpa están equipadas con revestimientos (tal y como se muestra en la figura 3-5). Estos constituyen las superficies de desgaste renovables del molino y representan uno de los principales componentes de los costes de producción (suponen aproximadamente un tercio de los costes de explotación de un molino AG/SAG). Las principales funciones de los revestimientos son las siguientes:

(1) Proteger la carcasa del molino de los daños causados por impactos fuertes, la abrasión y/o la corrosión química provocada por el material que se encuentra en el interior del molino, y proporcionar una superficie resistente al desgaste que pueda sustituirse.

(2) Transferir la energía de la carcasa giratoria del molino a los medios de molienda y al mineral que se encuentran en su interior, provocando su movimiento y logrando así la función de molienda.

La tasa de desgaste de los revestimientos es uno de los parámetros clave de rendimiento. Es necesario supervisar continuamente el espesor del revestimiento para evitar el desgaste de la carcasa del molino. Además, el rendimiento del revestimiento tiene un impacto significativo en el rendimiento del molino, la disponibilidad del equipo, la vida útil del revestimiento, la eficiencia energética y los costes de producción. Si la tasa de desgaste de los revestimientos es demasiado elevada, aumentarán considerablemente los costes de material de los revestimientos y se producirán paradas no programadas para su sustitución, lo que reducirá la disponibilidad del equipo y el rendimiento medio. En el caso de los molinos semiautógenos que utilizan bolas de acero como medios de molienda, un diseño incorrecto de los revestimientos puede provocar que las bolas de acero impacten directamente contra ellos, lo que da lugar a la rotura de los revestimientos y/o a la fractura de las bolas, lo que aumenta considerablemente los costes de producción y el tiempo de inactividad por mantenimiento.

Figura 3-5 – Revestimientos del molino AG/SAG
(a) Plano de montaje de los revestimientos; (b) Revestimientos del extremo de alimentación; (c) Revestimientos de la carcasa; (d) Placas de la rejilla; (e) Elevadores de pasta

3.1.4.1 Revestimientos de la carcasa
Los revestimientos de la carcasa constituyen la interfaz que transfiere energía al material del interior del molino y desempeñan un papel decisivo en la eficiencia de la molienda del material. La geometría de los revestimientos de la carcasa controla el movimiento del material en el interior del molino, lo que a su vez da lugar a diferentes mecanismos de molienda, eficiencias de molienda y características del tamaño del producto. En la práctica industrial, no solo hay que tener en cuenta la geometría de los revestimientos nuevos, sino también los cambios en la geometría y sus efectos a lo largo del proceso de desgaste. Por lo tanto, el diseño de los revestimientos de la carcasa (incluidos los elevadores que llevan incorporados) es crucial para aumentar el rendimiento por unidad de tiempo del molino. Cabe señalar que la geometría de los revestimientos de la carcasa varía en función de las propiedades del mineral, la finura de molienda requerida y otros factores.

3.1.4.2 Placas de rejilla
En cuanto a su principio de funcionamiento, las placas de rejilla son similares a los equipos de clasificación, como las cribas, ya que permiten el paso del material de tamaño inferior al de las aberturas de la rejilla. La fuerza motriz que impulsa el paso del material a través de las placas de rejilla es la diferencia de presión a ambos lados de las mismas. Las principales funciones de las placas de rejilla son las siguientes:

(1) Retener el material grueso (y los medios de molienda, en el caso de los molinos SAG) en el interior del molino AG/SAG. En los molinos AG, el propio mineral grueso actúa como medio de molienda. Al mismo tiempo, si los trozos de mineral son demasiado grandes, pueden superar el tamaño máximo de alimentación permitido por la trituradora de guijarros, lo que imposibilita su procesamiento eficaz o afecta al rendimiento global de la trituración. En los molinos SAG, las placas de rejilla limitan la pérdida de medios de molienda al impedir que se descarguen las bolas de acero.

(2) Las placas de rejilla también sirven para limitar la descarga de material (incluidos los trozos de mineral medianos y pequeños). En el caso de los molinos AG/SAG que requieren una molienda fina, esto ayuda a mantener un nivel elevado de carga en el molino, mejora el mecanismo de molienda por atrición y, por lo tanto, da lugar a una molienda más fina.

Sin embargo, si la resistencia de las placas de la rejilla al flujo de la suspensión es demasiado alta, esta se acumulará en el interior del molino hasta alcanzar un nivel crítico. Hasta este nivel crítico, contribuye a mejorar la eficiencia de molienda de las partículas finas, especialmente en la molienda AG, donde puede aumentar la finura del producto. Pero una acumulación excesiva crea un charco de pulpa en el interior del molino AG/SAG, lo que reduce la eficiencia de molienda. Esto se debe a que los medios de molienda deben atravesar primero la capa de pulpa antes de impactar contra el mineral, con lo que pierden energía cinética. A veces, incluso si no hay una capa de pulpa por encima del mineral, una capa espesa de pulpa sobre la superficie del mineral reduce de forma similar la fuerza de trituración por impacto de los medios de molienda.

Si hay un depósito de lodos dentro del molino, los molinos de gran tamaño suelen utilizar rejillas con elevadores curvos para aumentar su capacidad de producción. A veces, con el fin de aprovechar al máximo la trituración de guijarros, las rejillas se diseñan con amplias zonas abiertas para aumentar la velocidad a la que los guijarros pasan a través de ellas.

Los parámetros clave de diseño de las placas de rejilla incluyen la superficie abierta, el tamaño y la forma de las aberturas, la posición de las aberturas y la altura de los elevadores en las rejillas. Si los elevadores de pulpa situados aguas abajo tienen capacidad suficiente, se puede alcanzar el caudal de descarga de lechada previsto optimizando las placas de rejilla.

Elevadores de pulpa
Los elevadores de pulpa actúan como una bomba para descargar la suspensión que ha pasado a través de las placas de la rejilla. Las barras radiales de los elevadores de pulpa se asemejan a los radios de una rueda, pero cuentan con una placa inferior resistente al desgaste que protege el cono de descarga del molino (actuando como revestimiento). Cuando el molino gira, la suspensión de cada compartimento del elevador de pulpa se eleva; cuando el compartimento supera la posición horizontal, la suspensión fluye hacia la abertura de descarga central y, finalmente, se descarga del molino a través de la boca acampanada.

Para acelerar y mejorar la eficiencia de la descarga de la pasta, los elevadores de pasta pueden fabricarse con una configuración curva. Sin embargo, el molino está limitado a una rotación unidireccional, lo que puede afectar a la vida útil de otros revestimientos en los molinos de gran tamaño y aumentar los costes de los mismos.

Hay dos parámetros clave para evaluar el rendimiento de los elevadores de pulpa: el reflujo y el arrastre. El reflujo se refiere a la pulpa en suspensión que se encuentra en los compartimentos del elevador de pulpa y que vuelve a fluir a través de las placas de rejilla hacia la cámara de molienda del molino. Esto puede agravar la formación de un charco de pulpa en suspensión en la cámara de molienda y acelerar el desgaste de las aberturas de las placas de rejilla. El arrastre significa que, durante una revolución del molino, la pulpa en los compartimentos de los elevadores de pulpa no puede vaciarse por completo. Cuando el compartimento del elevador de pulpa gira hacia abajo desde la posición horizontal, la pulpa restante en su interior ya no se desplaza hacia la abertura de descarga central, sino que comienza a moverse hacia la periferia del molino. Dado que la lechada se desplaza más rápido que el mineral grueso, lo que queda atrás son principalmente guijarros. Sin embargo, al desplazarse hacia la periferia, la lechada suele impactar contra el fondo del compartimento del elevador de pulpa, lo que provoca un desgaste acelerado.

En el caso de los elevadores de pulpa, hay que tener en cuenta el número de compartimentos. Si el número es demasiado reducido, cada compartimento resulta grande, lo que aumenta el reflujo y requiere más tiempo para vaciar cada uno de ellos, lo que aumenta la probabilidad de que se produzcan arrastres. Si el número es demasiado elevado, las paredes de los compartimentos ocupan demasiado espacio, lo que reduce la capacidad total de los elevadores de pulpa, y cada compartimento se vuelve más pequeño, lo que aumenta la probabilidad de que se atasquen trozos grandes de mineral o bolas de acero, lo que reduce aún más la capacidad de descarga.

Extremo de descarga

El eje hueco situado en el extremo de descarga de los molinos AG/SAG convencionales es prácticamente idéntico al del extremo de alimentación, pero carece de cojinetes de empuje y células de carga. La figura 3-6 muestra una vista desde el extremo de descarga en dirección al molino. En algunas regiones, especialmente en África (Sudáfrica), existen diseños especiales del extremo de descarga, como se muestra en la figura 3-7. El extremo de descarga del molino solo cuenta con rejillas similares a las placas de rejilla. Una vez que el material pasa a través de ellas, se descarga directamente, sin necesidad de elevadores de pulpa, por lo que la descarga del material no presenta restricciones.

Figura 3-6 – Extremo de descarga de un molino AG/SAG convencional

Figura 3-7 – Extremo de descarga sin eje hueco (normalmente también sin elevadores de pulpa)

Criba de tambor

Para simplificar el circuito de molienda, los molinos pequeños y medianos suelen estar equipados con una criba de tambor en el extremo de descarga (como se muestra en la figura 3-8), que se utiliza para clasificar el material descargado del molino, lo que elimina la necesidad de una criba vibratoria externa. Es prácticamente igual que la criba de tambor de descarga de un molino de bolas, pero los orificios de la criba deben modificarse según los requisitos del proceso. Además, la criba de tambor de un molino AG/SAG no tiene una espiral inversa en su interior. En el caso de los molinos de gran tamaño, la capacidad de clasificación de la criba de tambor es limitada o, por lo general, muy insuficiente para lograr una clasificación eficaz; por ello, la mayoría de los molinos de gran tamaño no están equipados con una criba de tambor.

Figura 3-8 – Criba de tambor en el extremo de descarga del molino AG/SAG

Sistema de lubricación

La parte de alta presión del sistema de lubricación suministra aceite a alta presión para elevar el eje hueco, mientras que la parte de baja presión proporciona lubricación y refrigeración a los cojinetes del eje hueco y a los cojinetes de empuje del molino. El acumulador contiene nitrógeno a alta presión. En caso de que el sistema de lubricación falle y el molino se dispare y se pare, el molino no se detiene por completo de forma inmediata; en ese momento, el nitrógeno a alta presión impulsa el aceite lubricante durante un breve periodo de tiempo hacia las zonas que aún deben lubricarse, evitando así daños en el molino. En la figura 3-9 se muestra su vista en 3D.

Sistema de transmisión

Con el aumento del tamaño de los molinos AG/SAG, han surgido dos cambios y requisitos destacados para los molinos suministrados por la industria de la maquinaria y la electricidad:

(1) A medida que aumenta el diámetro del molino, también aumenta la potencia de cada motor.
(2) Aumenta la demanda de motores de velocidad variable. Esto se debe a que es necesario mejorar la adaptabilidad del proceso de molienda a las variaciones en las propiedades del mineral, lo que permite aumentar eficazmente el rendimiento o ajustar el grado de finura de la molienda de forma oportuna para mejorar la recuperación.

El sistema de accionamiento de un molino AG/SAG suele diseñarse teniendo en cuenta los siguientes factores clave:

(1) Corriente de arranque o carga.
(2) Límite máximo de potencia.
(3) Si se requiere velocidad variable.
(4) Carga de trabajo y dificultad del mantenimiento.
(6) Costes de explotación y mantenimiento de la producción.

Las configuraciones de accionamiento para los molinos AG y SAG se dividen, en primer lugar, en accionamientos con engranajes y accionamientos sin engranajes. Los accionamientos con engranajes se subdividen a su vez en accionamientos con motor síncrono y accionamientos con motor asíncrono (de inducción). En función del nivel de potencia, los accionamientos con motor síncrono y asíncrono pueden ser de accionamiento simple o doble. Por lo tanto, las configuraciones de accionamiento más habituales incluyen cinco tipos: accionamiento simple con motor síncrono, accionamiento simple con motor asíncrono, accionamiento doble con motor síncrono, accionamiento doble con motor asíncrono y accionamiento con motor anular sin engranajes. En la figura 3-10 se muestran los sistemas de accionamiento de molinos más habituales.

Figura 3-10 – Sistemas de accionamiento de fresadoras de uso habitual (12)

Transmisión por engranajes transmite la potencia al molino mediante un sistema de piñón y corona dentada. En el caso de los molinos de accionamiento único, según la disposición, se dividen en configuraciones de mano izquierda y de mano derecha (visto desde el extremo de alimentación en la dirección del flujo de material; si el motor principal se encuentra en el lado izquierdo de la carcasa, se trata de una configuración de mano izquierda, y si está en el lado derecho, de mano derecha). En función de los requisitos de diseño del proceso, la unidad de accionamiento puede colocarse tanto en el extremo de alimentación como en el de descarga. En el caso de los accionamientos por engranajes, suelen adoptarse métodos de arranque suave para reducir el par y la corriente de arranque, lo que permite un arranque por etapas del motor principal y de la carcasa del molino, disminuyendo la potencia instalada y reduciendo la corriente de arranque varias veces en comparación con el arranque directo. Entre los métodos de arranque suave más habituales se encuentran los embragues neumáticos y los arrancadores de resistencia líquida; con el desarrollo de la industria electrónica, también se utilizan ocasionalmente variadores de velocidad (VSD).

Accionamiento sin engranajes Se trata de una disposición especial del motor. Todo el molino actúa como un motor, en el que la carcasa del molino hace las veces de rotor y el motor anular, de estator, de forma similar a un motor convencional. De por sí, cuenta con capacidad de velocidad variable.

Debido a las limitaciones de resistencia mecánica, la potencia máxima de un accionamiento único con engranajes es de 8,5-11,5 MW, mientras que un accionamiento doble con engranajes puede alcanzar hasta 15-17 MW. En cuanto a los motores anulares sin engranajes, suelen utilizarse para potencias superiores a 10 MW, y la potencia máxima actual de un motor anular sin engranajes es de 28 MW.

Motor eléctrico

3.2.1.1 Motor asíncrono (de inducción)

En la figura 3-11 se muestra la estructura básica de un motor asíncrono trifásico. Se compone principalmente de dos partes fundamentales: el estator y el rotor.

(1) Estator. El estator es la parte fija del motor, que se utiliza para generar un campo magnético giratorio. El núcleo del estator está formado por láminas de acero al silicio laminadas, con numerosas ranuras en la circunferencia interior para alojar los devanados del estator. Se compone principalmente del núcleo del estator, los devanados del estator y el bastidor.

(2) Rotor. El rotor es la parte giratoria del motor, compuesta por el núcleo del rotor, los devanados del rotor y el eje. El núcleo del rotor también está fabricado con láminas de acero al silicio laminadas, con numerosas ranuras en la circunferencia exterior para alojar los devanados del rotor. Su función es generar un par de rotación bajo la acción del campo magnético giratorio. En función de su construcción, los rotores se clasifican en rotores de jaula de ardilla y rotores bobinados (de anillos colectores), y la diferencia radica en el propio rotor.

Figura 3-11 – Estructura de un motor asíncrono

Las ventajas de los motores asíncronos residen en su estructura sencilla, su rendimiento estable, su fácil mantenimiento, su bajo coste y su proceso de fabricación, que es el más sencillo; por ello, son los motores más utilizados en la industria.

A motor asíncrono trifásico de jaula de ardilla (como se muestra en la figura 3-12) se refiere a un motor cuyo estator tiene bobinados trifásicos distribuidos y cuyo rotor es una barra conductora de tipo jaula de ardilla. Dado que las barras conductoras se asemejan a una jaula de ardilla, se denomina motor asíncrono de jaula de ardilla. El rotor de un motor de jaula de ardilla está fabricado con barras metálicas, ya sean de cobre o de aluminio. El aluminio es relativamente barato y se utiliza ampliamente en aplicaciones menos exigentes, pero el cobre tiene una mejor conductividad mecánica y eléctrica que el aluminio, por lo que la gran mayoría de los rotores están fabricados en cobre. Cuando se aplica corriente alterna trifásica a los devanados del estator, se genera un campo magnético giratorio. Las barras conductoras cerradas del rotor inducen fuerza electromotriz y corriente al cortar las líneas de campo magnético del estator. Los conductores por los que circula la corriente en el campo magnético están sometidos a fuerzas de Lorentz, que impulsan al rotor a girar. Una vez que el proceso de fabricación resolvió el problema de la rotura de las barras, la fiabilidad de los motores de jaula de ardilla superó con creces a la de los motores de rotor bobinado. Su desventaja es que el par obtenido por el rotor metálico al cortar las líneas magnéticas en el campo giratorio del estator es relativamente pequeño, y la corriente de arranque es elevada, por lo que, en general, no son adecuados para cargas que requieran un par de arranque elevado. Aunque aumentar la longitud del núcleo puede proporcionar más par, la mejora es muy limitada. Los motores de rotor bobinado, por su parte, alimentan los devanados del rotor a través de anillos colectores durante el arranque, creando un campo magnético del rotor que se desplaza con respecto al campo giratorio del estator, obteniendo así un par mayor. Además, se conecta en serie un arrancador de resistencia líquida para reducir la corriente de arranque, y su resistencia se controla mediante un dispositivo electrónico para que varíe en función del proceso de arranque. Dado que los motores de jaula de ardilla tienen una estructura sencilla, un bajo coste y un control relativamente sencillo, su uso está muy extendido.

arrancador resistente a los líquidos Utiliza una solución acuosa especialmente formulada como resistencia, con placas de electrodos introducidas en un depósito de resistencia de alta tensión diseñado específicamente para ello y conectadas al circuito del estator del motor. Durante el arranque, al controlar el valor de la resistencia del líquido y el tiempo de arranque, el motor consigue un arranque gradual, suave y sin sacudidas.

rotor bobinado (tal y como se muestra en la figura 3-13) tiene bobinados similares a los del estator, con las tres fases conectadas en estrella y los tres cables terminales conectados a tres anillos colectores de cobre montados en el eje, que a su vez se conectan al circuito externo mediante un juego de escobillas. Dado que el motor asíncrono de rotor bobinado incorpora anillos colectores, arrancadores de resistencia líquida, etc., su estructura es más compleja que la del motor de jaula de ardilla, pero ofrece un par de arranque mayor. El motor de rotor bobinado puede ajustar el par de arranque añadiendo resistencias externas, lo que reduce la corriente de arranque y aumenta el par de arranque, lo que se traduce en mejores características de arranque. Por lo tanto, es adecuado para cargas de alta inercia, como los molinos.

Los motores asíncronos absorben potencia reactiva de la red eléctrica porque sus devanados de estator, al ser elementos inductivos, no realizan trabajo real, sino que generan un campo magnético giratorio cuando se alimentan de corriente. Esto tiene un impacto significativo en la red. Cuando se conecta una carga inductiva de alta potencia a la red, la tensión de la red desciende. Por lo tanto, el uso de motores asíncronos está sujeto a limitaciones en cuanto al suministro eléctrico, lo cual es un factor que muchas instalaciones deben tener en cuenta. Si se van a utilizar motores asíncronos para cargas de alta potencia, deben estar equipados con dispositivos de compensación de potencia reactiva. Por el contrario, los motores síncronos pueden suministrar potencia reactiva a la red a través de sus sistemas de excitación; cuanto mayor es la potencia, más evidentes se hacen las ventajas de los motores síncronos, lo que ha llevado a su amplia aplicación.