La mayor eficiencia productiva de los molinos de gran diámetro no se debe únicamente a que sean “más grandes y tengan mayor capacidad”. Existen razones de fondo mecánica de la trituración y dinámica de los flujos razones que lo explican. Las razones fundamentales pueden resumirse en los cinco aspectos siguientes:

1. Mayor energía de trituración por impacto (mayor fuerza de trituración)

La velocidad de funcionamiento de un molino suele fijarse en 65%–85% de la velocidad crítica (la velocidad de rotación es más o menos fija). A esta velocidad, la altura a la que se elevan los medios de molienda es directamente proporcional al diámetro efectivo D del molino.

• Fórmula: La altura máxima de caída H del medio de molienda guarda una relación casi lineal con el diámetro D.
• Efecto real: Cuanto mayor es el diámetro, más se elevan los medios de molienda y mayor es su velocidad terminal en el momento del impacto. La energía de aplastamiento por impacto único (E=mgh) es mucho mayor que la de un molino pequeño. En el caso de las partículas duras y gruesas, un molino de gran diámetro puede triturarlas “de un solo golpe”, mientras que un molino pequeño debe recurrir a una molienda repetida, lo que, naturalmente, resulta menos eficiente.

2. Mayor proporción de la zona de trabajo efectiva de la “capa de contracción” (principio fundamental)

Este es el fundamentos teóricos básicos por la mayor eficiencia de los molinos de gran tamaño (la teoría de la contracción de capas).

• Durante el funcionamiento del molino, los medios de molienda no giran como una masa sólida. En su lugar, forman una disposición en capas “similar a una cascada”: la capa más externa se mueve con la carcasa (la capa ascendente), la capa más interna se mueve de forma centrípeta (la capa descendente), y la capa intermedia (capa de contracción) genera una intensa compresión, fricción e impacto entre los medios; esta es la zona de trabajo propiamente dicha donde se lleva a cabo la molienda.
• Punto clave: El espesor de esta capa de contracción efectiva es esencialmente una constante y no aumenta linealmente con el diámetro del molino.
• Conclusión: En un molino de diámetro pequeño, esta capa efectiva representa una proporción relativamente pequeña de la carga total de medios. En un molino de diámetro grande, la proporción de la zona interior de deslizamiento ineficaz disminuye, y el porcentaje volumétrico de la zona de trabajo efectiva aumenta de forma significativa, lo que se traduce en un aprovechamiento energético mucho mayor.

3. Pérdidas por “efecto de borde” relativamente reducidas

• La capa de medios de molienda más cercana a los revestimientos del casco (la capa exterior) se ve obligada a girar junto con el casco, con un movimiento relativo relativamente escaso, por lo que su acción de molienda es débil: se trata de una “zona de baja eficiencia” o “zona muerta”.”
• El espesor de esta zona de baja eficiencia depende de la estructura del revestimiento y del coeficiente de fricción, y es en gran medida independiente del diámetro.
• En un laminador pequeño, la zona de baja eficiencia ocupa una gran parte de la sección transversal. En un laminador grande, esa proporción es mucho más pequeño, lo que se traduce en un menor consumo de energía innecesaria y una mayor proporción de energía efectiva.

4. Capacidad optimizada de rendimiento de material y distribución en el lecho

• Descarga más suave: La superficie de descarga en la tapa final aumenta con el cuadrado del diámetro, por lo que la capacidad de procesamiento de material se multiplica. El molino es menos propenso a la “molienda saturada” y la velocidad del flujo de material se puede controlar con mayor flexibilidad.
• Efecto de clasificación: En molinos de gran tamaño con relaciones longitud-diámetro adecuadas, la distribución del material a lo largo de la sección transversal es más uniforme. Las partículas finas pueden descargarse más rápidamente, lo que reduce la “molienda excesiva” (es decir, las partículas finas que cumplen los requisitos y no se descargan rápidamente siguen ocupando espacio en el molino y consumiendo energía). Esto aumenta la producción de producto acabado por unidad de tiempo.

5. Menor consumo específico de energía (kWh/t)

Desde una perspectiva macroeconómica:

• Los molinos pequeños (por ejemplo, Φ1,83 m) presentan una elevada relación entre la superficie de la carcasa y su volumen, por lo que las pérdidas por disipación de calor son mayores. Además, la relación entre el peso propio del molino (medios de molienda + revestimientos) y la producción de material es relativamente alta.
• Las grandes fábricas (por ejemplo, ≥Φ4,2 m) se benefician de las economías de escala. Su consumo específico de energía (kWh/t) es considerablemente inferior a la de los molinos pequeños. Aunque contienen más medios de molienda, el rendimiento por tonelada de medios es mucho mayor.

Una tabla comparativa rápida:

Nota práctica: Aunque los molinos de gran tamaño son más eficientes, no siempre “más grande” significa «mejor». Cuando el diámetro supera un límite determinado (por ejemplo, ≥Φ5,0 m), el aumento de la producción por unidad de potencia tiende a entrar en una «zona de saturación» debido al aumento de las fuerzas centrífugas y al deslizamiento entre capas. Por este motivo, los diámetros principales de los molinos de cemento de gran tamaño actualmente disponibles en el mercado se concentran, en su mayoría, en el rango de entre Φ4,2 m y Φ5,0 m.