A maior eficiência de produção dos moinhos de grande diâmetro não se deve apenas ao fato de serem “maiores e terem maior capacidade de material”. Existem razões profundas mecânica da cominuição e dinâmica de fluxo razões por trás disso. As principais razões podem ser resumidas nos cinco aspectos a seguir:

1. Maior energia de britagem (maior força de britagem)

A velocidade de operação de um moinho é geralmente definida em 65%–85% da velocidade crítica (a velocidade de rotação é praticamente fixa). A essa velocidade, a altura até a qual os meios de moagem são elevados é diretamente proporcional ao diâmetro efetivo D da fábrica.

• Fórmula: A altura máxima de queda H do meio de moagem está relacionado de forma quase linear ao diâmetro D.
• Efeito real: Quanto maior o diâmetro, mais alto os meios de moagem são elevados e maior é a sua velocidade terminal no momento do impacto. A energia de esmagamento de impacto único (E=mgh) é muito maior do que a de um moinho pequeno. No caso de partículas duras e grossas, um moinho de grande diâmetro consegue triturá-las “de uma só vez”, enquanto um moinho pequeno precisa recorrer à moagem repetida, o que é naturalmente menos eficiente.

2. Maior proporção da zona de trabalho efetiva da “camada de contração” (princípio fundamental)

Este é o base teórica fundamental devido à maior eficiência dos moinhos de grande porte (a teoria da contração de camadas).

• Durante a operação do moinho, os meios de moagem não giram como uma massa sólida. Em vez disso, formam uma disposição em camadas semelhante a uma “cachoeira”: a camada mais externa se move junto com o invólucro (a camada ascendente), a camada mais interna se move centrípetamente (a camada descendente) e a camada intermediária (camada de contração) gera intensa compressão, atrito e impacto entre os meios de esmerilhamento — essa é a zona de trabalho propriamente dita, onde ocorre a esmerilhagem.
• Ponto-chave: A espessura dessa camada de contração efetiva é essencialmente uma constante e não aumenta linearmente com o diâmetro do moinho.
• Conclusão: Em um moinho de pequeno diâmetro, essa camada eficaz representa uma proporção relativamente pequena da carga total de meios de moagem. Em um moinho de grande diâmetro, a proporção da zona interna de deslizamento ineficaz diminui, e a porcentagem volumétrica da zona de trabalho efetiva aumenta significativamente, o que resulta em uma utilização de energia muito maior.

3. Perdas relativamente menores decorrentes do “efeito de borda”

• A camada de meios de moagem mais próxima dos revestimentos do casco (a camada externa) é forçada a girar junto com o casco, com movimento relativo relativamente pequeno; por isso, sua ação de moagem é fraca — trata-se de uma “zona de baixa eficiência” ou “zona morta”.”
• A espessura dessa zona de baixa eficiência é influenciada pela estrutura do revestimento e pelo coeficiente de atrito, sendo, em grande parte, independente do diâmetro.
• Em um laminador pequeno, a zona de baixa eficiência ocupa uma grande proporção da seção transversal. Em um laminador grande, essa proporção é significativamente menor, o que significa menor consumo de energia desperdiçada e uma proporção maior de energia efetiva.

4. Capacidade otimizada de vazão de material e distribuição no leito

• Descarga mais suave: A área de descarga na tampa final aumenta proporcionalmente ao quadrado do diâmetro, de modo que a capacidade de processamento de material se multiplica. O moinho é menos propenso à “moagem saturada”, e a velocidade do fluxo de material pode ser controlada com maior flexibilidade.
• Efeito de classificação: Em moinhos de grande porte com relações comprimento-diâmetro adequadas, a distribuição do material ao longo da seção transversal é mais uniforme. As partículas finas podem ser descarregadas mais rapidamente, reduzindo a “moagem excessiva” (ou seja, as partículas finas qualificadas que não são descarregadas prontamente continuam a ocupar espaço de moagem e a consumir energia). Isso aumenta a produção do produto acabado por unidade de tempo.

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

De uma perspectiva macroeconômica:

• Os moinhos pequenos (por exemplo, Φ1,83 m) apresentam uma grande relação entre a área da superfície da camada e o volume, de modo que as perdas por dissipação de calor são maiores. Além disso, a relação entre o peso próprio do moinho (meios de moagem + revestimentos) e a produção de material é relativamente alta.
• As grandes usinas (por exemplo, ≥Φ4,2 m) se beneficiam das economias de escala. Suas consumo específico de energia (kWh/t) é significativamente menor do que a dos moinhos pequenos. Embora tenham maior capacidade de mídia de moagem, a produção por tonelada de mídia é muito maior.

Uma tabela de comparação rápida:

Observação prática: Embora os moinhos de grande porte sejam mais eficientes, maior nem sempre significa melhor. Quando o diâmetro ultrapassa um determinado limite (por exemplo, ≥Φ5,0 m), o aumento na produção por unidade de potência tende a entrar em uma “zona de saturação” devido ao aumento das forças centrífugas e ao deslizamento entre camadas. É por isso que os diâmetros principais dos grandes moinhos de cimento atualmente disponíveis no mercado concentram-se, em sua maioria, na faixa de Φ4,2 m a Φ5,0 m.