CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MÁQUINA PULVERIZADORA

“CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MÁ QUINA PULVERIZADORA DE MINERAL PARA LA OBTENCIÓN DE ORO EN LA MINERÍA ARTESANAL” AUTORES: BLANCO ITO, Javier TORRES QUISPE, Edhuar Nelson CCARITA CRUZ, Fredy Alan

[email protected] [email protected] [email protected]

ASESORES: Ing. Ing. Ma Mario rio Cas Castro tro Irrara Irrarazab zabal al Ing. Ing. Percy Percy Rueda Rueda Puelles Puelles

[email protected] [email protected]

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, MECÁNICA Y ELECTRÓNICA UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO Av. De la Cultura s/n, Cusco, Cusco, Perú. Telf: (084) 232193 anexo 176 (Departamento de Ing. Mecánica), Fax(084) 232193 anexo 120 RESUMEN El diseño de la máquin máquinaa que presen presentamos tamos está dirigido dirigido básica básicamente mente hacia el sector sector minero minero-arte -artesanal sanal para la obtención de oro a partir de minerales minerales simples; aplicable en el distrito de de Ayahuay, provincia de Antabamba, Antabamba, departamento de Apurímac. Apurímac. El primer objetivo de ésta máquina máquina es hacer uso de la energía solar como fuente de de calor, aprovechándola a través través de un colector parabólico longitudinal; longitudinal; la energía acumulada por este colector colector será derivada hacia una cámara oscura ubicada en el foco del colector, el cual cumplirá el papel de horno solar en donde el mineral mineral será depositado depositado y al quedar estancado por un periodo de de tiempo irá perdiendo perdiendo humedad; humedad; una vez descargado el mineral del colector libre de humedad humedad sobre el acumulador del pulverizador será transportado transportado por un eje sinfín sinfín hacia hacia el disco pulverizado pulverizadorr para finalmen finalmente te el polvo obtenido obtenido sea sea tratado tratado mediante mediante técnicas técnicas de acopio del del oro, como por ejemplo el uso del mercurio u otras técnicas. Como segundo objetivo está en mejorar las condiciones condiciones de trabajo trabajo del minero minero artesanal así como la calidad de vida de la familia familia de los campesinos que laboran en este oficio ya que obtendrán mayores ingresos por el mejor aprovechamiento del mineral con el que cuentan. Además cabe indicar que cuando se menciona mejorar la calidad de vida, involucra hacer uso razonable y planeado sobre las repercusiones del manejo de reactivos para la obtención del oro en su medio ambiente, mas aún cuando se trata de personas que viven de su agricultura y ganadería.

ABSTRACT The design of the machine that we showed is directed basically toward the mining craft sector for the obtaining of gold as from simple minerals; Applicable at Ayahuay's district, Antabamba's province, Apurímac's apartment. You machinate the first objective of this you are to make use of the solar energy like source of heat, making good use of it through a parabolic longitudinal collector; The energy accumulated it will be derivative toward a darkroom located in the collector's focus for this collector, which will obey the role of solar oven where the mineral will be deposited and when becoming stagnant for a period of time you will go losing humidity; Once once the mineral mineral of the free collector collector of humidity on the pulverizer's accumulator accumulator was discharged endless quantity toward the disco pulverizer will be transported by an axle stops finally the obtained dust, be processed by means of techniques techniques of stock of gold, gold, eat for example the use of mercury mercury or another techniques. techniques. As secondly objective is in to improve the working conditions of the craft miner as well as the quality of life of the family of the peasants that they labor in this occupation since they will obtain bigger entrances for the best use of the mineral they count with. Besides Besides it is pertinent to indicate than when it is mentioned improving the quality quality of life, it involves doing reasonable use and glided envelope the repercussions of the handling of reagents for the obtaining of the gold at his environment, furthermore when it has to do with people that live on his agriculture and cattle raising.



Trusted by over 1 million members

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.





INTRODUCCIÓN Hablar de minería artesanal sin duda que conlleva a preguntarnos muchas cosas, entre ellos quizá esté: ¿Quiénes trabajan?, ¿Cómo trabajan?, ¿Cuentan con alguna tecnología?, ¿Cuánto saben de minería?, ¿Qué beneficios obtienen?, ¿Se preocupan por su salud?, ¿Conocen los efectos nocivos del vapor de mercurio?...etc, así como estas interrogantes seguro que hay otras tantas, tantas, pero pero déjenos déjenos responderl responderles es algunas de estas cuestiones lo suficiente como para poder aclarar la situación de la minería artesanal en Ayahuay. En principio éstos mineros trabajan en las peores condiciones laborales expuestos a problemas de salud salud como como afecci afeccione oness bronco broncopul pulmon monare aress debido al polvo y restos de gases que aspiran luego de las explosiones que realizan, así como dolencias lumbares a efecto de las cargas que llevan y halan de las minas. Por otro lado la técnica que usan para moler el mineral que extraen es totalmente rústica, dado que utilizan un molino de piedras sobrepuestos(fig 1) y para tal fin el mineral que extraen necesariamente tiene que ser un material que tenga un buen porcentaje de oro, caso contrario tienen que acumular la mayor cantidad de mineral para poder venderlo a las plantas mas cercanas y así obtener (si tienen suerte) alguna ganancia que posteriormente el dinero obtenido será dividido en montos iguales entre las personas que hicieron la tarea. Sabiendo del potencial minero de Ayahuay, la máquina que ponemos a consideración estando convencidos del beneficio que obtendrán estas personas son que ya no estarán expuestos a trabajos forzados ni a días laboriosos de molienda con técnicas rudimentarias y primitivas, además de que la ventaja con la que contarán por el mineral molido será mayor puesto que sus ingresos económicos aumentarán y eso naturalmente mejorará la calidad de vida de sus familias.

1. Para Para minera minerall simple simple(su (suave ave); ); con con el que que se cuenta casi en todas las minas artesanales, de éste mineral sólo se aprovecha entre el 30 a 50% y el resto es desechado como desperdicios por su bajo contenido en oro en las puertas de las minas y para extraerlo hacen uso de solamente su propia fuerza con la ayuda de matillo y un punzón. 2. Para Para minera minerall compues compuesto( to(roc rocas as cuarce cuarceada adass y piritosas); unas cuantas minas artesanales trabajan con éste mineral, puesto que cuentan con algunas máquinas perforadoras y son generalmente quienes venden todo el mineral extraído a las plantas. Observados éstos antecedentes, con la aclaración de que éstas minas se encuentran en lugares agrestes e inclusive algunos difícilmente accesibles, es necesario diseñar una maquina pequeña optimizada basado en un molino de granos para el caso primero fundamentalmente, es decir una máquina fácilmente transportable a cualquier lugar geográfico y que su montaje sea sencilla, y claro está que este al alcance de estas personas. Además conviene incluir el diseño diseño de un deshumed deshumedecedor ecedor u horno horno solar solar para para quitar la poca humedad del mineral para que fácilmente sea molido.

DELINEACIÓN DE OBJETIVOS Los objetivo objetivoss que debe cumplir cumplir la máquina máquina a diseñar son los siguientes: •

•

•

•

MINERAL

•

Fig.(1) molino de piedra(kimbalete). •

Que pulverice básicamente minerales simples. Que opere en cualquier zona geográfica, es decir que su tamaño no involucre dificultad para ser transportado y ensamblado y por ende que sea fácilmente manipulable. Que no requiera mucho mantenimiento ni elementos de maquina que no estén al alcance de los mineros en caso suscite algún problema. Que su costo sea relativamente barato al alcance de sus ingresos. Que requiera poca energía/costo para su funcionamiento, es decir, combustible. Reducir notablemente las condiciones de





•

Eliminar el trabajo infantil, puesto que al no tener solvencia económica estas familias muchos de los menores tienen que colaborar con sus padres y desertar de sus estudios.

•

.…(2) N1: rpm de la rueda impulsadora N2: rpm de la rueda conducida

DESARROLLO DEL TRABAJO

D1: diámetro de la rueda impulsadora

La gran dificultad que tiene el minero artesanal, es encontrar el mineral adecuado (rico en oro), y de acuerdo a las experiencias pasadas durante nuestra estadía junto con ellos, logramos verificar que resulta conveniente extraer, moler y procesar al mineral que contenga una ley por encima de 1, vale decir una onza de oro por tonelada; entonces cuando no se logra el objetivo simplemente los que tengan una ley de 0.5 o más son acumulados en la boca de las minas hasta lograr una carga de 20 a 25 toneladas toneladas que que luego serán serán vendidas vendidas a las plantas plantas mineras(Nazca), mientras los minerales que no hayan alcanzado éstos requisitos son desechados o tirados tirados como basura basura,, y resulta resulta curioso curioso que éste éste mineral mineral desecha desechado do alcanza alcanza entre entre el 40 a 50% de de lo que extraen de la mina. Visto la situación proponemos el diseño de la maquina basándonos en el principio de funcionamiento de un molino de granos como en la figura se muestra.

Relación de transmisión

D2: diámetro de la rueda conducida •

Torque: ….(3)

F: fuerza [N] r: radio [m] •

Potencia de diseño

Pdis = P * Fs

…(5)

P: Potencia nominal Fs: Factor de diseño •

Eficiencia

…..(6) •

Diseño por esfuerzo cortante ……..(7)

esfuerzo cortante V: fuerza cortante A: área ……(8)

M: momento flexionante C: excentricidad Fig(2) Bosquejo del molino molino

I. Teoría para el diseño del molino.

I: momento de inercia

2. Geomet Geometría ría para el el diseño diseño del eje y plato plato pulverizador:





Densidad promedio del mineral.

•

q

3

ρ = 2.2 gr/cm

 2  Lk

k



T i

r  ln   0   r i 

……..(11)

- Transferencia de calor por convección a través de un cilindro de longitud L

Evaluando Volumen evacuado/revolución en el eje sin fin para para la obtención de Rmin(r) de perfil. Si V0 = 62.5 cm3 = 62.5 x 10 -6 m3

T 0

 2 h 0  RL T 0  T i 

qc

....(12)

- transferencia de calor por radiación

r q r

R



RLh



r

T 0



T i



....(13)

Fig(3) eje sin fin

V 0



V 0





  r   2   R   2   2   ……(9) 2 2 r 2 R  r  ; R <> 1.2 cm 



r 2

2

2V 0 

2



r

2

2 .4  r 

Fig(4) perfil de secador

 1 . 75 cm  r  20 mm r

Evaluando volumen admitido/rev entre platos, para la obtención del radio min (P) del plato.

t a dí s t ica s p or a ños de l a ra dia ción s ol a r E s ta en Antabamba Antabamba (c a l g r /mi m. c m2 ) P ro m e d i o s

1997

1998

1999

E n e ro

0 .5 6

0 .3 7

0 .4 3

0 .4 5

F e b r e ro

0 .4 0

0 .4 5

0 .5 0

0 .4 5

M a rz o

0 .4 5

0 .4 6

0 .3 5

0 .4 2

A b r il

0 .4 9

0 .4 2

0 .4 6

0 .4 6

M a yo

0 .4 6

0 .5 4

0 .5 7

0 .5 2

Vp = π (3.2+p)2 x 1 - π (3.2)2 x 1

J u

ni o

0 .4 8

0 .5 5

0 .6 6

0 .5 6

Vp = π (6.4p+p 2) → Si Vp= 3 V0

J u l i o

0 .4 6

0 .5 1

0 .5 5

0 .5 0

A g o s to

0 .5 1

0 .4 9

0 .5 7

0 .5 3

0 .5 6

0 .5 1

0 .5 3

0 .5 3

O c tu b r e

0 .6 9

0 .6 2

0 .5 8

0 .6 3

No v i e m b r e Di i b

0 .4 8

0 .5 2

0 .5 5

0 .5 2

0 49

0 45

0 36

0 .4 4

10 p

32

Fig (3) Perfil de espacio espacio entre platos platos

P = 5.2 cm Para Vp= 5 V0 P 7.2

…..(10)

i e m S e p t ie

b r e





Promedio de radiación solar en Antabamba 0.7

coincide con el haz reflejado, la imagen sobre el plano focal será un círculo de Gauss. Si el punto de incidencia I’ sobre el reflector se mueve a lo largo de la línea (I’I”), el círculo de

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

0 ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic Fig.(5)promedio de radiación durante tres años

Del cuadro de radiación solar:

Gauss Gauss se traslada traslada a lo largo largo de un rectángulo rectángulo de long longit itud ud H y anch anchur ura, a, f ε, limitado por dos semicírcu semicírculos los de radio, ((f ε)/ 2), siendo siendo f la distancia focal de la parábola. Si, f ε, es pequeño con relación a H, se puede admitir que la superficie del rectángulo es, H f ε, Fig (6). Los lados de este este rectángulo rectángulo cortan a la elipse en los puntos C, D, E, F y al eje Ox en A’ y B’. Para calcular el área de la parte sombreada (ECDGE), los ejes mayor (AB) y menor (MN) de la elipse son:

Transformado la intensidad solar a MJ/m2, tenemos:

I  18 .3 MJ / m

2

De ahí sabemos que las horas del sol del mes de marzo (mes de insolación mínima).

La superficie elemental sombreada A 1 vale, aproximadamente:

a s . Hs = 4 , 9 1 h o r a s

y la superficie de la elipse (ACDBGE) es:

Hs = 4 , 9 1 ( 3 6 0 0 ) s e s e g . Hs = 1 7 6 7 6 s e g . H a ll a n d o l a p o t e n c i a d e r a d ia c i ó n s o la r :

P





Intensidad MJ / m 2

 



tiempo seg

18 .3 MJ / m 2 P 17676 seg P  1035 . 3W / m

2

Consideraciones geométricas sobre los colectores cilíndrico parabólicos: La superficie de abertura del concentrador, es el área del mismo proyectada sobre un plano normal al plano de simetría. Para un colector cilíndrico parabólico es un rectángulo de dimensiones la anchura y longitud de la superficie reflectante. Si se considera un haz de rayos luminosos de





Para el angulo dФ Y la imagen de Gauss:

exterior exterior del tubo recepto receptor, r, a la interior, por lo que el coeficiente global de transmisión de calor U basado en el diámetro exterior “ de” del tubo, desde la superficie exterior al fluido, es:

Y si I0 es la constante solar, la energia que incide sobre un espejo de ángulo de apertura Ф es:

Por tanto el factor de concentración es:

C 

Energia en la sup erficiede Gauss Energiaen la elipse de Gauss

Fig(8) Distribución de Energía solar incidente

RESULTADOS Y DISCUSIONES Fig(7) Imagen reflejada reflejada teórica del sol en un colector colector cilindrico parabólico

Tratándose de un colector concentrador cilíndrico parabólico y un receptor circular, t = 1, alrededor del cual no existen gradientes de temperatura. El coeficiente de transmisión de calor entre el tubo a Tr y el mineral a TF que se encuentra en su interior es hCF y el coeficiente global de pérdidas al exterior Uc, de la forma:

Resultados: •

•

Para el volumen de mineral procesado será necesario incrementar el número de revoluciones a dos veces el calculado, vale decir a 120 RPM. Este resultado en base a las observaciones realizadas al molino de granos. De acuerdo a los cálculos realizados requerimos de un motor eléctrico de medio hp de potencia potencia con 2800rpm, y un sistema de transmisión mecánica se engranajes para aumentar el torque del eje motor al







Discusiones: •

•

•

Es indispensable capacitar al minero artesanal sobre le manejo ambiental y las repercusiones a las que inevitablemente llegará una vez realice la explotación del recurso minero, puesto que una vez extraído el oro, lo que se acumulará en grades cantidades será el relave. Será necesario realizar tratamiento térmico al eje sinfín, puesto que no sólo transportará el mineral al plato, sino que también durante el viaje estará moliendo y solamente el tratamiento térmico ayudará a tener una mayor vida útil. Proponemos el diseño de filos opuestos en los platos para mejorar el proceso de molido de los minerales.

•

Plato fijo Plato Móvil

Mineral

Fig(9) Perfil de filos de platos_ ataque ataque al mineral

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES •

Se sabe que para diseñar una máquina para pulverizar minerales no es complicado desde el punto de vista técnico, seguro que

necesariamente se debe preparar un centro de acopio de relave único con la finalidad de acopiar la mayor cantidad de relave y posteriorm posteriormente ente vender vender esta materia materia a las plantas mineras, ya que ellos son los que cuentas con los reactivos y técnicas avanzadas para extraer el oro de estos relaves; además de que al estar todo el relave en un sola zona no se atentará al medio ambiente; convencidos estamos que aplica aplicando ndo esta esta cultur culturaa de manej manejoo de relaves no sólo el minero-campesino se verá benefi beneficiado ciado,, sino que tambié tambiénn sus semejantes no se serán afectados con la alteración de su medio ambiente, por tanto creemos que que pueden convivir en la misma zon zona la la min mineería y las ac activid ividaades agropecuarias. Se recomienda capacitar al minero artesanal artesanal para el optimo optimo manejo manejo de de los secadores solares, creemos que es necesario ilustrar de manera técnica de cómo y cuándo cambiar la dirección de los colectores, puesto que solamente los colectores cuentan con un seguidor mecánico.

BIBLIOGRAFIA MECANICA DE MATERIALES: AUTORES: Beer, jhonston, Hibbeler, Riley. •

TRANSFERENCIA DE CALOR: AUTOR: AUTOR: J.G. Colman Colman •

•

PRINCIPIOS DE TRANFERENCIA DE CALOR:





ANEXO (2) DISEÑO DEL DEL MOLINO MOLINO DE MINERALES



  

CÁLCULO Y DISEÑO DE UNA MÁQUINA PULVERIZADORA

Recommend Documents