Respuesta de un harnero vibratorio ante la pérdida de rigidez en los apoyos

Response of a vibrating screen when it loses stiffness in the supports

Los harneros vibratorios son máquinas críticas en la industria minera. La correcta operación del harnero se consigue con un movimiento adecuado, definido principalmente por su inclinación y amplitud vibratoria [1-2]. Los modelos dinámicos disponibles en la literatura no permiten simular condiciones en que es significativa la variación dinámica del ángulo de inclinación, como en la partida, detención y operación con pérdida de rigidez en algún apoyo, pues estos modelos linealizan el movimiento angular [3-4]. En el presente trabajo se plantea un modelo dinámico no lineal de tres grados de libertad de un harnero vibratorio mostrando su desarrollo, solución y simulaciones numéricas. Las simulaciones entregan cuánto cambia la dirección de cada órbita y magnitud de la frecuencia natural, con respecto a la rigidez de los apoyos. Con esto es posible evaluar el estado de los resortes para mantener las condiciones de diseño que aseguren la alta eficiencia requerida y detectar los cambios de estos para aumentar el tiempo medio de intervención por el reemplazo de los resortes.

INTRODUCCIÓN

Un harnero es una máquina utilizada en la industria, principalmente minera, para la clasificación de componentes sólidos en relación a su tamaño, con el objetivo de separar los productos finos de los gruesos. Contiene una o más mallas con múltiples aperturas de dimensiones uniformes, que actúan como un calibre pasa/no pasa, obteniendo un producto final con tamaño más equilibrado que el original.

El rendimiento de esta máquina es medido por la capacidad de separar el material correctamente, que se puede calcular por la fracción de material obtenida en cada salida [5]. La predicción numérica de esta magnitud se obtiene mediante modelos empíricos, como el de Karra [6] o por elementos discretos, como lo estudian en [1-2]. En ambos casos se evidencia que cambios en la inclinación, amplitud y aceleración vibratoria, afectan significativamente en su rendimiento.

Para conocer el movimiento del harnero vibratorio como cuerpo rígido se emplea la modelación dinámica. En la literatura existen dos modelos: el de He y Liu [3], y el de Liu [4]. El primero es lineal (linealizan la rotación θ) de 3 grados de libertad, donde la excitación del sistema es circular y no está ubicado en el centro de masa. Para su resolución aprovechan la linealidad del sistema y expresan sus soluciones como sinusoidales. Al resolver sus ecuaciones con parámetros equivalentes, no se obtienen los mismos resultados, debido a la definición del ángulo de inclinación, que ellos definen como declinación y por la solución de θ, que la amplitud obtenida no es la correcta. El segundo es un modelo lineal en 3D de tres grados de libertad, que fue desarrollado con las ecuaciones de Lagrange. Sus resultados son simulaciones del harnero cuando sus resortes pierden rigidez (como se hace en 3.2), pero no dejan en claro cuál es el comportamiento ni obtienen conclusiones al respecto.