Separación granulométrica

8.5 Separación granulométrica

La separación granulométrica es el proceso fundamental de clasificación de áridos inertes por tamaño de partícula. A partir del material fragmentado (0-100 mm típicamente), se generan fracciones discretas comerciales (0/4, 4/8, 8/16, 16/31,5, 31,5/63 mm) que tienen usos específicos en industria de construcción. Esta clasificación es crítica porque: (a) cada aplicación (hormigón, aglomerados, rellenos, subbases de carreteras) requiere granulometría específica, (b) la venta de áridos por tamaño genera márgenes mayores que venta de material mixto, (c) control granulométrico en origen facilita comprador el ajuste de dosificaciones en obra. Este apartado analiza principios de cribado, equipos de separación, calibración de mallas, y control de calidad granulométrica.

Principios de cribado por vibración

Las cribas vibratorias utilizadas en tratamiento de residuos inertes operan mediante vibración forzada de matriz de malla inclinada. Un motor excéntrico (o sistema de contrapesos rotatorios) genera fuerza oscilatoria vertical y horizontal que hace que partículas de material se levanten ligeramente de la superficie de malla, avanzando hacia descarga mientras caen. Partículas menores que abertura de malla pasan a través (undersize); partículas mayores se transportan por malla hacia descarga final (oversize).

Parámetros de vibración que afectan eficiencia de cribado: (a) Frecuencia (Hz): típicamente 12-20 Hz en aplicaciones de construcción. Frecuencias mayores mejoran capacidad pero generan más polvo y ruido. (b) Amplitud (mm): típicamente 5-15 mm. Mayor amplitud mejora transparencia de criba (% de material < malla que consigue pasar) pero reduce capacidad y aumenta desgaste. (c) Ángulo de inclinación: 15-25 grados. Mayor inclinación aumenta velocidad de transporte (capacidad) pero reduce tiempo de contacto con malla (menos separación efectiva). (d) Velocidad de transporte: se controla mediante ángulo e frecuencia; velocidad típica 1-3 m/s.

Efectividad de cribado se mide como "transparencia" o "eficiencia": porcentaje de material menor que abertura que consigue pasar a través. Transparencia típica es 85-95% en condiciones ideales, pero se reduce con: (a) malla colmatada (obstruida por finos), (b) humedad excesiva (material se apelmaza), (c) particulas con forma laminar que tienden a bloquearse, (d) material con distribución granulométrica cercana a abertura de malla (mucho material justo en tamaño límite).

Tipos de mallas y aberturas estándar

Las mallas de cribado se caracterizan por "abertura" (distancia entre barras de malla) expresada en milímetros. Norma ISO 3444 define series estándar de aberturas: 0,16; 0,25; 0,4; 0,63; 1; 1,4; 2; 2,8; 4; 5,6; 8; 11; 16; 22,4; 31,5; 45; 63; 90; 125 mm. Para tratamiento de residuos inertes, se utilizan típicamente: 4, 8, 16, 31,5, 63 mm.

Materiales de malla: (a) Acero (barras de acero soldadas perpendiculares): mayor durabilidad (vida 6-12 meses en operación continua), bajo coste (80-200 euros por m²), pero generan ruido elevado. Indicadas para fracciones gruesas (> 8 mm). (b) Poliuretano (elastómero sintético): menor ruido (reducción 10-15 dB), mayor vida útil (12-18 meses), mejor capacidad de cribado (menor colmatación), pero 3-4x más caro que acero (250-800 euros/m²). Indicadas para fracciones finas (< 8 mm) o aplicaciones donde ruido es limitante. (c) Acero galvanizado: similar a acero pero con tratamiento anticorrosión, usado en plantas costeras o áreas de alta humedad. (d) Mallas de elastómero reforzado con acero: compromiso entre coste y durabilidad.

Configuración de cribas clasificadoras

Las cribas utilizadas en separación granulométrica final (clasificador) tienen múltiples niveles de malla para separar simultáneamente varias fracciones. Configuración típica para áridos inertes es "criba de tres pisos": Piso superior: malla 31,5 mm → Material > 31,5 mm se descarga como oversize (recirculación a trituradora o rechazo). Piso intermedio: malla 8 mm → Material 8/31,5 mm se descarga como fracción comercial. Piso inferior: malla 4 mm → Material 4/8 mm se descarga como fracción comercial. Undersize criba (material < 4 mm) se descarga como fracción 0/4 mm. Cuando se requieren más de 3 fracciones, se añade malla adicional (ej. 16 mm) o se utiliza criba de 4 pisos.

Disposición de mallas en cascada: cada piso descarga lateralmente hacia canal de producto diferenciado. Para evitar contaminación cruzada, los canales deben estar separados por tabiques o dirigirse a tolvas diferenciadas. Material rechazado (oversized) puede retornar automáticamente a trituradora secundaria mediante cinta ascendente para re-tritura, mejorando recuperación general.

Sistemas de supresión de polvo en cribas

Durante cribado, especialmente cuando hay malla fina (4 mm), se generan emisiones de polvo fino por vibración y movimiento de aire. Sistemas de control de polvo incluyen: (a) Encerramientos parciales alrededor de criba con salidas para descarga de material pero cerradas en zonas de vibración, (b) Sistemas de captura local con campanas aspirantes y conductos de escape hacia colector de polvo (filtro de mangas o precipitador electrostático), (c) Riego por nebulización (spray de agua fina) sobre malla, que humedece polvo sin afectar drenaje a través de malla. Riego requiere 0,5-1 m³ agua por tonelada procesada. (d) Supresión de polvo pre-cribado mediante air-separator antes de criba, eliminando mayor parte de finos (< 0,1 mm) que son especialmente problemáticos.

Limitación normativa típica: concentración de sílice respirable < 0,025 mg/m³. Instalaciones deben implementar al menos dos de los métodos anteriores de control de polvo.

Control de calidad y validación de fracciones

Cada fracción producida debe ser validada mediante curva granulométrica (análisis de composición de tamaños). Se extrae muestra de 5-10 kg de cada fracción cada 2-4 horas de operación. Muestra se somete a cribado analítico con series completa de mallas (31,5; 22,4; 16; 11; 8; 5,6; 4; 2,8; 2; 1,4; 1; 0,63; 0,4; 0,25; 0,16 mm). Cada fracción se pesa tras paso por cada malla, construyendo curva granulométrica que se compara contra especificación.

Especificación típica para árido 8/16 mm: mínimo 85% debe estar en rango 8-16 mm, máximo 5% pasante 4 mm, máximo 10% retenido > 16 mm. Si fracción no cumple especificación durante 2-3 muestras consecutivas, se detiene producción para reajustar malla o regulación de criba. Problemas frecuentes incluyen: (a) malla desgastada (aberturas agrandadas), (b) malla colmatada (obstruida), (c) regulación de vibración insuficiente, (d) velocidad de transporte incorrecta.

Registros de control de calidad deben conservarse mínimo 3 años según regulación europea. Certificados de análisis granulométrico se proporcionan a clientes, facilitando comprador la verificación de que áridos cumplen especificación de hormigón o aplicación deseada.

Integración de separación granulométrica en línea de proceso

Esquema típico de línea completa: Residuos brutos → Descontaminación manual → Trituradora primaria (mandíbula 0-100 mm) → Criba primaria (segregar > 40 mm de < 40 mm) → Material > 40 mm → Trituradora secundaria (0-30 mm) → Trituradora terciaria opcionalMaterial < 40 mm → Criba clasificadora de 3 pisos (31,5/8/4 mm) → Separador de polvo (si fracción 0/4 requiere purificación) → Acopios de productos finales: 0/4, 4/8, 8/16, 16/31,5 mm. Capacidad de línea es limitada por equipo más lento; típicamente es trituradora primaria (50-100 t/h) o criba clasificadora (80-150 t/h). Línea debe dimensionarse equilibradamente para evitar cuellos de botella.

Caso práctico: diseño de línea de cribado para planta de 200 t/día

Empresa planifica operación para procesar 200 t/día de escombro heterogéneo, produciendo cuatro fracciones comerciales: 0/4, 4/8, 8/16, 16/31,5 mm. Especificación de cribas: Criba clasificadora de 1.8 m x 3.5 m con tres pisos, capacidad 200 t/h, malla 31,5 mm (acero), malla 8 mm (poliuretano), malla 4 mm (poliuretano), vibrador de 7.5 kW a 1.200 rpm con amplitud 8 mm, ángulo inclinación 20 grados. Sistema de supresión de polvo integrado: encerramientos parciales + spray de agua con bomba de 5 m³/h + colector de polvo con filtros de mangas (área filtrante 100 m²). Separador de polvo VSI opcional antes de criba para fracción 0/4 fina. Cinta de recirculación automática para material oversized. Inversión en cribado (equipo + instalación): 120.000 euros. Costes operativos estimados: 2-3 euros/tonelada (energía, desgaste de malla, agua, mantenimiento). Productos esperados en 8 horas de operación: 0/4 = 48 t, 4/8 = 50 t, 8/16 = 52 t, 16/31,5 = 48 t, oversized recirculado = 2%, finos rechazados = 2%. Margen de venta por fracción: 0/4 (arena fina) = 8 euros/t, 4/8 = 10 euros/t, 8/16 = 12 euros/t, 16/31,5 = 11 euros/t. Ingresos diarios por venta de áridos: aproximadamente 1.900 euros/día.

Ideas clave

• Separación granulométrica es clasificación por tamaño mediante cribas vibratorias; parámetros clave son frecuencia (12-20 Hz), amplitud (5-15 mm), ángulo inclinación (15-25 grados)
• Transparencia de criba (% material < malla que pasa) es típicamente 85-95%; se reduce con malla colmatada, humedad elevada, o material de forma laminar
• Mallas de acero son económicas pero ruidosas (vida 6-12 meses); mallas de poliuretano son más caras pero duran 12-18 meses y reducen ruido 10-15 dB
• Fracciones comerciales estándar para áridos inertes: 0/4, 4/8, 8/16, 16/31,5 mm; cada una tiene aplicación específica en construcción
• Control de calidad mediante curvas granulométricas cada 2-4 horas garantiza conformidad con especificación; registros se conservan 3 años mínimo
• Supresión de polvo requiere encerramientos + riego + colector; emisión límite de sílice es 0,025 mg/m³ ambiente