ES2870561T3 - Proceso de disociación de los diferentes constituyentes de un material artificial heterogéneo - Google Patents

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Abstract

Proceso de disociación de los diferentes constituyentes de un material artificial heterogéneo, comprendiendo el proceso la fragmentación del material en una máquina (1) de fragmentación por compresión en un lecho de material bajo el efecto de una fuerza de fragmentación, comprendiendo la máquina (1): - un depósito (3) que forma una pista (3a) interior de fragmentación alrededor de un eje longitudinal de la máquina (1); - un cubo (5) que forma una pista (5a) exterior de fragmentación alrededor de un eje longitudinal de la máquina (1), estando el cubo (5) situado dentro del depósito (3); - al menos un vibrador (8a, 8b, 8c, 8d), que puede girar alrededor de un eje longitudinal de la máquina (1), y conectado a uno u otro del depósito (3) y el cubo (5); - un sistema (11) para controlar al menos un parámetro de la fuerza de fragmentación entre la velocidad de rotación del vibrador o vibradores (8a, 8b, 8c, 8d) y el ángulo de desplazamiento de fase entre al menos dos vibradores (8a, 8b, 8c, 8d) comprendiendo el proceso: - hacer girar el o los vibradores (8a, 8b, 8c, 8d) de la máquina (1) de fragmentación de manera que el depósito realice un movimiento en un plano transversal a la máquina (1) con respecto al cubo (5); - alimentar el material que se va a fragmentar a la máquina (1) de fragmentación; - fragmentar el material entre la pista (5a) exterior y la pista (3a) interior de fragmentación; estando caracterizado el proceso por que el sistema de control ajusta al menos un parámetro de la rotación de los vibradores (8a, 8b, 8c, 8d) para que la máquina (1) genere una fuerza de fragmentación que permita que al menos uno de los constituyentes del material se disocie de los demás constituyentes, al menos en parte.

Description

DESCRIPCIÓN
Proceso de disociación de los diferentes constituyentes de un material artificial heterogéneo
La invención se refiere al campo del reciclaje de materiales artificiales, es decir, obtenidos a partir de un proceso aplicado por el hombre, como producto final de este proceso o no. Más concretamente, la invención se refiere al campo de los materiales artificiales heterogéneos, es decir, producidos a partir de la mezcla de varios constituyentes de los que al menos una parte puede encontrarse en el material sin modificar su estructura.
Los hormigones son un ejemplo de un material artificial heterogéneo. Más concretamente aún, el hormigón de cemento se compone normalmente de gravilla, o incluso de fragmentos de roca, incrustados en un mortero, que a su vez suele ser una mezcla de arena y una pasta de cemento que actúa como aglutinante hidráulico.
El hormigón de cemento se utiliza ampliamente en obras de construcción e infraestructuras, es decir, por ejemplo edificios, carreteras y estructuras de ingeniería. Sin embargo, la producción de hormigón de cemento implica la explotación de recursos naturales, sobre todo minerales, para extraer los áridos, que comprenden gravilla y arena. Por lo tanto, el impacto sobre el medio ambiente no es despreciable, en particular por la explotación de recursos naturales no renovables, pero también por la contaminación y las molestias causadas por el transporte de estos recursos desde su lugar de extracción hasta la obra donde se utilizan para producir el hormigón. Los residuos de demolición también deben eliminarse en vertederos. Estos vertederos, además de su impacto medioambiental, también son objeto de una opinión pública negativa.
Dado que el desarrollo sostenible se ha convertido en una cuestión estratégica, diferentes países han fomentado ya, o incluso impuesto, el uso de una parte de hormigón de cemento reciclado en las obras nuevas, con el fin de desarrollar los circuitos cortos. El hormigón de cemento reciclado se define como el hormigón de cemento obtenido a partir de al menos un constituyente de un hormigón inicial que ha sido previamente vertido y secado para producir una estructura, que luego es demolida.
La producción de hormigón reciclado sigue siendo, sin embargo, compleja, en particular por la presencia de materiales indeseables en el hormigón inicial, tales como trozos metálicos, si la clasificación previa no se ha realizado correctamente, y también por una mayor demanda de agua que en el caso de un hormigón que no utilice gravilla reciclada, debido a la fractura de la gravilla y a la porosidad del mortero antiguo, que es la mezcla de arena y pasta de cemento. Además, la presencia del mortero antiguo disminuye el rendimiento del hormigón resultante, especialmente con una menor resistencia a la fragmentación en comparación con el hormigón no reciclado.
Por lo tanto, para producir hormigón de cemento reciclado, es importante separar los diferentes constituyentes del hormigón original, es decir, la gravilla del mortero, con el fin de reutilizar la gravilla en la formulación del hormigón reciclado. Por lo tanto, el mortero debe separarse de la gravilla, sin romperla para evitar la producción de partículas más finas que no puedan reutilizarse como gravilla. Posiblemente, es conveniente recuperar la arena del mortero, que también es reutilizable.
Se han propuesto diferentes técnicas para producir hormigón de cemento reciclado.
Por ejemplo, se ha propuesto calentar el agua del hormigón mediante microondas para evaporarla y facilitar la separación de la gravilla del mortero, o hacer pasar una descarga eléctrica de muy alta tensión a través del material, una tecnología que juega con las diferencias de conductividad eléctrica entre los materiales para generar fracturas en las interfaces. A continuación, el hormigón "pretratado" se tritura para liberar la gravilla. Sin embargo, en ambas soluciones se requiere energía, lo que dificulta su desarrollo, sobre todo por los costes que conllevan, pero también por su complejidad tecnológica.
También se ha propuesto utilizar la tecnología de las máquinas de molienda-trituración-fragmentación, denominadas en lo sucesivo máquinas de fragmentación.
Por ejemplo, es conocido el uso de una máquina de fragmentación de mandíbulas, es decir, que comprende dos mandíbulas articuladas entre sí para fragmentar el material acercando las mandíbulas entre sí. El documento JP2007-261870 ofrece un ejemplo de este tipo de máquina, en la que la tasa de llenado de la zona de fragmentación, entre las dos mandíbulas, se regula ajustando la velocidad de una cinta que alimenta el material a la máquina de fragmentación y la velocidad de una cinta de salida que recupera el material fragmentado a la salida de la máquina de fragmentación. De este modo, el tiempo de permanencia del material entre las mandíbulas se regula para obtener la liberación de la gravilla. El documento WO2011/142663 también propone utilizar una máquina de fragmentación de mandíbulas en la que el tiempo de permanencia del material entre las mandíbulas se ajusta mediante un movimiento vertical de una de las mandíbulas con respecto a la otra. El documento WO2016/122324 propone soplar aire entre las mandíbulas para arrastrar las partículas finas y optimizar la energía de fragmentación para el material restante entre las mandíbulas.
Estas soluciones con una máquina de fragmentación de mandíbulas no son del todo satisfactorias, ya que en la práctica la gravilla no se libera lo suficiente del mortero como para ser reutilizada en un nuevo hormigón con características satisfactorias. Por lo tanto, a menudo se implementa un dispositivo complementario como el descrito en el documento WO2016/122323 después de la máquina de fragmentación de mandíbulas, en el que el material que sale de la máquina de fragmentación se somete a vibraciones para liberar aún más la gravilla. Este dispositivo adicional aumenta la necesidad de espacio de una planta y el consumo de energía.
También es conocido el uso de una máquina de fragmentación que comprende rodillos giratorios sobre un lecho de material. El documento WO 2015/051925 proporciona un ejemplo de dicho uso. Según este documento, la presión de los rodillos se ajusta de tal manera que las tensiones aplicadas al lecho de molienda por los rodillos permiten la separación de los materiales por fricción mutua y utilizando el fenómeno de atrición. En la práctica, esta solución sigue sin ser del todo satisfactoria.
A partir del documento US 2015/0210594, también se sabe cómo introducir hormigón en un tambor giratorio. Se inyecta en el tambor un gas de combustión compuesto por CO2. El CO2 reacciona con la pasta de cemento del hormigón a 75°C, y la rotación del tambor asegura que el hormigón se rompa continuamente, de modo que nuevas superficies están continuamente expuestas al CO2. El hormigón también se baña en agua en el tambor para que esté casi 100% saturado de agua. Los productos de la reacción incluyen carbonato de calcio y áridos, que se descargan del tambor en una cinta transportadora. Esta solución es compleja de aplicar y consume mucha energía. También requiere una etapa de secado para el material recuperado del tambor antes de que los productos de reacción y, por lo tanto, los áridos que incluyen la gravilla, puedan ser clasificados, generando costes adicionales.
Por lo tanto, existe la necesidad de un nuevo proceso para liberar la gravilla del mortero de un hormigón previamente utilizado en una obra, y más generalmente para disociar los constituyentes de un material artificial heterogéneo, con el fin de producir un nuevo material reciclado. En el documento JPH09262489A se divulga un proceso para disociar materiales artificiales heterogéneos según el preámbulo de la reivindicación 1.
Para ello, un primer objeto de la invención es proporcionar un proceso de disociación de los diferentes constituyentes de un material artificial heterogéneo que permita recuperar al menos uno de los constituyentes para su reutilización mediante una máquina de fragmentación.
Un segundo objeto de la invención es proponer un proceso de este tipo que no requiera un dispositivo adicional para disociar los constituyentes.
Un tercer objeto de la invención es proponer un proceso de este tipo con un mayor control de la calidad de la disociación entre los constituyentes y, por tanto, una mayor fiabilidad.
Un cuarto objeto de la invención es proponer un proceso de este tipo simplificado.
Un quinto objeto de la invención es proponer un proceso de este tipo con flexibilidad respecto a los constituyentes a disociar, para adaptar fácilmente los ajustes de la máquina de fragmentación al material que se va a fragmentar. De este modo, según un primer aspecto, la invención propone un proceso para disociar los diferentes constituyentes de un material artificial heterogéneo. En particular, el proceso comprende la fragmentación del material en una máquina de fragmentación por compresión en un lecho de material bajo el efecto de una fuerza de fragmentación. La máquina comprende:
- un depósito que forma una pista de fragmentación interior alrededor de un eje longitudinal de la máquina;
- un cubo que forma una pista de fragmentación exterior alrededor de un eje longitudinal de la máquina, estando el cubo colocado dentro del depósito;
- al menos un vibrador, ajustado en rotación alrededor de un eje longitudinal de la máquina, y conectado a uno u otro del depósito y del cubo;
- un sistema para controlar al menos un parámetro de la fuerza de fragmentación entre la velocidad de rotación del vibrador o vibradores y el ángulo de desplazamiento de fase entre al menos dos vibradores.
El proceso comprende entonces:
- hacer girar el o los vibradores de la máquina de fragmentación para que el depósito realice un movimiento en un plano transversal al cubo de la máquina;
- alimentación del material a triturar en la máquina de fragmentación;
- fragmentación del material entre la pista exterior y la pista interior de fragmentación.
El sistema de control ajusta al menos un parámetro de la rotación de los vibradores para que la máquina genere una fuerza de fragmentación que permita que al menos uno de los constituyentes del material se disocie de los demás constituyentes, al menos en parte.
De este modo, la fuerza de fragmentación aplicada entre la pista interior y la pista exterior de fragmentación de la máquina se ajusta de manera que se libere uno de los constituyentes del material heterogéneo de la matriz formada por los otros constituyentes. El constituyente liberado puede entonces recuperarse directamente, sin necesidad de una etapa de limpieza adicional.
El diseño de la máquina permite ajustar rápidamente la fuerza de fragmentación, de manera que se puede ajustar rápidamente, sin tener que detener la máquina en funcionamiento, por ejemplo cuando la liberación del constituyente en cuestión no está de acuerdo con un resultado deseado.
Además, el ajuste de la fuerza de fragmentación en la máquina permite adaptar el proceso a cualquier tipo de material, en función de la naturaleza de sus constituyentes.
Según un modo de realización, el cubo tiene una forma sustancialmente cónica y en el que la máquina comprende: - un bastidor destinado a apoyarse en el suelo, estando soportado el cubo por el bastidor;
- un chasis móvil en traslación al menos en un plano transversal de la máquina con respecto al bastidor, estando el depósito montado en el chasis móvil
- al menos un vibrador montado en el chasis y que gira alrededor de un eje longitudinal de la máquina.
Ventajosamente, la máquina puede comprender:
- al menos dos vibradores montados en el chasis, cada uno de los cuales gira en torno a un eje longitudinal de la máquina mediante un motor, accionando cada motor el vibrador al que está asociado de forma independiente; - un dispositivo de gestión de los motores y un dispositivo de medición del ángulo de desfase relativo entre los vibradores.
El proceso según esta realización puede incluir entonces el ajuste del ángulo de desplazamiento de fase relativo entre los vibradores por el sistema de control para lograr la disociación de al menos un constituyente. De este modo, la fuerza de fragmentación desplegada por la máquina se ajusta mediante el ángulo de desplazamiento de fase entre los vibradores. El ajuste del ángulo de desplazamiento de fase entre los vibradores permite un ajuste fino y preciso de la fuerza de fragmentación. De hecho, como cada vibrador es accionado independientemente de los demás por un motor asociado, la velocidad y la posición de los vibradores entre sí pueden controlarse con precisión y mantenerse a lo largo de todo el funcionamiento de la máquina con gran fiabilidad, asegurando que se libere un resultado deseado de un constituyente del material de partida y que se mantenga durante todo el funcionamiento de la máquina.
La fuerza de fragmentación de la diana puede determinarse de varias maneras. A continuación se presentan dos realizaciones a modo de ejemplo, que pueden aplicarse opcionalmente de forma combinada.
De este modo, según un modo de realización, el al menos un parámetro de la rotación del vibrador se ajusta de la siguiente manera:
- determinar en el material que se va a fragmentar una razón diana entre al menos un constituyente y los demás constituyentes;
- recuperar el material fragmentado a la salida de la máquina de fragmentación;
- determinar al menos un criterio de clasificación para separar al menos un constituyente de los demás constituyentes;
- someter el material fragmentado a una clasificación mediante dicho criterio de clasificación determinado para recuperar al menos dos fracciones;
- determinar una razón real entre las al menos dos fracciones;
- ajustar el al menos un parámetro de la rotación de los vibradores en función de la diferencia entre la razón diana y la razón real.
De hecho, a menudo se conoce la razón teórica de los diferentes constituyentes del material de partida heterogéneo, o al menos es posible una evaluación de la misma. Por lo tanto, al comparar la razón teórica con la real, el proceso permite evaluar el resultado de la liberación de uno de los constituyentes, y ajustar la fuerza de fragmentación de la máquina en consecuencia para obtener el resultado previsto.
Según otro modo de realización, el al menos un parámetro de la rotación del vibrador se ajusta de la siguiente manera: - determinar al menos una propiedad de al menos un constituyente del material;
- calcular, a partir de dicha propiedad determinada, una fuerza diana para disociar el al menos un constituyente de los demás constituyentes;
- ajustar el al menos un parámetro de la rotación de los vibradores para obtener la fuerza diana.
De hecho, por ejemplo, es posible determinar, en función del constituyente que se desea liberar, algunas de sus propiedades, tales como la forma, el tamaño, la dureza y/o la resistencia a la compresión. Estas propiedades pueden utilizarse para estimar una fuerza diana de fragmentación, que romperá la unión entre el constituyente que se desea liberar y los demás constituyentes del material de partida, y para ajustar la rotación del vibrador o vibradores en consecuencia.
Según un modo de realización, toda o parte de al menos una fracción del material fragmentado puede recuperarse y recircularse a la alimentación de la máquina de fragmentación.
De este modo, por ejemplo, el proceso puede comprender además las siguientes etapas:
- determinar al menos un coeficiente de aplanamiento diana para al menos un constituyente del material que se va a fragmentar;
- recuperar dicho al menos un constituyente después de la fragmentación;
- medir dicho coeficiente de aplanamiento de dicho al menos un constituyente;
- ajustar el caudal y/o el intervalo granulométrico de la al menos una fracción recirculada en función de la diferencia entre el coeficiente de aplanamiento determinado y el coeficiente de aplanamiento medido.
De manera alternativa o en combinación, el proceso puede comprender además las siguientes etapas:
- determinar un índice de limpieza para al menos un constituyente del material que se va a fragmentar;
- recuperar dicho al menos un constituyente después de la fragmentación;
- medir dicho índice de limpieza de dicho al menos un constituyente;
- ajustar el caudal y/o el intervalo granulométrico de la al menos una fracción recirculada en función de la diferencia entre el índice de limpieza determinado y el índice de limpieza medido.
Según una posible aplicación, el material que se va a fragmentar es un hormigón y comprende un primer constituyente denominado gravilla y un segundo constituyente denominado mortero. Se dice que la gravilla está atrapada en el mortero, es decir, que la cohesión entre las partículas de gravilla la proporciona, al menos en parte, el mortero. El proceso puede, por tanto, incluir la determinación de una fuerza diana de fragmentación que genere una tensión en el lecho de material superior o igual a la resistencia a la compresión del hormigón. De hecho, se observa que la resistencia a la compresión del hormigón viene dada principalmente por la unión entre la gravilla y el mortero. Midiendo la resistencia a la compresión del hormigón antes de la fragmentación y ajustando la fuerza de fragmentación de la máquina de fragmentación en consecuencia, se consigue la separación entre la gravilla y el mortero.
Según un modo de realización, todavía en la que el material que se va a fragmentar es un hormigón, el proceso puede comprender:
- recuperar la gravilla y el mortero a la salida de la máquina de fragmentación;
- someter la gravilla y el mortero a una clasificación entre las denominadas partículas gruesas de un tamaño superior a un valor dado correspondiente al tamaño mínimo esperado de la gravilla y las denominadas partículas finas de un tamaño inferior a dicho valor dado.
Entre las partículas finas se encuentra la arena, que también se puede recuperar. De este modo, según un modo de realización, las partículas finas se someten a una segunda clasificación para separar, por una parte, las partículas de un tamaño inferior a un segundo valor dado que corresponde al tamaño mínimo esperado para la arena y, por otra parte, las partículas de un tamaño superior a dicho segundo valor dado.
Posiblemente, cuando las partículas de arena no se han desprendido suficientemente de la pasta de cemento, la fracción fina puede someterse a una segunda etapa de fragmentación y a una etapa de clasificación para separar las partículas de un tamaño superior a un segundo valor dado correspondiente al tamaño mínimo esperado para la arena y las partículas de un tamaño inferior a dicho segundo valor dado.
Otros efectos y ventajas de la invención resultarán evidentes a partir de la descripción de las realizaciones acompañadas de las figuras, en las que:
La figura 1 es una representación esquemática, en vista superior, de una máquina de fragmentación para implementar un modo de realización del proceso según la invención.
La figura 2 es una vista en sección transversal a lo largo de la línea II-II de la máquina de la figura 1.
La figura 3 es una representación esquemática de diferentes etapas de un modo de realización del proceso según la invención.
La figura 4 es una ilustración que representa un ejemplo de material heterogéneo.
En las figuras 1 y 2, se muestra un ejemplo de máquina 1 de fragmentación para un material artificial heterogéneo por compresión en un lecho de material adaptado para la realización del proceso según la invención. La fragmentación por compresión en un lecho de material es especialmente adecuada, aunque no exclusivamente, para la fragmentación de materiales minerales.
Por material heterogéneo se entiende aquí un material que comprende varios constituyentes conectados entre sí para formar un bloque. En otras palabras, al considerar uno de los constituyentes, se puede ver como si estuviera encerrado en una matriz formada por los otros constituyentes.
En general, los constituyentes de un material heterogéneo pueden distinguirse según sus propiedades, por ejemplo, sus dimensiones, su forma, su porosidad, su resistencia al desgaste, su resistencia a la compresión o incluso su dureza.
A efectos de simplificación, la siguiente descripción se refiere al ejemplo del hormigón de cemento como material heterogéneo artificial, entendiéndose que el procedimiento objeto de la invención no se limita a este ejemplo. De este modo, en lo que sigue, se considera que el hormigón de cemento está compuesto por partículas de áridos atrapadas en la pasta de cemento. Las partículas de los áridos satisfacen los criterios establecidos, tales como los establecidos en la norma EN12620 y, por lo tanto, incluyen gravilla y partículas de arena, con la expectativa de que la gravilla sea de mayor tamaño que las partículas de arena. Comúnmente, la mezcla de arena y pasta de cemento se denomina mortero, el cual atrapa la gravilla.
La máquina 1 de fragmentación comprende, en particular, un bastidor 2, destinado a apoyarse directamente en el suelo, o indirectamente a través de una plataforma móvil apoyada en el suelo. La máquina 1 también comprende un depósito 3, cuya superficie interior forma una pista 3a de fragmentación interna. El depósito 3 está montado en un chasis 4 que es móvil en traslación con respecto al bastidor 2, al menos en un plano transversal, que en la práctica es sustancialmente el plano horizontal. Para ello, el chasis 4 está montado en el bastidor 2 mediante pernos 4a elásticos, que se deforman elásticamente tanto transversal como longitudinalmente para limitar la transmisión de vibraciones al bastidor 2. En el interior del depósito 3 se coloca un cubo 5, cuya superficie exterior forma una pista 5a exterior de fragmentación. Preferiblemente, el cubo 5 está montado sobre un árbol 6 que se extiende a lo largo de un eje A longitudinal, que en la práctica es sustancialmente vertical, y que se apoya en un bastidor 2a secundario. El bastidor 2a secundario está suspendido del chasis 4.
En lo sucesivo, el término "longitudinal" se refiere a cualquier eje paralelo al eje A longitudinal del árbol 6, y el término "transversal" a cualquier dirección perpendicular al eje A longitudinal.
Según la máquina del ejemplo de las figuras 1 y 2, y de manera no limitativa, el cubo 5 tiene una forma sustancialmente cónica. Más concretamente, la pista 5a exterior describe una superficie de revolución alrededor del eje A longitudinal sustancialmente cónica, ahusada hacia abajo. En este caso, y ventajosamente, la pista 3a interior también describe una superficie sustancialmente cónica alrededor de un eje longitudinal, ahusada hacia arriba.
La máquina 1 es del tipo de inercia y comprende para ello un dispositivo 7 para hacer vibrar el depósito 3 con respecto al bastidor 2 en un plano transversal. De este modo, bajo el efecto del dispositivo 7 vibratorio, el depósito 3 se desplaza en un plano transversal con respecto al cubo 5, de modo que el material es sometido a una presión de fragmentación entre la pista 3a interior y la pista 5a exterior. Según un modo de realización, el dispositivo 7 vibratorio comprende al menos un vibrador desequilibrado cuya rotación alrededor de un eje longitudinal genera el movimiento del depósito 3 con respecto al cubo 5 en un plano transversal. Preferiblemente, el dispositivo 7 vibratorio comprende al menos dos vibradores.
Más concretamente, por vibrador se entiende aquí cualquier dispositivo cuya masa no está perfectamente distribuida en un volumen de revolución y que, por tanto, genera una fuerza de desequilibrio por rotación.
Según un modo de realización que es la de las figuras, el dispositivo 7 vibratorio comprende cuatro vibradores 8a, 8b, 8c, 8d distribuidos en un cuadrado sobre el chasis 4. Cada vibrador 8a, 8b, 8c, 8d puede estar formado por dos partes distribuidas a ambos lados de un plano sustancialmente transversal del chasis 4, de modo que las vibraciones del depósito 3 causadas por la rotación de los vibradores 8a, 8b 8c, 8d permanecen sustancialmente en este plano transversal. Cada vibrador 8a, 8b, 8c, 8d está unido a un árbol 9a, 9b, 9c, 9d vibrador que tiene un eje longitudinal y que gira con respecto al chasis 4 mediante un motor 10, motores 10 de los árboles 9a, 9b vibradores que pueden verse en la figura 2. De este modo, al girar los vibradores, se hace que el depósito 3 vibre y describa un movimiento de traslación circular en un plano transversal.
Cada motor 10 acciona el vibrador correspondiente de forma independiente a los demás vibradores. Más concretamente, cada motor 10 acciona la posición y la velocidad de rotación del vibrador correspondiente. Mediante uno o varios sensores, se puede conocer en todo momento la posición de cada uno de los vibradores y, por tanto, ajustar la posición angular relativa entre dos vibradores, también conocida como desplazamiento de fase. De este modo, cada motor 10 está conectado a un dispositivo de gestión del motor 10 para ajustar la velocidad de rotación de los vibradores 8a, 8b, 8c, 8d. La máquina 1 comprende además un dispositivo de medición del ángulo de desfase relativo entre los vibradores 8a, 8b, 8c, 8d, que está conectado al dispositivo de gestión del motor 10 para controlar el desfase entre los vibradores 8a, 8b, 8c, 8d.
Según una variante, no mostrada en las figuras, el dispositivo 7 vibratorio comprende dos vibradores accionados en rotación por un motor común y alrededor del mismo eje longitudinal. El desfase entre los dos vibradores, es decir, la posición angular relativa alrededor de su eje de rotación, es ajustable, por ejemplo, manualmente cuando la máquina está parada o automáticamente durante el funcionamiento de la misma.
De este modo, es posible ajustar con precisión la fuerza denominada de fragmentación desplegada por la máquina 1 de fragmentación, es decir, la fuerza desplegada entre la pista 3a interior y la pista 5a exterior, ajustando los parámetros de la rotación de los vibradores. De hecho, en la máquina 1 de fragmentación, cuyo movimiento relativo entre la pista 3a exterior de fragmentación y la pista 5a interior de fragmentación se obtiene mediante la utilización de un vibrador, la fuerza desplegada por la máquina depende, en particular, de la frecuencia y de la intensidad de las vibraciones, que a su vez dependen, en particular, de la velocidad de rotación del vibrador, pero también, cuando hay al menos dos vibradores, del desfase entre los dos vibradores como mínimo.
De este modo, la máquina 1 comprende además un sistema 11 para controlar al menos un parámetro de la fuerza de fragmentación entre la velocidad de rotación del vibrador o vibradores y el ángulo de desfase entre los al menos dos vibradores. La fuerza de fragmentación implementada por la máquina 1 de fragmentación puede así ajustarse mediante el ajuste de los vibradores para liberar el árido del hormigón.
Más concretamente, es posible determinar, directa o indirectamente, una fuerza diana, o un intervalo de valores de la fuerza diana, de fragmentación para obtener la disociación de los constituyentes del material.
De forma más general, la máquina 1 de fragmentación con la fuerza de fragmentación ajustada como se ha descrito permite la disociación, al menos parcial, de un constituyente de los demás constituyentes del material de partida heterogéneo, y la recuperación del constituyente de origen en cuestión. Por "disociar al menos parcialmente" se entiende aquí que al menos una parte del constituyente en cuestión deja de estar atrapado en la matriz formada por los otros constituyentes, y se libera. En el ejemplo del hormigón, la fuerza de fragmentación permite así liberar, por ejemplo, las partículas de gravilla del mortero. En otras palabras, se individualiza la mayor parte o la totalidad de la gravilla. Pueden quedar fragmentos de mortero adheridos a la superficie de la gravilla, o pueden seguir conectando la gravilla entre sí. Sin embargo, la cantidad de partículas que siguen unidas entre sí por el mortero es mucho menor que la cantidad de partículas individualizadas. Es posible que la fuerza de fragmentación haya fragmentado algo de gravilla, pero solo una parte minoritaria de las mismas. En otras palabras, la gran mayoría de la gravilla liberada y recuperada es la original, es decir, la que estaba en el hormigón original.
Por ejemplo, para disociar la gravilla del mortero, se puede determinar la fuerza diana de fragmentación mediante un cálculo teórico. Esto se debe a que la resistencia a la compresión del mortero es generalmente inferior a la de la gravilla, de modo que se puede calcular una fuerza diana de fragmentación para romper el mortero limitando o incluso evitando la fragmentación de la gravilla. En general, la fuerza diana de fragmentación puede determinarse a partir de las características de los constituyentes del material que se va a fragmentar.
También es posible calcular una fuerza diana correspondiente a la fuerza de adhesión entre la gravilla y el mortero, siendo la fuerza diana de fragmentación mayor que la fuerza de adhesión pero menor que la fuerza límite en compresión de la gravilla.
También es posible determinar la fuerza diana de fragmentación de forma experimental, sobre una muestra del hormigón inicial.
Según un modo de realización, la fuerza diana de fragmentación se consigue por iteración, partiendo de una fuerza inicial de la máquina y ajustándola actuando sobre la velocidad de rotación de los vibradores o actuando sobre el desfase entre los vibradores hasta conseguir la disociación entre la gravilla y el mortero.
Por ejemplo, la fuerza de fragmentación se ajusta a partir de la relación entre la gravilla y el mortero. La relación entre la gravilla y el mortero para un tipo de hormigón es generalmente conocida. De este modo, es posible determinar una razón teórica basada en el tipo de hormigón alimentado a la máquina 1 de fragmentación. Una vez fragmentado el hormigón en la máquina 1, el material fragmentado se recupera y se somete a una clasificación según un criterio que permite separar la gravilla del mortero. Normalmente, la clasificación puede ser un cribado con un criterio sobre el tamaño de las partículas adaptado a la recuperación de la gravilla, cuyas partículas son más grandes que las del mortero. Esto da lugar a dos fracciones después del cribado. Determinando una razón real entre estas dos fracciones y comparándola con la razón teórica, se puede ajustar la fuerza de fragmentación desplegada por la máquina por aproximación de la razón real a la teórica.
También es posible utilizar otro criterio que no sea la relación entre la gravilla y el mortero. Por ejemplo, la presencia de mortero implica una absorción de agua que es tanto más importante cuanto que la cantidad de mortero es importante. De este modo, al evaluar la cantidad de agua absorbida por la fracción que se supone que comprende la gravilla a la salida de la máquina 1 de fragmentación y después de la clasificación, se obtiene una evaluación de la cantidad de mortero que permanece adherida a la gravilla, y la fuerza de fragmentación de la máquina 1 de fragmentación puede ajustarse en consecuencia.
Ajustando la fuerza de fragmentación mediante la velocidad o el desplazamiento de fase de los vibradores 8a, 8b, 8c, 8d de la máquina 1, como se ha mostrado anteriormente, se puede conseguir un proceso especialmente sensible, cambiando la fuerza de fragmentación desplegada por la máquina en cuestión de segundos, sin tener que parar la máquina o el suministro de material. Además, ajustando la velocidad y el desplazamiento de fase de los vibradores 8a, 8b, 8c, 8d, es posible obtener una amplia gama de valores para la fuerza de fragmentación desplegada por la máquina 1.
Sin embargo, el proceso puede implementarse en cualquier máquina de fragmentación por compresión de lechos de material inerciales en los que la velocidad y/o el desplazamiento de fase de los vibradores sean ajustables, manual o automáticamente, durante el funcionamiento de la máquina o en parada.
La figura 3 ilustra un ejemplo de aplicación del proceso según la invención en la máquina 1 presentada anteriormente.
Más precisamente, el material 12 a fragmentar comprende al menos dos constituyentes, como se ilustra esquemáticamente en la figura 4. Según el ejemplo de hormigón que se describe aquí, el material 12 a fragmentar comprende una matriz 120 compuesta por el mortero, es decir, una mezcla de arena y pasta de cemento, y por partículas 121 de gravilla atrapadas en el mortero, es decir, la superficie de las partículas 121 de gravilla está adherida al mortero.
El material 12 pasa entre la pista 3a interior de fragmentación y la pista 5a exterior de fragmentación. La presión ejercida por el lecho de material sobre el mortero y la gravilla rompe la unión entre las partículas de gravilla y el mortero, liberando la gravilla. A continuación, el material fragmentado se somete a una clasificación en un dispositivo clasificador 13, por ejemplo, en función del tamaño, ya que se espera que las partículas de la gravilla sean más grandes que las del mortero. A la salida del dispositivo de clasificación 13, se recuperan dos fracciones: una primera fracción 14 que comprende las partículas más grandes, y que se denomina fracción gruesa, y una segunda fracción 15 que comprende las partículas más finas, y que se denomina fracción fina.
La fracción 14 gruesa comprende, por tanto, la gravilla liberada del mortero, y preferiblemente la gravilla en gran mayoría respecto al mortero. Más concretamente, parte del mortero puede quedar adherido a ciertas partículas de gravilla. Sin embargo, gracias a la flexibilidad del ajuste de la fuerza de fragmentación de la máquina, es posible determinar una tasa aceptable para la presencia de mortero en la fracción 14 gruesa. En general, la razón de mortero varía entre 10% y 70% en masa en el hormigón alimentado a la máquina 1 de fragmentación. Después de la fragmentación, la fracción gruesa puede contener menos de 10% y preferiblemente menos de 5% en masa de mortero.
La fracción 15 fina se compone entonces mayoritariamente, y preferiblemente de forma exclusiva, de mortero, que es a su vez una mezcla de arena y pasta de cemento. De este modo, para recuperar la arena, la fracción 15 fina puede enviarse a una segunda máquina 16 de fragmentación, sustancialmente similar a la máquina 1 ya descrita anteriormente, para disociar la arena de la pasta de cemento. Como en el caso anterior, el material recuperado a la salida de la segunda máquina 16 de fragmentación se somete a una clasificación en un segundo dispositivo 17 de clasificación con un criterio de clasificación adaptado a la separación entre la arena y la pasta de cemento. El paso por la segunda máquina 16 de fraccionamiento es opcional, ya que puede ser que todo el árido, es decir, la arena y la gravilla, ya se haya disociado suficientemente de la pasta de cemento en la primera máquina 1 de fragmentación para que la fracción 15 fina pueda ser enviada directamente al segundo dispositivo 17 de clasificación. El criterio de clasificación puede basarse de nuevo en el tamaño. A continuación, se recuperan de nuevo dos fracciones, en concreto, una fracción que comprende las partículas más grandes que un valor dado correspondiente al tamaño mínimo esperado para la arena y otra fracción que comprende las partículas más pequeñas que este valor dado.
Según un modo de realización, la totalidad o una parte del material fragmentado se recircula, es decir, después de haber pasado por la máquina 1 de fragmentación, con el fin, en particular, de homogeneizar las fuerzas de compresión multiplicando los puntos de compresión sobre las partículas de gravilla y limitar así la producción de partículas de un tamaño inferior al previsto para la gravilla.
Más concretamente, por ejemplo, una parte del material fragmentado se recupera directamente en la salida de la máquina 1 de fragmentación y se devuelve a la alimentación de la máquina 1.
De manera alternativa o en combinación, el material fragmentado se somete a una etapa de clasificación, y la totalidad o parte de una o más fracciones recuperadas tras la clasificación se devuelve a la alimentación de la máquina 1.
Además, puede realizarse la recirculación de una fracción de vuelta a la máquina 1 para mejorar lo que se denomina coeficiente de aplanamiento. El coeficiente de aplanamiento se utiliza para caracterizar la forma de las partículas, especialmente en el caso de la gravilla en el ámbito del hormigón de cemento. Sin embargo, este concepto puede extenderse a todos los materiales artificiales heterogéneos. El coeficiente de aplanamiento da una indicación de la fragilidad de la gravilla. De hecho, cuanto más alargada y plana es la forma, más frágil es la partícula, lo que hace que el hormigón sea frágil. De este modo, cuanto mayor sea el coeficiente de aplanamiento, más frágiles serán las partículas. Por lo tanto, es posible determinar un valor diana, o al menos un valor máximo, para el coeficiente de aplanamiento esperado de, por ejemplo, la gravilla a la salida de la máquina. Midiendo el coeficiente de aplanamiento de la gravilla después de la fragmentación, es posible entonces ajustar el caudal y/o el intervalo granulométrico de cada fracción recirculada según la diferencia entre el coeficiente de aplanamiento determinado y el coeficiente de aplanamiento medido.
Además, la recirculación, en particular de la fracción 15 fina en el caso del hormigón, puede favorecer también el fenómeno de atrición, en particular sobre el mortero adherido a las partículas de la gravilla en el caso del hormigón, para mejorar el desprendimiento de la gravilla. Por ejemplo, se puede definir un índice de limpieza que caracteriza la cantidad de mortero que queda adherido a las partículas de gravilla. Por ejemplo, puede ser la masa de mortero que se recupera mediante diversas técnicas, como el raspado o la limpieza química, de una muestra de gravilla. El índice de limpieza también puede definirse a partir de la demanda de agua. De este modo, se puede determinar un índice de limpieza que se mide en la gravilla después de la fragmentación. A continuación, el caudal y/o el intervalo granulométrico de cada fracción recirculada se ajusta en función de la diferencia entre el índice de limpieza determinado y el índice de limpieza medido.
De manera alternativa o en combinación, puede añadirse un aditivo a la alimentación de la máquina 1 de fragmentación para facilitar la disociación entre la gravilla y el mortero. El aditivo puede tener el efecto, por ejemplo, de debilitar la unión entre el mortero y la gravilla, o de impedir que las partículas, tanto de la gravilla como del mortero, se aglomeren, facilitando así el eventual tamizado.
La máquina 1 de fragmentación puede ajustarse fácilmente para conseguir el resultado deseado. De este modo, el proceso permite obtener de forma fiable una fracción que contiene gravilla que pueden utilizarse directamente en la formulación de un nuevo hormigón, sin ninguna etapa de limpieza adicional. La máquina también permite recuperar una fracción que comprende la arena y una fracción que comprende la pasta de cemento, que a su vez puede reutilizarse en la formulación de un nuevo hormigón.
Aunque la descripción se refiere al ejemplo del hormigón de cemento, gracias en particular a la flexibilidad en el ajuste de la fuerza de fragmentación, el proceso puede ser implementado para cualquier material artificial heterogéneo.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Proceso de disociación de los diferentes constituyentes de un material artificial heterogéneo, comprendiendo el proceso la fragmentación del material en una máquina (1) de fragmentación por compresión en un lecho de material bajo el efecto de una fuerza de fragmentación, comprendiendo la máquina (1):
- un depósito (3) que forma una pista (3a) interior de fragmentación alrededor de un eje longitudinal de la máquina (1);
- un cubo (5) que forma una pista (5a) exterior de fragmentación alrededor de un eje longitudinal de la máquina (1), estando el cubo (5) situado dentro del depósito (3);
- al menos un vibrador (8a, 8b, 8c, 8d), que puede girar alrededor de un eje longitudinal de la máquina (1), y conectado a uno u otro del depósito (3) y el cubo (5);
- un sistema (11) para controlar al menos un parámetro de la fuerza de fragmentación entre la velocidad de rotación del vibrador o vibradores (8a, 8b, 8c, 8d) y el ángulo de desplazamiento de fase entre al menos dos vibradores (8a, 8b, 8c, 8d)
comprendiendo el proceso:
- hacer girar el o los vibradores (8a, 8b, 8c, 8d) de la máquina (1) de fragmentación de manera que el depósito realice un movimiento en un plano transversal a la máquina (1) con respecto al cubo (5);
- alimentar el material que se va a fragmentar a la máquina (1) de fragmentación;
- fragmentar el material entre la pista (5a) exterior y la pista (3a) interior de fragmentación;
estando caracterizado el proceso por que el sistema de control ajusta al menos un parámetro de la rotación de los vibradores (8a, 8b, 8c, 8d) para que la máquina (1) genere una fuerza de fragmentación que permita que al menos uno de los constituyentes del material se disocie de los demás constituyentes, al menos en parte.
2. Proceso según la reivindicación 1, en el que el cubo (5) tiene una forma sustancialmente cónica y en el que la máquina (1) comprende:
- un bastidor (2) destinado a apoyarse en el suelo, estando el cubo (5) apoyado en el bastidor (2);
- un chasis (4) que puede desplazarse en traslación al menos en un plano transversal de la máquina (1) con respecto al bastidor (2), estando el depósito montado en el chasis (4) móvil;
- al menos un vibrador (8a, 8b, 8c, 8d) montado en el chasis (4) y que puede girar alrededor de un eje longitudinal de la máquina (1).
3. Proceso según la reivindicación 1, en el que el cubo (5) tiene una forma sustancialmente cónica y en el que la máquina (1) comprende:
- un bastidor (2) destinado a apoyarse en el suelo, estando el cubo (5) apoyado en el bastidor (2);
- un chasis (4) que puede desplazarse en traslación al menos en un plano de la máquina (1) con respecto al bastidor (2), estando el depósito montado en el chasis (4) móvil,
- al menos dos vibradores (8a, 8b, 8c, 8d) montados en el chasis (4), pudiendo girar cada vibrador (8a, 8b, 8c, 8d) en torno a un eje longitudinal de la máquina (1) por medio de un motor (10); accionando cada motor (10) de forma independiente el vibrador (8a, 8b, 8c, 8d) al que está asociado;
- un dispositivo de gestión de los motores (10) y un dispositivo de medición del ángulo de desfase relativo entre los vibradores;
proceso en el que el al menos un parámetro de la rotación de los vibradores (8a, 8b, 8c, 8d) fijado por el sistema de control es el ángulo de desplazamiento de fase relativo entre los vibradores (8a, 8b, 8c, 8d).
4. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un parámetro de la rotación de los vibradores (8a, 8b, 8c, 8d) se ajusta de la siguiente manera:
- determinar en el material que se va a fragmentar una razón diana entre al menos un constituyente y los demás constituyentes;
- recuperar el material fragmentado a la salida de la máquina (1) de fragmentación;
- determinar al menos un criterio de clasificación que permita separar al menos un constituyente de los demás constituyentes;
- someter el material fragmentado a una clasificación mediante dicho criterio de clasificación determinado para recuperar al menos dos fracciones;
- determinar una razón real entre las al menos dos fracciones;
- ajustar el al menos un parámetro de la rotación de los vibradores (8a, 8b, 8c, 8d) en función de la diferencia entre la razón diana y la razón real.
5. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un parámetro de la rotación de los vibradores (8a, 8b, 8c, 8d) se ajusta de la siguiente manera:
- determinar al menos una propiedad de al menos un constituyente del material;
- a partir de dicha propiedad determinada, calcular una fuerza diana que permita disociar el al menos un constituyente de los demás constituyentes;
- ajustar el al menos un parámetro de la rotación de los vibradores (8a, 8b, 8c, 8d) para obtener la fuerza diana.
6. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que toda o parte de al menos una fracción del material fragmentado se recupera y se recircula a la alimentación de la máquina (1) de fragmentación.
7. Proceso según la reivindicación 6, que comprende además las siguientes etapas:
- determinar al menos un coeficiente de aplanamiento diana para al menos un constituyente del material que se va a fragmentar;
- recuperar dicho al menos un constituyente después de la fragmentación;
- medir dicho coeficiente de aplanamiento de dicho al menos un constituyente;
- ajustar el caudal y/o el intervalo granulométrico de la al menos una fracción recirculada en función de la diferencia entre el coeficiente de aplanamiento determinado y el coeficiente de aplanamiento medido.
8. Proceso según la reivindicación 6 o la reivindicación 7, que comprende además las siguientes etapas:
- determinar un índice de limpieza para al menos un constituyente del material que se va a fragmentar;
- recuperar dicho constituyente después de la fragmentación;
- medir dicho índice de limpieza de dicho al menos un constituyente;
- ajustar el caudal y/o el intervalo granulométrico de la al menos una fracción recirculada en función de la diferencia entre el índice de limpieza determinado y el índice de limpieza medido.
9. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material que se va a fragmentar es un hormigón y comprende un primer constituyente denominado gravilla y un segundo constituyente denominado mortero, estando la gravilla atrapada en el mortero, comprendiendo el proceso la determinación de una fuerza diana de fragmentación que genera una tensión en el lecho de material mayor o igual que la resistencia a la compresión del hormigón.
10. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material que se va a fragmentar es un hormigón y comprende un primer constituyente denominado gravilla y un segundo constituyente denominado mortero, estando la gravilla atrapada en el mortero, comprendiendo el proceso:
- recuperar la gravilla y el mortero a la salida de la máquina de fragmentación;
- someter la gravilla y el mortero a una clasificación entre las denominadas partículas gruesas de un tamaño superior a un valor dado correspondiente al tamaño mínimo esperado de la gravilla y las denominadas partículas finas de un tamaño inferior a dicho valor dado.
11. Proceso según la reivindicación 10, que comprende además la siguiente etapa:
someter la fracción fina a una segunda clasificación para separar, por un lado, las partículas de un tamaño superior a un segundo valor dado correspondiente al tamaño mínimo esperado para la arena y, por otro, las partículas de un tamaño inferior a dicho segundo valor dado.
12. Proceso según la reivindicación 10 o la reivindicación 11, que comprende además la siguiente etapa: someter la fracción fina a una segunda etapa de fragmentación y a una etapa de clasificación para separar las partículas de un tamaño superior a un segundo valor dado correspondiente al tamaño mínimo esperado para la arena y las partículas de un tamaño inferior a dicho segundo valor dado.
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