Aspectos básicos del análisis granulométrico

En las industrias de los áridos y la minería, cada día se producen y procesan grandes volúmenes de roca y mineral. Es fundamental conocer los tamaños exactos de la roca en cada fase del producto o del proceso por las siguientes razones:

• Los productos comercializables normalmente deben cumplir los requisitos de las especificaciones estatales o federales, y
• Las especificaciones del proceso ayudan a optimizar la eficacia de la recuperación de materias primas y a reducir el tiempo de inactividad de la planta. 

Sin embargo, contar y medir cada piedra o partícula a mano no es una solución escalable para el tamaño de estas operaciones, por lo que estas industrias dependen del uso de análisis de tamizado, o gradación, para determinar los tamaños medios de los materiales del producto global mediante el muestreo periódico del flujo de proceso mayor.

Términos y normas utilizados en el análisis granulométrico

Antes de empezar, es importante definir algunos de los términos y normas clave que se utilizan al realizar un análisis granulométrico. Estos términos no se utilizan en el lenguaje común y son fundamentales para los pasos y procesos que se describen a continuación.

Términos clave

• Gradación: Distribución granulométrica de un agregado.
• Tamiz: Dispositivo utilizado para separar la muestra por tamaño de partícula.
• Fracción: Porción de la muestra retenida en cada tamiz.
• Agitador: Instrumento para separar mecánicamente partículas por tamaño.
• Porcentaje retenido: Porcentaje de material retenido por encima de cada tamaño de tamiz.
• Porcentaje de aprobados: Porcentaje del material total que pasó por cada tamiz.

Identificar las normas del sector

ASTM International, anteriormente Sociedad Americana de Pruebas y Materialeses una organización internacional que elabora normas técnicas. El uso de las normas de la industria garantiza que la prueba se realice de manera uniforme en todas las plantas, lo que permite obtener un nivel de referencia de los productos en cada una de las instalaciones que realizan la prueba. A continuación se presentan dos normas que pueden utilizarse como recursos para la reducción de muestras y la realización de análisis por tamizado, que incluyen directrices y consejos sobre cada proceso.

• ASTM C136: Método de ensayo normalizado para el análisis granulométrico de áridos finos y gruesos
• ASTM C702: Práctica normalizada para reducir muestras de áridos al tamaño de ensayo

Preparación del examen

Primer paso:

El primer paso para realizar con éxito un análisis granulométrico es partir de una muestra bien recogida y seca.

Si la muestra está húmeda, el material no fluirá libremente ni se separará correctamente. Por lo tanto, es importante secar la muestra en un horno con una temperatura ≤110°C. Los tiempos de secado varían según el tipo de material, el tamaño de la muestra, el contenido de humedad y la eficiencia del horno, por lo que debe comprobarse la muestra de forma intermitente hasta que esté seca y fluya libremente.

Segundo paso:

Después de secar una muestra, es necesario realizar un pesaje preliminar. Con el platillo colocado, tarar la balanza; si la balanza no tiene opción de tara, habrá que pesar el platillo por separado para restarlo del peso de la muestra.

Utilizando un divisor, separe la muestra al tamaño adecuado. Si no dispone de un divisor, utilice el método del cono para dividir la muestra: Vierta la muestra en forma cónica y divídala en cuatro cuartos. Una vez seccionada, añada la muestra al recipiente alquitranado para recoger un peso total preliminar del material.

Una vez registrado el peso preliminar, toda la muestra se transferirá al nivel superior de una tamizadora.

Paso 3:

Cierre la pila de tamices y monte la pila en el agitador, si procede, asegurándose de que esté centrada en la base y completamente encajada bajo la cubierta superior antes de apretarla. Bloquee/apriete la pila en su sitio. Encienda el agitador y ajuste la hora.

Realización de la prueba: Método acumulativo

El método más habitual para realizar un análisis granulométrico es el método acumulativo.

Primer paso:

Comienza retirando la bandeja superior y transfiriendo la fracción al platillo tarado de la balanza. Anota el peso de la fracción.

Dejando el material en el platillo de pesada, repita el proceso retirando cada bandeja subsiguiente y registrando el peso total después de añadir cada fracción adicional al platillo de pesada.

Una vez añadida cada fracción y registrados los pesos, comparar el peso total final con el peso total preliminar; comprobar si la diferencia es inferior o igual a 0,3%.

Si la diferencia es superior a 0,3%, habrá que repetir la prueba con una nueva muestra.

Segundo paso:

Calcule el porcentaje acumulativo retenido para cada línea dividiendo cada peso acumulativo de gradación, registrado en la prueba, por el peso total de la muestra, y multiplicando por 100%.

Como ejemplo, 12,6 gramos de masa retenida se dividirían por el peso total de 309 gramos para obtener un cálculo de 4,0% retenidas.

Paso 3:

Para calcular el porcentaje acumulado de aprobados, reste los valores de porcentaje retenido de cada línea de 100%.

Siguiendo con el ejemplo anterior, restando 4,0% retenidos de 100% se obtiene un producto pasante de 96%.

Realización de la prueba: Método fraccional

A diferencia del método acumulativo, el método fraccional para realizar un análisis granulométrico medirá y registrará cada fracción individualmente. Esto se hace vaciando el platillo de tara entre cada peso. Aparte de esta importante diferencia, el método fraccionario es muy similar al método acumulativo.

Primer paso:

Pesar el material en cada tamiz individualmente y registrar la masa; tarar la balanza antes de pesar cada fracción.

Segundo paso:

Calcule el porcentaje fraccionario retenido para cada línea dividiendo cada peso fraccionario de gradación, según lo registrado en la prueba, por el peso total de la muestra, y multiplicando por 100%.

Paso 3:

Calcular el porcentaje de paso restando el porcentaje fraccionario retenido, junto con los porcentajes fraccionarios retenidos para todos los tamices mayores que el que se está calculando, de 100%.

Por ejemplo, con un cálculo de 21,3% retenidos, primero hay que restar 21,3% de 100%. A continuación, reste también los porcentajes fraccionarios que se retuvieron por encima de él. En el ejemplo anterior, esto incluye 27%, 25,8% y 4%, lo que indica que se ha superado 21,9%.

Consejos útiles para realizar un análisis por tamizado

Al realizar un análisis granulométrico, durante el proceso pueden surgir imprevistos que habrá que abordar o tener en cuenta. Descargue nuestra lista de recomendaciones y técnicas de mitigación que pueden ayudar a completar con éxito el análisis.

Este blog se ha adaptado a partir de un seminario web educativo de 2021 con expertos de Polydeck, Craig Burkedirector de Ingeniería, y Jamie MillsIngeniero de aplicaciones de desarrollo de nuevos productos. Para obtener más información sobre las próximas oportunidades de formación, suscríbase a nuestro boletín.