Accionamiento para molinos de rodillos – Documento técnico de ROMIL

La trituración de los granos de cereales se ha llevado a cabo históricamente mediante presión y cizallamiento. Hace aproximadamente 27 000 años se emplearon por primera vez piedras de moler con este fin. Mediante un movimiento oscilante de la piedra de moler contra una superficie fija, el grano atrapado entre ambas podía procesarse de forma eficaz.

En muchos desarrollos posteriores, se mantuvo el principio de mantener una superficie de molienda fija mientras que la otra se mueve con respecto a ella. Esto se consigue, por ejemplo, mediante un par de discos horizontales o verticales, un cono con una contraparte o un rodillo con una superficie de contacto adyacente. En todas estas variantes, la superficie de contacto fija no participa activamente en el proceso de molienda; se limita principalmente a absorber fuerzas sin realizar ningún movimiento. Este paradigma cambió con la llegada de la molienda con rodillos en el siglo XVIII.

Se reconoció que el movimiento de la superficie de contacto, anteriormente fija, ofrecía varias ventajas. Al configurarla como dos rodillos paralelos que giran en sentido contrario a velocidades distintas, la presión y el cizallamiento podían controlarse con precisión como variables influyentes, de forma independiente y deliberada. Esta configuración permitió mejoras como un mayor rendimiento y una molienda selectiva según lo deseado. Gracias a muchos otros parámetros, se desarrollaron sofisticados procesos de molienda en varias etapas.

Desde la perspectiva de los fabricantes de maquinaria, destaca un aspecto de la molienda con rodillos: el «overdrive», que se refiere al acoplamiento de las velocidades de los dos rodillos. El diseño, técnicamente sencillo, que consiste en dos engranajes rectos de diferentes tamaños que se engranan entre sí en un extremo del par de rodillos, representa una solución ingeniosa. En la configuración típica de los molinos de rodillos para cereales, el rodillo lento debe frenarse siempre para mantener la relación de velocidad deseada. Sin embargo, si la relación de velocidad de molienda se mantiene constante, la considerable fuerza de frenado aplicada al rodillo lento puede transferirse de manera eficiente al rodillo rápido a través de los engranajes rectos.

En un par de rodillos típico, el rodillo rápido es accionado por un motor eléctrico, que a su vez impulsa al rodillo lento a través del material en la ranura de molienda. El mecanismo de sobremarcha impide que el rodillo lento alcance la velocidad del rodillo rápido y redirige la potencia de frenado de vuelta al rodillo rápido. En consecuencia, se recircula eficazmente una cantidad significativa de potencia mecánica.

Las mediciones indican que la potencia de frenado en el rodillo lento es notablemente elevada en comparación con la potencia introducida en el conjunto de rodillos. En los tramos sin irregularidades, esta potencia de frenado suele superar la potencia de molienda por un margen considerable. Por lo tanto, es fundamental que este exceso de potencia se transfiera de manera eficiente de vuelta al rodillo rápido.

Los rodillos se tensan debido al material molido y al sobremarcha. A partir del par medido en los rodillos se puede calcular una relación de par, que suele situarse dentro de un determinado rango en condiciones normales de funcionamiento de los molinos de rodillos. Los factores que influyen en esta relación de par son complejos. La potencia de frenado viene determinada por la relación de velocidades y la relación de par mencionada anteriormente:

– Cuanto menor sea la velocidad del rodillo lento en comparación con la del rodillo rápido, menor será la potencia de frenado necesaria. – Cuanto mayor sea la tensión entre los rodillos, mayor será la potencia de frenado necesaria.

Por supuesto, lo anterior no tiene en cuenta la potencia efectiva de molienda, que es la potencia convertida como la diferencia entre la potencia de accionamiento y la potencia de frenado en el espacio de molienda.

La presión puede variarse fácilmente durante el funcionamiento mediante un espacio de molienda variable. Por el contrario, la variación del esfuerzo de cizallamiento, generada al alterar la relación de velocidad durante el funcionamiento, conlleva un alto coste. Esto puede lograrse realimentando la potencia de frenado con las pérdidas asociadas y/o mediante un diseño de la máquina técnicamente complejo. Como resultado, la flexibilidad que se obtiene gracias a una relación de velocidad variable a menudo se ha pasado por alto, optimizándose únicamente para procesos específicos y manteniéndose constante en la mayoría de las operaciones.

La comparación de los dos tramos indica que el rendimiento del tramo de reducción supera al del tramo de frenado, a pesar de su menor capacidad de trituración. Por supuesto, esto también se aplica de forma análoga a los tramos menos utilizados.

Hoy en día, el método más sencillo para incorporar una relación de velocidad variable durante el funcionamiento consiste en equipar cada rodillo con su propio motor y conectar los convertidores de frecuencia correspondientes en el circuito intermedio. Este accionamiento individual de los rodillos puede configurarse como un accionamiento directo o como un motor remoto con transmisión por correa. En un sistema de este tipo, la potencia de frenado procedente del motor accionado por el generador del rodillo lento se disipa del sistema y se reintroduce a través del motor del rodillo rápido. En consecuencia, el motor del rodillo rápido debe elegirse considerablemente más potente que en un conjunto de rodillos con una relación de velocidad fija.

Para aprovechar al máximo el grado de libertad en un conjunto de rodillos con accionamiento individual, los pares nominales o la potencia nominal de los componentes deben ser suficientemente elevados. Este aspecto no debe subestimarse. Por el contrario, no hay que preocuparse por el flujo de potencia, generalmente desconocido, que se produce con el sobremarcha fijo. Si la transmisión de potencia del rodillo rápido al producto y de este al rodillo lento es elevada, la potencia de sobremarcha también lo es, lo que da lugar a una mayor circulación de potencia. Esto no afecta a la potencia de accionamiento necesaria ni a las hipótesis habituales sobre los requisitos de potencia (kW por t/h) utilizadas en los cálculos.

Sin embargo, este no es el caso con el accionamiento de rodillo único. La compleja transmisión de potencia en el espacio de molienda afecta directamente a la potencia de accionamiento y frenado necesaria, así como a la selección de los tamaños de los componentes, ya que la potencia debe extraerse por completo y reintroducirse eléctricamente en el conjunto. Una potencia de accionamiento y frenado incorrecta puede dar lugar a una reducción del rendimiento, a la necesidad de disminuir el trabajo de molienda o a la imposibilidad de mantener la relación de velocidad óptima para el proceso.

En un molino de cereales, existen numerosos tramos de trituración y reducción en los que una relación de velocidad variable durante el funcionamiento puede no resultar beneficiosa. Sin embargo, la variabilidad puede ser ventajosa en tramos específicos para permitir la producción de productos especializados. Por ejemplo, esto podría incluir un paso de molienda en el que, en casos extremos, se cambie la posición de las estrías (parte posterior/parte posterior frente a filo de corte/filo de corte), o un paso liso en el que se desee un cizallamiento notablemente alto con una relación de velocidad elevada.

La eficiencia energética puede lograrse mediante la optimización del diagrama del molino y el uso de maquinaria de bajo consumo. La recuperación de energía, que primero debe añadirse al sistema, reduce la eficiencia energética. Las pérdidas de potencia son mayores con el accionamiento individual de los rodillos, ya que la recuperación de energía para esta aplicación no resulta eficiente desde el punto de vista energético.

Si se requiere variabilidad en la relación de velocidad para la fabricación de productos especiales, esto puede implementarse fácilmente en tramos seleccionados con motores asignados individualmente. La simplicidad técnica y la alta eficiencia de la transmisión tradicional por correa resultan ventajosas para un molino de rodillos energéticamente eficiente. En combinación con un control moderno del nivel de producto y de la alimentación, así como con un ajuste preciso y la estabilidad de la holgura de molienda gracias a robustos conjuntos de rodillos, se puede lograr un proceso de molienda globalmente eficiente desde el punto de vista energético. En el caso de los sistemas técnicos, por lo general solo debe suministrarse la energía necesaria en una forma adecuada para lograr una eficiencia energética óptima.

La tendencia hacia la optimización de los procesos con maquinaria sostenible en la industria molinera no solo ahorra costes y ayuda a los molineros en su trabajo. Las soluciones innovadoras optimizan los procesos, garantizando la eficiencia energética y la seguridad alimentaria, y, por lo tanto, facilitan el trabajo del personal operativo.