En las aplicaciones de áridos, el material de muestra suele recogerse manualmente. Aunque de este modo se proporcione al laboratorio material para el análisis, los métodos utilizados en la recolección manual de muestras suelen no ser los más seguros, precisos o eficientes para tomar una muestra.
Métodos manuales de recolección de muestras
Echemos un vistazo a algunos de los métodos más comunes de muestreo manual.
Muestreo con la cinta detenida
De los métodos manuales de recolección de muestras disponibles, la muestra con la cinta detenida es el más preciso, aunque probablemente sea el menos eficiente. El muestreo con la cinta detenida permite la remoción completa de todas las partículas de material dentro de una región de la cinta transportadora, lo cual está limitado físicamente por un conjunto de divisores.
Desafortunadamente, también es necesario que la cinta transportadora esté detenida (con los procedimientos de etiquetado y bloqueo adecuados aplicados) mientras se toma cada incremento —una situación que puede no ser muy bien recibida por la gestión de planta o el personal de operaciones—.
Sin embargo, una muestra con la cinta detenida es una buena referencia para analizar cuál debe ser un incremento de muestra ideal, en particular porque los posibles problemas de dinámica no están presentes, ya que no se mueven el divisor (cortadora) ni la cinta transportadora mientras se extrae el incremento de muestra. De hecho, la mayor parte de las pruebas de sesgo implican cierta variación en la comparación de las muestras recopiladas en condiciones de funcionamiento normales con muestras de referencia con la cinta detenida.
Hay varios beneficios clave en la recolección de muestras con el método de la cinta detenida.
- Seguridad - El primer elemento, como siempre, es la seguridad. El muestreo con la cinta detenida es un método bastante seguro para tomar muestras manuales porque no se utilizan materiales en movimiento ni equipos en funcionamiento. Puede haber algunas inquietudes relacionadas con la seguridad que surgen de la ubicación específica donde se toma la muestra, pero esto varía según las instalaciones.
- Igual probabilidad - En segundo lugar, la muestra es equiprobable, es decir que todo el material pasa el punto en el que se extrae la muestra y podría incluirse en un incremento de muestra en función de cuándo y dónde se detiene exactamente la cinta.
- Delimitación - El siguiente elemento se refiere a que el incremento de muestra se delimite de forma adecuada. Significa que los límites del incremento de muestra se definen con claridad: ningún material externo puede ingresar, y ningún material interno puede salir. Solo se recogerá el material dentro del ancho de la cortadora predeterminado. Esto es importante porque el peso del incremento del material de la cinta debe ser proporcional al flujo de la cinta transportadora en el momento cuando se recoge el incremento. Las variaciones en el peso del incremento de muestra causan incongruencias en la muestra de guardado final, lo cual da lugar a un análisis de muestras sesgado.
- Ancho de la cortadora constante - El siguiente elemento hace referencia a que el divisor de la cinta detenido puede mantenerse a un ancho constante en toda la sección transversal de material en la cinta transportadora. De modo similar a lo que ocurre en la delimitación, el ancho de la cortadora constante es fundamental para mantener un peso del incremento uniforme y proporcional.
- Una muestra de profundidad total en la sección transversal completa - Además de las inquietudes sobre el peso del incremento, es importante un incremento que recoja la profundidad total del material en todo el ancho de la sección transversal porque es probable que el material no sea uniforme en toda la sección transversal. Esto es cierto en especial con las cintas transportadoras porque el material tiende a separarse en ellas. Si el material no se recoge en su profundidad total, aquel que se encuentra en la parte inferior de la sección transversal del transportador (finos) no se representará de forma adecuada en la muestra final. Si el material no se carga de manera uniforme en la cinta transportadora, aquel que se encuentra en uno de los lados de la cinta no se representará de forma adecuada en la muestra final. En el muestreo con la cinta detenida, es bastante fácil recoger todas las partículas que se encuentran dentro de los divisores. También es bastante sencillo verificar la recolección de todas las partículas. Debido a que la cinta está detenida, hay tiempo suficiente para tomar la muestra correctamente.
Muestreo de acopio
Probablemente, el método de muestreo manual más común para los áridos sea el muestreo de acopio. Hay diferentes enfoques para la recolección de una muestra de este modo, pero todos los métodos presentan los mismos problemas en mayor o menor grado.
1. Problemas de seguridad
Nuevamente, el principal problema es la seguridad. En el muestreo de acopio, se requiere que el personal se encuentre en un acopio o muy cerca de él. Debido a que los acopios pueden ser un poco inestables e impredecibles (en especial cuando se extrae el material), conviene que el personal se mantenga alejado.
En algunos métodos, los operadores estarán a una distancia más segura porque utilizarán equipos móviles para completar la extracción de material preliminar en un acopio. Aunque de este modo el personal se mantiene más seguro, en este tipo de muestreo no se abordan otros problemas con la muestra recopilada.
2. Probabilidad desigual
No todas las partículas del acopio tendrán las mismas posibilidades de seleccionarse como parte de la muestra. Debido a que el material que ingresa al acopio suele separarse en la cinta transportadora que lo alimenta, el material no se distribuye de manera uniforme en dicho acopio.
Además, una vez que el material ingresa al acopio, no se asienta de manera uniforme, y se intensifica el problema de la distribución no uniforme de material dentro del acopio. Si el material no se distribuye de manera uniforme y no todas las partículas del acopio tienen las mismas posibilidades de recogerse, es muy probable que se reduzca la precisión de las muestras recopiladas. La muestra no representará con precisión el material presente en el acopio.
3. Delimitación inadecuada
También es improbable que las muestras del acopio se delimiten de forma adecuada (no es posible para el acopio en su conjunto). Resulta muy difícil definir los límites físicos dentro de los cuales se extraerá la muestra si solo se considera una parte del acopio. Si se tiene en cuenta que solo se toma una muestra de una pequeña parte del acopio, probablemente sea posible extraer una muestra de ancho constante, pero no lo es para el acopio en su conjunto.
4. Imposibilidad de tomar muestras en la profundidad completa
No es posible tomar muestras de toda la sección transversal o la profundidad completa del acopio, es decir que los cambios en la composición del acopio no se representarán en la muestra analizada. La muestra recopilada corresponde a una sección parcial ubicada de manera subjetiva que solo representa verdaderamente el área de la que se tomó la muestra. Por lo tanto, es improbable que represente con precisión el acopio en su conjunto a menos que el material del acopio se distribuya de manera uniforme en él.
Muestreo en punto de transferencia
Las muestras de áridos también suelen recogerse en un punto de transferencia, por ejemplo, del flujo descendente de material que se descarga de un transportador en otro. A menudo, esto se hace de forma manual con un dispositivo de recolección, una cortadora manual o un contenedor pequeño.
1. Mayor seguridad que en el muestreo de acopio
El muestreo en punto de transferencia podría ser más seguro que la necesidad de que el personal trabaje en un acopio o junto a él. Sin embargo, aún se requiere que el personal se exponga a los equipos en funcionamiento y flujos de material descendentes (sin mencionar la inserción manual de un dispositivo en el flujo de material descendente).
Adicionalmente, cabe mencionar que los equipos automatizados pueden utilizarse para tomar con seguridad las muestras correctas de un flujo de material descendente.
2. Igual probabilidad
Este método de recolección de muestras al menos tiene igual probabilidad, ya que todo el material que compone el material que se represente pasará el punto de recolección.
3. Posible delimitación
Es probable que la delimitación sea una inquietud según el tipo de instrumento de recolección de muestras utilizado, aunque debe ser posible obtener límites definidos de forma correcta para el incremento de muestra si el instrumento se diseña de manera adecuada.
4. Necesidad de que la cortadora se mueva a una velocidad constante
Sin embargo, los problemas importantes con el muestreo en punto de transferencia corresponden a una función del diseño de instrumentos y al modo en que interactúa con el flujo de material descendente. Dado que en este método se utiliza una cortadora en movimiento, es importante garantizar que la cortadora se mueva a través del flujo de material a una velocidad constante para asegurar que los incrementos de muestra sean uniformes y puedan calcularse. Si el dispositivo de muestreo no atraviesa el flujo de material a una velocidad constante cada vez, con cada incremento puede recogerse más o menos material. Como resultado, se recoge una cantidad desproporcionada de muestra con cada incremento, lo cual puede causar problemas en el análisis final de la muestra recopilada.
5. Dificultad para tomar muestras en una sección transversal completa
También puede ser muy difícil recoger de forma manual una sección transversal completa de material de un flujo de material descendente, ya que el instrumento de muestreo debe tener un tamaño lo suficientemente grande como para contener todo el material esperado en un incremento de sección transversal completo. Puede ser complejo manipular esta cantidad de material y, al mismo tiempo, tratar de maniobrar el dispositivo de muestreo a través del flujo de material.
El requisito de tomar muestras en la máxima profundidad de la sección transversal del material es menos difícil aquí, siempre que el instrumento de muestreo sea lo suficientemente grande como para contener todo el incremento y lo suficientemente profundo como para evitar que el material rebote hacia fuera del dispositivo de muestreo durante la recolección del incremento.
Muestreo automático con los equipos de muestreo de cinta transversal
La pregunta es cómo recoger una muestra correcta, representativa y uniforme con un impacto mínimo en las operaciones de la planta.
La situación ideal sería combinar la integridad de la muestra asociada a una muestra de cinta detenida con un medio de recolección de muestras más eficiente o un corte de cinta detenida automatizado. Es exactamente el tipo de situación que se adecua al uso de un equipo de muestreo de cinta transversal.
Un equipo de muestreo de cinta transversal es una solución rentable y de fácil implementación que permite tomar muestras representativas. Se instala en la estructura transportadora existente (alrededor de la cinta transportadora). Se toma una muestra cuando un conjunto de la cortadora rotatorio gira a 360 grados, atraviesa el flujo de material móvil en una cinta transportadora y deposita la muestra recopilada en la tolva de descarga del equipo de muestreo a medida que se detiene el conjunto de la cortadora rotatoria.
1. Seguridad
Este medio de recolección de muestras es seguro, ya que ningún operador se expone al flujo de material o al transportador en movimiento.
2. Igual probabilidad
Además es equiprobable, ya que todo el material debe pasar debajo del equipo de muestreo en la cinta transportadora en cuestión. Por lo tanto, es posible recoger el material como parte de la muestra.
3. Delimitación adecuada
La cortadora de muestras delimita de forma adecuada el incremento que debe recogerse, ya que este depende totalmente de la cinta transportadora que está debajo y de las placas laterales de la cortadora situadas al comienzo y al final. Una cortadora con un diseño adecuado tiene placas laterales paralelas (de ancho constante en toda su extensión) que pueden soportar el uso intensivo inherente con este tipo de aplicación y recoger toda una sección transversal de material en la profundidad completa del material.
4. Recolección de material fino con el sistema Cut Zone
Otra inquietud común en relación con los equipos de muestreo de cinta transversal es que, con este tipo de equipo de muestreo, puede no recogerse el material fino situado en la parte inferior de la sección transversal de material. Aunque es cierto que se trata del material más difícil de recoger para un equipo de muestreo de cinta transversal, también es cierto que dicho equipo puede recoger este material. La recolección correcta del material fino depende del diseño y el ajuste adecuados, así como de la incorporación de un sistema de contorneado de la cinta transportadora, como el sistema Cut Zone de McLanahan.
Un sistema Cut Zone adecua la cinta transportadora al radio de la cortadora de muestras, que permite el ajuste preciso necesario para recoger tamaños de partículas más pequeños. Con Cut Zone y el ajuste adecuado, se implementarán correctamente los equipos de muestreo de cinta transversal.
Movimiento de la cortadora
En las aplicaciones de los equipos de muestreo de cinta transversal, es importante considerar el perfil de movimiento de la cortadora y su movimiento con respecto a la cinta transportadora, ya que tanto la cortadora como la cinta transportadora están en movimiento. Una cortadora de muestras se mueve en cuatro fases de movimiento durante la recolección de un incremento.
1. Aceleración
La primera fase es la aceleración. Con la aceleración, es clave tener certeza de que el conjunto de la cortadora pueda acelerarse a su velocidad de rotación total antes de que la cortadora ingrese al flujo de material en movimiento del que se está tomando la muestra.
2. Movimiento de estado estable
La segunda fase es el movimiento de estado estable. En general, la aceleración ocurre con la rapidez suficiente como para que haya un período en que el conjunto de la cortadora rote a toda velocidad antes de ingresar en el flujo de material en movimiento.
3. Recolección del material
En tercer lugar, se encuentra la recolección del material. Durante esta fase de movimiento de la cortadora, es importante que el conjunto de la cortadora mantenga la velocidad de rotación total durante todo el período en que la cortadora interactúe con el flujo de material. Se pretende garantizar un incremento de muestras correcto, preciso y repetible. Los equipos de muestreo demasiado pequeños con unidades de accionamiento más pequeñas a menudo se ralentizarán cuando se recoja un incremento. Si bien esto permite que la máquina sea menos costosa, también compromete la integridad de la muestra recopilada.
4. Desaceleración
La última fase del movimiento del conjunto de la cortadora es la desaceleración. La desaceleración debe producirse con gran rapidez una vez que la cortadora haya dejado el flujo de material en movimiento para descargar el material de muestra de la cortadora mientras esta está detenida en una posición en que el material de muestra que no se arroje de inmediato desde la cortadora pueda continuar deslizándose hacia dentro y hacia fuera en la posición de detención.
Velocidad de la cortadora
También es importante la velocidad del conjunto de la cortadora con respecto a la velocidad de la cinta transportadora. La velocidad de la punta de la cortadora se utiliza para comparar la velocidad de la cinta, pero en general, la velocidad de la cortadora siempre debe ser superior a la de la cinta. El grado de rapidez suele variar según la aplicación, pero un valor mínimo a menudo se expresa como la velocidad de una cortadora que tiene al menos 1,5 veces la velocidad de la cinta transportadora. Este valor mínimo suele utilizarse en varios sectores, aunque en realidad, puede ser ventajoso superar este valor mínimo. Con frecuencia, se encuentran velocidades superiores a la mínima.
Operación remota
Un medio automatizado de recolección de muestras también ofrece los beneficios de la operación remota o automática. Además, proporciona al personal de control de calidad un mejor medio de monitoreo del proceso, ya que permite la inspección del material durante la producción, antes de que llegue al acopio y se entremezcle con otro material.
Ahorro de costos
En general, los equipos de muestreo no se consideran equipos de producción, directamente ligados a la producción de un producto terminado. Por lo tanto, no se los considera equipos que generen ganancias. Si bien eso puede ser cierto desde el punto de vista técnico, los costos de no realizar el muestreo o de no hacerlo correctamente pueden tener un impacto significativo en el resultado final de una instalación de producción. Estos costos pueden no ser visibles de inmediato ni cuantificarse fácilmente, pero están presentes en los ahorros que pueden percibirse con la mayor seguridad para el personal de muestreo, un control de calidad más riguroso de los productos finales, la capacidad mejorada de asignar un valor preciso al producto vendido y la mayor eficiencia en la planta.
El argumento para los equipos de muestreo de cinta transversal
Con un foco cada vez mayor en la calidad del producto y la eficiencia de la planta, es importante implementar un programa de control de calidad que proporcione datos muy confiables sobre el rendimiento de la planta y la especificación de productos. Al mismo tiempo, deben permitirse una alta disponibilidad y gran eficiencia de la planta. En las aplicaciones de muestreo de áridos, un equipo de muestreo de cinta transversal permite que el personal de control de calidad y la gestión de la planta cumplan este compromiso importante.
