Investigación sobre la eficacia de optimización del cribado vibratorio secundario basada en simulación EDEM

Por qué importa clasificar las rocas en las grandes presas

Cuando los ingenieros construyen presas de relleno de roca o plataformas ferroviarias masivas, no se limitan a apilar piedras al azar. La distribución de tamaños de esas rocas debe controlarse con cuidado para que la estructura sea fuerte, estable y no tenga filtraciones. Verificar esa mezcla en campo depende de máquinas que sacuden la piedra sobre cribas metálicas para separar los fragmentos grandes de los más pequeños. Este artículo explora cómo mejorar el rendimiento de esas cribas vibratorias, de modo que los ingenieros puedan confiar en sus mediciones y emplear menos tiempo y energía para obtenerlas.

Cómo las cribas vibratorias separan montones de piedra

Las cribas vibratorias estándar parecen sencillas: una carcasa con una o varias mallas metálicas que son sacudidas por motores. La roca entra por un extremo y avanza sobre las cribas. Las piezas pequeñas caen por las aberturas, mientras que las más grandes continúan por la superficie. En realidad, el proceso es una danza compleja. Las partículas chocan entre sí y contra la superficie metálica, saltan al aire y se deslizan o ruedan buscando una abertura. Factores como la inclinación de la criba, la amplitud del movimiento y la dirección de la vibración influyen en cuánto tiempo permanece cada piedra sobre la malla y en la probabilidad de que encuentre el hueco correcto.

Usar rocas virtuales en lugar de ensayo y error

Dado que el relleno de roca se comporta como miles de millones de piezas separadas en vez de un fluido continuo, los autores emplearon un enfoque computacional llamado Método de Elementos Discretos, implementado en el software EDEM. En este entorno virtual, cada partícula se modela como un objeto individual que puede moverse, colisionar, rebotar y rodar bajo la acción de la gravedad y la vibración. Los investigadores construyeron una réplica digital de una criba de cuatro niveles con aberturas de 100, 60, 40 y 20 milímetros, acorde a las necesidades de proyectos de presas de relleno. Alimentaron el sistema con miles de “piedras” digitales de distintos tamaños y siguieron cuántas acababan en el compartimento correcto a lo largo de cientos de pruebas simuladas.

Encontrar el punto óptimo del sacudido

El equipo estudió primero cómo las decisiones de diseño básicas influyen en el rendimiento. Añadir más capas de criba resultó crucial: una criba de una sola capa dejó muchos tamaños mezclados, con una eficiencia total alrededor del 81%, mientras que un diseño de cuatro capas la elevó hasta casi el 94%. Después ajustaron el propio movimiento. Encontraron que una inclinación moderada de unos 15 grados, una amplitud de vibración de 10 milímetros y una frecuencia cercana a 24 hertz ofrecían los mejores resultados. Muy poco movimiento hace que las rocas se aglomeren y taponen las aberturas; demasiado movimiento hace que sean lanzadas con tanta violencia que pasan menos tiempo en contacto con la criba, o que las partículas finas se reintegren al flujo superior. Una dirección de vibración inclinada unos 30 grados respecto a la vertical ofreció el mejor equilibrio entre rebote y deslizamiento, elevando la eficiencia global hasta aproximadamente un 96% en condiciones ideales.

Darle a cada piedra una segunda oportunidad

Aun las cribas bien ajustadas de paso único dejan algunas partículas finas saliendo con las piedras más gruesas. Para solucionarlo, los autores propusieron un cambio simple pero eficaz: colocar una pequeña criba “auxiliar” dentro de cada tolva de recogida bajo las plataformas principales. Cuando el material cae de las cribas principales, encuentra una segunda malla con el mismo tamaño de abertura. En las pruebas virtuales, este paso de cribado secundario prolongó el tiempo de contacto de las rocas con la malla y dio a las finas atrapadas otra oportunidad para caer. Para las partículas muy pequeñas y algunos tamaños medios y grandes, la eficiencia aumentó entre 3 y 7 puntos porcentuales, y el rendimiento global mejoró del 92,4% al 96,5%.

Qué significa esto para proyectos reales

Para los ingenieros responsables de presas, minas y grandes movimientos de tierra, estos resultados sugieren que pequeños ajustes de diseño pueden ofrecer una separación de tamaños más limpia sin equipo exótico. Al elegir con cuidado la inclinación de la criba, la intensidad del sacudido y la dirección de la vibración —y añadiendo una criba adicional simple dentro de las tolvas de recogida— los operadores pueden reducir en gran medida la cantidad de rocas del “tamaño equivocado” que se cuelan. Aunque el estudio se basa en simulaciones detalladas y no en ensayos completos a escala real, marca el camino hacia sistemas de cribado más fiables y eficientes que ayudan a que las infraestructuras críticas sean más seguras y duraderas.

Cita: Zhu, C., Long, H., Peng, Z. et al. Research on the optimization efficiency of secondary vibrating screening based on EDEM simulation. Sci Rep 16, 6746 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37230-6

Palabras clave: criba vibratoria, presa de relleno de roca, simulación de partículas, EDEM DEM, cribado secundario