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La macina è un dispositivo per la triturazione. I suoi componenti principali sono la vasca/contenitore e due (o tre) mole che fanno movimenti complessi intorno agli assi orizzontale e verticale. La macinazione del materiale nella macina avviene mediante lo schiacciamento e la triturazione di pezzi di materiale con enormi mole in pietra, le quali è come se ruotassero per il contenitore di ghisa.
Ci sono due principali tipi di macine:
In entrambi i tipi di macine le loro mole ruotano attorno all’asse orizzontale. Le macine con il contenitore fisso e le macine in pietra mobili vengono utilizzate per la macinazione di materiali massicci in pezzi, cioè quei materiali che non sono soggetti e sottoposti a previa frantumazione. Le macine con contenitore rotante e macine in pietra fisse sono utilizzate per la macinazione di un materiale che ha subito una pre-frantumazione.
Essendo che durante la rotazione delle mole intorno all'asse si genera una forza centrifuga abbastanza forte, per ridurla leggermente è necessario diminuire il numero di giri del contenitore oppure delle macine stesse. Questo, a sua volta, riduce il rendimento della macchina macinatrice.
Le macine del secondo tipo, rispetto al primo, hanno un numero leggermente superiore di giri e, di conseguenza, anche il loro rendimento risulta maggiore; tuttavia, per questo tipo di macine è necessaria la creazione di potenti supporti di sostegno.
Il rendimento e il fabbisogno energetico.
È teoricamente possibile calcolare il rendimento delle macine se si prende come dato di fatto che tutti i pezzi del materiale da macinare abbiano una forma sferica.
Presupponendo ciò, è del tutto possibile calcolare il numero teorico di pezzi di materiale (𝒵), che le macine sono in grado di macinare in un'ora di lavoro:
Z = [(2πrmedb)/d²]·60ni
Dove:
rmed – raggio di rotazione medio delle mole, m;
b – larghezza delle mole, m;
d – diametro dei pezzi di materiale, m;
n – numero di giri della macina, min-1;
i – quantità di mole.
Nella pratica, per un giro di macina con un dato grado di macinazione viene macinato solo il 2 per cento circa della quantità di materiale, calcolata teoricamente.
Si può calcolare in modo approssimato il lavoro, spendibile e necessario nella macinazione del materiale nelle macine, se si sommano i lavori di attrito, di rotolamento e di strisciamento.
Struttura delle macine
Le macine oggi vengono prodotte con le più varie progettazioni e strutture. I contenitori in ghisa di queste macchine possono essere sia a pezzo unico che compositi da più parti; le mole in ghisa, che si trovano all’interno del contenitore, hanno fasce esterne in acciaio. Il fondo dei contenitori viene ricoperto da delle piastre-griglie in acciaio. Il grado di macinazione dei materiali nelle macine dipende direttamente dalla dimensione delle fenditure situate tra queste griglie. Le parti di lavoro: le mole possono essere sia posizionate liberamente sugli assi che collegate ad essi in modo rigido.
Per evitare il guasto improvviso delle mole, nel caso capitassero pezzi troppo grandi e duri di materiale, i loro assi vengono fatti sollevati oppure vengono prodotti a gomito (nelle macchine con fissaggio rigido delle mole all’asse). Nelle macine con assi sollevati, gli assi stessi, che ruotano all'interno della cassa, possono muoversi su un piano verticale. L’albero delle macine è dotato di rastrelli che muovono i pezzi di materiale sia dal centro verso il bordo del contenitore sia dal bordo del contenitore al centro. Proprio grazie a questo, il materiale da macinare viene distribuito sulla superficie del contenitore in modo uniforme e al termine del processo di macinazione ne viene prontamente rimosso.
Le macine vengono azionate da un motore elettrico per mezzo di un riduttore e di un ingranaggio conico, il quale può essere posizionato sia sopra il contenitore di ghisa che immediatamente sotto di esso.
Le macchine con il contenitore fisso possono essere di due tipi: leggere oppure pesanti. Esse si differenziano l'una dall'altra per il peso delle mole e il numero di giri. Le macine lente di tipo leggero, di solito, fanno da 8 a 15 giri al minuto e, con una relativamente piccola larghezza del cerchio, hanno un ampio raggio di rotazione; questo, di conseguenza, comporta delle forze abrasive del tutto minime. Le macine veloci vengono prevalentemente prodotte ad azionamento superiore.
Le macine con contenitore rotante hanno una serie di vantaggi rispetto alle macchine con raccoglitore fisso, e cioè:
Vediamo un esempio di struttura di tale macchina. Nel contenitore della macchina, che gira per la trazione, le mole si muovono per attrito e ognuna di esse ruota intorno al suo asse orizzontale. Lo scarico del materiale macinato avviene attraverso il bordo del contenitore con l'aiuto di un dispositivo speciale: il rastrello.
Tale dispositivo con due mole (macine) viene utilizzato ancora oggi dalla metà del XIX secolo ed è quindi considerato, probabilmente, il più antico dispositivo di macinazione di questo tipo. Questa machina funziona secondo la tipologia del mulino a cilindri. Il mulino a macina si presenta come l’insieme del contenitore e delle due mole pesanti che vi si trovano all’interno e ruotano lentamente. Inoltre è possibile l'opzione in cui le mole costituiscono la parte fissa.
Durante la rotazione le macine, che si presentano come due enormi mole, premono fortemente e triturato i pezzi di materiale caricato nel contenitore della macchina in alto, al centro. Il prodotto triturato abbandona il contenitore della macchina attraverso il suo perimetro. Il materiale triturato con l'aiuto dei raschietti rotanti costantemente viene rastrellato al centro del piatto inferiore del raccoglitore: in questo modo viene fatto passare molte volte sotto le mole di pietra, prima di lasciare definitivamente l’unità di lavorazione.
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