Cómo funcionan las mezcladoras de cemento

La mayoría de los equipos de construcción son fáciles de entender. Las grúas mueven cosas hacia arriba y hacia abajo. Los camiones volquete cargan, se mueven y descargan. Los bulldozers empujan y nivelan las motoniveladoras. La única excepción a esto es la humilde mezcladora de cemento, amada por los niños, odiada por los conductores apurados e incomprendida por la mayoría de las personas fuera de la cabina de los gigantes de 30,000 libras (13,608 kilogramos).

Si bien el concreto ha existido de una forma u otra desde antes de que los romanos construyeran la Vía Apia, el mezclador de tránsito es un hijo del siglo XX. Pero reciente invención o no, la batidora ha llegado para quedarse.

El malentendido comienza con el nombre. Lo que la gente llama mezcladora de cemento se conoce en la industria de la construcción como mezcladora de concreto y viene en una gran cantidad de tipos, tamaños y configuraciones para manejar las muchas tareas que se le presentan cada día. Esa necesidad de cumplir tantos roles significa que la máquina es dinámica, cambiando de forma a medida que cambian las necesidades de las personas que usan concreto.

En este artículo examinaremos algunos de los principales tipos de mezcladoras, desde la tradicional mezcladora de tránsito de concreto premezclado en forma de tambor hasta la mezcladora volumétrica menos común pero cada vez más popular, esencialmente una planta de concreto sobre ruedas. Cómo funcionan las mezcladoras de cemento y por qué funcionan de la manera en que lo hacen es una combinación fascinante de tecnología antigua y nueva. Nunca volverás a ver una mezcladora de cemento de la misma manera.

Pero antes de comenzar, aclaremos la diferencia entre cemento y concreto. En términos de horneado, la diferencia entre el hormigón y el cemento es la diferencia entre la harina y una barra de pan. El hormigón es un término genérico para una mezcla de agregados, generalmente piedra o grava, agua y cemento. El cemento moderno es una mezcla compleja de minerales finamente molidos y se conoce con el nombre genérico de "portland". El concreto se fabrica combinando los tres ingredientes en una mezcladora, ya sea que la mezcladora esté estacionaria o circulando por la carretera, y el agua es absorbida por el cemento, que luego une el agregado y crea el concreto.

1. Historia del mezclador
2. Peaje de hormigón en el mezclador
3. Tipos de mezcladoras de cemento
4. Desafíos para el mantenimiento de las mezcladoras de cemento
5. El futuro de las mezcladoras de cemento

Stephen Stepanian desarrolló y solicitó la patente del primer mezclador de tránsito motorizado en 1916, en un esfuerzo por reemplazar el mezclador de concreto tirado por caballos que se usaba en ese momento. Las paletas de madera batían la mezcla mientras giraban las ruedas del carro, pero el diseño tenía un uso limitado: era engorroso y lento. Lo mismo, sin embargo, podría decirse de los motores y camiones durante ese período. Pero en la década de 1940, los motores y la estructura de los camiones alcanzaron la necesidad de un vehículo resistente capaz de transportar miles de libras de concreto húmedo o sin fraguar. A medida que el auge de la construcción que siguió a la Segunda Guerra Mundial entró en pleno apogeo, los camiones mezcladores se hicieron realidad.

La mezcladora de tambor grande que se ve en las carreteras hoy en día no ha cambiado mucho con respecto a la visión de Stepanian de un mejor transportador de concreto. Los mezcladores de tránsito móviles son una selección de mezcla y combinación de motor, estructura de camión y mezclador giratorio. El mezclador es similar, aunque de mayor escala, a los más pequeños que se encuentran en las obras de construcción. Un gran motor , separado del motor, hace girar el tambor en la carrocería del camión, y una serie de cuchillas o un tornillo accionado por el mismo motor mantiene el agregado, el aguay cemento en constante movimiento. Esto evita que el concreto premezclado fragüe, aunque el tiempo corre para llevar la carga al sitio de construcción, la sección de la carretera o el estacionamiento. La mayoría de los fabricantes de cemento sugieren mantener el tiempo entre la mezcla y el vertido en 90 minutos como máximo. Es aún mejor llevarlo al sitio en menos de una hora.

A medida que la tecnología ha cambiado, también lo ha hecho el diseño básico del mezclador. Si bien muchos mezcladores de tránsito todavía tienen tambores giratorios, la mayoría no simplemente recoge una carga de cemento húmedo y la transporta. Los pocos que aún lo hacen se dirigen principalmente a sitios de carretera donde es posible verter la mezcla de inmediato.

La mayoría de los mezcladores de tránsito tienen un tanque de agua separado en el camión. El tambor giratorio mantiene la mezcla de ingredientes secos, agregados y cemento durante la mayor parte del viaje. Cuando el conductor se encuentra a unas pocas millas del sitio, se agrega agua para crear concreto fresco para la entrega.

Esto se considera entrega "por lotes" de concreto premezclado, mezclando los ingredientes fuera del sitio y transportándolos en camiones donde se necesitan. Los avances en tecnología han hecho posible mezclar concreto en el sitio de trabajo, aunque las mezcladoras de tránsito siguen siendo el caballo de batalla del campo.

Los mezcladores volumétricos y medidos son cada vez más comunes. Ambos tipos son esencialmente plantas de hormigón personalizadas in situ. Los tanques de retención separados de agregados, cemento y agua están contenidos en un camión con una computadora conectada a barrenas y bombas. En el sitio, el cliente puede pedir un tipo específico de concreto (hay más de una docena) que puede ser mezclado por el camión.

Los mezcladores volumétricos y medidos se usan a menudo durante la construcción de gran altura y se pueden combinar con camiones de bombeo para entregar concreto a más de 15 pisos sobre el suelo.

El pasado concreto

Alguna forma de concreto, la mezcla de un aglutinante, agregado y agua, ha existido desde las dinastías de los faraones egipcios cuando se mezclaba agua, arena y cal para usar como mortero en la construcción de secciones de las pirámides. Los romanos también utilizaron una forma de hormigón en la construcción de sus acueductos, el Coliseo y otras construcciones importantes. Los científicos en la década de 1800 comenzaron a experimentar y perfeccionar el cemento hidráulico., que es lo que la industria de la construcción todavía usa hoy en día. El nombre de cemento portland proviene de la isla de Portland, frente a la costa inglesa, donde se encontraron por primera vez y se aislaron químicamente los depósitos de los componentes minerales utilizados en el concreto moderno. En 1908, Thomas Edison estaba experimentando con la construcción de casas prefabricadas de hormigón en Union, NJ. La mayoría de esas casas todavía están en pie y en uso. Luego están las famosas represas Hoover y Grand Coulee, construidas en 1936, que se destacan entre las maravillas del mundo.

Si bien el concreto viene en una variedad desconcertante de tipos, una cosa es cierta: es pesado. Un lote grande de concreto puede pesar más de 30 000 libras (13 608 kilogramos), sin contar el peso del camión en sí, entre 10 000 y 30 000 libras (4536 a 13 608 kilogramos). Para que un camión transporte ese peso, tiene que ser potente. Y para llevar esa carga por el terreno accidentado de una obra de construcción, el camión tiene que ser resistente.

Los camiones vienen en tres partes separadas: motor , bastidor y mezclador. La mayoría de las empresas de camiones proporcionan el motor y el bastidor, con comodidades que van desde la cabina para dormir hasta la navegación por computadora. El mezclador, o planta volumétrica , se agrega en un momento posterior. El enfoque de mezclar y combinar para construir camiones tiene como objetivo brindarle a una empresa, que gasta entre $ 30,000 y más de $ 100,000, un nuevo camión construido a pedido. Cada empresa tiene deseos y necesidades específicos y requiere un camión adaptado a ellos. Por ejemplo, algunos pueden necesitar un camión con un motor más pesado y un tambor más liviano, que podría retirarse más adelante y convertirse en un camión de basura con algunas modificaciones.

La mayoría de los motores de camiones tienen entre 250 y 300 caballos de fuerza , según la aplicación. Algunas empresas ofrecen motores con más de 400 caballos de fuerza. Los caballos de fuerza son una medida de potencia , el "empuje" de un motor, en otras palabras. El "empuje" generalmente lo proporciona un motor diesel, fabricado más comúnmente por Cummins o Caterpillar. Los motores diésel producen más par motor a RPM más bajas que un motor de gasolina similar, lo que los hace ideales para aplicaciones de baja velocidad y alta potencia, como remolcar o transportar. Los diésel también son preferidos por su longevidad, muchos pueden recorrer un millón de millas (1,609,000 kilómetros) o más con mantenimiento de rutina, así como por su robustez.

A diferencia de los motores de gasolina, los motores diésel funcionan con encendido por compresión y requieren un bloque de motor pesado para soportar las tremendas fuerzas que actúan en su interior. Ese mismo encendido por compresión significa que el motor funciona con una mayor relación de compresión dentro de los cilindros, lo que produce más potencia. Esa potencia se traduce en par, o potencia de rotación, a través de engranajes especiales en la transmisión : las mezcladoras tienen entre 7 y 18 velocidades y pueden ser manuales o automáticas, y diferenciales.

La mayoría de los camiones hormigonera producen entre 1000 y 3000 libras-pie de par motor. Lo que esto significa, en términos sencillos, es que un camión de concreto nunca vencerá a un auto de calle en una carrera de un cuarto de milla, pero podrá atravesar la barrera de choque de concreto al final sin un parpadeo en las RPM del motor y seguir adelante.

Los motores de gasolina desarrollan torque a RPM más altas que los motores diesel. Cualquiera que haya remolcado un bote o un remolque detrás de un vehículo a gasolina ha experimentado la necesidad de presionar el acelerador para subir una colina. Los motores diésel, debido a su diseño, en realidad producen un mejor par motor a menos revoluciones por minuto. Por lo tanto, reducir la velocidad en una colina en realidad proporciona más torque.

Pero incluso un camión con la mayor potencia y torsión no puede controlar una carga de más de 60,000 libras con facilidad. Ahí es donde entran los ejes del camión, y estos juegan un papel más importante que simplemente mantener las ruedas y los neumáticos en sus lugares correctos.

La mayoría de los camiones más nuevos están equipados con ejes vivos. Los ejes vivos son generalmente ejes no motrices y están equipados con frenos de aire . Esos frenos se pueden usar para ayudar a dirigir el camión. Por lo general, hay al menos tres ejes detrás de la cabina, aunque algunos mezcladores volumétricos más grandes pueden tener hasta seis. Algunos de esos ejes se elevan y bajan para ayudar a distribuir el peso del camión y la carga.

El factor que define el tipo de camión son las leyes de puentes de un estado determinado. Cada estado impone restricciones de peso para cruzar puentes a los vehículos de construcción. Los contratistas que infrinjan esas leyes enfrentan multas y sanciones, y cada estado tiene diferentes requisitos legales, incluidos muchos que requieren un eje de puente o un eje adicional en la parte trasera del camión que se usa para distribuir aún más el peso al realizar cruces.

Mezclando con la cultura pop

El estruendo y gruñido de los camiones mezcladores, con la aparente magia de verter cemento, ha llevado a la máquina a desempeñar un papel en varios espectáculos infantiles y convertirse en juguetes populares. Quizás el camión mezclador más notable es Tumbler, un camión amarillo y verde que aparece en la serie "Bob the Builder". Patrick, otro mezclador de tránsito, hizo una breve aparición en los videos de "Thomas and Friends", basados ​​en el personaje de Thomas the Tank Engine, afirmando que él era la pieza más importante del equipo en el sitio de construcción. Las máquinas aprenden que todas necesitan trabajar juntas para hacer el trabajo y que una no es más importante que la otra.

Todas las mezcladoras aprovechan la potencia, el par y la distribución del peso para llevar el concreto al sitio, pero al sacarlo del camión es donde verá las diferencias en los diseños de los camiones .

La mayor parte de la flota de mezcladoras, especialmente los modelos de camiones por lotes más antiguos, utiliza un método simple de volcar y verter para sacar el concreto de la mezcladora. Un conducto se conecta a un puerto y el concreto rezuma (o se vierte, dependiendo de su consistencia) de la mezcladora hacia el proyecto. Por lo general, el conductor del camión opera la maquinaria y apunta el conducto. Muchos mezcladores de tránsito están acoplados a una plataforma elevadora hidráulica que puede volcar el tambor, similar a un camión volquete, si es necesario.

Otros camiones, muchos de ellos volumétricos y los mezcladores de tránsito más nuevos, usan una bomba para mover el concreto del camión al proyecto. Las bombas, generalmente bombas de pistones alternativos, se pueden montar en la parte delantera o trasera del camión. Tener la bomba al frente le permite al conductor maniobrar hacia una sección del sitio de trabajo y dirigir el concreto desde el interior de la cabina. Los controles pueden ser mecánicos, electromecánicos, hidráulicos o puramente electrónicos. Los camiones más nuevos están empleando más computadoras a bordo para monitorear las bombas y otros componentes de los mezcladores.

Antes de bombear o verter el concreto, varias máquinas más simples actúan en conjunto para evitar que el concreto se asiente e incluso lo mezclan en el sitio. Algunas de las partes más antiguas de la flota, como las primeras mezcladoras, usaban paletas para revolver el concreto y evitar que se "asentara" o se separara en sus componentes. Esta tecnología ha sido reemplazada en gran medida por el uso de barrenas y aletas. Dentro de un mezclador por lotes tradicional hay una serie concéntrica de aletas con un ligero patrón de sacacorchos. La dirección del giro del tambor aplasta el concreto húmedo hacia la parte trasera de la mezcladora. Cuando la mezcladora llega al sitio, el conductor invierte la dirección de la máquina para empujarla fuera de la mezcladora hacia la tolva. A partir de ahí, la gravedad hace el resto.

Los mezcladores volumétricos utilizan barrenas para mover el hormigón. Son similares a las cuchillas del mezclador por lotes, pero más pequeñas. Dentro de la mezcladora, un operador introduce datos en la mezcladora y varias barrenas alimentan el agregado y el cemento juntos. Se agrega agua a la mezcla y los sinfines más grandes mezclan los componentes.

Tornillo de Arquímedes

Al matemático, ingeniero e inventor griego Arquímedes se le atribuye la invención de una bomba que utilizaba un tornillo helicoidal largo que giraba dentro de un tubo cerrado para elevar el agua desde una fuente hasta donde se deseaba. La bomba de tornillo es esencialmente un plano inclinado, una de las máquinas simples, enroscada alrededor de un eje central. Esta idea condujo al desarrollo de barrenas para mover ingredientes secos y aletas en forma de sacacorchos para dirigir líquidos. Estas máquinas se utilizan ampliamente en el procesamiento y mezclado de hormigón en plantas y en mezcladores volumétricos, así como en mezcladores de tránsito tradicionales.

"Romper es difícil de hacer" es más que la letra de una canción para los propietarios de camiones de hormigón. La simple verdad del asunto es que, una vez que el último concreto sale del tambor o gotea de la bomba, el camión no está vacío. Siempre queda una pequeña cantidad de hormigón en el interior del camión, especialmente en las hormigoneras de tambor. Puede lavar el camión, hacer correr agua a través del tambor mientras gira e incluso lavar a presión el interior. Pero siempre queda algo de hormigón. Y se seca. El próximo viaje queda un poco más. Y se seca. Con el tiempo, esto se convierte en un problema, reduciendo el volumen de la batidora y su capacidad.

Varias empresas ofrecen pretratamientos, baños químicos y ácidos y lavados a alta presión para bidones e interiores. Pero eventualmente, el concreto se acumulará hasta el punto en que la única alternativa viable sea la remoción mecánica. Muchas empresas más pequeñas se encargan de esto por su cuenta, enviando a un trabajador con un martillo neumático para remover el concreto endurecido. Este trabajo, en gran parte desconocido fuera del campo de la construcción, obtuvo sus 15 minutos de fama durante un episodio de " Dirty Jobs " de Discovery Channel.", que envió al presentador Mike Rowe a trabajar con Jim's Chipping Service, una de las pocas empresas especializadas en la limpieza de hormigón endurecido. Estos vehículos altamente especializados son esenciales para el negocio de la construcción y no parece que vayan a desaparecer en ningún momento. pronto. Pero, ¿cómo serán las mezcladoras de cemento en el futuro? Siga leyendo para averiguarlo.

Estos vehículos altamente especializados son esenciales para el negocio de la construcción y no parece que vayan a desaparecer pronto. Pero, ¿cómo serán las mezcladoras de cemento en el futuro? Siga leyendo para averiguarlo.

Lo que depara el futuro para la hormigonera no está claro. Como muchas industrias, el concreto se está volviendo "verde". Los fabricantes de hormigoneras volumétricas afirman que sus productos son más respetuosos con el medio ambiente porque ahorran combustible al mezclar materiales en el lugar de la construcción: los camiones no tienen que hacer funcionar sus motores para evitar que el hormigón se asiente. Además, los operadores de camiones pueden crear solo la cantidad de concreto necesaria para terminar un trabajo; esto no solo ahorra materiales, sino que este método también evita el vertido de exceso de concreto [fuente: Modern Contractor Solutions ].

El fabricante de camiones Peterbilt está experimentando con sistemas de "empuje" de aire comprimido. El camión arrancaría usando aire comprimido, y cuando alcanzara cierta velocidad, el motor diesel se pondría en marcha. Dado que un motor requiere una mayor cantidad de combustible para superar la inercia, ponerlo al día con aire comprimido relativamente económico mostraría combustible. ahorros a lo largo del tiempo. Esta tecnología en desarrollo ahora está dirigida a camiones de reparto del centro de la ciudad en lugar de camiones más grandes como mezcladores.

IVECO Trucks of Australia está trabajando para perfeccionar un motor de gas natural comprimido (GNC) para uso en camiones pesados. Los camiones de GNC tienen un kilometraje comparable, pero emiten un 40 por ciento menos de dióxido de carbono que el diesel y el gas natural es menos costoso que el combustible diesel [fuente: IVECO ]. Al igual que muchos de los sistemas de motores de nueva generación, el GNC se combina con electrónica de última generación diseñada para aprovechar al máximo cada tanque de combustible.

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