Desintegración Mecánica de Sólidos

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD ACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA TECN OLOGÍA CARRERA INGENIERÍA QUÍMICA

DESINTEGRACIÓN M SÓLIDOS MECÁNICA DE S 1. INTRODUCCIÓN La molienda de la materia prima es uno de los procesos de vital importancia en la industria. El creciente costo de la energía impulsa hoy en día a los fabricantes y técnicos de la industria a optimizar los procesos y operación de equipos de una planta y, dentro de estos, optimizar el consumo de energía en el proceso de molturación. En cálculos de potencia del equipo requerida para la trituración y molienda de materiales, hoy en día se usan diversos métodos de evaluación de la molturabilidad siendo el !índice de "raba#o de $ond% &'or( lnde)* el más universal, ya que los resultados obteni obtenidos dos en el labora laborator torio io habién habiéndos dose e realiz realizado ado con proced procedimi imient entos os stand standard ard y controlados, son reproducibles y e)actos.

1.1. EVOLUCIÓN DE LA M MOLIENDA +esde los comienzos de la civilización el hombre se ha beneficiado de los distintos tipos de cereales para fabricar el pan, pan que ha variado segn las zonas y las culturas de los distintos pueblos. -robablemente el método de molturación mas primitivo haya sido el empleo de dos piedras, mas o menos duras, planas y pulidas, entre las que se machacaban los cereales hasta conseguir una harina con la suficiente finura, para ser asimilada por el organismo, se puede decir que este fue el primer antecedente de la fabricación de pan. La utilización de los más variados instrumentos, por percusión o rozamiento, permitiendo moler los granos de los distintos cereales, se remontan a las sociedades preagrícolas y agrícolas del eolítico. En las e)cavaciones arqueológicas se encuentran con frecuencia unos tipos de molinos consistentes en un piedra con la parte superior cóncava sobre la que se hacia girar una pieza del mismo material y volumen cilíndrico. /on los molinos conocidos con el nombre de metate americano.

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En 0sturias, el molino de mano de ruedas circulares de piedra, primera evolución de los molinos neolíticos, aparecen por primera vez durante el periodo de la romanización. En el castro castro de 1oa2a se encontraron encontraron varios de estos molinos molinos en las viviendas viviendas descubierta descubiertas. s. /u funcionamiento consistía simplemente en hacer girar la piedra superior sobre la inferior, accionándola manualmente con un palanca dispuesta de forma lateral, el grano se iba alimentando por un agu#ero que llevaba la rueda superior. 3asta la introducción del cultivo del maíz, finales del siglo 456 y comienzos del 4566, en 0sturias solo se molía la escanda, el mi#o y el panizo. La escanda una vez rabilada r abilada y trillada en los molinos de rabilar, se seguía molturando en los primitivos molinos de mano circulares. Esta labor la realizaban las mu#eres en su casa cada vez que necesitaban harina para la alimentación. El panizo y el mi#o eran triturados en grandes pilones o pisones de piedra con un mazo o 7mayu7 7mayu7 de madera madera a base de golpearlo repetidas repetidas veces. La harina de panizo se cocía con leche y constituía la dieta mas frecuente en los desayunos de muchos hogares asturianos.

2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO G GENERAL 

Evalua Evaluarr el proces proceso o de desint desintegr egraci ación ón mecáni mecánica ca de semill semillas as de molle, molle, así como como también determinar su costo total.

2.2 OBJETIVOS E ESPECÍFICOS 

1onocer las leyes leyes por las que se rige el fenómeno de la desintegración.



Estudiar las características de los productos obtenidos.



1onocer las diferentes aplicaciones de la desintegración mecánica de sólidos.



1onocer los diferentes tipos y clases de desintegradores.

3. MARCO T TEÓRICO DESINTEGRACIÓN MECÁNICA DE SÓLIDOS LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II

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La molienda es la operación a través de la cual se reduce el tama2o de la materia, es la aparición de nuevas superficies libres ."ambién conocida como teoría superficial de desmenuzamiento establece que el

traba#o requerido para reducir el tama2o de una

partícula es directamente proporcional a la nueva superficie producida. Las materias primas y los productos de las industrias química y minera requieren por lo general una adecuada preparación en la que suele intervenir el acondicionamiento del tama2o de las partículas obteniendo por desintegración de formas mayores.

3.1 LEYES DE LA D DESINTEGRACIÓN 3.1.1 TEORÍA DE R RETTINGER Es cuando el resultado inmediato de la desintegración es liberar nuevas superficies, donde el traba#o necesario para una desintegración sea proporcional al aumento de superficie producida W = z ∆S

z8 Es la cantidad de energía contenida en una unidad de superficie, energía superficial especifica

∆S: /f 9/i El aumento superficial P! "# $"$%#&' W = z ∆S/V =z ( Sf /V-Si /V )

S(V: /uperficies especificas de la sustancias P! "# &")* 1uando se desintegra y mantiene su forma entonces S(V valdrá8 : L; : < L W = 6 z (1 / Lf -1/ Li )

+ 8coeficiente de forma DESINTEGRACIÓN MECÁNICA DE SÓLIDOS LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II

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P! "# ,$-,! 1uando se desintegra y mantiene su forma entonces S(V valdrá8 ?+;<@<:? += > :< + W = 6 z (1 / Df -1/ Di )

PARA LA PRÁCTICA W = j z ε 1/η(1 / Lf -1/ Li )

 / z :son los valores medios de las magnitudes 0:un coeficiente de huecos para compactos será la unidad :un coeficiente de rendimiento &valor entre A y la unidad* 3.1.2 LEY DE  IC Es el traba#o físico necesario para la desintegración seria función logarítmica el cociente de los tama2os inicial y final. W = B log Li / Lf

El traba#o absorbido para poder producir cambios análogos en la configuración de dos cuerpos geométricamente seme#antes y de la misma materia varia con el volumen o la masa de esos cuerpos. /egn Bic( se necesita la misma cantidad de energía para desintegrar una materia de @ a A.C cm. Due desde A.C a A.;C cm. Due desde A.A@ a A.AAC cm.

B: Es una constante que depende del aparato , de la clase de materia que se desintegra y aun de la forma en la que se efecta la operación . La ley de ittinger se cumple me#or que la Ley de Bic( en molinos finos.

3.1.3 LEY DE B BOND DESINTEGRACIÓN MECÁNICA DE SÓLIDOS LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II

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El traba#o para romper un aroca es el que #ustamente se necesita para sobrepasara su deformación critica y que aparezcan la grietas de fractura por el aporte de energía. 1uando pasa la acción, la mayor parte del traba#o aplicado se convierte en calor matemáticamente entonces

el trabajo necesario es inversamente proporcional a la raíz

cuadrada del tamaño producido

0.5 0.5 W = W i (100/ L ) (r - 1 / r 0.5 ) f

Kwh!o"-1

Lf # "ama2o del producto molido µnes*

r # El cociente de desintegración &L /i Lf )

W i# Es la constante de energía que requiere ser conocida previamente para poder aplicar

esta en Bilovatios Fhora necesarios para subdividir una pieza de una tonelada desde un tama2o prácticamente infinito hasta que tengan un tama2o inferior en micrones.

3.2. TCNICAS DE D DESINTEGRACIÓN La pulverización de un producto sólido primero se lo golpea o comprime en un monteo en el laboratorio y luego cuando este fino se hace resbalar el pistillo sobre la sustancia para porfirizarla por desgaste. -ara la industria no es posible este cambio de acción, se usa aparatos distintos. Las acciones mecánicas que intervienen en la desintegración industrial son8

C*45!,$'6#: entre dos órganos móviles o uno solo móvil R*77"!: trituración de granos con un ob#eto sobre una superficie I45&%*: una roca se puede ra#ar por un golpe aunque la fuerza sea menor de la fractura.

F8,9'6#: cuando acta una presión sobre el centro de la pieza que no se apoya por este punto. DESINTEGRACIÓN MECÁNICA DE SÓLIDOS LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II

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D,$$%, * R*z4',#%*: es cuando se desliza unos trozos sobre otros, o cuando estos se encuentran en superficies duras que se deslizan.

3.3. PARA E ELEGIR UN B BUEN D DESINTEGRADOR •

El consumo energético debe ser mínimo por cada unidad de cantidad de producto.

•

/e debe poder traba#ar con una má)ima relación de desintegración.

•

Los costos deben ser mínimos.

•

La forma de efectuar la alimentación debería ser regulable selectiva.

•

/e debe observar la forma más eficiente de retirar o dar salida al producto una vez que su tama2o haya sido medido.

3.; CLASIFICACIÓN El tama2o de la partícula de los productos de las operaciones de trituración y molienda deben comprobarse enviando una muestra al laboratorio o bien clasificarse de algn modo a fin de separar el material de tama2o e)cesivo.

3.;.1

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3.;.2
S,&&'6# 5*! ,8 58#* =*!'z*#%8 >) 7, 8*$ 6!#*$ 7, "# 7,$'#%,!7*!

E$?",4 7,8 -"#&'*#4',#%*

3.;.3
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En estas maquinas un e#e de rotación arrastra en su movimiento a una serie de crucetas las cuales llevan en su e)tremo sendos martillos &m* de aceros duros, muy pesados que van articulados a la cruceta por correspondientes pivotes. La velocidad lineal de los martillos es superior a la de caída libre de los sólidos que se alimentan por la tolda % con lo que los trozos tienen oportunidad de ser golpeados repetitivamente, la ca#a es 5 donde se lanzan contra las paredes . /on de buen redimiendo, alta capacidad y necesitan poco espacio esto unido a su elevado valor de ! los hace muy preferidos para la desintegración primaria e intermedia .

3.;.; TRITURADORES DE R RODILLOS


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$ri!%r&'or ro'illo .L& &r!* %*rior '* l& fig%r& r**"!& %"& +or!* '* lo ro'illo or *l l&"o ,*r!i+&l  l& i"f*rior or *l l&"o horizo"!&l

Consisten en dos rodillos iguales con sus e#es dispuestos horizontalmente y paralelos que se someten a rotación en sentido opuesto y el uno hacia el otro. Gno de los dos rodillos va montado sobre una corredera y esta mantenido en posición por fuertes resortes que actan sobre los co#inetes y permiten que se retiren ligeramente para dar paso a alguna pieza gruesa. El otro rodillo va fi#o a la armadura de la maquina. 0mbos están forrados de material de acero duro y pueden tener la superficie liza.

T,*!@ 7,8 %!'%"!7*! 7, !*7'88*$ DESINTEGRACIÓN MECÁNICA DE SÓLIDOS LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II

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El 0ngulo de ataque aumenta con el diámetro de los rodillos y con su separación y aumento también al disminuir el tama2o de la alimentación. La característica de estos trituradores es la buena uniformidad de granulometría de sus productos especialmente en el caso de los rodillos sean de superficie lisa. El acanalado de esta reduce la uniformidad pero permite emplear alimentación de mayor tama2o y me#ora el cociente de reducción que es muy ba#o en estas maquinas.

$ri!%r&'or '* %" olo ro'illo

+onde se emplean siempre la indentacion de las superficies móviles dentro de los aparatos de los rodillos es en trituradores de un solo rodillo. En estas maquinas la trituración efectan los dientes del rodillo contra la placa fi#a, de acero duro fácilmente recambiable .


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3.;. TRITURADORES R ROTATORIOS

Vi!& *%*!i+&*"!* " *++i2" ,*r!i+&l '* 3" !ri!%r&'or ro!&!orio

/e les llama de cono y de campana por la forma del órgano activo. Este no tiene movimiento giroscópico como en el caso giratorio sino simplemente rotatoria a una ;CA9=AA r.p.m. "iene una trituración progresiva a medida que desciende el mineral y que la maquina traba#e con mayores cocientes de reducción. /u funcionamiento es muy regular son de poco coste relativo y se utilizan para triturar materias de dureza muy variable. 1ompiten con los de rodillos y los de martillo superando a los primeros en el cociente de reducción y al a los segundos en mayor regulación granulométrica del producto pero son inferiores a cualquiera de ellos en capacidad de producción.


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3.;.+ MOLINOS DE R RULOS

/on dos grandes ruedas de llanta muy ancha que se montan para que puedan girar alrededor del e#e horizontal al cual otro e#e vertical imprime el movimiento rotatorio lento .En su desplazamiento los rulos se deslizan sobre una plataforma provoca esfuerzos de compresión y también de frotamiento. La alimentación se efecta por la parte central y las muelas se encargan de irla llevando poco a poco hacia la periferie de la plataforma.

3.;. MOLINOS T TABULADORES. MOLINOS DE B BOLAS DE B BARRAS Y GUIJARROS ARRAS Y DE G 1onsisten en un cilindro mas o menos largo, dispuesto horizontalmente, la que se hace girar alrededor de su e#e, y en cuyo interior se ha depositado previamente una carga de bolas, de barras de peque2a sección y de longitud casi igual a la del cilindro o de gui#arros. La rotación del cilindro tiene a elevar la carga hasta cierta altura desde la cual caen los cuerpos moledores en cascada, percutiendo sobre la parte de la carga que quedan en la zona inferior.


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S*++i2" !r&",*r&l '* %" 4oli"o '* ol&

3.;. MOLINO DE A ANILLOS /e emplean para la pulverización fina como los tubulares e igual que estos pueden traba#ar en corriente de aire o gases. 1onstan de fuertes anillos forrados interiormente de acero duro al que se da un movimiento rotatorio y sobre el que uno o mas rodillos ruedan arrastrados a causa de la tensión que e#ercen contra la superficie de aquel.

4oli"o '* &"illo o'*lo S!%&r!*,&"!


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3.;. MOLINO DE C CORRO -ara molino fino utilizan la energía de un chorro de gas o vapor para impulsar las partículas contra superficies duras y conseguir su desintegración. El tama2o de las partículas inicial ha de ser suficientemente fino para que puedan ser suspendidas y arrastradas por el fluido. 1ontribuye a la desintegración el frotamiento entre las partículas

4oli"o '* horro

En este tipo de molino no hay cámara especial de mezcla .La suspensión producida en la parte inferior sigue una marcha ascendente en el aparato y en la parte superior la fuerza centrifuga hace que las fracciones gruesas sigan en el aparato y vuelvan al ciclo por la rama descendente H impulsadas por una corriente secundaria de gas mientras la suspensión de finos se e)trae por la zona menos periférica.


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4oli"o '* horro o" r*+ir+%l&+i2"

3. APLICACIONES Iuchas materias primas requieren la reducción del tama2o de sus trozos, agregados, granos, partículas, etc., antes de que estos puedan utilizarse en la fabricación cerámica. Los diferentes procesos de trituración y molienda persiguen esta finalidad por medios mecánicos y no químicos. En relación con esto se utilizan varios términos, siendo la diferencia entre ellos de aplicación y finalidad más bien que de principio. En general, JtrituraciónK se refiere a la reducción de trozos grandes a un tama2o conveniente para una reducción secundaria. /e emplea generalmente el termino JpulverizaciónK si el producto es un polvo fino. JIoliendaK se utiliza con frecuencia en sentido general, pero en otros casos implica la producción de un polvo fino. Los principios básicos de los procesos mecánicos de reducción con los tres siguientes8 @. Gn golpe de martillo. ;. La trituración por compresión. =. 0cción de desgarramiento o de cizallamiento. Estos principios pueden ir combinados, o no. El JgolpeK se obtiene por el choque del material contra un martillo móvil o bola de caída, o bien lanzándolo contra una plancha de aplastamiento. La trituración se efecta en trituradoras de mandíbulas o con tambores giratorios que fuerzan el material a través de un


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espacio limitado. La acción cizallante se produce cuando un diente o garra se hace pasar a través del material estacionario. En la elección del tipo y tama2o del equipo de trituración y molienda deben tenerse en cuenta los puntos siguientes8 @9. +ureza y tenacidad de la materia prima. ;9. "ama2o de los trozos tal como se reciben. =9. 1ontenido de humedad del material. 9. "ama2o deseado del producto final. C9. 1antidad de producto que se requiere. :9. 6mpurezas que pueden e)istir y si estas deben rechazarse o triturarse. Htro punto a considerar en relación con el equipo de trituración y molienda es el que se refiere a sí este se destina a operación discontinua o continua. En él ltimo caso la molienda puede realizarse en circuito abierto o en circuito cerrado. El método antiguo del circuito abierto implica el empleo de un caudal de alimentación lo bastante lento para que todas las partículas se reduzcan por deba#o del tama2o má)imo permitido. En muchas maquinas los finos productos al principio tiene un efecto amortiguador, por lo que prolongan el tiempo y la potencia consumidos en la reducción de las ultimas partícula. /i tales maquinas de molienda se conectan con un clasificador que separa las partículas suficientemente finas, y devuelve al molino las que no lo son, puede economizarse mucha energía y emplearse mayores velocidades de alimentación. La molienda en circuito cerrado puede hacerse en hmedo y en seco, aportándose aire caliente para humedecer el material. -ueden conectarse en circuitos cerrados molinos de bolas, de gui#arros, de tubo, de barras y de martillos.

3..1. TRITURADORES P PRIMARIOS @9. Los trituradoras de mandíbulas de articulación doble y simple pueden reducir cualesquiera rocas duras pero de fractura neta, etc., 1on tal que estas no se aglomeren o peguen. Las maquinas de articulación simple pueden utilizarse para obtener un producto granular más fino. ;9. Los trituradores giratorios de tipos de e#es largos y cortos y el triturador de cono se emplean para materiales duros tales como sílice, pedernales y arcilla refractaria dura. Los DESINTEGRACIÓN MECÁNICA DE SÓLIDOS LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II

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trituradores giratorios están compuestos principalmente de cuatro partes8 casco inferior, casco superior, cabeza trituradora en estrella y tolva. =9. Los rodillo trituradores movidos por engrana#es o cintas, lisos, estriados, acanalados o dentados, apareados o simples, desempe2an numerosas funciones en la reducción de materiales. Los rodillos accionados por engrana#es realizan el traba#o mas duro, pudiendo moverse a la misma o a diferentes velocidades. 9. Los molinos de martillos o pulverizadores de martillos han alcanzado una gran popularidad. -ueden tratar materiales duros o blandos, secos o hmedos, y reducen eficazmente trozos bastante grandes a polvo en una sola operación. Los elementos de choque pueden ser mazos fi#os, o bien martillos libres o pivotados de diversas formas.

3..2. MOLIENDA EN P PLATAFORMA O P PLATO Los métodos mas e)tendidos para la trituración secundaria y molienda fina en la industria cerámica son los que hacen uso de una o varias JmuelasK móviles en una JplataformaK o JplatoK. En sus diferentes tipos y tama2os se utilizan para arcillas mo#adas, ligeramente humeada o secas, pedernal calcinado, feldespato, fritas, colores etc. 0lgunas maquinas se utilizan también para amasado y mezclado.

;. DESARROLLO E EPERIMENTAL ;.1 MATERIALES Y E
/emilla de Iolle

•

5entilador

•

Iolino de martillos.

•

$alanza

•

1ronometro

•

1arretilla

;.1 PROCEDIMIENTO •

-esar @AA Bg. de semillas de molle.


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/eparar la cáscara por diferencia de peso.

•

-esar nuevamente de la semilla sin cáscara.

•

"omar el tiempo de desintegración.

•

"omar nota de de la intensidad de corriente mediante una pinza amperométrica.

•

•

0notar el peso del producto molido. 1alcular la capacidad de producción del molino, consumo energético y el costo de producción.

. CÁLCULOS Y RESULTADOS ÁLCULOS Y R .1 DATOS 1H V,#%,* I I-@ > MN.: Bg.

M1= 97.6 Kg.

VENTEADO

M2 = 95.3 Kg.

Mcascara= 2.3 Kg.

t pelado > C min. 1osto I.H.8 :A $s C min ) @ obreros )

:A $s. Hbrero ) día ) O hrs ) :A min +ía

@h

1 > C.:;C $s > A.NA P endimiento del 5entilador8  > ;.= Bg ) @AA > ;. Q MN.: Bg. DESINTEGRACIÓN MECÁNICA DE SÓLIDOS LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II

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2H D,$'#%,!&'6# II- > M=. Bg. de molle molido endimiento del desintegrador8  > M=. Bg ) @AA > MO Q MC.= Bg.

3H C*#$"4* ,#,!%'&* •

5entilador monofásico8

t funcionamiento > C min > A.NC h 6 > A.: 0 5 > ;;A v 1osto > A.AO P < BR h - > 5S6 > ;;A v S A.: 0 > @A@.; R - > A.@A@; BR 1onsumo > A.@A@; BR < A.NC h > A.@=M BR < h 1osto energético > &A.@=M BR < h* ) &A.AO P < BR h* 1osto energético > A.A@AO P •

+esintegrador8

$omba "rifásica 6 >;@.M 0 t funcionamiento > C min. - > =A.C 5LS 6L cos T  cos T > @ - >=A.C S ;;A v S ;@.M 0 > O=C R - > O.=C BR 1onsumo >

O.=C BR C min )

> @@.@= BR < h h

:A min 1osto energético > &@@.@= BR
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1osto energético > A.OMA@ P

.2. CÁLCULOS •

+eterminación del costo total de producción de semillas de molle molidas8

1osto I- > MN.: Bg semilla < M=. Bg molido S A.=@ Pus < @Bg semilla > A.=; Pus < Bg. molido 1osto EE > A.A@AO U A.OMA@ > A.MAAM Pus < Bg molido 1osto IH > @=C min < MN.: Bg semilla S @h < :Amin S :A$s < OhS @ Pus < O.AN $s > A.A;@ Pus < Bg. molido +epreciaciones8 5entilador > CA P < C a2os > @A P < a2o Iolino > @AA P < @A a2os > @A P < a2o $alanza > ;=AA P < @A a2os > ;=A P < a2o 1arretilla > @AA P < C a2os > ;A P < a2o 1osto total +epreciaciones > AA P < a2o 1osto total > costo I- U costo EE U costo IH U costo +E-E16016HE/ 1osto total > V&A.=; U A.MAAM U A.A;@*S;:C díasW U AA

C*$%* %*%8  2.11 K"$ ( . 5!*7"&%* A*

+. OBSERVACIONES /e debe contar con el equipo necesario de seguridad como ser lentes de seguridad, guardapolvo, barbi#o y guantes ya que el molle es muy intenso y puede causar irritación y molestias. El rendimiento del ventilador es muy ba#o, debería contarse con un ventilador de mayor potencia y con un diámetro mayor.


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. CONCLUSIONES 

/e determino el costo total de la desintegración mecánica de semillas de molle.



/e conocieron las leyes por las que se rige el fenómeno de la desintegración.



/e estudiaron las características de los productos obtenidos.



/e conocieron las diferentes aplicaciones de la desintegración mecánica de sólidos.



/e conocieron los diferentes tipos y clases de desintegradotes.


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