Operaciones unitarias de sedimentación
1. MOLI MOLIEN END DA La molienda es una operación de reducción de tamaño de rocas y minerales minerales de manera similar similar a la trituración. trituración. Los productos productos obtenidos obtenidos por molienda molienda son más pequeños y de forma más regular que los surgidos de trituración. Generalmente se habla de molienda cuando se tratan partículas de tamaños inferiores a 1" (1" ( 1" !.# cm$ siendo el grado de desintegración mayor al de trituración. trituración. %e utili&a utili&a fundamentalm fundamentalmente ente en la fabricación fabricación de cemento cemento 'ortland 'ortland en la preparación preparación de combustibles combustibles sólidos sólidos pul)eri&ados pul)eri&ados molienda molienda de escorias escorias fabricación fabricación de harinas harinas alimentos alimentos balanceados balanceados etc. *demás se utili&a en la concentración de minerales ferrosos y no ferrosos donde se muele la mena pre)iamente e+traída de canteras y luego se reali&a un proceso de flotación por espumas para hacer flotar los minerales y hundir la ganga y así lograr la separación. ,ipos de -olienda -olienda /0meda y -olienda %eca La molienda se puede hacer a materiales secos o a suspensiones de sólidos en líquido (agua$ el cual sería el caso de la molienda h0meda. s habitual que la molienda sea seca en la fabricación del cemento 'ortland y que sea h0meda en la preparación de minerales para concentración. n la molienda h0meda el material a moler es mo2ado en el líquido ele)ando su humedad fa)oreci3ndose así el mane2o y transporte de pulpas que podrá ser lle)ado a cabo por e2emplo con bombas en cañerías. n la molienda h0meda moderna luego del proceso de desintegración la clasificación de partículas se lle)ará a cabo en hidrociclones y si se desea concentrar el mineral se podrá hacer una flotación flotación por por espumas. espumas. l líquido líquido además además tiene tiene un efecto efecto refrige refrigerante rante con los calores generados en el interior. -4L567* /8-7* 9equiere menos potencia por tonelada tratada 6o requiere equipos adicionales para el tratamiento de pol)os :onsume más re)estimiento (por corrosión$ • • •
-4L567* %:* • • •
9equiere más potencia por tonelada tratada %í requiere equipos adicionales para tratamientos de pol)o :onsume menos re)estimiento
,ipo de -olinos
; de 9ulos y -uelas. ; de 7iscos. ; de
2. TRITURACIÓN Desde el punto de vista de la carrera la trituraci!n al i"ual #ue la $olienda es una operaci!n de Reducción de Tamaño en otras pala%ras una operaci!n de Separación, pero en este caso no una operaci!n de separaci!n de co$ponentes si no una separaci!n de un $aterial en &racci!nes de ta$a'o $(s pe#ue'o. En esta operaci!n el $aterial puede ser tanto )o$o"*neo co$o )etero"*neo. +on nu$erosas las operaciones en la industria ali$enticia #ue a$eritan un des$enu,a$iento de los s!lidos una trituraci!n una $olienda etc en otras pala%ras una Reducción de Tamaño. As- es co$o por ee$plo se $uele el tri"o / la ce%ada para o%tener )arinas las se$illas de so/a se $uelen / trituran para o%tener aceite / )arina / el a,0car es $olida durante su procesa$iento industrial. La trituraci!n es un proceso $u/ ineca, /a #ue del total de la ener"-a utili,ada en el proceso solo una pe#ue'a porci!n es utili,ada en la o%tenci!n de supercies $(s pe#ue'as del s!lido. En la industria "eneral$ente se tra%aa con s!lidos los cuales precisan de una reducci!n previa del ta$a'o de los tro,os "r(nulos o part-culas.La operaci!n de dis$inuci!n o reducci!n de ta$a'os consiste en la producci!n de unidades de $enor $asa a partir de tro,os $a/ores para ello )a/ #ue provocar la &ractura o #ue%ranta$iento de los $is$os $ediante la aplicaci!n de presiones. 3a/ diversas &or$as de lo"rar las reducci!nes de ta$a'o de los $ateriales La compresión se usa para reducir s!lidos duros a ta$a'os $(s o $enos "randes. El impacto produce ta$a'os "ruesos $edianos / nos la frotación o ci,alla produce part-culas nas / el cortado se usa para o%tener ta$a'os preados.
4. CENTRI5U6ACIÓN #.
Operación Unitaria de la Ingeniería Química
Desde el punto de vista de la carrera la trituraci!n al i"ual #ue la $olienda es una operaci!n de Reducción de Tamaño en otras pala%ras una operaci!n de Separación, pero en este caso no una operaci!n de separaci!n de co$ponentes si no una separaci!n de un $aterial en &racci!nes de ta$a'o $(s pe#ue'o. En esta operaci!n el $aterial puede ser tanto )o$o"*neo co$o )etero"*neo. +on nu$erosas las operaciones en la industria ali$enticia #ue a$eritan un des$enu,a$iento de los s!lidos una trituraci!n una $olienda etc en otras pala%ras una Reducción de Tamaño. As- es co$o por ee$plo se $uele el tri"o / la ce%ada para o%tener )arinas las se$illas de so/a se $uelen / trituran para o%tener aceite / )arina / el a,0car es $olida durante su procesa$iento industrial. La trituraci!n es un proceso $u/ ineca, /a #ue del total de la ener"-a utili,ada en el proceso solo una pe#ue'a porci!n es utili,ada en la o%tenci!n de supercies $(s pe#ue'as del s!lido. En la industria "eneral$ente se tra%aa con s!lidos los cuales precisan de una reducci!n previa del ta$a'o de los tro,os "r(nulos o part-culas.La operaci!n de dis$inuci!n o reducci!n de ta$a'os consiste en la producci!n de unidades de $enor $asa a partir de tro,os $a/ores para ello )a/ #ue provocar la &ractura o #ue%ranta$iento de los $is$os $ediante la aplicaci!n de presiones. 3a/ diversas &or$as de lo"rar las reducci!nes de ta$a'o de los $ateriales La compresión se usa para reducir s!lidos duros a
ta$a'os $(s o $enos "randes. El impacto produce ta$a'os "ruesos $edianos / nos la frotación o ci,alla produce part-culas nas / el cortado se usa para o%tener ta$a'os preados. Utilidad de la Operación de Reducción de Tamaño
Utilidad de la Operación de Reducción de Tamaño
5acilita la e7tracci!n de un constitu/ente deseado #ue se encuentre dentro de la estructura del s!lido co$o la o%tenci!n de )arina a partir de "ranos / ara%e a partir de la ca'a de a,0car. +e pueden o%tener part-culas de ta$a'o deter$inado cu$pliendo con un re#ueri$iento espec-co del ali$ento co$o ee$plo la a,0car para )elados preparaci!n de especies / reno del c)ocolate. Au$ento de la relaci!n supercie8volu$en incre$entando la velocidad de calenta$iento o de en&ria$iento la velocidad de e7tracci!n de un soluto deseado etc. +i el ta$a'o de part-culas de los productos a $e,clarse es )o$o"*neo / de ta$a'o $(s pe#ue'o #ue el ori"inal la $e,cla se reali,a $(s &(cil / r(pido co$o sucede en la producci!n de
&or$ulaciones sopas e$pa#uetadas $e,clas dulces entre otros. Los re#ueri$ientos de ta$a'o son diversos para cada tipo de productos de a)- #ue se utilicen di&erentes $a#uinas / procedi$ientos. La operaci!n de desinte"raci!n ta$%i*n tiene la nalidad de "enerar productos #ue posea un deter$inado ta$a'o "ranular co$prendido entre li$ites preesta%lecidos. Esta operaci!n es $u/ utili,ada en la produccci!n de9 •
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Cera$icas
Trata$iento de residuos Industria ali$enticia :Cereales; entre otras.
En lo que sigue, nos enfocaremos en la trituración y la molienda, principios, operación, partes y consumo.
La trituraci!n La trituraci!n es el no$%re de los di&erentes $*todos de procesa$iento de $ateriales. El triturado es ta$%i*n el no$%re del proceso para reducir el ta$a'o de las part-culas de una sustancia por la $olienda co$o por $oler los polvos en un $ortero con un $a,o. La trituraci!n ade$(s se reere a la producci!n de un $aterial )o$o"*neo a trav*s de la $e,cla. La trituraci!n convierte la producci!n de residuos de post8 consu$o en un $aterial a "ranel :$aterial $olido part-culas; lo $(s )o$o"*neo posi%le. El proceso de trituraci!n es necesario antes de #ue se den lu"ar los su%si"uientes pasos del proceso8 tanto para o%tener nuevos $ateriales co$o co$%usti%les secundarios. En nu$erosas t*cnicas la trituraci!n representa el proceso &unda$ental a partir del cual se reali,an los procesos de trata$iento posteriores. De%ido a la a$plia variedad de $ateriales #ue pueden ser triturados las $(#uinas acostu$%ran a o&recer un alto "rado de
Aplicaci!n de la Operaci!n La trituraci!n o $ac)a#ueo de los $ateriales dese$pe'a un papel $u/ i$portante en el trata$iento / ela%oraci!n de $aterias pri$as de $0ltiples tipos. En nu$erosas t*cnicas la trituraci!n representa el proceso &unda$ental a partir del cual se reali,an los procesos de trata$iento posteriores.
Co$o ee$plos de e$pleo nor$al de la trituraci!n est(n las industrias de trata$iento de car%!n / $inerales $olienda del clin=er de ce$ento / la o%tenci!n de (ridos para )or$i"ones con distintos nes9 para carreteras presas puertos &errocarriles etc.
Tipos de Trituraci!n La trituraciónprimaria reduce nor$al$ente el ta$a'o de los tro,os de $ineral a un valor co$prendido entre >? a @?. A continuaci!n los productos o%tenidos se cri%an en un ta$i, vi%rante con o%eto de separar a#uellas part-culas cu/o ta$a'o /a es lo suciente$ente no con el consi"uiente au$ento en la capacidad de las #ue%rantadoras secundarias. La trituraci!n pri$aria se lleva a ca%o nor$al$ente en #ue%rantadoras de $and-%ulas o en #ue%rantadoras "iratorias. En la trituración secundaria el ta$a'o e las part-culas se reduce a un valor co$prendido entre 4? / 2? de(ndolo en condiciones de poder pasar a las operaciones de $olturaci!n o concentraci!n preli$inar. Las #ue%rantadoras utili,adas en esta &ase son por lo "eneral e tipo "iratorio o c!nico. Estas #ue%rantadoras son si$ilares a las utili,adas en la trituraci!n pri$aria di&erenci(ndose sola$ente en #ue tra%aan a velocidades relativa$ente altas :apro7i$ada$ente BB r.p.$.; / en #ue la a%ertura de salida de los productos triturados es $uc)o $enor. E7iste una "ran cantidad de trituradoras de distinto tipo las #ue per$iten e&ectuar el tra%ao de desinte"raci!n en la preparaci!n de rocas / $inerales. Con&or$e al tipo de trituradora / a los es&uer,os a los #ue so$eten a las rocas se utili,an unas u otras con sus ventaas t*cnico8econ!$icas propias de cada una.
+e"uida$ente se consideraran solo a#uellas #ue se esti$an $(s i$portantes / de aplicaci!n $(s "enerali,ada.
Trituradora de Mandi%ulas Las trituradoras de $and-%ulas co$prenden las deno$inadas de acci!n peri!dica conocidas "eneral$ente co$o Trituradoras de $and-%ulas / las de acci!n continua lla$adas $as co$0n$ente Trituradoras "iratorias o Trituradoras c!nicas. A$%os tipos de trituradoras de $and-%ula tra%aan :desinte"ran; &unda$ental$ente por el e&ecto de aplasta$iento :co$presi!n; / en $enor "rado por la
Las trituradoras "iratorias o c!nicas :en adelante nos re&erire$os a las de acci!n continua en estos t*r$inos; se utili,an en trituraci!n pri$aria secundaria / terciaria;.
TrituradoraRotatoria E$pleada para la trituraci!n pri$aria en este tipo de e#uipos los $ateriales a triturar se reducen por co$presi!n al i"ual #ue en una c)ancadora de $and-%ulas con la di&erencia #ue a#u- se reali,a entre una pie,a tronco c!nica #ue tiene un $ovi$iento e7c*ntrico en el interior de un espacio li$itado por una pared ta$%i*n tronco c!nica pero invertida.
La supercie en &or$a de tronco de cono se acerca sucesiva$ente a cada una de las "eneratrices de la pared c!ncava a para alearse posterior$ente. As- a la ve, #ue se reali,a el acerca$iento a un punto en el lado dia$etral$ente opuesto se produce el $(7i$o alea$iento entre el tronco de cono / la pared circular por lo cual sie$pre )a/ $aterial de ali$entaci!n %ao presi!n a la ve, #ue se produce la ca-da de $ateriales con ta$a'os $(s pe#ue'os a ,onas in&eriores donde tendr( lu"ar una nueva &ra"$entaci!n para posterior$ente darse la evacuaci!n por "ravedad de los $ateriales &ra"$entados.
Trituradora de Rodillos Lisos
Los rodillos "iran de Trituradoras de Rodillos lisos en sentido contrario a velocidades i"uales o di&erentes. El des"aste de los rodillos suele ser un pro%le$a "rave. La relaci!n de reducci!n var-a entre 91 / 2.91. Ta$%i*n se usan rodillos 0nicos #ue "iran contra una supercie a as- co$o rodillos corru"ados / dentados. Muc)os productos ali$enticios #ue casi sie$pre son %landos tales co$o )arina so/a / al$id!n se $uelen con rodillos. Características de Trituradoras de Rodillos lisos • •
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Dan pocos nos El ta$a'o del producto depende del espacio entre los rodillos Las velocidades de los rodillos BB r.p.$. Las part-culas de ali$entaci!n aprisionadas por los rodillos se ro$pen durante la co$presi!n / se descar"an por la parte in&erior. +u acci!n se %asa en dos rodillos $et(licos de supercies lisas #ue "iran en sentido opuesto.
Trituradora de Rodillos Lisos E7isten ta$%i*n trituradoras de tres rodillos el principio de &unciona$iento es el $is$o. En al"unos casos dependiendo del $aterial a triturar los rodillos pueden ser dentados. La Trituradora de rodillo dentado es un tipo de trituradora de ees #ue se en&ria por $edio del a"ua esta es a en uno de sus e7tre$os / se utili,a para triturar / )acer una "ran sintesis de $aterial desde un ca$ionsisterna ro$piendo con todos los para$etros de ta$a'o / todos los re#ueri$ientos tecnicos. Caracter-sticas de Trituradora de Rodillos dentados •
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Las supercies de los rodillos pueden tener estr-as %ordes ro$pedores o dientes. No pueden tra%aar con s!lidos $u/ duros. Los trituradores de rodillos dentados son $(s vers(tiles. No s!lo operan por co$presi!n sino #ue ta$%i*n por i$pacto / ci,alladura. Gueden tener dos rodillos o s!lo uno #ue tra%aa &rente a una placa curvada a.
%e utili&a cuando se quiere acelerar la sedimentación. %e coloca la me&cla sólido= líquido en un tubo dentro de una centrífuga que es un equipo con un mo)imiento de rotación constante y rápido lográndose que las partículas de mayor densidad se )ayan al fondo del tubo y las más li)ianas queden en la parte superior La separación centrífuga es desde hace más de un siglo una de las operaciones unitarias más importantes en procesos claves de las industrias químicas, farmacéuticas, tratamiento de efluentes, purificación de aceites
combustibles y lubricantes y suspensiones en general. En el campo de la tecnología de la separación mecánica las separadoras y decantadoras se catalogan dentro de las centrifugadoras, se emplean para la concentración de sólidos, clarificación de suspensiones y separación de mezclas de líquidos con eliminación simultánea de sólidos. Esencialmente la centrifugación es una decantación selectiva de los componentes insolubles de una mezcla bao condiciones de gravedad artificial. En la industria e!iste una gran variedad de centrífugas las cuales pueden ser clasificadas de muy diversas formas, a continuación se realiza una clasificación de un peque"o grupo de centrífugas conocidas como sedimentadoras y se realiza esta clasificación tomando como referencia la cantidad de sólidos a la entrada de la centrífuga. #escarga manual, $%&' de sólidos. Este tipo de centrífuga es también llamada de tambor macizo. Los sólidos se acumulan en el recinto de lodos y deben de ser removidos en forma manual parando la máquina y abriendo el tambor. #escarga automática intermitente, $%($' de sólidos. )ambién son conocidas como autodeslodantes. Los sólidos se acumulan en el recinto de lodos y son e!pulsados en forma intermitente y automática a través de los orificios de descarga. #escarga continua, $%*$' de sólidos. #entro de la industria química es conocida como de toberas. Los sólidos se acumulan en el recinto de lodos y se e!pulsan en forma continua a través de toberas. )ornillo transportador, $%+&' de sólidos. Este tipo de centrifuga es también conocida como decantador. )ienen un dise"o completamente diferente a las demás centrífugas. Están equipadas con un tornillo transportador que les permite descargar en forma continua los sólidos.
n una centrífuga una partícula de un tamaño dado podrá separarse siempre y cuando se tenga el tiempo suficiente para alcan&ar la pared de la centrífuga. 'or lo que si consideramos que una partícula se mue)e radialmente a su )elocidad terminal entonces se puede calcular el diámetro de la partícula más pequeña que podrá ser remo)ida
La sedimentación es una operación unitaria que se usa para H%eparación de c3lulas de caldos de culti)o H'rocesamiento de 2ugo de frutas ='roducción de cer)e&a =:oncentración de proteínas =%eparación de cristales de licor madre Las partículas pueden ser sólidos o líquidos l fluido generalmente es líquido
>ariables que influyen en la centrifugación ? ,amaño de partícula ? 7ensidad de la partículas ? @orma de las partículas ? 'ropiedades superficiales ? @uer&a centrífuga e+isten # principales tipos de centrífugas. ! ; de rotor tubular ; de rotor de cámara ; de rotor de discos ; de tornillo Las # operan en lotes o en continuo.
Los sólidos pueden separarse en lote semicontinuo o conti nuo en las tres primeras. Las tres primeras son de rotación )ertical y la 0ltima de rotación hori&ontal. Los parámetros más importantes para la separación por centrifugación son ; forma tamaño y densidad de sólidos ; densidad y )iscosidad del líquido :aract erísticas de las centrífugas ; operan en continuo ; cortos tiempos de retención ; no requieren ayudafiltro ; alta eficiencia de separación ; pequeños espacios requeridos ; sistemas cerrados n la siguiente tabla se presentan los rangos de )elocidad de centrifugación e+presado en el n0mero de )eces la fuer&a de gra)edad para diferentes tipos de centrífugas
@uer&as que act0an en las partíc ulas 7urante la centrifugación de una suspensión act0an tres fuer&as ; @uer&a centrífuga ; @uer&a de flotación ; @uer&a de resistencia o de arrastre
!isten tres tipos fundamentales de separadores centrífugos •
centrifugador -tubular%bol-. /ira a velocidades muy altas, generando fuerzas centrífugas del orden de 0(.$$$ veces la fuerza de la gravedad. Está construido para operar con caudales de entre 1$$ y 1.$$$ L2h.
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centrifugador -dis3%bol-. /ira a una velocidad inferior al anterior y genera una fuerza centrífuga 4.$$$ veces la de la gravedad. 5uede manear caudales de hasta 1$.$$$ L2h con cantidades moderadas de sólidos.
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centrifugador -solid%bol-. 6u velocidad de giro provoca fuerzas centrífugas de (.$$$ veces la de la gravedad. Es capaz de trabaar con corrientes que contienen gran cantidad de sólidos, separando hasta &$ )2h.
