UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN
FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II
TAMIZADO
Docente: Ing. Nelson Hinojosa Salazar Estudiante: Antonio Lora Andres Cobarrubias Barrios Oscar Herbas Velasco Leticia Paniagua Gomez Fabiola Rojas Rojas Herberth Cristihan
COCHABAMBA-BOLIVIA TAMIZADO
INTRODUCCIÓN. El objeto de la tamización o tamizado es separar las distintas fracciones que componen un sólido granular o pulverulento, por el diferente tamaño de sus partículas, utilizando para ello los tamices. En principio, se puede considerar como tamiz a toda superficie agujereada. Para que la operación se encuentre en movimiento relativo, debemos dar oportunidad a las partículas del sólido a que coincidan con las aberturas del tamiz que pasen a través de éstas las de menor tamaño. El tamizado nos dará dos fracciones: Una, la fracción gruesa (o de gruesos o el rechazo), y otra, la fracción fina, que se llama también los finos o el cernido. Cuando el producto a separa en fracciones de distinto tamaño de grano se quiere subdividir en x fracciones, serán precisos, evidentemente, x-1 tamices. La tamización es operación de gran importancia en la industria química. Los productos cristalizados no salen, en general, al mercado más que después de haber sido tamizados, ya que del tamaño de los cristales dependen muchas de sus propiedades utilitarias; otros productos, como los cementos, han de responder para su utilización a un grado de finura determinado; en la fabricación de superfosfatos, el desarrollo de la reacción entre el ácido sulfúrico y las fosforitas, y la temperatura alcanzada por la masa, dependen en gran medida de la finura de la fosforita; por el poder cubriente de los pigmentos-una de sus principales características – es función del tamaño de grano del pigmento y de la gradación en que se encuentren los diferentes tamaños que lo componen. Incluso a la cinética de las reacciones heterogéneas depende del tamaño de grano de la superficie que presente la fase sólida; en general, se puede decir que las reacciones que interviene, cuando menos, un sólido dependen: 1. 2. 3. 4. 5.
Del tamaño de las partículas del sólido De la entropía del mismo De la forma de las partículas De la naturaleza de la superficie De la estructura de esta superficie
El mayor o menor tamaño de un sólido no tiene por sí significación química alguna, sino por cuanto la superficie específica (superficie correspondiente a la unidad de masa o de volumen del sólido) varía con el tamaño, aumentando enormemente al disminuir aquel. Se comprende que si la superficie que presenta un mismo peso de producto aumenta al disminuir el tamaño de grano, las reacciones este producto en un sistema heterogéneo resultarán francamente favorecidas, pues toda reacción que pueda presentar con otra sustancia habrá de efectuarse el aumento de finura favorece la reactividad, solubilidad, etc., más de lo previsto en las palabras anteriores, ya que termodinámicamente puede
demostrarse que al aumentar la superficie (disminuir el tamaño) de un producto sólido el contenido energético de al unidad de superficie de tal producto aumenta también. Esto explica por que el calor molar de solución del CINa es distinto según el tamaño de grano, y por qué la presión de descomposición de los óxidos, hidróxidos, oxalatos, carbonatos, etc., es función de su finura. De todas maneras, conviene hacer notar que la influencia del aumento de la energía superficial específica no es apreciable más que a muy altos grados de finura, para cuya caracterización no es posible utilizar el tamizado. En estos casos se emplea la observación microscópica (desde 0,1 y a 10 u) o métodos fundados en los fenómenos de adsorción (tamaños inferiores a 0,1 u inclusive), o, en menor grado, la sedimentación o ilustración, válida para partículas de tamaño comprendido entre 100 y 5 u (que es el intervalo en que mejor y más generalmente se cumple la ley de Stokes. OBJETIVOS. Objetivo Específico. Realizar la operación unitaria, separando de esta manera las distintas fracciones y tamaños de nuestra muestra de afrecho. Objetivos Generales.
Verificar los resultados obtenidos a través de las curvas de distribución o curvas diferencial. Observar las diferencias que se denotan en cada tamiz, es decir, diferencia de tamaños. Ver el manejo y las aplicaciones que se puedan realizar en este tamizado y en otro tipo de tamizados.
MARCO TEORICO El tamizado es un método de separación de partículas basado exclusivamente en el tamaño de las mismas. En el tamizado industrial los sólidos se sitúan sobre la superficie del tamiz. Los de menor tamaño, o finos, pasan a través del tamiz, mientras que los de mayor tamaño, o colas, no pasan. Un solo tamiz puede realizar una separación en dos fracciones. Dichas fracciones se dice que no están dimensionadas, ya que si bien se conocen los limite superior o inferior de los tamaños de partícula de cada una de las fracciones, no se conocen los demás limite de tamaños. El material que se hace pasar a través de una serie de tamices de diferentes tamaños se separa en fracciones clasificadas por tamaños, es decir, fracciones en las que se conocen los tamaños máximo y mínimo de las partículas.
Ocasionalmente el tamizado se realiza en húmedo, si bien, lo más frecuente es operar en seco. De acuerdo con su función, se pueden clasificar los tamices en industriales y de laboratorio. Los tamices pueden estar constituidos por barras sobre el que se desliza el material a tamizar, por chapas agujereadas, o por tejidos. Los tres tipos se emplean con fines industriales; en cambo, en los trabajos de laboratorio, trabajos de tipo analítico, se utilizan casi con exclusividad los tamices cuya superficie tamizante la constituye un tejido. Los tejidos están constituidos por dos clases de hilos: Los hilos de trama (a lo ancho del tejido) y los de urdimbre (a lo largo). La unión que al tejer se dé a la trama y a la urdimbre determina la clase de tejido: liso, asargado, en cadeneta, de rotor, doble, triple, etc. El material de que pueden confeccionarse los hilos es muy variado: metales de muchas clases, seda, nylon, crin, etc., según las características del producto que se tamiza. Así, para productos con cantos muy vivos y de gran dureza se emplean hilos de acero al manganeso; para productos húmedos, finos y corrosivos, se usan hilos de bronce fosforoso, de aceros austeníticos o de vidrio. La forma de los hilos puede también ser variada; pueden ser de sección circular, cuadrada, ovalada, rectangular. EL grueso de los hilos puede ser igual o distinto en la trama y en la urdimbre; generalmente, cuando no son uniformes son mayores los hijos de trama. Los huecos que deja el tejido, y que, en conjunto constituirán la superficie de tamizado, pueden ser de forma distinta, según la clase de tejido. Las mallas cuadradas se aconsejan para tamizar productos de grano plano –escamas- o alargado. Las mallas alargadas – rectangulares, trapezoidales, etc., se suelen emplear para tamizar formas cúbicas; constituyen los tamices de mayor superficie útil. El caso límite lo constituye el tamiz compuesto por una serie de hilos paralelos, que en la práctica está representado por el tamiz de barras citado al principio. Con tamices de malla rectangular, y empleando relaciones distintas para los lados de la malla, p. Ej. 1:05, 1:0,75 1:1 (cuadrada), es puede determinar el grado de laminaridad de un producto. El producto que atraviesa la malla 1:0,5 se puede considerar como francamente laminar. CARACTERIZACIÓN DE UN TAMIZ urdimbre
L d
trama m
Caracterizan a estos tejidos: el grueso del hilo, que supondremos circular, definido por su diámetro, d, y la luz de malla, L. El ancho de malla, m, es función de los otros dos parámetros; así de acuerdo con la figura, se puede escribir que: m = L+d Ecuación que nos dice que para un mismo ancho de malla, la luz es tanto más pequeña cuanto mayor sea el grueso del hilo, d. La caracterización técnica de los tamices se ha efectuado según distintos criterios. Así: En un principio se caracterizaron por el número de mallas comprendidas en la unidad de longitud, en nuestro caso el centímetro es la unidad de longitud más usual. Es evidente que el número de mallas o número de tamiz será: 1 m En otras ocasiones se designa el tamiz por el número de mallas por centímetro cuadrado (o por pulgada cuadrada), o ser, por: n
n2
1 m2
La designación más moderna, y de aceptación casi general en Europa, es la establecida por las normas DIN (Alemanas), mediante la cual el tejido del tamiz se caracteriza por la luz de la malla o abertura, expresada en milímetros o sea, por 10L estas ramas fijan el diámetro de los hilos. Otro dato interesante en la caracterización de tamices es su superficie relativa útil expresada por el cociente entre la superficie que ocupan las luces y la superficie total. Su valor se suele llamar característica del tamiz, y será: L2 K L2 n 2 2 (L d ) A la vista de esta fórmula se ve que para calcular L o K es preciso conocer d. La norma DIN citada anteriormente (específica con la cifra 1171), fija para unos valores tales que, Si m < 0,15 (tamices finos), K = 0,36 aprox. Si m > 0,15 (tamices gruesos), K = 0,50 aprox. Con los datos que anteceden es fácil poder caracterizar totalmente un tamiz determinado.
TABLA TAMICES DE ENSAYO, DIN 1171
L,mm (denominación moderna) 0.060 0.075 0.090 0.100 0.12 0.15 0.20 0.30 0.60 1.20 2.00 3.00 4.00 6.00
N, cm-1 (denominación antigua) 100 80 70 60 50 40 30 20 10 5 3 2 1.5 1
D, cm diámetro hilo 0.0040 0.0050 0.0055 0.0065 0.0080 0.0100 0.0130 0.0200 0.0400 0.0800 0.100 0.120 0.160 0.250
m, mm de ancho de malla 0.100 0.125 0.145 0.165 0.200 0.250 0.330 0.500 1.000 2.000 3.000 4.200 5.600 8.500
m2 número de mallas /cm2 10000 6400 4900 3600 2500 1600 900 400 100 25 9 4 2.25 1
En los países anglosajones, los tamices de ensayo han sido agrupados en las normas de la América Standard (A.S.A, Z-23, 1, 1939) que abarcan las series A.S.T.M., y las series Taylor. La primera tiene mayor número de tamices que la segunda. La serie A.S.T.M. gruesa comienza en el tamiz de 4,24 pulg. de abertura y termina en el de ¼ de pulg., comprendiendo en total 22 tamices cuyas aberturas disminuyen según la razón 4 2 . La serie fina A.S.T.M. comienza con la abertura de 0,223 pulg. (5660 micrones) y termina con la de 0.0015 pulg. (37 micrones), comprendiendo 30 tamices. La serie Taylor gruesa, más cerrada, se rige por la misma razón. El límite superior es el tamiz de 1,050 pulg. De abertura (26,67 mm). EL límite inferior es el de 0,263 pulg. (6,68 mm). Comprende 9 tamices. La serie Taylor fina consta de 26 tamices, comenzando con la abertura de 0,221 pulg. (5613 micrones) y terminando con la de 0,0029 pulg. (74 micrones). Como la razón de estas series, 4 2 , es muy pequeña, resultan demasiados tamices y demasiado próximas sus aberturas para trabajos que no requieren separaciones muy agudas. Por eso, en ocasiones se utilizan estos tamices alternadamente (uno sí y el siguiente no) con lo que se maneja una serie cuya razón es 2 . También se puede utilizar un tamiz de cada cuatro de la serie principal, en cuyo caso la razón es 2.
TABLA TAMICES DE ENSAYO TYLER CON RAZÓN Luz de malla Pulgadas Milímetros
Serie Gruesa
Serie Fina
4
2 SERIES GRUESA Y FINA Número de mallas en 1 pulgada
Diámetro del hilo, pulgadas
1.050 0.883. 0.742 0.624 0.525 0.441 0.371 0.312 0.263
26.67 22.43 18.85 15.85 13.33 11.20 9.42 7.925 6.680
2.5 3
0.148 0.135 0.135 0.120 0.105 0.105 0.092 0.088 0.070
0.221 0.185 0.156 0.131 0.110 0.093 0.078 0.065 0.055 0.046 0.0390 0.0328 0.0276 0.0232 0.0175 0.0164 0.0138 0.0116 0.0097 0.0082 0.0069 00.58 0.0049 0.0041 0.0035 0.0029
5.613 4.699 3.962 3.327 2.794 2.362 1.981 1.651 1.397 1.168 0.991 0.833 0.701 0.589 0.495 0.417 0.351 0.295 0.248 0.208 0.175 0.147 0.124 0.104 0.088 0.074
3.5 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 20 24 28 32 35 42 48 60 65 80 100 115 150 170 200
0.065 0.065 0.044 0.036 0.0326 0.032 0.033 0.030 0.028 0.025 0.0235 0.0172 0.0141 0.0125 0.0118 0.0112 0.0100 0.0092 0.0070 0.0062 0.0056 0.0042 0.0038 0.0026 0.0024 0.0021
EQUIPOS TAMIZADORES. Para que las partículas puedan atravesar las mallas de un tamiz es preciso que éste y el producto se encuentren en movimiento relativo, pues sólo así se da oportunidad a los
granos finos para que encuentren las aberturas y pasen a su través al cernido. En todo caso debe procurarse que el producto se deslice en vez de saltar. Además, para utilizar al máximo la superficie del tamiz, el deslizamiento en cada oscilación o cambio de posición del producto no debería ser superior al ancho de una malla. Para cada sistema tamiz-material hay un grado de agitación óptimo. En la breve descripción de los tamizadores industriales que sigue se tratarán los tipos más importantes divididos en dos grandes grupos, según las circunstancias del movimiento de los productos. SISTEMAS EN LOS QUE SÓLO SE MUEVE EL SÓLIDO. La superficie tamizadora está quieta. Pertenecen a este grupo las parrillas inclinadas, formadas por barras paralelas, adyacentes, uniformemente espaciadas unas de otras, constituyendo un plano inclinado por cuya parte superior se descarga la alimentación, recogiéndose los gruesos o rechazo en el otro extremo y pasando los finos a su través por los claros que quedan entre las barras. Hay un grado de inclinación óptimo para cada material (según el tamaño de granos y las propiedades superficiales del mismo) con el que se obtiene un máximo rendimiento en la separación, definida también la velocidad de alimentación o carga del tamiz. Pertenecen también a este tipo el tamizador de tornillo.
SISTEMAS CON TAMIZ MOVIL. Naturalmente, el sólido depositado sobre la superficie tamizadora se mueve también, pero con un cierto retraso, a causa de la inercia. El modelo más rudimentario de este tipo lo constituye la zaranda o cernedor, accionado a brazo. Dentro del tipo general se pueden distinguir varias clases, según el tipo de movimiento que se dé a la superficie tamizadora. a) Superficie Tamizadora Vibrante. El movimiento vibratorio del gastago, V, se transmite a la superficie tamizadora por estar aquél acoplado a ésta mediante la unión S. Es también del mimo tipo y clase. En estos aparatos importa mucho la amplitud y la frecuencia el movimiento vibratorio. b) Tamiz de Oscilaciones. En ocasiones se deforma intencionadamente, mediante acoplamientos elásticos, el movimiento de vaivén del tamiz, para que simultáneamente describa un movimiento de traslación, con lo que el sistema, en conjunto, imita muy bien el zarandeo a brazo. c) Tamices Rotatorios. Da idea de una disposición de esta clase, correspondiente a un tamizador de tambor, en línea. También pueden acoplarse en cascada los tamices de tambor, para lo cual se disponen coaxialmente los varios tamices cilíndricos, siendo el de menor diámetro de tambor el tamiz de mayor abertura.
Los tamices rotatorios tienen un topo máximo en su velocidad de rotación, que viene determinando por el momento en que la fuerza centrífuga hace que el producto se agarre a la superficie del tambo y gire con ella. Los tamices giratorios se prestan muy bien para el tamizado en húmedo (en corriente de agua). Constituyen una variante de estos aparatos aquellos que en su interior llevan, a lo largo, unas viguetas angulares para voltear el material al girar el cilindro. d) Tamices de Barra Giratoria. En este caso, el movimiento no se le da a la superficie tamizadora en su conjunto, sino que se hace girar independientemente todas las barras de sección circular que componen la criba. Los tamices industriales pueden trabajar en forma continua o discontinua, según su tipo y forma de alimentación. En todo caso, su capacidad de trabajo se mide por su velocidad de alimentación o carga, que suele expresarse en toneladas por metro cuadrado de superficie tamizadora y por hora. Siempre, al aumentar la carga se disminuye el rendimiento de la separación (n), primero lentamente y luego más de prisa. Cuanto más fino es un tamiz, más pequeña ha de ser la carga que se le suministre para poder trabajar con un rendimiento de separación aceptable. Los tamices continuos, la velocidad de alimentación debe ser constante para evitar las oscilaciones momentáneas de n. MATERIALES Ocho tamices de 850(μm), 600(μm), 500(μm), 425(μm), 300(μm), 250(μm), 180(μm), 150(μm) serie Tyler. Una tapa superior. Una base para los tamices en cascada. Una balanza analítica. Una bolsa plástica. 100 gramos de saponina.
ANALISIS DE RESULTADOS CURVAS DIFERENCIALES Y ACUMULATIVAS RESULTADO DEL PROCESO DE TAMIZACION.
Para poder obtener una mejor visualización del resultado del proceso debemos obtener índices que nos indiquen la efectividad del proceso realizado, haciendo un balance de masa como ser: A
C
B Donde: A = Carga o producto bruto B = Cernido C = Rechazo Índice de cernido: IC = B * 100 A Índice de rechazo: IR = C * 100 A
Medición 1 Luz de Malla (u)
Masa sobre el tamiz (g)
peso sobre el tamiz
% de peso
850 600 500 425 300 250 180 150 Fondo
2 3 2 4 9 5 12 7 55
2 5 7 11 20 25 37 44 99
2 5 7 11 20 25 37 44 99
% de peso acumulado
Luz de Malla (u)
Indice de cernido
Indice d rechazo
850 600 500 425 300 250 180 150 0
98 97 98 96 91 95 88 93 ****
2 3 2 4 9 5 12 7 ****
Medición 2 Luz de Malla (u)
Masa sobre el tamiz (g)
peso sobre el tamiz
% de peso
850 600 500 425 300 250 180 150 Fondo
2 3 2 3 10 5 12 8 53
2 5 7 10 20 25 37 45 98
2 5 7 10 20 25 37 45 98
Curva cernido y rechazo de la medición 1
% de peso acumulado
Luz de Malla (u)
Indice de cernido
Indice d rechazo
850 600 500 425 300 250 180 150 0
98 97 98 97 90 95 88 92 ****
2 3 2 3 10 5 12 8 ****
Curva cernido y rechazo de la medición 2
