OPERACIONES UNITARIAS 1
UNIDAD III: PRENSADO.
1. Defna el objetivo de la operación unitaria del prenado. El objetivo del prensado es la separar un líquido de un sólido, de un sistema de dos fases (solido-liquido), mediante la compresión, permitiendo que el líquido escape al mismo tiempo que se retiene el sólido. !. "En #u$ radica ica la i%p i%porta rtancia del prena nado a nivel indutrial& En que el prensado puede aplicarse a sistemas donde es difícil utilizar la ltración, debido a que no se pueden bombear con facilidad. Tambin se emplea cuando se desea una e!tracción m"s compl omplet eta a del del líqui íquido do o como como una una oper operac ació ión n desp despu uss de la ltración. '. "(u)le on lo criterio %) i%portante para la claifcación de prena& Prena dico #os dos discos, o las dos ruedas de prensa, conver$en en un espa espaci cio o mu% mu% estr estrec ec&o &o en el fond fondo o. Este Este es el punt punto o de m"!ima compresión, pudiendo ser ' veces ma%or que la presión de alimentación. #as ruedas de las prensas tienen cana canale less por por los los que que cir circula cula el líqu líquid ido o prov proven enie ient nte e del del producto descolonizado, % est"n cubiertas por una l"mina. e usan ruedas de '.* metros de di"metro en prensas de $ran tama+o que requieren / % producen ' tonelada 0 &ora de sólidos. El prensado de materiales brosos como los pozos de caf. Prena rodillo r*+ido per,orado Es para la descolonización de pulpa de papel, especialmente para los procesos de una sola etapa de una suspensión entre 1 o un * por ' de sólidos % que se des&idrata &asta un * por '. Tambin se usa para el procesamiento de cítricos. #os dos rudos rotan uno &acia el otro, % la car$a % el $rado de deslocalización depende del tama+o del &ueco entre los disc discos os,, así así como como la vel veloci ocidad dad de la ali aliment mentac aciión % la consistencia de los sólidos. El fond fondo o del del recip ecipie ient nte e esta esta sell sellad ado o de mane manera ra que que la suspensión pueda bombearse &acia los rodillos con presiones de &asta ' 2/a % estos act3en como ltros a presión &asta
que la torta comprimida entre ellos una vez que se a separado de la suspensión por la rotación de los rulos. #as m"quinas de ma%or tama+o con unos rodillos de '.* metros de di"metro % 4 metros de lon$itud pueden producir &asta 54 Toneladas 0&ra. Prena -ornillo El tornillo rotatorio tiene una inclinación constante &acia como un di"metro de .5 metros. #a presión para e!primir el ju$o de una fruta se consi$ue disminu%endo la apertura nal mediante un cono &idr"ulico ajustable % &aciendo el eje del tornillo m"s anc&o &acia el punto de descar$a. . "(u)le on lo criterio %) i%portante para la elección de prena& /ara seleccionar el tipo de prensa a usar en un trabajo dado, se deben considerar6 El tipo de operación a dearrollar/ ta%a0o de la piea/ potencia re#uerida/ 2 la velocidad de la operación. /ara la ma%oría de las operaciones de punzonado, recortado % desbarbado, se usan $eneralmente prensas del tipo manivela o e!cntrica. En estas prensas, la ener$ía del volante se puede transmitir al eje principal, %a sea directamente o a travs de un tren de en$ranes. #a prensa de junta articulada se ajusta idealmente a las operaciones de acu+ado, prensado o forja. Tienen una carrera corta % es capaz de imprimir una fuerza e!trema (#opz 7onz"lez, 18). 3. "En #u$ conite el concepto de velocidad de prenado& Ecriba u ecuación decriptiva. 4. "En #u$ conite el concepto de potencia en la operación de prenado& Ecriba u ecuación decriptiva. 5. "(u)le on lo criterio principale #ue 6a2 #ue coniderar en el die0o de prena& En dise+o de prensas, conocer el n3mero de piezas diarias que se pretenden fabricar, los materiales a trabajar % los procesos de deformación es mu% importante para adecuar el dise+o de la prensa a las necesidades del trabajo a efectuar, así este trabajo se realizara con ma%or eciencia.
UNIDAD I7: 8IOSEPARA(IONES. 9. "En #u$ conite la fltración por %e%brana en el )%bito indutrial& #os procesos de membrana se utilizan para concentrar o bien fraccionar un líquido en dos de diferente composición. #a membrana es una barrera permeoselectiva entre dos medios 9uidos, que permite la transferencia de determinados componentes de un medio al otro a travs de ella % evita el paso de otros componentes, el transporte se realza aplicando una fuerza impulsora. (:uarte, 1';) . "(u)le on lo criterio para la caracteriación de %e%brana& D$ eje%plo. (riterio etructurale (riterio ,uncionale (riterio de bioco%patibilidad Tambin podemos considerar al$unas características como el tama+o del poro, distribución del poro, volumen libre, cristalinidad, rec&azo, factor de separación % el factor de enriquecimiento. Eje%plo: (eluloa re+enerada/ celobioa o 6e%iceluloa. e caracterizan por ser estructuras sumamente &idrofílicas % de aspecto &omo$neo, que absorben a$ua para formar un verdadero &idro$el. Tal consistencia permite la obtención de membranas mu% nas % sin embar$o sucientemente resistentes. (eluloa %odifcada.
. Pol*%ero int$tico. Este $rupo en$loba una amplia variedad de membranas de mu% diferente composición con la característica com3n de ser de ori$en sinttico. #as •
membranas son asimtricas % anisótropas? de estructura sólida % con espacios vacíos, a diferencia de lo indicado sobre las zonas amorfas de las membranas de celulosa re$enerada. (@@@, '88;) 1;. "(u)le on lo ,actore %) relevante en la elección de %e%brana& El proceso de ltración #as posibilidades de limpieza #a mínima caída de presión #os costos favorables de fabricación #a posibilidad de cambio de la membrana (Aarra$an, 1) • • • • •
11. "(u)le on lo criterio %) i%portante en el die0o de %e%brana& En el dise+o de las unidades de ósmosis inversa aparecen ciertas dicultades que deben tenerse presentes para que la unidad resultante pueda aplicarse con !ito al problema de separación que se pueda plantear. Entre estas dicultades podr"n citarse6 a< #as membranas suelen ser fr"$iles % no pueden a$uantar altas presiones de trabajo. b< #a capa de polarización por concentración, que se debe intentar eliminar, diculta la transferencia de materia %, adem"s, produce el ensuciamiento de las membranas. c< #as membranas suelen ser voluminosas, por lo que deben buscarse dise+os que presenten una densidad de empaquetamiento elevada, con el n de reducir las dimensiones del recipiente que las contiene, pues ste debe operar a presión. d< :eben evitarse los altos costos que representa el remplazamiento de las membranas (@barz, 1*). 1!. Defna el concepto de nanofltración 2 %encione una aplicación a nivel indutrial.
#a nanoltración es una tecnolo$ía de ltración de membrana de ultra0baja presión con el mismo fundamento que la osmosis inversa % difusión controlada. #a diferencia principal es el $rado de retención que lo$ran estas membranas, operando en ran$os m"s altos de corte de peso molecular (' a ' B).
Ci$ura '. #as aplicaciones para los sistemas de DC
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Ablanda%iento Separación epecifca de %etale peado por proceo de c6orro para la reutiliación del a+ua. Reducción de contenido de ale de la li+era a+ua alobre.
#a nanoltración es un proceso utilizado en la puricación de a$ua. Este proceso consiste en la separación de contaminantes % a$ua basada en el tama+o molecular. /or lo re$ular, la nanoltración se utiliza como proceso de eliminación de sustancias or$"nicas, entre las que se encuentran iones multivalentes, microcontaminantes %, de forma moderada, sales univalentes. 1'. Defna el concepto de =icrofltración 2 %encione una aplicación a nivel indutrial.
#a microltración es una tecnolo$ía conable % eciente para la remoción de sólidos % recuperación de productos en todo tipo de líquidos. #a microltración tiene un $rado de ltración m"s peque+o que un ltro multimedia % las membranas usadas para la microltración tienen un tama+o de poro de .'' Fm. /or tener una porosidad tan peque+a, estos ltros tienen la ventaja adicional de retener bacterias % virus, a pesar de que los virus son m"s peque+os que los poros de la membrana de microltración. Esto es porque los virus se pueden acoplar a las bacterias.
Gl$unos ejemplos de aplicaciones de la microltración son6 •
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Eteriliación por frío de bebidas % productos farmacuticos. Aclara%iento de zumos de frutas, vinos % cerveza. Separación de bacterias del a$ua (tratamiento bioló$ico de a$uas residuales). -rata%iento de e9uentes. Separación de emulsiones de a$ua % aceite. Pre>trata%iento del a$ua para nano ltración % ósmosis inversa. Separación sólido-líquido para farmacias e industrias alimentarias.
1. Defna el concepto de Electrodi)lii 2 %encione una aplicación a nivel indutrial. #a electrodi"lisis es un proceso de separación electroquímica en el que las membranas car$adas % una diferencia de potencial elctrico se usan para separar especies iónicas % otros componentes no car$ados de una solución acuosa. #a electrodi"lisis &o% en día es utilizada ampliamente para la desalación del a$ua salobre %, en al$unas zonas del mundo, es el proceso principal para la producción de a$ua potable (alamanca, 1). 13. =encione la principale t$cnica electro,or$tica 2 bajo #u$ criterio e encuentran claifcada. #as modalidades electroforticas b"sicas se distin$uen por la e!istencia o no de un medio estabilizante en la zona donde se mueven las partículas car$adas. Gsí se distin$ue entre electroforesis de zona o libre. #a electroforesis libre se caracteriza por ser una fase liquida 3nica separación entre los electrodos. Tiene un valor &istórico pues fue a primera que se desarrolló en su modalidad convencional con un tubo m"s o menos sosticado en forma de H, o bien mediante el empleo de un tubo estrec&o capilar en la modalidad de la isotactoforesis. #a electroforesis zonal puede llevarse cabo de manera diferente, se$3n la con$uración o situación del medio estabilizante, que puede estar en forma plana (papel, membrana, capa, na) o bien
en una columna conteniendo material pulverizado compacto (<. Ialc"rcel Jases, '8). UNIDAD 7I: -RANSPOR-E DE S?@IDOS. !3. Defna el objetivo de la operación unitaria del tranporte de ólido.
El transporte de sólidos se reere al movimiento de los sólidos del punto de suministro de materia prima al inicio del proceso, del punto nal del proceso &acia el lu$ar de almacenamiento, entre dos puntos del proceso, del lu$ar de almacenamiento a la línea de empacado %0o distribución (Jabrejos K Lofre, 1). !4. "(u)l e la i%portancia del tranporte de ólido a nivel indutrial&
istemas de transporte de solidos se utilizan ampliamente en la industria para transportar materiales solidos porque son e!tremadamente vers"tiles, adecuados % económicos para muc&os procesos. El transporte de sólidos se &a practicado por m"s de un si$lo en el mundo % &o% se puede encontrar sistemas de este tipo en las m"s variadas industrias6 la minería, industria del cemento % construcción, química % farmacutica, pl"sticos, de alimentos, papel, vidrio, ener$ía, etc (Jabrejos K Lofre, 1). !5. "En #u$ coniten lo e#uipo de tranporte neu%)tico& D$ un eje%plo e inclu2a u dia+ra%a.
El objetivo principal de un sistema de transporte neum"tico es transportar materiales sólidos a $ranel desde un punto a otro por medio de un 9ujo de $as a presión, %a sea positiva o ne$ativa, % a travs de una ca+ería.
la ca0er*a, las partículas se distribu%en uniformemente en toda la sección transversal de la ca+ería (9ujo &omo$neo), la concentración de sólidos es relativamente baja (inferior a ' 2$s de sólidos por 2$ de $as) % la velocidad de transporte es relativamente alta. El soplador provee el 9ujo % la presión de aire necesario para transportar al material desde el punto de alimentación &asta el punto de descar$a. El alimentador introduce las partículas sólidas dentro de la ca+ería donde se mezclan con el $as de transporte % a un 9ujo controlado para evitar sobrecar$ar la línea. istemas de presión positiva requieren de un mecanismo de sello para alimentar el material ($eneralmente a presión ambiente) dentro de la ca+ería que est" presurizada. En el ejemplo se muestra adem"s un tornillo de 9ujo m"sico como alimentador (para ase$urar 9ujo m"sico de descar$a en el silo), una v"lvula rotatoria tipo Mairloc2N, una tee en la unión con la ca+ería, los silos de almacenamiento, la ca+ería, codos % un ltro de man$as (Jabrejos K Lofre, 1).
Ci$ura 1.
!9. "En #u$ coniten lo e#uipo de tranporte %ec)nico& D$ un eje%plo e inclu2a u dia+ra%a.
e encar$an del movimiento de los sólidos % puede llevarse a cabo mediante la $ravedad, manualmente o aplicando una dada potencia. #os sólidos pueden transportarse empacados o a $ranel. En relación con la industria de alimentos, los equipos de manejo de sólidos, e!ceptuando los de transporte neum"tico, camiones % $r3as, pueden clasicarse en6 •
Jintas transportadoras.
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Transportadores de cadena6 raspadores % de baldes o can$ilones o capac&os. Transportadores de tornillos (JOD@JET Aa&ía Alanca, 1'1).
Eje%plo: -ranportado de -ornillo Bde Roca o Sin in< Bi+ura C<
El transportador de rosca consiste en un eje de acero, sobre el cual se desarrolla una espiral, que $ira dentro de un canal. El eje es propulsado por un motor % el acople se produce a travs de en$ranajes o cadenas. Este transportador se utiliza para el movimiento de materiales abrasivos % no abrasivos, en &orizontal % oblicuo con pendiente que no supere los 5P. /uede transportar cereales, carbón, arena, piedra, Jlin2er de cemento, etc. #a lon$itud m"!ima de transporte no debe superar los 5 metros, pues m"s all" de esa distancia los esfuerzos de torsión que se producen son mu% elevados. El di"metro m"!imo a utilizar es de ,; metros. Este tipo de transporte se utiliza principalmente para movilización de $ranos en silos de campa+a % se los denomina = chimango> (HAG, 1';).
Ci$ura 5. Transportador de tornillo sin fn. !. "(u)le on lo ,actore %) i%portante a coniderar en la elección del e#uipo&
/ara la elección o dise+o de un correcto sistema de transporte, es necesario tener en cuenta los si$uientes factores6 •
(apacidad del tranportador: los sistemas de transporte formados por bandas móviles en$arzadas, permiten el transporte de $randes cantidades de material a velocidades relativamente altas. @on+itud de deplaa%iento
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Elevación: debido a que el aumento en la altura &ace m"s f"cil el transporte de uno % otro modo. Re#uiito de procea%iento: el proceso productivo puede continuar a la vez que se trasporte el sólido, llevando a cabo operaciones simples como el enfriamiento o el lavado. (oto: es un factor importante a tener en cuenta, por el que, en ocasiones, se sustitu%e por un medio tradicional, como puede ser el medio terrestre (
';. "(u)le on lo ,actore %) i%portante a coniderar en el die0o de ete tipo de e#uipo&
En la industria se utilizan varios mtodos para el transporte, pero de todos ellos el neum"tico proporciona mejores resultados en el transporte de productos secos, nos % a $ranel. El transporte se dise+a en función de la tra%ectoria que se lleva a cabo6 •
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-ranporte 6oriontal de %ateriale: utiliza transportadores de banda articular, de arrastre continuo. -ranporte vertical: utiliza los de banda de 9ujo continuo. Elevación con tra2ectoria co%binada. Ditribución 6elicoidal: se usan tornillos sinfín, de forma que, en su avance de $iro, se produzcan sobre el producto un avance perpendicular. -ranporte con va+one: se deposita el material en los mismos, siendo f"cilmente manejables (
'1. "En #u$ conite el c)lculo de la potencia re#uerida para el tranporte de ólido& Eje%plo de c)lculo de potencia para tranportador de tornillo in fn Btranportador %ec)nico< (APA(IDAD: Q
( ) ton hra
2
D πφγsn 60
=
4
PO-EN(IA: Q ( HP ) KLQγ =
Dónde: D: di"metro del tornillo (metros). : paso del tornillo ($eneralmente s6 .4:). n: velocidad del tornillo (rpm). Toma valores se$3n los distintos materiales transportados % el di"metro del tornillo. /ara materiales livianos, entre ' % 1 rpm. γ : /eso especíco aparente del material a transportar (Ton0m5). : Qendimiento volumtrico. El canal no se llena completamente con el material, suele ser .*. : constante que varía con el peso % abrasividad del material a transportar tomando los si$uientes valores. =ateriale liviano 2 no abraivo Bej. cereale<: .'. =ateriale peado 2 no abraivo Bej. (arbón<: .1. =ateriale peado 2 abraivo Bej. cliner<: .1. φ
Aiblio$rafía Aarra$an, L. G. (1). Caracterizacion del uso de la ultrafltracion Tangencial Para la Concentracion. Escuela /olitecnica Dacional .
Jabrejos, C., K Lofre, <. (1). TRANSPORTE NEUMT!CO "E MATER!A#ES S$#!"OS A %RANE#. J@#E. JOD@JET Aa&ía Alanca. (
