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INSTITUTO TECNOLOGICO DE MEXICALI ITM

Ingeniería Química Ambiental

Operaciones unitarias I

Reducción de tamaño

Alumno:

José Ángel Pérez González 07490393

07 de noviembre del 2011

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CONTENIDO

“Reducción de tamaño”

1.- INTRODUCCIÓN

2. OBJETIVO

3.- FUNDAMENTO TEORICO

4.- DESARROLLO

5.- CONCLUSIONES

6.-BIBLIOGRAFIA

7.- CONCLUSIÓN

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INTRODUCCIÓN

En la industria en general, se utilizan un sin número de sustancias sólidas como materia prima en muchos procesos, y en algunos el producto es sólido. Por ejemplo, en la industria de producción de cal, la materia prima es la piedra caliza, la cual es de muy grandes proporciones y es necesario tenerla en formas más pequeñas, de modo que sea más fácil el manejo de la misma. Por esta razón, resulta necesaria la utilización de equipos que provean partículas pequeñas de sólidos, a partir de unas más grandes. Los equipos que proveen dichas partículas más pequeñas son las máquinas trituradoras, los molinos y demás, quienes en combinación, o cada uno por separado, proporcionan el tamaño de partículas deseado. Para analizar los resultados de estos equipos se utiliza el análisis por tamizado, el cual consiste en pasar el producto de cada equipo mencionado por una agitador de tamices, el cual separa las partículas más grandes de las más pequeñas, mediante una serie de tamices de diferentes aberturas de malla que son agitados con un movimiento vibratorio. A continuación se presenta una práctica de laboratorio en la cual realizamos un análisis por tamizado de una mezcla de diferentes semillas, así como la teoría relacionada al tamizado.

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2.-OBJETIVO

Aplicar los conocimientos vistos en clase en referencia al tamizado.

Especificar las variables aplicadas a la operación de tamizado (siendo estos tiempo,

ángulo de inclinación, área del tamiz, etc.)

Realizar claramente los análisis diferencial, acumulativo y la gráfica correspondiente.

Calcular la eficacia de la operación de tamizado.

3.- FUNDAMENTO TEÓRICO

El tamizado es una operación básica en la que una mezcla de partículas sólidas se separa en dos o más fracciones pasándolas por un tamiz. Cada fracción es más uniforme en tamaño que la mezcla original.

Tamiz: Es una superficie que contiene cierto número de aperturas de igual tamaño y forma. La superficie puede ser plana (horizontal o inclinada) o cilíndrica. Los tamices de pequeña capacidad se denominan cribas.

El método más sencillo y más corriente de separar mezclas por tamaño es el análisis por tamizado, utilizando tamices patrón. Se dispone de una serie de tamices patrón formando una pila, colocando el de malla de abertura más pequeña en el fondo y el de mayor abertura en la parte superior. El análisis se lleva a cabo colocando la muestra en el tamiz superior y agitando mecánicamente la pila durante un tiempo definido. Se retiran las partículas retenidas en cada tamiz y se pesan, convirtiendo las masas de cada uno de los tamices en fracciones o porcentajes en masa de la muestra total. Las partículas que pasan por el tamiz más fino se recogen sobre un colector colocado en el fondo de la pila.

Equipo de Tamizado

Existe una gran variedad de tamices para distintas finalidades. En la mayoría de los tamices las partículas pasan a través de las aberturas por gravedad, pero en algunos casos las partículas son forzadas a través del tamiz por medio de un cepillo o mediante fuerza centrífuga. Existen partículas que pasan fácilmente a través de aberturas grandes en una superficie estacionaria, pero otras precisan de alguna forma de agitación, tal como sacudidas, giro o vibración mecánica o eléctrica. En la Figura 30.1 se ilustran movimientos típicos de tamices.

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Tamices y parrillas estacionarias. Una parrilla es un enrejado de barras metálicas paralelas dispuestas inclinadamente. La pendiente y el camino que sigue el material son generalmente paralelos a la longitud de las barras. La alimentación de partículas muy gruesas, como la procedente de un triturador primario, se deja caer sobre el extremo más elevado de la parrilla. Los trozos grandes ruedan y se deslizan hacia el extremo de los rechazos mientras que los trozos pequeños pasan a través de la parrilla y se recogen en un colector.

Tamices giratorios. En casi todos los tamices que producen fracciones clasificadas por tamaños, el material grueso es el primero que se separa mientras que el más tino es el último. Esto se ilustra en la Figura 30.2 para tamices planos giratorios. Estos aparatos constan de varios tamices, acoplados unos encima de otros, formando una caja o carcasa. El tamiz más grueso se sitúa en la parte superior y el más tino en la inferior; todos ellos están provistos de las adecuadas conducciones para permitir la separación de las distintas fracciones. La mezcla de partículas se deposita sobre el tamiz superior. Los tamices y la carcasa se hacen girar para forzar el paso de las partículas a través de las aberturas de los tamices.

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Tamices vibratorios Los tamices que vibran con rapidez y pequeña amplitud se obstruyen con menos facilidad que los tamices giratorios. Las vibraciones se pueden generar mecánica o eléctricamente. Las vibraciones mecánicas generalmente se transmiten desde excéntricas de alta velocidad hasta la carcasa de la unidad y desde ésta hasta los tamices inclinados. Las vibraciones eléctricas generadas por grandes solenoides se transmiten a la carcasa o directamente a los tamices.

Tamiz centrífugo. En el aparato que se muestra en la figura el tamiz consiste en un cilindro horizontal de tela metálica o de material plástico. Palas helicoidales de alta velocidad dispuestas sobre un eje central impelen los sólidos contra la parte interior del tamiz estacionario, con lo cual las partículas finas pasan a través del tamiz mientras que el rechazo es transportado hasta el lugar de descarga.

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Tamices Reales vs Ideales

El objetivo de un tamiz es separar una mezcla de partículas de varios tamaños en dos corrientes, una inferior que pasa a través del tamiz y otra superior que es rechazada por el tamiz. Cualquiera de ellas, o ambas, puede ser el producto, y en el tratamiento que sigue no se hace distinción entre las corrientes superior e inferior desde el punto de vista de que una de ellas es deseable y la otra no. Un tamiz ideal separaría nítidamente la mezcla de alimentación, de tal forma que la partícula más pequeña en la corriente superior sería justamente mayor que la partícula más grande en la corriente inferior. Una separación ideal de este tipo define un diámetro de corte, Dpc, que marca el punto de separación entre las fracciones. Generalmente Dpc se considera igual a la abertura de malla del tamiz. Los tamices reales no producen una separación perfecta alrededor del diámetro de corte, sino que el análisis acumulativo por tamizado de las corrientes superior e inferior son del tipo que se muestra en la Figura 30.5.

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Balances de materia en un tamiz A un tamiz pueden aplicarse sencillos balances de materia que resultan útiles para calcular relaciones de alimentación, cernido y rechazo, a partir de los análisis por tamizado de las tres corrientes y el conocimiento del deseado diámetro de corte. Sean F = velocidad de flujo másico de la alimentación D = velocidad de flujo másico de la corriente de rechazos B = velocidad de flujo másico de la corriente de cernidos xF = fracción másica del material A en la alimentación xD = fracción másica del material A en la corriente de rechazos xs = fracción másica del material A en la corriente de cernidos Las fracciones másicas del material B en las corrientes de alimentación, superior (cernidos) e inferior (rechazos) son 1 - xF, 1 - xD y 1 - xB. Puesto que toda la alimentación de material que entra en el tamiz tiene que salir como flujo de cernidos o como flujo de rechazos.

o Relación de Gruesos:

o Relación de Finos:

Eficacia de un tamiz. La eficacia de un tamiz (con frecuencia llamado rendimiento del tamiz) es una medida del éxito de un tamiz en conseguir una nítida separación entre los materiales A y B. Si el tamiz funcionase perfectamente, todo el material A estaría en la corriente superior (rechazo) y todo el material B estaría en la corriente inferior (cernido). Una medida frecuente de la eficacia de un tamiz es la relación entre el material A de tamaño superior que realmente se encuentra en la corriente superior y la cantidad de A que entra con la alimentación. Estas cantidades son Dx, y Fx respectivamente. Por tanto:

o Eficacia del tamiz basada en el tamaño mayor:

o Eficacia del tamiz basada en el tamaño inferior:

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o Eficacia Global:

Variables que disminuyen la eficiencia:

Variables Mecánicas:

- Control de la velocidad de alimentación (es decir, capacidad) si la capacidad es grande la eficiencia es baja y por el contrario si la capacidad es baja la eficiencia es más alta.

- Inclinación del tamizador en cuestión.

- Fracción de la superficie total representada por aberturas, relación entre el diámetro de partícula y la anchura de la abertura del tamiz, así como el número de contactos entre partícula y la superficie del tamiz.

Variables del Material:

- Hay mayor facilidad en tamizado cuando la partícula llega perpendicularmente a la superficie del tamiz.

- Cegado

- Cohesión de partículas entre sí.

- Adherencia de partículas a la superficie.

- Interferencia del lecho de partículas en el movimiento de una de ellas.

- Tamaño. Cuando las partículas son muy pequeñas el tamizado es difícil.

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4.- DESARROLLO

La práctica se llevó a cabo en el laboratorio del edificio Q en el LQ3 en el cual tomamos un tamiz con medidas de 30.5x39 cm y una abertura de 4.1 mm, que colocamos sobre 2 charolas con una inclinación aproximada de 15°, una que era donde caerían los finos y otra para los gruesos. Al momento de dejar caer la alimentación (garbanzo, alpiste y arroz) se le aplico movimiento de manera vibratoria y ondulatoria, donde la alimentación se termino en un tiempo

Primero usamos una columna de tamices para la muestra de entrada antes de la molienda donde aplicamos agitación manual para el análisis de tamizado, donde obtuvimos los siguientes resultados:

Mallas peso g Xi Σxi

- 88.4 0.442886 1

3/8 41.5 0.207916 0.557114

1/4 24.1 0.120741 0.349198

5 12.3 0.061623 0.228457

7 13.1 0.065631 0.166834

12 10.4 0.052104 0.101202

18 3.8 0.019038 0.049098

25 6 0.03006 0.03006

colector 0 0 0

199.6

Donde el análisis nos arroja que el tamaño de la partícula es mayor al de 3/8

Luego procedemos a moler el material en un molino de matillo de impacto con potencia de ½ Hp donde el flujo se mantuvo constante durante 107.29 segundos, y se realizo otro análisis de tamizado en el agitador RX-29 shacker Tyler que nos mostro lo siguiente:

Mallas peso g Xi ΣXi abertura mm2

12 15.7 0.059537 1 1.7

14 40.2 0.152446 0.940463 1.4

18 43.9 0.166477 0.788017 1

25 30.6 0.116041 0.62154 0.71

35 44.7 0.169511 0.505499 0.5

45 17.5 0.066363 0.335988 0.355

60 70.3 0.266591 0.269625 0.25

170 0.8 0.003034 0.003034 0.9

colector 0 0 0

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263.7

Por tanto nustro flujo masico es de:

flujo masico g/s 2.457825

Tomaremos el valor de Wi mas chico ya que el Wi de las galletas no lo conocemos.

Wi = 6.3 de la arcilla

Procedemos a determinar la potencia con las ecuaciones de bond:

1. Determinamos nuestra Kb con

( )

2. Determinamos la potencia despejándola de

√

√

√

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5.- CONCLUSIONES

- Tenemos de resultado que la potencia del molino es mas que suficiente para

la molienda de las galletas y que es recomendable cambiarlo por uno que

requiera menor energía, para evitarnos los gastos de esta.

- Que el tamaño que seleccionamos es el de 1 mm ya que es el que mas se

acerca al 80% del tamaño.

- Que el Wi de las galletas esta muy por debajo del de la arcilla

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6.- BIBLIOGRAFÍA

-“McCabe.and.Smith..4ed.(1991).Operaciones.unitarias.en.ingeniería.química“