Operaciones unitarias

Transporte de sólidos. Tamización. Elaboración industrial. Tipos de transportadores

  • Enviado por: Valemenduka
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Operaciones Unitarias:

Tamices y Transporte de sólidos

Índice

Pág. 3) Introducción a las Operaciones Unitarias- Separaciones Mecánicas- Tamizado

Pág4) Equipo de tamizado- Tamices y Parrillas Estacionarias

Pág. 5) Tamices giratorios- Tamices vibratorios.

Pag6) Tamiz centrifugo- Comparación entre tamices reales e ideales- Eficacia de un tamiz.

Pag7) Transportación de sólidos a granel- Selección del transportador- Los tornillos transportadores

Pag8) Los elevadores

Pag9) Los transportadores de cinta y de cadena

Pag10) Los elevadores

Pág11) Los dispositivos neumáticos

Pag12) Transportadores Vibratorios u oscilantes:

Las Operaciones Unitarias:

Las operaciones unitarias son etapas de una elaboración industrial donde se producen solamente cambios físicos de la materia prima, sin implicar cambios en la estructura interna de la misma.

Las operaciones unitarias pueden ocurrir sin transferencia de masa: No transfiere masa de una fase a la otra. Por ej.: Reducción de tamaño, (trituración y molienda), Transporte del fluido, tamización, filtración y centrifugación.

Con transferencia de masa: es cuando se pasa masa de una fase a otra. Ej.: Destilación, secado, humificación, extracción liquido, lixibilacion (extracción liquido- sólido), etc.

El diagrama de flujo o Flor Sheet es la representación de las operaciones unitarias y de los procesos unitarios que se van sucediendo en una elaboración industrial para transformar las materias primas en productos finales.

Separaciones Mecánicas:

Las separaciones son de gran importancia en la industria química. De hecho, la mayoría del equipo de proceso se destina a hacer posible la separación de una fase o de un material a partir de orto. Las separaciones se dividen en dos clases. Una de ellas, conocida como operaciones disfuncionales, involucra la transferencia de masa entre fases. Otra clase, conocida como separaciones mecánicas:

Las separaciones mecánicas son aplicables a mezclas heterogéneas y no a disoluciones homogéneas. Las técnicas están basadas en las diferencias físicas entre las partículas, tales como tamaño, forma o densidad. Son aplicables a la separación de sólidos- gases, gotas liquidas de gases, sólidos de sólidos y sólidos de líquidos. Existen dos métodos generales: la utilización de un tamiz, tabique o membrana, como una criba o un filtro, que retiene uno de los componentes y deja pasar al otro; y la utilización de la diferencia de las velocidades de sedimentación de las partículas o gotas cuando se desplazan del seno de un liquido o un gas. Para problemas especiales se utilizan otros métodos que se basan en la diferencia en la humectabilidad o en las propiedades eléctricas o magnéticas de las sustancias.

Tamizado:

El tamizado es un método de separación de partículas basado exclusivamente en el tamaño de las mismas. En el tamizado industrial, los sólidos se colocan sobre la superficie del tamiz. Las partículas de menor tamaño, o finos, pasan a breves de las aberturas del tamiz; mientras que la de mayor tamaño, o colas, no pasan. Un solo tamiz puede realizar una separación en dos fracciones. Se les llama fracciones no clasificadas, ya que aunque se conozca el límite superior o inferior de los tamaños de partícula de cada una de las fracciones, no se conoce el otro limite. 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 cuyas partículas se conocen por su tamaño máximo y mínimo. En ocasiones, el tamizado se realiza en húmedo, si bien lo mas frecuente es operar en seco.

(a) (b)

Movimientos de tamices: (a) giro en un plano horizontal; (b) giro en un plano vertical; (c) giro en un extremo y sacudida en otro; (d) sacudida; (e) vibración mecánica; (f) vibración eléctrica

Los tamices industriales se construyen con tela metálica, telas de seda o plasticos, etc. Se utilizan diferentes metales, siendo el acero al carbón y el acero inoxidable los mas frecuentes.

Equipo de tamizado:

Existen una gran variedad de tamices para distintas finalidades. En la mayoría de los tamices, las partículas pasan a través del tamiz por medio de un cepillo o mediante una fuerza centrifuga las partículas mas gruesas pasan con facilidad a través de las aberturas grandes en una superficie estacionaria, pero las más finas precisan de alguna forma de agitación, tales como vibración metálica o eléctrica.

Tamices y parrillas estacionarias:

Una parrilla es un enrejado de barras metálicas paralelas dispuestas de forma inclinada en un marco estacionario. La pendiente y el camino que sigue el material por lo general son paralelos a la longitud de las barras. La alimentación de partículas muy gruesas, como las procedentes de un triturador primario, se dejan caer sobre el extremo más elevado de la parrilla. Los trozos grandes ruedan y se deslizan hacia el extremo de la descarga; los trozos pequeños pasan a través de la parrilla y se recogen en un colector. La separación entre las barras es de 2 a 8 in (50 a 200 mm). Los tamices de tela metálica estacionaria con inclinación operan de la misma forma, separando partículas entre ½ y 4 in (12 a 100mm) de tamaño. Solo resultan efectivos cuando operan con sólidos muy gruesos que fluyen libremente y contienen poca cantidad de partículas finas.

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 fino es el último. Estos aparatos constan de varios tamices acoplados uno encima de otros, formando una caja o carcasa. El tamiz mas grueso se sitúa en la parte superior y los más finos en el 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.

En el primer diseño la carcasa esta inclinada un ángulo comprendido entre 16 y 30” con la horizontal y se genera por eje excéntrico situado en el fondo de la carcasa a mitad de distancia entre los puntos de alimentación de descarga. Los tamices son rectangulares y bastante largos, desde 11/2 de ancho por 4 pies hasta 5 por 4 pies. La frecuencia de giro y la amplitud del desplazamiento, así como el ángulo de inclinación, son regulables.

El tamiz que se muestra como segundo gira en un plano horizontal. Contiene tamices rectangulares ligeramente inclinados que se hacen girar en el extremo de alimentación.

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 esta hasta los tamices inclinados. Las vibraciones eléctricas generadas por grandes solenoides se transmiten a la carcasa o directamente a los tamices. La figura 30.3 muestra una unidad con vibración directa. Generalmente no se utilizan más de tres tamices en los sistemas vibratorios. Son habitúales vibraciones comprendidas entre 1800 y 3600 vibraciones por minutos. Un tamiz de 12 pulg. De ancho y 24 pulg. De longitud requiere alrededor de 1/3 CV, mientras que uno de 48 por 120 pulg. Requiere 4 CV.

Tamiz centrifugo. En el aparato que se muestra en la figura 30.4 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 inferior del tamiz estacionario, con lo cual las partículas finas pasan a través del tamiz mientras que el rechazo es trasportada

Tamiz vibrado eléctricamente.

Comparación entre tamices reales e 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, pueden 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 seria justamente mayor que la partícula más grande en la corriente inferior.

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 del tamaño superior que realmente se encuentre en la corriente superior y la corriente general superior y la cantidad de A que entra con la alimentación.

Transportación de sólidos a granel:

Almacenamiento a granel

Definición

Este método consiste en conservar los granos, sin embalaje alguno, en el interior de estructuras construidas con ese fin (graneros, silos).

Selección del transportador:

La selección del transportador correcto para un material especifico a granel en un situación dada, se complica debido al gran numero de factores relacionados entre si que es preciso tomar en consideración. Primeramente, se deben sopesar las alternativas entre tipos básicos y, a continuación, escoger el tamaño y el modelo que sean adecuados. Las posibilidades de trabajo constituyen el primer criterio, pero se debe establecer también el grado de perfección en el desempeño.

La capacidad requerida es un factor primordial en la selección de un transportador. Los transportadores de banda, que se pueden fabricar en tamaños relativamente grandes, para funcionar a velocidades elevadas, transportan económicamente grandes cantidades de materiales.

Definitivamente la longitud de desplazamiento esta limitada para ciertos tipos de transportadores. Con bandas de alta resistencia a la tensión.

La elevación de materiales se puede manejar por lo común en forma más económica mediante elevadores de cangilones verticales o inclinados, pero cuando se combinan los desplazamientos ascendentes y horizontales, es preciso tomar en consideración otros transportadores.

Se deben tomar en consideración las características de los materiales tanto químicas como físicas; sobre todo la fluidez.

Los tornillos transportadores

Se trata de tornillos helicoidales a los que un motor imprime un movimiento rotatorio.

Según sus dimensiones y su modo de empleo (en posición horizontal, vertical u oblicua), van montados en un carácter acanalado o cilíndrico.

Para el transporte horizontal se suelen emplear "tornillos en canal" que trabajan como máximo con el 45 % de su sección, mientras que para el transporte oblicuo o vertical se sustituye el canal por un tubo de chapa, de manera que la rosca del tornillo trabaja en toda su sección; se trata entonces de "tornillos entubados. "

A diámetro igual, los tornillos entubados utilizados horizontalmente pueden alcanzar rendimientos dos veces mayores que los de los tornillos en canal.

A titulo indicativo, he aquí los rendimientos medios de estos dos tipos de tornillos:

  • tornillo en canal: 5 a 30 t/h, con longitudes de 5 a 30 metros;

  • tornillo entubado: 5 a 20 t/h, con longitudes de 10 a 20 metros.

Añádase que, a rendimiento igual, la velocidad de rotación de los tornillos entubados es el doble de la de los tornillos en canal.

Los tornillos entubados son móviles y operan con cualquier ángulo, mientras que los tornillos en canal suelen ser fijos, ocupan más espacio y no pueden superar pendientes de más del 25%.

El tornillo entubado remueve intensamente los granos, y los riesgos de quebrarlos o partirlos son más importantes que con el tornillo en canal.

Añádase que estos dos tipos de aparatos presentan el inconveniente de ser difíciles de limpiar.

Los elevadores

Los elevadores de cangilones se utilizan para el desplazamiento vertical (10 grados de inclinación como máximo) y se componen de una correa sin fin provisto de cangilones y tensado verticalmente entre dos poleas.

Los elevadores de cangilones ofrecen la ventaja de un montaje fácil, permiten alcanzar una gran altura (70 m), consumen poco, ocupan poco espacio, y su precio es moderado. Se trata no obstante de un material fijo, y los costos de instalación son relativamente elevados (excavación de la fosa).

Existen elevadores más o menos rápidos, cuya utilidad es función del peso específico y de la naturaleza de los granos; a título indicativo, precisemos que su velocidad media es de 2,5 a 3 m/s, lo que permite un trabajo continuo, mientras que su velocidad máxima es de 6 a 8 m/s.

Mencionemos finalmente la existencia de elevadores particulares como el elevador de balancines, utilizado para productos frágiles (por ejemplo maní) y el elevador de paletas o tarimas de carga, aparato ligero y económico, que mueve cantidades pequeñas.

Los transportadores de cinta y de cadena

El transportador de cinta se compone de una banda sustentadora de caucho resistente que circula sobre rodillos y es movida por un juego de cilindros, una tolva de alimentación y eventualmente un carrito de descarga a la salida.

El transportador de cinta se utiliza para trasegar numerosos productos, ya que la gran variedad de sus accesorios permite realizar prácticamente toda clase de transporte, sea en sentido horizontal u oblicuo, de productos frágiles o abrasivos, calientes o húmedos, a granel o en sacos.

Este tipo de aparato tiene también la ventaja de poder alcanzar rendimientos muy elevados (600 t/h) un consumo relativamente pequeño de energía, sobre todo para el transporte horizontal.

Las condiciones operacionales que afectan al diseño incluyen el clima, el ambiente y las horas de servicio continuo. Los extremos de temperatura y humedad pueden prescribir el cierre total de la banda.

La velocidad y la anchura de la banda son funciones de densidad masiva o a granel del material y el tamaño de los terrones .

Los puntos de carga y descarga sobre los transportadores de banda necesitan ajustarse a distintos factores. Es sumamente importante que se cargue el material sobre la banda en su centro y en la dirección de desplazamiento, de presencia de tal modo que los terrones caigan sobre una capa de material fino. Las partículas finas se pueden depositar primero sobre la banda mediante el rasurado del vertedor de alimentación o la instalación de una sección de tamiz.

Los elevadores

Los elevadores de cangilones se utilizan para el desplazamiento vertical (10 grados de inclinación como máximo) y se componen de una correa sin fin provisto de cangilones y tensado verticalmente entre dos poleas.

Los elevadores de cangilones ofrecen la ventaja de un montaje fácil, permiten alcanzar una gran altura (70 m), consumen poco, ocupan poco espacio, y su precio es moderado. Se trata no obstante de un material fijo, y los costos de instalación son relativamente elevados (excavación de la fosa).

Existen elevadores más o menos rápidos, cuya utilidad es función del peso específico y de la naturaleza de los granos; a título indicativo, precisemos que su velocidad media es de 2,5 a 3 m/s, lo que permite un trabajo continuo, mientras que su velocidad máxima es de 6 a 8 m/s.

Mencionemos finalmente la existencia de elevadores particulares como el elevador de balancines, utilizado para productos frágiles (por ejemplo maní) y el elevador de palettes o tarimas de carga, aparato ligero y económico, que mueve cantidades pequeñas.

Elevador de cangilones espaciados y de carga positiva: los elevadores de este tipo son en si iguales a las unidades de descarga centrifuga; con excepción de que os cangilones se montan en dos tramos de cadena y se inclinan hacia atrás bajo la rueda dentada con el fin en que la descarga sea positiva.

Elevador de cangilones continuos: se usan en general para los materiales de terrenos mayores o para los que son demasiados difíciles de manejar con las unidades de descarga centrifuga.

Los dispositivos neumáticos

La manipulación neumática se realiza arrastrando los granos mediante una corriente de aire que circula en tubos, a una velocidad suficiente para que no puedan detenerse.

Este tipo de transporte obliga a realizar un estudio técnico para cada instalación, teniendo en cuenta el tamaño de los granos, sus propiedades abrasivas, su densidad y compresibilidad, su grado de humedad y su temperatura, y finalmente su fragilidad.

Las ventajas de este tipo de dispositivos son las siguientes: flexibilidad, que permite transportar los granos por toda clase de trayectos; rendimiento importante (máximo de 300 t/h); volumen reducido de las instalaciones.

En cambio, necesitan una gran potencia energética (5 a 6 voces más que los transportadores mecánicos) y se desgastan rápidamente pese a tener un precio elevado.

Transportadores Vibratorios u oscilantes:

La mayoría de los transportadores vibratorios son esencialmente de impulso direccional que consiste en una placa horizontal sobre resortes, que vibra gracias a un brazo excéntrico de conexión directa, pesos excéntricos giratorios, un electro imán o un cilindro neumático o hidráulico.

La capacidad de los trasportes vibratorios de impulso direccional se determina por la magnitud del desplazamiento de la artesa.

Bibliografía consultada:

PERRY - MANUAL DEL INGENIERO QUIMICO tomo II

Ingeniería química Mc Cabe- Smith- Harriott: Sexta edición

Pág. 1065

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MP

OU

OU

PU

OU

PU

OU

PF

Excéntrica

(c)

Vibrador

(f)

(d)

Excéntrica

Alimentación

Tamiz superior

Excéntrica

Motor

Bolas limpiadoras

Tamiz inferior

Finos

Gruesos

Conexión flexible