Elaboró: M.C. Yenissei M. Hernández Castañeda ([email protected]) Instituto Tecnológico de Toluca
Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica Procesos de Separación 1
Competencia específica
•
Conocer, investigar, y estudiar las técnicas de
almacenamiento, transporte y clasificación de
sólidos.
Procesos de Separación
• Con frecuencia es necesario separar los componentes de una mezcla en fracciones individuales.
• Las fracciones pueden diferir entre sí en el tamaño de partícula, fases o composición química.
Procesos de Separación
Son procesos que permiten transformar una mezcla de
sustancias en dos o más productos distintos.
Separaciones Mecánicas
• Los procedimientos para separar los componentes de una mezcla se clasifican en dos grupos:
1. Operaciones difusionales: que implican cambios de fases o transporte de materia de una fase a otra.
2. Separaciones mecánicas: útiles para separar partículas sólidas o gotas líquidas. La separación se logra usando fuerzas físico-mecánicas y no fuerzas moleculares o químicas ni difusión. Son aplicables a mezclas heterogéneas y no a disoluciones homogéneas.
Separaciones Mecánicas
• Los coloides, que son una clase intermedia de mezclas, generalmente no se tratan por métodos mecánicos, los cuales se aplican a partículas de tamaño superior a 0.l Pm.
• Las técnicas están basadas en las diferencias físicas entre las partículas, tales como tamaño, forma o densidad.
Separaciones Mecánicas
Las operaciones unitarias a estudiar en la unidad 6 son:1. Tamizado 2. Filtración 3. Centrifugación 4. Sedimentación 5. Flotación 6. Ciclones
Importancia del tamizado/cribado
•
Debido a que el proceso de reducción de tamaño no es
selectivo con respecto al tamaño de partícula, el producto
generalmente requiere una separación en base a intervalos de
tamaño, lo cual hace al producto más adecuado para procesos
subsecuentes.
Tamizado o Cribado
• Es la separación de una mezcla de diversos tamaños de granos en dos ó más porciones por medio de una superficie de tamiz que actúa como medidor múltiple de aceptación y rechazo, y las porciones finales consisten en granos de tamaños más uniformes que los de la mezcla original.
• El tamizado es un método de separación de partículas basado exclusivamente en el tamaño de las mismas.
Tamizado o Cribado
FINOS FINOS
ALIMENTACIÓN
Tamizado o Cribado
• 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 límites superior o inferior de los tamaños de partícula de cada una de las fracciones, no se conocen los demás límites de tamaños. En dichas fracciones se conocen los tamaños máximo y mínimo de las partículas.
Tamizado o Cribado
• Ocasionalmente el tamizado se realiza en húmedo, si bien, lo más frecuente es operar en seco.
• Ejemplo de tamizado en húmedo: método Tiulin para segregación de suelo (los tamices se colocan en un recipiente lleno con agua y éstos se mueven de arriba a abajo).
Tamizado o Cribado
• La teoría de cribado prácticamente no existe.
• Cualquier estudio sobre el comportamiento del equipo de separación por tamaños, o el de machacado y molido, implica la determinación de la cantidad de material de diferentes tamaños que hay presente.
Clasificación de los tamices
• La separación por tamaños se caracteriza por la gran variedad de equipo diseñado para este fin. En la práctica es esencial consultar catálogos de proveedores para detalles de construcción, dimensiones, capacidades y necesidades de espacio y de potencia.
• Existen tamices:
1. Escala laboratorio 2. Escala industrial
Clasificación de los tamices
• Los tamices industriales se construyen con:
– Alambre tejido – Tela metálica – Telas de seda o plástico – Barras metálicas – Placas metálicas perforadas
– Alambres de sección transversal triangular.
• Se utilizan diferentes metales, siendo el acero al carbono y el acero inoxidable los más frecuentes.
Rejillas de barras
• Se emplean para el manejo de partículas grandes y pesadas de materiales. • Se forman a partir de rieles, varillas o
barras de formas adecuadas. • Se fabrican con acero laminado o
Rejillas de barras
• Se recomienda el uso de barras con conicidad en el espesor de la parte superior a la inferior y también en anchura, de un extremo a otro, debido a que tienden a evitar los atascamientos.
• También existen mallas de varillas que se componen de varillas de resorte de acero de aproximadamente 0.6 m (2 ft) de longitud, colocadas entre bloques moldeados de caucho y sostenidas pro medio de espaciadores de caucho.
Telas de alambre
• Se especifican, en general, por medio de la malla, que es el número de aberturas por pulgada lineal a partir del centro de cualquier alambre hasta un punto situado exactamente a 2.54 cm de distancia, o por una abertura especificada en pulgadas o milímetros, que es la abertura o el espacio libre entre los alambres
2.54 cm
Malla 4
Telas de alambre
• El paso, A, es el tamaño de abertura de malla, es el espacio libre mínimo entre los bordes de la abertura en la superficie del cribado y se expresa en pulgadas o milímetros.
Telas de alambre
• Las telas de alambre se pueden obtener en gran variedad de metales y aleaciones, en general se prefieren las de acero y acero con alto contenido de carbono para las aberturas mayores, debido a sus cualidades de resistencia a la abrasión.
• El bronce al fósforo, el monel (níquel-cobre, 2:1) y el acero inoxidable se utilizan por sus cualidades anticontaminantes y de resistencia a la corrosión.
Telas de alambre
• Los tamaños de los tamices normalizados están comprendidos entre 4 pulg y 400 mallas, y se dispone de tamices comerciales de tela metálica con aberturas tan pequeñas como 1 mm.
• Los tamices más finos, aproximadamente de 150 mallas, no se utilizan habitualmente debido a que con partículas muy finas generalmente resultan más económicos otros métodos de separación.
• La separación en el intervalo de tamaños entre 4 y 48 mallas recibe el nombre de “tamizado fino” y para tamaños inferiores a 48 mallas el tamizado se considera “ultrafino”.
Telas de alambre
• El tamiz normal tiene corrientemente el mismo número de mallas por centímetro en las dos direcciones, pero se obtienen tejidos especiales en que esto no se verifica; por ejemplo, un tamiz típico usado con frecuencia, es el denominado top-cap, en el que el número de mallas por centímetro en un sentido es aproximadamente el doble que en el otro.
Telas de alambre
• Cuanto más fino sea el diámetro del alambre empleado para producir una malla de una especificación determinada, tanto mayor será su capacidad de tamizado, aun cuando su duración sea menor.
Telas de seda
• Las telas de seda utilizadas en tamizado se tejen con seda natural retorcida y de hilos múltiples. • En los últimos años se han introducido
el nylon y otros materiales sintéticos similares, tejidos en gran parte a partir de monofilamentos.
• Los grados de nylon se designan en g e n e r a l p o r s u a b e r t u r a e n micrómetros y existen en pesos ligeros, estándar y pesados.
Metal perforado
• Los agujeros pueden ser circulares, rectangulares, hexagonales y alargados. • La cantidad de metal que queda entre agujeros está sujeta a grandes
variaciones.
• En general, resisten más el desgaste que las telas de alambre y poseen mayor rigidez, lo cual constituye una ventaja para ciertas aplicaciones; sin embargo, por lo común no proporcionan la capacidad por área unitaria de la malla de alambre y en general son más pesadas.
Metal perforado
Fabricación de tamices
• Es importante recalcar que la habilidad para reproducir los mismos tamaños de aberturas en diferentes tamices con la misma abertura nominal está limitada, pues no es una tarea fácil.
• Se ha observado que el coeficiente de varianza puede ser hasta de 10% para tamices con aberturas pequeñas y 5% para tamices con aberturas grandes.
Tamices normales: Serie Tyler
• Existen varias escalas de tamices normalizados, en los que se especifican el diámetro del hilo y el número de mallas por pulgada de tal forma que existe una relación definida entre las aperturas en un tamiz y el que le sigue en la serie.
• La escala de tamices Tyler, está basada en el tamiz de 200 mallas de hilos de 0.0021 pulgadas de diámetro, que dan una superficie libre de 0.0029 pulg2.
Tamices Tyler
• Las normas ASTM (American Society for Testing and Materials) E 11-95, E 161-96 y E 323-80 establecen las especificaciones para diversos tipos de tamices.
• La norma ASTM E 11-95 establece los requerimientos y especificaciones para tamices elaborados con hilos de alambre.
• La norma E 161 define las especificaciones para tamiz electroformados y la E 23 define las especificaciones para tamices de platos perforados.
Tamices normales: Serie ASTM
Tamices normales: Serie ASTM
• Los tamices electroformados se manufacturan por una técnica que involucra la depositación de una capa foto sensitiva en una superficie metálica.
Tamices normales: Serie ASTM
• Los tamices de platos perforados se utilizan principalmente para polvos gruesos y tienen aberturas entre 125 mm y 1 mm.
• El tamaño lineal de las aperturas entre dos tamaños sucesivos de tamices está en relación . Las aberturas son circulares o cuadradas
Tamices normales: Serie ASTM
!
Tamices normales: Serie ASTM
Tamices normales: Serie ISO
• La Internacional Organization for Standarization (ISO) ha intensificado sus esfuerzos para establecer una serie internacional de cribas de prueba.
• En una reunión realizada en La Haya en octubre de 1959, la ISO recomendó provisionalmente la adopción, como estándar internacional, de 19 cribas.
• Estos tamices corresponden a todas las posibles cribas de la serie de tamices US de raíz cuarta de 2, desde 0.022 m2 de abertura hasta malla 325.
Tamices normales: Serie ISO
Tamices Industriales
• Puesto que hay tamices de tan distintos tamaños, se han desarrollado varios tipos de equipos para el tamizado, que difieren ampliamente en robustez, método de movimiento de material a través del tamiz, y en materiales de construcción.
• 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 o cuerpos (esferas).
• 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.
Tamices Industriales
Las máquinas cribadoras se pueden dividir en cinco clases principales:
1. Rejillas: Las rejillas se emplean principalmente para las separaciones de partículas de 0.05 m (2 in) y mayores.
2. Cribas giratorias: se emplean para separaciones por encima de 0.013 m (1/2 in)
3. Cribas o tamices con agitación: se emplean para separaciones por encima de 0.013 m (1/2 in)
4. Tamices vibratorios: cubren los intervalos anteriores y también cubren mallas más finas.
5. Tamices oscilantes: para mallas por debajo de la 4.
Cribas
• Es un dispositivo formado por un enrejado construido de barras, normalmente inclinadas, a través de las que se pasa el material.
• La inclinación y por tanto el recorrido del material es paralelo a la longitud de las barras.
Cribas Giratorias
• Las cribas giratorias o de zaranda, se utilizaban mucho pero están siendo reemplazadas en gran parte por los tamices vibratorio.
• Constan de un marco cilíndrico rodeado de tela de alambre o una placa perforada, abierto en los dos extremos e inclinado en un ángulo ligero, con lo que el material avanza a medida que gira el cilindro.
Cribas Giratorias
• El material que se debe seleccionar entra en el extremo superior y las partículas de tamaños demasiado grandes descargan en la parte inferior. El producto deseado cae por las aberturas de malla. Las cribas giran con velocidades relativamente bajas de 15 o 20 rpm. Su capacidad no es muy grande y su eficiencia es relativamente baja.
Tamices de sacudidas o vaivén (oscilantes
o de movimiento alternativo)
• Muchas separaciones de tamaño en las que el producto puede ir desde un tamaño de 12.5 mm hasta el más fino que puedan manejar los tamices, pueden efectuarse por medio de tamices planos o ligeramente inclinados a los que se les da un movimiento alternativo.
Tamices vibratorios
• En algunos casos, al tamiz se le proporciona un movimiento vibratorio para hacer que las partículas se muevan e impedir el entupido. • Esta vibración puede proporcionarse uniendo el tejido del tamiz por
medio de pasadores, con la estructura del tamiz. Por el exterior de la estructura hay unos ejes rotativos que llevan martillos oscilantes que golpean sobre lo pasadores.
• Los tamices vibratorios se pueden dividir básicamente en dos clases principales:
1. Tamices con vibración mecánica. 2. Tamices con vibración eléctrica.
Tamices vibratorios
Tamices vibratorios
Tamices centrífugos
• 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.
Tamices centrífugos
Criterios de Selección
• La selección de equipos de cribado se basa con frecuencia en pruebas de
laboratorio y experiencias anteriores. Sin embargo, es importante tomar en cuenta dos aspectos:
1. La anchura de la criba se relaciona con la capacidad, y
2. la longitud de la criba se relaciona con la eficiencia.
• La anchura es necesaria para reducir el espesor del lecho a un máximo práctico y
Criterios de Selección
Al escoger una máquina de cribado para una aplicación determinada, el cliente y el fabricante deben tomar en cuenta lo siguiente:
• Descripción completa del material de que se trata, incluyendo el nombre y
tipo de material, la densidad a granel y las características físicas como dureza, forma de las partículas, características de flujo (flujo libre, lento o pegajoso), porcentaje de humedad y temperatura.
• Velocidad total normal y máxima de alimentación a la criba.
• Análisis completo de la alimentación a la criba, incluyendo el tamaño máximo
de los terrones y el análisis de tamizado del producto deseado.
Criterios de Selección
Al escoger una máquina de cribado para una aplicación determinada, el cliente y el fabricante deben tomar en cuenta lo siguiente:
• Las separaciones que se requieren y la finalidad de la selección.
• Si se va a efectuar la selección en seco o húmedo y la cantidad de agua
disponible.
• Otros factores importantes incluyen el método de distribución de la
