filtración
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UNIVESIDAD MICHOACANA DE SAN
NICOLAS DE HIDALGO.
FACULTAD DE QUIMICA FARMACOBIOLOGIA.
TECNOLOGÍA FARMACÉUTICA II
PROFESORA: MC.FLORA MARÍA CABRERA
MATÍAS.
EQUIPO: JENNIFER LINO VALERIANO.
CATALINA LÓPEZ MOLINA.
FABIOLA ESTRADA CORTES.
ITZAYANA SILVA ESTRADA.
MARIA GUADALUPE MARCOS REYES.
OCTAVO SEMESTRE
SECCION 04
1. FILTRACIÓN
Filtración es la separación de partículas sólidas a partir de un fluido haciendo pasar el
fluido a través de un medio filtrante sobre el que se depositan los sólidos. Las filtraciones
industriales van desde un sencillo colado hasta separaciones altamente complejas. El fluido
puede ser un líquido o un gas, y la corriente valiosa procedente de un filtro puede ser el
fluido, los sólidos o ambos productos. En algunos casos pueden carecer de valor ambas
corrientes, como es el caso de la separación de sólidos residuales de un fluido residual antes
de su vertido. En la filtración industrial el contenido de sólidos de la alimentación puede
oscilar desde trazas hasta un porcentaje muy elevado. Con frecuencia la alimentación se
modifica de alguna forma mediante un pretratamiento, a fin de aumentar la velocidad de
filtración, como calentamiento, recristalización o adición de un «coadyuvante de
filtración», tal como celulosa, yeso o tierra de diatomeas. Debido a la enorme variedad de
materiales que se han de filtrar y las diferentes condiciones de operación de los procesos, se
han desarrollado numerosos tipos de filtros 12a, 15, algunos de los cuales se describen más
adelante. El fluido circula a través del medio filtrante en virtud de una diferencia de presión
a través del medio. Así, los filtros se clasifican atendiendo a este aspecto en los que operan
con una sobrepresión aguas arriba del medio filtrante, los que lo hacen con presión
atmosférica aguas arriba del medio filtrante y aquellos que presentan vacío aguas abajo.
Presiones superiores a la atmósfera pueden generarse por acción de la fuerza de gravedad
actuando sobre una columna de líquido, por medio de una bomba o soplante, o bien por
medio de fuerza centrífuga. Los filtros centrífugos se consideran en la última sección de
este capítulo. En un filtro de gravedad el medio filtrante puede no ser más tino que un tamiz
grueso o un lecho de partículas gruesas tales como arena. Por tanto, en sus aplicaciones
industriales los filtros de gravedad están restringidos a la separación de las aguas madres de
cristales muy gruesos, a la clarificación de agua potable y al tratamiento de aguas
residuales. La mayoría de los filtros industriales son filtros de presión o de vacío. Pueden
ser también continuos o discontinuos, dependiendo de que la descarga de los sólidos
filtrados se realice de forma continua o intermitente. Durante buena parte del ciclo de
operación de un filtro discontinuo el flujo del fluido a través del mismo es continuo,
habiéndose de interrumpirse periódicamente para permitir la descarga de los sólidos
acumulados. En un filtro continuo la descarga de los sólidos y del fluido se realiza de forma
ininterrumpida mientras el equipo se encuentra en operación. Los filtros se dividen en dos
grandes grupos: filtros clarificadores y filtros de torta. Los clarificadores retiran pequeñas
cantidades de sólidos para producir un gas claro o líquidos transparentes, tales como
bebidas. Los filtros de torta separan grandes cantidades de sólidos en forma de una torta de
cristales o un lodo. Con frecuencia incluyen dispositivos para el lavado de los sólidos y
para eliminar la mayor parte posible del líquido residual antes de su descarga.
Filtros clarificadores
Los filtros clarificadores se denominan también «filtros de lecho profundo» ya que las
partículas del sólido son atrapadas en el
interior del medio filtrante, no observándose,
en general, una capa de sólidos sobre la
superficie del medio filtrante. La clarificación
difiere del tamizado en que los poros del
medio filtrante son de un diámetro mucho
mayor que el de las partículas retenidas. Las
partículas son captadas por las fuerzas
superficiales e inmovilizadas dentro de los
canales de flujo. Aun cuando reducen el
diámetro efectivo de los canales,
normalmente, no llegan a bloquearlo
completamente.
Limpieza de gases.
Los filtros para la limpieza de gases comprenden filtros de barras para polvo atmosférico,
lechos granulares y filtros de bolsas para e] tratamiento de polvos. El aire se limpia
haciéndolo pasar a través de masas de pulpa de celulosa, algodón, fibra de vidrio o tamices
metálicos; el material filtrante puede estar seco o recubierto con un aceite viscoso para
actuar como un retenedor de polvo. En ocasiones, el medio filtrante se desecha, pero en la
limpieza de gases a gran escala con frecuencia se lavan y se vuelven a recubrir con aceite.
Los filtros de lecho granular contienen lechos estacionarios o móviles de gránulos cuyo
tamaño oscila entre 30 y 9 mallas en algunos diseños, hasta de 3 a lf pulg en otros casos. En
este tipo de filtros la separación se produce fundamentalmente por impacto, tal como se
considera al final de este capítulo. Un filtro de bolsas contiene una o más grandes bolsas de
fieltro o de una tela tina instaladas en el interior de una carcasa metálica. El gas cargado de
polvo generalmente entra en la bolsa por el fondo y asciende dejando detrás el polvo, si
bien a veces el flujo es en sentido contrario. Las eficacias alcanzan el 99 por 100 aun con
partículas extraordinariamente finas (mucho más finas que las aberturas del material de las
bolsas). Periódicamente se interrumpe de forma automática el flujo invirtiéndose el de gas
limpio, o bien se sacude la bolsa para retirar el polvo que puede recuperarse o desecharse.
En la mayor parte de los casos los filtros de bolsas actúan como clarificadores, atrapando
las partículas en el tejido de la bolsa. Cuando la carga de polvo es considerable se deja que
se forme una torta de polvo antes de retirarlo.
Clasificación de líquidos.
Los filtros clarificadores para líquidos comprenden los filtros de lecho por gravedad para el
tratamiento de agua que se han mencionado anteriormente, así como una gran variedad de
filtros de cartucho que contienen elementos filtrantes de diferentes diseños y materiales de
construcción. Algunos de los filtros de torta descritos más adelante, especialmente los
filtros de tanque y los filtros continuos, se utilizan ampliamente para clarificación. En las
unidades discontinuas la velocidad de filtración y la eficacia de separación de sólidos se
mantienen prácticamente constantes durante considerables períodos de tiempo; cuando el
contenido de sólidos alcanza valores elevados se hace necesario un lavado de los elementos
fíltrantes. En la Figura 5.0 se representa un filtro típico de cartucho, utilizado generalmente
para separar pequeñas cantidades de sólidos de los fluidos de proceso. El cartucho filtrante
consiste en una serie de delgados discos metálicos de 3 a 10 pulg de diámetro dispuestos en
una bancada vertical dejando entre ellos estrechos espacios uniformes. Los discos están
acoplados a un eje vertical hueco y encerrado dentro de una carcasa cilíndrica cerrada. El
líquido penetra en la carcasa a presión, fluye hacia el interior entre los discos hasta las
aberturas situadas en el eje central y salen por la parte superior de la carcasa. Los sólidos
son atrapados entre los discos y retenidos por el filtro. Puesto que la mayor parte de los
sólidos se separan en la periferia de los discos, este tipo de aparato se conoce con el nombre
de filtro de bordes. Periódicamente es preciso retirar los sólidos acumulados en el cartucho.
En el diseño que se representa en la Figura 5.0 esta operación se realiza haciendo girar
media vuelta el cartucho. Los dientes estacionarios de un limpiador de peine pasa entre los
discos provocando que los sólidos caigan al fondo de la carcasa, desde donde pueden
retirarse periódicamente. Un ultrafiltro es un tipo especial de filtro clarificador en el que las
aberturas de la membrana filtrante son extremadamente pequeñas. Se utiliza la separación
de grandes moléculas y partículas microscópicas ultrafinas. Tales unidades se utilizan para
concentrar proteínas de los productos de quesería y para separar aceite emulsionado y
sólidos casi coloidales de aguas residuales. Normalmente, la suspensión fluye con una
velocidad relativamente elevada a través del medio filtrante bajo una presión de 5 a 10 atm;
una pequeña cantidad pasa a través de la membrana como líquido claro, dejando detrás una
suspensión ligeramente más concentrada. Es preciso utilizar flujo cruzado para evitar la
acumulación de sólidos sobre la superficie de la membrana. Para obtener una velocidad
elevada de flujo cruzado es preciso recircular muchas veces la suspensión. Los diseños de
ultrafiltros comprenden unidades tubulares que parecen pequeños cambiadores de carcasa y
tubos, sistemas de fibra hueca, así como filtros de espirales y filtros de hojas que utilizan
dos placas de membranas separadas por una lámina porosa.
Filtros de torta
Aquí el medio filtrante es relativamente delgado en comparación con el filtro clarificador.
Al comienzo de la filtración algunas partículas sólidas entran en los poros del medio
filtrante y quedan inmovilizadas, pero rápidamente empiezan a ser recogidas sobre la
superficie del medio filtrante. Después de este breve período inicial la torta de sólidos es la
que realiza la filtración y no el medio filtrante. Sobre la superficie se forma una visible torta
de espesor apreciable que es preciso retirar periódicamente. Los filtros de torta se utilizan
casi siempre para separaciones sólido-líquido. Como en el caso de otros filtros, pueden
operar con presión superior a la atmósfera aguas arriba del medio filtrante o con vacío
aplicado aguas abajo.
Filtros de prensa discontinuos.
Los filtros de presión pueden utilizar una
gran presión diferencial a través del medio
filtrante para lograr económicamente una
filtración rápida con líquidos viscosos o
con sólidos tinos. Los tipos más comunes
de filtros de presión son los filtros prensa y
los filtros de carcasa y hojas.
Filtro prensa.
Un filtro prensa contiene un conjunto de placas diseñadas para proporcionar una serie de
cámaras o compartimentos en los que se pueden recoger los sólidos. Las placas se recubren
con un medio filtrante tal como una lona. La suspensión se introduce en cada
compartimento bajo presión; el líquido pasa a través de la lona y sale a través de una
tubería dejando detrás una torta húmeda de sólidos. Las placas de un filtro prensa pueden
ser cuadradas o circulares, verticales u horizontales. Lo más frecuente es que los
compartimentos para sólidos estén formados por huecos en las caras de placas de
polipropileno moldeado. En otros diseños el filtro está formado por placas y marcos como
los de la Figura 30.8, donde placas cuadradas de 6 a 78 pulg de lado alternan marcos
abiertos. Las placas tienen un espesor de a a 2 pulg mientras que el de los marcos es de $ a
8 pulg. Las placas y los marcos se sitúan verticalmente en un bastidor metálico, con telas
cubriendo las caras de cada marco, y se acoplan estrechamente entre sí por medio de un
tornillo o una prensa hidráulica. La suspensión entra por un extremo del ensamblaje de
placas y marcos. Pasa a través de un canal que recorre longitudinalmente el ensamblaje por
una de las esquinas de las placas y marcos. También existen canales auxiliares para llevar la
suspensión desde el canal de entrada hasta cada una de las placas. Los sólidos se depositan
sobre las lonas que recubren las caras de las placas. El líquido pasa a través de las telas,
desciende por las canaladuras de las caras de las placas y sale del filtro prensa. Una vez
instalado el filtro prensa, se introduce la suspensión por medio de una bomba a una presión
de 3 a 10 atm. La filtración continúa hasta que ya no sale líquido por el tubo de descarga o
bien aumenta bruscamente la presión de filtración, Esto ocurre cuando las placas se llenan
de sólido y ya no puede entrar más suspensión. Se puede entonces pasar líquido de lavado
para eliminar las impurezas solubles contenidas en los sólidos, y a continuación insuflar
aire o vapor de agua para desplazar la mayor parte de líquido residual. Se abre entonces la
prensa y se retira la torta de sólidos, pasándola a un transportador o a un depósito de
almacenamiento. En muchos filtros prensa estas operaciones se realizan automáticamente,
tal como ocurre en el equipo que se muestra en la Figura 30.8. El lavado completo en un
filtro prensa puede requerir varias horas, ya que el líquido de lavado tiende a seguir
caminos preferenciales formando cortocircuitos sin acceso a determinadas partes de la torta.
Si la torta es menos densa en unas partes que en otras, como ocurre habitualmente, la mayor
parte del líquido de lavado no será efectivo. Si el lavado tiene que ser excepcionalmente
bueno, puede resultar conveniente repulpar con un gran volumen de líquido de lavado la
torta parcialmente lavada y volver a filtrar o bien utilizar un filtro de carcasa y hojas que
permite un lavado más eficaz que el filtro de placas y marcos.
Filtros de carcasa y hojas.
Para filtrar a presiones superiores a las que son posibles en un filtro prensa de placas y
marcos, para reducir la mano de obra, o cuando se requiere un lavado más eficaz de la torta,
se puede utilizar un filtro de carcasa y hojas. En el diseño que se muestra en la Figura 30.9
se sitúa un conjunto de hojas verticales sobre un bastidor retráctil. La unidad se abre para
descargarla, mientras que durante la operación las hojas permanecen dentro del tanque
cerrado. La alimentación entra por un lado del tanque, el filtrado pasa a través de las hojas
y sale por un colector de descarga múltiple. El diseño que se muestra en la Figura 30.9 es
frecuentemente utilizado para filtraciones con coadyuvantes, tal como se indica más
adelante en este capítulo.
Filtros continuos de presión.
Los filtros discontinuos requieren con frecuencia una mano de obra elevada, de forma que
en los procesos a gran escala pueden no ser económicamente interesantes. Los filtros
continuos de vacío que se describen más adelante se han desarrollado para reducir la mano
de obra en la operación de filtración. Sin embargo, a veces la filtración a vacío no es viable
o no resulta económica, como ocurre cuando los sólidos son muy finos y filtran muy
lentamente, cuando el líquido tiene una elevada presión de vapor, tiene una viscosidad
superior a 1 P o es una disolución saturada que cristaliza al enfriarse. Con suspensiones que
filtran lentamente la presión diferencial a través del medio filtrante puede ser superior a la
que se obtiene con un filtro de vacío; con líquidos que se evaporan o cristalizan a presión
reducida, la presión aguas abajo del medio filtrante no puede ser inferior a la atmosférica.
Por tanto, los filtros rotativos continuos que se describen después se adaptan a veces para
presiones positivas de hasta 1,5 atm. Sin embargo, los problemas mecánicos para la
descarga de los sólidos de estos filtros, su coste y complejidad, así como su pequeño
tamaño, limitan su aplicación solamente a problemas especiales”. Cuando no se puede
utilizar un filtro de vacío, deberán considerarse otros métodos de separación, tales como
filtros centrífugos continuos.
Filtros discontinuos de vacío.
Los filtros prensa son normalmente discontinuos, mientras que los de vacío lo son
continuos. Sin embargo, un filtro discontinuo de vacío resulta a veces muy útil. Una nutcha
es poco más que un embudo Büchner grande, de 3 a 10 pies de diámetro, en la que se forma
una capa de sólidos de 4 a 12 pulg de espesor. Debido a su sencillez, una nutcha puede
construirse fácilmente con materiales resistentes a Ia corrosión y resulta interesante cuando
han de filtrarse cargas experimentales de una gran variedad de materiales corrosivos. Estos
tipos de filtros no son recomendables para operaciones de producción debido al elevado
coste de mano de obra que supone su utilización.
Filtros continuos de vacío.
En todos los filtros continuos de vacío el líquido es succionado a través de un medio
filtrante sobre el que se deposita una torta de sólidos. La torta se aleja de la zona de
filtración, se lava, se seca por aspiración y se descarga del medio filtrante para reiniciar el
ciclo con la entrada de suspensión. En todo momento una parte del medio filtrante se
encuentra en la zona de filtración, otra parte en la zona de lavado y otra en la etapa de
descarga de sólidos, de forma que la salida de líquido y de sólido se realiza
ininterrumpidamente. La presión diferencial a través del medio filtrante de un filtro de
vacío continuo no es elevada y normalmente está comprendida entre 10 y 20 pulg Hg. LOS
distintos diseños de filtros difieren en la forma en la que se introduce la suspensión, la
forma de la superficie filtrante y la manera en la que se descargan los sólidos. Sin embargo,
la mayor parte de ellos aplican vacío desde una fuente estacionaria para accionar las partes
de la unidad por medio de una válvula rotatoria.
Filtro de tambor rotatorio.
El tipo más frecuente de filtro continuo de vacío es el filtro de tambor rotatorio que se
representa en la Figura 30.10. Un tambor horizontal, con una cara acanalada, gira con una
velocidad de 0, l a 2 rpm en un depósito con la suspensión agitada. Un medio filtrante, tal
como una lona, cubre la superficie del tambor, que está parcialmente sumergido en el
líquido. Debajo de la superficie acanalada del tambor principal se encuentra un segundo
tambor más pequeño. Entre los dos tambores existen tabiques radiales que dividen el
espacio anular en compartimentos separados, cada uno de los cuales está conectado por
medio de una tubería interna a un orificio situado en la placa de la válvula rotatoria. Una
tira de tela filtrante cubre la cara expuesta de cada compartimento para formar una sucesión
de paneles.
Considérese ahora el panel que se
encuentra justamente en el momento
de introducirse en la suspensión.
Cuando se sumerge debajo de la
superficie del líquido, se aplica vacío
por medio de la Válvula rotatoria. Se
forma una capa de sólidos sobre la
cara del panel a medida que pasa
líquido por la tela hacia el interior del
compartimento, a través de la tubería
interna y de la válvula hasta el tanque
colector. Cuando el panel abandona la
suspensión y entra en la zona de
lavado y secado, se aplica vacío al
panel desde un sistema exterior,
succionando líquido de lavado y aire a
través de la torta de sólidos. Después
que la torta de sólidos depositada sobre la caja del panel ha sido succionada para ser secada,
el panel abandona la zona de secado, se corta el vacío y se retira la torta rascándola con una
cuchilla horizontal o rasqueta. Se insufla algo de aire debajo de la torta con el fin de
despegarla de la tela. De esta forma la torta se desprende de la tela haciendo innecesario
que la cuchilla roce la superficie del tambor. Una vez que se ha desprendido la torta, el
panel entra de nuevo en la suspensión y se repite el ciclo. Por tanto, la operación de
cualquier panel es cíclica, pero como algunos paneles están en todo momento en cada parte
del ciclo, la operación global del filtro es continua. Existen numerosas variantes
comerciales de filtros de tambor rotatorio. En algunos diseños no existen compartimentos
en el tambor, y el vacío se aplica a toda la superficie interior del medio filtrante. El filtrado
y el líquido de lavado se retiran conjuntamente a través de una tubería sumergida; los
sólidos se descargan insuflando aire a través de la lona desde un sistema estacionario
situado dentro del tambor, hinchando la tela filtrante, desprendiéndose la torta. En otros
modelos la torta se desprende de la superficie filtrante por un conjunto de cuerdas paralelas
muy juntas, o bien separando la tela filtrante de la superficie del tambor y haciéndola pasar
alrededor de un rodillo de pequeño diámetro. El cambio brusco de dirección que provoca
este rodillo da lugar a que se desprendan los sólidos. La tela puede lavarse a medida que
retorna desde el rodillo hasta la cara inferior del tambor. El líquido de lavado puede
pulverizarse directamente sobre la superlicie de la torta, o bien, con tortas que se rajan
cuando se pasa aire a su través, el rociado de líquido de lavado puede realizarse sobre tela
que se desplaza con la torta a través de la zona de lavado y que presiona fuertemente sobre
Ia superficie exterior. El grado de inmersión también es variable. La mayor parte de los
filtros alimentados por el fondo operan con aproximadamente el 30 por 100 de su superficie
filtrante sumergida en la suspensión. Cuando se desea una elevada capacidad de filtración
sin lavado, se puede utilizar el filtro muy sumergido, con una inmersión de 60 a 70 por 100.
La capacidad de cualquier filtro rotativo depende considerablemente de las características
de la suspensión de alimentación y, sobre todo, del espesor de la torta que se puede
depositar en la operación práctica. Las tortas formadas en filtros industriales rotativos de
vacío tienen un espesor comprendido entre $ y 13 pulg. Los tamaños normalizados de los
tambores varían desde 1 pie de diámetro y 1 pie de longitud hasta 10 pies de diámetro y 14
pies de longitud. Un ejemplo típico de los aparatos continuos o semicontinuos de
clarificación lo constituye el filtro de recubrimiento previo, que es un filtro rotativo de
tambor modificado para filtrar pequeñas cantidades de sólidos gelatinosos que
generalmente obturan la tela filtrante. En la operación de este aparato se deposita en primer
lugar sobre el medio filtrante una capa porosa de un coadyuvante de filtración, tal como
tierra de diatomeas. El líquido a filtrar se succiona entonces a través de una capa del
coadyuvante de filtración, depositándose una delgada capa de sólidos. Esta capa y algo del
coadyuvante de filtración se desprenden entonces del tambor por medio de una cuchilla que
avanza lentamente, lo que da lugar a que de forma continua exista una superficie fresca de
material poroso para el líquido que ha de pasar a su través. Un filtro de tratamiento previo
puede también operar a presión. En los aparatos de presión los sólidos descargados y el
coadyuvante de filtración se recogen en una zona de filtración, para retirarlos
periódicamente a la presión atmosférica, mientras el tambor se recubre con coadyuvante.
Los filtros de tratamiento previo solamente se pueden utilizar cuando los sólidos se
desechan o cuando su mezcla con grandes cantidades de coadyuvante no crea un serio
problema. La inmersión habitual de un tambor de filtro con tratamiento previo es del 50 por
100.
Filtro de cinta horizontal.
Cuando la alimentación contiene partículas sólidas gruesas que sedimentan rápidamente, un
filtro de tambor rotatorio funciona mal o simplemente no puede funcionar. Las partículas
gruesas no se pueden mantener bien en suspensión y la torta que se forma con frecuencia no
se adhiere a la superficie del tambor. En estos casos se puede utilizar un filtro horizontal
alimentado por la parte superior. Las aberturas centrales situadas en la cinta de drenaje se
deslizan sobre una cámara longitudinal de vacío en la que se descarga el filtrado. La
suspensión de alimentación fluye hasta la cinta desde un distribuidor situado en un extremo
de la unidad, mientras que la torta filtrada y lavada descarga por el otro extremo. Los filtros
de cinta son especialmente útiles en el tratamiento de residuos debido a que los residuos
con frecuencia contienen un intervalo de tamaño de las partículas muy amplio. l5 Se
construyen tamaños comprendidos entre 2 a 18 pies de ancho y 16 a 110 pies de largo, y
con áreas de filtración de hasta 1200 pie’. En un filtro de cinta típico el vacío se aplica e
interrumpe intermitentemente; la cinta avanza unas 20 pulg cuando se interrumpe el vacío y
se detiene mientras el vacío se aplica. De esta forma, se evita la dificultad de mantener un
buen cierre de vacío entre la cámara y la cinta móvil.
Medios filtrantes.
El medio filtrante de cualquier filtro ha de cumplir los siguientes requerimientos:
1. Ha de retener los sólidos a filtrar, dando lugar a un filtrado razonablemente claro.
2. No debe obstruirse o cegarse.
3. Ha de ser químicamente resistente y tener suficiente resistencia física para soportar las
condiciones del proceso.
4. Ha de permitir que la torta formada se desprenda de una forma limpia y completa.
5. No ha de ser excesivamente caro.
En la filtración industrial un medio de filtración frecuente es la tela de lona de diferentes
pesos y modelos de tejido, dependiendo del objetivo que se persiga. Los líquidos corrosivos
requieren el empleo de otros medios filtrantes tales como telas de lana, de metal monel o
acero inoxidable, de vidrio o de papel. Las fibras sintéticas como ‘nylon, propileno, Saran y
Dracon tienen una elevada resistencia química. Por lo general, las fibras metálicas o las
sintéticas lisas son menos eficaces que las fibras naturales para separar partículas muy
finas. Sin embargo, esto solamente es una desventaja al comienzo de la filtración debido a
que, excepto con partículas gruesas y duras que no contienen finos, el medio filtrante real lo
constituye la primera capa de sólidos depositados. El filtrado puede ser inicialmente turbio
pero luego se hace claro. El filtrado turbio se devuelve al tanque que contiene la suspensión
para ser filtrado de nuevo.
Coadyuvantes de filtración.
Los sólidos muy tinos o mucilaginosos, que forman una torta densa e impermeable,
obstruyen rápidamente cualquier medio filtrante que sea suficientemente fino para
retenerlos. La filtración práctica de estos materiales exige que la porosidad de la torta
aumente de forma que permita el paso del líquido con una velocidad razonable. Esto se
realiza añadiendo un coadyuvante de filtración, tal como tierra de diatomeas, perlita,
celulosa de madera purificada u otros materiales porosos inertes a la suspensión antes de la
filtración. El coadyuvante de filtración puede separarse después de la torta de filtración
disolviendo los sólidos o quemando el coadyuvante. Si los sólidos no tienen valor, se
desechan junto con el coadyuvante. Otra forma de utilizar un coadyuvante de filtración es
mediante pretratamiento, es decir, depositando una capa del mismo sobre el medio filtrante
antes de comenzar la operación. En los filtros discontinuos la capa del material es
generalmente delgada, mientras que en un filtro continuo con pretratamiento, tal como se
ha indicado anteriormente, dicha capa es gruesa y la parte superior de la misma se retira de
forma continua con una cuchilla rascadora para exponer una superficie de filtración fresca.
2. Medios para transmitir calor.
Naturaleza del flujo de calor. Cuando dos objetos que están a temperaturas diferentes se
ponen en contacto térmico, el calor fluye desde el objeto de temperatura más elevada hacia
el de temperatura más baja. El flujo neto se produce siempre en el sentido de la temperatura
decreciente. Los mecanismos por los que fluye el calor son tres: conducción, convección y
radiación.
Conducción. Si existe un gradiente de temperatura en una sustancia el calor puede fluir sin
que tenga lugar un movimiento observable de la materia. El flujo de calor de este tipo
recibe el nombre de conducción. En sólidos metálicos la conducción del calor resulta del
movimiento de los electrones no ligados y existe una estrecha relación entre la
conductividad térmica y la conductividad eléctrica. En los sólidos que son malos
conductores de la electricidad, y en la mayor parte de los líquidos, la conducción del calor
se debe al transporte de la cantidad de movimiento de las moléculas individuales a lo largo
del gradiente de temperatura. En gases la conducción se produce por el movimiento al azar
de las moléculas, de forma que el calor «difunde» desde regiones más calientes hasta otras
más frías. El ejemplo más común de conducción es el flujo de calor en sólidos opacos, tales
como la pared de ladrillo de un horno o la pared metálica de un tubo.
Convección. Cuando una corriente o una partícula macroscópica de fluido cruza una
superficie específica, tal como el límite de un volumen de control, lleva consigo una
determinada cantidad de entalpía. Tal flujo de entalpía recibe el nombre de flujo convectivo
de calor o simplemente convección. Puesto que la convección es un fenómeno
macroscópico, solamente puede ocurrir cuando actúan fuerzas sobre la partícula o la
corriente de fluido y mantienen su movimiento frente a las fuerzas de fricción. La
convección está estrechamente relacionada con la mecánica de fluidos. De hecho, desde el
punto de vista termodinámico, la convección no es considerada como un flujo de calor sino
como una densidad de flujo de entalpía. La identificación de la convección con el flujo de
calor es una cuestión de conveniencia, debido a que en la práctica es difícil separar la
convección de la conducción verdadera cuando ambas se engloban conjuntamente bajo el
nombre de convección. Ejemplos de convección son la transferencia de entalpía por los
remolinos del flujo turbulento y por la corriente de aire caliente que circula a través y hacia
fuera de un radiador ordinario.
Convección natural y forzada. Las fuerzas utilizadas para crear las corrientes de
convección en los Ruidos son de dos tipos. Si las corrientes son la consecuencia de las
fuerzas de flotación generadas por diferencias de densidad, que a su vez se originan por
gradientes de temperatura en la masa del fluido, la acción recibe el nombre de convección
natural. El flujo de aire a través de un radiador caliente es un ejemplo de convección
natural. Si las corrientes se ponen en movimiento por la acción de un dispositivo mecánico,
tal como una bomba o un agitador, el flujo es independiente de los gradientes de velocidad
y recibe el nombre de convección forzada. El flujo de calor hacia un fluido que se bombea a
través de una tubería caliente es un ejemplo de convección forzada. Los dos tipos de
fuerzas pueden ser activas simultáneamente en el mismo fluido, teniendo lugar
conjuntamente convección natural y forzada.
Radiación. Radiación es la palabra que se utiliza para designar la transmisión de energía a
través del espacio por medio de ondas electromagnéticas. Si la radiación pasa a través de un
espacio vacío, no se transforma en calor ni en otra forma de energía. Sin embargo, si en su
camino encuentra material, la radiación se transmitirá, reflejará o absorberá. Solamente la
energía absorbida es la que aparece como calor y esta transformación es cuantitativa. Por
ejemplo, el cuarzo fundido transmite prácticamente toda la radiación que incide sobre él;
una superficie opaca pulimentada o un espejo reflejan la mayor parte de la radiación
incidente; una superficie negra o mate absorbe la mayor parte de la radiación que recibe y
la energía absorbida es transformada cuantitativamente en calor. Los gases monoatómicos y
diatómicos son transparentes a la radiación térmica, y es muy frecuente encontrarse con que
el calor fluye a través de masas de tales gases por radiación y por conducción-convección.
Ejemplos son las pérdidas de calor, desde un radiador o una tubería no aislada que conduce
vapor de agua, hacia el aire ambiente de una habitación, así como la transmisión de calor en
hornos y otros aparatos que operan con gases a temperaturas elevadas. Los dos mecanismos
son mutuamente independientes y transcurren paralelamente, de tal forma que un tipo de
flujo de calor puede ser controlado o variado independientemente del otro. Conducción-
convección y radiación pueden estudiarse separadamente y sumar sus efectos separados
cuando ambos son importantes. En términos muy generales, la radiación se hace importante
a temperaturas elevadas y es independiente de las circunstancias del flujo del fluido. La
conducción convección es sensible a las condiciones de flujo y es relativamente afectada
por el nivel de temperatura.
Equipo típico para intercambio de calor. Con el fin de establecer una base adecuada para
el tratamiento de la transmisión de calor desde y hacia fluidos en movimiento,
consideremos el sencillo cambiador tubular de la Figura. Consiste esencialmente en una
bancada de tubos paralelos A, cuyos extremos terminan en las placas tubulares B, y B,. La
bancada de tubos está dentro de una carcasa cilíndrica C y está provista de dos
canalizaciones D, y D,, una en cada extremo, y dos tapaderas E, y Ez. Vapor de agua, u otro
vapor, se introduce a través de la boquilla F en el espacio del lado de la carcasa que rodea a
los tubos, condensa y es retirado a través de la conducción G, mientras que algo de gas no
condensable que puede entrar con el vapor condensante se retira del sistema a través de la
purga K. La conducción G lleva a una trampa, que es un dispositivo que permite que fluya
el líquido pero en cambio retiene al vapor. El fluido que ha de calentarse se bombea a
través de la conexión H hacia el interior del canal Dz. Fluye a través de los tubos hasta el
canal D, y finalmente descarga por la conexión .T. Los dos fluidos están físicamente
separados pero están en contacto térmico con las paredes metálicas de los tubos que los
separan. El calor fluye a través de las paredes de los tubos desde el vapor condensante hasta
el fluido más frío que circula por los tubos. Si el vapor que entra en el condensador no está
sobrecalentado y el condensado no se enfría por debajo de su temperatura de ebullición, la
temperatura en todo el lado de la carcasa del condensador es constante. La razón de este
hecho es que la temperatura del vapor condensante está fijada por la presión en el espacio
de la carcasa, y la presión en dicho espacio es constante. La temperatura del fluido que
circula por los tubos aumenta continuamente a medida que avanza por los mismos.
Flujos en corrientes paralelas y en contracorriente. En el cambiador de la Figura los dos
fluidos entran por diferentes extremos del cambiador y circulan a través de la unidad en
sentidos opuestos. Este tipo de flujo es el que se utiliza habitualmente y recibe el nombre de
flujo en contracorriente o simplemente contracorriente.
CONDENSADORES
Los dispositivos especiales de transmisión de calor utilizados para licuar vapores
eliminando su calor latente de condensación reciben el nombre de condensadores. El calor
latente se retira absorbiéndolo por un líquido más frío denominado refrigerante. Puesto que
evidentemente la temperatura del refrigerante aumenta en un condensador, la unidad
también actúa como un calentador, pero funcionalmente es la acción más importante de
condensación, y el nombre refleja este hecho. Los condensadores se dividen en dos clases.
En la primera de ellas, correspondiente a los condensadores de carcasa y tubos, el vapor
condensante y el refrigerante están separados por una superficie tubular de transmisión de
calor. En la segunda clase, correspondiente a los condensadores de contacto, las corrientes
de vapor y de refrigerante, que ambas son generalmente agua, se mezclan físicamente y
abandonan el condensador formando una sola corriente.
Condensador de dos pasos con cabezal flotante.
EBULLIDORES Y CALANDRIAS
En las plantas de proceso continuo los líquidos se vaporizan en ebullidores tipo tanque que
contienen una masa de líquido hirviente, o en calandrias de tubos verticales a través de los
cuales asciende el líquido y el vapor. Tal como se describe en el Capítulo 16, a veces el
líquido puede calentarse bajo presión hasta una temperatura muy superior a su temperatura
normal de ebullición y después se somete a destilación súbita (vaporización parcial)
reduciendo la presión en un punto exterior al equipo de transmisión de calor.
A: Producto
B: Vapor
C: Concentrado
D: Sistema de Calentamiento
E: Condensado
1) Intercambiador de calor
2) Cámara Flash (Separador)
3) Bomba de Circulación
4) Bomba de Concentrado
3. FRAGMENTACION
EQUIPO PARA LA REDUCCION DE TAMAÑO
El equipo para la reducción de tamaño se divide en quebrantadores, molinos, molinos de
ultrafinos y máquinas de corte. Los quebrantadores realizan el trabajo pesado de romper
grandes piezas de sólidos en pequeños trozos. Un quebrantador primario opera con el
material que sale de cantera, aceptando todo el material tal como sale y rompiéndolo en
trozos de 6 a 10 pulg (150 a 250 mm). Un quebrantador secundario reduce estos trozos a
partículas quizás de 1/4 pulg (6 mm). Los molinos reducen el producto del quebrantador
hasta formar un polvo. El producto procedente de un molino intermedio puede pasar a
través de un tamiz de 40 mallas, mientras que la mayor parte del producto que sale de un
molino fino pasa a través de un tamiz de 200 mallas. Un molino ultrafino acepta como
alimentación partículas no superiores a 1/4 pulg (6 mm) y genera un producto con un
tamaño típico de 1 a 50 Pm. Las cortadoras producen partículas de forma y tamaño
definidos, con una longitud de 2 a 10 mm. A continuación se relacionan los principales
tipos de máquinas para la reducción de tamaño.
A. Quebrantadores (gruesos y tinos).
1. Quebrantadores de mandíbula.
2. Quebrantadores giratorios.
3. Quebrantadores de rodillos.
B. Molinos (intermedios y finos)
1. Molinos de martillos; impactores.
2. Molinos de rodadura-compresión.
a. Molinos de rulos.
b. Molinos de rodillos.
3. Molinos de frotación.
4. Molinos de volteo.
a. Molinos de barras
b. Molinos de bolas; molinos de guijarros.
c. Molinos de tubos; molinos de compartimentos.
C. Molinos ultratinos.
1. Molinos de martillos con clasificación interna.
2. Molinos que utilizan la energía de un fluido.
3. Molinos agitados.
D. Máquinas de corte.
1. Cortadoras de cuchillas; cortadoras de cubos; cortadoras de tiras.
Estas máquinas realizan su trabajo en formas muy diferentes. La compresión es la acción
característica de los quebrantadores. Los molinos utilizan impacto y frotación, a veces
combinadas con compresión; los molinos de ultra finos operan principalmente por
frotación. El corte es, por supuesto, la acción característica de las máquinas cortadoras.
Quebrantadores:
Los quebrantadores son máquinas de baja velocidad utilizadas para la reducción gruesa de
grandes cantidades de sólidos. Los principales tipos son los quebrantadores de rodillos lisos
y los dentados. Los tres primeros operan por compresión y pueden romper grandes trozos
de materiales muy duros, como es el caso de la reducción primaria y secundaria de rocas y
minerales. Los quebrantadores dentados trocean y separan la alimentación; pueden tratar
alimentaciones blandas como carbón, huesos y pizarras blandas.
Quebrantadores de mandíbulas.
En un quebrantador de mandíbulas la alimentación se introduce entre dos mandíbulas que
forman una V abierta por la parte superior. Una de las mandíbulas, que recibe el nombre de
yunque, es tija, está situada en posición casi vertical y no se mueve; la otra, que recibe el
nombre de oscilante, se mueve alternativamente en un plano vertical, y forma un ángulo de
20 a 30” con la mandíbula tija. Está accionada por una excéntrica, de forma que aplica una
gran fuerza de compresión a los trozos situados entre las mandíbulas. Las caras de las
mandíbulas son planas o ligeramente combadas, y pueden tener muescas en forma de
hendiduras horizontales. Los trozos grandes atrapados entre las partes superiores de las
mandíbulas se rompen, descienden hacia el espacio más estrecho inferior, y vuelven a
romperse en el siguiente movimiento de cierre de la mandíbula. Las mandíbulas se abren y
cierran unas 250 a 400 veces por minuto. El tipo más común de quebrantador de
mandíbulas es el quebrantador de Blake que se representa en la Figura 27.2. En esta
máquina una excéntrica acciona una barra de conexión a dos palancas acodilladas, una
fijada a la estructura y otra a la mandíbula móvil. El pivote está en la parte superior de la
mandíbula en la línea central de la abertura de las mandíbulas. El mayor movimiento está
en el fondo de la V, lo que da lugar a que este tipo de quebrantador tenga poca tendencia a
obstruirse. Algunas máquinas, con una abertura para la alimentación de 72 por 96 pulg (1,8
por 2,4 m), pueden aceptar rocas de 6 pies (1,s m) de diámetro y triturar 1000
toneladas/hora hasta un tamaño máximo del producto de 10 pulg (250 mm). Los
quebrantadores secundarios más pequeños reducen el tamaño de las partículas de la
alimentación previamente quebrantada hasta 1/4 a 2 pulg (6 a 50 mm) con capacidades de
tratamiento mucho menores.
Quebrantadores giratorios.
Un quebrantador giratorio puede considerarse como un
quebrantador de mandíbulas troncocónicas, entre las cuales el
material es triturado en algún punto en todo momento. Un
cabezal cónico de trituración gira en el interior de una carcasa
en forma de embudo abierta por su parte superior. Tal como
muestra la Figura 27.3, el cabezal triturador está acoplado a un
robusto eje pivotado en la parte superior de la máquina. Una
excéntrica acciona el extremo inferior del eje. Por tanto, en
cualquier punto de la periferia de la carcasa, el fondo del
cabezal de trituración se mueve hacia dentro y hacia fuera de la
pared estacionaria. Los sólidos atrapados en el espacio en
forma de V entre el cabezal y la carcasa se van rompiendo
sucesivamente hasta que salen por el fondo. El cabezal de
trituración puede rotar sobre el eje y gira lentamente debido a la fricción con el material que
se tritura. La velocidad típica de un cabezal de trituración es de 125 a 425 revoluciones por
minuto. Debido a que alguna de las partes del cabezal de trituración está actuando en todo
momento, la descarga de un quebrantador giratorio es continua en vez de intermitente como
en el caso de un quebrantador de mandíbulas. La carga sobre el motor es casi uniforme, se
requiere menos mantenimiento que en un quebrantador de mandíbulas y la potencia que se
reqiere por tonelada de material tratado es también menor. Los quebrantadores giratorios
más grandes tratan hasta 3500 toneladas/hora. La capacidad de un quebrantador giratorio
varía con la instalación de las mandíbulas, la resistencia de impacto de la alimentación y la
velocidad de giro de la máquina. La capacidad es casi independiente de la resistencia a la
compresión del material que se tritura.
Quebrantadores de rodillos lisos.
Los dos rodillos metálicos de superficies lisas, que giran sobre ejes horizontales paralelos,
son los elementos activos del quebrantador de rodillos. Las partículas de la alimentación
quedan atrapadas entre los rodillos, se rompen por compresión y caen por la parte inferior.
Los dos rodillos giran uno hacia el otro con la
misma velocidad. Los rodillos son
relativamente estrechos y de gran diámetro de
forma que pueden atrapar trozos
moderadamente grandes. Los rodillos típicos
tienen desde 24 pulg (600 mm) de diámetro y
12 pulg (300 mm) de longitud hasta78 pulg
(2000 mm) de diámetro y 36 pulg (914 mm)
de longitud. El intervalo de giro de los rodillos
está comprendido entre 50 y 300 rpm. Los
quebrantadores de rodillos lisos son
quebrantadores secundarios, con tamaños de alimentación comprendidos entre 1/2 y 3 pulg
(12 a 75 mm) y de productos entre 1/2 pulg (12 mm) y aproximadamente 20 mallas.
Quebrantadores de rodillos dentados.
En muchos quebrantadores de rodillos sus superficies están provistas de rugosidades,
barras trituradoras o dientes. Tales quebrantadores pueden tener dos rodillos, como en el
caso de rodillos lisos, o solamente un rodillo que actúa frente a una placa estacionaria
curvada. En la Figura 27.5 se representa un quebrantador de un solo rodillo dentado. Las
máquinas conocidas como desintegradores contienen dos rodillos rugosos que giran a
velocidades diferentes, o bien un pequeño rodillo de alta velocidad provisto de barras
transversales sobre su superficie y que gira hacia un gran rodillo liso de baja velocidad.
Algunos rodillos para el tratamiento de alimentaciones gruesas están provistos de robustos
dientes piramidales. Otros diseños utilizan un gran número de discos con pequeños dientes
a modo de sierras de láminas del material. Los quebrantadores de rodillos dentados son
mucho más versátiles que los de rodillos lisos, con la limitación de que no pueden tratar
sólidos muy duros. Operan por compresión, impacto y cizalla, en vez de solamente por
compresión como ocurre en el caso de máquinas de rodillos lisos. No están limitados por el
problema de agarre o captura de la alimentación, que es inherente a los quebrantadores de
rodillos lisos, y pueden, por tanto, tratar partículas mucho más grandes. Algunos
quebrantadores de dos rodillos dentados se utilizan para la reducción primaria de carbón y
materiales similares. El tamaño de la alimentación de estas máquinas puede ser tan grande
como 20 pulg (500 mm), y su capacidad asciende hasta 500 toneladas/h.
Molinos
El término molino se utiliza para describir una gran variedad de máquinas de reducción de
tamaño para servicio intermedio. El producto procedente de quebrantador con frecuencia se
introduce como alimentación de un molino, en el que se reduce a polvo. Los principales
tipos de molinos que se describen en esta 1 sección son los molinos de martillos e
impactores, máquinas de rodadura-compresión, molinos de frotación y molinos de volteo.
Molinos de martillos e impactores.
Todos estos molinos contienen un rotor que gira a alta velocidad en el interior de una
carcasa cilíndrica. El eje generalmente es horizontal. La alimentación entra por la parte
superior de la carcasa, se trocea y cae a través de una abertura situada en el fondo. En un
molino de martillos las partículas se rompen por una serie de martillos giratorios acoplados
a un disco rotor. Una partícula que entra en la zona de molienda no puede salir sin ser
golpeada por los martillos. Se rompe en pedazos, se proyecta contra la placa estacionaria
situada dentro de la carcasa rompiéndose todavía en fragmentos más pequeños. Estas a su
vez son pulverizadas por los martillos y son impulsadas a través de una rejilla o tamiz que
cubre la abertura de descarga. Con frecuencia se montan sobre el mismo eje varios discos
rotores, cada uno de 6 a 18 pulg (150 a 450 mm) de diámetro y con cuatro a ocho martillos.
Los martillos pueden ser barras rectas de metal con los extremos planos o alargados, o bien
afilados para formar un borde cortante. Los molinos de martillos con reducción de tamaño
intermedio dan lugar a un producto con un tamaño de partículas de 1 pulg (25 mm) a 20
mallas. En molinos de martillos para una molienda fina la velocidad periférica de los
extremos de los martillos puede llegar a ser de 22 000 pies/min (112 m/s), y tratan de 0,l a
15 toneladas/h hasta tamaños más finos que 200 mallas. Los molinos de martillos pueden
tratar casi cualquier producto: sólidos fibrosos como cortezas o cuero, virutas de acero,
pastas blandas y húmedas, arcilla plástica o una roca dura. Para obtener una molienda fina
están limitados a los materiales más blandos. Tanto la capacidad como el consumo de
energía de un molino de martillos varían mucho con la naturaleza de la alimentación y no
se pueden estimar con confianza a partir de consideraciones teóricas, sino que es preferible
obtener estos valores a partir de la información publicada7f, o todavía mejor a partir de
ensayos a pequeña o gran escala realizados en el molino con una muestra real del material a
tratar. Los molinos comerciales típicamente tratan 100 a 400 Ib de sólido por caballo-hora
(60 a 240 kg/kWh) de energía consumida. Un impactor, como el que se representa en la
Figura 27.6, se parece a un molino de martillos para servicio pesado, pero no contiene
rejilla o tamiz. Las partículas se rompen exclusivamente por impacto, sin la acción
secundaria de pulverización característica de los molinos de martillos. Con frecuencia los
impactores se utilizan como máquinas de reducción primaria para rocas y minerales,
tratando hasta 600 toneladas/h. Dan lugar a partículas que son más aproximadamente
equidimensionales (más «cúbicas») que las partículas en forma de láminas que se obtienen
en quebrantadores de mandíbulas o giratorios. El rotor de un impactor, como ocurre en
muchos molinos de martillos, puede girar en ambas direcciones con el fin de prolongar la
vida de los martillos.
Máquinas de rodadura-compresión.
En este tipo de molinos las partículas sólidas son captadas y trituradas entre un medio
rodante y la superficie de un anillo o carcasa. Los tipos más frecuentes son los
pulverizadores de rodadura-anillo, los molinos de rulos, y los molinos de rodillos.
Giran con velocidades moderadas siguiendo un recorrido circular. Los trozos de sólidos son
desplazados desde la solera del molino y llevados
entre el anillo y los rodillos, donde tiene lugar la
molienda. El producto es barrido fuera del molino por
una corriente de aire hasta un separador-clasificador,
desde el cual las partículas grandes retornan al molino
para su posterior reducción. En un molino de rulos, y
en algunos molinos de rodillos, gira la carcasa o el
anillo, mientras que los rodillos rotan sobre ejes
estacionarios, que pueden ser verticales u
horizontales. Los molinos de este tipo encuentran su
principal aplicación en la molienda de piedra caliza, clinker de cemento y carbón.
Pulverizan hasta 50 toneladas por hora. Cuando se utiliza clasificación, puede ser tan fino
como que el 99 por 100 pase a través de un tamiz de 200 mallas.
Molinos de frotación.
En un molino de frotación las partículas de sólidos blandos son frotados entre las caras
planas estriadas de unos discos circulares rotatorios. El eje del disco es generalmente
horizontal, aunque a veces puede ser vertical. En un molino de rotación simple uno de los
discos es estacionario y el otro rota, mientras que en las máquinas de doble rotación ambos
discos giran a alta velocidad en sentidos contrarios. La alimentación entra a través de una
abertura situada en el centro de uno de los discos, pasa hacia fuera a través de la separación
entre los discos y descarga por la periferia en una carcasa estacionaria. La separación entre
los discos es ajustable dentro de ciertos límites. Por lo menos una de las placas de molienda
está montada sobre un muelle de forma que los discos pueden separarse si entra en el,
molino un material que no puede ser molido. Molinos provistos de diferentes tipos de
estrías, rugosidades o dientes sobre los discos permiten una gran variedad de operaciones
incluyendo molienda, troceado, granulación y desmenuzamiento, así como también
operaciones no directamente relacionadas con la reducción de tamaño, tales como mezclado
y rizado de plumas. En la Figura 27.8 se representa un molino de frotación de rotación
simple. Estos molinos contienen discos de piedra esmeril para la reducción de sólidos tales
como talco y yeso, o bien discos metálicos para sólidos tales como madera, almidón, polvos
de insecticidas y cera de carnauba. Los discos metálicos generalmente son de acero
ordinario, si bien para materiales corrosivos a veces son necesarios discos de acero
inoxidable. Los molinos de doble rotación muelen, en general, hasta productos más finos
que los de corredera simple, pero tratan productos más blandos. Con frecuencia se hace
circular aire a través del molino para separar el producto y evitar el anegamiento del
molino. Los discos pueden refrigerarse con agua o salmuera para eliminar el calor generado
por la operación de molienda. La refrigeración es fundamental cuando se tratan materiales
sensibles al calor tales como el caucho, que de lo contrario podría estropearse. Los discos
de los molinos de rotación simple tienen de 10 a 54 pulg de diámetro (250 a 1370 mm) y
giran de 350 a 700 rpm. Los discos de los molinos de rotación doble giran a más velocidad,
entre 1200 y 7000 rpm. La alimentación se tritura previamente hasta un tamaño máximo de
partícula de aproximadamente 1/2 pulg (12 mm) y debe entrar con una velocidad uniforme
controlada. Los molinos de frotación tratan de 1/2 a 8 toneladas/h para dar productos que
pasan a través de un tamiz de 200 mallas. La energía que se requiere depende en gran
medida de la naturaleza de la alimentación y del grado de reducción alcanzado, y es mucho
mayor que en los molinos y quebrantadores descritos hasta ahora. Los valores típicos están
comprendidos entre 10 y 100 CV-h (8 a 80 kWh) por toneladas de producto.
Molinos de volteo.
Una carcasa cilíndrica que gira lentamente alrededor de un eje horizontal, y está llena
aproximadamente hasta la mitad de su volumen con un medio sólido de molienda,
constituye un molino de volteo. La carcasa es generalmente de acero, con un recubrimiento
de una lámina de acero de elevado contenido en carbono, porcelana o caucho. El medio de
molienda son barras metálicas, en un molino de barras, cadenas o bolas de metal, caucho o
madera en un molino de bolas, guijarros o esferas de porcelana o circonio en un molino de
guijarros. Los molinos de volteo resultan inadecuados para la reducción intermedia y tina
de materiales abrasivos. Contrariamente a los molinos considerados anteriormente, todos
los cuales requieren una alimentación continua, los molinos de volteo pueden operar tanto
de forma continua como discontinua. En una máquina discontinua, se introduce en el
molino, a través de una abertura situada en la carcasa, una determinada cantidad de sólido
que ha de ser molido. Se cierra entonces la abertura y el molino se mantiene girando
durante varias horas, después de lo cual se para y se descarga el producto. En un molino
continuo el sólido circula estacionariamente a través de la carcasa giratoria, entrando por un
extremo a través de un muñón hueco y sale por el otro extremo, bien a través del
correspondiente muñón o de aberturas periféricas existentes en la carcasa. En todos los
molinos de volteo los elementos de molienda son elevados por la carcasa hasta cerca de la
parte superior, desde donde caen sobre las partículas situadas debajo. La energía consumida
en elevar los elementos de molienda es utilizada en reducir el tamaño de las partículas. En
algunos molinos de volteo, como ocurre en un molino de barras, una gran parte de la
reducción se realiza por rodadura-compresión y por frotación al descender las barras
deslizándose y rodando unas con otras. Las barras de molienda son generalmente de acero,
de 1 a 5 pulg (25 a 125 mm) de diámetro, existiendo en todo momento varios tamaños en
cualquier molino concreto. Las barras se extienden hasta toda la longitud del molino.
Molinos de ultra finos
Muchos productos comerciales han de contener partículas con un tamaño comprendido
entre 1 y 20 Pm, y que todas las partículas pasen esencialmente a través de un tamiz
estándar de 325 mallas, cuya anchura de las aberturas es 44 Pm. Los molinos que reducen
sólidos hasta partículas tan finas reciben el nombre de molinos de ultra finos. La molienda
ultra fina de polvos secos se realiza con molinos tales como molinos de martillos de alta
velocidad provistos de un sistema de clasificación interna o externa, y con molinos de
chorro o que utilizan la energía de un fluido. La molienda ultra fina en húmedo se realiza en
molinos agitados.
Molinos que utilizan la energía de un fluido.
En estos molinos las partículas sólidas están suspendidas en una corriente gaseosa y son
transportadas a alta velocidad siguiendo un camino circular o elíptico. Parte de la reducción
de tamaño se produce cuando las partículas chocan o friccionan contra las paredes de la
cámara, pero la mayor parte de la reducción tiene lugar como consecuencia de la frotación
entre las partículas. La clasificación interna mantiene las partículas más grandes en el
molino hasta que se reducen al tamaño deseado.
Molinos agitados.
Para algunas operaciones de molienda ultra fina se utilizan pequeños molinos discontinuos
no rotatorios que contienen un sólido como medio de molienda. Dicho medio consiste en
elementos sólidos duros tales como bolas, pellets o granos de arena. Estos molinos son
recipientes verticales de 1 a 300 galones (2 a 1200 1) de capacidad, que están llenos con un
líquido en el que se encuentra suspendido el medio de molienda. En algunos diseños esta
carga se agita con un rodete de múltiples palas; en otros, que se utilizan especialmente para
la molienda de materiales duros (tales como sílice o dióxido de titanio), una columna
central alternativa hace vibrar el contenido del recipiente con una frecuencia de unos 20 Hz.
Por la parte superior se introduce la alimentación en forma de una suspensión concentrada,
y el producto (con algo de líquido) se retira a través de un tamiz situado en el fondo. Los
molinos agitados son especialmente útiles para la obtención de partículas con un tamaño de
1 um o más tinas.
Máquinas cortadoras
En algunos problemas de reducción de tamaño la alimentación es demasiado tenaz o
demasiado elástica para poder ser troceada por compresión, impacto o frotación. En otro
tipo de casos la alimentación ha de reducirse a partículas de dimensiones tijas. Estos
requerimientos se pueden cumplir con dispositivos que cortan, pican o desgarran la
alimentación en un producto con las características deseadas. Los quebrantadores con
dientes de sierra mencionados anteriormente realizan buena parte de su trabajo en esta
forma. Las verdaderas máquinas cortadoras comprenden las cortadoras de cuchillas
rotatorias y los granuladores. Estas máquinas encuentran aplicación en una gran variedad
de procesos pero se adaptan especialmente bien a los problemas de reducción de tamaño en
la industria del caucho y de plásticos.
Cortadoras de cuchillas.
Una cortadora de cuchillas rotatorias, como la que se representa en la Figura 27.13, consta
de un rotor horizontal que gira de 200 a 900 rpm en el interior de una cámara cilíndrica.
Sobre el rotor van acopladas de 2 a 12 cuchillas con extremos de acero que pasan muy
próximas sobre 1 a 7 cuchillas estacionarias. Las partículas de alimentación entran en la
cámara por la parte superior, son cortadas varios centenares de veces por minuto y salen a
través de un tamiz situado en el fondo con aberturas de 5 a 8 mm. A veces las cuchillas
móviles son paralelas a las cuchillas tijas; otras veces, dependiendo de las propiedades de la
alimentación, ambas cuchillas se encuentran formando un ángulo. Las cortadoras rotatorias
y los granuladores tienen un diseño similar. Un granulador produce partículas más o menos
irregulares; una cortadora puede dar cubos, cuadrados delgados o gránulos.
Aplicaciones
Minería y obras públicas.
-tratamiento de combustibles minerales sólidos.
-tratamiento de minerales.
-preparación de áridos.
-plantas de aglomerados.
-plantas de cemento.
Industria química y farmacéutica.
-fabricación de pinturas.
-fabricación de barnices.
-fabricación de pigmentos.
-tratamiento de residuos.
Industria agrícola y alimenticia.
-industrias harineras.
-industrias arroceras.
-fábrica de piensos.
4. Agentes Emulsificantes.
Compuestos que disminuyen la tensión inter fase y forma una película en la interface. Se usan para
promover la emulsificación durante la manufactura. Para controlar la estabilidad durante la
vida de anaquel del producto.
Tipos de agentes emulsificantes
Agentes tenso activos
Son especies químicas con una naturaleza o estructura polar-no polar, con tendencia a
localizarse "convenientemente" en la interface, formando una capa monomolecular
adsorbida en la interface. Las soluciones de tenso activos resultan ser activas al colocarse
en forma de capa monomolecular adsorbida en la superficie entre las fases hidrofílicas e
hidrofóbicas. Esta ubicación "impide" el tráfico de moléculas que van de la superficie al
interior de líquido en busca de un estado de menor energía, disminuyendo así, el fenómeno
de tensión superficial.
Polímeros naturales
Los polímeros son compuestos químicos cuyas moléculas están formadas por la unión de
otras moléculas más pequeñas llamadas monómeras, las cuales se enlazan entre sí como si
fueran los eslabones de una cadena. Estas cadenas, que en ocasiones presentan también
ramificaciones o entrecruzamientos, pueden llegar a alcanzar un gran tamaño, razón por la
cual son también conocidas con el nombre de macromoléculas.
Solidos finamente divididos
Son partículas que se absorben sobre la de la gota para estabilizar las emulsiones. Entre los
compuestos utilizados están las arcillas como la bentonita y el dióxido de sílice coloidal.
Usos tecnológicos
-Emulsionantes.
-Agentes dispersantes.
-Agentes tenso activos.
-Antisalpicantes.
-Inhibidores de la cristalización correctores de la densidad (de los aceites
aromatizantes en las bebidas).
-Estabilizadores de una suspensión.
-Agentes enturbiadores.
-Sales emulsionantes, sales de mezcla, sales fundentes.
-Plastificantes.
-Surfactantes.
A menudo son incluidos en los alimentos procesados, cosméticos y productos del hogar
para estabilizar la mezcla y prolongar su vida útil. Trabajan cubriendo las moléculas de
dos líquidos inmiscibles (agua y aceite, por ejemplo), permitiendo que estos se mezclen
en forma pareja.
5. TIPOS DE AGENTES SUSPENSORES
AGENTES SUSPENSORES: Sistema disperso, compuesto de dos fases, las cuales
contienen los fármacos y aditivos.
Características Fisicoquímicas
Uso interno: Pueden ser multicelulosa, goma de acacia, alginato de sodio y goma de
tragacanto; para la alta velocidad de absorción se utiliza silicato de aluminio,
silicato de magnesio y carbómero.
Uso externo: Se utilizan silicato de aluminio, bentonita, metilcelulosa, derivados
celulósicos y alginato de sodio; para su alta velocidad de absorción se utiliza silicato
de magnesio y carbómero.
Usos tecnológicos
1. Poder administrar drogas insolubles
2. Aseguran uniformidad posológica
3. Disimulan el mal sabor de drogas
4. Se usan en pacientes con dificultad para tragar comprimidos o cápsulas
5. Útiles en la administración pediátrica
6. AGENTES MODIFICADORES DE LA VISCOSIDAD
La viscosidad de una suspensión viene dada por la homogeneidad de la fase interna y la
preparación de un agente viscosizante. Con la modificación de la viscosidad, disminuye el
movimiento de las partículas, disminuye la posibilidad de formar agregados, aumentando la
estabilidad de la formulación.
Características Fisicoquímicas
Origen vegetal:
1. Goma arábiga (aumenta la posibilidad de oxidación)
2. Goma tragacanto (Incompatible con cationes)
3. Goma de azaya (Indicada en alimentación)
4. Almidón (No es estable)
5. Pectinas (En medio ácido aumenta la viscosidad y en medio alcalino la disminuye)
6. Alginatos (Incompatible con cationes)
7. Carragaen (Incompatible con aniones)
Origen animal:
1. Gelatina (Anfótero)
2. Caseína (Poco uso)
Origen mineral:
1. Arcillas (Aumenta la viscosidad)
Origen sintético:
1. Carboximetilcelulosa (No iónico)
2. Celulosa (Microcristalina)
Usos tecnológicos
1. Agente espesante
2. Reactivo de adsorción
3. Ligador de Hidrógeno
4. Esterificación
7. LIQUIDOS DE EXTRACCIÓN
La extracción líquido-líquido es un proceso para la separación de componentes en solución
por su distribución entre dos fases inmiscibles liquidas.
Tipos de solventes
1. Éter
2. Cloroformo
3. Diclorometano
4. Benceno
5. Hexano
6. Keroseno
7. Tetracloruro de carbono
Mezclas de líquidos de extracción para la extracción de principios activos
1. Dióxido de carbono
2. Agua
3. Metano
4. Etano
5. Propano
6. Etileno
7. Propileno
8. Metanol
9. Etanol
10. Acetona
8.AGENTE LEVIGANTE
Líquido utilizado como un facilitador en el proceso de reducción de partículas de fármaco
para la preparación de emulsiones, bases oleosas, entre otros. Se trituró con la droga.
El levigante, reduce el tamaño de las partículas, penetra a través de los intersticios
existentes en las partículas de sólido, expulsan el aire y dejan al sólido con una película de
gran afinidad por el agua.
PROPIEDADES FISICOQUIMICAS
Estabilización de suspensiones
Reducir el caracter hidrófobo y de poca mojabilidad de ciertos princípios activos.
Detergência
Toxicológicamente inactivo.
Química y físicamente inertes contra la droga.
Compatible con otros ingredientes de la formulación.
De alta capacidad para someterse a la compresión (sólido).
Disponible a partir de varias fuentes, con costes apropiados
Rendimiento constante a la forma farmacéutica a la que está destinado.
AGENTES LEVIGANTES
Agente
levigante
Densi
dad
Miscibilidad Usos
El aceite
mineral
(Vaselina
neto)
0.88
soluble en aceites fijos (excepto el aceite
de ricino)
inmiscible con agua, alcohol, glicerina,
propilenglicol, PEG 400, y aceite de
ricino
bases oleosas, absorción básica
emulsiones de agua / aceite
Glicerina
1.26
un alcohol miscible, propilenglicol agua y
PEG 400
basa emulsiones
aceite / agua
Bibliografía
Warren L. McCabe, Julian s. Smith, Peter Harriott. (1991). operaciones unitarias
en ingeniera química, cuarta edición. Madrid: McGraw-Hill.
inmiscible con aceites fijos y aceite
mineral
base soluble en agua y Ichthyol
El glicol de
propileno
1.04 miscible con agua, alcohol, glicerina y
PEG 400
inmiscible con aceites fijos y aceite
mineral
emulsiones de aceite / agua basado
bases solubles en agua
PEG 400 1.13 soluble en agua, alcohol, glicerina y
propilenglicol
inmiscible con aceites fijos y aceite
mineral
emulsiones de aceite / agua basado
bases solubles en agua
Aceite de
algodón
0.92
miscible con aceite mineral y otros aceites
fijos, incluido el aceite de ricino
inmiscible con agua, alcohol, glicerina,
propilenglicol y PEG 400
El aceite de algodón o cualquier otro
aceite vegetal se pueden utilizar como
sustituto de aceite mineral como se
prefiere un aceite vegetal o donde el
sólido se puede incorporar más
fácilmente en estos aceites.
Aceite de
ricino
0.96
miscible con alcohol y otros aceites fijos.
Inmiscible con agua, glicerina,
propilenglicol, aceite mineral y PEG 400
ictiol o Bálsamo del Perú mismos usos
como los descritos para el aceite de
semilla de algodón.
Polisorbat
o 80
(Tween 80)
1.6 a
1.9
Miscible con agua, alcohol, glicerina,
propilenglicol, PEG 400, aceites fijos y
aceite mineral.
Coaltar
Circunstancias en las que se desea un
surfactante, que pueden ser
incompatibles con algunas emulsiones
de aceite / agua
