operacionesmecanicas

Operaciones Mecánicas

Definición

• Son un grupo de operaciones en donde solo hay transformación física en cuanto a posición, forma y tamaño.

Importancia industrial

• Son enlaces entre diferentes Operaciones.

• Facilitan y apoyan la realización de otros procesos.

• Permiten reducir costos si se optimizan.

• Afectan el medio ambiente (ruido, emisiones...)

Algunas operaciones mecánicas importantes

• Reducción de tamaño

• Agitación

• Separaciones mecánicas (tamizado, filtración y sedimentación)

• Transporte

Impactos ambientales

• Ruido

• Material particulado

• Otros residuos sólidos

REDUCCION DE TAMAÑO

Operación unitaria destinada a la generación de partículas cuya área superficial se ve aumentada.

Objetivos principales:1. Facilitar el manejo de algunos ingredientes2. Facilitar la mezcla de ingredientes3. Aumentar área superficial de los ingredientes para facilitar

contacto y reacciones químicas

• Es un gran consumidor de energía y aquí radica la importancia del estudio y optimización de esta operación.

Los solidos pueden romperse de las siguientes formas:

• Compresion

• Impacto

• Frotacion o rozamiento

• Corte

EQUIPOS UTILIZADOS

QUEBRANTADORES

Son maquinas de baja velocidad utilizada para la reducción de grandes volumenes de sólidos; pueden ser lisos o dentados.

DENTADO LISO

OPERACIONES MECANICAS

MOLINOS

Trabajan a alta velocidad y reduce el tamaño de las partículasa polvo.

Los principales tipos de molinos son de rodillos y de martillos .

Los molinos de martillos son los equipos más utilizados porque pueden ser universalmente usados para moler la mayoría de losmateriales utilizados, su costo de capital es bajo y son fáciles deoperar.

Su desventaja es que tienen alto consumo de energía y requieren un gran volumen de aire de aspiración.


MOLINO DE MARTILLOS Y SISTEMA DE ASPIRACION

MARTILLO

APLICACIONES:

Azúcar, Conchillas, Pigmentos, Resinas, Abonos, Almidón Cal Corcho , Legumbres, especias, Piedras, Mármol Ladrillos, Huesos, Cerámica , Vidrio,Cal, Carbón, Arcilla Alimentos Farmacéuticos, Fertilizantes, Alimentos balanceados, etc.

DETERMINACION DEL CONSUMO DE ENERGIA EN LA REDUCCION DE TAMAÑO (LEY DE BOND)

Ley empírica para determinar consumo de energía.

P = 0.3162 Wi M ((1 / Db½)-(1/Da ½))

Donde:

P: Potencia necesaria para triturar.(Kw)Wi: Indice de trabajo (kwh / ton)M: Velocidad de alimentación (ton / hora)Db: Tamaño final del producto(mm)Da: Tamaño inicial del producto(mm)

IMPORTANCIA REDUCCION TAMAÑO

En los procesos que interviene es la operación mas costosaen cuanto a consumo de energía se refiere, debido a esto sedebe optimizar el proceso, conociendo las variables que lo afectan.

Debido a que el consumo de energía depende de los tamañosfinal e inicial de las partículas se debe evaluar el tamañofinal deseado con el fin de no reducir el tamaño mas de lo necesario.

IMPORTANCIA REDUCCION TAMAÑO

En Estados Unidos esta calculado en 32 billones Kwh / añoel consumo de energía en la operación reducción de tamaño.

PARTICIPACION CONSUMO ENERGIA(REDUCCION TAMAÑO)

50%

25%

13%

12%

MINERALES

CEMENTO

CARBON

AGRICULTURA


TRANSPORTE DE MATERIALES

Los sistemas de transporte se usan para muchos propósitos en laindustria (mezclado y clasificación de materias según el tamaño). Porlo general, se usan para transportar ingredientes a granel en unadirección horizontal con poca pendiente, pero con una modificaciónespecial, a veces se instalan transportadores con inclinacionesmarcadas o incluso en posiciones verticales.

El tipo y tamaño del transportador seleccionado para cada aplicaciónse basa en varios factores, los cuales incluyen: - Características físicas y químicas de los ingredientes.- Cantidad o ritmo de flujo.- Distancia y elevación.- Eficiencia.


De acuerdo con el producto que manejan, los transportadores seclasifican en: - Transportadores para productos a granel.- Transportadores para productos empacados. Los transportadores para productos a granel son aquellos en loscuales se maneja el material suelto y sin que interese la orientación de las partículas sobre el transportador.Ejemplos de estos son el transportador de tornillo sinfín y el elevadorde cangilones. Los transportadores de productos empacados son aquellos en loscuales el producto se maneja dentro de una unidad de empaque.Ejemplo bandas transportadoras.


TIPOS DE TRANSPORTADORES

TORNILLO SIN FIN

Es de los métodos más sencillos y más antiguos para transportarmateriales a granel. El material colocado en el cuerpo deltransportador a través de las aberturas de entrada se mueve a lo largoen un suave movimiento en espiral por la rotación del tornillo. Lasentradas, salidas, compuertas, transmisiones y otros accesorioscontrolan el ritmo de transporte del material y el lugar de descarga.


TORNILLO SIN FIN

Se pueden utilizar en sentido horizontal o inclinados; alinclinarse se reduce su capacidad.

Tabla 1. Reducción de capacidad en tornillos sinfín inclinados

Inclinación en grados 10 15 20 25 30 35

% reducción de capacidad 10 26 45 58 70 78


TORNILLO SIN FIN

La capacidad del tornillo esta dada por:

C = ¶ . ( DT 2 - DE 2). P.K.N. 60. Þ. R / 4

C : Capacidad del tornillo en ton / hora.¶: 3,1416.DT : Diámetro del tornillo en metros.DE : Diámetro del eje en metros.P : Paso en metros.K : Factor de llenado (0-1).N : Revoluciones por minuto del tornillo.þ : Densidad del material.R : Reducción de capacidad debida a inclinación del tornillo(0-1)


TIPOS DE TRANSPORTADORES

TRANSPORTADOR DE ARRASTRE

Consiste de una serie de paletas unidas a una cadena sin fin que semueve a lo largo de un cuerpo estacionario.Las paletas de arrastreson casi autolimpiables y adecuadas para las aplicaciones querequieren de movimiento horizontal de los ingredientes, donde setransportan varios ingredientes usando el mismo transportador.


La capacidad de un transportador de arrastre esta dada por:

C = N. 60. D. B. V.P. þ. k

C : Capacidad del transportador de arrastre en toneladas / hora.D : Número de dientes del piñón.N : Revoluciones por minuto.B : Paso del piñón en metros.P : número de paletas / metro

V : volumen de una paleta en m3

þ : Densidad del material en [ton/m3]k : Factor de llenado.


ALIMENTADOR VIBRATORIO

Proporcionan un medio sencillo y fácil para variar la cantidad de Flujo de materiales a granel; permite controlar el flujo.

Requiere poco mantenimiento debido a su sencillo diseño.

ELEVADOR DE CANGILONES

Los elevadores de cangilones son el medio más eficiente para elevargrano, ingredientes peletizados y suaves, alimentos terminados y casitodos los materiales, a excepción del material pegajoso que no sedescargara de los cangilones. Los elevadores de cangilonesrequieren de la menor cantidad de potencia para el transporte verticalque cualquier otro sistema de transporte.


La capacidad de un elevador de cangilones esta dada por:

C = D.¶ . N. 60. V. Þ. k . d

C : Capacidad del elevador en toneladas / hora.D : Diámetro de la polea en metros.¶: 3.1416.N : Revoluciones por minuto de la polea superior.V : Volumen del cangilón en m3

þ : Densidad del material en [ton/m3]d : Número de cangilones por metrok : Factor de llenado (0-1)


IMPORTANCIA TRANSPORTE DE MATERIALES

• Es una etapa en la que se genera material particulado (mermas).

• Se deben conocer los diferentes tipos de transportadores con el fin de evitar contaminacion cruzada en el proceso.

• Se debe evaluar la capacidad de los sistemas de transporte para evitar cuellos de botella y conseguir sincronia en el proceso.


FILTRACION

Separacion de particulas solidas de un fluido haciendolo pasar atraves de un medio filtrante, en el cual quedan los solidos. Lasseparaciones van desde un sencillo colado hasta separacionescomplejas.

La mayoria de los filtros utilizados son de presion o de vacio; losfiltros pueden ser de 2 tipos: clarificadores o de torta.

El medio filtrante debe:retener los solidos a filtrar, no debeobstruirse, debe ser quimicamente resistente, permitir que latorta formada se desprenda limpia, completa y no debe ser caro.


SEDIMENTACION CENTRIFUGA

Se utiliza para aumentar la velocidad de sedimentacion departicu; el equipo utilizado para separaciones centrifugas es elciclon.

El ciclon consiste en un cilindro vertical con un fondo conico ,una entrada tangencial cerca de la parte superior y una salidapara el material particulado en el fondo.

La separacion en un ciclon aumenta con el tamaño y la densidadde las particulas (a mayor densidad mayor separacion) ydisminuye al aumentar la temperatura del gas(debido al aumentode su viscosidad).

A mayor diametro en el ciclon menor es la separacion debido aque disminuye la fuerza centrifuga.


SEDIMENTACION CENTRIFUGA

El factor de separacion en un ciclon esta dado por la siguienteecuacion:

Fc / Fg = u 2 / rg

Donde:

Fc: Fuerza centrifugaFg: Fuerza debida a la gravedadu: Velocidad tangencialr: radio del ciclong: gravedad


CONTROL CONTAMINACION DEL AIRE

En los sistemas de transporte y la reducción de tamaño elprincipal contaminante del aire es el polvo de particulados; lacantidad de polvo generada depende de las características delmaterial(humedad, densidad y textura) y las características delequipo (agitación, velocidad...).

El polvo de particulados puede tener efectos nocivos como:

• Precursor de explosiones en áreas encerradas• Toxico al hombre y animales en el sistema respiratorio• Oscurece la visibilidad


EQUIPOS Y TECNICAS PARA EL CONTROL DE LA CONTAMINACION

SEPARADORES DE CICLON

Emplean la separación por inercia como el mecanismo deremoción; la fuerza centrifuga separa los particulados del aire,las partículas mas pesadas caen al fondo, mientras el aire salepor la parte de arriba.

Los separadores de cilon estan diseñados para removerParticulas de 10 a 20 micronesy mayores; la eficienciade los ciclones es del 90 al 99%


EQUIPOS Y TECNICAS PARA EL CONTROL DE LA CONTAMINACION

COLECTORES CON FILTROS DE TELA

Se usan en lugar del ciclón para remover entre el 95 y 99.99%de los sólidos del aire; los molinos de alta eficiencia utilizan deeste tipo de Filtro llamado también filtros de mangas..


TECNICAS PARA EL CONTROL DEL RUIDO

Para reducir el ruido se utiliza:

• Cámaras de insonorización• Silenciadores en los sistemas de escape• Cerca viva• Mantenimiento preventivo en los equipos.

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