PROCESOS DE SEPARACIÓN I

IV UNIDAD MANEJO DE SÓLIDOS

ALMACENAMIENTO DE SÓLIDOS

Almacenamiento a la intemperie. Los materiales gruesos, tales como grava y carbón, se almacenan a la intemperie en grandes apilamientos. Cuando se trata de centenares o millares de toneladas de material, éste es el método más económico. Los sólidos se retiran del apilamiento por medio de una cinta transportadora o una pala excavadora. El almacenamiento a la intemperie puede dar lugar a problemas ambientales tales como formación de polvos o lixiviación de material soluble contenido en el apilamiento. La formación de polvos puede exigir algún tipo de recubrimiento protector del sólido almacenado; la lixiviación se puede controlar recubriendo el apilamiento o bien construyendo en su base un estanque poco profundo con el fondo impermeabilizado, de donde se puede retirar con seguridad el líquido de lixiviación.

Almacenamiento en depósitos. Los depósitos, tolvas o silos son recipientes cilíndricos o rectangulares de hormigón o metal. Los silos suelen ser altos y de diámetro relativamente pequeño, mientras que los depósitos son bastante anchos y no tan altos. Una tolva es un pequeño depósito con un fondo oblicuo, que se utiliza para el almacenamiento temporal antes de introducir los sólidos como alimentación del proceso. Todos estos contenedores se cargan por la parte superior utilizando algún tipo de elevador, mientras que la descarga se realiza generalmente por el fondo.

Presiones en depósitos, tolvas y silos. Cuando sólidos granulares se almacenan en un depósito o una tolva, la presión lateral ejercida sobre las paredes en cualquier punto es menor que la calculada a partir de la carga de material situada por encima de dicho punto. Además, generalmente hay fricción entre la pared y los granos de sólido y, debido al entrecruzamiento de las partículas, el efecto de esta fricción se propaga a través de la masa. La fuerza de fricción en la pared tiende a contrarrestar el peso del sólido y reduce la presión ejercida por la masa sobre el fondo del contenedor. En el caso extremo, este efecto provoca que la masa forme un arco o puente, de tal forma que aunque se retire el material situado debajo de la masa de sólido, éste no cae. dZ = espesor de una capa horizontal situada a una distancia Z de la superficie superior de los sólidos. r = radio interior del depósito ZT = altura total de los sólidos

Cuando la sección del depósito no es circular, r se sustituye por dos veces el radio hidráulico. El coeficiente de fricción se obtiene experimentalmente determinando el ángulo para el cual los sólidos

comienzan justamente a deslizar sobre un plano inclinado. El coeficiente µ´ es la tangente de este

ángulo. Para materiales granulares sobre superficies metálicas o de hormigón, µ’ varía entre 0,35 y

0,55. (Las fórmulas y los ejercicios ya se vieron en clase).

REDUCCIÓN DE SÓLIDOS Las operaciones de molienda son muy comunes en las industrias de minerales y del cemento. Entre los ejemplos están los minerales de cobre, níquel, cobalto y hierro, que se muelen antes de procesarlos por vía química. La piedra caliza, el mármol, el yeso y la dolomita, se muelen para usarse como cargas en el papel, las pinturas y el caucho. Las materias primas del cemento, tales como cal, alúmina y sílice, se muelen antes de procesarlas. Los sólidos se reducen de tamaño mediante diversos métodos: La Compresión o trituración: se usa para reducir sólidos duros a tamaños más o menos grandes. El impacto: produce tamaños gruesos, medianos o finos. El desgaste o frotamiento: produce materiales muy finos. El corte: se usa para obtener tamaños prefijados. En la reducción de tamaño de los sólidos, los materiales de alimentación se pulverizan a tamaños más pequeños por medio de una acción mecánica, es decir se fracturan. La energía requerida para la fractura está en función del tipo de material, del tamaño y de su dureza.

Equipo para la reducción de tamaño TRITURADOR DE QUIJADAS: Es un equipo para la reducción no muy fina de grandes cantidades de sólidos. Su principal aplicación es en la trituración primaria de materiales duros y casi siempre va seguida de un procesamiento posterior en otro tipo de triturador. TRITURADORES GIRATORIOS: Es el equipo más predominante en el campo de la trituración de minerales duros en trozos de gran tamaño. Se puede considerar que su acción es la de un mortero manual. TRITURADORES DE RODILLOS: Se suelen utilizar para productos alimenticios, que casi siempre son blandos, tales como harina, soya y almidón. MOLINOS DE MARTILLOS: Se usan para reducir partículas de tamaño intermedio a dimensiones pequeñas o a polvos. Con frecuencia la alimentación de los molinos de martillos es el producto de trituradores giratorios o de quijadas. MOLINOS GIRATORIOS: Se usan para reducir materiales a tamaños intermedios y finos. Estos equipos operan en seco o en húmedo.

a) Triturador giratorio b) Triturador de rodillos

(Formulas y ejercicios ya se vieron en clase).

TRANSPORTE DE SÓLIDOS El transporte puede clasificarse según el tipo de sustancia a transportar: sólidos, líquidos y gases. Y en función del espacio físico donde se desarrolla el mismo: externo e interno.

Transporte Externo El transporte externo resulta vital para la determinación de la localización de una planta industrial. En toda la planta industrial resulta necesario hacer llegar materias primas, combustibles y otros materiales y sacar productos y desechos; por lo que para ello resulta imprescindible elegir el medio de transporte más adecuado. En general estos transportes son periódicos y no continuos, a excepción del transporte de gases o líquidos por tuberías (que habitualmente se realiza en plantas petroquímicas). De los medios de transporte existentes, en términos generales se debe señalar que el automotor resulta como el técnico y económicamente más adecuado para realizar transportes de pequeños volúmenes, a cortas y medianas distancias; mientras que el ferroviario y la navegación fluvial o marítima resultan convenientes para la movilización de grandes volúmenes (transportes masivos) a larga y media distancia.

Transporte interno El transporte interno de una planta industrial debe ser analizado cuidadosamente, ya que el mismo resulta significativo en el costo final del producto. Algunos autores estiman que puede alcanzar a un valor de hasta el 40 % del costo total del producto fabricado.

TRANPORTADOR DE TORNILLO Este transportador se utiliza para el movimiento de materiales abrasivos y no abrasivos, en horizontal y oblicuo con pendiente que no supere los 30º. Puede transportar cereales, carbón, arena, piedra, clinker de cemento, etc.; La longitud máxima de transporte no debe superar los 30 metros, pues más allá de esa distancia los esfuerzos de torsión que se producen son muy elevados. El diámetro máximo a utilizar es de 0,60 metros. Este tipo de transporte se utiliza principalmente para movilización de granos en silos de campaña.

Valores para K (constante que varía con el peso y la abrasividad del material a transportar) Materiales livianos y no abrasivos (por ejemplo cereales) = 0.018 Materiales pesados y no abrasivos (por ejemplo carbón) = 0.020 Materiales pesados y abrasivos (ejemplo Clinker) = 0.024 TABLA DE CAPACIDADES VOLUMÉTRICAS MÁXIMAS DE TRANSPORTE EN TRANSPORTADORES DE ROSCAS INDUSTRIALES

TRANSPORTADOR DE RASQUETAS O PALETAS Los transportadores de paletas se utilizan para transporte en horizontal y oblicuo hasta un ángulo no mayor de 30 grados (en algunos casos puede llegar hasta 45 grados); se usan para transportar materiales en trozos no abrasivos, una aplicación muy importante es la del transporte de granos (cereales) en elevadores. No se deben aplicar al transporte de materiales abrasivos (tales como piedras partidas y clinker de cemento), por el gran desgaste que se produce en el equipo. La velocidad de las cadenas se encuentra entre 6 y 60 metros/min., aunque la más frecuente es de 30 metros/min.

CINTA TRANSPORTADORA

La aplicación de este transportador es variada, se utiliza para transporte de materiales en trozos (minerales, rocas, carbón, clinker, etc.), cereales, bultos, etc. Transporta a grandes distancias en horizontal y oblicuo hasta un ángulo de 25 grados como máximo, aunque la inclinación mayor más frecuente alcanza solamente los 15 grados. Estas instalaciones suelen ser costosas pero de bajo costo de operación, consumo energético y mantenimiento. En algunos casos que se transporta materiales muy finos, la cinta una vez cargada se cierra mediante dos solapas, con un sistema de cremallera, conformado por un tubo y evitando que los polvos transportados polucionen el ambiente donde se desarrolla el transporte. La capacidad de la cinta transportadora es función del ancho y velocidad de la cinta, la inclinación del transporte y las características del material transportado. Las cintas pueden ser de distintos materiales, tales como, tela, cuero, goma, sintético y metal. Pueden utilizarse planas o abarquilladas Los anchos de cinta varían entre 35 y 150 cm. La velocidad de la cinta varía entre 30 y 120 metros/min.

ELEVADOR DE CANJILONES El elevador de cangilones consiste en una cadena (o cinta) sin fin que en sus extremos cuentan con una rueda dentada (o polea). A dicha cadena van unidos cangilones (baldes), a intervalos uniformes. La rueda dentada superior es motora y la inferior es conducida. El accionamiento de la rueda motora está dado por un motor a través de un reductor de velocidad. Es un transportador utilizado para elevar granos, carbón, cenizas, cemento, minerales y rocas en trozos, etc. Efectúa transportes en vertical y con inclinación superior a 45 grados. Es de frecuente uso en elevadores de granos portuarios y silos de campaña y se conocen con el nombre de “Norias”. Los elevadores de cangilones tienen tres formas distintas de descarga que se utilizan según los materiales a transportar. La descarga centrífuga, usada para materiales livianos y secos (granos); la descarga continua, suele utilizarse ya sea para el transporte de granos o en las dragas para la elevación de arena húmeda y la descarga por gravedad, que se utiliza para materiales pesados y pegajosos.

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 sitúan sobre la superficie del tamiz. Los de menor tamaño, o finos pasan a través del tamiz, mientras que los de mayor tamaño, o colas, no pasan. Ocasionalmente el tamizado se realiza en húmedo, pero lo más frecuente es operar en seco. Los tamices industriales se construyen con tela metálica, telas de seda o plástico, barras metálicas, placas metálicas perforadas, o alambres de sección transversal triangular. Se utilizan diferentes metales, siendo el acero al carbono y el acero inoxidable los más frecuentes. Los tamaños de los tamices normalizados está comprendido entre 4 pulgadas y 400 mallas, y se dispone de tamices comerciales de tela metálica con aberturas tan pequeñas como 1 µm. 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.

Equipo de tamizado TAMICES Y PARRILLAS ESTACIONARIAS Una parrilla es un enrejado de barras metálicas paralelas dispuestas inclinadamente. La pendiente y el camino que sigue el material son generalmente paralelos a la longitud de las barras. La separación entre las barras es de 2 a 8 pulgadas. Los tamices de tela metálica estacionaria con inclinación operan de la misma forma, separando partículas entre ½ y 4 pulgadas de tamaño. Solamente resultan eficaces cuando operan con sólidos muy gruesos que contienen poca cantidad de partículas finas. TAMICES GIRATORIOS Estos aparatos constan de varios tamices, acoplados unos encima de otros, formando una caja o carcasa. El tamiz más grueso se sitúa en la parte superior y el más tino en la inferior; todos ellos están provistos de las adecuadas conducciones para permitir la separación de las distintas fracciones. La mezcla de partículas se deposita sobre el tamiz superior. Los tamices y la carcasa se hacen girar para forzar el paso de las partículas a través de las aberturas de los tamices.

Los tamices son rectangulares y bastante largos, desde 1 ½ 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. Dada una alimentación existe una combinación de velocidad de giro y amplitud de desplazamiento que da lugar al máximo rendimiento. La velocidad de giro está comprendida entre 600 y 1800 rpm, y la potencia del motor entre 1 y 3 CV. 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. Son habituales vibraciones comprendidas entre 1800 y 3600 vibraciones por minuto. Un tamiz de 12 pulgadas de ancho y 24 pulgadas de longitud requiere alrededor de 1/3 CV, mientras que uno de 48 por 120 pulgadas requiere 4 CV.

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

OSMOSIS INVERSA Una de las membranas más importantes para la desalinización por osmosis inversa y para muchos otros procesos de osmosis inversa es la de acetato de celulosa. Los solutos que esta membrana excluye más eficientemente son las sales de NaCl, NaBr, CaCl2 y Na2SO4, la sacarosa y las sales de amonio tetralquílicas. Las limitaciones principales de la membrana son que prácticamente solo se puede usar en soluciones acuosas y que se debe usar a menos de 60 °C.

Presión osmótica para varias soluciones acuosas a 25 °C

FLUIDIZACIÓN (continuación de apuntes en clase) Caída de presión y velocidad mínima de fluidización

La ecuación anterior es válida para un intervalo de números de Reynolds entre 0.001 y 4000. Fracción de vacío Ɛmf en condiciones de fluidización mínima

Velocidad mínima para la fluidización Se van a fluidizar partículas sólidas que tienen un tamaño de 0.12 mm, un factor de forma de 0.88 y una densidad de 1000 Kg/m3, usando aire a 2 atm y 25 °C. El ahuecamiento en las condiciones mínimas de fluidización es de 0.42.

a) Si el corte transversal del lecho vacío es de 0.30 m2 y el lecho contiene 300 Kg de sólido, calcule la altura mínima del lecho fluidizado.

b) Calcule la caída de presión en las condiciones de fluidización mínimas c) Calcule la velocidad mínima para la fludización.

BIBLIOGRAFÍA

Mc.Cabe, J. C. Smith, J. C. y Harriot, P. Operaciones Unitarias en Ingeniería, Química. McGraw – Hill.

Geankoplis Christie, J. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias, CECSA. Perry, Robert H. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook. McGraw – Hill. Resumen y adaptación: M.I. Leticia Judith Moreno Mendoza